浅谈工业机器人在制造业中的应用

国际金属加工网 2017年10月11日

1.引言

工业机器人是指工业领域中能自动执行工作任务的机器装置,是机电一体化产品的代表,具有较高的技术含量,代表着一个国家的科技水平。随着科学技术的不断发展,工业自动化水平逐步提高,工业机器人在制造业中的应用也越来越广泛。

2.工业机器人简介

2.1结构组成

工业机器人是面向工业领域的具有多关节的机械手或具备多个自由度的机器人,是能实现各种高级功能的一种机电一体化机器。它可以按照预先设置的程序自动进行工作,也可以通过人的操作来控制运行。工业机器人由机座、执行机构、驱动系统和控制系统等部分组成。执行机构由臂部、腕部、手部、行走机构等组成,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;控制系统是按照事先设置的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号来进行控制。

2.2理论基础

工业机器人涉及到机械原理、机械设计、理论力学、自动控制理论基础、线性代数、机电一体化等机械工程类大学本科所学的诸多专业基础课程。例如,工业机器人操作臂设计就涉及到工业机器人操作臂机构、运动学、动力学、工业机器人样机或本体产品的物理参数识别、末端操作器操作轨迹规划、各种控制方法与技术等基础理论和技术。工业机器人在应用于工业生产、科研实验等实际操作任务前应具备以上基础理论。

3.工业机器人在制造业中的应用

3.1在传统制造业中的应用

工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业,或是危险、恶劣环境下的作业,广泛应用于传统制造业,如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域。例如,工业机器人可用于冲压、简单装配、磨削、搬运、分拣、包装以及其他机械加工等单调、频繁和重复的长时间作业,也可用于压力铸造、热处理、焊接、喷涂、塑料制品成形等对人体有害的物料搬运或工艺操作。

工业机器人和人相比,其优点主要有:精确、稳定、力大、适合于有毒有害环境等;和其他自动化控制设备相比,其优点主要是有较大的系统柔性,有更大的自由运动空间,有较高的应用灵活性。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性,能适应多品种中、小批量的生产,70年代起,常与数字控制机床结合在一起,成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。

3.2在现代制造业中的应用

工业机器人不仅应用于传统制造业如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域,同时也已开始扩大到核能、航空、航天医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服务业领域中。如,水下机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、擦玻璃机器人、高压线作业机器人等。

机器人在制药领域中有广阔的发展前途,由于制药企业的特殊要求,为了保持安全、无菌的生产环境,减少人的因素对制药环境及药品质量的影响,高精度卫生型机器人在制药领域的应用更加广泛。对于制药企业,生产设备的卫生设计在很大程度上决定了药品质量和企业的竞争力。高精度的机器人不但能够满足严格的安全标准,更是提升生产效率的有效手段。

卫生化设计机器人不仅有利于改善药品质量与安全,还能延长机械设备的使用寿命,同时降低人力和维护成本。机器人解决方案能够创造切切实实的效益,这一点已渐成共识。采用卫生设计机器人技术产品(即制药机械)更能满足生产系统及生产环境的各项卫生标准,已越来越受到人们的欢迎。

4.发展前景

由于计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展,工业自动化程度不断提高,机器人技术也得到了飞速发展和进一步推广。机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高,而机器人的制造成本和价格却不断下降。采用机器人的利显然要比采用人工所带来的利大,它一方面可大大提高生产设备的自动化水平,从而提高劳动生产率,同时又可提升企业的产品质量,提高企业的整体竞争力。也许将来有一天,人类会对“体力劳动”这个名词开始感到陌生,因为与这个名字有关的所有工作都已被工业机器人来代替。到那时,企业员工的工作内涵与现今已大不相同。机器人创造出来的财富,足以支持一个团队、一个国家、甚至地球上整个人类的一切活动。


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