工业机器人系统的应用技术

工业机器人系统的应用技术

王洪刚 1 谭耀 2 黄志坚 3

浙江捷创智能技术有限公司 贵州 贵阳 550002 摘要：工业机器人是一个已经迅速发展的领域，该技术在现代工业中的发展应用极为广阔，其技术涉及机械工程、电子控制、计算机及通讯系统、传感器、人工智能科学等多学科综合技术的工业4.0概念的自动化装备。本文将从应用角度上，介绍相关工业机器人技术在实际项目中的应用。

关键词：工业机器人；末端执行器；机器人驱动系统

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1 引言

自上世纪六十年代，美国研制出第一台工业用机器人后，工业机器人的相关技术及配套工业产品就进入了发展的快车道，其自动化技术日新月异。先后浮现了柔性制造系统（FMS）、智能工厂（FA）等高集成度的自动化设备群。这些设备广泛的应用了工业机器人技术，大大的降低了操作人员的劳动强度，劳动效率得到了大幅度的提升，工业机器人在搬运、焊接领域的稳定性、重复定位精度得到极大的认可。

2.概述

工业机器人是拟态人手臂再现功能的集成机电装置。在工业机器人末端的末端执行器是模仿人手的部分动作而设计开发的专用机构。工业机器人通过内部给定程序、位置点、轨迹、实现抓取、搬运、焊接等功能。工业机器人总体结构可分成三大部分或六个系统，分别为：驱动系统、机械结构系统、人机交换系统、控制系统、机器人人机环境交互系统、感受系统，其中驱动系统与机械结构系统组成机械部分，人机交互系统与控制系统组成控制部分，机器人人机环境交互系统与感受系统组成传感部分。

2.1.机器人驱动系统

机器人驱动系是利用各种电动机产生的力或力矩直接或间接驱动机器人本体以获得机器人的各种运动执行机构，统在设计选用时，依据的原则为：

1）控制方式

对物料搬运时的上下料、冲压用的有限点位控制的程序控制机器人，低俗负载时，可选用液压驱动系统；中、轻负载时可选电机驱动系统；轻载荷、高速时可选用气动驱动系统。

作业环境

从事喷漆作业的工业机器人，由于其工作环境需要防爆，且存在于气液二相混合工作环境下，多采用电液伺服驱动系统和具有本征防爆的交流电动伺服驱动系统。

水下机器人、核工业专用机器人、空间机器人、处在腐蚀性或易燃易爆气体及放射性环境的专用机器人，一般采用交流伺服驱动。要求在洁净环境中使用的则要求采用直接驱动电机驱动系统。

操作运行速度

装配机器人，由于其要求较高的点位重复精度和较大的运行速度，通常在运行速度

较低的情况下采用AC、DC或步进电动机伺服驱动系统；速度、精度要求均较高的情况下，多采用直接驱动（DD）电动机驱动系统。

2.2机械结构系统

机械结构系统主要由机身、手臂、手腕、末端执行器组成，部分机器人在使用时会配备行走装置及外部轴装置。手部末端执行器是机器人作业工具，如完成抓取工件、取料器、专用工具的加持具等，还包含部分专用工装，如螺钉螺母机、喷枪、焊枪、切割头、测量头等。

末端执行器是工业机器人的手部最重要的执行机构，可分为加持类和吸附类。

加持类包含夹钳式、脱钩式和弹簧式。夹钳式是工业机器人最常见的手部形式，一般由手指、传动机构、驱动装置及支架组成。手指是直接与工件接触的构件。手部松开和夹紧工件就是通过手指的张开和闭合实现的。根据加持工件不同，机器人手部手指数量也是不同的。传动机构是传递手指运动和动力的装置。驱动装置是提供动力的装置，驱动方式包含液压、气动、电动及机械驱动。

气吸式执行器是由吸盘、吸盘架、进排气系统组成，广泛用于吸附非金属材料或不可有剩余磁性的材料。气吸式执行器要求工件上与吸盘接触部位光滑平整、清洁，被吸附工件材料未镂空面积小。气吸式执行器的特点是吸附工件表面没有损伤，但是对被吸附工件的位置定位精度低。

2.3机器人人机环境交互系统

机器人人机环境交互系统实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等。多台机器人、机床及设备、多零件存储装置等也可组合完成复杂任务。

2.4感受系统

感受系统由内部传感器与外部传感器组成，用以检测其运动位置及工作状态，如位置、力、触角、视觉传感器等。感受系统由内部的传感器模块与外部的传感器模块组成，获取内部和外部环境状态中有意义的信息。传感器系统提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。

2.5人机交互系统

人机交互系统是人与机器人进行联系和参与机器人控制的装置，分别是指令给定装置和信息显示装置。

2.6控制系统

控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。信号传输线路大多数都在机器人内部。

9.总结及展望

我国随着信息技术与先进制造技术的高速发展，智能制造装备的发展深度和广度日益提升，以新型传感器、智能控制系统、工业机器人、视觉识别系统、自动化成套生产线为代表的智能制造装备产业体系初步形成，如何快速将机器人应用推广并产业化是迅速提高生产力的关键。

参考文献：

[1] 郭拍林，胡正义.气动取模机器人夹具的PLC控制，湖北工业大学学报，1993.

[2] 肖兴明，丁保华，陈军.机电控制及自动化，中国矿业大学出版社，1989.