机器人技术大作业

1、机器人技术大作业（2015年秋季学期）题目工业机器人概述姓名学号班级专业机械设计制造及其自动化报告提交日期2015125哈尔滨工业大学内容及要求1. 以某种机器人（如搬运、焊接、喷漆、装配等工业机器人；服务机器人；仿生鱼、蛇等仿生机器人；军用及其它机器人等）为例，撰写一篇大作业，题目自拟，以下内容仅作参考：1） 机器人的机械结构设计（包括各部分名称、功能、传动等）；2） 机器人的运动学及动力学分析；3） 机器人的控制及轨迹规划；4） 驱动及伺服系统设计；5） 电气控制电路图及部分控制子程序。2. 题目自拟，拒绝雷同和抄袭；3. 参考文献不少于7 篇，其中至少有2 篇外文文献；4. 报告统一用该

2、模板撰写，字数不少于5000字，上限不限；5. 正文为小四号宋体，倍行距；图表规范，标注为五号宋体；6. 用 A4 纸单面打印；左侧装订，1 枚钉；7. 提交打印稿及03 版 word 电子文档，由班长收齐。8. 此页不得删除。评语：成绩 （ 20 分） ：教师签名：年工业机器人概述机器人学是当今世界极为活跃的研究领域之一，它涉及计算机科学、机械学、 电子学、自动控制、人工智能等多种学科。随着计算机、人工智能和光机电一体化技术的迅速发展，机器人已经成为人类的好帮手。在航空航天，深海探测中，往往使用机器人代替人类去完成复杂的极限工作任务。工业机器人是一个多功能、多自由度的机械和电气一体化的自动机

3、械设备和系统，它可以在制造过程中完成各种任务。它结合制造主机或生产线，可以形成一个单一的或多台机器自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。目前，工业机器人技术飞速发展，在生产中的应用日益广泛，已成为现代制造业重要的生产高度自动化设备。一、工业机器人特性自 20 世纪 60 年代美国第一代机器人的开始，工业机器人的发展和应用迅速发展起来，工业机器人的最重要的特性概括如下。1、可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人能根据工作环境不同、 做出相应规划和变化，因而在小批量多品种的高效柔性制造过程可以起到很好的作用，是柔性制造系统（FMS）的重要组成部分。2、

4、拟人化。工业机器人在机械结构上类似于人体行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪和部分，在控制上有计算机类似大脑。此外，智能工业机器人具有许多类似生物传的感器，如皮肤接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声传感器、语言功能等。该传感器提高了自适应能力。3、通用性。除了专门的特种工业机器人外，一般工业机器人在执行不同任务时具有很好的通用性。例如，更换工业机器人末端执行器（夹具、工具等）可以执行不同的任务。4、机电一体化。工业机器人技术涉及的学科相当广泛，但总结起来就是是机电一体化技术。 第三代智能机器人不仅具有获取外界环境信息的能力，而且具有记忆、语言理解、图像识别、推理和判断等能力，这与微电

5、子技术、特别是计算机技术的应用有着密切的关系。因此，机器人技术的发展将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用也可以验证一个国家科技和工业技术的发展和水平。二、工业机器人组成工业机器人系统由三大部分和六个子系统组成。三大部分：机部分、传感部分、控制部分。六个子系统：驱动系统、机械结构系统、感觉系统、机器人环境交互系统、人机交互系统、控制系统。1、驱动系统，要使机器人运行起来，就需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置，这就是驱动系统。驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动，或者把它们结合起来应用的综合系统；可以直接驱动或者通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。2、机

6、械结构系统，工业机器人的机械结构系统是工业机器人为完成各种运动的机械部件。系统由骨骼（杆件）和连接它们的关节（运动副）构成，具有多个自由度，主要包括手部、腕部、臂部、机身等部件。3、感觉系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，用以获得内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的，然而，对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效。4、机器人一环境交换系统是现代工业机器人雨外部环境中的设备互换联系和协调的系统。 工业机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工单元、焊接单元、装配单元等。当然，也可以

7、是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个去执行复杂任务的功能单元。5、人工交换系统是操作人员与机器人控制并与机器人联系的装置，例如，计算机的标准终端，指令控制台，信息显示板，危险信号报警器等。该系统归纳起来分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。6、控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。假如工业机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。根据控制原理，控制系统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运行的形式，控制系统可分为点位控制和轨迹控制。三、

8、工业机器人种类应用工业机器人主要有以下几类1、移动机器人移动机器人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；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

9、装备。2、点焊机器人用于点焊自动作业的工业机器人。使用点焊机器人最多领域为汽车车身的自动装配车间。点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成，由于为了适应灵活动作的工作要求，通常电焊机器人选用关节式工业机器人的基本设计，一般具有六个自由度：腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。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。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

10、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。四、工业机器人的发展趋势1、工业机器人的技术发展趋势从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。2、工业机器人的产业发展趋势国际机器人联盟（IFR）与联合国欧洲经济委员会（UNECE发布的数据显示，全

11、球多用途工业机器人销售从2003 年开始恢复增长，预计在2005 年到 2008 年间，全球工业机器人销量预计年均增长，到2008 年增至万台。以具体地区而言，亚太地区仍将是工业机器人使用量最高的地区，预计日本的工业机器人销量将由2004 年的万台增至2008 年的万台。而整体亚太地区的工业机器人销量将由2004 年的万台增至2008 年的万台。北美地区的工业机器人销量也将稳定增加，预计将由2004 年的万台增至2008 年的万台。而欧洲地区的工业机器人销量预计到2008 年将增至万台。3、我国工业机器人的发展历程与现状我国工业机器人起步于20 世纪 70 年代初期，经过20 多年的发展，大致

12、经历了3 个阶段： 70 年代的萌芽期、80 年代的开发期和90 年代的适用化期。目前，我国研制的工业机器人已达到了工业应用水平。现在，国家更加重视机器人工业的发展，也有越来越多的企业和科研人员投入到机器人的开发研究中。经过五十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造（冲压、压 铸、 锻造等 ）、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其

13、他制造业，进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机（飞行器）、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。工业机器人在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面， 有着令世人瞩目的作用，引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。在新的世纪，机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模

14、块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。机器人技术是高技术的重要组成部分，其产业化的进程在我国刚刚起步，虽然取得了一定的成绩，但仍然存在很多困难和不足，因此更需要多方面的关心和支持。国家政策支持，是加速高新技术产业化的重要前提。根据我国政府有关部门应组织力量进行充分地调查研究，在此基础上，制定切实可行的推广、应用机器人和促进机器人研究开发的倾斜政策。如在税收、投资和贷款方面对机器人产业实行扶持政策。日本政府通过制定政

15、策，采取一系列措施鼓励企业应用机器人，为日本机器人在国内开拓市场的经验值得我们借鉴。另外，对机器人用户，可以考虑给予一定的资金补贴，以鼓励购买为了避免危险恶劣的工作环境导致的工伤事故和职业病，保护工人的身心安全，对一些特殊工种，如喷涂，铸造等通过劳动法强制采用工业机器人来代替这样可以大大增加工业机器人的需求数量。我国的机器人产业化必须由市场来拉动。机器人作为高技术，它的发展与社会的生产、经济状况密切相关。机器人的研制、开发只有从技术上实现可能性大为原则选择机器人优先应用的领域，并以此为突破口，向其他领域渗透、扩散至为重要。我国机器的应用人要顺利走上市场，实现产业化，还是需要各方面的共同努力。五、结语机器人技术为工业生产带来了高效率与高品质，体现了一个国家科技和工业技术的发展和水平。我相信在不久将来，机器人产业会如同汽车一样成为国家的经济支柱产业，美国是“车轮上的国