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自動化改造新思路——工業機器人

作者:EEPW 時間:2024-05-17 來源:EEPW 收藏

廣泛使用在產業制造上,汽車制造、電器、食品等,能替代反復機器式操縱工作,是靠本身動力和控制才能來實現種種功用的一種機器。它能夠承受人類指揮,也能夠按照事先編排的程序運轉。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/202405/458896.htm

1938年3月,The Meccano Magazine報道了一款搬運機器人模型,這是最早的關于以工業應用為目標的機器人模型的報道。它由GriffithP.Taylor于1935年設計,可以通過一個電動機實現5個軸的運動。到了1954年,美國的G.C.Devol設計出第一臺電子可編程序的。而1960年美國AMF公司生產了柱坐標型Versatran機器人,可進行點位和軌跡控制,這是世界上第一種應用于工業生產的機器人。

如今,大部分由主體、驅動系統、控制系統、感知系統及末端執行器組成。

主體機械即機座和實行機構,包括大臂、小臂、腕部和手部,構成的多自由度的機械系統。有的機器人另有行走機構。工業機器人有6個自由度乃至更多腕部通俗有1~3個活動自由度。

工業機器人的驅動系統,按動力源分為,氣動和電動三大類。依據需求也可由這三種范例組合并復合式的驅動系統。或者液壓通過同步帶、輪系、齒輪等機械傳動機構來間接驅動。驅動系統有動力裝置和傳動機構,用以實行機構發生相應的動作,這三類根本驅動系統的各有特點,現在主流的是電動驅動系統。

控制系統是機器人的大腦,是決定機器人功用和功能的主要要素。控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和實行機構收回指令信號,并進行控制。工業機器人控制技術的主要任務便是控制工業機器人在工作空間中的活動范圍、姿勢和軌跡、動作的時間等。具有編程簡單、軟件菜單操縱、友好的人機交互界面、在線操縱提示和運用方便等特點。

感知系統由內部傳感器模塊和外部傳感器模塊的構成,獲取內部和外部的環境狀態中有意義的信息。

末端執行器連接在機械手最后一個關節上的部件,它一般用來抓取物體,與其他機構連接并執行需要的任務。機器人制造上一般不設計或出售末端執行器,多數情況下,他們只提供一個簡單的抓持器。

在工業制造領域,自動化趨勢正加速進行,而自動化就意味著更智能、更安全、精確度更高,智能化就需要用到機器人,因此工業機器人是一種非常重要的設備。它可以進行重復、繁瑣、危險或高精度的工作,讓傳統的勞動力解放出手來學習更具有創新性的工作。在生產線上,工業機器人可以自主地進行零件裝配、檢測和包裝等任務,增加了企業的生產效率。此外,工業機器人的可編程性和高精度控制技術,還能夠快速適應不斷變化的生產需求,實現批量或小批量生產的快速轉換。

在汽車制造行業,工業機器人在汽車制造業中有著廣泛的應用。主要用于汽車零部件的焊接、裝配、噴涂等工序,提高生產質量和效率。在中國,50%的工業機器人應用于汽車制造業,其中50%以上為焊接機器人;在發達國家,汽車工業機器人占機器人總保有量的53%以上。而且在汽車零部件制造中,工業機器人也可以用于模具鑄造、銑削和鉗制等多種工藝過程中,提高了生產效率和良品率。

       另外在電子電氣行業,工業機器人主要用于電子元器件的貼裝、檢測、分揀等工序,提高生產精度和速度。目前世界工業界裝機最多的工業機器人是SCARA型四軸機器人和串聯關節型垂直6軸機器人。在手機生產領域,視覺機器人可以實現觸摸屏檢測、擦洗、貼膜等一系列流程的自動化系統的應用。

在醫療行業中,工業機器人在醫療領域也有著許多的應用,它可以用于進行手術、治療和康復等多種工作,提高了工作的精度和安全性。此外,工業機器人還可以幫助醫院解決醫護人員不足的問題,為病人提供更多樣化的康復治療方案。

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機器人產業是加快建設現代化產業體系,加快發展新質生產力的重要產業和關鍵產業。機構預測未來會有100萬~200萬臺的年需求量,占中國工業機器人市場需求的七成左右。近年來,中國工業機器人市場規模快速增長,連續13年居世界第一,并且連續兩年市場份額超過全球一半。同時,中國自主品牌的機器人,取得長足的進步,已初步形成了完整的機器人產業鏈。

工業機器人之所以能在中國市場異軍突起,首先是因為在成本上,機器人通常僅為人工成本的四分之一;其次,機器人在質量、效率、管理等方面還能帶來很多新的附加值。所以,在機器人技術快速提升、價格大幅下降、人工短缺、人力成本上升等因素的綜合作用下,中國的工業機器人產業正處于一個爆發式增長的狀態。

在智能制造領域中,以機器人為主體的制造業體現了智能化、數字化和網絡化的發展要求,現代工業生產中大規模應用工業機器人正成為企業重要的發展策略。現代工業機器人已從功能單一、僅可執行某些固定動作的機械臂,發展為多功能、多任務的可編程、高柔性智能機器人。盡管系統中工業機器人個體是柔性可編程的,但目前采用的大多數固定式自動化生產系統柔性較差,適用于長周期、單一產品的大批量生產,而難以適應柔性化、智能化、高度集成化的現代智能制造模式。

所以根據目前現有的機器人發展環境及制造條件,未來的智能制造趨勢機器人生產必須要進行創新,并且發展的趨勢逐步向一體化、智能信息化、和柔性化發展轉變。

一體化可以對工業機器人進行多功能設計,使其具備進行多道工序加工的能力,對生產環節進行優化,實現測量、操作、加工一體化,能夠減少生產過程中的累計誤差,大大提升生產線的生產效率和自動化水平,降低制造中的時間成本和運輸成本,適合集成化的智能制造模式。

       同樣,未來以“互聯網+機器人”為核心的數字化工廠智能制造模式真正意義上實現了機器人、互聯網、信息技術和智能設備在制造業的完美融合,涵蓋了對工廠制造的生產、質量、物流等環節,是智能制造的典型代表。結合工業互聯網技術、機器視覺技術、人機交互技術和智能控制算法等相關技術,工業機器人能夠快速獲取加工信息,精確識別和定位作業目標,排除工廠環境以及作業目標尺寸、形狀多樣性的干擾,實現多機器人智能協作生產,滿足智能制造的多樣化、精細化需求。

       不僅如此,通過開發工業機器人開放式的控制系統,使其具有可拓展和可移植的特點;同時設計制造工業機器人模塊化、可重構化的機械結構,例如關節模塊中實現伺服電機、減速器、檢測系統三位一體化,使得生產車間能夠根據生產制造的需求自行拓展或者組合系統的模塊,提高生產線的柔性化程度,有能力完成各類小批量、定制化生產任務。

       目前工業機器人零部件并沒有那么復雜,因此靈活性也會受限,針對于此,人機/多機協作化是其未來的發展趨勢。通過研發機器人多模態感知、環境建模、優化決策等關鍵技術, 強化人機交互體驗與人機協作效能,實現機器人和人在感知、理解、決策等等不同層面上的優勢互補,能夠有效提高工業機器人的復雜作業能力。同時通過研發工業機器人多機協同技術,實現群體機器人的分布式協同控制,其協同工作能力提高了任務的執行效率, 以及具有的冗余特性提高了任務應用的魯棒性,能完成單一系統無法完成的各種高難度、高精度和分布式的作業任務。

        通過查閱資料及信息我發現,工業機器人已成為當代工業、制造業及科技領域進步與經濟結構轉型的重要交匯點,成為各國競相爭奪的戰略高地。機器人的研發、制造、應用也是衡量一個國家科技創新和高端裝備制造業的水平的重要標志。在深入實施制造強國戰略的大背景下,中國機器人產業的整機研發及批量制造能力不斷增強,目前迫切需要新一代人工智能等重大創新來提質增效。我相信在不久的未來,工業機器人一定會更加先進,帶動工業領域更上一層樓!




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