工業機器人技術原理

　　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。工業機器人控制技術的主要任務就是控制工業機器人在工作空間中的運動位置、姿態和軌跡、操作順序及動作的時間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點。

　　關鍵技術包括：

　　（1）開放性模塊化的控制系統體系結構：采用分布式CPU計算機結構，分為機器人控制器（RC），運動控制器（MC），光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機器人控制器（RC）和編程示教盒通過串口/CAN總線進行通訊。機器人控制器（RC）的主計算機完成機器人的運動規劃、插補和位置伺服以及主控邏輯、數字I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。

　　（2）模塊化層次化的控制器軟件系統：軟件系統建立在基于開源的實時多任務操作系統Linux上，采用分層和模塊化結構設計，以實現軟件系統的開放性。整個控制器軟件系統分為三個層次：硬件驅動層、核心層和應用層。三個層次分別面對不同的功能需求，對應不同層次的開發，系統中各個層次內部由若干個功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協作共同實現該層次所提供的功能。

　　（3）機器人的故障診斷與安全維護技術：通過各種信息，對機器人故障進行診斷，并進行相應維護，是保證機器人安全性的關鍵技術。

　　（4）網絡化機器人控制器技術：當前機器人的應用工程由單臺機器人工作站向機器人生產線發展，機器人控制器的聯網技術變得越來越重要。控制器上具有串口、現場總線及以太網的聯網功能。可用于機器人控制器之間和機器人控制器同上位機的通訊，便于對機器人生產線進行監控、診斷和管理。

　　工業機器人技術十大應用

　　1、汽車制造業

　　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。據統計，世界各大汽車制造廠，年產每萬輛汽車所擁有的機器人數量為10臺以上。隨著機器人技術的不斷發展和日臻完善，工業機器人必將對汽車制造業的發展起到極大的促進作用。而中國正由制造大國向制造強國邁進，需要提升加工手段，提高產品質量，增加企業競爭力，這一切都預示機器人的發展前景巨大。

　　案例：在未引入機器人以前的中國重型汽車集團有限公司，一個工人只能照看兩臺機床，引入工業機器人后，一臺機器人可以自動操控5－10個加工中心。從2005年到2011年，中國重汽卡車年產量從4萬多輛增至15萬輛，而固定職工只增加了10％左右，協議派遣工增幅也比較有限，產量的提升很大程度上歸功于機器人的引入。

　　此外，2008年，中國重汽在建設新車間時引入了工業機器人，建成了全自動沖壓機，由機械手臂將鋼板送入沖壓機，既穩定了產品質量，又代替了人工，避免了工傷事故的發生。

　　2、電子電氣行業

　　電子類的IC、貼片元器件，工業機器人在這些領域的應用均較普遍。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。第二位的是串聯關節型垂直6軸機器人。羅百輝指出，超過全球工業機器人裝機量一半的這兩種工業機器人是我們關注的重點。

　　在手機生產領域，視覺機器人，例如分揀裝箱、撕膜系統、激光塑料焊接、高速四軸碼垛機器人等適用于觸摸屏檢測、擦洗、貼膜等一系列流程的自動化系統的應用。

　　專區內機器人均由國內生產商根據電子生產行業需求所特制，小型化、簡單化的特性實現了電子組裝高精度、高效的生產，滿足了電子組裝加工設備日益精細化的需求，而自動化加工更是大大提升生產效益。據有關數據表明，產品通過機器人拋光，成品率可從87％提高到93％，因此無論“機器手臂”還是更高端的機器人，投入使用后都會使生產效率大幅提高。

　　3、橡膠及塑料工業

　　塑料工業的合作緊密而且專業化程度高：塑料的生產、加工和機械制造緊密相連。即使在將來，這一行業也將是一重要的經濟部門并確保眾多的工作崗位。因為塑料幾乎無處不在：從汽車和電子工業到消費品和食品工業。機械制造作為聯系生產和加工的工藝技術在此發揮著至關重要的作用。原材料通過注塑機和工具被加工成用于精加工的創新型精細耐用的成品或半成品—通過采用自動化解決方案，生產工藝更高效、經濟可靠。

　　要躋身塑料工業需符合極為嚴格的標準。這對機器人來說當然毫無問題。它不僅最佳適用于在凈室環境標準下生產工具，而且也可在注塑機旁完成高強度作業。即使在高標準的生產環境下，它也將可靠地提高各種工藝的經濟效益。因為機器人掌握了一系列操作、拾放和精加工作業。

　　以其多面手的特質，機器人的作業快速、高效、靈活。它結實耐用，能承受最重的載荷。由此可以最佳地滿足日益增長的質量和生產效率的要求并確保企業在今后的市場競爭中具有決定性的競爭優勢。

　　4、鑄造行業

　　在極端的工作環境下進行多班作業—鑄造域的作業使工人和機器遭受沉重負擔。制造強勁的專門適用于極重載荷的庫卡鑄造機器人的另一個原因：高污染、高溫或外部環境惡劣的領域。操作簡便的控制系統和專用的軟件包使機器人的應用十分靈活—無論是直接用于注塑機、還是用于連接兩道工序，或是用于運輸極為沉重的工件。因其具有最佳的定位性能、很高的承載力以及可以安全可靠地進行高強度作業等優勢等。

　　機器人以其模塊化的結構設計、靈活的控制系統、專用的應用軟件能夠滿足鑄造行業整個自動化應用領域的最高要求。它不僅防水，而且耐臟、抗熱。

　　它甚至可以直接在注塑機旁、內部和上方用于取出工件。此外它還可以可靠地將工藝單元和生產單元連接起來。另外在去毛邊、磨削或鉆孔等精加工作業以及進行質量檢測方面，機器人表現非凡。

　　5、食品行業

　　機器人的運用范圍越來越廣泛，即使在很多的傳統工業領域中人們也在努力使機器人代替人類工作，在食品工業中的情況也是如此。目前人們已經開發出的食品工業機器人有包裝罐頭機器人，自動午餐機器人和切割牛肉機器人等。

　　從想象機器人的角度來看，切割牛的前半身這個問題不是一個簡樸的問題，要考慮的細節特別的復雜，因為從牛的身體結構來看，每頭牛的肢體雖然大致一樣，但還是有很多不相同的地方。機器人系統必須要選擇對每頭牛的最佳切割方法，最大限度的減少牛肉的浪費。實際上，要使機器人系統能純熟的模擬一個純熟屠宰工人的動作，最終的解決方法將是把傳感器技術，人工智能和機器人制造等多項高技術集成起來，使機器人系統能自動順應產品加工中的各種變化。

　　切割牛肉的機器人將要加工的牛的肢體與數據庫中存儲的以前的牛的肢體的切割信息進行比較來加工每一頭牛，這樣就可以順著每刀切割所定的初始路線方向來確定刀的起點和終點，然后用機器人驅動刀切入牛的身體里面。傳感器系統監視切割是所用力量的大小，來確定刀是否是在切割骨頭，同時把信息反饋給機器人控制系統，以控制刀片只順著骨頭的輪廓移動，從而避免損壞刀片。

　　6、化工行業

　　化工行業是工業機器人主要應用領域之一。目前應用于化工行業的主要潔凈機器人及其自動化設備有大氣機械手、真空機械手、潔凈鍍膜機械手、潔凈AGV、RGV及潔凈物流自動傳輸系統等。很多現代化工業品生產要求精密化、微型化、高純度、高質量和高可靠性，在產品的生產中要求有一個潔凈的環境，潔凈度的高低直接影響產品的合格率，潔凈技術就是按照產品生產對潔凈生產環境的污染物的控制要求、控制方法以及控制設施的日益嚴格而不斷發展。因此，在化工領域，隨著未來更多的化工生產場合對于環境清潔度的要求越來越高，潔凈機器人將會得到進一步的利用，因此其具有廣闊的市場空間。

　　合成橡膠自動化碼垛裝箱機器人在齊魯石化橡膠廠投用。長期以來，該廠采用人工碼垛方式，不僅耗費大量人力，而且員工勞動強度大。這一機器人裝箱設備每小時可完成600塊合成橡膠的裝箱任務，最高紀錄是3分鐘裝滿一箱。它可完成多種型號的國際標準集裝箱的作業，每年可節省人工成本48萬元并實現集裝箱系統的重復使用，減少公用工程建設以及包裝袋塑料降解的費用。

　　7、玻璃行業

　　無論是空心玻璃、平面玻璃、管狀玻璃，還是玻璃纖維—現代化、含礦物的高科技材料是電子和通訊、化學、醫藥和化妝品工業中非常重要的組成部分。而且如今它對于建筑工業和其他工業分支來說也是不可或缺的。特別是對于潔凈度要求非常高的玻璃，工業機器人是最好的選擇。

　　潔凈玻璃搬運系統。雙手協調潔凈搬運機械手，工作環境潔凈度10000級。該機械手包含X1、X2、Z1、Z2和R五自由度，采用伺服電機驅動，具有高速度、快速響應、重復定位精度高的特點。

　　在X方向上X1軸、X2軸共用一對導軌，做交替協調運動，其中Z1軸末端帶有旋轉軸R。機械手末端帶有端拾器，用于取放工件。RB35J可用在玻璃制造、平板顯示（FPD）等行業需兩個機械手輪流交替進行搬運、碼垛的場合。

　　8、家用電器行業

　　白色家電的大型設備領域對經濟性和生產率的要求也越來越高。降低工藝成本，提高生產效率成為重中之重，自動化解決方案可以優化家用電器的生產。無論是批量生產洗衣機滾筒或是給浴缸上釉—使用機器人可以更經濟有效地完成生產、加工、搬運、測量和檢驗工作。它可以連續可靠地完成生產任務，無需經常將沉重的部件中轉。由此可以確保生產流水線的物料流通順暢—而且始終保持恒定高質量。

　　原因是多方面的：因其具有最高的生產率、重復性的高精確度、很高的可靠性以及光學和觸覺性能，機器人幾乎可以運用到家用電器生產工藝流程的所有方面。

　　9、冶金行業

　　無論是輕金屬、彩色金屬、貴金屬、特殊金屬，還是鋼—金屬工業離不開鑄造廠和鋼／金屬加工。而且如果沒有自動化和多班作業，就無法確保生產的經濟效益和競爭力并減輕員工繁重的工作。

　　工業機器人在冶金行業的主要工作范圍包括鉆孔、銑削或切割以及折彎和沖壓等加工過程。此外它還可以縮短焊接、安裝、裝卸料過程的工作周期并提高生產率。

　　即使在鑄造領域，配備了專用的鑄造裝備的庫卡機器人也顯示了其非凡的實力，它具有使用壽命長、耐高溫、防水和防灰塵等優勢。此外庫卡機器人還可以獨立完成表面檢測等檢測工作，從而為高效的質量管理做出了重要貢獻。

　　10、煙草行業

　　工業機器人在我國煙草行業的應用出現在90年代中期，玉溪卷煙廠采用工業機器人對其卷煙成品進行碼垛作業，用ＡＧＶ（自行走小車）搬運成品托盤，節省了大量人力，減少了煙箱破損，提高了自動化水平。

　　工業機器人在煙草行業的應用我國煙草行業多年來不斷加強技術改造，促進技術進步，重點卷煙企業的生產設備已達到國際90年代初期水平。

　　但是，先進的生產設備必須配備與之相應的管理方法和后勤保障系統，才能真正發揮設備的高效益，如卷煙原、輔料的配送，就需要先進的自動化物流系統來完成，傳統的人工管理，人工搬運極易出錯，又不準時，已不能適應生產發展的需要。精準的工業機器人被應用于這個領域。