裝配機器人在航空航天領域應用案例

裝配機器人是電腦控制，自動化，可編程的機器制造業和其他工業設置中使用。這些機器人進行到計算機編程的運動路線的基礎上分配的任務。典型的裝配機器人似乎是不超過一個機械臂或一組執行功能，如焊接武器，切割，采摘，或放置物料沿裝配線。制造環境，涉及過于重復的任務，有害物質或不安全狀況裝配機器人的理想環境。

裝配機器人(Assembly Robot) 裝配機器人是柔性自動化裝配系統的核心設備，由機器人操作機、控制器、末端執行器和傳感系統組成。其中操作機的結構類型有水平關節型、直角坐標型、多關節型和圓柱坐標型等；控制器一般采用多CPU或多級計算機系統，實現運動控制和運動編程；末端執行器為適應不同的裝配對象而設計成各種手爪和手腕等；傳感系統又來獲取裝配機器人與環境和裝配對象之間相互作用的信息。常用的裝配機器人主要有可編程通用裝配操作手 (Programmable Universal Manipula-tor forAssembly)即 PUMA 機器人（最早出現于1978年，工業機器人的祖始）和平面雙關節型機器(Selective Compliance Assembly Robot Arm)即SCARA機器人兩種類型。與一般工業機器人相比，裝配機器人具有精度高、柔順性好、工作范圍小、能與其他系統配套使用等特點，主要用于各種電器的制造行業。。

裝配機器人主要用于各種電器制造（包括家用電器,如電視機、錄音機、洗衣機、電冰箱、吸塵器）、小型電機、汽車及其部件、計算機、玩具、機電產品及其組件的裝配等方面。，當前主要設備提供商有發那科（FANUC）、ABB集團（阿西布朗勃法瑞）、庫卡（KUKA）等國際知名品牌。

工業機器人從誕生開始，就在很多工業領域里邊得到了廣泛應用，主要是有些工廠的勞作環境對人的身體要求太極端了，人的血肉之軀無法勝任，或者對某些工種的工藝要求非常高而人類的手工作業無法達標等場景。

(1)惡劣工作環境及危險工作。工業機器人可代替人,應用于壓鑄車間及核工業等有害于身體健康并危及生命,或不安全因素很大而宜于人去做的作業領域,如核工業上沸水式反應堆燃料自動交換機等。

(2)特殊作業場合和極限作業。機器人可用于火山探險、深海探密和空間探索等對于人類來說是力所不能及的場合,如航天飛機上用來回收衛星的操作臂等。

(3)自動化生產領域 早期的工業機器人在生產上主要用于機床上下料、點焊和噴漆。隨著柔性自動化的出現,機器人在自動化生產領域扮演了更重要的角色?，F舉例如下:

1)焊接機器人?；『笝C器人需要六個自由度,三個自由度用來控制焊具跟隨焊縫的空間軌跡,另三個自由度保持焊具與工件表面有正確的姿態關系,這樣才能保證良好的焊縫質量。這種機器人廣泛應用于汽車制造廠承重大梁和車身結構的焊接。

2)材料搬運機器人。材料搬運機器人可用來上下料、碼垛、卸貨以及抓取零件定向等作業。 3)檢測。在零件制造過程中,工程檢測以及成品檢測都是保證產品質量的關鍵工序。檢測內容主要包括:確認零件尺寸是否在允許的公差內;控制零件按質量分類。

4)裝配機器人。裝配是一個比較復雜的作業過程,不僅要檢測裝配作業過程中的誤差,而且要試圖糾正這種誤差。因此,裝配機器人上應用有許多傳感器,如接觸傳感器、視覺傳感器、接近傳感器和聽覺傳感器等。聽覺傳感器用來判斷壓入件或滑入件是否到位。

5)噴漆和噴涂。在進行三維表面噴漆和噴涂作業時,至少要有五個自由度。由于可燃環境的存在,驅動裝置必須防燃防爆。在大件上作業時,往往把機器人裝在一個導軌上,以便行走。

2.應用機器人的優點

通過對機器人應用領域的介紹,可以知道機器人應用給人類帶來如下好處

(1)減少勞動力費用。

(2)提高生產率。

(3)改進產品質量。

(4)增加制造過程的柔性。

(5)減少材料浪費。

(6)控制和加快庫存的周轉。

(7)降低生產成本

(8)消除危險和惡劣的勞動崗位。工業機器人是一種靠自身動力和控制能力來執行工作任務的自動化機械裝備，具有可自動控制、再編程及柔性等特點。在發達國家中，工業機器人自動化生產線已經成為自動化裝備的主流和未來的發展方向。國外很多汽車行業、電子電器行業、工程機械、建筑、煤業化工等行業已經大量裝備工業機器人自動化生產線，來保證產品質量，提高生產效率。

激光焊接產品

**種是點焊機器人

點焊機器人是用于點焊自動作業的工業機器人，其末端持握的作業工具是焊鉗。 實際上，工業機器人在焊接領域的應用最早是從汽車裝配生產線上的電阻點焊開始的。最初，點焊機器人只用于增強焊作業，即往已拼接好的工件上增加焊點。后來，為保證拼接精度，又讓機器人完成定位焊作業。點焊機器人逐漸被要求有更全的作業性能，點焊用機器人不僅要有足夠的負載能力，而且在點與點之間移位時速度要快捷，動作要平穩，定位要準確，以減少移位的時間，提高工作效率。具體來說如下：安裝面積小，工作空間大；快速完成小節距的多點定位（如每0.3~0.4s 移動 30~50mm 節距后定位）； 定位精度高（± 0.25 mm ），以確保焊接質量； 持重大（ 50~150 kg ），以便攜帶內裝變壓器的焊鉗； 內存容量大，示教簡單，節省工時； 點焊速度與生產線速度相匹配，同時安全可靠性好。

汽車工業中使用的點焊機器人

第二種是弧焊機器人

弧焊機器人是用于弧焊（主要有熔化極氣體保護焊和非熔化極氣體保護焊）自動作業的工業機器人，其末端持握的工具是焊槍。弧焊過程比點焊過程要復雜得多，被焊工件由于局部加熱熔化和冷卻產生變形，焊縫軌跡會發生變化。因此，焊接機器人的應用并不是一開始就用于電弧焊作業。而是伴隨焊接傳感器的開發及其在焊接機器人中的應用，使機器人弧焊作業的焊縫跟蹤與控制問題得到有效解決.由于弧焊工藝早已在諸多行業中得到普及，使得弧焊機器人在通用機械、金屬結構等許多行業中得到廣泛運用。

弧焊機器人在工作

第三種是激光焊接機器人

激光焊接機器人是用于激光焊自動作業的工業機器人，通過高精度工業機器人實現更加柔性的激光加工作業，其末端持握的工具是激光加工頭。 具有最小的熱輸入量，產生極小的熱影響區，在顯著提高焊接產品品質的同時，降低了后續工作量的時間 。激光焊接成為一種成熟的無接觸的焊接方式已經多年，極高的能量密度使得高速加工和低熱輸入量成為可能。與機器人電弧焊相比，機器人激光焊的焊縫跟蹤精度要求更高。其要求如下：高精度軌跡（≤ 0.1mm）；持重大（ 30~50 kg ），以便攜帶激光加工頭；可與激光器進行高速通信；機械臂剛性好，工作范圍大；具備良好的振動抑制和控制修正功能。

搬運工業機器人

（1）、龍門式搬運機器人

其坐標系主要由 X 軸、 Y 軸和 Z 軸組成。其多采用模塊化結構，可依據負重噸位搬運，采用直角坐標系，編程方便快捷， 廣泛運用于生產線轉運及機床上下料等大批量生產過程。

（2）、懸臂式搬運機器人

其坐標系主要由 X 軸、 Y 軸和 Z 軸組成。其也可隨不同的應用采取相應的結構形式 。廣泛運用于臥式機床、立式機床及特定機床內部和沖壓機熱處理機床自動上下料。

（3）、側壁式搬運機器人

其坐標系主要由 X 軸、 Y 軸和 Z 軸組成。其也可隨不同的應用采取相應的結構形式。主要運用于立體庫類，如檔案自動存取、全自動銀行保管箱存取系統等。

（4）、擺臂式搬運機器人

其坐標系主要由 X 軸、 Y 軸和 Z 軸組成。 Z 軸主要是升降，也稱為主軸。 Y軸的移動主要通過外加滑軌， X 軸末端連接控制器，其繞 X 軸的轉動，實現 4軸聯動。 廣泛應用于國內外生產廠家，是關節式機器人的理想替代品，但其負載程度相對于關節式機器人小。

懸臂式搬運機器人

（5）、 關節式搬運機器人

關節式搬運機器人是當今工業產業中常見的機型之一，其擁有 5~6 個軸，行為動作類似于人的手臂，具有結構緊湊、占地空間小、相對工作空間大、自由度高等特點，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作。

由以上可知，搬運機器人是一個完整系統。以關節式搬運機器人為例，其工作站主要有 操作機、控制系統、搬運系統（氣體發生裝置、真空發生裝置和手爪等）和安全保護裝置組成。結構如下圖所示。

搬運機器人系統組成

第三大類為碼垛機器人

碼垛機器人在啤酒、飲料產業，可以實現碼垛自動化 因此得到了廣泛的應用。碼垛機器人具有作業高效、碼垛穩定等優點，解放工人繁重體力勞動，已在各個行業的包裝物流線中發揮強大作用。其主要優點有很多方面，比如提高生產效率，解放繁重體力勞 ；柔性高、適應性強現不同物料碼垛 ；改善工人勞動條件，擺脫有毒和有害環境 ；定位準確，穩定性高 等很多優點 。

碼垛工業機器人

碼垛機器人與搬運機器人在本體結構上沒有過多區別，通?？烧J為碼垛機器人本體較搬運機器人大，在實際生產當中碼垛機器人多為四軸且多數帶有輔助連桿，連桿主要起到增加力矩和平衡的作用，碼垛機器人多不能進行橫向或縱向移動，安裝在物流線末端，常見的碼垛機器人結構多為 關節式碼垛機器人、擺臂式碼垛機器人和龍門式碼垛機器人 。對關節式碼垛機器人來說常見本體多為 4 軸，亦有 5 、 6 軸碼垛機器人，但在實際包裝碼垛物流線中 5 、 6 軸碼垛機器人相對較少 。碼垛主要在物流線末端進行工作，4 軸碼垛機器人足以滿足日常碼垛。

第四大類是工業涂裝機器人

涂裝機器人作為一種典型的涂裝自動化裝備，涂裝機器人與傳統的機械涂裝相比，其下優點有以下幾個方面**是能夠**限度提高涂料的利用率、降低涂裝過程中的 VOC （有害揮發性有機物）排放量；第二是能顯著提高噴槍的運動速度，縮短生產節拍，效率顯著高于傳統的機械涂裝； 第三是柔性強，能夠適應于多品種、小批量的涂裝任務能夠精確保證涂裝工藝的一致性，獲得較高質量的涂裝產品 。涂裝機器人大多數從構型上仍采取與通用工業機器人相似的 5 或6自由度串聯關節式機器人，在其末端加裝自動噴槍，按照手腕構型劃分，涂裝機器人主要有：球型手腕涂裝機器人和非球型手腕涂裝機器人。

非球型手腕涂裝機器人

第五大類是裝配機器人

裝配機器人是工業生產中用于裝配生產線上對零件或部件進行裝配的一類工業機器人。作為柔性自動化裝配的核心設備具有精度高、工作穩定、柔 順性好、動作迅速等優點。裝配機器人在不同裝配生產線上發揮著強大的裝配作用，裝配機器人大多由 4-6 軸組成，就目前市場上常見的裝配機器人，以臂部運動形式分 直角式裝配機器人和關節式裝配機器人， 關節式裝配機器人亦分水平串聯關節式、垂直串聯關節式和并聯關節式。

并聯裝配機器人

水平串聯式裝配機器人 亦稱為平面關節型裝配機器人或SCARA機器人，是目前裝配生產線上應用數量最多的一類裝配機器人。它屬于精密型裝配機器人，具有速度快、精度高、柔性好等特點，驅動多為交流伺服電機，保證其較高的重復定位精度，廣泛運用于電子、機械和輕工業等有關產品的裝配，適合工廠柔性化生產需求。

以上是工業機器人在現代化工廠中的應用，你認為還有那些應用場合歡迎討論，留言！機器人是一項綜合性科技，一個小小的機器人，是自動控制、測量、計算機技術、人工智能技術、機械、材料及通信技術的綜合結晶。那么在工業機器人中，到底涉及了那些高科技呢？目前這些高科技的進展如何？

1、【機器人操作機結構】

通過有限元分析、模態分析及仿真設計等現代設計方法的運用，實現機器人操作機構的優化設計。探索新的高強度輕質材料，進一步提高負載/自重比。例如，以德國KUKA公司為代表的機器人公司，已將機器人并聯平行四邊形結構改為開鏈結構，拓展了機器人的工作范圍，加之輕質鋁合金材料的應用，大大提高了機器人的性能。 此外采用先進的RV減速器及交流伺服電機，使機器人操作機幾乎成為免維護系統。機構向著模塊化、可重構方向發展。例如，關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化；由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產品問市。機器人的結構更加靈巧，控制系統愈來愈小，二者正朝著一體化方向發展。采用并聯機構，利用機器人技術，實現高精度測量及加工，這是機器人技術向數控技術的拓展，為將來實現機器人和數控技術一體化奠定了基礎。

2、【機器人控制系統】

開放式、模塊化的控制系統。向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性?？刂葡到y的性能進一步提高，已由過去控制標準的6軸機器人發展到現在能夠控制21軸甚至27軸，并且實現了軟件伺服和全數字控制。人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網絡化，以及基于PC機網絡式控制器已成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點，在某些領域的離線編程已實現實用化。

3、【機器人傳感技術】

據羿戓智能制造所了解，機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器，并實現了焊縫自動跟蹤和自動化生產線上物體的自動定位以及精密裝配作業等，大大提高了機器人的作業性能和對環境的適應性。遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制。為進一步提高機器人的智能和適應性，多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩、非正態分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統的實用化。

4、【網絡通信功能】

日本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機器人控制器已實現了與Canbus、Profibus總線及一些網絡的聯接，使機器人由過去的獨立應用向網絡化應用邁進了一大步，也使機器人由過去的專用設備向標準化設備發展。

5、【機器人遙控和監控技術】

在一些諸如核輻射、深水、有毒等高危險環境中進行焊接或其它作業，需要有遙控的機器人代替人去工作。當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最**實例。多機器人和操作者之間的協調控制，可通過網絡建立大范圍內的機器人遙控系統，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。

6、【虛擬機器人技術】

虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人?；诙鄠鞲衅?、多媒體和虛擬現實以及臨場感技術，實現機器人的虛擬遙操作和人機交互。

7、【機器人性能價格比】

機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降。由于微電子技術的快速發展和大規模集成電路的應用，使機器人系統的可靠性有了很大提高。過去機器人系統的可靠性MTBF一般為幾千小時，而現在已達到5萬小時，可以滿足任何場合的需求。

8、【多智能體調控技術】

這是目前機器人研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規劃、群體行為控制等方面進行研究。