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42工业机械手工程421工业机械手简史964422典型的应用和机械手的结构9694221焊接9694222车身应用9694223喷涂9714224材料的移动自动化9714225机制9744226人类机械手合作处理任务974423运动学和机制975424任务描述-教学和规画976425结束-影响力和系统整合980426结论和长期的挑战983参考985MARTINHGELE,KLASNILSSON,JNORBERTOPIRES今天大多数机器人的起源可追溯到早期的工业机器人。工业机器人制造商已开发出使机器人更加人性化和适应不同的应用的技术。工业机器人技术是目前最大的机器人商业应用技术。所有的机器人最初是为工业应用开发出来的。而机器人科学的起源和许多仍然阻碍着在制造机器人的广泛使用的尚未解决的问题应该值得特别关注。在这一个章节中,我们提出了典型工业机器人技术的描述和它的简史。我们将展示如何让不同的机器人适应不同的应用环境。虽然机械手在大规模的制造业特别地在汽车和相关的成份装配中被广泛使用,但仍有许多挑战性的问题要解决。如果机械手比较容易安装,并与其他制造业的程序容易整合,特别是机械错误自动恢复,那么能实行的应用会大大增加。我们概略说明对于研究员来说一些剩余的挑战。工业的机械手作为一个制造业的基石,应考虑如何以最小的费用提高生产力、质量和适应性。2007年报告已有超过一百万工业的机械手被使用,60421的使用者是汽车工业。然而,高生长业(在生活科学、电子学方面,太阳的细胞、食物和物流管理)和初现的制造业(黏,涂料、以激光为基础的程序,精密装配等等)也将逐渐应用先进的机械手技术。这些工业的机械手的数量一直稳定地增加着。工业机械手的生产,计划,整合和工作单元都是相当独立的工程任务。为了大量的生产,机械手设计应该符合潜在应用需求量。由于这难以在试验中达成,机械手的各种不同负载量能力设计,机械手轴数,和工作空间已经在一般的操作任务比如油漆,焊接中出现。通常,机械手由一个或较多控制器和外围设备组成,如夹具,安全装置、感应器和为了材料移动和呈现的部分。典型地,一个完整机械手的费用是四次独立的机械手的费用。机械手工作单元通常是根据客户需要而修改的计划、整合、规画和结构,需要重要的工程水平。标准化的工程方法、工具和最好的例子已经变得可减少费用而且能提供更多预期的表现[422]。今天的工业机械手的需求主要在资本密集的制造业,主要是汽车业,电子学定义和电的货物业。将来的工业机械手将不是像今天设计的只用插补法计算关于特征和表现的数据,但是按FOLLOWNEWDESIGN的原则宁可提出一个比较宽类型的应用区域和工业。同时,新技术,特别来自信息科技(讯)世界的,将会对将来工业机械手的设计、表现和费用产生越来越大的冲击。国际、国家的标准现在正为安全预防、几何学和媒体接口帮助机械手。大多数机械手把人们留在安全的距离的障碍后面操作[423。最近,改良的安全标准已经允许人类直接的与机械手合作,允许机械手和工人分享相同的工作空间[424。我们将会先做一个有同时代应用例子的工业机械手工程的历史介绍,然后呈现工业的机械手工程的基本原则和规画方法的检讨。我们也将会讨论工具(最终形式)和系统整合需求。章节选择将会被接受发表并解决现在禁止工业机械手的较宽的应用的问题。421工业机械手的短历史工业机械手的发明始于1954,当乔治DEVOL在物品移动上应用了专利权的时候(图421。在与约瑟ENGELBERGER的第一个机械手公司UNIMATION协力之后,从一部投掷一钢模的机器中吸取部份,并在1961年在通用汽车公司使用了第一个机械手进入服务。大部份的情况促使未来這数年通用机械手只作为汽车身体的焊接[425。两者应用的成功意谓机械手可靠地工作性和确定统一的质量。很快,许多其他公司开始发展制造工业的机械手。一种驱使改革的工业出生了。然而,它花了许多年才把这种工业变成了利润。图421A,B工业机器人的发明(一)该专利起始于GDEVOL和JENGELBERGER的共同努力,形成第一个机器人公司,UNIMATION,一个融合了通用和自动化的公司。该公司在80年代后期收购了WESTINGHOUSE。(二)在1961年UNIMATION第一次在通用汽车厂进行了一个相当简单的处理任务。其他汽车制造商也开始遵循。图为第一个机器人从他们位于迪尔伯恩的福特博物馆安装图422A,B全电动(一)IBR6和(二)SCARA运动型机器人(一)首先于1973年推出的IRB6是一个突破性的发展,因为它是第一个成批生产的机器人,由微机控制,全电驱动编程和运动。该机器人证明非常强劲。据报告在恶劣的生产环境中寿命超过20年的时间BYCOURTESYABBAUTOMATION,FRIEDBERG(二)遵守选择性装配机器人臂(SCARA机器人)特别适合装配任务,因为它结合了垂直轴的刚性和横轴的规定。1978年,第一部HIRATAAR300是放在一起。描写的是后继的设计,ARI350。SCARA机器人的设计结合了三个或四个转动轴和一个移动轴(HIRATA机器人,MAINZ)图423A,BCINCINNATIMILACRONT3和UNIMATIONPUMA560(一)在1974年,美国CINCINNATIMILACRON推出了第一台微电脑控制的机器人。第一台T3(THETOMORROWTOOL)模型采用液压驱动,后来他们被电动机取代,如图片中所示。在20世纪70年代后期CMROBOTICS公司收购了ABB(二)6轴PUMA(可编程通用机械装配)的灵巧度已经接近人手臂了。在1979年后推出UNIMATION已成为THEMOST流行武器之一,是作为多年来机器人研究的参考图424A,B点焊线和录像机(VCR)为工业机器人的作为应用开拓了应用空间。(一)点焊已迅速成为机器人的主要应用,因为这些工作对工人来说是特别累人和危险。一个典型的车身焊接线在1985年出现。该车型是法国雪铁龙CX(二)一个带承载多夹持器工具的SCARAS自动化生产线VCR(约公元1989年)。通常一个机器人在VCR被移到下一个全自动化的生产线前由五个部分添加图425A,B高速采摘的联机器人ABBFLEXPICKER和重量轻的库卡机器人手臂(一)平行运动机器(并联机床)代表一个有趣的方法来实现在低惯性高刚度,准确,高速运动。最初CLAVEL建议又4轴机器人(称为三角洲)在高速就地贴片任务中使用。该机器人的加速度可达10克(二)库卡轻型机器人对德国航空航天中心与11的重量对有效载荷比臂设计是一个长期的研究和发展进程的结果。人类与机器人合作的7轴臂适合模仿人类手臂的灵巧图426A,B笛卡尔机器人机动性和双臂灵巧机器人(一)GDELROBOLOOP是一个龙门式弯曲轨道传输。一个或多个机器人手臂如一个封闭的传输系统。该系统可以作为龙门式配置,或者作为一个落地式系统。一个信号总线允许多个机器人载波控制和协调BYCOURTESYGDEL,LANGENTHAL(二)莫托曼的DA20双臂机器人提供了与人类类似的运动灵活性的增强的两个六轴高速运动模式。该机器人也提供了当在被拿着的部份运行操作的时候一个机械手手臂握住其他部份的JIGLESS操作(藉着礼貌MOTOMAN,KALMAR)
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