机器人及自动化技术

机器人与自动化技术
"机器人、无处不在的屏幕、语音交互,这些都将改变我们对待‘电脑’的方式。一旦看、听、阅读能力得到提升,你就可以以新的方式进展交互。〞----比尔•盖茨在*电视节目中,预测未来科技领域的下一件大事时表示:机器人与自动化技术将成为未来开展的一大趋势,可以改变世界!
制作智能卡   工业机器人的应用,正从汽车工业向一般工业延伸,除了金属加工、食品饮料、塑料橡胶、3C、医药等行业,机器人在风能、太阳能、交通运输、建筑材料、物流甚至废品处理等行业都可以大有作为。
  当然,即将"改变世界〞的机器人不仅仅具有代替人工的价值,在很多人类无法实现的领域也将出现机器人的身影。譬如,派送采矿机器人到月球和小行星上采挖稀土矿,将有望成为现实。
汽车除霜器  而更令比尔•盖茨寄予厚望的是机器人将像"电脑〞一样改变人类的生活。
    日本早稻田大学研究人员推出一种新型仿人型家务机器人。它集平安性、可靠性和灵巧性
于一身,还具有仿人脸的外观。在工作时,它将一名男子抱下床,与他聊天并为他准备早餐。由于拥有和成年女性大小相当的灵巧双臂、双手,这种机器人能够用夹子将面包从面包机中取出,而丝毫不弄碎它。
    英国阿伯丁大学启动了一项新的研究方案,在3年研发出允许机器人与人类进展交谈,甚至讨论具体决定的系统……。
    作为先进制造业中不可替代的重要装备,工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。
  在机器人市场中,目前80%的市场份额仍由跨国公司占有,其ABB、日本发那科FANUC、日本安川yaskawa德国库卡KUKA四大企业则是市场第一梯队的"四大金刚〞。其它有瑞士史比尔Staubli、德国克鲁斯CLOOS德国百格拉德国徕斯、德国斯图加特航空航天自动化集团〔STUAA〕、意太利瀚博士hanbs、意大利柯马AU、英国Auto Tech Robotics等。
目前国生产机器人的企业主要有:中科院新松机器人自动化股份埃夫特智能装备新时
达机器人、安川首钢机器人、哈工大海尔机器人、埃斯顿机器人工程、数控设备、沃迪自动化装备股份等。
 2015年,中国机器人市场需求预计将达35000台,占全球比重16.9%,成为全球规模最大的市场。
 一、机器人的系统构成
  由3大局部6个子系统组成。
  3大局部是:机械局部、传感局部、控制局部。
  6个子系统是:驱动系统、机械构造系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人-机交互系统、控制系统。
 1.1、驱动系统
   要使机器人运行起来,就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。
留言板制作  驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动,或者把它们结合起来应用的综合系统;可以直接驱动或者通过同步带、链条、轮  系、谐波齿轮等机械传动机构进展间接驱动。
 
1.2、机械构造系统
   由机身、手臂、末端操作器3大件组成,每一大件都有假设干自由度,构成一个多自由度的机械系统。
  假设机身具有行走机构便构成行走机器人;假设机身不具备行走及腰转机构,则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。  末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件,它可以是二手指或多手指的手爪。
1.3、感受系统
   由部传感器模块和外部传感器模块组成,以获取部和外部环境状态中有意义的信息
  智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。人类的感受系统对感
知外部世界信息是极其灵巧。然后,对于  一些特殊的信息,传感器比人类的感受系统更有效。
 
1.4、机器人-环境交互系统
  是实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。机器人与外部设备集成为一个功能单元,如加工制造单元、装配单元等。
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1.5、人-机交互系统
  人-机交互系统是使操作人员参与机器人控制,与机器人进展联系的装置,例如计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板、危险信息报警器等。
 
1.6、控制系统
   控制系统的任务,是根据机器人的作业指令程序、以及从传感器反应回来的信号,支配机器人的执行机构去完成的运动和功能。
  假设机器人不具备信息反应特征,则为开环控制系统;假设具备信息反应特征,则为闭环控制系统。
  根据控制原理可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运动的形式可分为点位控制和轨迹控制。
             
二、机器人控制系统及构造
机器人控制系统是机器人的大脑,它根据指令以及传感信息控制机器人来完成一定的动作或作业任务。
    控制系统的好坏直接决定了机器人性能的优劣。
2.1、工业机器人控制系统的组成
、控制计算机:控制系统的调度指挥中心机构。
、示教盒:
示教机器人的工作轨迹和参数设定,以及所有人机交互操作,拥有自己独立的CPU以及存储单元,与主计算机之间以串行通信 方式实现信息交互。
、操作面板:
由各种操作按键、状态指示灯构成,只完成根本功能操作。
、硬盘和软盘存储存:
储机器人工作程序的外围存储器。
、数字和模拟量输入输出:各种状态和控制命令的输入或输出。
、打印机接口:记录需要输出的各种信息。
、传感器接口:用于信息的自动检测,实现机器人柔顺控制,一般为力觉、触觉和视觉传感器。
、轴控制器:完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。
、辅助设备控制:用于和机器人配合的辅助设备控制,如手爪变位器等。
、通信接口:实现机器人和其他设备的信息交换,一般有串行接口、并行接口等。
、网络接口
  1〕Ethernet接口:可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC通信,数据传输速率高ccyv2
达10Mbit/s,可直接在PC上用windows库函数进展应用程序编程之后,支持TCP/IP通信协议,通过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。
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  2〕Fieldbus接口:支持多种流行的现场总线规格,如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。
2.2、机器人控制系统所要到达的功能
、记忆功能:存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。
、示教功能:离线编程,在线示教,间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。
、与外围设备联系功能:输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。
、坐标设置功能:有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。
、人机接口:示教盒、操作面板、显示屏。
、传感器接口:位置检测、视觉、触觉、力觉等。
、位置伺服功能:机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。
、故障诊断平安保护功能:运行时系统状态监视、故障状态下的平安保护和故障自诊断。
  三、机器人控制系统的分类
、程序控制系统:
给每一个自由度施加一定规律的控制作用,机器人就可实现要求的空间轨迹。
、自适应控制系统:
当外界条件变化时,为保证所要求的品质或为了随着经历的积累而自行改善控制品质,其过程是基于操作机的状态和伺服误 差的观察,再调整非线性模型的参数,一直到误差消失为止。这种系统的构造和参数能随时间和条件自动改变。
、人工智能系统:
事先无法编制运动程序,而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息,实时确定控制作用。
、点位式:
要求机器人准确控制末端执行器的位姿,而与路径无关。
、轨迹式:
要求机器人按示教的轨迹和速度运动。
3.3.6、控制总线:
国际标准总线控制系统。采用国际标准总线作为控制系统的控制总线,如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。
、自定义总线控制系统:
由生产厂家自行定义使用的总线作为控制系统总线。
、编程方式:
物理设置编程系统。由操作者设置固定的限位开关,实现起动,停车的程序操作,只能用
于简单的拾起和放置作业。
、在线编程:通过人的示教来完成操作信息的记忆过程编程方式,包括直接示教模拟示教和示教盒示教。

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