自主机器人研究报告Word文档格式.doc
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(1)本体参数要求
在满足机械本体刚度、强度、转动惯量及一些其它技术参数的基础上选择结构简单、机身紧凑的机身设计,以满足轻量化、低成本及可维护性要求。
具体参数范围要求如下:
参数
ER165型点焊机器人
ER200型点焊机器人
动作类型
关节型
控制轴数
6轴
放置方式
地装
手腕末端最大负载
165Kg
200Kg
最大臂展半径
2.66m
重复定位精度
±
0.3mm
手腕部允许最大扭矩
J4轴
951Nm
1274Nm
J5轴
J6轴
490Nm
686Nm
手腕部允许最大惯量
88.9kg㎡
117kg㎡
44.1kg㎡
66kg㎡
最大动作速度
J1轴
100°
/sec
J2轴
90°
J3轴
95°
130°
120°
180°
170°
最大动作范围
+180°
/-180°
+80°
/-60°
+210°
/-80°
360°
720°
由第三方检测机构出具检测报告。
(2)主控柜技术要求
Ø
编程单元:
便携式示教盒;
具备常用功能的操作单元;
具备紧急停止单元;
具备编程接口,方便传输程序;
控制柜应具有良好的防滴漏、防灰尘及散热装置;
外观美观。
(3)系统功能指标:
控制系统可同时控制六轴或六轴以上运动;
具有负载调整功能;
具有零点复位功能;
具有系统启动自检功能;
工作时具有故障判断及提示功能;
具有自动/示教模式切换功能,便于机器人在各种工作模式下的工作;
具有不同的操作权限(工程师、维修工、操作工)。
(4)系统安全性指标:
具备限位保护:
保护机器人因运动范围超限引起碰撞和干涉;
具备防过载检测:
防止因速度过快引起的超转矩而导致电机烧毁或轴断;
具备紧急停止功能,有效的保护人生及设备的安全。
(5)软件应用指标:
定义多种坐标,方便使用与操作;
系统适用于点焊,且在相关软件包修改后,机器人主体可用于搬运、装配等工作环境;
系统在虚拟环境下可进行仿真操作,程序检测,组线设计等。
(6)机器人适用的工作环境
厂房温度:
(屋架下弦处)-5℃---45℃
环境湿度:
普通:
75RH;
短时间:
95%(一个月之内)
振动:
<0.5G(4.9M/S2);
厂房结构:
轻钢结构,屋架为非承载型式;
公用动力要求:
380V(+15%,-15%),50Hz;
压缩空气:
0.4~0.6MPA;
循环水:
温度≤32℃;
进口压力<
0.4Mpa,工艺设备承压不低于0.6Mpa;
地面载荷:
地面最大承载能力为5000kg/m2。
2.1.3知识产权
申报国家发明专利2~3项;
在核心刊物上发表文章5~8篇。
机器人应用说明书1套。
2.1.4人才培养
培养博士生1~2名,硕士3~5名;
培养一支15~20人的机器人骨干技术开发队伍。
2.2完成情况
在机器人核心技术研发方面,本课题主要围绕机器人本体设计和制造,控制器开发和焊接机器人应用技术三方面展开。
(1)在机器人本体设计和制造方面,目标是要设计出高精度,高刚度,高可靠性,低负载自重比,且造价低的机械本体结构,力争达到国际先进同类机器人的技术水平。
为此,在165kg和200kg机器人的分析及优化设计中,综合采用了基于虚功原理的机器人静力平衡分析,关键部件的有限元分析,基于运动学指标和整体模态特性的结构和尺寸优化分析的方法。
通过对以上方法的理论研究、仿真计算分析以及试验等阶段的实施,摸索了一套具体的实现方法。
该方法已经在165kg和200kg机器人的分析及优化设计中得到了应用,取得了比较理想的效果,例如:
通过采用优化设计方法和几年多现场应用,改进设计和再制造,大部分性能指标已达到国际同类产品的水平,例如:
u机器人的重复定位精度(小于±
0.15mm,合同指标为±
0.25mm);
u机器人本体的最小固有震动频率为5Hz,与意大利Comau机器人相当;
u系统的稳定和可靠性:
故障率统计显示与意大利Comau机器人相当;
u机械噪音小于80dB。
(2)在机器人控制器开发方面,目标是要研发出能控制机器人实现高速平稳运动,稳定性和可靠性与国外先进机器人控制器相当,且成相对较低的机器人控制器。
为此,在控制器软件设计中,通过理论建模,搭建了包含摩擦、间隙和非线性刚度的动态关节模型。
然后引入机械臂模型和电机模型,组成整个机器人模型。
在理论建模的基础上,搭建了整个机器人的动态matlab仿真模型。
在硬件选型和控制方法的设计方面,充分考虑可靠性和先进性,采用嵌入式总线类型的控制模式,确保设计出的控制器不仅性能高,低成本而且稳定可靠。
从应用结果可以看出,新研发出的控制器在抑制高速运动的振动,稳定性和可靠性方面与意大利Comau机器人及日本的Funac机器人相当。
(3)在焊接机器人应用技术方面,已经开发出机器人运动仿真软件。
机器人虚拟仿真技术应用于机器人设计,应用规划,离线编程和操作培训,是机器人关键技术之一。
进口的一套仿真软件价格高达一两百万元人民币。
目前,在自主开发机器人仿真软件方面已经取得了重要进展。
自行开发的仿真软件已经能够实现对导入的机器人,焊钳和工装夹具的三维模型进行动态仿真和离线编程,能实现多机器人,多工位的三维仿真和离线编程。
此外,通过从单工位,工作站到多机器人自动化生产线应用技术的开发,已经掌握了机器人集成应用的基本技术,培养了一批机器人系统集成应用队伍。
三、课题研究的主要技术内容、技术路线、实施方案和方法
3.1研究的技术内容:
本课题研制的点焊机器人系统包括:
机器人本体、控制器、焊接系统(专用焊接电源、焊枪或焊钳等)、控制计算机和相应的安全设备等。
机器人本体结构采用6自由度全关节型机器人。
对于165kg点焊机器人将采用具有一定开放性的数字运动控制器实现运动控制,对于200kg点焊机器人将采用工业以太网形式的分布式控制器实现运动控制。
以IPC作为整个系统的控制单元,协调和处理各种I/O和用户操作。
研制专门用来读取各个单元状态信息、处理错误和故障的安全电路来保证系统安全可靠运行,通过自行研制图形化界面的示教盒、开发三维虚拟焊接仿真系统和操作控制相关的配套软件把各个部分有机整合,从而实现功能完善的点焊机器人系统。
3.2技术路线和方法:
(1)在机械本体设计方面以国外成熟的外形设计为参考对象,结合我国制造工艺现状,综合考虑精度,强度,刚度,成本和机器人设计对整体性能的影响等几方面因素,研究和开发出最优化的机器人设计和制造方法和技术;
(2)在机器人控制器方面瞄准国外先进机器人控制器的构架,兼顾我国目前实际情况,采用基于运动控制卡和基于高性能工业PC的两种控制形式,开发出满足生产需求的、性能稳定可靠的机器人控制器。
(3)在机器人集成应用方面,以汽车机器人自动化生产线集成应用为目标,开发具有完全自主知识产权的机器人仿真和离线编程软件,机器人网络协调控制技术和机器人自动化生产线工艺设计和组态技术。
四、课题研究取得的主要技术成果、创新点及未来前景
4.1课题研究取得的主要技术成果:
课题申请发明专利4项。
具体明细如下表所示:
序号
名称
专利申请号
类别
1
一种焊接机器人的平衡器及其构成方法
201010195982.6
发明
2
一种机器人平衡器联接结构及装配方法
201010611600.3
3
重载机器人带加速度及电流前馈的位置控制器
201110102600.5
4
一种重载工业机器人操作空间内运动轨迹规划方法
201110107316.7
累计论文发表论文8篇,具体明细如下:
论文名称
第一作者
发表刊名或会议名称
发表时间
机器人自动焊接系统的设计与应用
赵彦斌
机器人技术与应用
2010年,已录用
工业机器人离线编程软件的国产化开发及应用
曹金学
Optimaldesignfora2-DOFhighdynamicmanipulatorbasedonparallelogrammechanism
孔民秀
IEEE/ASME
2010.7
已录用
Controlsystemdesignforhighpayloadindustrialrobotviahighspeedcommunicationbusandreal-timesystem
游玮
KeyEngineeringMaterials
2010.8
5
ModelingandSimulatingtheNonlinearCharactersofRobotJoints.
肖永强
IEEEInternationalConferenceonRoboticsandBiomimetic
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