工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)（第三版）課件 1.3 機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用

第一篇漫談篇——工業(yè)機(jī)器人世界漫游

任務(wù)三機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用第一篇漫談篇——工業(yè)機(jī)器人世界漫游

機(jī)器人改變了生產(chǎn)方式，帶來了制造業(yè)模式的變革。新一輪工業(yè)革命呼喚著機(jī)器人發(fā)展，勞動(dòng)力成本不斷上升加速機(jī)器人需求，新技術(shù)進(jìn)步提升機(jī)器人性能，客戶化定制依賴于機(jī)器人制造。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用為了避免危險(xiǎn)惡劣的工作環(huán)境導(dǎo)致的工傷事故和職業(yè)病，保護(hù)工人的身心安全，對(duì)一些特殊工種，工作量大，環(huán)境惡劣，危險(xiǎn)性，人類無法涉足的工作領(lǐng)域都可由工業(yè)機(jī)器人代替。在制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造（沖壓、壓鑄、鍛造等）、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。圖1-13和圖1-14是應(yīng)用最廣泛的裝配和碼垛機(jī)器人。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-13裝配機(jī)器人圖1-14碼垛機(jī)器人機(jī)器人作為現(xiàn)代制造業(yè)主要的自動(dòng)化裝備，已廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機(jī)械、電子信息、家電、化工等行業(yè)，進(jìn)行焊接、裝配、搬運(yùn)、加工、噴涂、碼垛等復(fù)雜作業(yè)。全世界投入使用的機(jī)器人數(shù)量近年來快速增加，目前，日本實(shí)際裝配的機(jī)器人總量占世界總量的一半。裝配是日本機(jī)器人的最大應(yīng)用領(lǐng)域，它擁有的機(jī)器人占總數(shù)的42%；焊接是應(yīng)用的第二大領(lǐng)域，占機(jī)器人總數(shù)的19%；注塑是第三大應(yīng)用領(lǐng)域，占機(jī)器人總數(shù)約12%，機(jī)加工次之為8%。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3.1工業(yè)機(jī)器人在汽車制造中的應(yīng)用汽車工業(yè)4.0是依托信息物理系統(tǒng)（CPS）和信息通訊技術(shù)相結(jié)合使汽車車間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、互聯(lián)網(wǎng)化得汽車生產(chǎn)制造過程，包括無線射頻技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)、在線條碼、二維碼比對(duì)、影像識(shí)別、機(jī)器人等技術(shù)應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人是汽車生產(chǎn)中非常重要的設(shè)備，各個(gè)部件的生產(chǎn)都需要有工業(yè)機(jī)器人的參與。工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上工作主要有弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)、噴漆、檢測(cè)、碼垛、研磨拋光和激光加工等復(fù)雜作業(yè)。圖1-15為工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上常見的4類工作。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用（a）搬運(yùn)機(jī)器人（b）焊接機(jī)器人（c）裝配機(jī)器人（d）噴涂機(jī)器人圖1-15工業(yè)機(jī)器人在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用我們來舉幾個(gè)例子，在汽車生產(chǎn)中的車身生產(chǎn)中，有大量壓鑄，焊接，檢測(cè)等應(yīng)用，這一些目前均由工業(yè)機(jī)器人參與完成，特別是焊接線，一條焊接線就有大量的工業(yè)機(jī)器人，所以一般現(xiàn)在的一些領(lǐng)導(dǎo)參觀，多為去焊接車間，一排機(jī)器人，相當(dāng)壯觀，同時(shí)也顯示出自動(dòng)化的程度相當(dāng)?shù)母?；汽車?nèi)飾生產(chǎn)，汽車內(nèi)飾相當(dāng)?shù)亩?，最主要的則是儀表盤，而儀表盤的制作，則需要表皮弱化機(jī)器人，發(fā)泡機(jī)器人，最后的產(chǎn)品切割機(jī)器人，汽車車身的噴涂，這一塊由于工作量大，危險(xiǎn)性，大量的也都由工業(yè)機(jī)器人代替。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用一、焊接機(jī)器人在汽車底盤焊接中的應(yīng)用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件，主要構(gòu)件采用沖壓焊接,板厚平均為1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高，其質(zhì)量的好壞直接影響到轎車的安全性能。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用焊接機(jī)器人最適合于多品種高質(zhì)量生產(chǎn)方式，目前已廣泛應(yīng)用在汽車制造業(yè)，汽車底盤、座椅骨架、導(dǎo)軌、消聲器以及液力變矩器等焊接件均使用了機(jī)器人焊接，尤其在汽車底盤焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，如圖1-16所示。應(yīng)用機(jī)器人焊接后，大大提高了焊接件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，并保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-16焊接機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上按照焊接機(jī)器人系統(tǒng)在汽車底盤零部件焊接的夾具布局的不同特點(diǎn)，及外部軸等外圍設(shè)施的不同配置，焊接機(jī)器人系統(tǒng)可分為以下幾種形式。（1）滑軌+焊接機(jī)器人的工作站；（2）單（雙）夾具固定式+焊接機(jī)器人工作站；（3）帶變位機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)+焊接機(jī)器人工作站；（4）搬運(yùn)機(jī)器人+焊接機(jī)器人工作站；（5）協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)式外軸+焊接機(jī)器人工作站；（6）機(jī)器人焊接自動(dòng)線；（7）焊接機(jī)器人柔性系統(tǒng)。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用二、KUKA機(jī)器人在寶馬汽車的應(yīng)用現(xiàn)代汽車制造業(yè)不斷向“準(zhǔn)時(shí)化”和“精益生產(chǎn)”的方向發(fā)展，這對(duì)設(shè)備的快速響應(yīng)、柔性化、集成化和多任務(wù)處理的能力提出了更高要求。為迎合這種需求，庫(kù)卡公司另辟蹊徑，突破傳統(tǒng)的機(jī)器人協(xié)同工作組概念，以單個(gè)機(jī)器人作為獨(dú)立的控制對(duì)象。把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的概念引入到機(jī)器人協(xié)同工作組控制中，對(duì)機(jī)器人協(xié)同工作組的功能和工作模式進(jìn)行了歷史性的革新，使得15臺(tái)機(jī)器人同步工作成為可能，完全顛覆了傳統(tǒng)汽車制造中以工位為目標(biāo)單位的工藝格局，汽車的柔性化生產(chǎn)提高到了一個(gè)空前的高度。庫(kù)卡焊接、裝配機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用如圖1-17和圖1-18所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-17KUKA焊接機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用圖1-18KUKA裝配機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用寶馬公司為其在雷根斯堡的工廠尋找一種自動(dòng)化解決方案用以傳送寶馬1系列及3系列車型的整個(gè)前后軸以及車門。該方案選擇了三臺(tái)庫(kù)卡機(jī)器人，包括一臺(tái)KR500及兩臺(tái)KR360來傳送前后軸。KR500從裝配系統(tǒng)中取出已裝配好的前軸并將其置于裝配總成支架上，在那里前軸將被裝配到傳動(dòng)桿上。KR500的多用夾持器適用于1、3系列所有車型專有的軸。此外，整個(gè)夾持器還滿足了寶馬公司的要求，即能夠在傳送過程中使軸的活動(dòng)部分保持在規(guī)定的位置。由此，機(jī)器人可將所有需要裝配的部件在轉(zhuǎn)配總成支架上準(zhǔn)確定位。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用兩臺(tái)重載型機(jī)器人KR36傳送后軸。第一臺(tái)KR360從裝配系統(tǒng)中取出軸并將其置于多用工件托架的存儲(chǔ)器內(nèi)。第二臺(tái)KR360從存儲(chǔ)器中取出軸并將其置于裝配總成支架上。如同前軸的情況，放置后軸時(shí)所需達(dá)到的精確位置可通過一個(gè)感知器測(cè)量系統(tǒng)得到。為使KR360能夠在最佳的位置上完成所需的工作，它被安裝在一個(gè)一米半高的底座之上。由于機(jī)器人控制系統(tǒng)將夾持器作為第七條軸來移動(dòng)，因此KR360就有能力將客車車軸舉到輪轂處而不受輪距的限制。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用在傳送車門方面，四臺(tái)裝配有400mm延長(zhǎng)臂的KR150，每?jī)膳_(tái)作為一組，可以替代數(shù)目相同的提升站以及所屬用以交接的機(jī)械裝置。在兩個(gè)機(jī)器人小組內(nèi)部，一臺(tái)機(jī)器人負(fù)責(zé)前門，另一臺(tái)負(fù)責(zé)后門，如圖1-19所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-19KUKA裝配機(jī)器人裝配車門當(dāng)一輛帶著空運(yùn)輸?shù)跫艿碾妱?dòng)鋼索吊車停在工位內(nèi)時(shí)，機(jī)器人的工作就可以開始了。有關(guān)的KR150將其夾持器擺動(dòng)著伸入貨物承裝工具內(nèi)部，將其從電動(dòng)鋼索吊車上取下并置于下一層以做好裝料準(zhǔn)備。兩個(gè)在此工作的工作人員為吊架的兩側(cè)都裝上相應(yīng)車身的車門。之后，機(jī)器人將貨物承裝工具移回上一層并將其重新放回電動(dòng)鋼索吊車。如圖1-12所示，由于機(jī)器人重復(fù)精度高，就可以避免對(duì)車門及電動(dòng)鋼索吊產(chǎn)生損傷。由于對(duì)機(jī)器人可進(jìn)行自由編程，因此整個(gè)設(shè)備也具有很高的靈活性。除此之外，庫(kù)卡公司還可以滿足寶馬公司對(duì)夾持器的要求--設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且安全可靠。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3.2工業(yè)機(jī)器人在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用一、碼垛機(jī)器人國(guó)內(nèi)的物流行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了準(zhǔn)高速增長(zhǎng)階段。傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備可能已經(jīng)不能滿足企業(yè)日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求。以碼垛設(shè)備為例，機(jī)械式碼垛機(jī)，具有占地面積大、程序更改復(fù)雜、耗電量大等缺點(diǎn)；采用人工搬運(yùn)，勞動(dòng)量大，工時(shí)多，無法保證碼垛質(zhì)量，影響產(chǎn)品順利進(jìn)入貨倉(cāng)，可能有百分之五十的產(chǎn)品由于碼垛尺寸誤差過大而無法進(jìn)行正常存儲(chǔ)，還需要重新整理。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用目前歐、美、日的碼垛機(jī)器人在碼垛市場(chǎng)的占有率超過了90%，絕大數(shù)碼垛作業(yè)由碼垛機(jī)器人完成。碼垛機(jī)器人能適應(yīng)于紙箱、袋裝、罐裝、箱體、瓶裝等各種形狀的包裝成品碼垛作業(yè)，如圖1-20所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-20碼垛機(jī)器人在包裝生產(chǎn)線上碼垛機(jī)器人通過檢測(cè)吸盤和平衡氣缸內(nèi)氣體壓力，能自動(dòng)識(shí)別機(jī)械手臂上有無載荷，并經(jīng)氣動(dòng)邏輯控制回路自動(dòng)調(diào)整平衡氣缸內(nèi)的氣壓，達(dá)到自動(dòng)平衡的目的。工作時(shí)，重物猶如懸浮在空中，可避免產(chǎn)品對(duì)接時(shí)的碰撞。在機(jī)械手臂的工作范圍內(nèi)，操作人員可將其前后左右上下輕松移動(dòng)到任何位置，人員本身可輕松操作。同時(shí)，氣動(dòng)回路還有防止誤操作掉物和失壓保護(hù)等連鎖保護(hù)功能。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用碼垛機(jī)器人能將不同外形尺寸的包裝貨物，整齊、自動(dòng)地碼（或拆）在托盤上（或生產(chǎn)線上等）。為充分利用托盤的面積和碼堆物料的穩(wěn)定性，機(jī)器人具有物料碼垛順序、排列設(shè)定器?？蓾M足從低速到高速，從包裝袋到紙箱，從碼垛一種產(chǎn)品到碼垛多種不同產(chǎn)品。先進(jìn)的大型碼垛機(jī)器人如圖1-21所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-21大型碼垛機(jī)器人二、自動(dòng)導(dǎo)引車AGV是自動(dòng)導(dǎo)引車（AutomatedGuidedVehicle）的英文縮寫，是指具有磁條，軌道或者激光等自動(dòng)導(dǎo)引設(shè)備，沿規(guī)劃好的路徑行駛，以電池為動(dòng)力，并且裝備安全保護(hù)以及各種輔助機(jī)構(gòu)（例如移載，裝配機(jī)構(gòu)）的無人駕駛的自動(dòng)化車輛，如圖1-22所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-22自動(dòng)導(dǎo)引車

通常多臺(tái)AGV與控制計(jì)算機(jī)（控制臺(tái)），導(dǎo)航設(shè)備，充電設(shè)備以及周邊附屬設(shè)備組成AGV系統(tǒng)，其主要工作原理表現(xiàn)為在控制計(jì)算機(jī)的監(jiān)控及任務(wù)調(diào)度下，AGV可以準(zhǔn)確的按照規(guī)定的路徑行走，到達(dá)任務(wù)指定位置后，完成一系列的作業(yè)任務(wù)，控制計(jì)算機(jī)可根據(jù)AGV自身電量決定是否到充電區(qū)進(jìn)行自動(dòng)充電。根據(jù)導(dǎo)航方式的不同，目前AGV產(chǎn)品可分為：磁導(dǎo)航AGV和激光導(dǎo)航AGV（又稱LGV）。在物流領(lǐng)域里，根據(jù)工作方式的不同，AGV有叉車式運(yùn)輸型AGV、搬運(yùn)型AGV、重載AGV、智能巡檢AGV、特種AGV以及簡(jiǎn)易AGV（又稱AGC）等。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用當(dāng)前的智能物流機(jī)器人CPU性能越來越高，控制器內(nèi)部根據(jù)控制功能的不同采取模塊化設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)平衡控制的增強(qiáng)，提高了機(jī)器人加速和加速的時(shí)間，加快了機(jī)器人的動(dòng)作周期，碰撞檢測(cè)功能的提高，極大地保護(hù)了機(jī)器人本體和手爪；新開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)功能，作為軟件集成在機(jī)器人系統(tǒng)控制柜中。通過機(jī)器人示教盤監(jiān)控視覺功能的作業(yè)情況。舍去了傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)中PC機(jī)等硬件，大大節(jié)省了成本支出。機(jī)器人已經(jīng)在中國(guó)物流行業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，節(jié)約了成本，提高物流效率。智能物流機(jī)器人如圖1-23所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-23智能物流機(jī)器人1.3.3工業(yè)機(jī)器人在能源領(lǐng)域中的應(yīng)用能源裝備自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)已經(jīng)利用先進(jìn)機(jī)器人及自動(dòng)化技術(shù)，開發(fā)各種油田及其它能源行業(yè)自動(dòng)化裝備。例如：應(yīng)用于海上和陸地油氣田的井口管處理機(jī)器人系統(tǒng)，相修井作業(yè)管桿自動(dòng)操作機(jī)、自動(dòng)修井機(jī)、勘察船抓管機(jī)器人、鉆臺(tái)機(jī)器人、二層平臺(tái)操作機(jī)器人等，還有像應(yīng)用于發(fā)電廠和變電站的巡視機(jī)器人等。用于完成高勞動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用一、折臂抓管機(jī)器人折臂抓管機(jī)器人主要安裝在船甲板或海洋鉆井平臺(tái)上，采用機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)，與鷹爪機(jī)之間協(xié)調(diào)配合工作，將管場(chǎng)中水平放置的鉆桿移運(yùn)到井口，翻轉(zhuǎn)為豎直狀態(tài)；或者將井口上方拆卸下的豎直鉆桿，翻轉(zhuǎn)并移運(yùn)到管場(chǎng)。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用在運(yùn)移過程中，鉆桿質(zhì)心軌跡保持為平行或垂直船軸線，并且鉆桿軸線與船軸線保持平行，實(shí)現(xiàn)鉆桿在空間范圍內(nèi)按規(guī)劃軌跡的移運(yùn)。折臂抓管機(jī)器人在海洋鉆探領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣闊，如圖1-24所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-24抓臂抓管機(jī)器人二、發(fā)電廠、變電站的巡視機(jī)器人長(zhǎng)期以來，我國(guó)電力行業(yè)沿用的變電站設(shè)備人工巡檢作業(yè)方式，在高壓、超高壓、核力發(fā)電以及惡劣氣象條件下，不僅對(duì)人身危害大，而且對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來一定隱患。工業(yè)巡視監(jiān)控機(jī)器人可代替人工完成電氣設(shè)備的巡檢作業(yè)。工業(yè)監(jiān)控機(jī)器人系統(tǒng)以自主或遙控的方式，在無人值守或少人值守的變電站對(duì)室外設(shè)備進(jìn)行巡檢，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的熱缺陷、異物懸掛等設(shè)備異?，F(xiàn)象。它可以通過攜帶的各種傳感器，完成變電站設(shè)備的圖像巡視、一次設(shè)備的紅外檢測(cè)等。操作人員只需通過后臺(tái)計(jì)算機(jī)收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、圖像等信息，即可完成發(fā)電廠、變電站的設(shè)備巡視工作。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用巡視機(jī)器人主要應(yīng)用于室外變電站代替巡視人員進(jìn)行巡視檢查。該機(jī)器人系統(tǒng)可以攜帶紅外熱像儀、可見光CCD等有關(guān)的電站設(shè)備檢測(cè)裝置，以自主和遙控的方式，代替人對(duì)室外設(shè)備進(jìn)行巡測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的內(nèi)部熱缺陷、外部機(jī)械或電氣問題如：異物、損傷、發(fā)熱、漏油等等，給運(yùn)行人員提供診斷電力設(shè)備運(yùn)行中的事故。如圖1-25所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖