工業(yè)機(jī)器人若干關(guān)鍵技術(shù)研究

陳劍斌

衢州中等專業(yè)學(xué)校

工業(yè)機(jī)器人若干關(guān)鍵技術(shù)研究

陳劍斌

衢州中等專業(yè)學(xué)校

當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的典型代表就是工業(yè)機(jī)器人，并且這樣技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出來不斷發(fā)展的趨勢，關(guān)于這樣技術(shù)的利用，必然會(huì)改善原有的勞動(dòng)條件，使得操作者的工作強(qiáng)度得到降低。與此同時(shí)，能夠減少人工成本，提高生產(chǎn)和產(chǎn)品的質(zhì)量水平，其優(yōu)勢是非常明顯的?；诖?，本文將著重分析探討工業(yè)機(jī)器人若干關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

工業(yè)機(jī)器人；技術(shù)；要點(diǎn)

1、工業(yè)機(jī)器人的組成及作用

1.1 工業(yè)機(jī)器人的組成

通常來講，工業(yè)機(jī)器人主要由三個(gè)基本部分組成，其中包括主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)部分。就主體而言，主要指的是的機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩個(gè)方面，其中包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還具有行動(dòng)機(jī)構(gòu)。對于絕大多數(shù)機(jī)器人來說，一般涵蓋3-6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部有1-3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中主要涉及到的有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣一來，能夠使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。關(guān)于控制系統(tǒng)，主要強(qiáng)調(diào)的是一具輸入的程序，對于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令和信號(hào)，然后進(jìn)行控制。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的作用

1.2.1 提高工作母機(jī)生產(chǎn)效率。在工業(yè)生產(chǎn)中，不斷提高工作母機(jī)生產(chǎn)效率是降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率的重要途徑。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是傳統(tǒng)制造行業(yè)中存在著大量落后、陳舊、效率低下的工業(yè)設(shè)備，嚴(yán)重制約著企業(yè)的生產(chǎn)效率。因此，加速推廣工業(yè)機(jī)器人及智能自動(dòng)化設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用，發(fā)揮其工作高效的積極作用，可直接提高工作母機(jī)生產(chǎn)效率，促進(jìn)企業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率水平的大幅提高。

1.2.2 穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的立足之本和生命線，是每一個(gè)制造企業(yè)都高度關(guān)注和重視的問題。機(jī)器人及智能自動(dòng)化設(shè)備具有極高的可靠性和穩(wěn)定性，其提供的末端精度、重復(fù)精度及可靠性完全可以適應(yīng)各種工藝加工手段，克服了因人的情緒、疲勞、注意力不集中等造成的不利因素，為穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量提供有力保證。在生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)注重相關(guān)工裝設(shè)備的配套使用，確保其精度、穩(wěn)定性和主機(jī)的統(tǒng)一。

1.2.3 消除安全隱患。安全第一貫穿著生產(chǎn)全線，每一個(gè)企業(yè)必須嚴(yán)肅對待。在控制生產(chǎn)過程中的安全隱患中，機(jī)器人能發(fā)揮其特有的智能化和穩(wěn)定性的特長，消除許多人為安全隱患。如常用的沖壓、剪板上下料等工序，應(yīng)用機(jī)器替代人，避免了人工操作疲勞、大意、違反操作規(guī)程等造成的人身安全隱患?？傊?，對存在安全隱患的工藝環(huán)節(jié)實(shí)施機(jī)器換人，可以對安全隱患進(jìn)行有效控制。

1.2.4 控制環(huán)境污染。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，盡管制造企業(yè)已極力控制生產(chǎn)過程中所造成的環(huán)境污染問題，但還是存在許多污染現(xiàn)象，直接造成對操作人員的傷害和環(huán)境污染。在環(huán)境污染影響人身體健康的作業(yè)操作中，采用機(jī)器替代人力作業(yè)，再對污染環(huán)境實(shí)施隔離，并配備相應(yīng)環(huán)保設(shè)施，能有效防范有害環(huán)境對人體傷害，控制環(huán)境污染。常見的案例有焊接機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、打磨機(jī)器人等的應(yīng)用。因此，大力推進(jìn)機(jī)器換人對實(shí)施環(huán)境保護(hù)，防范現(xiàn)代工業(yè)中有害環(huán)境對人體傷害有顯著效用。

2、工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃就是根據(jù)機(jī)器人工作任務(wù)的要求，對各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行設(shè)定，合理化運(yùn)動(dòng)過程中的位姿、速度和加速度，保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，避免位置、速度和加速的突變。工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃，首先應(yīng)滿足作業(yè)的要求，在末端執(zhí)行器作業(yè)起始位置和終止位置路徑中設(shè)置有限路經(jīng)點(diǎn)，考慮運(yùn)動(dòng)過程中所設(shè)置的路徑點(diǎn)是否會(huì)引起機(jī)器人自身的干涉和與周邊環(huán)境產(chǎn)生碰撞，在此基礎(chǔ)上盡可能的使運(yùn)動(dòng)曲線平滑，不產(chǎn)生震蕩。對于設(shè)定路徑點(diǎn)么間選擇插值函數(shù)，生成運(yùn)動(dòng)軌跡。

探究軌跡規(guī)劃曲線特點(diǎn)、適用場合研巧分析是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)。在軌跡規(guī)劃曲線的選型和設(shè)計(jì)中，不僅要考慮系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)要求，同時(shí)還要綜合考慮機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)性能，如工作轉(zhuǎn)速、質(zhì)量及載荷的大小等多種因素。在選擇或設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)曲線時(shí)，針對不同的工況、不同的作業(yè)環(huán)境、不同的作業(yè)對象及不同的作業(yè)要求，進(jìn)行具體的分析。

2.1 根據(jù)機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)速度選擇或設(shè)計(jì)曲線工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)呈現(xiàn)高速和低速運(yùn)行兩種模式，對于高速運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，為減小振動(dòng)，獲得更好的動(dòng)力學(xué)性能，應(yīng)選取沖擊小或沖擊突變小的曲線；而對于低速系統(tǒng)，應(yīng)選擇加速度最大值應(yīng)盡可能小的曲線。

2.2 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)條件性能指標(biāo)要求當(dāng)工作場合對機(jī)器人性能指標(biāo)有持殊要求，如基于位移最優(yōu)軌跡規(guī)劃，電機(jī)轉(zhuǎn)速不高時(shí)，則機(jī)器人速度曲線應(yīng)盡量扁平；而如果基于時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃，在電機(jī)最高轉(zhuǎn)速內(nèi)，應(yīng)盡量減小最大加速度的值，減小電機(jī)輸出最大負(fù)載。當(dāng)工作場合對機(jī)器人軌跡規(guī)劃無特殊要求時(shí)，選擇或設(shè)計(jì)曲線應(yīng)兼顧運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)為學(xué)，綜合考慮。

2.3 綜合考慮軌跡規(guī)劃曲線的各項(xiàng)特性指標(biāo)軌跡規(guī)劃曲線的各項(xiàng)性能指標(biāo)分析是機(jī)器人對曲線選型和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在滿足工業(yè)機(jī)器人工作要求的前提下，應(yīng)仔細(xì)權(quán)衡曲線性能指標(biāo)的優(yōu)劣。單一運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線優(yōu)缺點(diǎn)共存，而組合曲線集合了單一規(guī)律曲線的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避其不足之處，綜合性能比單一運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢，但容易引入新的不足。

總而言之，在工廠當(dāng)中，工業(yè)機(jī)器人幾乎能夠取代操作工，這里所涉及到的操作工主要是原有流水線工位上的，從而完成所需要的任務(wù)，工業(yè)機(jī)器人作為一種機(jī)器裝置，可以自動(dòng)執(zhí)行工作，依靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能，它不僅可以按照人類的指揮進(jìn)行工作，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人更可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)，這就要求我們在以后的實(shí)際工作中必須對其實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步研究探討。

[1]劉壯志.彈跳機(jī)器人若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2005.

[2]張永貴.噴漆機(jī)器人若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安理工大學(xué)，2008. [3]侯康.一種飛行球形機(jī)器人若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2015.

[4]陳偉錢.移動(dòng)尋跡機(jī)器人若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2012.