工业机器人技术应用

　　工业机器人技术原理

　　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。

　　工业机器人技术十大应用

　　1、汽车制造业

　　在中国，50％的工业机器人应用于汽车制造业，其中50％以上为焊接机器人；在发达国家，汽车工业机器人占机器人总保有量的53％以上。据统计，世界各大汽车制造厂，年产每万辆汽车所拥有的机器人数量为10台以上。随着机器人技术的不断发展和日臻完善，工业机器人必将对汽车制造业的发展起到极大的促进作用。而中国正由制造大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量，增加企业竞争力，这一切都预示机器人的发展前景巨大。

　　案例：在未引入机器人以前的中国重型汽车集团有限公司，一个工人只能照看两台机床，引入工业机器人后，一台机器人可以自动操控5－10个加工中心。从2005年到2011年，中国重汽卡车年产量从4万多辆增至15万辆，而固定职工只增加了10％左右，协议派遣工增幅也比较有限，产量的提升很大程度上归功于机器人的引入。

　　此外，2008年，中国重汽在建设新车间时引入了工业机器人，建成了全自动冲压机，由机械手臂将钢板送入冲压机，既稳定了产品质量，又代替了人工，避免了工伤事故的发生。

　　2、电子电气行业

　　电子类的IC、贴片元器件，工业机器人在这些领域的应用均较普遍。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型垂直6轴机器人。罗百辉指出，超过全球工业机器人装机量一半的这两种工业机器人是我们关注的重点。

　　在手机生产领域，视觉机器人，例如分拣装箱、撕膜系统、激光塑料焊接、高速四轴码垛机器人等适用于触摸屏检测、擦洗、贴膜等一系列流程的自动化系统的应用。

　　专区内机器人均由国内生产商根据电子生产行业需求所特制，小型化、简单化的特性实现了电子组装高精度、高效的生产，满足了电子组装加工设备日益精细化的需求，而自动化加工更是大大提升生产效益。据有关数据表明，产品通过机器人抛光，成品率可从87％提高到93％，因此无论“机器手臂”还是更高端的机器人，投入使用后都会使生产效率大幅提高。

　　3、橡胶及塑料工业

　　塑料工业的合作紧密而且专业化程度高：塑料的生产、加工和机械制造紧密相连。即使在将来，这一行业也将是一重要的经济部门并确保众多的工作岗位。因为塑料几乎无处不在：从汽车和电子工业到消费品和食品工业。机械制造作为联系生产和加工的工艺技术在此发挥着至关重要的作用。原材料通过注塑机和工具被加工成用于精加工的创新型精细耐用的成品或半成品—通过采用自动化解决方案，生产工艺更高效、经济可靠。

　　要跻身塑料工业需符合极为严格的标准。这对机器人来说当然毫无问题。它不仅最佳适用于在净室环境标准下生产工具，而且也可在注塑机旁完成高强度作业。即使在高标准的生产环境下，它也将可靠地提高各种工艺的经济效益。因为机器人掌握了一系列操作、拾放和精加工作业。

　　以其多面手的特质，机器人的作业快速、高效、灵活。它结实耐用，能承受最重的载荷。由此可以最佳地满足日益增长的质量和生产效率的要求并确保企业在今后的市场竞争中具有决定性的竞争优势。

　　4、铸造行业

　　在极端的工作环境下进行多班作业—铸造域的作业使工人和机器遭受沉重负担。制造强劲的专门适用于极重载荷的库卡铸造机器人的另一个原因：高污染、高温或外部环境恶劣的领域。操作简便的控制系统和专用的软件包使机器人的应用十分灵活—无论是直接用于注塑机、还是用于连接两道工序，或是用于运输极为沉重的工件。因其具有最佳的定位性能、很高的承载力以及可以安全可靠地进行高强度作业等优势等。

　　机器人以其模块化的结构设计、灵活的控制系统、专用的应用软件能够满足铸造行业整个自动化应用领域的最高要求。它不仅防水，而且耐脏、抗热。

　　它甚至可以直接在注塑机旁、内部和上方用于取出工件。此外它还可以可靠地将工艺单元和生产单元连接起来。另外在去毛边、磨削或钻孔等精加工作业以及进行质量检测方面，机器人表现非凡。

　　5、食品行业

　　机器人的运用范围越来越广泛，即使在很多的传统工业领域中人们也在努力使机器人代替人类工作，在食品工业中的情况也是如此。目前人们已经开发出的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。

　　从想象机器人的角度来看，切割牛的前半身这个问题不是一个简朴的问题，要考虑的细节特别的复杂，因为从牛的身体结构来看，每头牛的肢体虽然大致一样，但还是有很多不相同的地方。机器人系统必须要选择对每头牛的最佳切割方法，最大限度的减少牛肉的浪费。实际上，要使机器人系统能纯熟的模拟一个纯熟屠宰工人的动作，最终的解决方法将是把传感器技术，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。

　　切割牛肉的机器人将要加工的牛的肢体与数据库中存储的以前的牛的肢体的切割信息进行比较来加工每一头牛，这样就可以顺着每刀切割所定的初始路线方向来确定刀的起点和终点，然后用机器人驱动刀切入牛的身体里面。传感器系统监视切割是所用力量的大小，来确定刀是否是在切割骨头，同时把信息反馈给机器人控制系统，以控制刀片只顺着骨头的轮廓移动，从而避免损坏刀片。

　　6、化工行业

　　化工行业是工业机器人主要应用领域之一。目前应用于化工行业的主要洁净机器人及其自动化设备有大气机械手、真空机械手、洁净镀膜机械手、洁净AGV、RGV及洁净物流自动传输系统等。很多现代化工业品生产要求精密化、微型化、高纯度、高质量和高可靠性，在产品的生产中要求有一个洁净的环境，洁净度的高低直接影响产品的合格率，洁净技术就是按照产品生产对洁净生产环境的污染物的控制要求、控制方法以及控制设施的日益严格而不断发展。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。

　　合成橡胶自动化码垛装箱机器人在齐鲁石化橡胶厂投用。长期以来，该厂采用人工码垛方式，不仅耗费大量人力，而且员工劳动强度大。这一机器人装箱设备每小时可完成600块合成橡胶的装箱任务，最高纪录是3分钟装满一箱。它可完成多种型号的国际标准集装箱的作业，每年可节省人工成本48万元并实现集装箱系统的重复使用，减少公用工程建设以及包装袋塑料降解的费用。

　　7、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。

　　洁净玻璃搬运系统。双手协调洁净搬运机械手，工作环境洁净度10000级。该机械手包含X1、X2、Z1、Z2和R五自由度，采用伺服电机驱动，具有高速度、快速响应、重复定位精度高的特点。

　　在X方向上X1轴、X2轴共用一对导轨，做交替协调运动，其中Z1轴末端带有旋转轴R。机械手末端带有端拾器，用于取放工件。RB35J可用在玻璃制造、平板显示（FPD）等行业需两个机械手轮流交替进行搬运、码垛的场合。

　　8、家用电器行业

　　白色家电的大型设备领域对经济性和生产率的要求也越来越高。降低工艺成本，提高生产效率成为重中之重，自动化解决方案可以优化家用电器的生产。无论是批量生产洗衣机滚筒或是给浴缸上釉—使用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。它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—而且始终保持恒定高质量。

　　原因是多方面的：因其具有最高的生产率、重复性的高精确度、很高的可靠性以及光学和触觉性能，机器人几乎可以运用到家用电器生产工艺流程的所有方面。

　　9、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。

　　即使在铸造领域，配备了专用的铸造装备的库卡机器人也显示了其非凡的实力，它具有使用寿命长、耐高温、防水和防灰尘等优势。此外库卡机器人还可以独立完成表面检测等检测工作，从而为高效的质量管理做出了重要贡献。

　　10、烟草行业

　　工业机器人在我国烟草行业的应用出现在90年代中期，玉溪卷烟厂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。

　　工业机器人在烟草行业的应用我国烟草行业多年来不断加强技术改造，促进技术进步，重点卷烟企业的生产设备已达到国际90年代初期水平。

　　但是，先进的生产设备必须配备与之相应的管理方法和后勤保障系统，才能真正发挥设备的高效益，如卷烟原、辅料的配送，就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。精准的工业机器人被应用于这个领域。