装配机器人在航空航天领域应用案例

装配机器人是电脑控制，自动化，可编程的机器制造业和其他工业设置中使用。这些机器人进行到计算机编程的运动路线的基础上分配的任务。典型的装配机器人似乎是不超过一个机械臂或一组执行功能，如焊接武器，切割，采摘，或放置物料沿装配线。制造环境，涉及过于重复的任务，有害物质或不安全状况装配机器人的理想环境。

装配机器人(Assembly Robot) 装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备，由机器人操作机、控制器、末端执行器和传感系统组成。其中操作机的结构类型有水平关节型、直角坐标型、多关节型和圆柱坐标型等；控制器一般采用多CPU或多级计算机系统，实现运动控制和运动编程；末端执行器为适应不同的装配对象而设计成各种手爪和手腕等；传感系统又来获取装配机器人与环境和装配对象之间相互作用的信息。常用的装配机器人主要有可编程通用装配操作手 (Programmable Universal Manipula-tor forAssembly)即 PUMA 机器人（最早出现于1978年，工业机器人的祖始）和平面双关节型机器(Selective Compliance Assembly Robot Arm)即SCARA机器人两种类型。与一般工业机器人相比，装配机器人具有精度高、柔顺性好、工作范围小、能与其他系统配套使用等特点，主要用于各种电器的制造行业。。

装配机器人主要用于各种电器制造（包括家用电器,如电视机、录音机、洗衣机、电冰箱、吸尘器）、小型电机、汽车及其部件、计算机、玩具、机电产品及其组件的装配等方面。，当前主要设备提供商有发那科（FANUC）、ABB集团（阿西布朗勃法瑞）、库卡（KUKA）等国际知名品牌。

工业机器人从诞生开始，就在很多工业领域里边得到了广泛应用，主要是有些工厂的劳作环境对人的身体要求太极端了，人的血肉之躯无法胜任，或者对某些工种的工艺要求非常高而人类的手工作业无法达标等场景。

(1)恶劣工作环境及危险工作。工业机器人可代替人,应用于压铸车间及核工业等有害于身体健康并危及生命,或不安全因素很大而宜于人去做的作业领域,如核工业上沸水式反应堆燃料自动交换机等。

(2)特殊作业场合和极限作业。机器人可用于火山探险、深海探密和空间探索等对于人类来说是力所不能及的场合,如航天飞机上用来回收卫星的操作臂等。

(3)自动化生产领域 早期的工业机器人在生产上主要用于机床上下料、点焊和喷漆。随着柔性自动化的出现,机器人在自动化生产领域扮演了更重要的角色。现举例如下:

1)焊接机器人。弧焊机器人需要六个自由度,三个自由度用来控制焊具跟随焊缝的空间轨迹,另三个自由度保持焊具与工件表面有正确的姿态关系,这样才能保证良好的焊缝质量。这种机器人广泛应用于汽车制造厂承重大梁和车身结构的焊接。

2)材料搬运机器人。材料搬运机器人可用来上下料、码垛、卸货以及抓取零件定向等作业。 3)检测。在零件制造过程中,工程检测以及成品检测都是保证产品质量的关键工序。检测内容主要包括:确认零件尺寸是否在允许的公差内;控制零件按质量分类。

4)装配机器人。装配是一个比较复杂的作业过程,不仅要检测装配作业过程中的误差,而且要试图纠正这种误差。因此,装配机器人上应用有许多传感器,如接触传感器、视觉传感器、接近传感器和听觉传感器等。听觉传感器用来判断压入件或滑入件是否到位。

5)喷漆和喷涂。在进行三维表面喷漆和喷涂作业时,至少要有五个自由度。由于可燃环境的存在,驱动装置必须防燃防爆。在大件上作业时,往往把机器人装在一个导轨上,以便行走。

2.应用机器人的优点

通过对机器人应用领域的介绍,可以知道机器人应用给人类带来如下好处

(1)减少劳动力费用。

(2)提高生产率。

(3)改进产品质量。

(4)增加制造过程的柔性。

(5)减少材料浪费。

(6)控制和加快库存的周转。

(7)降低生产成本

(8)消除危险和恶劣的劳动岗位。工业机器人是一种靠自身动力和控制能力来执行工作任务的自动化机械装备，具有可自动控制、再编程及柔性等特点。在发达国家中，工业机器人自动化生产线已经成为自动化装备的主流和未来的发展方向。国外很多汽车行业、电子电器行业、工程机械、建筑、煤业化工等行业已经大量装备工业机器人自动化生产线，来保证产品质量，提高生产效率。

激光焊接产品

**种是点焊机器人

点焊机器人是用于点焊自动作业的工业机器人，其末端持握的作业工具是焊钳。 实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。最初，点焊机器人只用于增强焊作业，即往已拼接好的工件上增加焊点。后来，为保证拼接精度，又让机器人完成定位焊作业。点焊机器人逐渐被要求有更全的作业性能，点焊用机器人不仅要有足够的负载能力，而且在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位的时间，提高工作效率。具体来说如下：安装面积小，工作空间大；快速完成小节距的多点定位（如每0.3~0.4s 移动 30~50mm 节距后定位）； 定位精度高（± 0.25 mm ），以确保焊接质量； 持重大（ 50~150 kg ），以便携带内装变压器的焊钳； 内存容量大，示教简单，节省工时； 点焊速度与生产线速度相匹配，同时安全可靠性好。

汽车工业中使用的点焊机器人

第二种是弧焊机器人

弧焊机器人是用于弧焊（主要有熔化极气体保护焊和非熔化极气体保护焊）自动作业的工业机器人，其末端持握的工具是焊枪。弧焊过程比点焊过程要复杂得多，被焊工件由于局部加热熔化和冷却产生变形，焊缝轨迹会发生变化。因此，焊接机器人的应用并不是一开始就用于电弧焊作业。而是伴随焊接传感器的开发及其在焊接机器人中的应用，使机器人弧焊作业的焊缝跟踪与控制问题得到有效解决.由于弧焊工艺早已在诸多行业中得到普及，使得弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。

弧焊机器人在工作

第三种是激光焊接机器人

激光焊接机器人是用于激光焊自动作业的工业机器人，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业，其末端持握的工具是激光加工头。 具有最小的热输入量，产生极小的热影响区，在显著提高焊接产品品质的同时，降低了后续工作量的时间 。激光焊接成为一种成熟的无接触的焊接方式已经多年，极高的能量密度使得高速加工和低热输入量成为可能。与机器人电弧焊相比，机器人激光焊的焊缝跟踪精度要求更高。其要求如下：高精度轨迹（≤ 0.1mm）；持重大（ 30~50 kg ），以便携带激光加工头；可与激光器进行高速通信；机械臂刚性好，工作范围大；具备良好的振动抑制和控制修正功能。

搬运工业机器人

（1）、龙门式搬运机器人

其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其多采用模块化结构，可依据负重吨位搬运，采用直角坐标系，编程方便快捷， 广泛运用于生产线转运及机床上下料等大批量生产过程。

（2）、悬臂式搬运机器人

其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其也可随不同的应用采取相应的结构形式 。广泛运用于卧式机床、立式机床及特定机床内部和冲压机热处理机床自动上下料。

（3）、侧壁式搬运机器人

其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其也可随不同的应用采取相应的结构形式。主要运用于立体库类，如档案自动存取、全自动银行保管箱存取系统等。

（4）、摆臂式搬运机器人

其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。 Z 轴主要是升降，也称为主轴。 Y轴的移动主要通过外加滑轨， X 轴末端连接控制器，其绕 X 轴的转动，实现 4轴联动。 广泛应用于国内外生产厂家，是关节式机器人的理想替代品，但其负载程度相对于关节式机器人小。

悬臂式搬运机器人

（5）、 关节式搬运机器人

关节式搬运机器人是当今工业产业中常见的机型之一，其拥有 5~6 个轴，行为动作类似于人的手臂，具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高等特点，适合于几乎任何轨迹或角度的工作。

由以上可知，搬运机器人是一个完整系统。以关节式搬运机器人为例，其工作站主要有 操作机、控制系统、搬运系统（气体发生装置、真空发生装置和手爪等）和安全保护装置组成。结构如下图所示。

搬运机器人系统组成

第三大类为码垛机器人

码垛机器人在啤酒、饮料产业，可以实现码垛自动化 因此得到了广泛的应用。码垛机器人具有作业高效、码垛稳定等优点，解放工人繁重体力劳动，已在各个行业的包装物流线中发挥强大作用。其主要优点有很多方面，比如提高生产效率，解放繁重体力劳 ；柔性高、适应性强现不同物料码垛 ；改善工人劳动条件，摆脱有毒和有害环境 ；定位准确，稳定性高 等很多优点 。

码垛工业机器人

码垛机器人与搬运机器人在本体结构上没有过多区别，通常可认为码垛机器人本体较搬运机器人大，在实际生产当中码垛机器人多为四轴且多数带有辅助连杆，连杆主要起到增加力矩和平衡的作用，码垛机器人多不能进行横向或纵向移动，安装在物流线末端，常见的码垛机器人结构多为 关节式码垛机器人、摆臂式码垛机器人和龙门式码垛机器人 。对关节式码垛机器人来说常见本体多为 4 轴，亦有 5 、 6 轴码垛机器人，但在实际包装码垛物流线中 5 、 6 轴码垛机器人相对较少 。码垛主要在物流线末端进行工作，4 轴码垛机器人足以满足日常码垛。

第四大类是工业涂装机器人

涂装机器人作为一种典型的涂装自动化装备，涂装机器人与传统的机械涂装相比，其下优点有以下几个方面**是能够**限度提高涂料的利用率、降低涂装过程中的 VOC （有害挥发性有机物）排放量；第二是能显著提高喷枪的运动速度，缩短生产节拍，效率显著高于传统的机械涂装； 第三是柔性强，能够适应于多品种、小批量的涂装任务能够精确保证涂装工艺的一致性，获得较高质量的涂装产品 。涂装机器人大多数从构型上仍采取与通用工业机器人相似的 5 或6自由度串联关节式机器人，在其末端加装自动喷枪，按照手腕构型划分，涂装机器人主要有：球型手腕涂装机器人和非球型手腕涂装机器人。

非球型手腕涂装机器人

第五大类是装配机器人

装配机器人是工业生产中用于装配生产线上对零件或部件进行装配的一类工业机器人。作为柔性自动化装配的核心设备具有精度高、工作稳定、柔 顺性好、动作迅速等优点。装配机器人在不同装配生产线上发挥着强大的装配作用，装配机器人大多由 4-6 轴组成，就目前市场上常见的装配机器人，以臂部运动形式分 直角式装配机器人和关节式装配机器人， 关节式装配机器人亦分水平串联关节式、垂直串联关节式和并联关节式。

并联装配机器人

水平串联式装配机器人 亦称为平面关节型装配机器人或SCARA机器人，是目前装配生产线上应用数量最多的一类装配机器人。它属于精密型装配机器人，具有速度快、精度高、柔性好等特点，驱动多为交流伺服电机，保证其较高的重复定位精度，广泛运用于电子、机械和轻工业等有关产品的装配，适合工厂柔性化生产需求。

以上是工业机器人在现代化工厂中的应用，你认为还有那些应用场合欢迎讨论，留言！机器人是一项综合性科技，一个小小的机器人，是自动控制、测量、计算机技术、人工智能技术、机械、材料及通信技术的综合结晶。那么在工业机器人中，到底涉及了那些高科技呢？目前这些高科技的进展如何？

1、【机器人操作机结构】

通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操作机构的优化设计。探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比。例如，以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。 此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。机构向着模块化、可重构方向发展。例如，关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。机器人的结构更加灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。

2、【机器人控制系统】

开放式、模块化的控制系统。向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点，在某些领域的离线编程已实现实用化。

3、【机器人传感技术】

据羿戓智能制造所了解，机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了激光传感器、视觉传感器和力传感器，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制。为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。

4、【网络通信功能】

日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。

5、【机器人遥控和监控技术】

在一些诸如核辐射、深水、有毒等高危险环境中进行焊接或其它作业，需要有遥控的机器人代替人去工作。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最**实例。多机器人和操作者之间的协调控制，可通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。

6、【虚拟机器人技术】

虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。

7、【机器人性能价格比】

机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时，而现在已达到5万小时，可以满足任何场合的需求。

8、【多智能体调控技术】

这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。