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空间在轨装配中的机器人发展_崔瑛楠

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科 技 天 地

55

INTELLIGENCE

空间在轨装配中的机器人发展

哈尔滨师范大学 崔瑛楠

摘 要:空间机器人技术在空间在轨装配中扮演了越来越重要的角色。本文通过对世界主要航天国家的空间在轨装配机器人技术进行介绍,针对典型的空间机器人进行了总结。通过对各国机器人的相关技术的介绍,为中国在轨装配机器人的发展提供了可供发展的依据。

关键词:空间机器人 在轨装配 在轨服务

引言

空间机器人是在空间环境下进行空间站建造和维护以及人造空间飞行器的维护和回收的机器人。国内外目前对于空间机器人的称谓不尽相同,如空间机械手(Space Manipulator),机器人卫星(Robot Satellite)等,但是他们的本质都是一样的,都是在空间飞行器上机械手的空间机器人系统。下面对国外主要的空间机器人进行介绍。

一、加拿大机械臂

早在20世纪70年代末 ,加拿大早期空间计划合同设计并制造航天飞机专用的空间机械系统航天飞机遥控机械臂系统(shuttle remote manipulator system SRMS)也称加拿大臂。

SRMS 主要用于装在航天飞机机舱内,随着每次任务的完成返回地球。

移动维修系统(mobile servicing system)简称MSS,也就是大家所熟知的加拿大臂2,是连接在国际空间站上得一个机器人系统。MSS 主要由三部分组成:Space Station Remote Manipulator System(SSRMS)、S p e c i a l P u r p o s e D e x t e r o u s Manipulator(SPDM)、Mobile Base System(MBS),另外还有一套控制系统Robotic Workstation。

SSRMS 可以与Special Purpose Dexterous Manipulator(SPDM)末端灵巧手执行机构进行组装,实现特殊功能。末端灵巧手由两个机械臂组成,机械臂末端为Replacement Unit/Tool Changeout Mechanism(OTCM),这个机械装置可以配置载荷以及其它等航天工具。末端灵巧手的主要工作包括安装、拆除一些零件,诸如电池、电脑等。末端灵巧手的控制主要由国际空间站的宇航员通过Robotic Workstation 这一系统来实现。

二、德国的机械臂

德国航空航天研究院(DFVLR)在1985年底建议与德国空间实验室飞行

任务D2一起把机器人技术实验送入空间。它包括主要的德国空间技术公司.DORNIER 和MBB, 以及几所第一流的德国机器人研究所。ROTEX 是德国参加空间自动化和机器人活动的一种尝试。

ROTEX 机械臂采用的是DLR 研制的Light Weight Robot。遥操作杆目前有多种形式,DLR 主要采用了三种方式:dspace Force-feedback joystick、USB feedback joystick、steer by Wire joystick。

在ROTEX 结束之后,DLR 在此基础上展开了新的研究,就是后来著名的ESS(Experimental Servicing Satellite)。这一项目的研究主要为了将一颗德国制造的ROSAT 卫星重新送入轨道,而这颗ROSAT 卫星由于没有动力系统,因此需要类似ESS 的系统使它重新正常的工作。

ESS 主要用于研究空间自由飞行器的交汇对接等特性,ESS 计划被用于接近、观察、修理一些功能失效的卫星。由于在ESS 上的机械臂可能会与目标卫星发生碰撞的危险,因此它的轨迹需要进行地面的试验。因此需要从ESS、它上面的机械臂以及目标星三个方面考虑运动学问题。

三、日本ETS-VII(GETEX)

日本在1997年发射升空,用于验证控件在轨服务的一系列任务,诸如相对运动、对接、轨道操作、更换仪器设备等。

ETS-VII 主要有三部分组成:target satellite Orihime,chaser satellite Hikoboshi,机械臂。 研究人员在机械手上安装了4种类型的敏感器,分别是:1手一眼相机。3个近距离探测器,1对握力敏感器以及1个手腕灵活敏感器。在手臂上还装有1个手腕的力/力矩敏感器。通过对多个敏感器的数据进行融合可以达到精确控制的目的。

四、其他

为了实现空间大型结构,特别是空间太阳能电站的装配,美国卡内基梅隆大学的机器人实验室与NASA 合作,开发了名为Skyworker 的在轨机器人系统,用于在轨装配、检测与维护任务。它具有一定能够的自主移动以及自主移动载荷的能力,其覆盖范围达到数千米,载重量达到吨级。

五、结束语

2011年9月29日在酒泉卫星发射中心我国成功发射天宫一号目标飞行器,按照计划,神州八号,神州九号,神州十号飞船将在两年内依次与天宫一号完成无人或有人交会对接任务。空间机器人系统的研究为实现中国航天“三步走”计划中第三步建立我国建立空间站做技术指导的准备,实施空间在轨服务具有重要意义,空间机器人系统具有广阔的发展前景。

参考文献:

[1] W. Whittaker, et al. Robotics for Assembly, Inspection, a n d M a i n t e n a n c e o f S p a c e Macrofacilities.AIAA-2000-5288。

[2] 张银、王宁生:《面向大型产品装配序列规划的分类方法研究》,《机械科学与技术》,2004,23(11):1275~1279。

[3] 谢龙、付宜利、马玉林:《考虑工具操作空间的装配序列生成方法》,《机械工程学报》,2005,41(10):215~220。

[4] 王孝义、张友良、张帆:《基于模拟退火算法的装配序列生成与优化》,《机械科学与技术》,2005,24(5):624~627。

[5] 郑太雄:《虚拟装配理论与方法研究》,重庆大学博士论文,2003:93~106。

[6] 姚珺:《虚拟装配理论与方法研究》,北京理工大学博士论文,2002:11~13。

delta机器人

一、Delta并联机器人 1. Delta并联机器人概述 Delta机器人属于高速、轻载的并联机器人,一般通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体,由三个并联的伺服轴确定抓具中心(TCP)的空间位置,实现目标物体的运输,加工等操作。Delta机器人主要应用于食品、药品和电子产品等加工、装配。Delta机器人以其重量轻、体积小、运动速度快、定位精确、成本低、效率高等特点,正在市场上被广泛应用。 2. Delta并联机器人特点 Delta机器人是典型的空间三自由度并联机构,整体结构精密、紧凑,驱动部分均布于固定平台,这些特点使它具有如下特性: 承载能力强、刚度大、自重负荷比小、动态性能好。 并行三自由度机械臂结构,重复定位精度高。 超高速拾取物品,一秒钟多个节拍。 3. Delta并联机器人应用系统 Delta并联机器人应用系统主要由三个部分组成:机器人、输送线及机器人安装框架。其布局如下图1。 3.1 组成 机器人由基板、电机罩、旋转轴、主机械臂、副机械臂、抓具中心等组成,如下图2所示。 图1 Delta机器人整体布局图2 Delta机器组成图3 Delta机器人输送装置3.2 输送线 机器人配套输送线采用电机输送带方式,输送线如图3所示。通过机器人视觉系统定位与输送线编码器反馈位置的方式,实现机器人对目标工件的位置、姿态识别和准确抓取。根据节拍与现场需要,可并行多条输送线同时操作。

3.3 机器人安装框架 机器人安装框架用来固定机器人机构,其结构及安装方式根据现场应用进行定制。 4. Delta并联机器人工作空间 Delta机器人的工作空间由主机械臂及副机械臂的长度、动平台与静平台半径,以及主动臂活动角度范围这几个参数来确定。以负载为一公斤的delta机器人工作空间为例,如下图所示。 5. Delta并联机器人运动轨迹 Delta机器人基本的运动轨迹如下图,由S1、S2、S3构成门字形的三部分轨迹组成,分别为拾取、平移、放置三个阶段。 Delta机器人进行抓取目标工件时主要以走门字形运动轨迹,也可根据不同的应用要求,规划不同的运动轨迹。 6. Delta并联机器人产品用途 各类食品包装生产线;药品分拣、收集;电子行业:电路板焊接;轻质产品的包装及加工装配。

工业机器人发展现状与趋势

工业机器人发展现状与趋势 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。 广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计,世界机器人市场前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代,机器人产品发展速度加快,年增长率平均在10%左右。2004年增长率达到创记录的20%。其中,亚洲机器人增长幅度最为突出,高达43%,如图1所示。

各区域用户工业机器人定购指数(以1996年作为100) 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势: 1.工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修),而单机价格不断下降,平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。 2.机械结构向模块化、可重构化发展。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。 3.工业机器人控制系统向基于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*性、易操作性和可维修性。 4.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视觉、力觉等传感器,而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;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

delta机器人

d e l t a机器人 Document number:BGCG-0857-BTDO-0089-2022

一、Delta并联机器人 1. Delta并联机器人概述 Delta机器人属于高速、轻载的并联机器人,一般通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体,由三个并联的伺服轴确定抓具中心(TCP)的空间位置,实现目标物体的运输,加工等操作。Delta机器人主要应用于食品、药品和电子产品等加工、装配。Delta机器人以其重量轻、体积小、运动速度快、定位精确、成本低、效率高等特点,正在市场上被广泛应用。 2. Delta并联机器人特点 Delta机器人是典型的空间三自由度并联机构,整体结构精密、紧凑,驱动部分均布于固定平台,这些特点使它具有如下特性:承载能力强、刚度大、自重负荷比小、动态性能好。 并行三自由度机械臂结构,重复定位精度高。 超高速拾取物品,一秒钟多个节拍。 3. Delta并联机器人应用系统 Delta并联机器人应用系统主要由三个部分组成:机器人、输送线及机器人安装框架。其布局如下图1。 组成

机器人由基板、电机罩、旋转轴、主机械臂、副机械臂、抓具中心 等组成,如下图2所示。 图1 Delta机器人整体布局图2 Delta机器组成 图3 Delta机器人输送装置 输送线 机器人配套输送线采用电机输送带方式,输送线如图3所示。通过机器人视觉系统定位与输送线编码器反馈位置的方式,实现机器人对目标工件的位置、姿态识别和准确抓取。根据节拍与现场需要,可并行多条输送线同时操作。 机器人安装框架 机器人安装框架用来固定机器人机构,其结构及安装方式根据现场应用进行定制。 4. Delta并联机器人工作空间 Delta机器人的工作空间由主机械臂及副机械臂的长度、动平台与静

2018年我国工业机器人行业现状及发展趋势分析

2018年我国工业机器人行业现状及发展趋势分析 2017年全球工业机器人销量34.6万台,同比+17.6%,预计至2020年达到52.1万台。2017年中国销量占比30%以上。全球工业机器人销量保持加速增长,中国占比逐步提高。 数据来源:公开资料整理 相关报告:智研咨询发布的《2018-2024年中国工业机器人行业市场深度调研及未来发展趋势报告》 2017年中国机器人产量13.1万台,同比+81%,预期2018-2020年中国工业机器人产量年化增速20%-30%。3C消费电子需求占比提高明显,预期近两年将代替汽车成为工业机器人销量第一大领域。

全球专业服务机器人销量及增速 数据来源:公开资料整理 2016年全球专业服务机器人销量59706台,同比+24%,销售额47亿美元,同比+2%。2017年全球专业服务机器人约销量78700台,预计2018-2020年40万台销量空间,268亿美元销售额空间,销量与销售额增速保持年均20%-25%。 “量看物流机器人+价看医疗机器人” 数据来源:公开资料整理

数据来源:公开资料整理 2016年,物流机器人销量2.54万台,占比42.5%销量最大,销售额9.92亿,占销售额21.1%;预计2018-2020年销量18.97万台,对应58.45亿美元市场空间。2016年,医疗机器人销量1600台,销售额16.12亿美元最大,占比34.3%,单价超100万美元;预计2018-2020年将有约77.48亿美元市场空间。 对于工业机器人,中国总体上是净进口国,依赖进口国际高端品牌以满足国内市场需求。国内机器人企业在上游核心零部件、中游本体及下游集成应用等方向正多点寻求突破,我们认为专业化的集成应用领域有望成为突破口。

delta机器人设计开题报告

燕山大学 本科毕业设计(论文)开题报告 课题名称:Delta并联机器人系 统总体设计 学院(系):里仁学院 年级专业:08机械电子工程 学生姓名 指导教师: 完成日期:2012年3月25日

一、选题背景及意义 …………………………………………………………………………………………… 二、.研究内容 ………………………………………………………………………………………… 三、研究步骤、方法及措施 …………………………………………………………………………………………… 四、研究工作进度 …………………………………………………………………………………………… 五、主要参考文献 …………………………………………………………………………………………… 六、指导教师意见 …………………………………………………………………………………………… 指导教师签字: 年月日 七、系级教学单位审核意见: 审查结果:□通过□完善后通过□未通过 负责人签字: 年月日

1.选题背景及意义 并联机器人是一类全新的机器人,它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点,与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系,因而扩大了整个机器人的应用领域。并联机器人可以作为航天上的飞船对接器、航海上的潜艇救援对接器;工业上可以作为大件的装配机器人、精密操作的微动器。近年来还研究将它用作虚拟6轴加工中心,以及毫米级的微型机器人等,可以预见这类机器人在21世纪将有广阔的发展前景。 Delta并联机器人最早是在1985年由R.clavel提出的,因其基座平台和运动平台都呈三角形形状而得名。Delta机器人作为并联机构的一种,具有上述的诸多优点和各种可能的应用,是目前商业应用最成功的机器人之一。当初,比如,当在运动平台上装上适当的末端执行器后,特别适用于电子元器件的快速装配插接。在轻工业中的包装,pick-and-place操作,医学手术等也有较多应用。 在国外Delta机器人已经成功的应用在大范围的领域中,而且取得了不错的业绩。例如,在瑞士,巧克力生产商chocolat Frey,采用由Bosch的包装技术公司Sigpick Systems AG提供的新的生产线,这条生产线上,八个Delta机器人将巧克力放到泡沫盒里,再把泡沫盒放到纸箱里,减少了chocolat Frey公司的工作量,最主要的是整个操作系统简便易行,只需简单的修改一下操作系统就可以适应新的包装规格,这种简易性使得该公司可以快速而从容的应对市场的新需求。 不久前,位居全球500强之列的电力和自动化技术领导厂商ABB公司,高调宣布其进行机器人的投资建设,并列出了投资的10大理由,这十大理由包括降低运营成本、提升产品质量和一致性、改善员工工作条件、扩大产量、增强制造柔性、减少原料浪费、提高良品率等。 中国处在改革开放的关键时期,各行各业正是在高速发展的黄金阶段,高新技术产业更是朝气蓬勃。市场的快速发展带来了绝佳的研究机遇,因此,我以为在我国全面建设小康社会、大力发展现代化工业同时,机器人是个不可避免的话题。在我国进入老龄化社会,劳动力逐渐短缺之际,传统工业中

2020年工业机器人的现状与发展趋势(精)

工业机器人的现状与发展趋势 第一台Unimate型Robot在美国问世至今已45年了,机器人技术正在以超乎一般人所预料的速度向前发展,对机器人这一概念的理解及定义也在变化。1984年末著名科学家钱学森指出:“所谓机器人,就是指那些有特定功能的自动机,它是机电一体化的,具有人工智能因素的20世纪80年代高技术,是新技术革命的重要内容之一。”这是最有权威和精辟归纳的定义,也为20年来的实践所证实其远见卓识。机器人是人类20世纪的重大发明之一。据国外专家预测,2l世纪将是机器人技术革命的世纪,机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。在非常规和极端制造过程中,工业机器人是不可缺少的自动化装备。 一、国外工业机器人的现状及发展趋势 (一国外工业机器人的现状 机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。国外专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的新的大型高技术产业。据国际机器人联合会(IFR统计,世界机器人市场前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90年代,机器人产品发展速度加快,年增长率平均在10%左右,2000年增长率上升到15%,预计21世纪初,工作在各领域的工业机器人将突破100万台。正如《2l世纪日本创建机器人社会技术发展战略报告》指出,“机器人技术(RT与信息技术(IT一样,在强化产业竞争力方面是极为重要的战略高技术领域。培育未来机器人产业是支撑2l世纪日本产业竞争力的产业战略之一,具有非常重要的意义。”最近,韩国也将智能机器人作为十大战略产业之一列入国家发展规划(2003~2007年,现正在实施中。 机器人广泛应用于各行各业。主要进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。目前,全球现役工业机器人83万台。过去10年,机器人的价格降低约80%,现在继续下降,而欧美劳动力成本上涨了40%。现役机器人的平均寿命在10年

工业机器人发展现状及趋势

工业机器人发展现状及趋势 1国内工业机器人得发展现状 1、1发展概述 我国得工业机器人研究开始于20世纪80年代中期.在国家得支持下,通过“七五”、“八五”科技攻关.已经基本实现了实验、引进到自主开发得转变。促进了我国制造业、勘探等行业得发展。但随着我国门户得逐渐开放.国内得工业机器人产业面临着越来越大得竞争与冲击。虽然我国机器人得需求量逐年增加,但目前生产得机器人还很难达到所要求得质量.很多机器人得关键部件还需要进口。所以目前来说。我国还处在一个机器人消费型得同家。 现在,我国从事机器人研发得单位有200多家,专业从事机器人产业开发得企业有50家以上。在众多专家得建议与规划下,“七五”期间由机电部主持,中央各部委、中科院及地方科研院所与大学参加,国家投入相当资金,进行了工业机器人基础技术、基础元器件、工业机器人整机及应用工程得开发研究。“九五”期间,在国家“863”高技术计划项目得支持下,沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、上海机电一体化工程公司、北京机械工业自动化所、四川绵阳思维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业基地。此外,还有上海富安工厂自动化公司、哈尔滨焊接研究所、国家机械局机械研究院及北京机电研究所、首钢莫托曼公司、安川北科公司、奇瑞汽车股份有限公司等都以其研发生产得特色机器人或应用工程项目而活跃在当今我国工业机器人市场上。 1、2机器人分类 随着科学技术得不断进步,我国工业机器人已经走上了自主研发阶段,这样标志着我国工业自动化走向了新得里程碑按照工业机器人得关键技术发展过程其可分为三代:第一代就是示教再现机器人,主要由机器人本体、运动控制器与示教盒组成,操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程,并保存示教信息。当机器人自动运行时,由运动控制器解析并执行存储得示教程序,使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动,连续轨迹再现得控制方法,可以完成直线与圆弧得连续轨迹运动,然而复杂曲线得运动则由多段圆弧与直线组合而成。由于操作得容易性、可视性强,所以在当前工业中应用最多。

国内外工业机器人发展现状

国内外工业机器人发展现状 近年,随着劳动力成本不断上涨,工业领域“机器换人”现象普遍工业机器人市场与产业也因此逐渐发展起来,高成本劳动力施压下,利用工业机器人转型智能制造成为发展趋势。同时,对于打造中国制造新优势,推动工业转型升级,加快制造强国建设,改善人民生活水平具有重要意义。 一、中国工业机器人的发展 目前,机器人产业正在全球范围内加速发展,2017年的全球工业机器人销量仍然以两位数大幅增长,销量全年或将达到28.5万台。2015年全球工业机器人销量同比增长12%,而全球正在使用的工业机器人已超过150万台。到2018年,其使用量将突破230万台,其中,140万台在亚洲,占比超过一半。 自2013年以来,中国已成为全球最大的机器人消费国。2014年消费5.6万台机器人,同比增长超55%,占全球总消费量的1/4,相较于2006年的5800台,猛增近10倍。2016年全年产量达7.2万台累计增长34.3%。中国的制造业正面临着向高端转变的挑战,工业机器人的发展成为其中非常关键的一个环节。在政策上,2016年推出了多个利好行业发展的新政法规,将工业机器人作为一大重要发展方向。 2017年中国工业机器人市场发展前景在政策等多方面的推动下,

预计到年末,中国机器人保有量将有超过40万台。未来将有越来越多的中国机器人供应商进入市场。外资和中国本土机器人供应商之间竞争将会越来越激烈。未来中国市场各种机器人的增长潜力巨大。另外,随着我国工业转型升级、劳动力成本不断攀升及机器人生产成本下降,未来“十三五”期间,机器人是重点发展对象之一,国内机器人产业正面临加速增长拐点。相对于服务机器人和商用机器人在国内市场还处于探索期,工业机器人有了一定的发展基础,目前正进入全面普及的阶段。预计到2021年末,我国工业机器人产量将达到11.15万台;销售量将达到23.04万台以及保有量将达到136.04万台。工业机器人未来在中国的发展潜力将是相当可观。 二、国内外工业机器人发展情况对比 在2008 年全球金融危机之后,工业机器人作为高端装备制造业的代表,再次受到了各国普遍重视。各国为提振本国制造业的竞争力,纷纷推出了机器人产业发展战略,加速布局及推动本国工业机器人产业发展。接下来从多个角度对美国、日本、德国、韩国、中国等5 个国家的工业机器人发展战略进行对比分析,梳理五国工业机器人产业发展战略的思路。 (1)五国机器人发展情况介绍 美国是工业机器人的诞生地,机器人研发历史最长,市场竞争充分,拥有许多创新能力强的机器人公司。美国《机器人商业评论》公布的2016 年度全球最具影响力50家机器人公司名单中,美国公司有

四自由度机器人手臂工作空间分析

四自由度机器人手臂设计 ---工作空间分析 050696135 张东红指导老师:刘铁军讲师 第1章绪论 1.1 机器人的概念 我们一直试图为自己的研究对象下一个明确的定义----就象其他所有的技术领域一样----始终未能如愿。关于机器人的概念,真有点像盲人摸象,仁者见仁,智者见智。在此,摘录一下有代表性的关于机器人的定义: 牛津字典: Automation with human appearance or functioning like human 科幻作家阿西莫夫(Asimov)提出的机器人三原则: 第一,机器人不能伤害人类,也不能眼见人类受到伤害而袖手旁观; 第二,机器人必须绝对服从人类,除非人类的命令与第一条相违背; 第三,机器人必须保护自身不受伤害,除非这与上述两条违背; 日本著名学者加藤一郎提出的机器人三要件: 1.具有脑、手、脚等要素的个体; 2.具有非接触传感器(眼、耳等)和接触传感器; 3.具有用于平衡和定位的传感器; 世界标准化组织(ISO)

机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器。 细细分析以上定义,可以看出,针对同一对象+所做的定义,其内涵有很大的区别,有的注重其功能,有的则偏重与结构。这也就难怪对同一国家关于机器人数量的统计,不同资料的数据会很大差别。 虽然现在还没有一个严格而准确的普遍被接受的机器人定义,但我们还是希望能对机器人做某些本质性的把握。 首先,机器人是机器而不是人,它是人类制造的替代人类从事某种作业的工具,它只能是人的某些功能的延伸。在某些方面,机器人可具有超越人类的能力,但从本质上说机器人永远不可能全面超越人类。 其次,机器人在结构上具有一定的仿生性。很多工业机器人模仿人的手臂或躯体结构,以求动作灵活。海洋机器人则在一定程度上模仿了鱼类结构,以期待得到最小的水流阻力。 第三,现代机器人是一种机电一体化的自动装置,其典型特征之一是机器人受微机控制,具有(重复)编程的功能。 1.2 机器人的基本组成和分类 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成。这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人—环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统。 1.驱动系统 要使机器人运行起来,需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置,这就是驱动系统。 2.机械机构系统

机器人工作空间配置的可靠性规划

第23卷第2期机械科学与技术V01.23No.22004年2月MECHANICALSCIENCEANDTECHNOLOGYFebruary2004 段齐骏文童编号:1003-8728(2004)02一0200—03 机器人工作空间配置的可靠性规划 段齐骏 (南京理工大学机械工程学院,南京210094) 摘要:机器人工作空间是机器人远行控制的一个重要指标。本文依据动作可靠性的基本概念,结合机器人动作可靠性评价的基本要求,建立了机器人运动误差分析模型。基于针对机器人工作空间配置的数学描述,给出了机器人工作空间配置的可靠性评价方法与规划策略。运用一个4自由度机器人工作空间规划分析的实例说明,机器人工作空间配置的可靠性规划,是全面完善系统性能的一个有效途径。 关键词:机器人;工作空间;可靠性;规划 中图分类号:TBll4.3文献标识码:A ReUabilityPlanintheArnngementofaRobot’sWorkspace DUANQi.jun (SchoolofMechanicalEngineering,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094) Abstract:Workspaceofambotisoneofthemostimponantfactor,forrobot’sworkingandcontr01.Ac-cordingtotheconceptofmotionreliability,ananaIysis modelformoVementerrorisestablishedbyconsid—ering basicrequirementofmbotmotionreli8bilityinthisp8per.Basedonthemathematicrepresentationofarr8ngementofmbotworkspace,theassessmentmethodaboutthearrangement《robotworkspaceandtheplanofwor王【spacearegiven.Byanactualexample,whichistheplanofworkspaceofrobotwith4free—doms,itisillustmtedthatthereliabilityplanofarrangementofmbotworkspacewillbeane妇fectivewayforimproVing thepropertyofthesystemcomprehensiVely. Keywords:Robot;Workspace;Reliability;Plan 机器人的工作空间是指机器人末端执行器工具中心点所能到达的空间点的集合。一般而言,臂部的自由度主要用来确定手部及工件(或工具)在空间运动的范围或位置,而腕部的自由度主要是用来调整手部及工件(或工具)在空间的姿态。显然,机器人的工作空间取决于臂部的运动。机器人的工作空间及其在此空间内的运动规划同题,一直是机器人研究的主要问题,研究的出发点涉及机器人运动学、动力学及机器人控制等许多方面。但是,根据系统科学的基本观点,相互联系、相互影响、相互作用的组成部分称作系统结构,系统结构与系统环境决定系统动能¨】,机器人的性能实现必然与其工作环境与工作过程密切相关。从这个角度出发,机器人在其工作空间的运动规划问题,应在针对机器人系统及其隶属的复杂系统等多个层面上展开。 机器人系统的动作可靠性是机器人性能的一个重要指标,根据可靠性的基本概念,机器人动作可靠度的定义:机器人在规定的工作时间及规定的使用条件下,准确、及时并协 收稿日期:2002一04—03 作者简介:段齐骏(1964一)。女(汉)。江苏。副教授,博士 E—mail:pyldu¨@hotmail.com调地完成规定功能的能力。当用概率来描述这种能力时,则称为可靠度。显然,规定的使用条件包括工作空间及工作空间的环境因素,比如温度、粉尘等。由此,可以肯定,机器人的动作可靠性不仅与机器人本身的结构、控制与工作方式有关,还与机器人工作空间配置的合理性有相当大的关系。基于提高或者保障系统可靠性的目的,本文试图就机器人工作空间的合理配置,提出进行可靠性规划的方法。 1机器人动作可靠性评价的基本要求 从系统的角度看,机器 人一般服务于一个复杂系 统,它本身与系统的监控子 系统有着频繁的信息交流, 它的运动控制流程见图l。图l机器人运动控制因此机器人的位姿特性 可以通过伺服系统进行修正,也就是说无论指令所给出的要求是怎样的,只要指令所提出的要求在机器人的工作空间内或者与机器人的设计要求没有冲突,最终机器人总能 完成指令(动作要求),排除因设备故障所带来的动作失

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matlab实现PUMA机器人的工作空间 PUMA机器人的工作空间主要有前3个关节决定,后3个关节决定姿态。程序编写好了,请看运行结果! 步长为20度 步长为10度

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步长为5度时的XY平面 步长为5度时的XZ,YZ平面

编写时的界面,为运行 源代码如下: function varargout = mypuma(varargin) gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ...

'gui_OpeningFcn', @mypuma_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @mypuma_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [], ... 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end handles.output = hObject; guidata(hObject, handles); function varargout = mypuma_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) varargout{1} = handles.output; %步长为20度时的工作空间,2个for循环就搞定 function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) hold off; for a=(-160:20:160)*pi/180

工业机器人的现状及发展趋势

工业机器人的现状及发展趋势

工业机器人的现状及发展趋势

工业机器人的现状及发展趋势 1 引言 机器人学是一门综合性的新兴学科,它涉及机械工程学、电气工程学、微电了工程学、计算机工程学、控制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学以及人工智能工程学等多门尖端学科。工业机器人是机器人学的一个分支,它代表了机电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展,工业机器人己成为柔性制造系统(F M })、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIM S)的自动化工具。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,而目对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,对促进我国制造业的崛起,有着十分重要的意义。 2工业机器人的发展现状 2.1国外工业机器人的发展现状 自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来,机器人在工业发达国家得到了迅速发展。根据国际工业机器人联合会(IFR)前儿年的预测,到2000年全世界工业机器人的总数将达到82万台,比1996年增加24%。其中,日本将拥有42万台,占全世界机器人总数的50%左右,继续保持“机器人王国”地位。除日本外,世界上还有许多工业发达国家,如美国、前苏联和西欧一些国家的机器人产业也发展得很快。例如,在美国,1970-1980年间的机器人台数增加20倍以上。尽管美国所拥有的机器人在台数上不如日本,但其技术水平较高,占有一定的优势。到1998年,美国拥有8

万多台机器人,德国为7万多台,分别占世界机器人总数的15%和13%左右,排名世界第2位和第3位。在亚洲,韩国的机器人产业发展迅速,现排名世界第5位;而日本、韩国和新加坡的机器人密度(即制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量)居世界第1-3位,包揽了前三名。西欧的意大利、法国、英国和东欧的匈牙利、波兰、南斯拉夫以及北美的加拿大等,机器人制造业及应用机器人的情况都有很大发展。表1显示了世界现役机器人台数和预测台数,从中可以看出近几年世界工业机器人的发展状况。 2.2国内工业机器人的发展现状 我国工业机器人起步于20世纪70年代初期,经过30多年的发展,大致可分为3个阶段:70年代的萌芽期,80年代的开发期,90年代的实用化期。在高技术发展的推动下,随着改革开放方针的实施,我国机器人技术的发展得到政府的重视和支持。在80年代中期,国家组织了对工业机器人需求的行业调研,结果表明,对第一代工业机器人的需求主要集中在汽车行业(占总需求的60%一70% )。在众多专家的建议和规划下,于“七五”期间,由机电部主持,中央各部委、中科院及地方科研院所和大学参加,国家投入相当资金,进行了工业机器人基础技术、基础元器件、几类工业机器人整机及应用工程的开发研究。经过五年攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术(包括机械手、控制系统、驱动转动单元、测试系统的设计、制造、应用和小批量生产的工艺技术等)的开发,

工业机器人的现状与发展趋势

系(院):机械工程学院 专业: 12机制一班 学生姓名:郭能 学号: 1210111014 2015年10月

工业机器人的研究现状与发展趋势 第一台Unimate型Robot在美国问世至今已45年了,机器人技术正在以超乎一般人所预料的速度向前发展,对机器人这一概念的理解及定义也在变化。1984年末著名科学家钱学森指出:“所谓机器人,就是指那些有特定功能的自动机,它是机电一体化的,具有人工智能因素的20世纪80年代高技术,是新技术革命的重要内容之一。”这是最有权威和精辟归纳的定义,也为20年来的实践所证实其远见卓识。机器人是人类20世纪的重大发明之一。据国外专家预测,2l世纪将是机器人技术革命的世纪,机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。在非常规和极端制造过程中,工业机器人是不可缺少的自动化装备。 一、国外工业机器人的现状及发展趋势 (一)国外工业机器人的现状 机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。国外专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的新的大型高技术产业。据国际机器人联合会(IFR)统计,世界机器人市场前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90年代,机器人产品发展速度加快,年增长率平均在10%左右,2000年增长率上升到15%,预计21世纪初,工作在各领域的工业机器人将突破100万台。正如《2l世纪日本创建机器人社会技术发展战略报告》指出,“机器人技术(RT)与信息技术(IT)一样,在强化产业竞争力方面是极为重要的战略高技术领域。培育未来机器人产业是支撑2l世纪日本产业竞争力的产业战略之一,具有非常重要的意义。”最近,韩国也将智能机器人作为十大战略产业之一列入国家发展规划(2003~2007年),现正在实施中。 机器人广泛应用于各行各业。主要进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。目前,全球现役工业机器人83万台。过去10年,机器人的价格降低约80%,现在继续下降,而欧美劳动力成本上涨了40%。现役机器人的平均寿命在10年以上,可能高达15年,它们还易于重新使用。由于机器人及自动化成套装备对提高制造业自动化水平,提高产品质量和生产效率、增强企业市场竞争力、改善劳动条件等起到了重大的作用,加之成本大幅度降低和性能的迅速提高,其增长速度较快。据国际机器人联合会及联合国欧洲经济委员会(UCENE)统计,如表l所示,2001年机器人安装量为7.8万台套,年增长率9%。机器人的应用主要有两种方式,一种是机器人工作单元,另一种是带机器人的生产线,并且后者在国外已经成为机器人应用的主要方式。以机器人为核心的自动化生产线适应了现代制造业多品种、少批量的柔性生产发展方向,具有广阔的市场发展前景和强劲生命力,已开发出多种面向汽车、电气机械等行业的自动化成套装备和生产线产品。在发达国家,机器人自动化生产线已形成一个巨大的产业,年市场容量约为1000亿美元。像国际上著名公司ABB、Comau、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。 据日本工业机器人协会统计,早期的日本工业机器人产业年产值约为50亿日元,经过70年代的应用期和80年代的普及期,1981年产值达到1000亿日元,到1991年提高到

国内外工业机器人发展现状与趋势研究

国内外工业机器人发展现状与趋势研究 作者:张红霞 来源:《电子世界》2013年第12期 【摘要】机器人的制造及应用水平,代表了一个国家的制造业水平,发展机器人产业应上升到国家战略高度。机器人的广泛使用是我国从制造业大国走向制造业强国的重要手段和途径。本文分析了现阶段国外工业机器人的应用、发展现状与趋势。通过实例说明了目前我国工业机器人发展的现状和未来的发展趋势,中国先进工业机器人大批量生产制造时代到来。 【关键词】机器人;工业机器人;发展现状;发展趋势 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。 广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 一、工业机器人的应用情况 经过五十多年的发展,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、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,进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中,弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。 二、国内外工业机器人的发展现状 1、国外工业机器人的发展现状 在国外,工业机器人技术日趋成熟,已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而,相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司,它们包括:瑞典的ABB Robotics,日本的FANUC、Yaskawa,德国的KUKA Roboter,美国的Adept Technology、American Robot、

工业机器人的应用现状与发展趋势研究

调查思考 工业机器人的应用现状与发展趋势研究 刘焱 (武汉东湖学院机电工程学院,湖北武汉430212) 摘要:信息时代生活水平不断提高,科技水平也在赶 超世界的先进水平。传统工业经济的生产越来越不能满 足要求,经济模式出现大面积转型,工业机器人的应用范 围逐渐加大,涉及到工业运作、智能运输和多样化感应等。 本文针对目前工业机器人的应用情况进行分析,并以此对 未来的发展趋势进行研究。 关键词:工业机器人:应用:发展趋势 传统工业的发展速度、质量水平和运输的数据化管理, 越来越不能满足市场的高要求,工业机器人应运而生。越 来越多的工业出现大量的机器人,用于生产、大规模包装运 输、高密度的分拣和数据的快捷处理等,因此对当前工业机 器人的应用应该有更多的认识。 1 工业机器人的应用现状 1.1工业机器人的应用情况 不管在織行业还是在飞雜展的新型l i k 中,机器人 都有广泛的細,应用集中于汽车制造和电子生产2个领域。 (1) 电焊接方面机器人。此类机器人主要运用于汽车 制造领域,汽车所涉及到的零部件较多,运用机器人可以减 少工人的工作任务,加快工作效率和强化操作管理。由于 汽车成本管理和质量上的要求,用机器人可以减少生产过 程中出现失误。 (2) 搬运机器人。搬运机器人主要应用于大型的搬运 生产作业,过程中所涉及到的材難积较大,并且操作过程 频繁。通过机器人能加快生产作业过程的搬运效率,更加 方便于大面积堆垛,并且节约空间,同时减少安全事故,避 免大型材料倒塌造成伤害。 (3) 喷洒机器人。在工业上需要对产品的外表面进行 美化和加设保护层,喷洒机器能发挥最大的作用,保证 喷漆材料表面均匀光滑,在工作效率上面也有极大的优势, 能减少操作工人由于喷漆材料带来的危害,也让操作环境 得到改善,美化生产车间[1]0 1.2工业机器人应用问题及分析 (1泄界各国工业机器人之间的竞争。在市场上竞争中, 主要是欧洲地区和日本占领了过半的市场,并且竞争趋势逐 年上涨,所涉及到的财要求也扯升,竞争逐年加剧。 (2)我国机器人竞争力不强。在工业机器人的竞争上 面,掌握核心技术和核心零部件生产非常重要。虽然我国 生产工业机器人的数量表现突出,但是缺乏市场的竞争力 优势,最大的原因就是核心技术与其他国家相比无明显优 湖北农机化势,且进人市场的时间落后于其他国家。 (3)生产机器人的成本较高。由于我国在生产机器人 过程中所消耗的人工成本和材料成本远比其他国家成本要 高,所以多数需要配合其他进口材料综合性生产,所生产的 机器人优势特征不明显,造价成为巨大的阻晓[2]。 2 工业机器人的发展趋势分析 2.1工业机器人的全球发展趋势 (1) 工ik 机器人应用范围加大’未来会有更大的开拓空 间。数据显示,工业机器人数量每年都上升的趋势,加上全 球智能化水平趋势的明显变化,未来对工业机器人的投人 会持续加大,领域也会有明显的扩张,会加大机器人应用来 满足市场大规模、多样化的需求。 (2) 工业机器人在各种数据的准确度上会增加要求。对 业雛的搬、时间、加搬和配合度会延伸到更高层 次,对力度的掌握、空间朦的转换、力臂的应用效率都会有 更加深入的研究,以此满足市场:产品高质量的要求[3]。 2.2工业机器人在国内的发展趋势(1)工业机器人的生产会逐渐靠近日本的生产方式。现 在生产机器人的方式有美国、日本和酬3种,美国靠购买 零部件来进行生产,日本是根据前的要求进行生产,酬 是由自行研发生产制造,我国现在对高技术机器人大力研发, 未来会更加注重自主生产,会逐娜麟似日本的生产模式。 ⑵机器人的操作会更加快速和规范化。现在市场上 机器人在工业上应用逐渐成熟,通过对机器人的进一步了 解和操控,未来机器人智能化和标准化生产会更加稳定,在 操作过程中加速机器人的融入。 (3) 机器人的生产规模会持续增长。亚州在人口上面 呈现较大优势,而中国作为一个工业机器人的高产国,自然 有着非常大的优势,根据目前生产机器人的增长规模,未来 机器人的生产数量会有更大的突破。3 结束语 工业机器人需求的智能化和多样化会加剧市场上机器 人的竞争,中国作为机器人生产的大国,未来核心零部件和 核心技术上面有更大的投入。对于市场带来的机遇,我国应 着重发展自身的优势,大力改进技术方面存在的问题,潜心 开发技术臟域,让我国工M l 器人逐步进人世界领先行列。 参考文献: [1 ]吴振彪.X *机器人[M ].武汉:华中科技大学出版社,2002. (收稿日期= 2019-03-08) 2019年第8期

Delta机器人

Delta机器人 一 Delta机器人概述 Delta机器人属于高速、轻载的并联机器人,一般通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体,由三个并联的伺服轴确定抓具中心(TCP)的空间位置,实现目标物体的运输,加工等操作。Delta机器人主要应用于食品、药品和电子产品等加工、装配。Delta机器人以其重量轻、体积小、运动速度快、定位精确、成本低、效率高等特点,正在市场上被广泛应用。 二 Delta机器人特点 Delta机器人是典型的空间三自由度并联机构,整体结构精密、紧凑,驱动部分均布于固定平台,这些特点使它具有如下特性: ? 承载能力强、刚度大、自重负荷比小、动态性能好。 ? 并行三自由度机械臂结构,重复定位精度高。 ? 超高速拾取物品,一秒钟多个节拍。 三 Delta机器人应用系统 Delta机器人应用系统主要由三个部分组成:机器人、输送线及机器人安装框架。其布局如下图。 1 机器人 机器人由基板、电机罩、旋转轴、主机械臂、副机械臂、抓具中心等组成,如下图所示。

2 输送线 机器人配套输送线采用电机输送带方式,通过机器人视觉系统定位与输送线编码器反馈位置的方式,实现机器人对目标工件的位置、姿态识别和准确抓取。根据节拍与现场需要,可并行多条输送线同时操作。 3 机器人安装框架 机器人安装框架用来固定机器人机构,其结构及安装方式根据现场应用进行定制。 四机器人工作空间 Delta机器人的工作空间由主机械臂及副机械臂的长度、动平台与静平台半径,以及主动臂活动角度范围这几个参数来确定。以负载为一公斤的delta机器人工作空间为例,如下图所示。

五机器人运动轨迹 Delta机器人基本的运动轨迹如下图,由S1、S2、S3构成门字形的三部分轨迹组成,分别为拾取、平移、放置三个阶段。 Delta机器人进行抓取目标工件时主要以走门字形运动轨迹,也可根据不同的应用要求,规划不同的运动轨迹。 六产品用途 ? 各类食品包装生产线 ? 药品分拣、收集 ? 电子行业:电路板焊接 ? 轻质产品的包装及加工装配 七机器人系列 ? 以负载重量划分:1kg、3kg、5kg。 ? 以工作空间直径划分:800mm、1100mm、1600mm。 针对客户的个性化需求,可根据不同的工作空间以及不同的负载重量要求提供定制Delta机器人解决方案,

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