盤點八大種類工業機器人

來源:工業機器人    關鍵詞:工業機器人, 種類介紹,    發布時間:2017-09-12

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工業機器人最早應用于汽車制造領域,但技術發展至今,工業機器人的應用早已不局限于某個領域,現代工業的方方面面都有工業機器人的身影,下面就盤點一下工業機器人的種類和相應的代表公司。

焊接機器人

焊接機器人是從事焊接(包括切割與噴涂)的工業機器人。根據國際標準化組織(ISO)工業機器人術語標準焊接機器人的定義,工業機器人是一種多用途的、可重復編程的自動控制操作機(Manipulator),具有三個或更多可編程的軸,用于工業自動化領域。為了適應不同的用途,機器人最后一個軸的機械接口,通常是一個連接法蘭,可接裝不同工具或稱末端執行器。焊接機器人就是在工業機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊(割)槍的,使之能進行焊接,切割或熱噴涂。

焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控制柜(硬件及軟件)組成。而焊接裝備,以弧焊及點焊為例,則由焊接電源,(包括其控制系統)、送絲機(弧焊)、焊槍(鉗)等部分組成。對于智能機器人還應有傳感系統,如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。

焊接機器人目前已廣泛應用在汽車制造業,汽車底盤、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接,尤其在汽車底盤焊接生產中得到了廣泛的應用。豐田公司已決定將點焊作為標準來裝備其日本國內和海外的所有點焊機器人。

用這種技術可以提高焊接質量,因而甚至試圖用它來代替某些弧焊作業。在短距離內的運動時間也大為縮短。該公司最近推出一種高度低的點焊機器人,用它來焊接車體下部零件。這種矮小的點焊機器人還可以與較高的機器人組裝在一起,共同對車體上部進行加工,從而縮短了整個焊接生產線長度。

國內生產的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件,主要構件采用沖壓焊接,板厚平均為1.5~4mm,焊接主要以搭接、角接接頭形式為主,焊接質量要求相當高,其質量的好壞直接影響到轎車的安全性能。

應用機器人焊接后,大大提高了焊接件的外觀和內在質量,并保證了質量的穩定性和降低勞動強度,改善了勞動環境。

碼垛機器人

碼垛機器人是從事碼垛的工業機器人,將已裝入容器的物體,按一定排列碼放在托盤、棧板(木質、塑膠)上,進行自動堆碼,可堆碼多層,然后推出,便于叉車運至倉庫儲存。碼垛機器人可以集成在任何生產線中,為生產現場提供智能化、機器人化、網絡化,可以實現啤酒、飲料和食品行業多種多樣作業的碼垛物流,廣泛應用于紙箱、塑料箱、瓶類、袋類、桶裝、膜包產品及灌裝產品等。配套于三合一灌裝線等,對各類瓶罐箱包進行碼垛。碼垛機自動運行分為自動進箱、轉箱、分排、成堆、移堆、提堆、進托、下堆、出垛等步驟。

對于隨機貨盤來說,碼垛機器人是唯一的選擇。盡管如此,機器人裝載也面臨比較多的問題,如果要以較高的速度進行生產,將更加困難重重。一個處理隨機裝載的機器人碼垛機需要特殊的軟件,通過軟件,機器人碼垛機與生產線的其他部分相連接,這是個巨大的進步。

一個用來建造隨機貨盤的機器人能集成進工廠的倉庫管理系統(WMS)。理想上,它會成為WMS的前段,與倉庫軟件一起協調工作,來生產混合貨盤。

精密的軟件同樣能夠滿足對立即可上架貨盤的需求。一般來說,這就意味著產品碼垛好后,部分或者全部一次包裝容器的標簽都必須是朝外的。機器人碼垛設備還是另外一個苛刻應用的選擇:冷凍倉庫內碼垛。在消費商品包裝領域,在一個冷凍倉庫內處理箱子是最困難的工作之一。工人們不得不頻繁地交替工作來保持身體暖和,這就間接的降低了工作效率并提高了勞動力成本。

在冰凍環境下,自動化的隨機存取式碼垛機并不是正確選擇,因為大多數自動化隨機存取碼垛機都使用在冷庫里會結冰的壓縮空氣管。而與自動化碼垛機相比,碼垛機器人的尺寸更緊湊,由于冷凍倉庫中的空間十分寶貴,因此這點顯得尤為重要。盡管如此,機器人在冷凍倉庫中的應用也存在著一些問題。

在采用碼垛機器人的時候,還要考慮一個重要的事情,就是機器人怎樣抓住一個產品。真空抓手是最常見的機械臂臂端工具(EOAT)。相對來說,它們價格便宜,易于操作,而且能夠有效裝載大部分負載物。但是在一些特定的應用中,真空抓手也會遇到問題,例如表面多孔的基質,內容物為液體的軟包裝,或者表面不平整的包裝等等。

其他的EOAT選擇包括翻蓋式抓手,它能將一個袋子或者其他包裝形式的兩邊夾住;叉子式抓手,它插入包裝的底部來將包裝提升起來;還有袋子式抓手,這是翻蓋式和叉子式抓手的混合體,它的叉子部分能包裹住包裝的底部和兩邊。

將基本EOAT類型進行其他的組合也是可以的。一個飲料包裝商在對裝滿瓶子,并且收縮裹包好的瓦楞托盤進行碼垛時碰到了困難,真空吸盤會把托盤上的薄膜扯下來。

搬運機器人

搬運機器人是可以進行自動化搬運作業的工業機器人。最早的搬運機器人出現在1960年的美國,Versatran和Unimate兩種機器人首次用于搬運作業。搬運作業是指用一種設備握持工件,是指從一個加工位置移到另一個加工位置。搬運機器人可安裝不同的末端執行器以完成各種不同形狀和狀態的工件搬運工作,大大減輕了人類繁重的體力勞動。目前世界上使用的搬運機器人逾10萬臺,被廣泛應用于機床上下料、沖壓機自動化生產線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。部分發達國家已制定出人工搬運的最大限度,超過限度的必須由搬運機器人來完成。

搬運機器人是近代自動控制領域出現的一項高新技術,涉及到了力學,機械學,電器液壓氣壓技術,自動控制技術,傳感器技術,單片機技術和計算機技術等學科領域,已成為現代機械制造生產體系中的一項重要組成部分。它的優點是可以通過編程完成各種預期的任務,在自身結構和性能上有了人和機器的各自優勢,尤其體現出了人工智能和適應性。

噴涂機器人

噴涂機器人又叫噴漆機器人(spraypaintingrobot),是可進行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業機器人,1969年由挪威Trallfa公司(后并入ABB集團)發明。噴漆機器人主要由機器人本體、計算機和相應的控制系統組成,液壓驅動的噴漆機器人還包括液壓油源,如油泵、油箱和電機等。

多采用5或6自由度關節式結構,手臂有較大的運動空間,并可做復雜的軌跡運動,其腕部一般有2~3個自由度,可靈活運動。較先進的噴漆機器人腕部采用柔性手腕,既可向各個方向彎曲,又可轉動,其動作類似人的手腕,能方便地通過較小的孔伸入工件內部,噴涂其內表面。

噴漆機器人一般采用液壓驅動,具有動作速度快、防爆性能好等特點,可通過手把手示教或點位示數來實現示教。噴漆機器人廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產部門。

噴涂機器人的主要優點(1)柔性大。工作范圍大大。(2)提高噴涂質量和材料使用率。(3)易于操作和維護??呻x線編程,大大的縮短現場調試時間。(4)設備利用率高。噴涂機器人的利用率可達90%-95%。

裝配機器人

裝配機器人【assemblyrobot】為完成裝配作業而設計的工業機器人。

裝配機器人是柔性自動化裝配系統的核心設備,由機器人操作機、控制器、末端執行器和傳感系統組成。其中操作機的結構類型有水平關節型、直角坐標型、多關節型和圓柱坐標型等;控制器一般采用多CPU或多級計算機系統,實現運動控制和運動編程;末端執行器為適應不同的裝配對象而設計成各種手爪和手腕等;傳感系統又來獲取裝配機器人與環境和裝配對象之間相互作用的信息。

常用的裝配機器人主要有可編程通用裝配操作手(ProgrammableUniversalManipula-torforAssembly)即PUMA機器人(最早出現于1978年,工業機器人的祖始)和平面雙關節型機器人(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm)即SCARA機器人兩種類型。

與一般工業機器人相比,裝配機器人具有精度高、柔順性好、工作范圍小、能與其他系統配套使用等特點,主要用于各種電器的制造行業。

裝配機器人的大量作業是軸與孔的裝配,為了在軸與孔存在誤差的情況下進行裝配,應使機器人具有柔順性。主動柔順性是根據傳感器反饋的信息而從動柔順心則利用不帶動力的機構來控制手爪的運動以補償其位置誤差。例如美國Draper實驗室研制的遠心柔順裝置RCC(RemoteCenterCompliancedevice),一部分允許軸作側向移動而不轉動,另一部分允許軸繞遠心(通常位于離手爪最遠的軸端)轉動而不移動,分別補償側向誤差和角度誤差,實現軸孔裝配。

裝配機器人主要用于各種電器制造(包括家用電器,如電視機、錄音機、洗衣機、電冰箱、吸塵器)、小型電機、汽車及其部件、計算機、玩具、機電產品及其組件的裝配等方面。

激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術應用于激光加工中,通過高精度工業機器人實現更加柔性的激光加工作業。本系統通過示教盒進行在線操作,也可通過離線方式進行編程。該系統通過對加工工件的自動檢測,產生加工件的模型,繼而生成加工曲線,也可以利用CAD數據直接加工??捎糜诠ぜ募す獗砻嫣幚?、打孔、焊接和模具修復等。

關鍵技術包括:
(1)激光加工機器人結構優化設計技術:采用大范圍框架式本體結構,在增大作業范圍的同時,保證機器人精度;

2)機器人系統的誤差補償技術:針對一體化加工機器人工作空間大,精度高等要求,并結合其結構特點,采取非模型方法與基于模型方法相結合的混合機器人補償方法,完成了幾何參數誤差和非幾何參數誤差的補償。

(3)高精度機器人檢測技術:將三坐標測量技術和機器人技術相結合,實現了機器人高精度在線測量。

(4)激光加工機器人專用語言實現技術:根據激光加工及機器人作業特點,完成激光加工機器人專用語言。

網絡通訊和離線編程技術:具有串口、CAN等網絡通訊功能,實現對機器人生產線的監控和管理;并實現上位機對機器人的離線編程控制。

真空機器人

真空機器人是一種在真空環境下工作的機器人,主要應用于半導體工業中,實現晶圓在真空腔室內的傳輸。真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強,其成為制約了半導體裝備整機的研發進度和整機產品競爭力的關鍵部件。而且國外對中國買家嚴加審查,歸屬于禁運產品目錄,真空機械手已成為嚴重制約我國半導體設備整機裝備制造的“卡脖子”問題。直驅型真空機器人技術屬于原始創新技術。

關鍵技術包括:
(1)真空機器人新構型設計技術:通過結構分析和優化設計,避開國際專利,設計新構型滿足真空機器人對剛度和伸縮比的要求;

(2)大間隙真空直驅電機技術:涉及大間隙真空直接驅動電機和高潔凈直驅電機開展電機理論分析、結構設計、制作工藝、電機材料表面處理、低速大轉矩控制、小型多軸驅動器等方面。

(3)真空環境下的多軸精密軸系的設計。采用軸在軸中的設計方法,減小軸之間的不同心以及慣量不對稱的問題。

(4)動態軌跡修正技術:通過傳感器信息和機器人運動信息的融合,檢測出晶圓與手指之間基準位置之間的偏移,通過動態修正運動軌跡,保證機器人準確地將晶圓從真空腔室中的一個工位傳送到另一個工位。

(5)符合SEMI標準的真空機器人語言:根據真空機器人搬運要求、機器人作業特點及SEMI標準,完成真空機器人專用語言。

可靠性系統工程技術:在IC制造中,設備故障會帶來巨大的損失。根據半導體設備對MCBF的高要求,對各個部件的可靠性進行測試、評價和控制,提高機械手各個部件的可靠性,從而保證機械手滿足IC制造的高要求。

潔凈機器人

潔凈機器人是一種在潔凈環境中使用的工業機器人。隨著生產技術水平不斷提高,其對生產環境的要求也日益苛刻,很多現代工業產品生產都要求在潔凈環境進行,潔凈機器人是潔凈環境下生產需要的關鍵設備。

關鍵技術包括:
(1)潔凈潤滑技術:通過采用負壓抑塵結構和非揮發性潤滑脂,實現對環境無顆粒污染,滿足潔凈要求。
(2)高速平穩控制技術:通過軌跡優化和提高關節伺服性能,實現潔凈搬運的平穩性。
(3)控制器的小型化技術:根據潔凈室建造和運營成本高,通過控制器小型化技術減小潔凈機器人的占用空間。
晶圓檢測技術:通過光學傳感器,能夠通過機器人的掃描,獲得卡匣中晶圓有無缺片、傾斜等信息。
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