工业机器人的研发及在智能制造中的应用_熊宣明.pdf

第 14 卷 第 4 期2023 年 2 月黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCEVol.14Feb.2023工业机器人的研发及在智能制造中的应用熊宣明(江苏省扬州技师学院，江苏 扬州 225000)摘要:为促进工业机器人在智能制造中的应用，介绍了工业机器人的核心零件，包括减速带、伺服、控制器。分析了工业机器人的研发要点:视觉感知技术，控制与操作系统。探讨了工业机器人在钢铁企业和汽车制造行业中的应用，应加强创新研发，使其更加灵敏、便捷，提升运行稳定性和安全性，提高工业机械化和自动化，提高我国制造业的竞争力。关键词:科学技术;工业机器人;制造业;自动化装备中图分类号:TP242.2文献标志码:A文章编号:1674 8646(2023)04 0139 02Research and Development of Industrial Robotand its Application in Intelligent ManufacturingXiong Xuanming(Jiangsu Yangzhou Technician College，Yangzhou 225000，China)Abstract:In order to promote the application of industrial robot in intelligent manufacturing，the study introduces thecore components of industrial robot:speed bump，servo and controller.Then the study analyzes the key points ofresearch and development of industrial robot:visual perception technology，and control and operation system.Finallythe study explores the application of industrial robot in iron and steel enterprise，and automobile manufacture industry，i.e.to strengthen innovative research and development，make the industrial robot become more sensitive andconvenient，promote the stability and safety of the operation，improve industrial mechanization and automation，andpromote the competitiveness of China s manufacturing industry.Key words:Scientific technology;Industrial robot;Manufacturing industry;Automation equipment收稿日期:2022 12 13作者简介:熊宣明(1988 )，男，本科，一级实习指导教师。我国生产力水平不断提高，工业机器人成为现代制造行业的发展热点。为促进制造业的转型升级，应将工业机器人与智能制造紧密结合，不断对其进行创新研发，优化工业机器人技术。介绍了工业机器人的核心零件，分析了工业机器人的研发要点，探讨了工业机器人在钢铁企业和汽车制造行业中的应用，以提高我国制造业的竞争力。工业机器人是面向现代制造业行业的自动化装置，可通过控制能力实现多种功能，接收人的指令或按照编写程序利用人工智能技术进行操作。智能工业数字化制造云平台是运用大数据、互联网、云计算、云平台软件等技术，将数字信息技术平台与其他先进的自动化智能设备技术、传感通信技术、控制与网络技术、数字工厂集成制造及网络技术相结合，实现大规模数字化智能生产，形成内部组织网络的自动化生产，对全产品生命周期进行一体化实时生产控制及管理，不断升级优化智能生产制造体系。工业机器人是实现自动化、数字化制造的重要技术，是自动化工业和企业信息化生产的重要载体。1工业机器人的核心零件1.1减速带减速带是制造大功率工业机器人的核心零件，技术难度较大，成本较高，但能带来较高的利润。减速器工作原理类似于汽车发动机在高速上坡和减速转弯中的液压减震动作原理，可分为谐波减速器和谐波 RV减速器，具有不同的应用范围、特征和功能特点。谐波减速器主要用于制造小型重型工业机器人或复杂的大型结构工业机器人的关节轴。谐波 RV 减速器主要用于重载负荷机器人的末端关节处，体积小，重量轻，承载及运动能力强度差别较大，运动负荷精度高，单机传动比范围较大，相较于其他谐波机械减速传动和器具设计，具有更好的疲劳强度、刚度和周期寿命，但与一般的 RV 减速器相比，自重较大，外形部件尺寸较大。1.2伺服伺服主要由马达、驱动器、编码器等组成，主要功能是服从控制信号的要求进行动作，信号未到来之前，931转子静止不动;收到信号之后，转子立即转动;信号消失后，转子停止转动1。工业机器人末端伺服控制系统要求较高，对于部分末端执行器零件如手爪钳等，需应用相同规格体积、质量小、大功率电机，通过直接耦合进行末端控制驱动，减小体积，使机器人更加灵敏、行动更加便捷。伺服接收到信号后能够快速反应，实际操作要求快速响应时，必须具备较高的可靠性和稳定性。工业机器人对伺服发动机的要求在不断提高，为了使机器人更加便捷灵敏，要求其体积和质量小;为了提高机器人反应能力，要求其快速响应;为了保证稳定运行，要求其具有高可靠性、高稳定性、高精度，能够承受短时过载，适应频繁的加减速和正反向交替，有时还需具备特殊的结构，如空心结构等2。1.3控制器工业机器人控制系统对于工业生产具有重要的意义，可完成大型工业自动化工作任务，而控制器硬件决定了其核心竞争力，大约占机器人成本的 10%20%。软件控制器承担着操控机器人大脑运动的任务，不同品牌型号的工业机器人对于精度和运动速度的要求不同，关键在于零部件设计和中心控制功能设计存在差异。2工业机器人的研发要点2.1视觉感知技术工业机器人的感知系统能够进行精确的工业生产活动，其视觉主要包括图像获取、图像处理、特征提取及图像分析。需要对二维图像特征信息进行识别提取，对数据进行加工提取和智能分析。CCD 相机和CMOS 摄像头是工业机器人视觉传感器系统中的两个核心器件，而自助式的智能系统和运动感知系统是计算机视觉与感知中的重要应用3。2.2控制与操作系统控制及操作系统主要由控制计算机、示教盒、操作面板、硬盘和软盘存储、数字和模拟量输入输出系统、打印机接口、传感器接口、轴控制器、辅助设备控制、通信接口和各种网络接口组成。控制系统各部分的功能不同，通过有机结合促进协调运转，如控制计算机是工业机器人的控制系统和调度指挥机构，通常是微型机，处理器一般采用 32 位或 64 位。示教盒负责完成主要设备工作轨迹的数据记录和关键控制功能的参数信息输出，进行自动、正确设定，用户可通过操作控制面板完成各种基本功能和设定任务。目前，计算机辅助控制系统的主要应用包括自动程序式控制系统、自动环境适应程序式自动化控制系统、人工智能系统、点位式自动控制系统、轨迹式控制系统等4。工业机器人的控制方式可分为 3 类:集中控制系统。用一台计算机实现全部控制功能，结构简单，控制成本较低，但是时效性较差，难以进行扩展使用，由于工作条件的限制，工业机器人对数据处理的时效性要求较高，当多个系统同时进行大量数据和计算操作任务时，会明显降低系统的工作时效，并产生冲突，从而降低了操作可靠性。主从控制系统。借助主、从控制的两级处理器共同实现对系统的自动控制功能，技术时效性较好，适用于各种高精度、高速度控制，但是维修难度较大。分散控制系统。可实现“分散控制、集中管理”，运用子系统对不同被控对象和设备进行控制，实现了一个开放性和精确性较高的控制系统，可提高系统处理效率，缩短响应时间。3工业机器人在智能制造中的应用3.1在钢铁企业中的应用工业机器人可应用于钢铁企业的远程监控，管理系统工作内容包括以下几方面:一是自动剪裁和拆捆机器人系统。可自动、准确测量并计算出捆带的宽度范围和卷板边线的相对位置，进行自动压缩建材，将捆带进行压缩和裁剪，使其成为一个相对最小的尺寸，运输至废料斗板车中5。二是自动粘贴标签。可自动、准确地取出废旧小车中剩余的试样板，在每个废旧试样板表面上自动粘贴纸标签，实现对各类废旧标签文件的自动打印、拾取与粘贴操作。3.2在汽车制造行业中的应用工业机器人在汽车自动化制造领域应用广泛，各个操作环节几乎都能由工业机器人来完成，各著名汽车品牌也有相对固定的工业机器人供应商，协助配合完成生产制造。例如:焊接工业机器人在汽车零部件生产焊接加工环节中，具有重要的控制作用，是一种先进智能的焊接生产设备，可从事专业的精密焊接、切割装配与激光喷涂作业。各种新型焊接机器人在制造技术性能上实现了突破，采用较大的负载负重比，保证了结构的高载刚度和高精度，降低了系统成本，实现了对多轴机器人系统及变位机控制系统的统一协调与控制，支持现场总线技术，增强了控制器系统可扩展工作能力，提高了控制系统的可靠性6 10。4结束语工业机器人在制造业中具有重要的地位。要想实现智能制造业的发展，必须进行创新研发，对关键零件进行深入研究，使其更加灵敏、便捷，提升运行的稳定性和安全性，提高工业的机械化和自动化。(下转第 143 页)041座商住两用楼，距离为 18.7 m。为保证预裂爆破施工不对周边建筑产生破坏，在靠近地铁隧道的一侧布置了震动监测点。除了考虑预裂爆破对地面建(构)筑物的影响外，还要避免对边界线外侧保留区域岩石的破坏，布置震动监测点时，要将监测仪器放置于边界线处被保护结构的表面，用于监测预裂爆破冲击波对被保护区域岩石产生的冲击影响3。爆破震动监测使用 TC 500 型爆破测震仪，采样频率为 0.5 50 KHz，可灵活调节，测量结果精度为1%。与该仪器配套使用的是 TD 5 型 3 向震动速度传感器，在 X 和 Y 方向上的频率范围为 10 300 Hz，在 Z 方向上的频率范围为 5 500 Hz，测量灵敏度30 V/m/s，温度范围是 30 60。预裂爆破震动监测系统的结构组成如图 2 所示。前端布置的 3 向震动速度传感器可实时采集被监测点的震动信号。为了提高监测结果的精度，需要使用信号调制放大器将传感器采集到的震动信号进行放大，经过示波器降噪和数据采集仪存储后，将数据上传至计算机，使用相应的软件进行信号分析，以直观的方式呈现出震动结果4。图 2爆破振动监测系统Fig.2Blasting vibration monitoring system3.2减震效果分析根据震动监测数据，位于被保护区域的监测点爆破震动速度较明显，为 14.55 23.14 cm/s，符合最新版 爆破安全规程(GB6722 2021)的相关规定(交通隧道的震动安全允许震速为 15 30 cm/s)，不会对边界线外侧被保护区域的岩层产生明显的破坏5。位于建筑物的监测点爆破震动速度相对较低，为 0.831.55 cm/s，符合 规程 的相关规定(砼结构房屋的震动安全允许震速为 3.0 4.0 cm/s)，不会对附近建(构)筑物的地基产生明显的扰动。综合震动监测结果，地铁隧道开挖中使用预裂爆破技术能够起到很好的减震效果。4结束语地铁隧道开挖作业中经常会使用爆破技术，但是爆破产生的冲击波可能会对周边建筑物产生危害，且爆破范围难以控制，这给隧道断面开挖增加了难度，因此实际作业中需引入预裂爆破技术，形成缝隙，将爆破区域与保护区域分隔，阻断爆破区域的冲击波，从而避免对保护区域的岩石及周边建筑物地基产生破坏。运用预裂爆破技术时，需掌握炮孔布置方式、炮孔深度、直径和装药量等技术要点。从监测结果来看，使用预裂爆破达到了很好的减震