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机器人抓取 发布日期:【2016-11-29】
讯息负责人: 张佳俊
 

一、简介

机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动,以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业,因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展,工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合,己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业,也都开始使用机器人。近年来,我们在研究文化创造性产业时,发现国外正在兴起一个与文化产业、科学技术有紧密关系的未来产业——机器人的研究、开发及制造,参与者除了传统从事学术研究的科技工作者、大学研究梯队、企业产品的专门研究人员之外,更有一大批的青少年积极加入此,在一些机种方面,如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人、装配机器人、特种机器人(水下、爬壁、管道、遥控等机器人),基本掌握了机器人操作机的设计制造技术,解决了控制,驱动系统的设计和配置、软件的设计和编制等关键技术,还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线(工作站)及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术;在基础元件方面,谐波减速器、机器人焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破;于此同时造就了一支具有定水平的技术队伍。

二、工业机器人的诞生  

日本是当今的工业机器人王国,既是工业机器人的最大制造国也是最大消费国。但实际上工业机器人的诞生地是美国。机器人的启蒙思想其实很早就出现了,1920年捷克作家卡雷尔·恰佩克发表了剧本《罗萨姆的万能机器人》,剧中叙述了一个叫做罗萨姆的公司将机器人作为替代人类劳动的工业品推向市场的故事,引起了世人的广泛关注。于是在1959年美国的一家汽车公司,工业机器人应运而生。美国人英格伯格和德奥尔制造出了世界上第一台工业机器人,他们发现可以让机器人去代替工人一些简单重复的劳动,而且不需要报酬和休息,任劳任怨。

接着他们两人合办了世界上第一家机器人制造工厂,生产unimate工业机器人。

工业机器人的发展通常可规划分为三代: 

第一代工业机器人

通常是指目前国际上商品化与使用化的可编程的工业机器人,又称示教再现工业机器人,即为了让工业机器人完成某项作业,首先由操作者将完成该作业所需要的各种知识(如运动轨迹、作业条件、作业顺序和作业时间等),通过直接或间接手段,对工业机器人进行示教,工业机器人将这些知识记忆下来后,即可根据再现指令,在一定精度范围内,忠实的重复再现各种被示教的动作。1962年美国万能自动化公司的第一台Unimate工业机器人在美国通用汽车公司投入使用,标志着第一代工业机器人的诞生。 

第二代工业机器人

通常是指具有某种智能(如触觉、力觉、视觉等)功能的智能机器人。即有传感器得到触觉、力觉和视觉等信息计算机处理后,控制机器人的操作机完成相应的适当操作。1982年美国通用汽车在装配线上为工业机器人装备了视觉系统,从而宣布了新一代智能工业机器人的问世。

第三代工业机器人

即所谓的只治式工业机器人。它不仅具有感知功能,而且还有一定的决策及规划能力。

工业机器人经历了诞生---成长---成熟期后,已成为制造业中不可缺少的核心装备,世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在个条生产线上,特种机器人作为机器人家族的后起之秀,由于其用途广泛而大有后来居上之势,仿人机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途发特种机器人纷纷面世,而且正以飞快的速度向实用化迈进。

 

三、工业机器人的应用

但总的来看,我国的工业机器人技术及其工程应用水平和国外比还有一定的距离,如:可靠性低于国外产品;机器人应工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上,我国已安装的国产工业机器人约200台,约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业,当前我国的机器人生产都是应用户的要求,一客户,一次重新设计,品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低,而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术,对产品进行全面规划,搞好系列化、通用化、模化设计,积极推进产业化进程。 

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。在我国,工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业,主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。目前,由于机器人技术及研发的落后,工业机器人还主要应用在制造业,非制造业使用的较少。据统计,近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业。可见,汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。例如焊接机器人就在在汽车制造业中发挥着不可替代的作用焊接机器人实在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备,是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人,主要用于工业自动化领域,其广泛应用于汽车及零部件制造、摩托车、工程机械等行业,在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程中都有广泛应用,其中应用最多的以弧焊、点焊为主。目前,焊接工业机器人在一汽、上汽、沈阳中顺、金杯通用、重庆长安、湖南长丰等整车制造企业广泛应用。据统计,每辆汽车身上,大约有30004000个电阻点焊焊点。电阻电焊技术的应用实现了汽车车身制造的量产化与自动化。多年来,我国汽车零部件生产一直是手工焊、专机焊接占据焊接生产的主要地位,劳动强度大,作业环境恶劣,焊接质量不易保证,而且生产的柔性也很差,无法适应现代汽车生产的需要。近年来由于焊接机器人的大量应用,提高了零部件生产的自动化水平及生产效率,焊接质量也得到了保证。近年来,焊接机器人在大连华克、上海华克,上海龙马神、南京新迪、长春佛吉亚、上海汇众等零部件及配件生产企业也有着典型的应用。在汽车零部件的生产中广泛应用了点焊、凸焊、缝焊、对焊及电弧焊等焊接工艺。如:横梁总成托架电焊,传动轴平衡片凸焊,汽车燃油箱缝焊,汽车轮圈连续闪光对焊,汽车转向臂、消声器、净化器壳体的电弧焊等。随着我国汽车工业的发展和对自动化水平要求的不断提高,将为焊接机器人市场的快速增长提供了一个良好的机会。预计国内企业对焊接机器人的需求量将以30%以上的速度增长。从机器人技术发展趋势看,焊接机器人不断向智能化方向发展,完全实现生产系统中机器人的群体协调和集成控制,从而达到更高的可靠性和安全性。而采用焊接机器人的汽车生产企业在高技术、高质量、低成本条件下必将获得高速发展,也将为汽车产业的发展带来新的生机。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。我国在争取公海海域优先开采权的过程中,由国家 863”计划研制的 6000 米水下无缆自治机器人系统先后两次出海,获得了海底锰结核分布的珍贵资料,使我国成为世界上少数几个具有深海探测能力的国家之一。深空探测领域方面。由于机器人的自身特点和功用,可以处在人类无法到达或相当危险的环境中去工作,因此,它的重要性再次体现。例如,我国启动的嫦娥工程探月工程论证和关键技术的攻关,中国首先登上月球的是机器人而不是人,它对月球进行考察、分析、取样。

优点

工业机器人的优点,综上所述,工业机器人的应用给人类带来了许多好处,如:

1)减少劳动力费用;

2)提高生产率;

3)改进产品质量;

4)增加制造过程的柔性;

5)减少材料浪费;  

6)控制和加快库存的周转;

7)降低生产成本;

8)消除危险和恶劣的工作岗位;

 

四、机器人抓取应用

主要应用于工作环境差,具有较高危险的工作环境,如:高温、重载、高危、特殊环境等。

夹持类型:

1、气缸夹持

特点:动作快速,抓取力量可通过气压控制,设计方便,可抓取多种类型的产品,是目前汽车行业机器人抓取应用最为常用的方式。可根据具体产品进行定位抓取。

随着市场需求,各大气缸厂家也在不断地研发新的夹持型气缸,这类气缸可简化设计结构,减轻机器人前端夹持结构,使得在抓取空间和抓取重量上都得到了提升。利用气缸夹持定位,可以使产品较好的夹紧定位,不会受到移动轨迹的影响。

气缸夹持适合多种外形的产品,无论是规则的,还是不规则的,气缸夹持都能够有效牢靠的抓取产品。对于圆形的产品,一般可采用三点或四点的滚轮夹取,使得产品圆心能够与夹取中心对正。其它不规则的产品,一般采用产品外形的接触面夹取,或利用产品内部空间膨胀支撑夹取。对高温、表面有油或水的产品,采用相应的材料来设计夹爪,进行抓取搬运,例如汽车轮毂的旋压取放。对于打磨加工多粉尘的工作环境,气缸夹持相对于真空吸盘就更加实用。

2、真空吸盘抓取

特点:结构简单,重量轻,对工件无损伤,主要针对表面平整的片体类产品,在汽车零部件的冲压取放上应用广泛。

真空吸盘抓取,可有效减小在冲压工件时,由于工人误操作、疲劳或机器故障带来的危险。真空吸盘也可以避免破坏到产品的外观,而且抓取移动速度较快,但在要求移动时,保持吸力方向朝上,使得产品受力均匀,不会发生侧滑。在汽车钣金冲压及电子装配线上,应用非常广泛。

3、电磁铁抓取

特点:磁力可控制,可搬运重载,对工件损伤小。

在通电状态下,持续或瞬间可产生强劲吸附力,并且可通过电流调节来改变磁力大小。被广泛应用于自动化设备,可对被吸附物体起到抓取,停止或移动等作用。冲压、锻压机器人应用电磁铁抓取,能完全代替人工,完成锻造生产过程中的连续上料、翻转、下料等危险性高、简单重复性、劳动强度高的工作,同时能有效降低劳动强度及危险性,提高生产自动化程度,提高生产效率。

五、总结

搬运机器人在汽车制造业中应用,汽车桥箱类零件具有精度高、加工工序多、形状复杂、重量重的特点,为提高其加工精度及生产效率,各重型汽车生产厂家纷纷采用数控加工中心来加工此类零部件。而在使用数控加工中心加工工件时,要求工件在工作台上具有非常高的定位精度,且需要保证每次上料的一致性。由於人工上料此类的工件具有劳动强度高、上料精度不好控制等缺点,现在正逐步被工业机器人或专机进行上下料所取代。工业机器人具有重复定位精度高,可靠性高,生产柔性化,自动化程度高等突出的优势:与人工相比,能够大幅度提高生产效率和产品质量;与专机相比,具有可实现生产的柔性化,投资规模小等特点。机器人智能化自动搬运系统作为减速器壳体加工的重要生产环节,虽然已经在国内重型汽车厂内取得成功的应用,但依然尚未普及。在国家经济建设飞速发展的进程中,重型载重汽车的生产能力及生产力水平亟待有一个质的飞跃,而工业机器人即是提升生产力水平的强力推进器。

 
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