装配机器人及相关技术发展-

论文导读：
【摘　要】　本文主要分析了装配机器人在工业生产中的重要性,由此阐述了装配机器人的基本构成,主要类型,它的关键技术,国内外的发展现状以及未来摘自：学术论文翻译www.7ctime.com
的发展趋势等.系统扼要的对装配机器人的相关技术做一概括.
【关键词】　装配机器人；结构；分类；关键技术；发展
装配是产品生产的后续工序，在制造业中占有重要地位，在人力、物力、财力消耗中占有很大比例，作为一项新兴的工业技术，机器人装配应运而生。装配机器人是工业生产中，用于装配生产线上对零件或部件进行装配的工业机器人，它属于高、精、尖的机电一体化产品，它是集光学、机械、微电子、自动控制和通讯技术于一体的高科技产品，具有很高的功能和附加值。
装配机器人在机器人应用各领域中只占很小的份额。究其原因，一方面是由于装配操作本身比焊接、喷涂、搬运等复杂；另一方面，机器人装配技术目前还存在一些亟待解决的问题。如：对装配环境要求高，装配效率低，缺乏感知与自适应的控制能力，难以完成变动环境中的复杂装配，对于机器人的精度要求较高，否则经常出现装不上或“卡死”现象。尽管存在上述问题，但由于装配所具有的重要意义，装配领域将是未来机器人技术发展的焦点之一。其重要性在机器人应用中将跃居第一位。

一、装配机器人的基本组成

（一）装配机器人的结构组成：装配机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部。大多数装配机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用于使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
带有传感器的装配机器人可以更好地顺应对象物进行柔软的操作。装配机器人经常使用的传感器有视觉传感器，触觉传感器，接近觉传感器和力传感器等。视觉传感器主要用于零件或工件的位置补偿，零件的判别、确认等。触觉和接近觉传感器一般固定在指端，用来补偿零件或工件的位置误差，防止碰撞等。力传感器一般装在碗部，用来检测腕部受力情况，一般在精密装配或去飞边一类需要力控制的作业中使用。
（二）装配机器人的分类：工业机器人按作用对象不同，分为水下机器人，装配机器人，弧焊机器人，点焊机器人，喷漆机器人，铆接机器人等。装配机器人从适应的环境不同，又分为普及型装配机器人和精密型装配机器人；根据臂部的运动形式不同，分为直角坐标型装配机器人，垂直多关节型装配机器人和平面关节型（SCARA）装配机器人。
直角坐标型装配机器人,其结构在目前的产业机器人中是最简单的。它具有操作简便的优点，被用于零部件的移送、简单的插入、旋拧等作业。在机构方面，大部分装备了球形螺丝和伺服电动机，具有可自动编程，速度快、精度高等特点。
垂直多关节型装配机器人，大多具有6个自由度，这样可以在空间上的任意一点，确定任意姿势。因此，这种类型的机器人所面向的往往是在三维空间的任意位置和姿势的作业。
平面关节型（SCARA）装配机器人，是由山梨大学工学部精密工学研究所开发完成的，可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作，适合于工厂柔性自动化生产的需求。由于这种机器人所具有的各种特性符合用户的需求，因此需求量迅速上升。
（三）装配机器人的关键技术：1、装配机器人的精确定位：装配机器人运动系统的定位精度由机械系统静态运动精度（几何误差、热和载荷变形误差）和机电系统高频响应的暂态特性（过渡过程）所决定，其中静态精度取决于设备的制造精度和机械运动形式，动态响应取决于外部跟踪信号、系统固有的开环动态特性、所采用的减振方法（阻尼）和控制器的调节作用。2、检测传感技术：检测传感技术的关键是传感器技术，它主要用于检测机器人系统中自身与作业对象、作业环境的状态，向控制器提供信息以决定系统动作。传感器精度、灵敏度和可靠性很大程度决定了系统性能的好坏。3、装配机器人控制器的研制：装配机器人的伺服控制模块是整个系统的基础，它的特点是实现了机器人操作空间力和位置混合伺服控制，实现了高精度的位置控制、静态力控制，并且具有良好的动态力控制性能。伺服模块之上的局部自由控制模块相对独立于监督控制模块，它能完成精密的插圆孔、方孔等较为复杂的装配作业。监督控制模块是整个系统的核心和灵魂。4、装配机器人的图形仿真技术：对于复杂装配作业，示教编程方法效率往往不高，如果能直接把机器人控制器与CAD系统相链接，则能利用数据库中与装配作业有关的信息对机器人进行离线编程，使机器人在结构环境下的编程具有很大的灵活性。另一方面，如果将机器人控制器与图形仿真系统相连，则可离线对机器人装配作业进行动画仿真，从而验证装配程序的正确性、可执行性及合理性，为机器人作业编程和调试带来直观的视觉效果。5、装配机器人柔顺手腕的研制：通常而言，通用机器人均可用于装配操作，利用机器人固有的结构柔性，可以对装配操作中的运动误差进行修正。通过对影响机器人刚度的各种变量进行分析，并通过调整机器人本身的结构参数来获得期望的机器人末端刚度，以满足装配操作对机器人柔顺性要求。但在装配机器人中采用柔性操作手爪则能更好地取得装配操作所需的柔顺性，由于装配操作对机器人精度、速度和柔顺性等性能要求较高。所以有必要设计专门用于装配作业的柔顺手腕，利用柔顺手腕是实际装配操作中使用最多的柔顺环节。

二、国内发展现状

经过多年来的研究与开发，我国在装配机器人方面有了很大的进步。目前在装配机器人研制方面,基本掌握了机构设计制造技术，解决了控制、驱动系统设计和配置、软件设计和编制等关键技术，还掌握了自动化装配线及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术，在基础元器件方面，谐波减速器、六轴力传感器、运动控制器等也有了突破。我国已研制出精密型装配和实用型装配机器人，如广东吊扇电机机器人自动装配线，以及自动导引汽车发动机装配线，精密机芯机器人自动装配线等机器人示范应用工程。

三、装配机器人的发展趋势

目前机器人领域正在加大科研力度，进论文导读：重比，同时机构进一步向着模块化、可重构方向发展。采用高扭矩低速电机直接驱动减小关节惯性，实现高速、精密、大负载及高可靠性。装配机器人的一个目标是实现工作自主，因此要利用知识规划，专家系统等人工智能研究领域成果，开发出智能型自主移动装配机器人，能在各种装配工作站工作。多机器人之间的协作，同一机器人双臂的协作，
行装配机器人共性技术及关键技术的研究，并朝着智能化和多样化的方向发展。装配机器人操作机从结构上探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比，同时机构进一步向着模块化、可重构方向发展。采用高扭矩低速电机直接驱动减小关节惯性，实现高速、精密、大负载及高可靠性。装配机器人的一个目标是实现工作自主，因此要利用知识规划，专家系统等人工智能研究领域成果，开发出智能型自主移动装配机器人，能在各种装配工作站工作。多机器人之间的协作，同一机器人双臂的协作，甚至人与机器人的协作，这些对于重型或精密装配任务非常重要。
（作者单位：辽宁装备制造职业技术学院机械工程系）