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工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用

   日期:2014-12-23     來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)    作者:dlj     評(píng)論:0    
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從廣義上來(lái)說,除了表演機(jī)器人外,其余的都可叫做工業(yè)機(jī)器人。目前,工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域主要在以下三個(gè)方面。

1.自動(dòng)化工業(yè)領(lǐng)域。

早期工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)上主要用于:機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和噴漆。隨著柔性自動(dòng)化的出現(xiàn),機(jī)器人扮演了更重要的角色,現(xiàn)舉例如下。

(1)焊接機(jī)器人。焊接工藝是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的重要領(lǐng)域,它使人從灼熱的、不舒服的、有時(shí)是危險(xiǎn)的工作 環(huán)境中解脫出來(lái)。在焊接工藝中,機(jī)器人主要用于點(diǎn)焊和弧焊作業(yè)。點(diǎn)焊機(jī)器人能保證復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)件上焊接點(diǎn)位置和數(shù)量的正確性,而人工作業(yè)往往在諸多的焊點(diǎn) 中會(huì)遺漏?;『笝C(jī)器人需要六個(gè)自由度,三個(gè)自由度用來(lái)控制焊具跟隨焊縫的空間軌跡,另三個(gè)自由度保持焊具與工件表面有正確的姿態(tài)關(guān)系,這樣才能保證良好的焊縫質(zhì)量。

汽車制造廠已廣泛應(yīng)用焊接機(jī)器人進(jìn)行承重大梁和車身結(jié)構(gòu)的焊接。裝配每臺(tái)汽車車一般大約需要完成3000~4000個(gè)焊點(diǎn),其中60%是由點(diǎn)點(diǎn)焊機(jī)器人完成的。圖11.13所示為某公司點(diǎn)焊機(jī)器人要完成汽車駕駛室焊點(diǎn)分布圖,圖中數(shù)字為各區(qū)的焊點(diǎn)數(shù)。

 汽車駕駛室焊點(diǎn)分布圖 

圖11.13汽車駕駛室焊點(diǎn)分布圖

點(diǎn)焊的機(jī)器人通常采用液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人,因?yàn)橐闷鹳|(zhì)量70kg的焊槍,一般的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人承受不了。點(diǎn)焊機(jī)器人是屬于點(diǎn)位控制,點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)軌跡和移動(dòng)的速度是不重要,點(diǎn)焊所要求的位置精度在1mm左右,一般的機(jī)器人都能滿足這個(gè)精度要求。圖11.14為德國(guó)產(chǎn)IR6621/100型點(diǎn)焊機(jī)器人總圖,它是一種用于地面安裝的工業(yè)機(jī)器人。

IR6621/100型點(diǎn)焊機(jī)器人

圖11.14 IR6621/100型點(diǎn)焊機(jī)器人

1-手臂及手腕;2-臂架;3-橡皮緩沖器;4-肘形節(jié)桿;5-回轉(zhuǎn)臺(tái);6-基座;7-連接電纜;8-轉(zhuǎn)臺(tái)緩沖器;

9-第一軸(轉(zhuǎn)臺(tái))電動(dòng)機(jī);10-平衡氣缸;11-第二軸(臂架)電動(dòng)機(jī);12-第三軸螺桿;驅(qū)動(dòng)臂架;14-電動(dòng)機(jī)組;15-控制柜。

弧焊是連續(xù)軌跡操作,機(jī)器人必須按預(yù)先規(guī)定的路線和要求的移動(dòng)速度進(jìn)行作業(yè),焊接軌跡的精度取決于焊接項(xiàng)目的類型和尺寸?;『笝C(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣,除汽車行業(yè)外,在通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)等許多行業(yè)中都有應(yīng)用。圖11.15為弧焊機(jī)器人示意圖,其結(jié)構(gòu)形式為空間多關(guān)節(jié)型,自由度數(shù)為6,采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。雙工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái),可手動(dòng)操作回轉(zhuǎn)1800。中間加隔板,工人在一邊上、下料,另一邊由機(jī)器人施焊。氣動(dòng)定位鎖緊。回轉(zhuǎn)夾具出現(xiàn)誤動(dòng)作時(shí),機(jī)器人不動(dòng)作,以保安全。

(2)材料搬運(yùn)機(jī)器人。材料搬運(yùn)機(jī)器人可用來(lái)上下料、碼垛、卸貨以及抓取零件重新定向等作業(yè)。一個(gè)簡(jiǎn)單抓放作業(yè)機(jī)器人只需較少的自由度;一個(gè)給零件定向作業(yè)的機(jī)器人要求具有更多的自由度,增加其靈巧性。

IR6621/100型點(diǎn)焊機(jī)器人

圖11.15弧焊機(jī)器人示意圖

搬運(yùn)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例,圖11.16是一個(gè)耐火磚自動(dòng)壓制系統(tǒng),它由壓機(jī)、搬運(yùn)機(jī)器人和燒成車組成。制造耐火轉(zhuǎn)時(shí),把和好的耐火材料送入壓機(jī),經(jīng)過模壓后,使耐火材料成為磚的形狀,搬運(yùn)機(jī)器人從壓機(jī)中把磚夾出來(lái),在燒成車上堆垛,然后把燒成車同磚送入爐中燒烤。搬運(yùn)機(jī)器人的主要作業(yè)是從壓機(jī)中取出磚塊,按堆垛要求,把磚塊推放在燒成車上。機(jī)器人與壓機(jī)、燒成車按一定順序作業(yè),并保持一定的互鎖關(guān)系。

耐火磚自動(dòng)壓制系統(tǒng)

圖11.16耐火磚自動(dòng)壓制系統(tǒng)

(3)檢測(cè)機(jī)器人。零件制造過程中的檢測(cè)以及成品檢測(cè)都是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵問題。它主要有兩個(gè)工作內(nèi)容:確認(rèn)零件尺寸是否在允許的公差內(nèi);零件質(zhì)量控制上的分類。

(4)裝配機(jī)器人。裝配是一個(gè)比較復(fù)雜的作業(yè)過程,不僅要檢測(cè)裝配作業(yè)過程中的誤差,而且要試圖糾正這種誤差。因此,裝配機(jī)器人應(yīng)用了許多傳感器,如接觸傳感器、視覺傳感器、接近覺傳感器、聽覺傳感器等。聽覺傳感器用來(lái)判斷壓入件或滑入件是否到位。圖11.17所示是用機(jī)器人裝配計(jì)算機(jī)硬盤。用兩臺(tái)SCARA型裝配機(jī)器人裝配計(jì)算機(jī)硬盤的系統(tǒng),它具有一條傳送線、兩個(gè)裝配工件供應(yīng)單元(一個(gè)單元供應(yīng)A~E五種部件;另一個(gè)單元供應(yīng)螺釘)。傳送線上的傳送平臺(tái)是裝配作業(yè)的基臺(tái)。一臺(tái)機(jī)器人負(fù)責(zé)把A~E五個(gè)部件按裝配位置互相裝好,另一臺(tái)機(jī)器人配有擰螺釘手爪,專管把螺釘按一定力矩要求安裝到工件上。全部系統(tǒng)是在超凈間安裝工作的。

機(jī)器人裝配計(jì)算機(jī)硬盤

圖11.17機(jī)器人裝配計(jì)算機(jī)硬盤

1—螺釘供給單元;2—裝配機(jī)器人;3—傳送輥道;4—控制器;5—定位器;6—隨行夾具;7—擰螺釘器

(5)噴漆和噴涂。噴涂作業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛,除了在汽車、家用電器和儀表殼體的噴涂作業(yè)中 大量采用機(jī)器人工作外,還在涂膠、鑄型涂料、耐火飾面材料、陶瓷制品釉料、粉狀涂料等作業(yè)中開展應(yīng)用,并在高層建筑墻壁的噴涂、船舶保護(hù)層的涂覆和焦煉內(nèi) 水泥噴射等作業(yè)開展了應(yīng)用研究工作,而機(jī)器人應(yīng)用在噴涂作業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高,以汽車為例,已由車體外表面多機(jī)自動(dòng)自動(dòng)噴涂,發(fā)展到多機(jī)內(nèi)表面的成線自動(dòng)噴涂。噴漆和噴涂機(jī)器人一般在三維表面作業(yè)至少要五個(gè)自由度。由于可燃環(huán)境的存在,驅(qū)動(dòng)裝置必須防燃防爆。在大件上作業(yè)時(shí),往往把機(jī)器人裝在一個(gè)導(dǎo)軌上,以便行走。

圖11.18是第二汽車制造廠東風(fēng)系列駕駛室多品種混流機(jī)器人系統(tǒng)噴涂線。它由4臺(tái)PJ-1B、2臺(tái)PJ-1A噴漆機(jī)器人、2臺(tái)PM-111頂噴機(jī)、一臺(tái)工件識(shí)別裝置、一臺(tái)同步器、多臺(tái)起動(dòng)裝置和總控制臺(tái)等組成,并具有聯(lián)鎖保護(hù)、故障報(bào)警和自動(dòng)記錄噴涂工件數(shù)量等裝置。由一臺(tái)工業(yè)PC(微型計(jì)算機(jī))為主構(gòu)成的總控臺(tái),通過通信系統(tǒng),對(duì)6臺(tái)機(jī)器人、2臺(tái)頂噴機(jī)及相關(guān)終端進(jìn)行群控,實(shí)現(xiàn)面漆噴涂自動(dòng)作業(yè)。此噴涂線已應(yīng)用數(shù)年,獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

東風(fēng)汽車系列駕駛室多品種混流機(jī)器人系統(tǒng)噴涂線

圖11.18東風(fēng)汽車系列駕駛室多品種混流機(jī)器人系統(tǒng)噴涂線

(6)其他諸如密封和粘接、清砂和拋光、熔模鑄造和壓鑄、鍛造等等也有廣泛的應(yīng)用。

2.惡劣工作環(huán)境,危險(xiǎn)工作場(chǎng)合

這個(gè)領(lǐng)域的作業(yè)是一種有害于健康,并危及生命或不安全因素很大而不宜于人去干的作業(yè),用工業(yè)機(jī)器人去干是最適宜的。比如,圖11.19所示的核電站蒸汽發(fā)生器檢測(cè)機(jī)器人,可在有核污染的并危及生命的環(huán)境下替人進(jìn)行作業(yè)。成折疊收縮狀態(tài)的機(jī)器人沿入孔4的軸線方向進(jìn)入,利用壓緊器16頂緊,在計(jì)算機(jī)的控制下各臂依次張開,使前端攝像機(jī)14到達(dá)預(yù)定的觀察點(diǎn)。又如爬壁機(jī)器人特別適合超高層建筑外墻的噴涂、檢查、修理工作。再如機(jī)器人在沖床上下料、采礦、噴漆、鍛造及水下作業(yè)等場(chǎng)合的應(yīng)用,使人受到很好的勞動(dòng)保護(hù)。

蒸汽發(fā)生器檢測(cè)機(jī)器人

圖11.19蒸汽發(fā)生器檢測(cè)機(jī)器人

1—管板; 2—隔板; 3—球面; 4—入孔; 5—主管道;6—循環(huán)管; 7—水室; 8—機(jī)座;

9—支承臂;10—平臺(tái); 11—連接臂; 12—中間臂; 13—上臂;14—攝像機(jī); 15—手輪; 16—壓緊器

3.特殊作業(yè)場(chǎng)合

這個(gè)領(lǐng)域?qū)θ藖?lái)說是力所不能及的,只有機(jī)器人才能去進(jìn)行作業(yè),如圖11.20所示的航天飛機(jī)上的操作臂飛機(jī)上用來(lái)回收衛(wèi)星的操作臂。

航天飛機(jī)上的操作臂

圖11.20航天飛機(jī)上的操作臂

它是由加拿大SPAR航天公司設(shè)計(jì)并制造的,該操作臂是世界上最大的關(guān)節(jié)式機(jī)器人(操作臂)。該操作臂額定載荷為15000kg,最大 載 荷 為30000kg;末端操作器的最大速度是:空載 時(shí) 為0.6m/s,承載150000kg時(shí)為0.06m/s,承載30000kg時(shí)為0.03m/s;定位精度為±0.05m。然而,這些額定參數(shù)是在外層空間抓放自由飛行體時(shí)的參數(shù)。若在地球重力環(huán)境下,即使沒有任何外加載荷,舉起自身總質(zhì)量為450kg的操作臂也將產(chǎn)生很大的變形。

圖11.21所示為在狹小容器內(nèi)(人和一般設(shè)備是無(wú)法進(jìn)入的)進(jìn)行檢查、維護(hù)和修理作業(yè)的具有七個(gè)自由度的機(jī)器臂。這種機(jī)器臂也叫做容器內(nèi)操作裝置,七關(guān)節(jié)機(jī)器臂握持工具可繞過180°進(jìn)行作業(yè)。

容器內(nèi)操作機(jī)器人

圖11.21容器內(nèi)操作機(jī)器人

尤其是由微米級(jí)電機(jī)、減速器、執(zhí)行器等機(jī)械裝置及顯微傳感器組裝的微型機(jī)器人的出現(xiàn),更開拓了其特殊作業(yè)的用途。美國(guó)波士頓大學(xué)已經(jīng)為一臺(tái)微型機(jī)器人——“機(jī)器螞蟻”申請(qǐng)了專利。“螞蟻”的每條腿是長(zhǎng)1mm或不到1mm的硅桿,當(dāng)施加電壓時(shí)使“螞蟻”具有機(jī)動(dòng)性,它由傳到中央處理器的聲頻信號(hào)控制,通過不帶傳動(dòng)裝置的壓電微電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)各條腿運(yùn)動(dòng)。機(jī)器“螞蟻”有很多用途,如在實(shí)驗(yàn)室中收集放射性的塵埃以及從活著的病人體內(nèi)收取患病的血細(xì)胞等。有人預(yù)測(cè),微型機(jī)器人將被裝入汽車的燃油系統(tǒng)中,用以清理燃油管路和噴油口;微型機(jī)器人將被置入人體內(nèi),以施行諸如修理人體特定細(xì)胞,鏟去動(dòng)脈管內(nèi)的斑塊等顯微手術(shù)。

4.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

   工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是一門涉及機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、仿生學(xué)、人工智能甚至生命科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的交叉性科學(xué),機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展依賴于這些相關(guān)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

歸納起來(lái),工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面。

(1)機(jī)器人的智能化

   智能化是工業(yè)機(jī)器人一個(gè)重要的發(fā)展方向。目前,機(jī)器人的智能化研究可 以分為兩個(gè)層次,一是利用模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制策略,利用被控對(duì)象對(duì)模型依賴性不強(qiáng)的特點(diǎn)來(lái)解決機(jī)器人的復(fù)雜控制問題,或者在此基礎(chǔ)上增加 軌跡或動(dòng)作規(guī)劃等內(nèi)容,這是智能化的最低層次;二是使機(jī)器人具有與人類類似的邏輯推理和問題求解能力,面對(duì)非結(jié)構(gòu)性環(huán)境能夠自主尋求解決方案并加以執(zhí)行, 這是更高層次的智能化。使機(jī)器人能夠具有復(fù)雜的推理和問題求解能力,以便模擬人的思維方式,目前還很難有所突破。智能技術(shù)領(lǐng)域有很多的研究熱點(diǎn),如虛擬現(xiàn) 實(shí)、智能材料(如形狀記憶合金)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、多傳感器集成和信息融合技術(shù)等。

(2)機(jī)器人的多機(jī)協(xié)調(diào)化

  由于生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,對(duì)機(jī)器人的多機(jī)協(xié)調(diào)作業(yè)要求越來(lái)越迫切。在很多大型生產(chǎn)線上,往往要求很多機(jī)器人共同完成一個(gè)生產(chǎn)過程,因而每個(gè)機(jī)器人的控制就不單純是自身的控制問題,需要多機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作。此外,隨著CAD/CAM/CAPP等 技術(shù)的發(fā)展,更多地把設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)制造、零部件儲(chǔ)存和配送等有機(jī)地結(jié)合起來(lái),在性制造、計(jì)算機(jī)集成制造等現(xiàn)代加工制造系統(tǒng)中,機(jī)器人已經(jīng)不再是一 個(gè)個(gè)獨(dú)立的作業(yè)機(jī)械,而是成為了其中的重要組成部分,這些都要求多個(gè)機(jī)器人之間、機(jī)器人和生產(chǎn)系統(tǒng)之間必須協(xié)調(diào)作業(yè)。多機(jī)協(xié)調(diào)也可以認(rèn)為是智能化的一個(gè)分 支。

(3)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化

  機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化工作是一項(xiàng)十分重要而又艱巨的任務(wù)。機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化有利于制造業(yè)的發(fā)展,但目前不同廠家的機(jī)器人之間很難進(jìn)行通信和零部件的互換。機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化問題不是技術(shù)層面的問題,而主要是不同企業(yè)之間的認(rèn)同和利益問題。

(4)機(jī)器人的模塊化

智能機(jī)器人和高級(jí)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單緊湊,其高性能部件甚至全部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已向模塊化方向發(fā)展。其驅(qū)動(dòng)采用交流伺服電動(dòng)機(jī),并向小型和高輸出方向發(fā)展;其控制裝置向小型化和智能化方向發(fā)展;其軟件編程也在向模塊化方向發(fā)展。

(5)機(jī)器人的微型化

微型機(jī)器人是21世紀(jì)的尖端技術(shù)之一。目前已經(jīng)開發(fā)出手指大小的微型移動(dòng)機(jī)器人,預(yù)計(jì)將生產(chǎn)出毫米級(jí)大小的微型移動(dòng)機(jī)器人和直徑為幾百微米甚至更小(納米級(jí))的醫(yī)療和軍事機(jī)器人。微型驅(qū)動(dòng)器、微型傳感器等是開發(fā)微型機(jī)器人的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù),它們將對(duì)精密機(jī)械加工、現(xiàn)代光學(xué)儀器、超大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代生物工程、遺傳工程和醫(yī)學(xué)工程等產(chǎn)生重要影響。介于大中型機(jī)器人和微型機(jī)器人之間的小型機(jī)器人也是機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

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