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1、工业机器人自动化专业前沿课论文电气工程与自动化学院自动化.班工业机器人是20世纪重大高科技成果之一，机器人产品已在社会的许多领域得到 广泛应用，为提高世界工业自动化水平发挥了重要作用。 从机器人诞生到现在，机器人 技术经历了一个长期缓慢的发展过程。 随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快 速发展，机器人技术也得到了飞速发展。机器人技术代表了机电一体化技术的最高研究 成果，涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多门学科， 是当代科学技术发展最活跃的领域之一。工业机器人是一种能自动控制、可重复编程、 多功能、多自由度的操作机。它们通常配有机械手、刀具或其它可装配的加工具，
2、能够 搬运材料、工件，完成各种作业，是一种柔性自动化设备。一、工业机器人简介工业机器人是指在工业环境中应用的机器人， 是一种能自动控制的，可重复编程的、 多功能的、多自由的、多用途的操作机，是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人 工智能等多学科先进金属于一体的重要现代化制造业自动化装备。工业机器人已成为柔性制造系统（FMS）、工厂自动化（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动工具。作为机器人产品最早的实用机型是 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
3、似人的手和臂组成。如今，国际上工业机器人技术在制造业应用范围越来越广泛，现已从传统制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿、建筑、农业、灾难救灾等各种非制造行。二、工业机器人的结构及工作原理1、结构工业机器人的机械系统包括机身，臂部，手腕，末端操作器和行走机构等部分组成， 每一部分都有若干自由度的机械系统。 此外，有的机器人还具有行走机构，若具有行走机构则构成行走机器人，若没有则构成单机器人手臂。工业机器人的机械机械系统相当 于人的身体（骨骼，手，臂，腿等）。驱动系统主要是指驱动机械系统动作的驱动装置。这部分的作用相当于人的肌肉。根据驱动源的不同，驱动系统分为电气，液压，气压以及把它们结合起
4、来应用的综合系 统。电气驱动在工业机器人中应用的最为广泛， 主要分为步进电动机，直流伺服电机和 交流伺服电机三种。液压驱动运动平稳，且负载能力大，对于重载的搬运和零件加工机 器人，采用液压驱动比较合理。但液压驱动管道复杂，清洁困难，因此限制了在装配作 业中的作用。无论电气还是液压驱动的机器人，其手爪的开合都采用气动形式。控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序及从传感器反馈回来的信号，控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。如果机器人不具备信息反馈特征，则该 控制系统称为开环控制系统；如果机器人具备信息反馈特征，则还控制系统称为闭环控 制系统。该部分主要由计算机硬件和控制软件组成。软件
5、主要有人与机器人联系的人机 交互系统和控制算法等组成。该部分的作用相当于人的大脑。感知系统由内部传感器和外部传感器组成，其作用是获取机器人内部和外部环境信 息，并把这些信息反馈给控制系统。内部状态传感器用于检测各个关节的位置， 速度等 变量，为闭环伺服控制系统提供反馈信息。外部状态传感器用于检测机器人与周围环境 之间的一些状态变量，如距离，接近程度和接触情况等，用于引导机器人，便于其实别 物体并作出相应处理。该部分的作用相当于人的五官。2、工作原理及应用机器人系统实际上是一个典型的机电一体化系统， 其工作原理为：控制系统发出动 作指令，控制驱动器动作，驱动器带动机械系统运动，使末端操作器到达空
6、间某一位置 和实现某一姿态，实施一定的作业任务。末端操作器在空间的实时位姿由感知系统反馈 给控制系统，控制系统把实际位姿与目标位姿相比较，发出下一个动作指令，如此循环, 直到完成作业任务为止。工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、 频繁和重复的长时间作业，或是危 险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、 机械加工、金属制品业和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体 有害物料的搬运或工艺操作。在日、美、西欧等一些工业发达的国家中， 工业机器人得 到越来越广泛的应用。随着科技的发展，机器人功能和性能的不断改善和提高， 机器人的应用领域日益在
7、 扩大，其应用范围已不限于工业，还用于农业、林业、交通运输业、原子能工业、医疗、 福利事业、海洋和深空探测等事业中。三、工业机器人最新进展情况（1）机器人操作机：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。以德国 KUKA公司为代表的机器人公司，已将机 器人并联平行四边形结构改为开链结构， 拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材 料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的 RV减速器及交流伺服电机，使 机器人操作机几乎成为免维护系统。（2）并联机器人：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
8、现机器人和数控技术一体化奠定了基础。 意 大利COMA公司，日本FANUC?公司已开发出了此类产品。（3） 控制系统：控制系统的性能进一步提高，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。 人机界面更加 友好，基于图形操作的界面也已问世。编程方式仍以示教编程为主，但在某些领域的离 线编程已实现实用化（4）传感系统：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。日本KAWASAKI YASKAWAFANU（和瑞典ABB德国KUKA REIS等公司皆推出了此类产品。（5）网络通信功能：日本YASKAW和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Can bus Profibus总线及一些网络的联接，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。（6）可靠性：由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF-般为几千小时，而现在已达到5万小时，几冬天可以满足任何场合的需求。5
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