篇一

　　浅谈工业机器人及其应用

　　作者简介： 赵旭(1990――)男 安徽蚌埠人 现在是四川大学制造学院机械设计制造及其自动化专业2008级学生

　　 机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置或者叫自动化装置，它仍然是个机器。机器人按照用途可分为工业机器人、农业机器人、医用机器人、水下机器人等。国际标准化组织于1987年对工业机器人给出了定义：工业机器人是一种具有自动控制和移动功能，能够完成各种作业的可编程操作机。美国和日本的定义也与此类似。ISO 8373定义为：位置可以固定或移动，能够实现自动控制、可重复编程、多功能多用处、末端操作器的位置要在3个或3个以上自由度内可编程的工业自动化设备。这里自由度就是指可运动或转动的轴。

　　现代工业生产的自动化领域里，例如材料的搬运、机床的上料及卸料、整部机器的装配，都可用机器人来完成某些部分的工作。今天在工业上用的机器人并不是科幻小说、电影中所渲染的那种人型怪物。实际上，它们的外表都不像人，只是它的动作具有手指、手腕、手臂的特征而已。工业机器人可以在高温、高压、有毒等环境下工作。可以提高生产效率、保障了人的健康和安全。

　　工业机器人最早出现在20世纪60年代，只是工作只限于上下料阶段，此后机器人进入了缓慢发展期，知道80年代，为了满足汽车行业蓬勃发展需要，出现了电焊机器人、弧焊机器人、喷涂机器人以及搬运机器人等四大类工业机器人产品并已成熟、并形成产业化规模。而这一年代被称为机器人元年。并且出现了装配机器人及柔性装配线。90年代装配机器人及柔性装配技术得到了广泛应用。现代机器人与数控技术(NC)、可编程控制器(PLC)并称为工业自动化的三大支柱技术和基本手段。

　　工业机器人由于其作业的高度柔性和可靠性，操作简单等特点，被广泛应用于汽车制造、工程机械、机车车辆、电子和电器、计算机和信息以及生物制药领域。

　　目前出现的工业机器人还只限于从事一些预先经过程序编制的活动，但也能在生产线的许多工作中，也能满足人们的需求。随着机器人的性能不断提高，可以替人们做更多的工作。

　　工业机器人按其结构形式及编程坐标系主要分类为关节型机器人、移动机器人、水下机器人和直角坐标机器人等。按主要功能特征及应用分类为移动机器人、水下机器人、洁净机器人、直角坐标机器人、焊接机器人、手术机器人和军用机器人等。下面以点焊机器人为例来说明：

　　点焊机器人应用非常广泛，主要用来焊接薄板材料，点焊作业占汽车工厂的车体组装工程的大半。点焊机器人手臂上所握焊枪包括电极、电缆、气管、冷却水管及焊接变压器，焊枪相对比较重，要求手臂的负重能力较强。如图所示为点焊机器人示意图，该机器人运动轴为六轴关节式，电动机M1驱动回转台旋转，实现第一轴的运动;电动机M2推动臂架2的摆动，实现第二轴的运动;电动机M3带动驱动臂架12的摆动，实现第三轴的运动;电动机组M4、M5、M6通过实轴或空心轴，实现驱动手腕的动作。为了保证结构在运动过程中保证尽可能无间隙和一定的刚性，避免大的惯性扭矩，并一直保持高速，直到传递到工作端才进行减速，第一轴采用了摆线针轮减速器，第二轴、第三轴使用了滚珠丝杠，手腕部件的各驱动轴均采用了谐波齿轮减速器。此外，为了抵消惯性力影响，在第二轴、第三轴上设置了平衡汽缸。

　　在确定了点焊机器人机械结构的几何模型后，就可以进行其机械运动的仿真分析，既能比较真实地模拟机器人所完成的点焊操作的运动过程，又可进行点焊动作的运动分析和确定合理的运动范围。为使点焊轨迹不发生偏离，以实现正确焊接，在进行点焊操作作业时，机器人首先是进行平移的动作，完成焊枪和焊点间的位置修正;然后进行焊枪和焊点间的角度误差修正，实现点焊过程的规范操作。此类机器人回旋机械臂类似于人的手臂，在水平方向具有顺应性，可吸收点焊操作中的水平误差和角度误差;而在垂直方向上具有较大的刚性，便于点焊操作，如果在手部施加水平方向的作用力，会使机械臂作微小的转动，进行微调点焊操作。 从而实现自动纠正并减小位置与角度误差，使点焊操作能顺利地完成。

　　上述用于点焊操作的机器人主要技术指标是：1.重复定位精度达0.30mm;2.自由度数为6个;3.各轴运动速度为80～120/sec或1.25～1.45m/sec;4.柔性手臂转角范围为90。通过选用不同型号的控制器，可用于点焊和连续轨迹焊接作业;调配手腕部所夹持的相应工具，也可进行加工、装配等其他多种操作。

　　采用工业机器人进行点焊操作，可用于比较复杂的、恶劣的工作环境，以及不易实现自动化、劳动生产率比较低的场合，可以在一个工位完成几种操作，实现提高生产率和降低生产成本的目的;特别是代替人类在各种不适合人体工作的特殊环境下更显示出了它的优越性，可大大提高人类的创造性劳动能力，扩展人类的生产和活动范围。

　　下面我简单介绍一下我国机器人发展的基本概况。我们国家在机器人的研究，在20世纪70年代后期这个时候才开始进行机器人的研究。但是这时候的研究，基本上还局限于理论的探讨阶段;真正进行机器人研究的时候，是在七五、八五、九五、十五将近这二十年的发展;发展最迅速的时候，是在1986年我们国家成立的863计划是高技术发展计划，就将机器人技术作为一个重要的发展的主题，国家投入将近几个亿的资金开始进行了机器人研究，使得我们国家在机器人这一领域得到很快地、迅速地发展。

　　目前主要单位像中科院、沈阳自动化所、原机械部的北京自动化所，像哈尔滨工业大学，北京航空航天大学，清华大学，还包括中科院北京自动化所等等的一些单位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果。而且从目前这几年来看，我们国家在高校里边，有很多单位从事机器人研究，很多研究生和博士生都在从事机器人方面的研究。目前我们国家比较有代表性的研究，有工业机器人、水下机器人、空间机器人、核工业的机器人，都在国际上处于领先水平。总体上我们国家与发达国家相比，还存在很大的差距，主要表现在，我们国家在机器人的产业化方面，目前还没有固定的成熟的产品，但是在上述这些水下、空间、核工业，一些特殊机器人方面，我们取得了很多有特色的研究成就。

　　除了传统的工业机器人外还有外形更像人的机器人，能像人一样行走、唱歌、跳舞，甚至能和人做简单的交流。例如日本的ASIMO和索尼的SDR-4XⅡ;和能有人的表情的机器人，比如美国科学家研制的一名叫做K-bot的女机器人。由于关键技术的解决，以及应用的需求，就促进了机器人学本身的一个主题的发展――智能化，现在科学家正在机器人智能化的道路上前进。

　　机器人是人类的得力助手，能友好相处的可靠朋友，将来我们会看到人和机器人会存在一个空间里边，成为一个互相的助手和朋友。机器人会不会产生抢饭碗的问题我们相信不会出现机器人上岗，工人下岗的局面，因为随着社会的发展，实际上把人们从繁重的体力和危险的环境中解放出来，使人们有更好的岗位去工作，去创造更好的精神财富和文化财富，而由机器人来做这些危险环境的工作。展望未来，机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，所以很多专家预测，在21世纪的前二十年，是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期。目前国际上很多国家，也对机器人对人类社会的影响的估计提出了新的认识，同时，我们也可以看到机器人技术，涉及到多个学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，它是一个国家高技术实力的一个重要标准。

　　 参考文献：

　　 [1] 熊友伦 .机器人学[M].北京：机械工业出版社，1993

　　[2] 《走进未知世界 仿造人类智能:机器人与人工智能发展》董克、刘明锐，上海交通大学出版社第1版