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自动化改造新思路——工业机器人

作者:EEPW 时间:2024-05-17 来源:EEPW 收藏

广泛使用在产业制造上,汽车制造、电器、食品等,能替代反复机器式操纵工作,是靠本身动力和控制才能来实现种种功用的一种机器。它能够承受人类指挥,也能够按照事先编排的程序运转。

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

1938年3月,The Meccano Magazine报道了一款搬运机器人模型,这是最早的关于以工业应用为目标的机器人模型的报道。它由GriffithP.Taylor于1935年设计,可以通过一个电动机实现5个轴的运动。到了1954年,美国的G.C.Devol设计出第一台电子可编程序的。而1960年美国AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人,可进行点位和轨迹控制,这是世界上第一种应用于工业生产的机器人。

如今,大部分由主体、驱动系统、控制系统、感知系统及末端执行器组成。

主体机械即机座和实行机构,包括大臂、小臂、腕部和手部,构成的多自由度的机械系统。有的机器人另有行走机构。工业机器人有6个自由度乃至更多腕部通俗有1~3个活动自由度。

工业机器人的驱动系统,按动力源分为,气动和电动三大类。依据需求也可由这三种范例组合并复合式的驱动系统。或者液压通过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构来间接驱动。驱动系统有动力装置和传动机构,用以实行机构发生相应的动作,这三类根本驱动系统的各有特点,现在主流的是电动驱动系统。

控制系统是机器人的大脑,是决定机器人功用和功能的主要要素。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和实行机构收回指令信号,并进行控制。工业机器人控制技术的主要任务便是控制工业机器人在工作空间中的活动范围、姿势和轨迹、动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操纵、友好的人机交互界面、在线操纵提示和运用方便等特点。

感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块的构成,获取内部和外部的环境状态中有意义的信息。

末端执行器连接在机械手最后一个关节上的部件,它一般用来抓取物体,与其他机构连接并执行需要的任务。机器人制造上一般不设计或出售末端执行器,多数情况下,他们只提供一个简单的抓持器。

在工业制造领域,自动化趋势正加速进行,而自动化就意味着更智能、更安全、精确度更高,智能化就需要用到机器人,因此工业机器人是一种非常重要的设备。它可以进行重复、繁琐、危险或高精度的工作,让传统的劳动力解放出手来学习更具有创新性的工作。在生产线上,工业机器人可以自主地进行零件装配、检测和包装等任务,增加了企业的生产效率。此外,工业机器人的可编程性和高精度控制技术,还能够快速适应不断变化的生产需求,实现批量或小批量生产的快速转换。

在汽车制造行业,工业机器人在汽车制造业中有着广泛的应用。主要用于汽车零部件的焊接、装配、喷涂等工序,提高生产质量和效率。在中国,50%的工业机器人应用于汽车制造业,其中50%以上为焊接机器人;在发达国家,汽车工业机器人占机器人总保有量的53%以上。而且在汽车零部件制造中,工业机器人也可以用于模具铸造、铣削和钳制等多种工艺过程中,提高了生产效率和良品率。

       另外在电子电气行业,工业机器人主要用于电子元器件的贴装、检测、分拣等工序,提高生产精度和速度。目前世界工业界装机最多的工业机器人是SCARA型四轴机器人和串联关节型垂直6轴机器人。在手机生产领域,视觉机器人可以实现触摸屏检测、擦洗、贴膜等一系列流程的自动化系统的应用。

在医疗行业中,工业机器人在医疗领域也有着许多的应用,它可以用于进行手术、治疗和康复等多种工作,提高了工作的精度和安全性。此外,工业机器人还可以帮助医院解决医护人员不足的问题,为病人提供更多样化的康复治疗方案。

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机器人产业是加快建设现代化产业体系,加快发展新质生产力的重要产业和关键产业。机构预测未来会有100万~200万台的年需求量,占中国工业机器人市场需求的七成左右。近年来,中国工业机器人市场规模快速增长,连续13年居世界第一,并且连续两年市场份额超过全球一半。同时,中国自主品牌的机器人,取得长足的进步,已初步形成了完整的机器人产业链。

工业机器人之所以能在中国市场异军突起,首先是因为在成本上,机器人通常仅为人工成本的四分之一;其次,机器人在质量、效率、管理等方面还能带来很多新的附加值。所以,在机器人技术快速提升、价格大幅下降、人工短缺、人力成本上升等因素的综合作用下,中国的工业机器人产业正处于一个爆发式增长的状态。

在智能制造领域中,以机器人为主体的制造业体现了智能化、数字化和网络化的发展要求,现代工业生产中大规模应用工业机器人正成为企业重要的发展策略。现代工业机器人已从功能单一、仅可执行某些固定动作的机械臂,发展为多功能、多任务的可编程、高柔性智能机器人。尽管系统中工业机器人个体是柔性可编程的,但目前采用的大多数固定式自动化生产系统柔性较差,适用于长周期、单一产品的大批量生产,而难以适应柔性化、智能化、高度集成化的现代智能制造模式。

所以根据目前现有的机器人发展环境及制造条件,未来的智能制造趋势机器人生产必须要进行创新,并且发展的趋势逐步向一体化、智能信息化、和柔性化发展转变。

一体化可以对工业机器人进行多功能设计,使其具备进行多道工序加工的能力,对生产环节进行优化,实现测量、操作、加工一体化,能够减少生产过程中的累计误差,大大提升生产线的生产效率和自动化水平,降低制造中的时间成本和运输成本,适合集成化的智能制造模式。

       同样,未来以“互联网+机器人”为核心的数字化工厂智能制造模式真正意义上实现了机器人、互联网、信息技术和智能设备在制造业的完美融合,涵盖了对工厂制造的生产、质量、物流等环节,是智能制造的典型代表。结合工业互联网技术、机器视觉技术、人机交互技术和智能控制算法等相关技术,工业机器人能够快速获取加工信息,精确识别和定位作业目标,排除工厂环境以及作业目标尺寸、形状多样性的干扰,实现多机器人智能协作生产,满足智能制造的多样化、精细化需求。

       不仅如此,通过开发工业机器人开放式的控制系统,使其具有可拓展和可移植的特点;同时设计制造工业机器人模块化、可重构化的机械结构,例如关节模块中实现伺服电机、减速器、检测系统三位一体化,使得生产车间能够根据生产制造的需求自行拓展或者组合系统的模块,提高生产线的柔性化程度,有能力完成各类小批量、定制化生产任务。

       目前工业机器人零部件并没有那么复杂,因此灵活性也会受限,针对于此,人机/多机协作化是其未来的发展趋势。通过研发机器人多模态感知、环境建模、优化决策等关键技术, 强化人机交互体验与人机协作效能,实现机器人和人在感知、理解、决策等等不同层面上的优势互补,能够有效提高工业机器人的复杂作业能力。同时通过研发工业机器人多机协同技术,实现群体机器人的分布式协同控制,其协同工作能力提高了任务的执行效率, 以及具有的冗余特性提高了任务应用的鲁棒性,能完成单一系统无法完成的各种高难度、高精度和分布式的作业任务。

        通过查阅资料及信息我发现,工业机器人已成为当代工业、制造业及科技领域进步与经济结构转型的重要交汇点,成为各国竞相争夺的战略高地。机器人的研发、制造、应用也是衡量一个国家科技创新和高端装备制造业的水平的重要标志。在深入实施制造强国战略的大背景下,中国机器人产业的整机研发及批量制造能力不断增强,目前迫切需要新一代人工智能等重大创新来提质增效。我相信在不久的未来,工业机器人一定会更加先进,带动工业领域更上一层楼!




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