工业机器人系统的应用技术

薛兴雨

摘 要：工业机器人发展的速度非常快，在现代工业中有着广泛的应用范围，该技术包括机械工程、电子控制、计算机技术、通信、传感器、人工智能等。本文从应用的角度介绍了如何将相关的工业机器人技术应用到实际项目中。

关键词：工业机器人;系统;应用技术

引言

自1960年代美国研制出第一台工业机器人以来，工业机器人的相关技术及配套工业产品进入快速发展的道路，其自动化技术日新月异。柔性制造系统（FMS）、智能工厂（FA）等高度集成的自动化设备层出不穷，在工业机器人中也进行了有效地运用，极大地减少了工人的工作量，提升了生产效率，工业机器人在搬运和焊接领域的稳定性和重复定位精度得到了广泛的应用。

1机器人概述

工业机器人是一种集成的机电设备，可以再现人类手臂的功能。工业机器人末端的末端执行器是一种特殊的机构，旨在模仿人手的运动。工业机器人通过内部给定的程序、位置点和轨迹来实现抓取、搬运和焊接等功能。工业机器人的结构分为控制部分和传感部分，控制部分由驱动系统、机器结构系统、人机交换系统、控制系统组成;传感部分由人机环境交互系统、传感系统组成。

2机器人驱动系统

机器人驱动系统主要是通过不同电机通过扭矩产生力，对机器人进行直接或者间接驱动，为机器人提供不同的执行动力。在进行系统的设计和选择过程中，需要遵循以下的标准。

2.1控制方式

通过点位控制程序的工业机器人，主要是对材料进行上下料和冲压工作。载荷比较大的可以使用液压驱动系统，载荷居中的可以使用电机驱动系统，载荷比较小的可以使用气动驱动系统。

2.2运行环境

从事喷漆工作的工业机器人主要使用具有固爆性的交流电伺服驱动系统，因为喷漆的工作处于气液两相混合的工作环境中，必须做好防爆工作。对于水下机器人、核工业的专用机器人、太空机器人以及在腐蚀性或易燃易爆气体、放射性环境中的使用的机器人，一般都是使用交流伺服驱动。如果需要在洁净的环境中使用，则需要直驱电机驱动系统。

2.3运行速度

机器人装配具备更高的点重复精度和更快的运行速度，通常在运行速度下，使用交流、直流或步进电机伺服驱动系统。对于高速和精度要求，主要使用直接驱动（DD） 电机驱动系统。

3机械结构体系

机械救援系统主要由身体、手臂、手腕和末端执行器组成，部分机器人在使用时配备行走装置和外轴装置。机器人的工作工具是手部末端的执行器，主要进行抓取工件、拾行器、专用刀架等工作。还有比较专业性的工具，如螺钉、螺母机、喷枪、焊枪、切割头、测量仪器。末端执行器是工业机器人手最重要的执行器，可分为夹持式和吸力式。

3.1夹持式

夹持式可以划分成夹钳式、脱钩式和弹簧式三种。夹钳式在工业机器人中的应用最多，通常由手指、传动机构、驱动单元和支架组成。手指是直接通工件接触的部位。松开和夹紧工件都是由手指的开合进行实施的。机械手的手指数量主要由夹持的工件量来决定。传动机构对手指运动和力的分配进行传输。驱动装置主要为机械的运动提供动力，比较常见的驱动方式有液压、气动、电动、机械等。

3.2吸力式

吸力式执行器由吸盘、吸盘架、进排气系统组成，广泛用于非金属材料或无剩磁材料的吸附。使用吸气式执行器，工件与吸盘接触的部位需要保持光滑、平整、清洁。吸气式执行机构的特点是对被吸附工件表面无损伤，但对被吸附工件位置的定位精度较低。

4机器人人机环境交互系统

机器人的人机环境交互系统主要是在外部环境中对工业机器人与设备之间进行有效协调的系统。将机器人以及外部设备整合到加工和制造刺痛、焊接系统以及装配系统等单元中。甚至可以对机器人、机床、设备以及零件存储等工作完成比较复杂的工作。

5感觉系统

传感系统由内部传感器和外部传感器组成，用于检测运动位置和运行状态，如位置、力、以及视觉传感器等。传感系统主要是由内部传感器模块以及外部传感器模块构成的，在内部和外部环境中收集相应的信息。传感器系统直接决定者机器人的灵敏性和自动性。工业机器人在进行工作的过程中，通过视觉对周围环境进行感知，获取对周边环境的二维图像，通过视觉处理器进行分析解读，并转化为符号，使工业机器人识别对象并确定位置。随着科学技术的进步，双目立体视觉、狭缝投影法、视差法等三维立体视觉解决方案如雨后春笋般涌现。

6人机交互系统

人机交互系统与机器人进行数据沟通，直接连接机器人的控制系统，设置相应的指令和信息显示。

7控制系统

控制系统需要结合输入的程序对驱动系统和执行器发送相应的指令信号，并进行执行，一般情况下，信号传输线都是在机器人的内部进行的。

结语

随着我国信息技术以及制造技术水平的不断提升，智能制造装备应用的范围也在不断地扩大。加速对以视觉为代表的智能制造设备的工业系统识别系统，以及整条自动化生产线初期形成的机器人应用，是快速提高生产力的关键。

参考文献：

[1]耿文学， 耿京. 工业机器人及其应用[J]. 电源技术应用， 2017（1）：61-62.

[2]陈静， 李楠， 冯志鹏. “机器人系统传感器应用技术”课程建设实践研究——以吉林电子信息职业技术学院工業机器人技术专业为例[J]. 工业和信息化教育， 2018， 000（007）：58-63.

[3]基于PLC控制的工业机器人系统的研究与实现[J]. 工程技术（中文版）， 2016， 000（003）：00175-00175.

（浙江恒锐机器人技术有限公司，浙江 杭州 310000）