工业机器人

概述

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

工作原理

360彩票开奖全国开奖公告工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构,包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构。360彩票开奖全国开奖公告大多数工业机器人有3~6个运动自由度,其中腕部通常有1~3个运动自由度;驱动系统包括动力装置和传动机构,用以使执行机构产生相应的动作;控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号,并进行控制。

360彩票开奖全国开奖公告机器人控制系统是机器人的大脑,是决定机器人功能和性能的主要因素。工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。

关键技术包括:

(1)开放性模块化的控制系统体系结构:采用分布式CPU计算机结构,分为机器人控制器(RC),运动控制器(MC),光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能,而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。

(2)模块化层次化的控制器软件系统:软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上,采用分层和模块化结构设计,以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次:硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求,对应不同层次的开发,系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成,这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。

(3)机器人的故障诊断与安全维护技术:通过各种信息,对机器人故障进行诊断,并进行相应维护,是保证机器人安全性的关键技术。

(4)网络化机器人控制器技术:当前机器人的应用工程由单台机器人工作站向机器人生产线发展,机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯,便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。


应用

工业机器人的十大应用领域:

1、金属成形

金属成形机床是机床工具的重要组成部分,成形加工通常与高劳动强度,噪声污染,金属粉尘等联系在一起,有时处于高温高湿甚至有污染的环境中,工作简单枯燥,企业招人困难。360彩票开奖全国开奖公告工业机器人与成形机床集成,不仅可以解决企业用人问题,更可提高加工效率、精度和安全性,具有很大的发展空间。

工业机器人在金属成形领域主要有数控折弯机集成应用、压力机冲压集成应用、热模锻集成应用、焊接应用等几个方面。

2、电子电气

工业机器人在电子类的IC、贴片元器件这些领域的应用也较为普遍。目前世界工业界装机最多的工业机器人是SCARA型四轴机器人。第二位的是串联关节6轴机器人,这两类超过全球工业机器人装机量一半。

360彩票开奖全国开奖公告在电子电气领域,工业机器人在分拣装箱、撕膜系统、激光塑料焊接、高速码垛等一系列流程中表现出色。

3、塑料工业

从汽车和电子工业到消费品和食品工业都有塑料的身影。塑料原材料通过注塑机和工具被加工成精细耐用的成品或半成品,这个过程往往少不了工业机器人。

工业机器人不仅适用于净室环境标准下作业,也可在注塑机旁完成高强度作业,提高各种工艺的经济效益。360彩票开奖全国开奖公告工业机器人快速、高效、灵活、结实耐用及承重力强等优势,确保塑料企业在市场中的竞争优势。

4、铸造行业

铸造行业的作业使工人和机器遭受沉重负担,因为他们需要在高污染、高温、重力等极端的工作环境下进行多班作业。因此,绿色铸造被越来越多的企业所重视和推行。

铸造业从浇注、搬运延伸到了清理、码垛等工作,都能应用工业机器人来改善工作环境,提高工作效率、产品精度和质量,降低成本,减少浪费,并可获得灵活且高速持久的生产流程,满足绿色铸造的特殊要求。

5、家用电器行业

家电历来是劳动密集型产业,在人力成本大幅增加、中国人口红利逐渐消失、精密制造提升等客观因素推动下,工业机器人在家电领域的应用是必然的。

使用工业机器人可以更经济有效地完成生产、加工、搬运、测量和检验工作,可以连续可靠地完成生产任务,无需经常将沉重的部件中转。由此可以确保生产流水线的物料流通顺畅,且始终保持恒定高质量。

6、食品行业

食品产品趋向精致化和多元化方向发展,单品种大批量的产品越来越少,而多品种小批量的产品日益成为主流。国内食品生产厂的大部分包装工作,特别是较复杂的包装物品的排列、装配等工作基本上是人工操作,难以保证包装的统一和稳定,可能造成对被包装产品的污染。而机器人的应用能够有效避免这些问题,通过把传感器技术,人工智能和机器人制造等多项高技术集成起来,使机器人系统能自动顺应产品加工中的各种变化,真正实现智能化控制。

工业机器人在食品中的应用主要集中于几种类型:包装机器人、拣选机器人、码垛机器人、加工机器人。目前已经开发出食品工业机器人有包装罐头机器人,自动午餐机器人和切割牛肉机器人等。

7、冶金行业

无论是轻金属、彩色金属、贵金属、特殊金属,还是钢,金属工业离不开铸造厂和钢/金属加工。而且如果没有自动化和多班作业,就无法确保生产的经济效益和竞争力并减轻员工繁重的工作。

工业机器人在冶金行业的主要工作范围包括钻孔、铣削或切割以及折弯和冲压等加工过程。此外它还可以缩短焊接、安装、装卸料过程的工作周期并提高生产率。

8、玻璃行业

无论是空心玻璃、平面玻璃、管状玻璃,还是玻璃纤维——现代化、含矿物的高科技材料是电子和通讯、化学、医药和化妆品工业中非常重要的组成部分。而且如今它对于建筑工业和其他工业分支来说也是不可或缺的。特别是对于洁净度要求非常高的玻璃,工业机器人是最好的选择。

9、烟草行业

烟草行业中,如卷烟原、辅料的配送,需要先进的自动化物流系统来完成,传统的人工管理,人工搬运极易出错,又不准时,已不能适应生产发展的需要。采用工业机器人对其卷烟成品进行码垛作业,用AGV(自行走小车)搬运成品托盘,节省了大量人力,减少了烟箱破损,提高了自动化水平。

10、化工行业

化工行业是工业机器人主要应用领域之一。面对现代化工产品要求精密化、高纯度、高质量和微型化的要求,生产环境要求一个洁净的环境,洁净技术直接影响着产品的合格率。因此,在化工领域,随着未来更多的化工生产场合对于环境清洁度的要求越来越高,洁净机器人将会得到进一步的利用,因此其具有广阔的市场空间。

工业机器人领域需要大量的资本与技术投入,以及完善的产业生态布局给予支撑,才能取得良好发展。目前我国工业机器人产业并未形成规模。因此,我国的工业机器人产业如何不盲目跟风、拥有自主战略并且能够时刻保持创新意识,才是能够顺利抓住机遇实现弯道超车的关键。


分类

工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动;圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作;球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩;关节型的臂部有多个转动关节。

工业机器人按执行机构运动的控制机能,又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位,适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业;连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动,适用于连续焊接和涂装等作业。

工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件,通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。

1.移动机器人(AGV)

移动机器人(AGV)是工业机器人的一种类型,它由计算机控制,具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能,它可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能,也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统(以AGV作为活动装配平台);同时可在车站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。

国际物流技术发展的新趋势之一,而移动机器人是其中的核心技术和设备,是用现代物流技术配合、支撑、改造、提升传统生产线,实现点对点自动存取的高架箱储、作业和搬运相结合,实现精细化、柔性化、信息化,缩短物流流程,降低物料损耗,减少占地面积,降低建设投资等的高新技术和装备。

2.点焊机器人

焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点,焊接质量明显优于人工焊接,大大提高了点焊作业的生产率。

点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作,生产过程由各大汽车主机厂负责完成。国际工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期合作关系,向各大型汽车生产企业提供各类点焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产线配套形式进入中国,在该领域占据市场主导地位。

随着汽车工业的发展,焊接生产线要求焊钳一体化,重量越来越大,165公斤点焊机器人是当前汽车焊接中最常用的一种机器人。2008年9月,机器人研究所研制完成国内首台165公斤级点焊机器人,并成功应用于奇瑞汽车焊接车间。2009年9月,经过优化和性能提升的第二台机器人完成并顺利通过验收,该机器人整体技术指标已经达到国外同类机器人水平。

3.弧焊机器人

弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。在该领域,国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。

关键技术包括:

(1)弧焊机器人系统优化集成技术:弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器,具有良好的低速稳定性和高速动态响应,并可实现免维护功能。

(2)协调控制技术:控制多机器人及变位机协调运动,既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求,又能避免焊枪和工件的碰撞。

(3)精确焊缝轨迹跟踪技术:结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点,采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪,提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性,结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差,基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正,在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。

4.激光加工机器人

激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中,通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。本系统通过示教盒进行在线操作,也可通过离线方式进行编程。该系统通过对加工工件的自动检测,产生加工件的模型,继而生成加工曲线,也可以利用CAD数据直接加工。可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。

关键技术包括:

(1)激光加工机器人结构优化设计技术:采用大范围框架式本体结构,在增大作业范围的同时,保证机器人精度;

(2)机器人系统的误差补偿技术:针对一体化加工机器人工作空间大,精度高等要求,并结合其结构特点,采取非模型方法与基于模型方法相结合的混合机器人补偿方法,完成了几何参数误差和非几何参数误差的补偿。

(3)高精度机器人检测技术:将三坐标测量技术和机器人技术相结合,实现了机器人高精度在线测量。

(4)激光加工机器人专用语言实现技术:根据激光加工及机器人作业特点,完成激光加工机器人专用语言。

(5)网络通讯和离线编程技术:具有串口、CAN等网络通讯功能,实现对机器人生产线的监控和管理;并实现上位机对机器人的离线编程控制。

5.真空机器人

真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人,主要应用于半导体工业中,实现晶圆在真空腔室内的传输。真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强,其成为制约了半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件。而且国外对中国买家严加审查,归属于禁运产品目录,真空机械手已成为严重制约我国半导体设备整机装备制造的“卡脖子”问题。直驱型真空机器人技术属于原始创新技术。

关键技术包括:

(1)真空机器人新构型设计技术:通过结构分析和优化设计,避开国际专利,设计新构型满足真空机器人对刚度和伸缩比的要求;

(2)大间隙真空直驱电机技术:涉及大间隙真空直接驱动电机和高洁净直驱电机开展电机理论分析、结构设计、制作工艺、电机材料表面处理、低速大转矩控制、小型多轴驱动器等方面。

(3)真空环境下的多轴精密轴系的设计。采用轴在轴中的设计方法,减小轴之间的不同心以及惯量不对称的问题。

(4)动态轨迹修正技术:通过传感器信息和机器人运动信息的融合,检测出晶圆与手指之间基准位置之间的偏移,通过动态修正运动轨迹,保证机器人准确地将晶圆从真空腔室中的一个工位传送到另一个工位。

(5)符合SEMI标准的真空机器人语言:根据真空机器人搬运要求、机器人作业特点及SEMI标准,完成真空机器人专用语言。

(6)可靠性系统工程技术:在IC制造中,设备故障会带来巨大的损失。根据半导体设备对MCBF的高要求,对各个部件的可靠性进行测试、评价和控制,提高机械手各个部件的可靠性,从而保证机械手满足IC制造的高要求。

6.洁净机器人

洁净机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人。随着生产技术水平不断提高,其对生产环境的要求也日益苛刻,很多现代工业产品生产都要求在洁净环境进行,洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。

关键技术包括:

(1)洁净润滑技术:通过采用负压抑尘结构和非挥发性润滑脂,实现对环境无颗粒污染,满足洁净要求。

(2)高速平稳控制技术:通过轨迹优化和提高关节伺服性能,实现洁净搬运的平稳性。

(3)控制器的小型化技术:根据洁净室建造和运营成本高,通过控制器小型化技术减小洁净机器人的占用空间。

(4)晶圆检测技术:通过光学传感器,能够通过机器人的扫描,获得卡匣中晶圆有无缺片、倾斜等信息。


选型指南

首先就是要弄明白要用工业机器人做什么,也就是用途,每种行业都有非常专业的机器人,好比焊接机械手、切割机械手、喷涂机器人,冲压机械手等等都有对应的专业机器人可以使用。确定好应用范围就要根据机器人的参数确定自己需要的型号了。

1.机器人的应用用途

机器人的用途决定了选择机器人的类型,像切割、搬运、焊接等工作都有专门的机器人,想要快速进行分拣工作,就可以选择Delta机器人;想要在狭小空间进行搬运,可以使用scara机器人;如果想要在工作过程完成避障,就需要使用具有多自由度机器人了。

2.机器人的自由度

机器人的自由度也就是机器人的轴数,轴数越多机器人的自由度越高,机器人的灵活性也就越强,所能做的动作就可以更加复杂。如果只是用于简单的拾取放置工作,那么一个四轴机器人足够完成这个工作了。但是如果在一个比较狭窄的空间完成特定的工作,那么机器人需要有很强的灵活性,那么六轴机器人是很好的选择。理论上,轴数越多,灵活性就越强,不过轴数越多需要做的编程工作就越复杂,这个需要视具体工作而定。

3.机器人负载

机器人的负载决定了机器人工作时候可以承载的最大重量,你需要对你生产线上配件的重量有一个认识,然后选择合适的重量就好。

4.最大运动范围

每一台工业机器人都有最大的运动范围和可以到达最远的距离,这时候就需要考虑它的运动范围是不是符合自己的需求。

5.速度

一般来说,详情表里都会给出一个最大速度,速度高的机器人效率会高一些,理论上完成工作的时间也会短一些。

6.重复定位精度

这个参数直接反映了机器人的精确性,机器人重复完成一个动作,到达一个位置会有一个误差,精度越高的机器人误差越小,一般的机器人误差都在±0.5mm以内,如果你的应用对精度要求非常高,那么这个数据需要着重看一下;如果应用的精度要求不高,也没有必要选择重复定位精度非常高的产品。

7.惯性力矩

机器人详情表里的惯性力矩和各轴的允许力矩对机器人的安全运行有着非常重要的影响,如果应用对力矩有一定的要求,需要仔细核对各轴的力矩是不是满足,如果超载可能会让机器人产生故障。

8.防护等级

如果机器人使用的环境有尘或者有水会对机器人的运行产生影响,那么请务必研究一下机器人的防护等级,不同机器人对各种环境的适应性是有区别的,看准这个条件,选择与工作环境搭配的机器人。


维护保养

一、是日常保养

1、检查设备的外表有没有灰尘附着

2、外部电缆磨损,压损,各接头是否固定良好,有无松动

3、冷却风扇是否正常工作

4、各操作按钮支动作是否正常

5、机器人动作是否正常

二、三个月保养(包括日常保养)

1、各接线端子是否固定良好

2、机器人本体的底座是否固定良好

3、内部有灰尘的清扫

三、一年保养(包括日常\三个月保养)

1、检查控制箱内部各基板接头有无松动

2、内部各线有无异常情况(如断,有无灰尘,各接点情况)

3、检查本体内配线是否断线

4、机器人的电池电压是否正常(正常为 3.6V)

5、各轴机器人马达的刹车是否正常

6、轴的皮带轻紧度是否正常

7、4\5\6 轴减速机加油机器人专用油

8、各设备的电压是否正常

四、 三年保养(包括日常\三个月\一年保养)

1、1\2\3 轴减速机更换油(机器人专用油)

2、机器人本体电池更换(机器人专用电池)


注意事项

工业机器人进行作业时,操作人员应该注意的几个要点:

1、操作者必须检查机器人在不在原点位置,严禁不再原点位置启动机器人。

2、机器人示教与运行过程中,请确认机器人动作范围内没有闲杂人员。

3、机器人运行中,需停下来时,可按外部急停按钮、暂停按钮、示教盒上的急停按钮,如需继续工作,可按复位按钮让机器人继续工作。

4、关闭机器人电源前,不用按外部急停按钮,可以直接关闭机器人电源。

5、当发生故障或报警时,请把报警代码和内容记录下,以便技术人员解决问题。

6、作业结束,必须关电源、关气阀、清理设备、整理现场。


故障排除

工业机器人作业的准确性和环境中完成作业的能力,在国民经济领域有着广泛的发展空间那么要做好工业机器人故障管理与预防工作,必须掌握发生工业机器人故障的原因,积累常发故障和典型故障的资料和数据,开展故障分析,重视故障规律和故障机理的研究,加强日常维护检查和预修

故障管理的展开程序有以下 7 个方面:

1.开展故障分析,培训工业机器人维修工掌握故障分析方法

2.紧密结合注塑生产实际和注塑机状况特点,把在用工业机器人分成 abc 三类,以确定故障管理的重点

3.采用监测仪器,对重点工业机器人的重点部位进行有计划的监测,以及时发现故障的征兆和劣化的信息

4.做好宣传教育工作,使操作工人和维修工人自觉地对注塑机故障进行认真的记录统计分析,提出合理化建议

5.故障记录是实现工业机器人故障管理的基础资料,又是进行故障分析处理的原始依据,记录必须完整正确工业机器人维修工人在现场进行检查和故障修理后,应按照工业机器人故障修理单的内容认真填写,车间机械员按月统计分析并报送工业机器人管理主管

6.车间工业机器人维修员除日常掌握故障情况外,应按月汇集故障修理单和维修记录通过对故障数据的统计整理分析,计算出各类工业机器人的故障频率平均故障间隔期,分析单台工业机器人的故障动态和重点故障原因,找出故障的发生规律,以便突出重点采取对策,将故障信息整理分析资料反馈到计划部门,以便安排预防修理或改善措施计划,还可以作为修改定期检查间隔期检查内容和标准的依据

7.通过工业机器人维修工人的日常巡回检查和注塑机状态检查,取得的状态信息和故障征兆,以及有关记录分析资料,由车间工业机器人维修员或修理组长针对各类型注塑机的存在问题,及时安排日常维修,充分利用生产空隙时间或节假日,做到预防在前,以控制和减少故障发生对某些故障征兆隐患,日常维修无力承担的,则反馈给计划部门安排计划修理


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