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浅谈工业机器人在自动化控制领域的应用
作者:    发布于:2019-11-07 08:19:45    文字:【】【】【
摘要:浅谈工业机器人在自动化控制领域的应用


浅谈工业机器人在自动化控制领域的应用

机器人技术综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多种学科,是一种高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。机器人的应用情况是一个国家工业自动化水平高低的重要标志。

工业机器人包括三大部分六个子系统,其中三大部分是指机械部分、传感部分和控制部分,六个子系统是指驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人―环境交互系统、人机交互系统和控制系统。一、工业机器人控制系统的特点与功能1.工业机器人控制系统的特点(1)机器人的控制与机构运动学和动力学密切相关,在各种坐标下都可对机器人手足状态进行描述,应根据需要对参考坐标系进行选择,并做适当的坐标变换。(2)即使一个较简单的机器人也需要3~5个自由度,比较复杂的机器人则需要十几个甚至几十个自由度,每一个自由度一般都包含一个协调的伺服机构,组成一个多变量控制系统。(3)由计算机来实现多个独立的伺服系统的协调控制其按照人的意志行动,甚至赋予机器人一定智能的任务。(4)描述机器人状态和运动的是一个非线性数学模型,随着状态的改变和外力的变化,其参数也随之变化,并且各变量之间还存在耦合,故只使用位置闭环是不够的,还必须采用速度甚至加速度闭环。(5)机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成,故存在一个“最优”的问题。对于较高级的机器人可采用人工智能的方法,利用计算机建立放大的信息库,借助信息库进行控制决策、管理和操作。2.工业机器人控制系统的主要功能(1)示教再现功能。其控制系统可以通过示教盒或手把手进行示教,将动作顺序、运动速度、位置等信息用一定的方法预先教给机器人,由机器人的记忆装置将所教的操作过程自动地纪录在存储器中,当需要再现操作时,重放存储器中的内容即可。(2)运动控制功能。可对机器人末端操作器的位姿、速度、加速度等项目经行控制。二、控制系统的组成与控制方式1.工业机器人控制系统的组成及其作用(1)控制计算机。它是控制系统的调度指挥机构,一般使用微型计算机或微处理器。(2)示教盒。其作用是完成示教机器人工作轨迹、参数设定和所有的人机交互操作,它拥有独立的CPU以及存储单元,以串行通信方式与主计算机实现信息交互。(3)传感器接口。它是用于信息的自动检测,实现机器人柔顺控制,一般为力觉、触觉和视觉传感器。(4)轴控制器。其作用是完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。(5)辅助设备控制。它用来控制和机器人配合的辅助设备。2.工业机器人的控制方式工业机器人有多种控制方式,按作业任务的不同,主要可分为四种。(1)点位控制方式。这种方式只对工业机器人末端执行器在作业空间中某些规定的离散点上位姿进行控制。在控制时,只要求工业机器人能够快速、准确地在相邻各点之间运动,对达到目标点的运动轨迹则不作任何规定。(2)连续轨迹控制方式。这种方式是对工业机器人末端执行器在作业空间中的位姿进行连续控制,要求严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动,而且速度可控、轨迹光滑,运动平稳,以完成作业任务。(3)力(力矩)控制方式。在进行装配、抓放物体等工作时,除了要求准确定位之外,还要求所使用的力或力矩必须合适,这时须要使用力(力矩)伺服方式。(4)智能控制方式 。其智能控制是通过传感器获得周围环境的知识,并根据自身内部的知识库作出相应的决策。采用智能控制技术,使机器人具有较强的环境适应性及自学习能力。三、机器人的应用领域工业机器人最早应用于汽车制造工业行业,随着工业机器人应用范围的延伸和扩大,现在已可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作和代替人完成繁重、单调的重复劳动。换言之,主要应用于三个方面:恶劣工作环境及危险工作;特殊作业场合和极限作业;自动化生产领域。具体有:(1)焊接机器人。这种机器人广泛应用于汽车制造厂承重大梁和车身结构的焊接。(2)材料搬运机器人。用于上下料、码垛、卸货以及抓取零件定向等作业。(3)检测。包括:确认零件尺寸是否在允许的公差内;控制零件按质量分类。(4)装配机器人。装配是一个比较复杂的作业过程,装配机器人上有许多传感器,如接触传感器、视觉传感器、接近传感器和听觉传感器等。(5)喷漆和喷涂。在进行三维表面喷漆和喷涂作业时,至少要有五个自由度。在大件上作业时,往往把机器人装在一个导轨上,以便行走。


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