機器人百科：自動焊接機器人、機械臂、工業(yè)機器人、智能掃地機器人等應用介紹

關(guān)鍵詞：自動焊接機器人、機械臂、工業(yè)機器人、智能掃地機器人、四軸機器人、六軸機器人

機器人百科

自動焊接機器人的主要優(yōu)點和應用有哪些？

焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機器人。根據(jù)國際標準化組織（ISO）工業(yè)機器人屬于標準焊接機器人的定義，工業(yè)機器人是一種多用途的、可重復編程的自動控制操作機（Manipulator），具有三個或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動化領域。

焊接機器人的優(yōu)點

隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)控及機器人技術(shù)的發(fā)展，自動焊接機器人, 從60年代開始用于生產(chǎn)以來，其技術(shù)已日益成熟，主要有以下優(yōu)點：

1、穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，能將焊接質(zhì)量以數(shù)值的形式反映出來；

2、提高勞動生產(chǎn)率；

3、改善工人勞動強度，可在有害環(huán)境下工作；

4、降低了對工人操作技術(shù)的要求；

5、縮短了產(chǎn)品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資。

因此，焊接機器人在各行各業(yè)已得到了廣泛的應用。

1、生產(chǎn)線

焊接機器人生產(chǎn)線比較簡單的是把多臺工作站（單元）用工件輸送線連接起來組成一條生產(chǎn)線。這種生產(chǎn)線仍然保持單站的特點，即每個站只能用選定的工件夾具及焊接機器人的程序來焊接預定的工件，在更改夾具及程序之前的一段時間內(nèi)，這條線是不能焊其他工件的。

另一種是焊接柔性生產(chǎn)線（FMS-W）。柔性線也是由多個站組成，不同的是被焊工件都裝卡在統(tǒng)一形式的托盤上，而托盤可以與線上任何一個站的變位機相配合并被自動卡緊。焊接機器人系統(tǒng)首先對托盤的編號或工件進行識別，自動調(diào)出焊接這種工件的程序進行焊接。

2、在汽車生產(chǎn)中應用

焊接機器人目前已廣泛應用在汽車制造業(yè)，汽車底盤、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接，尤其在汽車底盤焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。豐田公司已決定將點焊作為標準來裝備其日本國內(nèi)和海外的所有點焊機器人。用這種技術(shù)可以提高焊接質(zhì)量，因而甚至試圖用它來代替某些弧焊作業(yè)。在短距離內(nèi)的運動時間也大為縮短。該公司最近推出一種高度低的點焊機器人，用它來焊接車體下部零件。

3、在水下的應用

作為海洋工程裝備技術(shù)的重要組成部分，海洋焊接如今已成為海洋資源開發(fā)和海洋工程建設不可缺少的基礎和支撐技術(shù)。

常見的機械臂有哪些？機械臂的作用是什么？

機械臂是指高精度，多輸入多輸出、高度非線性、強耦合的復雜系統(tǒng)。因其獨特的操作靈活性，已在工業(yè)裝配、安全防爆等領域得到廣泛應用。

那么我們常見的機械臂有哪些呢？按不同的行業(yè)分類為常見的日常生活機器人、注塑行業(yè)機械臂、沖床行業(yè)機械臂、車床行業(yè)機械臂、六軸工業(yè)器人及其它工業(yè)機器人：

一、日常生活機器人

常見的日常生活機器人是指代替人工操作的機器人，如餐廳里常見的端菜機器人，還有經(jīng)常電視上看到的全能機器人等，就是基本能代替人工的那種如動作、語言、神態(tài)等，能完全模仿人的機器，不過這種機器人一般都是科研機構(gòu)來設計研發(fā)了。

二、注塑行業(yè)機械臂

注塑行業(yè)機械臂常稱為注塑機機械手、塑料機機械手，它可模仿人體上肢的部分功能代替人工用于自動剪水口、模內(nèi)鑲件、模內(nèi)貼標、模外組裝、整形、分類、堆疊、產(chǎn)品包裝、模具優(yōu)化等等。且可以對其進行自動控制使其按照預定要求輸送制品或操持工具進行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設備。

三、沖床行業(yè)機械臂

沖床行業(yè)機械臂又名沖床行業(yè)機械手、沖床沖壓機械手，它是用于沖床行業(yè)專用的機械臂，沖床沖壓機械手能按照預選程序自動完成幾個規(guī)定的動作，實現(xiàn)物體的自動夾取和運送。由于機械手能方便地改變工作程序，因而在經(jīng)常變換產(chǎn)品品種的中小件沖壓生產(chǎn)中，對于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化更具有重要意義。沖床沖壓機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)等組成。

四、車床行業(yè)機械臂

車床行業(yè)機械臂又名車床自動上下料機械手、上下料機械手，車床自動上下料機械手主要實現(xiàn)機床制造過程的完全自動化，并采用了集成加工技術(shù)，適用于生產(chǎn)線的上下料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等。

五、其它工業(yè)機器人

隨著智能工業(yè)的快速發(fā)展，我們越來越多的行業(yè)都使用了工業(yè)機器人代替人工作業(yè)，六軸工業(yè)機器人是一種用于自然科學相關(guān)工程與技術(shù)領域的工藝試驗儀器，六軸機器人的六個軸，每個軸都是一個電機配備減速機來傳動，各個軸的運動方式和方向都不同，每個軸其實是模擬人手的各個關(guān)節(jié)的動作。

如何選擇工業(yè)機器人？工業(yè)機器人選型的九大注意事項

對于自動化行業(yè)的資深的機電工程師來說，選擇合適的機器人也許是一個簡單的工作。但是對于那些第一次準備購買、導入機器人的設計人員或工廠來說，也許會有些迷茫。那么，如何選擇一個合適的工業(yè)機器人？下面討論下工業(yè)機器人選型的九大注意事項：

1、應用場合

首先，最重要的源頭是評估導入的機器人，是用于怎樣的應用場合以及什么樣的制程。

若是應用制程需要在人工旁邊由機器協(xié)同完成，對于通常的人機混合的半自動線，特別是需要經(jīng)常變換工位或移位移線的情況，以及配合新型力矩感應器的場合，協(xié)作型機器人應該是一個很好的選項。

如果是尋找一個緊湊型的取放料機器人，你可能想選擇一個水平關(guān)節(jié)型機器人。

如果是尋找針對小型物件，快速取放的場合，并聯(lián)機器人最適合這樣的需求。

2、有效負載

有效負載是，機器人在其工作空間可以攜帶的最大負荷。從例如3Kg到1300Kg不等。

如果你希望機器人完成將目標工件從一個工位搬運到另一個工位，需要注意將工件的重量以及機器人手爪的重量加總到其工作負荷。

另外特別需要注意的是機器人的負載曲線，在空間范圍的不同距離位置，實際負載能力會有差異。

3、自由度(軸數(shù))

機器人配置的軸數(shù)直接關(guān)聯(lián)其自由度。如果是針對一個簡單的直來直去的場合，比如從一條皮帶線取放到另一條，簡單的4軸機器人就足以應對。

但是，如果應用場景在一個狹小的工作空間，且機器人手臂需要很多的扭曲和轉(zhuǎn)動，6軸或7軸機器人將是最好的選擇。

軸數(shù)一般取決于該應用場合。應當注意，在成本允許的前提下，選型多一點的軸數(shù)在靈活性方面不是問題。這樣方便后續(xù)重復利用改造機器人到另一個應用制程，能適應更多的工作任務，而不是發(fā)現(xiàn)軸數(shù)不夠。

4、最大作動范圍

當評估目標應用場合的時候，應該了解機器人需要到達的最大距離。選擇一個機器人不是僅僅憑它的有效載荷-也需要綜合考量它到達的確切距離。每個公司都會給出相應機器人的作動范圍圖，由此可以判斷，該機器人是否適合于特定的應用。機器人的水平運動范圍，注意機器人在近身及后方的一片非工作區(qū)域。

5、重復精度

同樣的，這個因素也還是取決于你的應用場合。重復精度可以被描述為機器人完成例行的工作任務每一次到達同一位置的能力。

一般在±0.05mm到±0.02mm之間，甚至更精密。例如，如果需要你的機器人組裝一個電子線路板，你可能需要一個超級精密重復精度的機器人。如果應用工序是比較粗糙，比如打包，碼垛等，工業(yè)機器人也就不需要那么精密。

另外一方面，組裝工程的機器人精度的選型要求，也關(guān)聯(lián)組裝工程各環(huán)節(jié)尺寸和公差的傳遞和計算，比如：來料物料的定位精度，工件本身的在治具中的重復定位精度等。

6、速度

這個參數(shù)與每一個用戶息息相關(guān)。事實上，它取決于在該作業(yè)需要完成的CycleTime。規(guī)格表列明了該型號機器人最大速度，但我們應該知道，考量從一個點到另一個點的加減速，實際運行的速度將在0和最大速度之間。這項參數(shù)單位通常以度/秒計。有的機器人制造商也會標注機器人的最大加速度。

7、本體重量

機器人本體重量是設計機器人單元時的一個重要因素。如果工業(yè)機器人必須安裝在一個定制的機臺，甚至在導軌上，你可能需要知道它的重量來設計相應的支撐。

8、剎車和轉(zhuǎn)動慣量

基本上每個機器人制造商提供他們的機器人制動系統(tǒng)的信息。有些機器人對所有的軸配備剎車，其他的機器人型號不是所有的軸都配置剎車。要在工作區(qū)中確保精確和可重復的位置，需要有足夠數(shù)量的剎車。另外一種特別情況，意外斷電發(fā)生的時候，不帶剎車的負重機器人軸不會鎖死，有造成意外的風險。

9、防護等級

根據(jù)機器人的使用環(huán)境，選擇達到一定的防護等級(IP等級)的標準。一些制造商提供相同的機械手針對不同的場合不同的IP防護等級的產(chǎn)品系列。如果機器人在與生產(chǎn)食品相關(guān)的產(chǎn)品，醫(yī)藥、醫(yī)療器具，或易燃易爆的環(huán)境中工作時，IP等級會有所不同。

四軸機器人和六軸機器人的區(qū)別有哪些？

工業(yè)機器人是一種通過重復編程和自動控制，能夠完成制造過程中某些操作任務的多功能、多自由度的機電一體化自動機械裝備和系統(tǒng)，它結(jié)合制造主機或生產(chǎn)線，可以組成單機或多機自動化系統(tǒng)，在無人參與下，實現(xiàn)搬運、焊接、分揀、裝配和噴涂等多種生產(chǎn)作業(yè)。這些生產(chǎn)作業(yè)所用的工業(yè)機器人主要的也就是六軸機器人和四軸機器人。

四軸機器人

四軸機器人的前兩個關(guān)節(jié)可以在水平面上左右自由旋轉(zhuǎn)。第三個關(guān)節(jié)由一個稱為羽毛的金屬桿和夾持器組成。該金屬桿可以在垂直平面內(nèi)向上和向下移動或圍繞其垂直軸旋轉(zhuǎn)，但不能傾斜。這種獨特的設計使四軸機器人具有很強的剛性，從而使它們能夠勝任高速和高重復性的工作。在包裝應用中，四軸機器人擅長高速取放和其他材料處理任務。

六軸機器人

六軸機器人比四軸機器人多兩個關(guān)節(jié)，因此有更多的“行動自由度”。六軸機器人的第一個關(guān)節(jié)能像四軸機器人一樣在水平面自由旋轉(zhuǎn)，后兩個關(guān)節(jié)能在垂直平面移動。此外，六軸機器人有一個“手臂”，兩個“腕”關(guān)節(jié)，這讓它具有人類的手臂和手腕類似的能力。六軸機器人更多的關(guān)節(jié)意味著他們可以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入包裝產(chǎn)品里。他們還可以執(zhí)行許多由熟練工人才能完成的操作。

六軸機器人和四軸機器人的區(qū)別

四軸機器人和六軸機器人主要區(qū)別就是四軸機器人是特別為高速取放作業(yè)而設計的，而六軸機器人則提供了更高的生產(chǎn)運動靈活性。

工業(yè)機器人的分類方式有哪些？工業(yè)機器人的種類介紹

目前，國際上從應用環(huán)境出發(fā)將機器人分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下的服務與仿人型機器人。我國的機器人專家從應用環(huán)境出發(fā)，將機器人也分為兩大類，即工業(yè)機器人和特種機器人。這和國際上的分類是一致的。

工業(yè)機器人是指面向工業(yè)領域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人。特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務于人類的各種先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人等。在特種機器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。

1、工業(yè)機器人按臂部的運動形式分為四種。

直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。

2、工業(yè)機器人按執(zhí)行機構(gòu)運動的控制機能，又可分點位型和連續(xù)軌跡型。

點位型只控制執(zhí)行機構(gòu)由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機構(gòu)按給定軌跡運動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。

3、工業(yè)機器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。

編程輸入型是將計算機上已編好的作業(yè)程序文件，通過RS-232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器（示教操縱盒），將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構(gòu)按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領動執(zhí)行機構(gòu)，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。

在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅(qū)動機構(gòu)，使執(zhí)行機構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動作。示教輸入程序的工業(yè)機器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人

柔性機械臂的控制方式一般有哪些？

近年來，隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，應用高速度、高精度、高負載自重比的機器人結(jié)構(gòu)受到工業(yè)和航空航天領域的關(guān)注。由于運動過程中關(guān)節(jié)和連桿的柔性效應的增加，使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形從而使任務執(zhí)行的精度降低。所以，機器人機械臂結(jié)構(gòu)柔性特征必須予以考慮，實現(xiàn)柔性機械臂高精度有效控制也必須考慮系統(tǒng)動力學特性。

柔性機械臂是一個非常復雜的動力學系統(tǒng)，其動力學方程具有非線性、強耦合、實變等特點。而進行柔性臂動力學問題的研究，其模型的建立是極其重要的。柔性機械臂不僅是一個剛?cè)狁詈系姆蔷�性系統(tǒng)，而且也是系統(tǒng)動力學特性與控制特性相互耦合即機電耦合的非線性系統(tǒng)。

對柔性機械臂的控制一般有如下方式：

1、剛性化處理。完全忽略結(jié)構(gòu)的彈性變形對結(jié)構(gòu)剛體運動的影響。例如為了避免過大的彈性變形破壞柔性機械臂的穩(wěn)定性和末端定位精度，NASA的遙控太空手運動的最大角速度為0.5deg/s。

2、前饋補償法。將機械臂柔性變形形成的機械振動看成是對剛性運動的確定性干擾而采用前饋補償?shù)霓k法來抵消這種干擾。德國的Bernd Gebler研究了具有彈性桿和彈性關(guān)節(jié)的工業(yè)機器人的前饋控制。張鐵民研究了基于利用增加零點來消除系統(tǒng)的主導極點和系統(tǒng)不穩(wěn)定的方法，設計了具有時間延時的前饋控制器，和PID控制器比較起來，可以更加明顯的消除系統(tǒng)的殘余振動。

3、加速度反饋控制。Khorrami FarShad和Jain Sandeep研究了利用末端加速度反饋控制柔性機械臂的末端軌跡控制問題。

4、被動阻尼控制。為降低柔性體相對彈性變形的影響 選用各種耗能或儲能材料設計臂的結(jié)構(gòu)以控制振動�；蛘咴谌嵝粤荷喜捎米枘釡p振器、阻尼材料、復合型阻尼金屬板、阻尼合金或用粘彈性大阻尼材料形成附加阻尼結(jié)構(gòu)均屬于被動阻尼控制。近年來，粘彈性大阻尼材料用于柔性機械臂的振動控制已引起高度重視。

5、力反饋控制法。柔性機械臂振動的力反饋控制實際上是基于逆動力學分析的控制方法，即根據(jù)逆動力學分析，通過臂末端的給定運動求得施加于驅(qū)動端的力矩，并通過運動或力檢測對驅(qū)動力矩進行反饋補償。

6、自適應控制。采用組合自適應控制，將系統(tǒng)劃分成關(guān)節(jié)子系統(tǒng)和柔性子系統(tǒng)。利用參數(shù)線性化的方法設計自適應控制規(guī)則來辨識柔性機械臂的不確定性參數(shù)。對具有非線性和參數(shù)不確定性的柔性機械臂進行了跟蹤控制器的設計�？刂破鞯脑O計是依據(jù)Lyapunov方法的魯棒和自適應控制設計。通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換將系統(tǒng)分成兩個子系統(tǒng)。用自適應控制和魯棒控制分別對兩個子系統(tǒng)進行控制。

7、PID控制。PID控制器作為最受歡迎和最廣泛應用的控制器，由于其簡單、有效、實用，被普遍地用于剛性機械臂控制，常通過調(diào)整控制器增益構(gòu)成自校正PID控制器或與其它控制方法結(jié)合構(gòu)成復合控制系統(tǒng)以改善PID控制器性能。

8、變結(jié)構(gòu)控制。變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是一種不連續(xù)的反饋控制系統(tǒng)，其中滑�？刂剖亲钇毡榈淖兘Y(jié)構(gòu)控制。其特點：在切換面上，具有所謂的滑動方式，在滑動方式中系統(tǒng)對參數(shù)變化和擾動保持不敏感，同時，它的軌跡位于切換面上，滑動現(xiàn)象并不依賴于系統(tǒng)參數(shù)，具有穩(wěn)定的性質(zhì)。變結(jié)構(gòu)控制器的設計，不需要機械臂精確的動態(tài)模型，模型參數(shù)的邊界就足以構(gòu)造一個控制器。

9、模糊與神經(jīng)網(wǎng)絡控制。是一種語言控制器，可反映人在進行控制活動時的思維特點。其主要特點之一是控制系統(tǒng)設計并不需要通常意義上的被控對象的數(shù)學模型，而是需要操作者或?qū)＜业慕?jīng)驗知識、操作數(shù)據(jù)等。

智能掃地機器人有哪些分類？

掃地機器人的機身為無線機器，以圓盤型為主。使用充電電池運作，操作方式以遙控器、或是機器上的操作面板。一般能設定時間預約打掃，自行充電。

掃地機器人的前方有設置感應器，可偵測障礙物，如碰到墻壁或其他障礙物，會自行轉(zhuǎn)彎，并依每間不同廠商設定，而走不同的路線，有規(guī)劃清掃地區(qū)。（部分較早期機型可能缺少部分功能） 因為其簡單操作的功能及便利性，現(xiàn)今已慢慢普及，成為上班族或是現(xiàn)代家庭的常用家電用品。

掃地機器人的分類

按清潔系統(tǒng)分類：

第一種：單吸口式：單吸入式的清潔方式對地面的浮灰有用，但對桌子下面久積的灰及靜電吸附的灰塵清潔效果不理想。（設計相對簡單只有一個吸入口）

第二種：中刷對夾式：它對大的顆粒物及地毯清潔效果較好，但對地面微塵處理稍差，較適歐洲全地毯的家居環(huán)境。對亞州市場的 大理石頭地板及木地板微塵清理較差. （清掃方式主面通過一個膠刷，一個毛刷相對旋轉(zhuǎn)夾起垃圾）

第三種：升降V 刷清掃系統(tǒng)：以臺灣機型為代表，它采用升降V 刷浮動清潔，可以更好的將掃刷系統(tǒng)貼合地面環(huán)境，相對來說對面靜電吸附灰塵清潔更加到位。（整個的V 刷系統(tǒng)可以自動升降，并在三角區(qū)域形成真空負壓）

按偵測系統(tǒng)分類

1、紅外線傳感：紅外線傳輸距離遠，但對使用環(huán)境有相當高的要求，當遇上淺色或是深色的家居物品它無法反射回來，會造成機器與家居物品發(fā)生碰撞時間一久，底部的家居物品會被它撞的斑斑點點。

2、超聲波仿生技術(shù)：采用仿生超聲波技術(shù)，類似鯨魚，蝙蝠采用聲波來偵測判斷家居物品及空間方位，靈敏度高，技術(shù)成本高。在航空工業(yè)上都有系統(tǒng)的運用。

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