《浅析六轴工业机器人控制方式及特点》

  • 来源专题:数控机床——前沿技术
  • 编译者: 杨芳
  • 发布时间:2017-06-20
  • 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

      6轴工业机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散式控制,即采用多台微机来分担机器人的控制,如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时,主机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;作为下级从机,各关节分别对应一个CPU,进行插补运算和伺服控制处理,实现给定的运动,并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同,机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力控制。

      6轴工业机器人的特点主要有以下几方面:

      1)可编程:6轴工业机器人最大特点是柔性启动化,柔性制造系统中的一个重要组成部分。工业机器人可随其工作环境变化以及加工件的变化进行再编程,适合于小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造生产线的应用。

      2)拟人化:6轴工业机器人结合机器人与人的特点。在6轴工业机器人的结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分,在控制上有电脑。其传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

      3)通用性:一般6轴工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。当然也有专用的工业机器人。

      4)机电一体化:6轴工业机器人是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。工业机器人具有各种传感器可以获取外部环境信息,而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能,这些都是微电子技术的应用,特别是计算机技术的应用密切相关。

      六轴关节工业机器人的研发设计及制造已经有好几十年的历史了,整个工业机器人的研发制造体系较为完善,各研发厂家在相互竞争中可以相互模仿、改善、不断推陈出新。

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    • 编译者:杨芳
    • 发布时间:2017-06-20
    • 工业4.0即是以智能制造为主导的第四次工业革命或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统相结合的手段,将制造也向智能化转型。 两大主题: 1.智能工厂 :重点研究智能化生产系统及过程,以及网络分布式生产设施的实现。 2.智能生产:主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用。 发展优势 在生产能力上,工业4.0将确保仅一次性生产,且产量很低时的获利能力,确保工艺流程的灵活性和资源利用率。另一方面,工业4.0将使人的工作生涯更长,工作与生活更加平衡,高工资时产业仍有强大竞争力。 实现方式 主要是通过CPS(信息物理系统),总体掌控从消费需求到生产制造的所有过程,由此实现高效生产管理。 工业3.0与工业4.0的比较 工业4.0能实现什么 1.生产智能化 2.设备智能化 3.能源管理智能化 4.供应链管理智能化 智能制造 工业4.0是一个产业的技术转型,是产业的变革。工业4.0提出的智能制造是面向产品全生命周期,实现泛在感知条件下的信息化制造。智能制造技术现代传感技术、网络技术、自动化 技术以及人工智能的基础上,通过感知、人机交互、决策、执行和反馈,实现产品设计过程、制造过程和企业管理及服务的智能化,是信息技术与制造技术的深度融合与集成。 本质:是基于“CPS”实现“智能共厂” 核心:是动态配置的生产方式实现“柔性生产” 关键:是信息技术应用实现生产力飞速发展 智能制造的构成 智能制造是可持续发展的制造模式,他借助计算机建模仿真和信息通信技术的巨大潜力,优化产品的设计和制造过程,大幅度减少物质资源和能源的消耗以及各种废弃物的产生,同时实现循环再用,减少排放,保护环境。 基于工业4.0构思的智能工厂将由物理系统和虚拟的信息系统组成,称之为物理信息生产系统(CPPS),是为未来制造业勾画的蓝图,其框架结构如图所示。 这种新的生产模式必将导致新的商业模式、管理模式、企业组织模式以及人才需求的巨大变化。 首先是产品设计与生产的分离。工业4.0提出以通信和服务为基础构建网络化智能共产的设想,如图所示。 从图中可见,智能工厂的生产环境由智能产品、智能设备、宜人的工作环境、高素质的劳动者和智能能源供应组成,他们相互之间进行企业内的通信,包括生产数据采集、工况分析、制造决策等等。若干智能工厂通过中间件、云计算和服务连接成庞大的制造网络,借助基于物流网的智能物流构建完整的制造体系。 智能工厂与物流的关系 智能工厂和物流之间的所有活动需要实时通信、交互和确认,即共同遵守规则环境,共同完成由底层下达的任务。建立这样分散的、网络化的智能共产体系需要一定的基础,应具有以下5个要素条件: 1.智能生产和产品,以先进的信息物理融合的设备生产高附加值的软硬件结合的智能产品 2.真实的企业环境,当前企业转型升级的途径和规划 3.宏观和微观经济环境,主要是产业政策和市场需求 4.人的因素,体现为新一代的管理人员、市场营销人员、技术人员和工人 5.技术因素,主要体现为网络和通信基础设施的安全性和可靠性,智能生产技术等。 制造业已经进入大数据时代,智能制造需要高性能的计算机和网络基础设施,传统的设备控制和信息处理方式已经不能满足需要,基于计算机的云智造已经指日可待。.
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    • 机器人概述 1、机器人的分类 对于机器人的分类,国际上没有统一的标准,可分别按照应用领域、用途、结构形式、自由度、负载以及控制方式等标准进行分类。 按照应用领域的不同,目前我国的机器人主要有两种,即工业机器人和特种机器人。根据目前工业市场特点,本次报告主要关注的是中国工业机器人市场。 工业机器人,即面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。 按用途来分,工业机器人可分为焊接机器人、搬运机器人、喷漆机器人、涂胶机器人、装配机器人、码垛机器人、切割机器人、自动导引车(AGV)机器人和净室机器人等。 按结构形式来分,工业机器人可分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人和关节型机器人三种,其中关节型工业机器人以4-6轴为主。 按照负载来分,工业机器人可分为小型负载机器人(负载小于20Kg)、中型负载机器人(负载在20~100Kg之间)和大型负载机器人(负载大于100Kg)。 特种机器人,是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。 2、机器人的基本构成 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构,包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3-6个运动自由度,其中腕部通常有1-3个运动自由度;驱动系统包括动力装置和传动机构,用以使执行机构产生相应的动作;控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号,并进行控制。 机器人行业发展状况 中国已成为世界第一大的工业机器人需求国,市场发展稳定,汽车及其零部件制造仍然是工业机器人的主要应用领域,随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移,我国的机器人市场会进一步加大,市场扩展的速度也会进一步提高。 1、工业机器人发展现状 中国劳动力价格上涨推高生产成本,被认为是工业机器人快速进入生产的原因之一。自2008年1月1日,新劳动法实施以来,中国各地上调了最低工资水平,沿海地区劳动力成本不断攀升,出现民工荒,中国人口红利渐失,一些生产型企业开始外迁。并且近几年中国机器人自动化生产线已经不断出现,其中最为典型的是汽车及电子行业。随着中国工业企业自动化水平的不断提高,机器人自动化线的市场也会越来越大,并且逐渐成为自动化生产线的主要方式。 据睿工业2016年研究显示,2015年中国工业机器人市场,其中以六轴多关节机器人为最,占总体销量的46.2%。预计未来几年将会维持30%以上的高增长率。我国机器人自动化生产线装备的市场刚刚起步,而国内装备制造业正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期,这就给机器人自动化生产线研究开发者带来巨大商机。人工替代和产业升级被认为是推动我国工业机器人市场快速发展的驱动因素,与此同时,我国目前的机器人密度(每万名生产工人占有的机器人数量)相对较低也给未来市场的开拓提供了余地。 2、工业机器人的应用领域 经过四十多年的发展,工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中,尤其是在汽车产业中,工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,机器人都已逐步取代了人工作业。 随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高,机器人的应用范周还在不断地扩大,已从汽车制造业推广到其他制造业,进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外,在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多,如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。