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畢業(yè)設(shè)計調(diào)研報告
調(diào) 研 報 告
國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢:
(1)工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修),而單機價格不斷下降,平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的65萬美元。
(2)機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。
(3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展,便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高,控制柜日見小巧,且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
(4)機器人中的傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器,而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。
(5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制,如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。
(6)當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng),而是致力于操作者與機器人的人機交互控制,即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng),使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。
(7)機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來,這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一,紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過“七五”、“八五”科技攻關(guān),目前己基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件,開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用,弧焊機器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看,我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離,如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機器人應(yīng)用工程起步較晚,應(yīng)用領(lǐng)域窄,生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上,我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺,約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè),當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求,“一客戶,一次重新設(shè)計”,品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低,而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù),對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃,搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計,積極推進產(chǎn)業(yè)化進程.我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下,也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人,6000m水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平,還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種:在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作,有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步,與國外先進水平差距較大,需要在原有成績的基礎(chǔ)上,有重點地系統(tǒng)攻關(guān),才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品,以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。
進入21世紀(jì),隨著我國人口老齡化的提前到來,近來在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象,迫切要求我們提高勞動生產(chǎn)率,降低工人的勞動強度,提高我國工業(yè)自動化水平勢在必行,本設(shè)計的目的就是設(shè)計一個氣動搬運機械手,應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線,把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運到另外一條生產(chǎn)線,實現(xiàn)自動化生產(chǎn),減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動,同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。。
現(xiàn)在的機械手大多采用液壓傳動,液壓傳動存在以下幾個缺點:
(1)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等):液壓傳動易泄漏,不僅污染工作場地,限制其應(yīng)用范圍,可能引起失火事故,而且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。
(2)工作時受溫度變化影響較大。油溫變化時,液體粘度變化,引起運動特性變化。
(3)因液壓脈動和液體中混入空氣,易產(chǎn)生噪聲。
(4)為了減少泄漏,液壓元件的制造工藝水平要求較高,故價格較高;且使用維護需要較高技術(shù)水平。鑒于以上這些缺陷,本機械手?jǐn)M采用氣壓傳動,
氣動技術(shù)有以下優(yōu)點:
(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低,工作介質(zhì)提取容易,而后排入大氣,處理方便,一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔,管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補充的問題.
(2)阻力損失和泄漏較小,在壓縮空氣的輸送過程中,阻力損失較小(一般不卜澆塞僅為油路的千分之一),空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣,造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。
(3)動作迅速,反應(yīng)靈敏。氣動系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動系統(tǒng)也能實現(xiàn)過載保護,便于自動控制。
(4)能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中,因此,發(fā)生突然斷電等情況時,機器及其工藝流程不致突然中斷。
(5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡劣環(huán)境中,氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越,而且不會因溫度變化影響傳動及控制性能。
(6)成本低廉。由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低,因此降低了氣動元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求,制造容易,成本較低。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為:由于氣體具有可壓縮性,因此,在氣動伺服系統(tǒng)中要實現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下,似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低,抓舉力較小。雖然氣動技術(shù)作為機器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受,而且對于不太復(fù)雜的機械手,用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接受,但由于氣動機器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進展過去介紹得不夠,因此在工業(yè)自動化領(lǐng)域里,對氣動機械手、氣動機器人的實用性和前景存在不少疑慮。
面對不斷飛速發(fā)展的社會以及經(jīng)濟增長速度,讓我們很容易想到這是高速發(fā)展的科技快速發(fā)展的結(jié)果?,F(xiàn)代科技發(fā)展的主要都會圍繞著效率以及機械化。本課題就是利用PLC控制系統(tǒng)控制的生產(chǎn)線上的機械手,可以幫助人工進行貨物的運送。即可以將生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)產(chǎn)品進行搬運,這樣可以減少勞動力,可以顯著地提高人民的生活水平。
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