⑴ 工业机器人的技术原理是什么
工业机器人的技术原理:
机器人控制系统是机器人的大脑,是决定机器人功能和性能的主要因素。
工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。
关键技术包括:
(1)开放性模块化的控制系统体系结构:采用分布式CPU计算机结构,分为机器人控制器(RC),运动控制器(MC),光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能,而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。
(2)模块化层次化的控制器软件系统:软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上,采用分层和模块化结构设计,以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次:硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求,对应不同层次的开发,系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成,这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。
(3)机器人的故障诊断与安全维护技术:通过各种信息,对机器人故障进行诊断,并进行相应维护,是保证机器人安全性的关键技术。
(4)网络化机器人控制器技术:当前机器人的应用工程由单台机器人工作站向机器人生产线发展,机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯,便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。
⑵ 机器人由那几部分组成,各部分什么功能
机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。
各个组成部分的作用:
一、执行机构
执行驱动装置发出的系统指令;
二、驱动装置
是驱使执行机构运动的机构,按照控制系统发出的指令信号,借助于动力元件使机器人进行动作。
三、检测装置
是实时检测机器人的运动及工作情况,根据需要反馈给控制系统,与设定信息进行比较后,对执行机构进行调整,以保证机器人的动作符合预定的要求。
四、控制系统
常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算,并向下级微机发送指令信息;
拓展资料
能力评价
机器人能力的评价标准包括:智能,指感觉和感知,包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等;机能,指变通性、通用性或空间占有性等;物理能,指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。因此,可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具,可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。
按照用途主要可以分为:
工业机器人、农业机器人、家用机器人、医用机器人、服务型机器人、空间机器人、 水下机器人、军用机器人、 排险救灾机器人、 教育教学机器人、娱乐机器人等
按照功能可以分为:
操作机器人, 移动机器人, 信息 机器人, 人机机器人
按照装置可以分为:
电力驱动机器人,液压机器人,气动机器人
按照受控方式可以分为:
点位控制型机器人,连续控制型机器人
⑶ 工业机器人工作原理
机器人的工作原理是一个比较复杂的问题。简单地说,机器人的原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。从控制的角度,机器人可以通过如下四种方式来达到这一目标。
“示教再现”方式:它通过“示教盒”或人“手把手”两种方式教机械手如何动作,控制器将示教过程记忆下来,然后机器人就按照记忆周而复始地重复示教动作,如喷涂机器人。
“可编程控制”方式:工作人员事先根据机器人的工作任务和运动轨迹编制控制程序,然后将控制程序输入给机器人的控制器,起动控制程序,机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完成,如果任务变更,只要修改或重新编写控制程序,非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。
“遥控”方式:由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。
“自主控制”方式:是机器人控制中最高级、最复杂的控制方式,它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自主决策能力,也就是要具有人的某些智能行为。
⑷ 工业机器人设计步骤
这个开发流程单拉哪个环节出来都够写一个长文,这里只能简单说一下我自己的认识。按照时间顺序,一个批量机器人产品的开发由以下几个流程组成:
1. 需求分析和产品定义。
产品管理人员在这个阶段搜集市场信息,走访客户,了解竞争对手,最终总结出一种产品需求,以及需求所针对的典型行业和典型工艺。根据市场提出市场预期,一年能卖多少台,目标价格区间,目标行业应用的现状和发展趋势等。根据需求,提出一份产品性能指标,定量的具体的对预期产品进行产品功能层面的描述,例如使用环境,工作范围,最高速度,额定负载,实现某典型工艺轨迹的时间,IP等级,电源类型,重量限制,使用寿命,需要遵循哪些认证和标准等等。
这里需要的技能是对行业,对市场,对成本,对公司战略,对其他开发环节和生产制造过程的综合认识以及商业敏感。这是在长期工作中慢慢建立起来的。
2. 前期研究和可行性分析
针对前一步提出的产品性能指标,机械,仿真,驱动,电气,软件领域的工程师开始从各自的技术角度对指标进行评估。主要从技术可行性和成本两个方向切入,期间还需要采购和生产人员的协助。目标是确定在技术和成本间是否存在一个可盈利的平衡点。在这个阶段另一个重要内容是对竞争对手相似产品进行详尽的分析和测试,尽可能把对手的经验转化为自己产品的优势。
本阶段结束后会得到一个概念方案,并且对开发周期和成本有了估计。这些内容会以可行性分析报告,项目计划,成本分析,风险评估等形式成为输出文档供管理层决策是否正式开始开发项目。
在这个阶段各个领域都会有资深的工程师参加。各个领域涉及的知识和技术会在后面其他开发阶段介绍。
3. 计算与仿真
前面的概念方案虽然缺乏大部分细节,但依靠大致的尺寸,负载,速度,典型工艺轨迹等信息已经可以对产品进行粗略的建模和仿真计算。依照概念方案中的几何尺寸信息可以建立机器人的运动学模型。在这样的基础上,外部负载是已经定义,自然质量负载和摩擦力根据经验估计,这样可以进一步获得动力学模型。以目标速度和轨迹作为输入进行动力学仿真就获得了两项重要的数据:a. 各驱动轴扭矩;b. 各关节受力情况;
其中前者作为驱动系统开发和选型的依据,而后者是机械结构设计的依据。
仿真计算工作是机器人开发过程中系统层和元件层的接口,面向产品功能的性能指标在这里被转化为面向技术实现的各元件性能参数。
在这个阶段格外需要经典力学,多体动力学仿真,对机械系统,电气系统以及控制理论的综合知识要有深刻的理解。需要熟练使用仿真计算工具,Matlab/Simulink, Modelica, Adams, 或各种机器人领域内的软件。当然工具的使用并不是最重要的,对知识的理解永远是第一位。
4. 驱动系统选型开发
驱动系统包括从电源,伺服驱动器,电机,到减速机的一系列元件,更多被叫做powertrain。因为不同元件涉及的领域差别较大,通常由电力电子(power electronic),伺服电机,减速机三个领域的工程师合作完成。
根据经仿真计算得出的转速扭矩需求,在上述三个领域内的产品内选择已有的标准型号,在标准型号的基础上进行优化,或开发新型号。这里设计的三个元件驱动器,伺服电机,减速机是工业机器人最核心的三个零部件,承载了物理层的大部分关键技术,也是元件成本的大头。三个元件都是工业系统中的常用元件,但对性能要求与其他应用(除了精密加工和航空航天)比要高一些。因为安装空间有限且封闭,在紧凑型和热量管理上的要求尤其高。
在这个阶段,工程师需要对相关领域的知识有深入理解,例如电力电子,电机驱动与控制 (基于空间向量),电机(主要是无刷永磁电机)设计,电机相关的电磁学,各种减速机设计和应用,轴承与润滑等。如果不涉及元件开发只是选型则需要对各种元件的性能参数有深入的理解,且有大量应用经验。
5. 机械设计
常规的运动系统机械设计。设计输入有以下几方面,一是经过仿真计算的机械部分子系统性能指标(长度,空间运动范围,重量),二是各节点受力分析,三是驱动系统的安装要求,四是功能性能指标中对安装方式和应用环境的要求。综合这些输入,机械工程师需要选择适当的材料,设计合理的结构实现以上要求。
其中力学分析结果作为有限元分析的输入,由机械工程师对设计进行有限元计算,验证结构的强度。
知识结构上:机械设计,材料,有限元,熟悉相关标准,了解各种加工工艺(铸造,压铸,塑料成型,钣金,焊接),熟练使用CAD软件(ProE, UG, Catia, Inventor),有限元计算,还有更重要的,经验,经验,经验。
6. 控制柜设计
典型的工业驱动控制系统电气柜设计。柜体为驱动系统中的电源和启动器,控制系统中的工控计算机(大多厂商选择工控计算机而不是PLC加运动控制器方案),以及通信总线系统提供安装,操作,维护的环境。布局,热量管理,以及相关设计标准(IEC, UL, GB, CE)的执行是关键。
知识体系:低压电气系统设计,伺服驱动系统应用,电气柜风道和散热设计,本质安全,现场总线的连接,各种设计标准。熟练使用CAD软件(Eplan, Autodesk)