【文章內(nèi)容簡介】 緊湊和小巧。 ? 機器人手腕的設(shè)計首先應(yīng)確定所要求的運動和動作。手腕動作一般是在手臂動作確定之后，根據(jù)工件的上下料要求進行確定的。手臂完成不了的動作由手腕來完成，或同時考慮和分配手臂、手腕共同擔負的動作。 手腕的機械結(jié)構(gòu)是根據(jù)它的運動要求來確定的。對于手腕的回轉(zhuǎn)運動，多采用回轉(zhuǎn)液 (氣 )壓缸或直線液 (氣 )壓缸加齒條的結(jié)構(gòu)形式。 ? 6. 工業(yè)機器人的控制系統(tǒng) ? 1) 機器人控制系統(tǒng)的組成 ? 機器人控制系統(tǒng)的組成如圖 414所示。 (1) 控制計算機：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機構(gòu) ，一般為微型機 ， 微處理器有 32位 、 64位等 ，如奔騰系列 CPU以及其他類型的 CPU。 (2) 示教盒： 設(shè)定示教機器人的工作軌跡和參數(shù)以及所有人機交互操作 ， 擁有自己獨立的CPU及存儲單元 ， 與主計算機之間以串行通信方式實現(xiàn)信息交互 。 ? (3) 操作面板 ：由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本操作功能。 ? (4) 存儲設(shè)備 ：存儲機器人工作程序的外圍存儲器，分為硬盤和軟盤兩大類。 ? (5) 數(shù)字和模擬量輸入輸出 ：各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出設(shè)備。 ? (6) 打印機接口 ：記錄需要輸出的各種信息。 ? (7) 傳感器接口 ：用于信息的自動檢測，實現(xiàn)機器人柔性控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。 (8) 軸控制器 ：完成機器人各關(guān)節(jié)位置 、 速度和加速度的控制 。 ? (9) 輔助控制設(shè)備：用于配合機器人工作的輔助控制設(shè)備，如手爪變位器等。 ? (10) 通信接口：實現(xiàn)機器人和其他設(shè)備的信息交換，一般分為串行接口和并行接口。 ? (11) 網(wǎng)絡(luò)接口：通過網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)更多擴展功能。 ? 2) 機器人的編程語言及其分類 ? 描述機器人運動的語言叫做機器人語言(Robot Language)。 ? 以機器人語言為線索，利用機器人語言對機器人編程，可實現(xiàn)對機器人及其周邊裝置的控制。機器人是一種在人與機器人之間記錄信號或交換信息的程序語言。 ? 從不同的方面考慮，機器人語言有多種分類方法，通常人們根據(jù)作業(yè)描述水平將其分為三級。 (1) 動作級。 動作級語言以機器人的運動作為描述的中心，由一系列命令組成，一般一個命令對應(yīng)一個動作，語言簡單，易于編程，其缺點是不能進行復(fù)雜的數(shù)學運算。 (2) 對象級 。 對象級語言是以描寫操作物之間的關(guān)系為中心的語言 。 (3) 任務(wù)級。 任務(wù)級語言是比較高級的機器人語言，這類語言允許使用者對工作任務(wù)要求達到的目標直接下命令，不需要規(guī)定機器人所做的每一個動作的細節(jié)，只要按某種原則給出最初的環(huán)境模型和最終的工作狀態(tài)，機器人即可自動進行推理計算，最后生成機器人的動作。 ?7．工業(yè)機器人的應(yīng)用 ? 1) 在摩托車行業(yè)中的應(yīng)用 ? 海南新大洲摩托車廠用 4臺弧焊機器人工作站完成新大洲 50系列摩托車的車架焊接。該生產(chǎn)線自 1998年 3月投入運行以來，運行良好，性能穩(wěn)定。 ? 南京金城機械有限公司在其 1257D車架的生產(chǎn)線上使用了 7臺機器人用于焊接和切割，提高了產(chǎn)品的一致性。 ? 2) 在電子、家電行業(yè)中的應(yīng)用 ? 機器人的應(yīng)用改變了韻聲集團八音琴全靠手工裝配的歷史，提高了企業(yè)形象，積累了經(jīng)驗，培養(yǎng)了人才，為企業(yè)的下一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 ? 3) 在石化行業(yè)中的應(yīng)用 ? 哈工大博實公司自主開發(fā)的 “ 自動包裝機器人碼垛生產(chǎn)線 ” 應(yīng)用于大慶石化公司 10萬噸 /年聚丙烯生產(chǎn)裝置， 全線實現(xiàn)了自動運行， 動作平穩(wěn)可靠，運行速度快，稱重精度高，縫口位置準確，碼垛垛形整齊。 ? 4) 在采礦業(yè)中的應(yīng)用 ? 采礦業(yè)是一種勞動條件相當惡劣的生產(chǎn)行業(yè)，根據(jù)井下作業(yè)的特殊條件和特點，機器人主要應(yīng)用在以下幾個方面： ? (1) 特殊煤層采掘機器人 ? 目前，一般煤礦都用綜合機械化采煤機采煤，但對于薄煤層這類特殊情況， ? 運用綜合機械化采煤機采煤就很不方便，有時甚至是不可能的，而人工采煤作業(yè)又十分艱苦和危險，但如果舍棄薄煤層，又會造成資源的極大浪費。因此， 采用遙控機器人進行特殊煤層的采掘是最佳的方法。 這種采掘機器人應(yīng)該能拿起各種工具，比如高速轉(zhuǎn)機、電動機和其它采爆器械等，并且能操作這些工具。這種機器人的肩部應(yīng)裝有強光源和視覺傳感器，這樣能及時將采區(qū)前方的情況傳 ? 送給操作人員。 (2) 鑿巖機器人 。 這種機器人可以利用傳感器來確定巷道的上緣 ， 這樣就可以自動瞄準巷道縫 ， 然后把鉆頭按規(guī)定的間隔布置好 ，鉆孔過程用微機控制 ， 隨時根據(jù)巖石硬度調(diào)整鉆頭的轉(zhuǎn)速 、 力的大小以及鉆孔的形狀 ，這樣可以大大提高生產(chǎn)率 ， 人只要在安全的地方監(jiān)視整個作業(yè)過程就行了 。 (3) 井下噴漿機器人 。井下噴漿作業(yè)是一項繁重且危害人體健康的作業(yè)，目前這種作業(yè)主要由人操作機械裝置來完成，缺陷很多。采用噴漿機器人不僅可以提高噴涂質(zhì)量，也可以將人從惡劣和繁重的作業(yè)環(huán)境中解放出來。 (4) 瓦斯、地壓檢測機器人。 瓦斯和沖擊地壓是井下作業(yè)中的兩個不安全的自然因素，一旦發(fā)生突然事故， 則相當危險， ? 后果十分嚴重。瓦斯和沖擊地壓在形成突發(fā)事故之前都會表現(xiàn)出種種跡象，如巖石破裂等。采用帶有專用新型傳感器的移動式機器人連續(xù)監(jiān)視采礦狀態(tài)，可以及早發(fā)現(xiàn)突發(fā)事故的先兆，采取相應(yīng)的預(yù)防措施。 ? 此外，在食品工業(yè)、核工業(yè)等行業(yè)中也已經(jīng)開始廣泛使用機器人來代替一些手工作業(yè)。 ? CAD/CAPP/CAM — 體化技術(shù) ? CAD/CAM基本概念 ? 從計算機科學的角度看，設(shè)計與制造過程是有關(guān)產(chǎn)品的信息產(chǎn)生、處理、交換和管理的過程。 CAD/CAM技術(shù)不是傳統(tǒng)設(shè)計、制造流程方法的簡單映像，也不會局限于在個別步驟或環(huán)節(jié)中部分使用計算機作為工具，它將計算機科學與工程領(lǐng)域的 專業(yè)技術(shù)以及人的 智慧和經(jīng)驗以現(xiàn)代的科學方法為指導(dǎo)結(jié)合起來，在設(shè)計、制造的全過程中各盡所長，盡可能地 利用計算機系統(tǒng)來完成那些重復(fù)性高、勞動量大、計算復(fù)雜以及單純靠人工難以完成的工作 ，輔助而非代替工程技術(shù)人員完成整個過程，以獲得最佳效果。 而廣義的CAD/CAM集成系統(tǒng)還應(yīng)包括生產(chǎn)規(guī)劃、管理、質(zhì)量控制等方面的功能。 ? 計算機輔助工藝設(shè)計 CAPP技術(shù) ? 1． CAPP基本概念 ? CAPP的開發(fā)、研制是從 20世紀 60年代末開始的，在制造自動化領(lǐng)域， CAPP的發(fā)展是最遲的。世界上最早研究 CAPP的國家是挪威，始于 1969年，并于 1969年正式推出世界上第一個 CAPP系統(tǒng) AUTOPROS； 1973年正式推出商品化的 AUTOPROS系統(tǒng)。 在 CAPP發(fā)展史上，具有里程碑意義的是 CAMI于 1976年推出的 CAMI?s Automated Process Planning系統(tǒng)，取每個單詞的首字母，稱其為CAPP系統(tǒng)。目前對 CAPP這個縮寫雖然還有不同的解釋， 但把 CAPP稱為計算機輔助工藝過程設(shè)計已經(jīng)成為公認的釋義。 CAPP(Computer Aided Process Planning，計算機輔助工藝過程設(shè)計 )的作用是利用計算機來進行零件加工工藝過程的制定， 把毛坯加工成工程圖紙上所要求的零件。它是通過向計算機輸入被加工零件的幾何信息(形狀、尺寸等 )和工藝信息 (材料、熱處理、批量等 )， 由計算機自動輸出零件的工藝路線和工序內(nèi)容等工藝文件的過程。 ? 由于計算機集成制造系統(tǒng) (Computer Integrated Manufacturing System， CIMS)的出現(xiàn)， CAPP上與計算機輔助設(shè)計 (Computer Aided Design， CAD)相接， 下與計算機輔助制造 (Computer Aided Manufacturing， CAM)相連，是連接設(shè)計與制造之間的橋梁。設(shè)計信息只能通過工藝設(shè)計才能生成制造信息，設(shè)計只能通過工藝設(shè)計才能實現(xiàn)功能和信息的集成。由此可見，CAPP在實現(xiàn)生產(chǎn)自動化中具有重要地位。 傳統(tǒng)上， 工藝設(shè)計應(yīng)由具有豐富生產(chǎn)經(jīng)驗的工程師負責 。作為一個好的工藝設(shè)計工程師 ? ，必須具有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗，熟知企業(yè)內(nèi)各種設(shè)備的使用情況，熟知企業(yè)內(nèi)的各種生產(chǎn)工藝方法，熟知企業(yè)內(nèi)各種與生產(chǎn)加工有關(guān)的規(guī)范，熟知與生產(chǎn)管理有關(guān)的各種規(guī)章制度，能與有關(guān)各方保持友好協(xié)作。 傳統(tǒng)的工藝設(shè)計都是由人工進行的，這就不可避免地存在以下一些缺點： ? (1) 對工藝設(shè)計人員要求高。 ? (2) 工作量大，效率低下。 ? (3) 無法利用 CAD的圖形和數(shù)據(jù)。 ? (4) 難以保證數(shù)據(jù)的準確性。 ? (5) 信息不能共享。 ?2． CAPP的功能 ? (1) 接受輸入或生成零件圖上的幾何及拓撲信息、工藝信息和測量信息； (2) 檢索標準工藝文件； (3) 選擇加工方法； (4) 安排加工路線； (5) 選擇機床、刀具、夾具等； (6) 選擇切削用量； ? (7) 計算切削參數(shù)、加工時間和監(jiān)工費用等； ? (8) 進行工藝流程的優(yōu)化及多工序、單工序切削用量的優(yōu)化； ? (9) 確定工序尺寸和公差，選擇毛坯等； ? (10) 繪制工序圖； ? (11) 產(chǎn)生刀具運動軌跡，自動進行 NC編程； ? (12) 模擬加工過程，顯示刀具的運動軌跡。 ?3． CAPP的結(jié)構(gòu)組成 ? CAPP系統(tǒng)的構(gòu)成與其開發(fā)環(huán)境、產(chǎn)品對象、規(guī)模大小有關(guān)。圖 415所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是根據(jù) CAD/CAPP/CAM集成的要求而擬定的，其基本模塊如下： ? (1) 控制模塊： ? 協(xié)調(diào)各模塊的運行，實現(xiàn)人機之間的信息交流，控制零件信息的獲取方式。 ? (2) 零件信息獲取模塊： ? 零件信息輸入可以有下列幾種方式：人工交互輸入，從 CAD系統(tǒng)直接獲取，來自集成環(huán)境下統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。 ? (3) 工藝過程設(shè)計模塊： ? 進行加工工藝過程的決策，生成工藝過程卡。 ? (4) 工序決策模塊： ? 生成工序卡。 ? (5) 工步?jīng)Q策模塊：生成工步卡并提供形成NC指令所需的刀位文件。 ? (6) NC加工指令生成模塊：根據(jù)刀位文件生成控制數(shù)控機床的 NC加工指令。 ? (7) 輸出模塊：可輸出工藝過程卡、工序和工步卡、工序圖等各類文檔，并可利用編輯工具對現(xiàn)有文件進行修改后得到所需的工藝文件。 ? (8) 加工過程動態(tài)仿真模塊：可檢查工藝過程及 NC指令的正確性。 圖 415 CAPP系統(tǒng)的構(gòu)成 ?4． CAPP的基礎(chǔ)技術(shù) ? (1) 成組技術(shù)。我國 CAPP系統(tǒng)的開發(fā)與成組技術(shù)密切相關(guān)，早期開發(fā)的 CAPP系統(tǒng)一般是以 GT為基礎(chǔ)的變異 CAPP系統(tǒng)。 ? (2) 零件信息的描述與獲取。 CAPP與 CAD、CAM一樣，其單元技術(shù)都是按照自己的特點而各自發(fā)展的。因此，即使在集成化、智能化的 CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中，零件信息的生成與獲取也是一項關(guān)鍵問題。 (3) 工藝設(shè)計決策機制 其核心為特征型面加工方法的選擇 ， 零件加工工序及工步的安排及組合 ， 故其主要的決策內(nèi)容如下： ① 工藝流程決策； ② 工序決策； ③ 工步?jīng)Q策； ④ 工藝參數(shù)決策 。 為保證工藝設(shè)計達到全局最優(yōu)化 ， 系統(tǒng)把這些內(nèi)容集成在一起 ， 進行綜合分析 、 動態(tài)優(yōu)化 、交叉設(shè)計 。 (4) 工藝知識的獲取及表示 工藝設(shè)計隨設(shè)計人員、資源條件、技術(shù)水平、工藝習慣而變。要使工藝設(shè)計在企業(yè)內(nèi)得到廣泛而有效的應(yīng)用，就應(yīng)總結(jié)出適應(yīng)本企業(yè)零件加工的典型工藝及工藝決策方法，按所開發(fā) CAPP系統(tǒng)的要求，用不同的形式表達這些經(jīng)驗及決策邏輯。 ? 5) 工序圖及其他文檔的自動生成。 ? (6) NC加工指令的自動生成及加工過程動態(tài)仿真。 ? (7) 工藝數(shù)據(jù)庫的建立。 ?5． CAPP系統(tǒng)的類型 ? (1) 派生式 CAPP系統(tǒng) (又稱為變異型 CAPP系統(tǒng) )。派生式 CAPP系統(tǒng)建立在成組技術(shù) (GT)的基礎(chǔ)上，其基本原理是零件的相似性，即相似零件有相似的工藝規(guī)程。 一個新零件的工藝規(guī)程是通過檢索系統(tǒng)中已有的相似零件的工藝規(guī)程并加以篩選或編輯而成的 。 計算機內(nèi)存儲的是一些標準工藝過程和標準工序 。 從設(shè)計角度看 ， 這種設(shè)計方法與常規(guī)工藝設(shè)計的類比設(shè)計相同 ， 即用計算機模擬人工設(shè)計的方式 ， 其繼承和應(yīng)用的是標準工藝 。 ? (2) 創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng) ? 創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng)的工藝規(guī)程是根據(jù)程序中所反映的決策邏輯和制造工程數(shù)據(jù)信息生成的，這些信息主要是有關(guān)各種加工方法的加工能力和對象、各種設(shè)備及刀具的適用范圍等一系列基本知識。工藝決策中的各種決策邏輯存入相對獨立的工藝知識庫中，供主程序調(diào)用。 ? 向創(chuàng)成式系統(tǒng)輸入待加工零件的信息后，系統(tǒng)能自動生成各種工藝規(guī)程文件，用戶不需