机器人自动

机器人自动（通用11篇）

机器人自动 篇1

以色列耶路撒冷的哈大沙大学医疗中心近日研究出可代替医生自动识别患者肺部完成插管的机器人装置。这款名为Guide IN Tube的自动插管机器人 (如图1所示) 将于2014年开始临床试验。

插管法是在肺部放入塑料管道帮助被麻醉或危重患者正常呼吸的医疗方法。现行的操作程序需要内科医生在气管与食管中做出选择, 这2个小洞极为相似。如果不能正确地识别而插入, 会导致患者死亡。插管法如在野外军事行动中或当有异物阻塞气道的情况下进行会更加麻烦。在美国, 每年大约要进行2 000万次插管治疗, 但是有260万次都有视线不清的困难存在, 医生常常难以判断插管的路径, 自动插管机器人可以帮助医生解决这一问题。

自动插管机器人的工作流程是:医生首先把信号发射器放在贴近患者喉咙的皮肤处, 把气管照亮, 装在管子上的传感器自动识别红外线并引导管子进入患者肺部。这项装置在哈大沙医疗中心的死尸上已获得成功测试, 并将在特拉维夫的生物医学大会上展示。

目前, 该项研究遇到的质疑主要来自一些有经验的内科医生, 他们认为这项技术在正常情况下是没有问题的, 但在声带损坏、牙齿破损甚至更严重的情况下能否有效开展并不造成更大的伤害还需进一步的完善和简化。

机器人自动 篇2

“你的房间怎么又乱了?”

“你的书桌怎么又乱了?”

“你的书包怎么又乱了?”

相信大家肯定都有跟我一样的一个烦恼――东西乱了，不好整理。所以我想发明一台自动整理机器人。

这台机器人，首先肯定要可以自己分辨东西，归于哪一类?比如说:铅笔、本子可以自动归为文具类;白菜、苹果可以归为蔬果类;丢掉的纸屑、废品可以归为垃圾类……以此类推。

其次，这台机器人要有主动性，我们如果一不小心把东西弄乱了，机器人会主动把弄乱的东西整理好，让我们的环境，随时随地都可以保持干净、整洁。

我们经常都会忘记东西被自己收到了哪里，更不用说这是机器人收拾的，如果我们忘了东西在哪里怎么办呢?不用担心，人的记性有限，我的.机器人的记性，可没有限。

机器人会把它收拾的每一样东西都记录在自己的记忆芯片里，如果我们需要用到一样东西时只需要告诉机器人一声，你要的东西就会立刻到手。

如果机器人发生故障，那可就糟糕了。不过别着急自动整理机器人的机体即使坏了，他的内部芯片也会完好无损的移植到下一任机器人身上。或者化作一张图纸记录下你的每一样东西要放在哪里，这样让使用它的人们就可以更加安心了。

自动整理机器人，不仅可以整理有用的东西，没有用的东西，机器人还可以变废为宝，制作出更好的东西来，如果实在没有用处怎么办呢?没关系，机器人可以自己把东西销毁，不会造成任何污染，让环境依旧干净，整洁。

机器人自动化研究前景及进展探究 篇3

关键词：机器人;自动化;发展前景

我国机器人学研究起步较晚，但进步较快。已经在工业机器人、特种机器人和智能机器人各个方面区的了明显的成就。近年来我国的机器人自动化技术也取得了长足的发展，但是与世界发达国家相比，还有一定的差距，如可靠性低于国外产品;机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。目前，我国已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离。当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术。对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。

1.工业机器人的研究趋势

目前，国外机器人技术正在向智能机器和智能系统的方向发展，其现状及发展趋势主要体现在以下几个方面：工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构;大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。

2.工业机器人研究进展分析

2.1国内机器人研究进展

针对现有的车辆在崎岖的丘陵山区作业时出现的地面适应性差，由中国农业大学研制的仿地形车辆，车轮易打滑，附着力不足等问题，根据路况较差的特殊的工作环境，采用底盘多自由度大变形的方法，研制出具有8轮驱动全地形仿形车辆，该车辆采用地面仿形原理，底盘具有5个自由度，在崎岖地形行驶能够根据地形变化而变形，实时适应地形环境。该全地形车能够保证车轮与地面附着力，克服一般车辆地形适应性差，车轮易打滑等问题很好的解决了越障问题。北京航空航天大学研制的一种车轮直径可变的月球探测车，由装在轮毂内的电机驱动车轮收缩和张开，车轮直径变化范围为200～390mm。月球探测车的车轮直径可以依据所通过的路面状况由车载系统控制张开或收缩，具有机构紧凑、越障能力强和地形适应性好等特点。北京航空航天大学大学研制模块化的可重组履带机构，目的在于解决履带机器人的通用性、地形适应性、便携和微小化问题，得到一个几者之间兼顾的最佳解决方案. 模块化履带机构的运动性较为稳定其中三节稳定性最好，而且比较灵活，越障能力也较强，控制协调也较简单，因此具有较强的实用性。

2.2国外机器人研究进展

InuKtun公司研制了机器人MicroVGTV，机身可变位，采用电缆控制，含有直视的彩色摄像头，并带有微型话筒和扬声器，可穿越困难地形以向被困者发出双路音频，可用于与压在废墟中的幸存者通话，适用于在小的孔洞和空间中执行任务。由日本东京电子信息大学研制的HANZO机器人，克服了传统轮系越障高度不能高于其轮径的缺点，具有自动变臂功能。该机器人采用无线控制，具有五种变臂模式，能够较强适应复杂环境，该系统采用PID调节，相比传统机器人它有更高的自由度和较强的越障能力。由日本研制的轮腿混合机器人能够实现轮径可变以增强其越障功能，克服了传统轮腿模式的瓶颈，同时具有轮系和腿系运动结构的优点，能够应用于更加复杂的地面环境，增强了其应用范围，并且可以在其结构上安装一些传感器以应用于搜索和救灾

领域。

3.机器人发展前景分析

在日常生活中，机器人身影也悄然出现。目前，出自机器人“奥特曼”之手的“奥式削面”已经悄然面世。“奥式削面”可根据顾客喜好调节面条薄厚，很多顾客在食用后，都对这个“削面师傅”竖起大拇指。从微观生活到规模化操作，机器人正在渗入人类生活中的细枝末节一场可以预见的“机器人代工”时代必将到来，拥有13亿人口的中国又将如何应对？但作为世界第一的劳动力大国，中国应该预见到这种发展趋势。从全球来看，家电生产、汽车制造中已经基本实现机器人作业。而在石油勘探、化工制造以及核电站等危险环境下，则更需要机器人尽快投入使用。资料显示，上世纪60年代末以来，机器人开始进入工业领域。从目前看，全世界60%的机器人出自日本，尤其是高端机器人。作为机器人新兴市场的中国、东南亚、印度等国家和地区也出现显著增长。近年来，工业机器人的应用领域正向电子信息产业以及建筑、采矿等领域延伸。专家预计，未来工业机器人年均增速有望达到25%左右，用于物流、搬运的移动机器人每年增幅将不低于20%。机器人将成为未来市场炙手可热的领域，世界各国都在抢占先机，以期赢在“第一起跑线”。此前有媒体报道说，日本打算在2020年用机器人逐步替代工资高昂的劳工，以占据价格优势。中国潜在的巨大市场需求也初露端倪。资料显示，随着中国制造业的发展，特别是作为工业机器人主要应用领域的汽车及汽车零部件制造业的发展，工业机器人的装配量将会快速增长。

参考文献：

[1]邓成良，可用于生产线的工业机器人研究[J]，科技创新导报2012

自动搬运机器人 篇4

木块运送到达库房时, 应能堆放到库房档板20cm线以内;如果不能全部运入库房, 记录木块距离20cm线的最大距离, 根据此距离将分档扣分。用秒表记录整个搬运时间。

发挥部分:自动记录、显示每一次往返的时间 (记录显示装置要求安装在机器人上) 和总的行驶时间。

木块运送到达终点库房时, 应能够整齐排列堆放到库房挡板10cm线以内, 3个木块的左右边线应尽量对齐, 记录偏差尺寸。

一、系统设计

1.主控制器及行进电机控制电路的设计

由于设计系统中所需采集的数据数量较少, 因此采用STC89C52单片机作为主控制器的芯片。电机控制电路主要采用L298N驱动芯片。工作中, 将单片机四个输入输出I/O口提供的信号送到L298N的控制端, 改变控制信号的占空比和极性就能实现控制小车的速度和方向。电路如图1所示。

2.感知部分的设计

设计系统中, 车身上安装的7个红外避障传感器 (车身右侧中下部安装一个, 中上部两侧各安装一个, 车头前面安装两个, 车头左右各安装一个) 和机械手上安装的一个RPR220光电对管组成感知部分 (见图2) 。

3.机械手电路的设计

为使机械手抓取木块动作准确、可靠, 在机械手设计中选用了三台电机, 其中两个步进电机分别控制机械手指左右张角和机械手抬起, 舵机控制机械手左右偏移角度。当抓取木块时, 首先机械手张角缩小使其抓住木块, 再由另一个步进电机控制机械手将木块抬起。当机器人进入仓库放下木块时, 舵机将控制木块的左右摆放顺序。

工作中, 利用两个ULN2003驱动芯片分别为两个步进电机提供驱动电流。主控制器单片机需为ULN2003驱动端提供频率和方向不同的脉冲信号, 实现控制步进电机的转速和转向。舵机的控制不需要专用驱动芯片, 只需单片机给其信号即可实现控制。电路如图3。

二、工作原理

在位置1处, 小车 (机器人) 开始倒车行进。如果没有探测到木块则从位置1向位置2方向不断运动, 一旦右侧传感器探测到木块即小车到达位置2, 小车将右转直至车体前面两个传感器同时探测到木块, 证明小车左右正对准木块, 小车前进。当机械手臂抓取部分传感器探测到木块经控制器单片机数据处理、判断前后正对准木块时停车, 并抓取木块,

然后左转一定角度后前进。当小车右侧寻仓库传感器探测到仓库即小车到达位置1和3之间时, 小车右转一定角度后, 通过小车左右两端的传感器检测, 控制器单片机数据处理、判断保证小车沿直线进入仓库, 当车前面的两个传感器探测到车库两侧的墙时停车, 卸下木块, 再倒车返回位置1附近后重复上述动作, 再将另外两个木块运送进仓库。实物图见题图。

三、软件设计

依据任务要求, 编制系统的工作程序流程图 (见图5) , 程序利用C语言编写实现。

四、系统测试

1.测试仪器

秒表、梯形尺、三角尺等。

2.测试方法

当小车开始运动时计时, 每运完一只木块记录一次时间, 最后累计三只木块搬运时间和。最后, 和小车上液晶显示的单次和总时间进行对比, 并用梯形尺和三角尺测量木块最后点距离十厘米库区线的距离, 即判断木块是否完全进入十厘米库区内。

3.测试数据

测试结果表明 (见表1) , 小车不但完成了基本任务, 还达到了发挥部分的要求。

4.误差分析

木块搬运进入库区程度和小车行进时间有所不同, 究其原因是小车有时并不能完全直线行走, 略微有点跑偏, 导致小车行走路线并不完全一致, 当探测到木块或者仓库时, 纠正方向的时间和进库的角度都略微有一定变化, 经分析小车跑偏原因可能有三个:

1) 小车的两个轮子的齿轮磨合程度有差异, 车轮外径有误差, 导致直线运动时两轮的线速度有差异。

2) 因为小车上装置比较多, 重心不在中心, 两个轮子负载不同, 导致小车跑偏。

3) 由于小车测试时震动颠簸, 各个连接线接口瞬间接触不良导致两个驱动电机供电不同。

五、设计总结

本作品以STC89C52单片机为核心部件, 以各个功能部分的传感器的反馈信号为依据, 配合一套完整的程序, 实现了小车对木块和车库的精确定位, 进而实现将木块搬运进库。在设计中我们尽量采用低功耗器件, 力求硬件电路的经济性和精简性, 充分发挥软件控制灵活方便的特点, 来满足设计要求, 并最终完成任务要求。

机器人自动 篇5

【展会时间】：2012年05月22/日-05月25日

【展会地点】：欧洲/德国 慕尼黑国际展览中心

【举办周期】：两年一届 第五届

【主办单位】：德国慕尼黑展览集团有限公司

【中国组展】：北京利德昌国际展览有限公司

【开放情况】：只对专业人员开放, 最后一天对专业人员和非专业人员开放

【展会概况】：

慕尼黑国际机器人及自动化技术贸易博览会（AUTOMATICA）是一个国际性的贸易展会，将世界各地的机器人自动化领域的人们聚集在一起。从2004年开始展会每两年在慕尼黑举办一次。展会旨在展示整个机器人自动化行业附加值产业链。展会由德国机械制造协会机器人与自动化部倾力赞助和支持，展会参展商、观众数据由会展自控统计社（FKM）公证，展会经“UFI 认证”的国际性展会，资质证书由全球展览行业协会颁发。

【上届回顾】：

2010年慕尼黑国际机器人及自动化技术贸易博览会展出面积31277平米，共有分别来自32个国家的859多家展商和地区的代表团参展，为展会的成功举办奠定了基础。展会占据了慕尼黑展览中心6个展馆。为期四天的展会，共接待专业观众32557人次。经现场问卷调查数据显示，93%的展商表示对展会期间所收集的客户信息以及与客户的商业交流在数据上和质量上都非常满意。

【展品范围】：

装配和控制技术；安装台/安装设备；存储，整理，分选，供给；链接，运输；组合，装配；标识技术； 测量，检验；基础部件/结构部件；工位系统/工位装备。

机器人技术；制造商；系统集成商；部件。

工业制图，视觉系统，经销商及零部件生产商。

定位系统；驱动技术；传感技术；控制技术；劳动安全技术；供给技术。

软件；服务项目和服务人员；科研与工艺。

展览会中国区报名处：

——德国展览联盟(北京)有限公司

地址：北京市海淀区永定路88号长银大厦12B13邮编：100039

联系人：赵 飞刘小愉手机：***

机器人自动 篇6

此研究报告刊登在《农业工程学报》2011年第3期，题为“基于机器视觉的果肉多类型异物识别方法”，第一作者为华南理工大学机械与汽车工程学院全燕鸣教授。

我国是水果生产与消费大国，我国水果不但品种丰富，而且以水果为原料的食品如罐头、果冻等加工产业也颇具规模。然而，在水果果料的加工过程中可能会不经意地混入诸如毛发、纤维丝、纸屑、金属、油漆等异物，从而对产品质量和消费者心理造成不良影响。目前大多数食品生产企业还是采用人工裸眼检测加工过程中在制品是否沾染异物，存在效率低、漏检率高、劳动量大等缺点。随着提高产品质量的要求和劳动力成本日益升高的形势，企业迫切希望应用机器视觉技术实现工业生产自动化检测。但是在农产品质量和食品加工质量方面，国内外原有研究成果主要只针对完整且表面相对干燥的果体进行大小、形状、成熟度、表面损伤与缺陷等的检测与分级，而在异物检测方面，只有针对单一品种果料如桔瓣上的某种异物进行检测的研究。罐头、果冻等产品加工中，为了方便灌装，果肉一般分割成块状，但各种水果分割后的形状和大小不同，而异物形状、大小也多样，如毛发、纤维丝为细长型，油漆、金属屑等为块状；各品种水果颜色多样，如苹果为淡黄色、橘瓣为深黄色、椰果为白色，而各种异物的颜色也多样，如头发为黑色、油漆和纤维丝多为彩色、铁屑为银白或黑色。各种异物和果肉之间的尺度、色度差异情况很不相同，这些特点给异物自动识别带来了巨大挑战。

魔方机器人自动寻找方案设计 篇7

1 魔方机器人介绍

我们所设计的魔方机器人采用模块化设计结构，整个机器人由八个相同的小方块机器人组成如图2所示为八个方块机器人的整体结构。其中每子方块都是一个10cm*10cm的小的立方体的独立的结构单元，每个方块下的有轮子驱动能使其在水平地面上移动和转向;每个方块机器人由一个经过六条楞的中点的平面把方块切割成为两部分，下面部分安装舵机时舵机轴在切面的几何中心上，把上半部分安装在舵机轴上.这样上半部分方块就能绕轴转动如图3，给每个模块四个侧面确定方向分别为A、B、C、D。

图3中A面的圆形为电磁铁，在A面的背面(C面)的对应位置放置铁片。当两个分立的子模块通过一定的策略寻找到一起，并且其中一个模块的A面与另一个模块的C面相贴合。当电磁铁工作时，两个模块将紧紧地吸合在一起，这时装有电磁铁的模块通过中轴转动就可以把另一个模块搬运到该模块的上面或该模块原D面的侧面。如图4所示的过程为将装有电铁片的模块搬运到上层的过程。

2 自动寻找方案设计

魔方机器人初始状态是多个模块散乱在水平面上，然后通过控制算法使各小模块贴合到一起。如图5所示，以三个模块为例，小模块散乱的放在水平地面上，通过无线通信使各模块间确定只有两个模块在自动寻找，另一模块不动。因为两模块的贴合必须是装有的铁片的面与装有的电磁铁的面的贴合。这样，假设模块2的铁片寻找模块1的电磁铁，每个模块有四个不同的方向，即A、B、C、D方向(见图3)，两个模块的相互寻找就有十六种可能的方式(A1A2、A1B2、A1B3、A1B4、A2B1等)。

如果我们在每一个模块的同一高度的四个方向即四个侧面的中心各放置一个红外的发射和接收头(见图6)，为避免同一侧面的红外头和接收头互相影响，用挡板隔开。每个发射头和接收头都接MCU的一个I/O口，所以根据红外接收信号的有无就可以确定相互的方向了。

3 寻找策略设计

两个模块互相寻找的过程中，模块1的发射头全部关闭，接收头全部打开。模块2则相反，发射头全部开启，接收头全部关闭。由于发射头和接收头都有一定的有效角度，所以模块1不一定有一个方向的接收头能收到信号，这有两种可能，一是两个模块之间有其他模块遮挡;二是发射头有效范围和接收头有效范围没有交集。所以使两个模块以不同的速率转2圈，如果仍没有信号则判断为一情况。否则，因为选取发射头和接收头有效范围都在60度左右，所以最多有一个方向能收到信号。假设为B方向，则能确定模块2在模块1的B方向上。下一步则模块2关闭所有发射头，开启所有接收头，同时模块1只需要开启B方向上的发射头即可，则又能确定模块1在模块2的某方向。假设模块1在模块2的A方向，由于结合时只能是A、C方向互相结合，而模块1正好在模块2的A方向，模块2可以保持不动，模块1则需顺时针转一定的角度以使C方向面和模块2的A面相对。因为两个模块虽然能确定相对的方向，但是不可能是正对的。如下图所示，发射头的有效角度为T1，接收的有效角度为R1，只有当发射和接收的有效范围的中心线互相重合时才是正对的情况。设每个模块用的完全相同的电机与车轮，则用相同的PWM控制每个模块旋转一圈所用的时间基本相同，所以旋转一定角度就可以近似为旋转了多少时间。此时，发射模块逆时针旋转一定的时间t1，则接收刚好不能收到信号，然后发射模块再顺时针回到原状态。接收模块则选择了t2角度不能收到信号，同样回到原状态。

由以上分析，可以近似总结出使两模块正对的旋转时间公式。

模块1需要旋转T1/2-t1时间，模块2需要旋转R1/2-t2时间，两公式结果若为正则顺时针旋转，否则为逆时针旋转。正对之后就可以根据需要旋转90度或180度使两模块为A、C面正对，然后两模块就可以直行寻找对方了。

由于红外发射管的发射范围是锥形的，在水平切面上就是扇形，为保证两模块相互靠近过程中不偏离方向，可以在行进过程中随着扇形范围的越来越窄利用红外接收信号的有无调整移动模块行进方向，使两模块的方向对正更准确，由此达到自动寻找并对接的目的。

当然，因为开始寻找的过程中两模块有多达16种的相对运动方式，如果正好是A、C方向或者是C、A方向都可以直接前进并接合。如果有其他相对方式，则转动相应的角度使其正好是A、C方向或者是C、A方向。另外两模块初始不一定是两面正相对的时候，在二者相互靠近的过程中，由于扇形范围的减少而调整其中一个模块到逐渐正对，在小距离范围内则可以用其他的细调方式保证两模块面正对，从而电磁铁能吸引铁片并且通过中轴旋转把另一模块搬运到第二层或者D侧面。

4 多模块寻找组合过程

在模块能两两相互寻找的前提下，用无线通信控制寻找过程，使各模块能按规律渐次接合。给每个模块预设一个初始编号，从1到8。在初始状态下，首先应确定两个模块开始寻找，可以先令模块1和模块2互相寻找，寻找过程如第3部分所述。因为各模块散乱的放在水平地面上，所以模块1和模块2之间可能有其他模块遮蔽，不一定能寻找到对方，此时则放弃原方案，定为模块1与模块3互相寻找。依此类推，若模块1和模块n互相寻找到并对接，则此时可以把模块1和模块n再看作一个组合模块1，继续在模块队列中互相寻找，最后所有模块就可以通过搬运和变换形状组合成魔方机器人。

5 硬件设计

系统采用AVR单片机作为核心控制部件，由无线模块、红外发射接收模块、电机驱动模块、磁铁吸合模块、中轴旋转模块组成。系统硬件框图如图9所示。

5.1红外发射接收模块

红外发射接收模块的电路如图10所示，左边为发射部分电路，右边为接收部分电路。发射部分通过接9014增大红外发射管功率，提高发射距离。接收部分可以仅使用一体化接收头而无外接电路也能收到红外信号而产生低电平。

6 软件设计

整个程序由主程序、无线通信子程序、模块相互寻找子程序、红外发射接收子程序和电机驱动子程序等组成。红外发射部分使用定时器0的普通模式使I/O口产生38khz方波驱动发射管，接收部分输出端也接I/O口，并采用循环扫描方式判断是否收到信号。程序初始化后，由主模块的无线与其他各模块通信，并确定两个模块互相寻找，如果二者之间有其他模块遮挡，则两模块通知主模块重新确定两模块继续寻找。确定两个模块后相互寻找的流程图如图11所示。

7 结束语

通过实验证明，该寻找方案具有很好的效果，在自组装机器人中各模块的互相寻找方面具有很好的实用性。另外自动寻找技术已开始应用于各种机器人方面，如市场上新出现的自动充电的保洁机器人就是应用类似的自动寻找技术，在机器人电力即将耗尽之时，一方面根据对清扫路线的记忆返回到充电地点，另一方面则根据红外探头的扫描使插头能跟特制的电源座准确对接，实现保洁机器人的自动充电功能，于是便能全自动实现清扫，无需人的干预，具有很重要的现实意义。

参考文献

[1]Zykov V,Chan A,Lipson H.Molecubes:An Open-Source Modular Robotics Kit.http://ccsl.mae.cornell.edu/papers/IROS2007_Zykov.pdf.

[2]Studer G,Lipson H.(2005).Spontaneous emergence of self-replicating,com-peting cube species in physical cube automata.Genetic and Evolutionary Computation Conference,Late Breaking Paper.

[3]Zykov V,Mytilinaios S,Desnoyer M,et al.Evolved and Designed Self-Re-producing Modular Robotics[J].IEEE Transactions on Robotics,2007(23).

[4]V.Zykov,E.Mytilinaios,B.Adams,and H.Lipson.Self-reproducing ma-chines.Nature,2005,435(7039):163-164.

弹药自动装填机器人系统的研究 篇8

关键词：自动装填系统,自动装填机械手,运动学分析,动力学分析

0 引言

现有的大口径火炮一般都有半自动或全自动输弹机, 可减轻人的部分体力劳动, 但都是基于有人值守火炮射击的, 未摆脱人工操作火炮的局面, 并不能满足无人化武器系统的要求。弹药自动装填机器人技术是无人化火炮作战平台的关键技术之一, 为此各国都在研究将机器人技术应用到大口径火炮自动装填系统中, 以美国为首的发达国家已经取得了一定的研究成果。为了跟踪世界先进火炮自动装填技术, 研究机器人弹药自动装填技术势在必行, 这对实现无人化火炮作战系统具有深远的意义[1]。

1 弹药自动装填机器人系统结构

该系统采用5自由度机械手完成自动装填动作, 并对弹药位置及其剩余情况进行记录, 可根据上级指令在中央控制系统控制下自主选择弹和药, 并选择最优路线完成供、输弹的动作, 也可根据要求选择不同装药并自动完成引信装定。弹药自动装填机器人系统结构框图[2]如图1所示。

(1) 智能化药仓:位于炮塔内的左侧, 刚性药筒呈垂直布置, 由药仓、选药器和传药器组成, 分别完成贮存装药、选取发射时所装的药种以及运送装药至药仓出口处并将其传递给自动装填机械手。

(2) 智能化弹仓:位于炮塔内的右侧, 弹丸呈垂直布置, 由弹仓、选弹器和传弹器组成, 分别完成贮存炮弹、选取发射时所需弹种以及运送弹丸到弹仓出口处并将弹丸传递给自动装填机械手。

(3) 机械手子系统:主要是自动装填机械手, 用于把弹仓和药仓出口处的弹和药传送到炮尾后部并把弹和药准确无误地输送到炮膛内。

(4) 控制与检测系统:主要完成对整个系统的控制与检测, 是整个系统的大脑与神经中枢。

2 自动装填机械手子系统方案设计

弹药自动装填机械手为五自由度的连杆机构[3], 如图2所示, 其主要由基座、大臂、小臂和手爪推进器组成。第1和第2个转动俯仰关节分别位于基座和大臂之间以及大臂和小臂之间, 匀由电机驱动, 将弹 (药) 从弹 (药) 仓出口处输送到炮尾输弹槽, 实现对机械手末端手爪推进器位置的控制。腕关节 (第3个转动俯仰关节) 位于小臂和手爪之间, 也由电机驱动并使弹 (药) 的轴线与炮膛轴线相重合, 实现对机械手末端手爪推进器姿态的控制。机械手末端执行器上的手爪和导槽之间为平动副联结, 在液压驱动下, 手爪推动弹 (药) 沿着炮膛轴线平动, 实现输弹 (药) 的任务。小臂中间带有一个偏转关节, 用于装填弹和药之间的转换。所有转动关节匀由步进电机经谐波减速器进行驱动。整个自动装填机械手机构、弹仓、药仓及火炮随炮塔一起转动[4]。

3 自动装填机器人系统的运动学与动力学分析

根据炮塔的空间尺寸结构, 定义机械手的总体尺寸, 给出自动装填机械手的总体指标。采用D-H等方法建立系统的运动学模型, 并对其进行运动学正向、逆向分析求解, 得到各个关节在自动装填运动过程中发生的位移 (包括角位移和线位移) 。通过仿真得到的机器人手臂末端位移曲线如图3所示。

分别通过I-DEAS和ADAMS建立弹药自动装填机器人动力学模型, 运用柔性多体系统动力学原理对弹药自动装填机器人系统进行动力学仿真[5], 得到驱动关节运动的电机转矩规律以及末端执行器上手爪推进器液压驱动推动力的变化趋势, 从而可得到3个关节的运动速度和加速度, 如图4~6所示, 然后求出相应的关节驱动力矩。通过将仿真结果与预先规划的机械手末端目标轨迹相比较, 进而完成对弹药自动装填机械手轨迹的准确控制, 自动装填机器人动力学仿真模型如图7所示。

4 结论

本文以某大口径自行火炮总体技术研究项目为背景, 对其自动装填系统方案进行了分析与研究。提出了一种新型火炮弹药自动装填机器人系统方案。将机器人技术应用到弹药自动装填系统中, 对于完成大口径火炮50kg以上弹药的自动装填任务具有很高的实用价值。在未来的战争中, 机器人弹药自动装填技术具有广阔的应用空间, 对于发展和研制我国无人化作战平台具有一定的参考价值。

参考文献

[1]徐达, 张丽明, 张月林.大口径火炮自动装填技术研究[J].火炮发射与控制, 1996, 32 (3) :27-31.

[2]孙纯杰.大口径自行火炮弹药自动装填系统方案设计[D].南京:南京理工大学, 2005:25-35.

[3]陈恳, 杨向东.机器人技术与应用[M].北京:清华大学出版社, 2006.

[4]马卫军.自行迫击炮自动供输弹机械手的设计及其动力学仿真分析[D].南京:南京理工大学, 2004:45-47.

变电站巡检机器人自动充电系统 篇9

关键词：巡检机器人,自动充电,变电站

0 引言

随着科技进步和电力体制改革的不断发展,以“信息化、数字化、自动化、互动化”为特征的智能电网建设逐渐深入。为保证变电站设备的安全可靠运行,更好更快地推进变电站无人值守进程,变电站巡检机器人部分替代人工巡检已经成为一种趋势。传统的变电站巡视主要是通过人工方式,综合运用感官以及一些配套的检测仪器对变电设备进行以简单定性判断为主的检查,该方式存在劳动强度大,检测质量分散,主观因素多,巡检不到位难以监控,巡检结果数字化不便等缺陷,不符合智能电网的发展方向[1,2]。变电站巡检机器人集成最新的机电一体化和信息化技术,采用自主或遥控方式,部分替代人对变电站室外设备进行可见光、红外、声音等检测,对巡检数据进行对比和趋势分析,及时发现电网运行的事故隐患和故障先兆,如:异物、损伤、发热和漏油等。巡检机器人为提高变电站的数字化程度和全方位监控的自动化水平,确保设备安全可靠运行发挥了重要作用。

巡检机器人的移动属性决定其适合采用无缆化的电池供电。但电池容量有限,一般只能维持几个小时,所以一旦电池电量不足,必须及时充电。如果人工充电,机器人就无法实现完全自主运行。如何让机器人在无人干预情况下,安全可靠、快速高效地实现自动充电是实现巡检机器人长期值守、完全自治需要重点解决的问题之一[3]。本文介绍自动充电的关键技术,重点介绍一种能够满足变电站巡检机器人长期自治要求的自动充电系统,包括磁导航与RFID定位,接触式侧向充电对接装置,充电箱结构及工作原理,自动充电系统控制流程等。

1 自动充电关键技术

自动充电过程主要包括:移动机器人需要补充电力时,自动驶向指定充电点,车载充电连接器与固定充电装置实现电连接并实施充电。充电完成后,机器人自动停止充电,待命或投入正常运行。整个充电过程完全实现自动化,无需人工干预。自动充电的关键技术主要有:充电点定位导航,充电装置对接,误差容忍和自主纠错等[4]。

1.1 充电点导航定位

机器人充电时必须在离充电座足够近的地方。机器人从当前位置移动并定位到充电座需要导航定位技术。在可能面临障碍物的情况下,机器人系统还需要有停障或避障能力,以及路径规划能力。

1.2 充电装置对接

机器人和充电座必须实现自动电气连接与脱离。一般情况下,在机器人上设计一个公头连接器,在充电座上设计一个母头连接器,连接方式要便于电流通过。可通过调整机器人位置或控制充电臂的位置实现机器人的充电插头与充电座的自动对接及断开。必须检测机器人与充电座的电气连接是否成功,否则可能产生误接,造成充电失败。可以通过测量机器人侧的连接器电压等来判断充电装置对接是否成功。

1.3 误差容忍和自主纠错能力

由于导航定位均存在精度问题,所以充电装置对接需要有一定的误差容忍度。当出现较小偏差时,对接也应该成功。在实际情况中,可能出现未发现充电座目标或是目标定位错误等情况,此时需要机器人自行判断并选择相应对策。一个真正健壮的自动充电系统必须具有容错及自主纠错功能。

2 变电站巡检机器人自动充电系统

2.1 磁导航与RFID定位

变电站巡检机器人导航定位原理如图1所示,机器人采用四轮结构,前面两个驱动轮,后面两个万向轮[5,6]。工控机通过电机驱动控制器和编码器控制电机,实现机器人行走和高精度定距停车。机器人导航定位的工作流程是:由安装于机器人底盘前部的磁传感器阵列检测机器人相对于磁轨迹的偏移,电机驱动控制器按照该偏移量调整机器人两侧驱动轮的差速,从而使机器人沿预先铺设的磁轨迹运行。在机器人巡检的转弯点、检测点、调速点和充电点等特定位置预先埋设好RFID标签。RFID标签的串号与地理位置一一对应。机器人运动时,RFID读卡器读取标签串号并上报给工控机,由工控机判断机器人所处位置,并下发相应指令控制机器人执行停靠、转弯、调速、检测、充电等操作。该导航定位方式简单可靠,定位精度较高,可达厘米级。另外,在机器人外壳上还装有超声波检测装置,将障碍物信息反馈给运动控制器,实现停障。机器人变电站巡检工作如图2所示。

2.2 接触式侧向充电对接装置

接触式侧向充电对接装置如图3所示,由充电座(图3中1~4)和充电机构(图3中5~14)两部分组成[7]。机器人通过电机驱动板控制充电机构电机转动,电机通过齿轮齿条与传动丝杠配合,实现充电机构的伸出或收回。进而实现充电机构极片与充电座极片夹的电气连接。充电机构上设有三个限位开关,一个用于检测充电机构是否收回到位,另外两个用于检测充电机构的伸出位置。为安全起见,充电机构收回到位时,机器人才允许执行巡检任务。机器人在充电机构伸出过程中,实时检测极片电压是否正常,若检测到正常,则停止伸出充电机构,准备充电。若充电机构伸出到极限位置后,仍然检测极片电压异常,则进行异常报警并重试。若重试三次均出现此类情况,则报告充电失败。充电座三个极片夹从上至下分别为充电端、公共地和供电端。充电端用来给机器人的动力电池进行电力补充。供电端为机器人电池充电时机器人设备的外供电源,避免电池充电时设备掉电引起数据丢失等弊端。经实验,极片夹水平面上有±15°,±10cm的误差容忍度。用弹片压紧极片夹压紧后,垂直方向也有±2cm的误差容忍度。目前已有的对接系统一般允许的水平对接误差为±5°,±5cm。

2.3 充电箱结构及工作原理

充电座固定在充电箱上,充电箱结构如图4所示[8]。交流220V经接插件2和空气开关1后,输入到充电器进行电压转换,然后经空气开关2、分流器、接插件1和充电座电源接口,最后由充电座输出直流29.4V给机器人设备供电,电池充电。电压表和电流表实时检测、显示供电和充电的电压及电流。充电座通过滑槽与定位槽板连接,便于调整高度,提高加工装配误差和充电对接误差的容忍度。充电座绝缘隔板可防止极片夹短路。充电座外壳可防止人员误接触电极。

2.4 自动充电系统控制流程

变电站巡检机器人自动充电控制流程如图5所示。机器人分为空闲、巡检、准备充电、充电四种状态。机器人上电初始化后进入空闲状态。收到巡检任务命令后,机器人检查电池电量是否充足,如果充足即进入巡检状态,开始执行巡检任务,否则拒绝执行并报警。在巡检任务中实时检测电池电量,如果电量不足,直接返回充电。巡检任务正常完成后,机器人返回充电。到达充电点后,机器人进入准备充电状态。伸出充电机构后,机器人通过充电机构位置和极片电压,判断充电条件是否满足。如果条件满足,机器人切到外部供电,启动电池充电,机器人进入充电状态。进入充电状态后,机器人如果没有收到巡检任务命令,就实时检查充电状态是否正常,不正常就报警。如果收到巡检任务命令,机器人就检查电池电量是否充足,如果充足,就开始巡检准备工作,否则拒绝执行并报警。巡检准备工作包括:机器人切到电池供电,停止电池充电,收回充电机构。如果充电机构收回到位,机器人即可进入巡检状态。从而实现巡检、充电、巡检的闭环长期自主运行。

3 结束语

本文提出一种应用于变电站巡检机器人的充电装置侧向对接的自动充电系统。该系统导航定位精度较高,充电装置对接方式简单可靠,对加工装配误差和充电对接误差的容忍度较高,完全实现了变电站巡检机器人在无人干预情况下的自动充电。截止到2012年9月,变电站巡检机器人已在全国十多个省市成功推广应用,在山东青岛午山220k V、浙江金华兰溪500k V、山西长治1000k V等变电站顺利投运30多台。本文介绍的自动充电系统也随之应用于工程现场。巡检机器人自动充电现场如图6所示。机器人完全实现长期无人化自动运行,运行效果良好,为电网安全稳定运行发挥了重要作用。随着科学技术的不断发展,巡检机器人充电系统的自动化水平也必然不断提升。

参考文献

[1]毛琛琳,张功望,刘毅.智能机器人巡检系统在变电站中的应用[J].电网与清洁能源,25(9),2009.

[2]郝登朴,卫宁,贠鹏,等.500kV变电站智能巡检系统关键技术的应用[J],电力学报,24(6),2009.

[3]刘志雄,李浙昆.室内移动机器人自动充电技术[J].机械与电子.2007(3).

[4]鲁守银,钱庆林,张斌,等.变电站设备巡检机器人的研制[J].电力系统自动化,30(13),2006.

[5]周立辉,张永生,孙勇,等.智能变电站巡检机器人研制及应用[J].电力系统自动化,2011(19).

[6]栾贻青,孙大庆,曹涛,等.变电站智能巡检机器人多传感器融合的组合定位系统:中国,202058039[P].2011-11-30.

[7]曹涛,孙大庆,王明瑞,等.充电机构限位止停机构:中国,201392876[P].2010-1-27.

机器人自动 篇10

关键词：自动烹饪机器人,EN298:2012,火力控制,燃烧安全控制

厨师行业是一个工作环境比较恶劣的行业, 工作强度大、技能要求较高, 中餐烹饪长期以来严重依赖人工产业现代化水平很低, 随着人口结构的变化, 行业需求和人力之间的矛盾越来越突出, 因此急需提升行业的自动化水平。自动烹饪机器人正是在这种背景下产生并在近几年迅速发展。

自动烹饪机器人结合了计算机技术、机电控制技术、传感器技术以及中餐烹饪技术, 是新兴技术和传统工艺结合的典范, 一经面世并受到的市场的热烈欢迎, 市场推广很快, 在国内多个城市的学校、餐馆甚至军队都有应用, 在国外华人较多的地方, 如新加坡、澳洲等地也有强烈需求, 可以预见其市场前景十分广阔。

在自动烹饪机器人设计中, 燃气火力控制系统是其中的重点和核心之一, 且涉及到燃气, 有泄漏中毒和爆炸等危险, 其设计特别要注重安全性和可靠性, 但作为一个新兴产品, 目前相关的行业标准和规范尚不健全, 只能参考其相近的标准进行系统安全改进设计。

1 安全设计总体要求

1.1 自动烹饪机器人简介

笔者要研究的自动烹饪机器人如图1所示, 该机器人可以适用天然气和液化石油气, 具有自动加热与火力精确控制、自动搅拌、自动精确注油及注水、勾芡等功能, 一次能烹饪30余公斤, 目前已经国内外批量市场应用, 市场反馈很热烈。

1.2 燃气控制系统

自动烹饪机器人的燃气控制系统是整个设备的核心, 它重点要实行点火、火力调节、火焰检测、关火等功能, 在改进前的系统功能模块图如图2所示:

在本燃气控制系统中, 所有功能模块均受主控MCU模块控制, 它是燃气控制系统的核心, 采用了强制鼓风、燃烧前燃气、空气预混方式, 可大大提高燃烧效率, 采用了一个通道阀进行燃气通道的控制, 该阀能随着风压自动调整燃气流量。因为要实行多档位的火力调节, 自动烹饪机器人燃气控制系统比传统的热水器燃气控制系统更加复杂, 软硬件设计的复杂度也更高。

1.3 安全设计要求

安全的涵义是指即使人在无意识的情况下也不要造成人身、财产的伤害。对于有燃气燃烧的系统, 因可能存在燃气爆炸、一氧化碳中毒、周边温度过高导致人员烫伤等人身伤害, 在设计上对安全的考虑要十分慎重。在图2所示系统实现了燃烧控制系统的基本功能, 它是可用的但不够安全。系统的不安全因素主要来自以下几个方面:

(1) 主控MCU是要运行程序的IC, 硬件可能异常, 软件也可能受到干扰而异常, 从而可能导致燃气系统控制异常, 出现燃气泄露等危险;

(2) 鼓风系统没有反馈, 当鼓风风机异常停转或者转速过快时, 可能导致燃烧氧气不足或者氧气过量而离焰, 造成燃烧工况不好, 燃烧不充分还可能导致一氧化碳超标;

(3) 燃气通断阀没有反馈, 如果线路或阀体本身故障导致不受控, 也可能有燃气泄露风险;

(4) 大功率持续燃烧可能导致人可接触的外壳温度过高, 人不小心碰到烫伤。

基于以上, 必须重新审视系统的安全设计。欧洲在燃气及相关控制系统这块有较多的指令要求, 如EN298:2012《Automatic burner control systems for burners and appliances burning gaseous or liquid fuels》, EN 60730-1:2011《Automatic electrical controls for household and similar use Part 1:General requirements》, EN 60730-2-5:2015《Particular requirements for automatic electrical burner control systems》, 他们是欧洲对燃气燃烧控制相关产品的强制性市场准入标准。如果烹饪机器人的燃烧系统能满足以上标准的要求, 将能大大提升系统的安全水平。

2 硬件安全设计

2.1 基本安全防护理念

按照IEC 60730-l的定义, 软件按照控制功能分为A类、B类、C类三类[1]。其中A类控制器功能与安全性无关, B类控制器功能预期能防止不安全的运行, C类控制器功能能防止特定的危险状况, 诸如火灾、爆炸之类的特别风险。很显然自动烹饪机器人燃烧控制系统必须符合C类控制器的要求。C类安全控制器功能应设计为在第一和第二个故障条件下, 仍处于或转入定义中的安全状态, 第三个独立的故障不予考虑。

2.2 硬件改进

(1) 燃气阀安全设计:燃气阀的控制在整个燃气系统安全上十分关键, 为实现双重防护, 根据EN298:2012标准要求, 有以下三类结构可以满足要求:带有周期自检和监测的单通道结构;带有比较的双通道结构, 双通道结构的比较通过下列方式实现可通过使用比较器或通过相互比较[2];使用三块相互独立的MCU分别控制三路阀。

不管用哪种方案, 一个MCU都比较难实现需求, 因为烹饪机器人软件系统远比一般的燃烧系统复杂和庞大, 他除开火控系统软件外还有很大一部分其他功能的软件, 因此肯定要将程序分拆。从成本考虑, 结构三使用三个MCU显然不理想, 上述第二种结构两个通道均要MCU, 根据标准要求均引入了软件的检查, 也不是最佳, 笔者最终选用结构一, 使用双MCU, 它可以有效的将火控程序集中放置在一个MCU中, 另一个MCU在辅助失效监控的同时还执行其他系统程序, 可有效达到标准对软硬件要求, 且不用对非火控MCU进行软件方面的详细检查;

(2) 考虑到设备异常会导致干烧、导致锅具等损坏, 也有可能导致外壳温度局部过高导致人员烫伤危险, 因此在机器外壳合适部位安装一个温度开关, 直接控制阀控的电源通断, 一旦温度超标将直接关闭燃气, 保证在极端情况下系统安全可靠;

(3) 另外因采用主动送风系统, 对送风系统的也要进行检测, 对风速和风压进行检测反馈, 可有效防止空气不足等带来一氧化碳超标等危险;

(4) MCU频率也可能变化导致程序异常, 异常也需要有监控措施, 笔者通过火控MCU的某个端口定期发送PWM波形, 监控MCU读取波形频率, 如果在设计范围内则认为正常。

2.3 改进系统框图

综合以上分析, 笔者可以得到以下改进后的系统框图如图3所示:

从改进的系统简图中, 笔者还有几点说明:

(1) 燃气阀的电源由两个MCU, 四道开关控制, 其中燃气阀控制2、3由不同电平状态控制, 防止端口异常、复位等异常导致非受控打开, 详细说, 如果MCU复位状体端口默认为“0”或“1”, 如果两个阀控采用同一个电平状态, 则可能导致阀在异常情况下打开的风险, 另温度检测开关则起到异常超温保护;

(2) 反馈增加, 对阀控状体、风机转速、时钟检测都增加对应的反馈功能, 可以实现更完善的闭环控制, 及时发现问题;

(3) 双重安全理念在双CPU、多路阀通断控制、温度反馈控制均有体现。

以上给系统的安全提供了较好的硬件基础, 再结合下面的软件算法, 可以进一步提升自动烹饪机器人的系统安全性和可靠性。

3 软件安全设计

EN298:2012第6.6.4.1明确要求“Software shall conform to software class C of EN 60730-1:2011”[3], 因此自动烹饪机器人软件系统应符合CLASS C的要求.EN60730-1 Annex H中的表H11.12.7列举了软件出现故障/错误的组件和应采取的措施, 涵盖了单片机系统的全部功能元件, 测试时主要是围绕寄存器、时钟系统、中断系统、PC、RAM/ROM、I/O展开[4]。

因此程序要进行定期自检, 检查出问题要有对应的处理措施。同时还要对执行部件的状态进行检测, 如火焰信号的输入端口是否正常工作、燃气阀的状态、风机、风压状态等, 确保出现问题能立马发现并阻止事态的扩大。

有些检测可以在程序主循环处理, 有些要在初始化就处理。例如火焰检测有可能出现“无火时信号反馈有火”的错误状态, 导致阀错误打开导致燃气泄露问题, 需要在程序的启动时进行无火是检测信号是否正常, 如果异常则要停机报警不执行下一步动作。同样为了兼顾安全, 在系统初始化时, 我们也对燃气阀、风机等进行检测。

基于以上分析, 软件总体的流程框图如图4所示。实际程序远比这个更加复杂, 这个框图主要描述了从安全的角度的处理思路, 在启动及程序主体中发现异常立方停机报错, 避免问题的扩大。

另从安全考虑, 还有以下细节要实现:

(1) 为了保障安全, 程序主体执行时间是有要求的, 按照EN298:2012, 一个循环的时间不能超过3秒, 也就是说程序必须在3秒内把MCU自身的故障、错误及其他模块的故障检测出来, 时间太长可能出现危险。这也对硬件及算法提出了要求, 一般速度太慢的8位处理器比较难实现这个要求, 同时对软件是算法也有一些常用的做法, 例如ROM测试用分块CRC校验方法, RAM测试用读写0x AA和0x55的方法等, 详细介绍可查阅相关的文献;

(2) 标准对点火、点火失败后重新点火、关火等各步骤时间有明确要求, 这些也是系统安全的保证。下面笔者结合点火及在烹饪中途意外熄火后重新点火两个动作给出其时序图, 实际程序执行的时序图如图5所示:

t1~t6为点火流程, 其余为熄火后重点流程。可以看出, 点火必须遵从开吹风机吹扫, 开脉冲点火器, 再开燃气阀的顺序, 确保将炉膛可能的燃气残留吹扫干净, 确保先有点火脉冲再有燃气, 避免爆燃的可能;意外熄火后, 如果再次点火, 必须风机吹扫t7+t9时间, 这个时间的确定要根据燃烧腔体体积大小而定, 原则是确保炉膛内换气一次;

(3) 两个MCU的通讯也很重要, 他们通过CAN总线的方式进行通讯, CAN协议本身可保证通信数据的稳定和可靠, 定期握手, 一旦发现任意一方有异常, 可以立马关闭所控燃气阀切断气源。

4 结论

以上从系统结构、硬件、软件等几方面入手, 结合最新版本EN298:2012及其他相关标准的要求, 综合考虑自动烹饪机器人的特点, 对以往只关注功能实现的火控系统进行了优化改进, 确保在各种状况下系统的安全性和可靠性, 保证人身安全。后续经过大量的市场实地检验, 实践表明该改进方案的有效性。

参考文献

[1]BS EN 60730-1:201.Automatic electrical controls for household and similar use Part 1:General requirements[S].England:BSI Standrds Publication, 2011.

[2]陈必华.燃气具C类电子控制器的电路设计[J].燃气技术, 2014, (6) :6-10.

[3]BS EN 298:2012.Automatic burner control systems for burners and appliances burning gaseous or liquid fuels[S].England:BSI Standrds Publication, 2012.

机器人助力汽车配件自动化组装 篇11

NEUE HALBERG-GUSS的Saarbrcken工厂需要为曲轴箱零件的总装配寻求一项自动化解决方案,决定在一个系统中大量使用机器人。最终,由机器人和系统制造商德国KUKA公司提供的25台机器人,共同组成一个配合默契的“管弦乐团”,相互协作,助力NEUE HALBERG-GUSS曲轴箱核心组件完成全自动化组装。

满足多元化需求

“作为一个具有丰富经验和专业知识的开发合作伙伴,我们从产品概念、生产准备阶段到量产阶段都紧密伴随我们的客户,以这种能够实现完全自动化组装的方式来进行核心组件设计,这就带来了一个特别的挑战。”NEUE HALBERG-GUSS项目经理Peter Koch解释说。

在这里,以机器人为基础的自动化技术提供了灵活性、生产效率和质量方面的最佳解决方案。组装曲轴箱核心组件过程中,最多使用了三种不同型号的机器人。而这些机器人都必须完美适用于特殊的铸造环境,而且也要符合空间节约和紧凑型理念。得益于拥有全系列机器人产品,无论是多种复合的工作步骤,还是个体机器人的交互应用,KUKA公司都能够为客户提供最优的解决方案。

NEUE HALBERG-GUSS公司选择的KUKA机器人型号主要是KR QUANTEC系列的KR 300 R2500 ultra F、KR AGILUS小型机器人系列和KR 5 arc型机器人。QUANTEC ultra系列机器人以高额负载能力、最大效能和最具流线型的设计而著称,其最理想的应用领域是沉重工件处理和高精度机加工。在铸造设计方面,该系列机器人拥有一个耐酸碱、抗冲击以及抗腐蚀的铸造腕关节,同时也防灰尘,能够短时间经受180℃高温考验。凭借优异的精度、灵活性和速度,KR5 arc机器人和KR AGILUS机器人在组装线上同样表现突出,小型机器人部分的多种变体和低有效负荷范围的特点,使它们非常适合应用在狭小空间的安装工序,符合紧凑集成理念。

组装线上的精彩协奏

组装线上的第一台机器人是KR QUANTEC铸造版机器人。机器人从制芯机中取出全套的砂芯组件,然后将它们放到1号和2号转台上。这些转台随后旋转180度到较小的KR 5arc机器人面前进行组装和去除毛刺。当两个转台都转回原位时,另外3台KR QUANTEC系列的KUKA机器人拾起每个砂芯并将它们放在3号转台上,以便进行下一步的部件装配。再次旋转180度后,另两台KR 300型机器人将完全组装好的整个组件放置好。下一个机器人取走组件并将其移至固定的螺栓紧固站下面。螺栓拧紧后,六轴机器人将组件放在4号转台上,接着旋转将完全组装好的组件送至清洗室进行清洗并沥干,这里由2台KR300型机器人同时负责。清洗完的组件再次被放至转台上旋转90度,送至人工检查站,等工人检查核准后,总装配的最后一个机器人拾起组件并将其放到一个带有8个格子的货架上。待货架上摆满清洗过的湿组件后,货架被送至烘干炉,最后摆放在高货架仓库中的成品区相应的位置。

经合计,总共有12台KR300R 2500 ultra F、11台KR 5 arc和2台KR 6 R900型六轴机器人参与工作。此外,Saarbrcken工厂也使用这些机器人进行组件的卸载、去除毛刺、组装和清洗。

应用成效显著

基于上述机器人的自动化作业系统,Saarbrcken工厂的生产率和质量提高了50%。如今,每套机器人“管弦乐队”组装系统每班能组装约400套核心组件,同时生产成本显著降低。应用机器人的自动化解决方案,也使该工厂的曲轴箱组件装配工艺能够保持一贯的高质量。此外,该系统可以在无需更换夹具的情况下组装两种不同型号的组件,改动特定的程序是唯一的要求。