如何焊接工業機器人技術

1. 工業機器人涉及那些技術

四、工業機器人關鍵技術1.機器人基本系統構成工業機器人由3大部分6個子系統組成。3大部分是機械部分、感測部分和控制部分。6個子系統可分為機械結構系統、驅動系統、感知系統、機器人環境交互系統、人機交互系統和控制系統。
工業機器人系統構成1)工業機器人的機械結構系統由機座、手臂、末端操作器三大部分組成，每一個大件都有若干個自由度的機械繫統。若基座具備行走機構，則構成行走機器人；若基座不具備行走及彎腰機構，則構成單機器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端操作器是直接裝在手腕上的一個重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是噴漆槍、焊具等作業工具。2)驅動系統，要使機器人運作起來，需要在各個關節即每個運動自由度上安置傳動裝置，這就是驅動系統。驅動系統可以是液壓傳動、氣壓傳動、電動傳動、或者把它們結合起來應用綜合系統，可以是直接驅動或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機械傳動機構進行間接傳動。3)感知系統由內部感測器模塊和外部感測器模塊組成，用以獲得內部和外部環境狀態中有意義的信息。智能感測器的使用提高了機器人的機動性、適應性和智能化的水準。人類的感受系統對感知外部世界信息是極其靈巧的，然而，對於一些特殊的信息，感測器比人類的感受系統更有效。4)機器人環境交換系統是現代工業機器人與外部環境中的設備互換聯系和協調的系統。工業機器人與外部設備集成為一個功能單元，如加工單元、焊接單元、裝配單元等。當然，也可以是多台機器人、多台機床或設備、多個零件存儲裝置等集成為一個去執行復雜任務的功能單元。5)人機交換系統是操作人員與機器人控制並與機器人聯系的裝置，例如，計算機的標准終端，指令控制台，信息顯示板，危險信號報警器等。該系統歸納起來分為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。6)機器人控制系統是機器人的大腦，是決定機器人功能和性能的主要因素。控制系統的任務是根據機器人的作業指令程序以及感測器反饋回來的信號支配機器人的執行機構去完成規定的運動和功能。假如工業機器人不具備信息反饋特徵，則為開環控制系統；若具備信息反饋特徵，則為閉環控制系統。根據控制原理，控制系統可分為程序控制系統、適應性控制系統和人工智慧控制系統。根據控制運行的形式，控制系統可分為點位控制和軌跡控制。點位型只控制執行機構由一點到另一點的准確定位，適用於機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業；連續軌跡型可控制執行機構按給定軌跡運動，適用於連續焊接和塗裝等作業。控制系統的任務是根據機器人的作業指令程序以及感測器反饋回來的信號支配機器人的執行機構去完成規定的運動和功能。假如工業機器人不具備信息反饋特徵，則為開環控制系統；若具備信息反饋特徵，則為閉環控制系統。根據控制原理，控制系統可分為程序控制系統、適應性控制系統和人工智慧控制系統。根據控制運行的形式，控制系統可分為點位控制和軌跡控制。一套完整的工業機器人包括機器人本體、系統軟體、控制櫃、外圍機械設備、CCD視覺、夾具/抓手、外圍設備PLC控制櫃、示教器/示教盒。
工業機器人設備下面重點對機器人的驅動系統、感知系統作出介紹。2.機器人的驅動系統工業機器人的驅動系統，按動力源分為液壓，氣動和電動三大類。根據需要也可由這三種基本類型組合成復合式的驅動系統。這三類基本驅動系統的各有自己的特點。液壓驅動系統：由於液壓技術是一種比較成熟的技術。它具有動力大、力(或力矩)與慣量比大、快速響應高、易於實現直接驅動等特點。適於在承載能力大，慣量大以及在防焊環境中工作的這些機器人中應用。但液壓系統需進行能量轉換(電能轉換成液壓能)，速度控制多數情況下採用節流調速，效率比電動驅動系統低。液壓系統的液體泄泥會對環境產生污染，工作雜訊也較高。因這些弱點，近年來，在負荷為100kg以下的機器人中往往被電動系統所取代。青島華東工程機械有限公司研製的全液壓重載機器人如圖所示。其大跨度的承載可達到2000kg，機器人的活動半徑可達到近6m，應用在鑄鍛行業。
全液壓重載機器人
氣壓驅動具有速度快、系統結構簡單、維修方便、價格低等優點。但是由於氣壓裝置的工作壓強低，不易精確定位，一般僅用於工業機器人末端執行器的驅動。氣動手抓、旋轉氣缸和氣動吸盤作為末端執行器可用於中、小負荷的工件抓取和裝配。氣動吸盤和氣動機器人手爪如圖所示。
氣動吸盤和氣動機器人手爪電機驅動是現代工業機器人的一種主流驅動方式，分為4大類電機：直流伺服電機、交流伺服電機、步進電機和直線電機。直流伺服電機和交流伺服電機採用閉環控制，一般用於高精度、高速度的機器人驅動；步進電機用於精度和速度要求不高的場合，採用開環控制；直線電機及其驅動控制系統在技術上已日趨成熟，已具有傳統傳動裝置無法比擬的優越性能，例如適應非常高速和非常低速應用、高加速度，高精度，無空回、磨損小、結構簡單、無需減速機和齒輪絲杠聯軸器等。鑒於並聯機器人中有大量的直線驅動需求，因此直線電機在並聯機器人領域已經得到了廣泛應用。3.機器人的感知系統機器人感知系統把機器人各種內部狀態信息和環境信息從信號轉變為機器人自身或者機器人之間能夠理解和應用的數據、信息，除了需要感知與自身工作狀態相關的機械量，如位移、速度、加速度、力和力矩外，視覺感知技術是工業機器人感知的一個重要方面。視覺伺服系統將視覺信息作為反饋信號，用於控制調整機器人的位置和姿態。這方面的應用主要體現在半導體和電子行業。機器視覺系統還在質量檢測、識別工件、食品分揀、包裝的各個方面得到了廣泛應用。通常，機器人視覺伺服控制是基於位置的視覺伺服或者基於圖像的視覺伺服，它們分別又稱為三維視覺伺服和二維視覺伺服，這兩種方法各有其優點和適用性，同時也存在一些缺陷，於是有人提出了2.5維視覺伺服方法。基於位置的視覺伺服系統，利用攝像機的參數來建立圖像信息與機器人末端執行器的位置/姿態信息之間的映射關系，實現機器人末端執行器位置的閉環控制。末端執行器位置與姿態誤差由實時拍攝圖像中提取的末端執行器位置信息與定位目標的幾何模型來估算，然後基於位置與姿態誤差，得到各關節的新位姿參數。基於位置的視覺伺服要求末端執行器應始終可以在視覺場景中被觀測到，並計算出其三維位置姿態信息。消除圖像中的干擾和雜訊是保證位置與姿態誤差計算準確的關鍵。二維視覺伺服通過攝像機拍攝的圖像與給定的圖像（不是三維幾何信息）進行特徵比較，得出誤差信號。然後，通過關節控制器和視覺控制器和機器人當前的作業狀態進行修正，使機器人完成伺服控制。相比三維視覺伺服，二維視覺伺服對攝像機及機器人的標定誤差具有較強的魯棒性，但是在視覺伺服控制器的設計時，不可避免地會遇到圖像雅克比矩陣的奇異性以及局部極小等問題。針對三維和二維視覺伺服方法的局限性，F.Chaumette等人提出了2.5維視覺伺服方法。它將攝像機平動位移與旋轉的閉環控制解耦，基於圖像特徵點，重構物體三維空間中的方位及成像深度比率，平動部分用圖像平面上的特徵點坐標表示。這種方法能成功地把圖像信號和基於圖像提取的位姿信號進行有機結合，並綜合他們產生的誤差信號進行反饋，很大程度上解決了魯棒性、奇異性、局部極小等問題。但是，這種方法仍存在一些問題需要解決，如怎樣確保伺服過程中參考物體始終位於攝像機視野之內，以及分解單應性矩陣時存在解不唯一等問題。在建立視覺控制器模型時，需要找到一種合適的模型來描述機器人的末端執行器和攝像機的映射關系。圖像雅克比矩陣的方法是機器人視覺伺服研究領域中廣泛使用的一類方法。圖像的雅克比矩陣是時變的，所以，需要在線計算或估計。4.機器人關鍵基礎部件機器人共4大組成部分，本體成本佔22%，伺服系統佔24%，減速器佔36%，控制器佔12%。機器人關鍵基礎部件是指構成機器人傳動系統，控制系統和人機交互系統，對機器人性能起到關鍵影響作用，並具有通用性和模塊化的部件單元。機器人關鍵基礎部件主要分成以下三部分：高精度機器人減速機，高性能交直流伺服電機和驅動器，高性能機器人控制器等。1）減速機減速機是機器人的關鍵部件，目前主要使用兩種類型的減速機：諧波齒輪減速機和RV減速機。

諧波傳動方法由美國發明家C.WaltMusser於20世紀50年代中期發明。諧波齒輪減速機主要由波發生器、柔性齒輪和剛性齒輪3個基本構件組成，依靠波發生器使柔性齒輪產生可控彈性變形，並與剛性齒輪相嚙合來傳遞運動和動力，單級傳動速比可達70～1000，藉助柔輪變形可做到反轉無側隙嚙合。與一般減速機比較，輸出力矩相同時，諧波齒輪減速機的體積可減小2/3，重量可減輕1/2。柔輪承受較大的交變載荷，因而其材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高，製造工藝復雜，柔輪性能是高品質諧波齒輪減速機的關鍵。
諧波齒輪減速機傳動原理德國人LorenzBaraen於1926年提出擺線針輪行星齒輪傳動原理，日本帝人株式會社（TEIJINSEIKICo.，Ltd）於20世紀80年代率先開發了RV減速機。RV減速機由一個行星齒輪減速機的前級和一個擺線針輪減速機的後級組成。相比於諧波齒輪減速機，RV減速機具有更好的回轉精度和精度保持性。
減速機陳仕賢發明了活齒傳動技術。第四代活齒傳動——全滾動活齒傳動（oscillatory roller transmission，ORT）已成功地應用到多種工業產品中。在ORT基礎上提出的復式滾動活齒傳動（compound oscillatory roller transmission，CORT）不但具有RV傳動類似的優點，而且克服了RV傳動曲軸軸承受力大、壽命低的缺點，進一步提高了使用壽命和承載能力；CORT的結構使其在同樣的精度指標下回差更小，運動精度和剛度更高，緩解了RV傳動要求製造精度高的缺陷，可相對降低加工要求，減少製造成本。CORT是我國自主開發的，擁有自主知識產權。鞍山耐磨合金研究所和浙江恆豐泰減速機製造有限公司均開發成功了機器人用CORT減速機。
ORT減速機 CORT減速機目前在高精度機器人減速機方面，市場份額的75%均兩家日本減速機公司壟斷，分別為提供RV擺線針輪減速機的日本Nabtesco和提供高性能諧波減速機的日本Harmonic Drive。包括 ABB, FANUC, KUKA,MOTOMAN在內國際主流機器人廠商的減速機均由以上兩家公司提供，與國內機器人公司選擇的通用機型有所不同的是，國際主流機器人廠商均與上述兩家公司簽訂了戰略合作關系，提供的產品大部分為在通用機型基礎上根據各廠商的特殊要求進行改進後的專用型號。國內在高精度擺線針輪減速機方面研究起步較晚，僅在部分院校，研究所有過相關研究。目前尚無成熟產品應用於工業機器人。近年來國內部分廠商和院校開始致力高精度擺線針輪減速機的國產化和產業化研究，如浙江恆豐泰，重慶大學機械傳動國家重點實驗室，天津減速機廠，秦川機床廠，大連鐵道學院等。在諧波減速機方面，國內已有可替代產品，如北京中技克美，北京諧波傳動所，但是相應產品在輸入轉速，扭轉高度，傳動精度和效率方面與日本產品還存在不小的差距，在工業機器人上的成熟應用還剛剛起步。國內外工業機器人主流高精度諧波減速機性能比較如下表所示。
表1 主流高精度諧波減速機性能比較註：上表比較數據來自相近型號：HD ：CSF-17-100中技克美：XB1-40-100傳動效率測試工況：輸入轉速1000r/min，溫度40°扭轉剛度測試條件：20%額定扭矩內國內外工業機器人主流高精度擺線針輪減速機性能比較如下表所示。
表2 主流高精度RV擺線針輪減速機性能比較註：上表比較數據來自相近型號：RV：100CCYCLO：F2CF-C35傳動效率測試工況：輸出轉速15r/min，額定扭矩2）伺服電機在伺服電機和驅動方面，目前歐系機器人的驅動部分主要由倫茨，Lust，博世力士樂等公司提供，這些歐系電機及驅動部件過載能力，動態響應好，驅動器開放性強，且具有匯流排介面，但是價格昂貴。而日系品牌工業機器人關鍵部件主要由安川，松下，三菱等公司提供，其價格相對降低，但是動態響應能力較差，開放性較差，且大部分只具備模擬量和脈沖控制方式。國內近年來也開展了大功率交流永磁同步電機及驅動部分基礎研究和產業化，如哈爾濱工業大學，北京和利時，廣州數控等單位，並且具備了一點的生產能力，但是其動態性能，開放性和可靠性還需要更多的實際機器人項目應用進行驗證。
3）控制器在機器人控制器方面，目前國外主流機器人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平台基礎上進行自主研發。目前通用的多軸控制器平台主要分為以嵌入式處理器（DSP，POWER PC）為核心的運動控制卡和以工控機加實時系統為核心的PLC系統，其代表分別是Delta Tau的PMAC卡和Beckhoff的TwinCAT系統。國內的在運動控制卡方面，固高公司已經開發出相應成熟產品，但是在機器人上的應用還相對較少。5.機器人操作系統通用的機器人操作系統（robot operating system，ROS）是為機器人而設計的標准化的構造平台，它使得每一位機器人設計師都可以使用同樣的操作系統來進行機器人軟體開發。ROS將推進機器人行業向硬體、軟體獨立的方向發展。硬體、軟體獨立的開發模式，曾極大促進了PC、筆記本電腦和智能手機技術的發展和快速進步。ROS的開發難度比計算機操作系統更大，計算機只需要處理一些定義非常明確的數學運算任務，而機器人需要面對更為復雜的實際運動操作。ROS提供標准操作系統服務，包括硬體抽象、底層設備控制、常用功能實現、進程間消息以及數據包管理。ROS分成兩層，低層是操作系統層，高層則是用戶群貢獻的機器人實現不同功能的各種軟體包。現有的機器人操作系統架構主要有基於linux的Ubuntu開源操作系統。另外，斯坦福大學、麻省理工學院、德國慕尼黑大學等機構已經開發出了各類ROS系統。微軟機器人開發團隊2007年也曾推出過一款「Windows機器人版」。6.機器人的運動規劃為了提高工作效率，且使機器人能用盡可能短的時間完成特定的任務，必須有合理的運動規劃。離線運動規劃分為路徑規劃和軌跡規劃。路徑規劃的目標是使路徑與障礙物的距離盡量遠同時路徑的長度盡量短；軌跡規劃的目的主要是機器人關節空間移動中使得機器人的運行時間盡可能短，或者能量盡可能小。軌跡規劃在路徑規劃的基礎上加入時間序列信息，對機器人執行任務時的速度與加速度進行規劃，以滿足光滑性和速度可控性等要求。示教再現是實現路徑規劃的方法之一，通過操作空間進行示教並記錄示教結果，在工作過程中加以復現，現場示教直接與機器人需要完成的動作對應，路徑直觀且明確。缺點是需要經驗豐富的操作工人，並消耗大量的時間，路徑不一定最優化。為解決上述問題，可以建立機器人虛擬模型，通過虛擬的可視化操作完成對作業任務的路徑規劃。路徑規劃可在關節空間中進行。Gasparetto以五次B樣條為關節軌跡的插值函數，並將加加速度的平方相對於運動時間的積分作為目標函數進行優化，以確保各個關節運動足夠光滑。劉松國通過採用五次B樣條對機器人的關節軌跡進行插補計算，機器人各個關節的速度、加速度端點值，可根據平滑性要求進行任意配置。另外，在關節空間的軌跡規劃可避免操作空間的奇異性問題。Huo等人設計了一種關節空間中避免奇異性的關節軌跡優化演算法，利用6自由度弧焊機器人在任務過程中某個關節功能上的冗餘，將機器人奇異性和關節限製作為約束條件，採用TWA方法進行優化計算。關節空間路徑規劃與操作空間路徑規劃對比，具有以下優點：①避免了機器人在操作空間中的奇異性問題；②由於機器人的運動是通過控制關節電機的運動，因此在關節空間中，避免了大量的正運動學和逆運動學計算；③關節空間中各個關節軌跡便於控制的優化。
五、工業機器人分類
工業機器人按不同的方法可分下述類型：
工業機器人分類1.從機械結構來看，分為串聯機器人和並聯機器人。1）串聯機器人的特點是一個軸的運動會改變另一個軸的坐標原點，在位置求解上，串聯機器人的正解容易，但反解十分困難；2）並聯機器人採用並聯機構，其一個軸的運動則不會改變另一個軸的坐標原點。並聯機器人具有剛度大、結構穩定、承載能力大、微動精度高、運動負荷小的優點。其正解困難反解卻非常容易。串聯機器人和並聯機器人如圖所示。
串聯機器人 並聯機器人2.工業機器人按操作機坐標形式分以下幾類：（坐標形式是指操作機的手臂在運動時所取的參考坐標系的形式。）1）直角坐標型工業機器人其運動部分由三個相互垂直的直線移動（即PPP）組成，其工作空間圖形為長方形。它在各個軸向的移動距離，可在各個坐標軸上直接讀出，直觀性強，易於位置和姿態的編程計算，定位精度高，控制無耦合，結構簡單，但機體所佔空間體積大，動作范圍小，靈活性差，難與其他工業機器人協調工作。2）圓柱坐標型工業機器人其運動形式是通過一個轉動和兩個移動組成的運動系統來實現的，其工作空間圖形為圓柱，與直角坐標型工業機器人相比，在相同的工作空間條件下，機體所佔體積小，而運動范圍大，其位置精度僅次於直角坐標型機器人，難與其他工業機器人協調工作。3）球坐標型工業機器人球坐標型工業機器人又稱極坐標型工業機器人，其手臂的運動由兩個轉動和一個直線移動（即RRP,一個回轉，一個俯仰和一個伸縮運動）所組成，其工作空間為一球體，它可以作上下俯仰動作並能抓取地面上或教低位置的協調工件，其位置精度高，位置誤差與臂長成正比。4）多關節型工業機器人又稱回轉坐標型工業機器人，這種工業機器人的手臂與人一體上肢類似，其前三個關節是回轉副（即RRR），該工業機器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂見形成肩關節，大臂和小臂間形成肘關節，可使大臂做回轉運動和俯仰擺動，小臂做仰俯擺動。其結構最緊湊，靈活性大，佔地面積最小，能與其他工業機器人協調工作，但位置精度教低，有平衡問題，控制耦合，這種工業機器人應用越來越廣泛。5）平面關節型工業機器人它採用一個移動關節和兩個回轉關節（即PRR），移動關節實現上下運動，而兩個回轉關節則控制前後、左右運動。這種形式的工業機器人又稱（SCARA(Seletive Compliance Assembly Robot Arm)裝配機器人。在水平方向則具有柔順性，而在垂直方向則有教大的剛性。它結構簡單，動作靈活，多用於裝配作業中，特別適合小規格零件的插接裝配，如在電子工業的插接、裝配中應用廣泛。3.工業機器人按程序輸入方式區分有編程輸入型和示教輸入型兩類：1）編程輸入型是將計算機上已編好的作業程序文件，通過RS232串口或者乙太網等通信方式傳送到機器人控制櫃。2）示教輸入型的示教方法有兩種：示教盒示教和操作者直接領動執行機構示教。示教盒示教由操作者用手動控制器（示教盒），將指令信號傳給驅動系統，使執行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。採用示教盒進行示教的工業機器人使用比較普遍，一般的工業機器人均配置示教盒示教功能，但是對於工作軌跡復雜的情況，示教盒示教並不能達到理想的效果，例如用於復雜曲面的噴漆工作的噴漆機器人。
機器人示教盒由操作者直接領動執行機構進行示教，則是按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執行機構再現示教的各種動作。
六、工業機器人性能評判指標表示機器人特性的基本參數和性能指標主要有工作空間、自由度、有效負載、運動精度、運動特性、動態特性等。

2. 簡述工業機器人的操作步驟

工業機器人操作不是幾千個文字就能夠說清楚的，基本步驟你經過職業培訓幾個月才可能上崗，這不是玩手機哦。舉個例子，我們公司的焊接工業機器人操作普遍採用示教方式工作，即通過示教盒的操作鍵引導到起始點，然後用按鍵確定位置，運動方式
(
直線或圓弧插補
)
、擺動方式、由專業工程師進行焊槍姿態以及各種焊接參數。同時還可通過示教盒確定周邊設備的運動速度等。焊接工藝操作包括引弧、施焊熄弧、填充火口等，亦通過示教盒給定。示教完畢後，機器人控制系統進入程序編輯狀態，數據程序生成後即可進行實際指令操作。

3. 工業機器人技術畢業論文範文

現如今，隨著社會經濟發展，機器人開始被廣泛應用於各行各業中，替工人進行一些復雜、繁重的體力勞動，能減輕人們的工作負擔。下面是由我整理的工業機器人技術論文 範文 ，希望能對大家有所幫助！

工業機器人技術論文範文篇一：《淺談工業機器人在工業生產中的應用》
工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。工業機器人是自動執行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業機器人還可以根據人工智慧技術制定的原則綱領行動。就工業機器人在工業生產中的應用進行探討。

關鍵詞：工業機器人 應用 工業

1 引言

工業機器人最早應用於汽車製造工業，常用於焊接，噴漆，上、下料和搬運。工業機器人延伸和擴大了人的手、足和大腦功能，它可代替人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環境中的工作;代替人完成繁重、單調的重復勞動，提高勞動生產率，保證產品質量。工業機器人與數控加工中心、自動搬運小車以及自動檢測系統可組成柔性製造系統和計算機集成製造系統，實現生產自動化。

2 工業機器人的主要運用

(1)惡劣工作環境及危險工作軍事領域及核工業領域有些作業是有害於人體健康並危及生命，或不安全因素很大而不宜由人去做的作業，用工業機器人去做最合適。例如核工廠設備的檢驗和維修機器人，核工業上沸騰水式反應堆燃料自動交換機。

(2)特殊作業場合和極限作業火山探險、深海探密和空間探索等領域對於人類來說是力所不能及的，只有機器人才能進行作業。如太空梭上用來回收衛星的操作臂;用於海底采礦和打撈的遙控海洋作業機器人。

(3)自動化生產領域早期的工業機器人在生產上主要用於機床上、下料，點焊和噴漆。用得最多的製造工業包括電機製造、汽車製造、塑料成形、通用機械製造和金屬加工等工業。隨著柔性自動化的出現，機器人在自動化生產領域扮演了更重要的角色。下面主要針對工業機器人在自動化生產領域的應用進行簡單介紹。

2.1 焊接機器人

點焊機器人工業機器人首先應用於汽車的點焊作業，點焊機器人廣泛應用於焊接車體薄板件。裝焊一台汽車車體一般大約需要完成3000～4000個焊點，其中60%是由點焊機器人來完成的。在有些大批量汽車生產線上，服役的點焊機器人數量甚至高達150多台。

點焊機器人主要性能要求：安裝面積小，工件空間大;快速完成小節距的多點定位;定位精度高(土0 .25 mm )，以確保焊接質量;持重大(490～980N ) ，以便攜帶內裝變壓器的焊鉗;示教簡單，節省工時。

2.2 弧焊機器人

弧焊機器人應用於焊接金屬連續結合的焊縫工藝，絕大多數可以完成自動送絲、熔化電極和氣體保護下進行焊接工作。弧焊機器人應用范圍很廣，除汽車行業外，在通用機械、金屬結構等許多行業中都有應用。弧焊機器人應是包括各種焊接附屬裝置在內的焊接系統，而不只是一台以規劃的速度和姿態攜帶焊槍移動的單機。如圖1所示為弧焊機器人的基本組成。適合機器人應用的弧焊 方法 主要有惰性握體保護焊、混合所體保護焊、埋弧焊和等離子弧焊接。

1-機器人控制櫃2-焊接電源3-氣瓶4-氣體流量計5-氣路6-焊絲輪7-柔性導管8-弧焊機器人9-送絲機器人10-焊槍11-工件電纜12-焊接電纜13-控制電纜

圖1 弧焊機器人系統的基本組成

弧焊機器人的主要性能要求：在弧焊作業中，要求焊槍跟蹤工件的焊道運動，並不斷填充金屬形成焊道。因此，運動過程中速度的穩定性和軌跡是兩項重要指標，一般情況下，焊接速度約取5～50 mm/s ，軌跡精度約為.2 ～0.5 ) mm;由於焊槍的姿態對焊縫質量也有一定影響，因此希望在跟蹤焊道的同時，焊槍姿態的可調范圍盡量大。此外，還有一些其他性能要求，這些要求包括：設定焊接條件(電流、電壓、速度等)、抖動功能、坡口填充功能、焊接異常檢測功能(斷弧、工件熔化)及焊接感測器(起始焊點檢測，焊道跟蹤)的介面功能。

2.3 噴漆機器人

噴漆機器人廣泛應用於汽車車體、家電產品和各種塑料製品的噴漆作業。噴漆機器人在使用環境和動作要求上有如下特點：

(1)工作環境空氣中含有易爆的噴漆劑蒸氣;

(2)沿軌跡高速運動，途經各點均為作業點;

(3)多數被噴漆部件都搭載在傳送帶上，邊移動邊噴漆。如圖2所示為關節式噴漆機器人。

2.4 搬運機器人

隨著計算機集成製造技術、物流技術、自動倉儲技術的發展，搬運機器人在現代製造業中的應用也越來越廣泛。機器人可用於零件的加工過程中，物料、工輔量具的裝卸和儲運，可用來將零件從一個輸送裝置送到另一個輸送裝置，或從一台機床上將加工完的零件取下再安裝到另一台機床上去。

2.5 裝配機器人

裝配在現代工業生產中佔有十分重要的地位。有關資料統計表明，裝配勞動量占產品生產勞動量的50%～60%，在有些場合，這一比例甚至更高。例如，在電子器件廠的晶元裝配、電路板的生產中，裝配勞動量占產品生產勞動量的70 %～80%。因此，用機器人來實現自動化裝配作業是十分重要的。

2.6 機器人柔性裝配系統

機器人正式進入裝配作業領域是在“機器人普及元年”的1980年前後，引人裝配作業的機器人在早期主要用來代替裝配線上手工作業的工序，隨後很快出現了以機器人為主體的裝配線。裝配機器人的應用極大地推動了裝配生產自動化的進展。裝配機器人建立的柔性自動裝配系統能自動裝配中小型、中等復雜程度的產品，如電機、水泵齒輪箱等，特別適應於中小批量生產的裝配，可實現自動裝卸、傳送、檢測、裝配、監控、判斷、決策等機能。

機器人柔性裝配系統通常以機器人為中心，並有諸多周邊設備，如零件供給裝置、工件輸送裝置、夾具、塗抹器等與之配合，此外還常備有可換手等。但是如果零件的種類過多，整個系統將過於龐大，效率降低，這是不可取的。在機器人柔性裝配系統中，機器人的數量可根據產量選定，而零件供給裝置等周邊設備則視零件和作業的種類而定。因此，和裝配線比較，產量越少，機器人柔性裝配系統的投資越大。

3 結束語

工業機器人是以機械、電子、電子計算機和自動控制等學科領域的技術為基礎，融合而成的一種系統技術;也可說是一門知識、技術密集的，多學科交叉的綜合化的高新技術。隨著這些相關學科技術的進步和發展，工業機器人技術也一定會到迅速發展和提高。
工業機器人技術論文範文篇二：《探討工業機器人的發展趨勢》
摘 要 隨著社會經濟發展，機器人開始被廣泛應用於各行各業中，替工人進行一些復雜、繁重的體力勞動。目前，機器人是一種製造業與自動化設備中的典型代表，這將會是人造機器的“終極”版。它的應用已經涉及信息化、自動化、智能化、感測器與知識化等多個學科和領域，這是目前，是我國乃至世界高新技術成果的最佳集成，因此，它的發展是與許多學科的發展有著密切的聯系。以現在的發展趨勢來看，工業機器人的應用范圍越來越廣泛，同時在技術操作中，他也變得越來越標准化、規范化，提高工業機器人的安全性。另一方面，工業機器人發展越來越微型化、智能化，在人類生活中應用越來越廣泛。

關鍵詞 工業機器人 智能化 應用領域 安全性

隨著社會復雜的需求，工業機器人在應用領域中越來越廣泛。一方面，工業機器人被廣泛應用於工業生產中，代替工人危險、復雜、單調的長時間的作業，例如在機械加工、壓力鑄造、塑料製品成形及金屬製品業等各種工序上，同時還應用於原子能工業等高危險的部門，這已經在發達國家中應用比較廣泛。另一方面，工業機器人在其他的領域應用也比較多，隨著科學技術的飛速發展，提高了工業機器人的使用性能和安全性能，其應用的范圍越來越廣泛，應用的范圍已經突破了工業，尤其在醫療業中應用比較好。

一、工業機器人的發展歷程

第一代機器人，一般指工業上大量使用的可編程機器人及遙控操作機。可編程機器人可根據操作人員所編程序完成一些簡單重復性作業。遙控操作機制每一步動作都要靠操作人員發出。1982年，美國通用汽車公司在裝配線上為機器人裝備了視覺系統，從而宣告了第二代機器人―感知機器人的問世。這代機器人，帶有外部感測器，可進行離線編程。能在感測系統支持下，具有不同程度感知環境並自行修正程序的功能。第三代機器人為自治機器人，正在各國研製和發展。它不但具有感知功能，還具有一定決策和規劃能力。能根據人的命令或按照所處環境自行做出決策規劃動作即按任務編程。

我國機器人研究工作起步較晚，從“七五”開始國家投入資金，對工業機器及其零部件進行攻關，完成了示教再現式工業機器人成套技術的開發和研製。1986 年國家高技術研究發展計劃開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研製出了一批特種機器人。

我國工業機器人起步於70年代初期，經過30多年的發展，大致經歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發期和90年代的適用化期。

上世紀70年代是世界科技發展的一個里程碑：人類登上了月球，實現了金星、火星的軟著陸。我國也發射了人造衛星。世界上工業機器人應用掀起一個高潮，尤其在日本發展更為迅猛，它補充了日益短缺的勞動力。在這種背景下，我國於1972年開始研製自己的工業機器人。

進入80年代後，在高技術浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機器人技術的開發與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間，國家投入資金，對工業機器人及其零部件進行攻關，完成了示教再現式工業機器人成套技術的開發，研製出了噴塗、點焊、弧焊和搬運機器人。1986年國家高技術研究發展計劃(863計劃)開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研製出了一批特種機器人。

從90年代初期起，中國的國民經濟進入實現兩個根本轉變時期，掀起了新一輪的經濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業機器人又在實踐中邁進一大步，先後研製出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業機器人，並實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產業化基地，為我國機器人產業的騰飛奠定了基礎。

我國工業機器人經過“七五”攻關計劃、“九五”攻關計劃和863計劃的支持已經取得了較大進展，工業機器人市場也已經成熟，應用上已經遍及各行各業。

我國未來工業機器人技術發展的重點有：第一，危險、惡劣環境作業機器人：主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機器人;第二，醫用機器人：主要有腦外科手術輔助機器人，遙控操作輔助正骨等;第三，仿生機器人：主要有移動機器人，網路遙控操作機器人等。其發展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易於集成。

二、工業機器人的發展趨勢

機器人是先進製造技術和自動化裝備的典型代表，是人造機器的“終極”形式。它涉及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智慧、感測器、通訊與網路等多個學科和領域，是多種高新技術發展成果的綜合集成，因此它的發展與眾多學科發展密切相關。當今工業機器人的發展趨勢主要有：一是工業機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便於操作和維修)，而單機價格不斷下降。二是機械結構向模塊化可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化;有關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人。三是工業機器人控制系統向基於 PC機的開放型控制器方向發展，便於標准化，網路化;器件集成度提高，控制櫃日漸小巧，採用模塊化結構，大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。四是機器人中的感測器作用日益重要，除採用傳統的位置、速度、加速度等感測器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多感測器的融合技術在產品化系統中已有成熟應用。五是機器人化機械開始興起。從94年美國開發出“虛擬軸機床”以來這種新型裝置已成為國際研究的 熱點 之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。

總體趨勢是，從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術概念轉移，從工業機器人產業向解決方案業務的機器人技術產業發展。機器人技術的內涵已變為 靈活應用機器人技術的、具有實際動作功能的智能化系統。機器人結構越來越靈巧，控制系統愈來愈小，其智能也越來越高，並正朝著一體化方向發展。

三、我國工業機器人發展面臨的挑戰與前景

我國工業底子薄，工業機器人發展一直處於一個初步發展階段，雖然我國從上個世紀70年代開始研發工業機器人，但是技術力量不足與西方國家的技術封鎖，對此，在發展過程中，存在著比較多的問題。細分起來，有如下幾點：

首先，我國基礎零部件製造能力差。雖然我國在相關零部件方面有了一定的基礎，但是無論從質量、產品系列全面，還是批量化供給方面都與國外存在較大的差距。特別是在高性能交流伺服電機和精密減速器方面的差距尤其明顯，因此造成關鍵零部件的進口，影響了我國機器人的價格競爭力。

第二，我國的機器人還沒有形成自己的品牌。雖然已經擁有一批企業從事機器人的開發，但是都沒有形成較大的規模，缺乏市場的品牌認知度，在機器人市場方面一直面臨國外機器人品牌的打壓。國外機器人作為成熟的產業採用整機降價，吸引國內企業購買，而在後續的維護備件費用很高的策略，逐步佔領中國市場。

第三，認識不到位，在鼓勵工業機器人產品方面的政策少。工業機器人的製造及應用水平，代表了一個國家的製造業水平，我們必須從國家高度認識發展中國工業機器人產業的重要性，這是我國從製造大國向製造強國轉變的重要手段和途徑。□

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工業機器人技術論文範文篇三：《試論工業機器人機電一體化》
1機電一體化技術的應用現狀

1.1工業機器人。

工業機器人的出現在一定程度上可替代人的勞動，對於高輻射、高雜訊污染、高濃度有害氣體的工作場合來說，工業機器人是一個理想的選擇。工業機器人的發展經歷了三個階段，第一代工業機器人智能化程度較低，只能通過預設的程序進行簡單的重復動作，無法應對多變的工作環境和工作崗位。隨著科技的發展，在第一代機器人的基礎上通過各種感測器的應用使其可通過對環境信息的獲取、分析、處理並反饋給動作單元，從而進行一些適應性的工作，這種機器人雖然智能化程度較低，但已經在一些特定的領域得以成功應用。在機電一體化技術相對成熟的今天，第三代機器人的智能化水平已經得到了較大的提升，其可以通過強大的感測原件收集信息數據，並根據實際情況作出類似於人腦的判斷，因此可以在多種環境下進行獨立作業，但成本較高，在一定程度上限制了實際應用。

1.2分布式控制系統。

分布式控制系統是相對於集中式控制系統而言的，是通過一台中央計算機對負責現場測控的多台計算機進行控制和指揮，由於其強大的功能和安全性，使其成為當前大型機電一體化系統的主流技術。根據實際情況分布式控制系統的層級可分為兩級、三級或更多級，通過中央計算機完成對現場生產過程的實時監控、管理和操作控制等，同時，隨著測控技術的不斷發展與創新，分布式控制系統還可以對生產過程實現實時調度、在線最優化、生產計劃統計管理等功能，成為一種集測、控、管於一體的綜合系統，具有功能豐富、可靠性高、操作方便、低故障率、便於維護和可擴展等優點，因此使系統的可靠性大幅提高。

2機電一體化技術的發展趨勢

2.1人工智慧化。

人工智慧就是使工業機器人或數控機床模擬人腦的智力，使其在生產過程中具備一定的推理判斷、 邏輯思維 和自主決策的能力，可大幅提升工業生產過程的自動化程度，甚至實現真正的無人值守，對於降低人力成本，提高加工精度和工作效率具有十分重要的意義。目前，人工智慧已經不只是停留在概念上，因此可預見機電一體化技術將向著人工智慧化的方向發展。雖然以當前的科學技術水平不可能使機器人或數控機床完全具備人類的思維模式和智力特點，但在工業生產中，使這些機電一體化設備具備部分人類的職能是完全可以通過先進的技術達到的。

2.2網路化。

網路技術 的發展給機電一體化設備遠程監視和遠程式控制制提供了便利條件，因此，將網路技術與機電一體化技術結合起來將是機電一體化技術發展的重點。在生產過程中，操作人員需要在車間內來回走動，對設備的狀態進行掌握，並對機床的操作面板進行操作，通過在機電一體化設備與控制終端之間建立通信協議，並通過光纖等介質實現信息數據的傳遞，即可實現遠程監視和操作，降低工人的勞動量，並且各種控制系統功能的實現，理論上來說都是建立在網路技術基礎上的。

2.3環保化。

在人類社會發展的最近幾十年裡，雖然經濟得到了迅猛的發展，人們生活水平得到了顯著的提高，然而以犧牲資源和環境為代價的發展模式使得人類賴以生存的環境遭到嚴重的污染，因此，在可持續發展戰略提出的今天，發展任何技術都應當以對環境友好作為前提，否則就是沒有前途的，故環保化是機電一體化技術發展的必然趨勢。在機電一體化應用過程中，通過對資源的高效利用，並在製造過程中做到達標排放甚至零排放，產品在使用過程中對生態環境不造成影響，即便報廢後也可對其進行有效回收利用，這就是機電一體化技術環保化的具體表現形式，符合可持續發展的要求。

2.4模塊化。

由於機電一體化裝置的製造商較多，為降低系統升級改造的成本，並為維修提供便利，模塊化將是一個非常有前途的研究方向。通過對功能單元進行模塊化改造，可在需要增加或改變功能時直接將對應的功能模塊進行組裝或更換，即便出現故障，只需將損害的模塊進行更換即可，工作效率極高，通用性的增強為企業節約了大量的成本。

2.5自帶能源化。

機電一體化對電力的要求較高，如果沒有充足的電能供應就會影響生產效率，甚至由於停電造成數據的丟失等，因此通過設備自帶動力能源系統可始終保持充足的電力供應，使系統運行更流暢。

3結語

綜上所述，機電一體化技術的應用可使產品的生產效率和精度大幅提高，在當前工業生產中具有較大的技術優勢，相信隨著科技的發展，機電一體化技術水平也會不斷提高，為工業生產做出更大貢獻。

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焊接已成為工業機器人應用最大的領域之一，焊接機器人在汽車、摩托車、工程機械等領域都得到了廣泛的應用。目前世界擁有的1000餘萬台工業機器人中，用於焊接的機器人可達40％以上。