浅析工业机器人与自动化生产 毕业论文.docx

浅析工业机器人与自动化生产摘要：随着科技的发展，工厂自动化程度越来越高，而机器人就是其中最典型的代表。以机器人为核心的自动化生产线也成为工厂发展不可逆转的趋势。关键词：机器人，自动化生产，自动化成套装备一、绪论2010年12月，我来到奇瑞公司涂装四车间机器人岗位实习，在这里我切身的感受到自动化技术与工业生产的紧密联系。而机器人的发展和在工业方面的应用，就是自动化技术高度发展的一个表现，由其组成的自动化生产线为工厂产生了更大的效益。而在更大的效益与利润下，促使了各个公司在机器人方面大力的开发，如此良性循环下，机器人的自动化水平如何，也反映出一个公司的自动化程度有多高。单以我所在的涂装车间来说，涂装机器人给车间带来的影响是巨大的。本车间采用的是德国杜尔集团生产的ecorp静电喷涂机器人，还属于老式的六轴机器人。但是其对车间的作用是无可置疑的。首先，从产量上来看，在应用了涂装机器人后，其平稳而快速的喷涂过程，大大提高了产量。从质量上来看，效果更是显著的。平稳的喷涂过程，比手工喷涂效率更高，大大减少了油漆流挂，缩孔，气泡等质量问题。机器人使用的静电喷涂，也比一般手工喷涂的空气雾化器效率提高很多。然而，本车间所使用的机器人与如今更先进的机器人相比还有一些差距。也就是说，现在的机器人技术，对涂装车间的作用更无法取代，现在车间在寻求更多的技术，希望可以在喷胶，喷蜡等地方全部采用机器人工作。使车间的自动化程度大大提高，也使车间生产效率大大体高，得到最大的效益。二、自动化技术的发展 自动化技术是一门综合性技术，它和控制论、信息论、系统工程、计算机技术、电子学、液压气压技术、自动控制等都有着十分密切的关系，而其中又以控制理论和计算机技术对自动化技术的影响最大。 1768年瓦特发明蒸汽机，人类开始进入了使用机器的时代。其借助于离心调速装置而使其本身的转速保持稳定。这种离心调速装置就是世界上最早的自动化机器。 20世纪40年代，通过美国数学家维纳等人的努力，在自动调节、计算机、通信技术、仿生学以及其他科学互相渗透的基础上，产生了控制论。这一理论对自动化技术有着深远影响。维纳提出的反馈控制原理，至今仍然是控制理论中的一条重要规律。 20世纪60年代，随着复杂的工业生产过程、航空及航天技术、社会经济系统等领域的进步使自动控制理论得以迅速发展，自动化技术水平大大提高。两个显著进展是数字计算机得到广泛应用以及现代控制理论的诞生。三、工业机器人的发展工业机器人（英语：industrial robot。简称ir）是广泛适用的能够自主动作，且多轴联动的机械设备。它们在必要情况下配备有传感器，其动作步骤包括灵活的转动都是可编程控制的（即在工作过程中，无需任何外力的干预）。它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的的加工工具，以及能够执行搬运操作与加工制造的任务。机器人的历史并不算长，1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。 工业机器人 英格伯格在大学攻读伺服理论，这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于1946年发明了一种系统，可以“重演”所记录的机器的运动。1954年,德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性，英格伯格和德沃尔都在研究机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为是用重型机器进行工作，生产过程较为固定。1959年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。 现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。 自1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。 大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，其结果之一便是1952年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础。 另一方面，原子能实验室的恶劣环境要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。 1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。 作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国amf公司推的“verstran”和unimation公司推出的“unimate”。这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂组成。 1965年，mit的roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。 1967年日本成立了人工手研究会（现改名为仿生机构研究会），同年召开了日本首届机器人学术会。 1970年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。1970年以后，机器人的研究得到迅速广泛的普及。 1973年，辛辛那提米拉克隆公司的理查德豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人，它是液压驱动的，能提升的有效负载达45公斤。 到了1980年，工业机器人才真正在日本普及，故称该年为“机器人元年”。 随后，工业机器人在日本得到了巨大发展，日本也因此而赢得了“机器人王国的美称”。 工业机器人在工作随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。将机器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器机器人化机器。当前与信息技术的交互和融合又产生了“软件机器人”、“网络机器人”的名称，这也说明了机器人所具有的创新活力。四、工业机器人的构造工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的光仪电一体化自动化生产设备，特别适合于多品种、变批量的柔性生产。(1)操作机:通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。(2)控制器:控制器的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。 (3)传感装置:激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。(4)并联机构:采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。 (5)网络通信:机器人控制器已实现了与canbus、profibus总线及一些网络的连接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。五、机器人在自动化生产上的应用机器人在自动化生产上的应用典型的是自动化生产线成套装备。自动化成套装备是指以机器人为核心，以信息技术和网络技术为媒介，将所有设备连接到一起而形成的大型自动化生产线。它是先进制造装备的典型代表，是发展先进制造技术实现生产线的数字化、网络化和智能化的重要手段，目前已成为国内外极受重视的高新技术应用领域。 在发达国家中，机器人自动化生产线成套装备已成为自动化成套装备的主流及未来自动化生产线成套设备的发展方向。国外汽车行业、电子和电器行业、物流与仓储行业等已大量使用机器人自动化生产线，保证了其产品的质量和生产的高效，典型的有大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备、大型机器人车体焊装自动化系统技术和成套装备、电子和电器等的机器人柔性自动化装配及检测成套技术和装备、机器人整车及发动机装配自动化系统技术和成套装备、agv物流与仓储自动化成套技术及装备等，这些机器人设备的使用大大推动了这些行业的快速发展，提升了高新制造技术的先进性。 自动化生产线成套装备需要研究的技术主要有: 利用cax及仿真系统等多种高新技术和设计手段，快速设计和开发机器人大型自动化生产线，并进行数字化验证。 自动化生产线“数字化制造”技术。国外已经推出可进入实用的“数字化工厂”商品化软件，建立产品制造工艺过程信息化平台，再与本企业的资源管理信息化平台和车身产品设计信息平台结合，构成支持本企业产品完整制造过程生命周期的信息化平台。 利用传感器和网络技术，实现大型生产线的在线检测和监控，确保产品质量，并且实现产品的主动质量控制。利用自动化生产线模块化及可重构技术，实现生产线的快速调整及重构。 生产线快速整定技术。建立完整的制造过程信息技术，发展机器人等自动化设备的离线编程技术、生产线上的机电设备实现网络控制管理技术、关键工位在线100%产品检测技术、先进的生产线现场安装精度测试技术。发达国家广泛应用机器人自动化生产线，已形成了巨大产业，年市场容量约为1000亿美元。国际上著名公司abb、comas、kuka、bosch、ndc、swisslog、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。全球过程自动化产品市场销售额预计2006年将超过700亿美元。从2001年到2006年年平均增长率将达到4.6%。主要应用于玻璃、陶瓷、钢铁和有色金属工业、轧钢和铝板材工业、化学、食品和制药业、石化工业、纸浆和造纸业、环保、矿山、石油和天然气工业等。其中矿山工业为70亿美元、原材料工业90亿美元、过程工业360亿美元、电站110亿美元、环保工业70亿美元。就全球而言，北美占27.2%、西欧占26%、亚非(不包括日本)占21.1%、日本占12.3%、东欧占4.7%、南美占4.9%，其它地区占3.7%。我国近几年机器人自动化生产线已经不断出现，并给用户带来显著效益。目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线、装配机器人生产线、喷涂生产线和焊装生产线。随着我国工业企业自动化水平的不断提高，机器人自动化线的市场也会越来越大，并且逐渐成为自动化生产线的主要方式。我国机器人自动化生产线装备的市场刚刚起步，而国内装备制造业正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期，这就给机器人自动化生产线研究开发者带来巨大商机。据预测，目前我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源电池行业等，年需求自动化线就达300多条，产值约为60多亿元人民币。据初步测算，“十一五”期间，仅汽车制造业的需求市场容量就达到达到800多亿元人民币。六、结论 现代工业的迅速发展带来各种工业产品型号的迅速变化和产品设计的不断调整，只有采用机器人才能适应这种频