工業(yè)機(jī)器人是一種通過重復(fù)編程和自動(dòng)控制,能夠完成制造過程中某些操作任務(wù)的多功能、多自由度的機(jī)電一體化自動(dòng)機(jī)械裝備和系統(tǒng),它結(jié)合制造主機(jī)或生產(chǎn)線,可以組成單機(jī)或多機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng),在無(wú)人參與下,實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、焊接、裝配和噴涂等多種生產(chǎn)作業(yè)。
工業(yè)機(jī)器人特點(diǎn)有以下幾個(gè):
(1)可編程。生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性啟動(dòng)化。工業(yè)機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程,因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用,是柔性制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。
(2)擬人化。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分,在控制上有電腦。此外,智能化工業(yè)機(jī)器人還有許多類似人類的“生物傳感器”,如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語(yǔ)言功能等。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。
(3)通用性。除了專門設(shè)計(jì)的專用的工業(yè)機(jī)器人外,一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。比如,更換工業(yè)機(jī)器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。
(4)工業(yè)機(jī)器技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛,歸納起來(lái)是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合-機(jī)電一體化技術(shù)。第三代智能機(jī)器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器,而且還具有記憶能力、語(yǔ)言理解能力、圖像識(shí)別能力、推理判斷能力等人工智能,這些都是微電子技術(shù)的應(yīng)用,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。因此,機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)其他技術(shù)的發(fā)展,機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平也可以驗(yàn)證一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平。 分類及其典型應(yīng)用 1.移動(dòng)機(jī)器人(AGV)
移動(dòng)機(jī)器人(AGV)是工業(yè)機(jī)器人的一種類型,它由計(jì)算機(jī)控制,具有移動(dòng)、自動(dòng)導(dǎo)航、多傳感器控制、網(wǎng)絡(luò)交互等功能,它可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)的柔性搬運(yùn)、傳輸?shù)裙δ?,也用于自?dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)(以AGV作為活動(dòng)裝配平臺(tái));同時(shí)可在車站、機(jī)場(chǎng)、郵局的物品分撿中作為運(yùn)輸工具。
國(guó)際物流技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)之一,而移動(dòng)機(jī)器人是其中的核心技術(shù)和設(shè)備,是用現(xiàn)代物流技術(shù)配合、支撐、改造、提升傳統(tǒng)生產(chǎn)線,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)存取的高架
箱儲(chǔ)、作業(yè)和搬運(yùn)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、柔性化、信息化,縮短物流流程,降低物料損耗,減少占地面積,降低建設(shè)投資等的高新技術(shù)和裝備。
2.點(diǎn)焊機(jī)器人
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,焊接生產(chǎn)線要求焊鉗一體化,重量越來(lái)越大,165公斤點(diǎn)焊機(jī)器人是當(dāng)前汽車焊接中最常用的一種機(jī)器人。2008年9月,機(jī)器人研究所研制完成國(guó)內(nèi)首臺(tái)165公斤級(jí)點(diǎn)焊機(jī)器人,并成功應(yīng)用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月,經(jīng)過優(yōu)化和性能提升的第二臺(tái)機(jī)器人完成并順利通過驗(yàn)收,該機(jī)器人整體技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)外同類機(jī)器人水平。
3.弧焊機(jī)器人
弧焊機(jī)器人主要應(yīng)用于各類汽車零部件的焊接生產(chǎn)。在該領(lǐng)域,國(guó)際大型工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)主要以向成套裝備供應(yīng)商提供單元產(chǎn)品為主。 關(guān)鍵技術(shù)包括:
(1)弧焊機(jī)器人系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù):弧焊機(jī)器人采用交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及高精度、高剛性的RV減速機(jī)和諧波減速器,具有良好的低速穩(wěn)定性和高速動(dòng)態(tài)響應(yīng),并可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)功能。
(2)協(xié)調(diào)控制技術(shù):控制多機(jī)器人及變位機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),既能保持焊槍和工件的相對(duì)姿態(tài)以滿足焊接工藝的要求,又能避免焊槍和工件的碰撞。
(3)精確焊縫軌跡跟蹤技術(shù):結(jié)合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優(yōu)點(diǎn),采用激光傳感器實(shí)現(xiàn)焊接過程中的焊縫跟蹤,提升焊接機(jī)器人對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行焊接的柔性和適應(yīng)性,結(jié)合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差,基于偏差統(tǒng)計(jì)獲得補(bǔ)償數(shù)據(jù)并進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的修正,在各種工況下都能獲得最佳的焊接質(zhì)量。
4.激光加工機(jī)器人
激光加工機(jī)器人是將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于激光加工中,通過高精度工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。本系統(tǒng)通過示教盒進(jìn)行在線操作,也可通過離線方式進(jìn)行編程。該系統(tǒng)通過對(duì)加工工件的自動(dòng)檢測(cè),產(chǎn)生加工件的模型,繼而生成加工曲線,也可以利用CAD數(shù)據(jù)直接加工??捎糜诠ぜ募す獗砻嫣幚?、打孔、焊接和模具修復(fù)等。 關(guān)鍵技術(shù)包括:
(1)激光加工機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù):采用大范圍框架式本體結(jié)構(gòu),在增大作業(yè)范圍的同時(shí),保證機(jī)器人精度;
(2)機(jī)器人系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償技術(shù):針對(duì)一體化加工機(jī)器人工作空間大,精度高等要求,并結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采取非模型方法與基于模型方法相結(jié)合的混合機(jī)器人補(bǔ)償方法,完成了幾何參數(shù)誤差和非幾何參數(shù)誤差的補(bǔ)償。
(3)高精度機(jī)器人檢測(cè)技術(shù):將三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人高精度在線測(cè)量。
(4)激光加工機(jī)器人專用語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)技術(shù):根據(jù)激光加工及機(jī)器人作業(yè)特點(diǎn),完成激光加工機(jī)器人專用語(yǔ)言。
(5)網(wǎng)絡(luò)通訊和離線編程技術(shù):具有串口、CAN等網(wǎng)絡(luò)通訊功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線的監(jiān)控和管理;并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)機(jī)器人的離線編程控制。
5.真空機(jī)器人 關(guān)鍵技術(shù)包括:
(1)真空機(jī)器人新構(gòu)型設(shè)計(jì)技術(shù):通過結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì),避開國(guó)際專利,設(shè)計(jì)新構(gòu)型滿足真空機(jī)器人對(duì)剛度和伸縮比的要求;
(2)大間隙真空直驅(qū)電機(jī)技術(shù):涉及大間隙真空直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)和高潔凈直驅(qū)電機(jī)開展電機(jī)理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作工藝、電機(jī)材料表面處理、低速大轉(zhuǎn)矩控制、小型多軸驅(qū)動(dòng)器等方面。
(3)真空環(huán)境下的多軸精密軸系的設(shè)計(jì)。采用軸在軸中的設(shè)計(jì)方法,減小軸之間的不同心以及慣量不對(duì)稱的問題。
(4)動(dòng)態(tài)軌跡修正技術(shù):通過傳感器信息和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息的融合,檢測(cè)出晶圓與手指之間基準(zhǔn)位置之間的偏移,通過動(dòng)態(tài)修正運(yùn)動(dòng)軌跡,保證機(jī)器人準(zhǔn)確地將晶圓從真空腔室中的一個(gè)工位傳送到另一個(gè)工位。
(5)符合SEMI標(biāo)準(zhǔn)的真空機(jī)器人語(yǔ)言:根據(jù)真空機(jī)器人搬運(yùn)要求、機(jī)器人作業(yè)特點(diǎn)及SEMI標(biāo)準(zhǔn),完成真空機(jī)器人專用語(yǔ)言。
(6)可靠性系統(tǒng)工程技術(shù):在IC制造中,設(shè)備故障會(huì)帶來(lái)巨大的損失。根據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)MCBF的高要求,對(duì)各個(gè)部件的可靠性進(jìn)行測(cè)試、評(píng)價(jià)和控制,提高機(jī)械手各個(gè)部件的可靠性,從而保證機(jī)械手滿足IC制造的高要求。