上上周科技界發(fā)生了一件震驚世界的大事,，谷歌開發(fā)的人工智能機器人Alpha Go以壓倒性優(yōu)勢戰(zhàn)勝了世界圍棋冠軍李世石,。這場驚世駭俗的對弈中,，人工智能機器人再次刷新了人們的認(rèn)知觀！

　　如今,，機器人與人工智能已不再停留在暢想階段,，它們正成為產(chǎn)業(yè)新風(fēng)口,，掀起新一輪技術(shù)創(chuàng)新浪潮,。

　　工業(yè)機器人作為工業(yè)4.0的重要組成部分，在這波浪潮中,，也是備受關(guān)注,。工業(yè)機器人是工廠自動化的一部分，現(xiàn)在隨著人工成本增加,，工業(yè)機器人越來越多地出現(xiàn)在了工廠中,，尤其是制造廠。金屬加工小編在此找到關(guān)于工業(yè)機器人的具體定義,、組成,、分類及其在機床行業(yè)的應(yīng)用等分析，特此分享給大家,！

工業(yè)機器人的定義

　　1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對工業(yè)機器人的定義：一種具有自動控制操作和移動功能的,、能完成各種作業(yè)的編程操作機。

　　通俗的說法就是：工業(yè)機器人是能模仿人體某些器官的功能（主要是動作功能）,、有獨立的控制系統(tǒng),、可以改變工作程序和編程的多用途自動操作裝置。

　　因此,，實際上具有機械手換刀功能的加工中心也是廣義上的工業(yè)機器人,，也可說工業(yè)機器人是一種廣義的數(shù)控機床。

工業(yè)機器人的組成

　　工業(yè)機器人由控制系統(tǒng),、本體,、執(zhí)行機構(gòu)、檢測系統(tǒng)及示教盒等組成,。

1. 控制系統(tǒng)

　　如圖1所示,，控制系統(tǒng)一般由控制計算機和伺服控制器組成?？刂朴嬎銠C發(fā)出指令,，協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動之間的運動，同時還要完成編程,、示教/再現(xiàn)以及和其他環(huán)境狀態(tài)（傳感器信息）,、工藝要求及外部相關(guān)設(shè)備（如電焊機）之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。伺服控制各個關(guān)節(jié)驅(qū)動器,，使各桿按一定的速度,、加速度和位置要求進(jìn)行運動,，從而使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作。

2. 工業(yè)機器人本體

　　工業(yè)機器人的本體如圖2所示,。

3. 執(zhí)行機構(gòu)

　　工業(yè)機器人通過執(zhí)行機構(gòu)來完成規(guī)定的動作,，通常執(zhí)行機構(gòu)有以下幾個部分：

　　（1）手部,。手部是工業(yè)機器人用來握持工件或工具的部位,，直接與工件或工具接觸。有些工業(yè)機器人直接將工具（ 如電焊槍,、油漆噴槍及容器等）固定在手部,，不再另外安裝手部。

　?。?）腕部,。腕部是將手部和臂部聯(lián)接在一起的部件。它的作用是調(diào)整手部的方位和姿態(tài),，并可擴大臂部的活動范圍,。

　　（3）臂部,。臂部支承著腕部和手部,，使手部活動的范圍擴大。無論是手部,、腕部或是臂部都有許多孔,，孔內(nèi)有軸，軸和孔之間形成一個關(guān)節(jié),，機器人有一個關(guān)節(jié)就有了一個自由度,。

4. 檢測系統(tǒng)

　　檢測系統(tǒng)主要用來檢測自己的執(zhí)行系統(tǒng)所處的位置、姿勢,，并將這些情況及時反饋給控制系統(tǒng),，控制系統(tǒng)根據(jù)這個反饋信息再發(fā)出調(diào)整動作的信號，使執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)一步動作,，從而使執(zhí)行系統(tǒng)的精度到達(dá)規(guī)定的位置和姿勢,。

5. 示教盒

　　如圖3所示，操作者通過示教盒進(jìn)行手動示教,，控制機器人到達(dá)不同位姿,，并記錄各個位姿點坐標(biāo)，利用機器人語言進(jìn)行在線編程,，實現(xiàn)程序再現(xiàn),，讓機器人執(zhí)行程序要求的軌跡運動。

工業(yè)機器人的分類

　　工業(yè)機器人常按以下方式分類：

1. 按幾何結(jié)構(gòu)來分類

　　（1）串聯(lián)機器人,。直角坐標(biāo)機器人（見圖4）：這一類機器人其手部空間位置的改變,，通過沿3個互相垂直的軸線移動來實現(xiàn)，即沿著X軸的縱向移動,、沿著Y軸的橫向移動和沿著Z軸的升降,。

　　柱面坐標(biāo)機器人（見圖5）：

　　手臂可伸縮（沿r方向）；滑動架（托板）可沿柱上下移動（Z軸方向）,；水平臂和滑動架組合件可作為基座上的一個整體而旋轉(zhuǎn)（繞Z軸）,。一般不允許旋轉(zhuǎn)360°，這是因為有液壓,、電氣或氣動聯(lián)結(jié)機構(gòu)或連線造成的約束,。

　　球面坐標(biāo)機器人（見圖6）：

　　球面坐標(biāo)機器人采用球坐標(biāo)系,，用一個滑動關(guān)節(jié)和兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的位置,，再用一個附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)確定部件的姿態(tài)。

　　關(guān)節(jié)坐標(biāo)機器人（見圖7）：

　　關(guān)節(jié)機器人的關(guān)節(jié)全部都是旋轉(zhuǎn)的,，類似于人的手臂,，主要由立柱、前臂和后臂組成,。

　?。?） 并聯(lián)機器人（ 見圖8）。并聯(lián)機器人可以定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相聯(lián)接,，機構(gòu)具有兩個或兩個以上自由度,，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機器人。

2. 按驅(qū)動形式來分類

　　按驅(qū)動形式來分,， 可以分為氣壓驅(qū)動,、液壓驅(qū)動及電驅(qū)動（步進(jìn)驅(qū)動、直流伺服驅(qū)動與交流伺服驅(qū)動）等形式,。

3. 按用途來分類

　　按用途來分,， 工業(yè)機器人可分為焊接機器人、搬運機器人（ 上下料機器人） ,、裝配機器人,、噴涂機器人、機械加工機器人與碼垛工業(yè)機器人等,。

　?。?） 焊接機器人（ 見圖9）。焊接機器人是工業(yè)機器人應(yīng)用最為廣泛的一種類型,。

（2）上下料機器人（見圖10）,。目前，我國大部分生產(chǎn)線上的機床裝卸工件仍由人工完成， 其勞動強度大,， 生產(chǎn)效率低,，而且具有一定的危險性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢,，為提高工作效率,，降低成本，并使生產(chǎn)線發(fā)展為柔性生產(chǎn)系統(tǒng),，應(yīng)現(xiàn)代機械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求,，越來越多的企業(yè)已經(jīng)開始利用工業(yè)機器人進(jìn)行上下料了。

　?。?） 噴涂機器人（ 見圖11）,。噴涂機器人能在惡劣環(huán)境下連續(xù)工作，并具有工作靈活,、工作精度高等特點,，因此噴漆機器人被廣泛應(yīng)用于汽車、大型結(jié)構(gòu)件等噴漆生產(chǎn)線,，以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量,，提高生產(chǎn)效率，減輕操作人員勞動強度,。

　?。?） 裝配機器人（ 見圖12）。隨著機器人智能程度的提高,，使得它可對復(fù)雜產(chǎn)品如汽車發(fā)動機,、電動機等進(jìn)行自動裝配，并可大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率,。

　?。?）機械加工工業(yè)機器人（見圖13）。機械加工機器人是指具有機械加工能力的工業(yè)機器人,。

（6）碼垛工業(yè)機器人（見圖14）,。碼垛工業(yè)機器人主要用于工業(yè)碼垛。

工業(yè)機器人與數(shù)控加工的集成

　　工業(yè)機器人與數(shù)控加工的集成主要集中在兩個方面：一是工業(yè)機器人與數(shù)控機床集成為工作站,；二是工業(yè)機器人具有加工能力,，即機械加工工業(yè)機器人。

 1. 工業(yè)機器人與數(shù)控機床集成為工作站

　　工業(yè)機器人與數(shù)控機床的集成主要應(yīng)用在柔性制造單元（F M C） 或柔性制造系統(tǒng)（FMS） 中,，圖15所示加工中心上的工件,，由機器人來裝卸，加工完畢的工件與毛坯放在傳送帶上,。當(dāng)然,，也有不用傳送帶的,，如圖16所示，所用到的工業(yè)機器人一般為上下料機器人,，其編程較為簡單,，只要示教編程后再現(xiàn)就可以了。但工業(yè)機器人與數(shù)控機床各有獨立的控制系統(tǒng),，機器人與數(shù)控機床,、傳送帶之間都要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

　　圖17所示為某工作站的數(shù)據(jù)通信關(guān)系圖,，LD上料工位通過Asi總線連接滾道上的傳感器和執(zhí)行元件,，數(shù)控機床與LD通過硬件FIELD I/O模塊與FANUC ROBOT通信。

　?。?）硬件,。①MC（加工中心）的I/O通過點對點接入FIELDI/O模塊，與LD通過PROFIBUSDP總線通信,。②ROBOT（工業(yè)機器人）與LD通過PROFIBUSDP總線通信,。③滾道附件（傳感器和氣缸等執(zhí)行元件）通過Asi總線接入LD。④MC與ROBOT通信通過LD中轉(zhuǎn)實現(xiàn),。

　　MC與ROBOT的通信是通過LD來中轉(zhuǎn)的,，所以它們之間的接口由兩部分內(nèi)容構(gòu)成：LD與MC的接口,；LD與ROBOT的接口,，傳遞關(guān)系如圖18所示。

　?。?）接口信號,。MC到LD的接口部分信號：①機床狀態(tài)：有無報警、緊停,。②機床運行方式選擇：手動,、自動及空運轉(zhuǎn)。③上下料的狀態(tài)：使能上下料狀態(tài),、上下料請求,、機床門打開、工件夾具狀態(tài)及機床內(nèi)有無工件的記憶狀態(tài),。④機器人的手動操作,，如回零、去維修位和機器人夾爪的手動操作,。⑤工件類型選擇等,。

　　LD到MC的接口信號：①機器人和滾道狀態(tài)：無報警、運行狀態(tài)準(zhǔn)備好,。②運行模式,、自動狀態(tài)。③ 位置狀態(tài)： 機器人在HOME位置、REPAIR位置,。④工作完成狀態(tài)：上下料完成狀態(tài),、機器人夾爪狀態(tài)。⑤工件狀態(tài)：滾道上下料位置有無工件,、滾道上下料托盤位置狀態(tài),、工件在機器人夾爪上等。

　　LD到ROBOT的接口信號：?、贆C器人標(biāo)準(zhǔn)輸入信號,。②運行模式：空運轉(zhuǎn)、自動等,。③上下料條件：機床工件托盤上有無工件,、滾道上下料位置有無工件、滾道上下料托盤位置狀態(tài),、MC上料門打開,。④來自于MC的機器人手動操作，打開,、關(guān)閉夾爪,。

　　ROBOT到LD的接口信號：①機器人標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。②機器人位置狀態(tài)：機器人在HOME位置,、REPAIR位置,。③工作完成狀態(tài)：上下料完成狀態(tài)、機器人夾爪狀態(tài),。④機器人報警狀態(tài)等,。

2. 機械加工工業(yè)機器人

　　這類機器人具有加工能力，本身具有加工工具,， 比如刀具等,，刀具的運動是由工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)控制的。主要用于切割（見圖19）,、去毛刺（見圖20）,、拋光與雕刻等輕型加工，這樣的加工比較復(fù)雜,，一般采用離線編程來完成,。這類工業(yè)機器人有的已經(jīng)具有了加工中心的某些特性，如刀庫等,。圖21所示的雕刻工業(yè)機器人的刀庫如圖22所示,，這類工業(yè)機器人的機械加工能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于數(shù)控機床的，因為剛度,、強度等都沒有數(shù)控機床好,。

作者：威海職業(yè)學(xué)院教授　韓鴻鸞