机器人在打磨中的应用开发

毕业设计（论文）

论文题目：     机器人在打磨中的应用开发                   

系    别：　　机电工程系　　 

　　　　　  专    业：　　机电一体化　   

　　　　　  班    级：　　机电 10  　 

学    号：　　 　　

　　　　　  学生姓名：　　　 　  

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机器人在机壳打磨中的应用开发

摘要:如今,工业机器人的使用已经成为评价一个国家自动化程度高低的重要标志之一.本文针对工业机器人在生产中的应用,对工业机器人进行了研究。

机器人运动学是使一切机器人运动的基础,本文对此进行了深入浅出的研究.对机器人姿态和位置的表示及齐次坐标变换进行了讲述,另外机器人运动的正解和逆解也是影响机器人研究的重要部分。

打磨是工业机器人在实际的生产的应用之一。

对于工业机器人在打磨中的应用,本文使用仿真软件仿真机器人进行打磨.通过明了开发程序的合理性和有效性,验证了工业机器人在实际生产中起到不可估量的作用。

工业机器人在打磨中的应用,在对机器人语言的特点和系统构成的基础上,运用了类VB语言.该语言具有打磨机器人所必须的机器人运动控制和打磨等相关功能.不仅可以实现机器人作业程序手动编写,同时实现了示教器和机器人控制系统的通用接口。

   关键词:  工业机器人  发展  打磨

摘要……………………………………………………………………………………1

目录……………………………………………………………………………………1摘要AO                      mu

第1章  绪论…………………………………………………………………………2摘要AO                      mu

1.1   工业机器人简介  ………………………………………………………3摘要AO                      mu

1.1.2  工业机器人的发展现状和趋势………………………………………3摘要AO                      mu

1.1.3  中国工业机器人的发展与现状………………………………………4摘要AO                      mu

1.2  本课题的研究内容……………………………………………………5摘要AO                      mu

第2章 机壳打磨     ………………………………………………………………5摘要AO                      mu

2.1   传统打磨……………………………………………………………5摘要AO                      mu

2.2   机器人在打磨中的应用……………………………………………7摘要AO                      mu

第3章  机壳打磨应用实例     …………………………………………………9摘要AO                      mu

3.1   流程图………………………………………………………………9摘要AO                      mu

3.2    程序………………………………………………………………10摘要AO                      mu

3.3    结果分析…………………………………………………………13

3.4     结论    ……………………………………………………………13摘要AO                      mu

第4章  总结       ………………………………………………………………13摘要AO                      mu

致谢       …………………………………………………………………………14摘要AO                      mu

参考文献 ………………………………………………………………………14

摘要AO                      mu

1、 绪论

     进入21世纪，机器人已成为现代工业必不可少的重要工具，它标志着工业的现代化程度。机器人学时一门高度交叉的前沿学科，引起许多不同专业背景的人们的兴趣，如机械学、生物学、人类学计算机科学与工程、控制论与控制工程学、人工智能 社会学等。机器人学包含机器人运动学、机器人动力学机器人控制、机器人智能化等领域，本文以工业机器人在生产中的应用为主线，对工业机器人作了较深入的研究与讨论。

工业机器人发展至今，已经成为一门新科学、一项新技术，也是增长最快的新产业之一。根据国际机器人联合会1999年世界机器人统计数据，1999年底全世界安装的机器人数达S1,500台，比1998年增加了%15，而市场价值为51亿美元，比1998年下降了%7，这说明单台机器人的价格在呈下降趋势，有利于机器人的推广和应用。现役工业机器人总数为724,500台，其中日本占%54，美国占%12.5，德国占%11。拥有工业机器人数量的多少已经成为评价一个国家自动化程度高低的重要标志。

1.1  工业机器人简介

第一台工业机器人问世后头十年，从20世纪60年代初期到70年代初期，机器人技术的发展较为缓慢，许多研究单位和公司所做的努力均为获得成功。进入20世纪70年代之后，人工智能学界开始对机器人产生浓厚的兴趣，他们发现机器人的出现与发展为人工智能的发展带来了新的生机。随着自动控制理论、电子计算机和航天技术的发展迅速，到70年代中期，机器人技术进入了一个新的发展阶段。到70年代末期，工业机器人有了更大的发展。进入80年代后，机器人生产继续保持70年代后期的发展势头，到80年代中期机器人制造业成为发展最好和最快的经济部门之一。1995年以来，世界机器人数量逐年增加，增加率也较高。到2000年，服役机器人约100万台，机器人学仍然维持较好的发展势头，满怀希望地进入21世纪。

工业机器人的应用领域十分广泛，如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人、打磨机器人等均在各个部门有了较为广泛的应用。在工业部门应用机器人的目的主要是削减人员编制、提高工作效率和提高产品质量。因为机器人具有两个主要优点：

1）生产过程的几乎完全自动化；

2）生产设备的高度适应能力。

     计算机控制的喷漆机器人早在1975年就投入运用，它可避免危害工人健康，提高经济效益和综合质量。由于具有可编程能力，打磨机器人能适用于各种应用场合。由于打磨机器人能够代替人在危险和恶劣环境下进行打磨作业,所以打磨机器人正在获得日益广泛的应用。

由于对打磨的精度和速度等提出越来越高的要求，一般工人已难以胜任这一项工作；此外，打磨时粉尘及火花等，对人体造成危害，因而打磨过程的完全自动化已成为重要的研究课题。应用打磨机器人即是实现打磨完全自动化的一种趋势，也是一个重要的方法。

1.2    工业机器人的发展现状与趋势

目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业中。极大的促进制造业自动化，随着生产的发展，工业机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量的应用到机器人领域。在手爪的机械结构方面根据所应用场合的不同以及对工件夹持的特殊要求，采取了多种形式的机械结构来完成对工件的夹紧和防止工件脱落的锁紧措施。驱动方面采用了一台工业机器人多种驱动方式的情况，有液压驱动，气压驱动，步进电机驱动，伺服电机驱动等等。愈来愈多的机器人是采用混合驱动系统的，这样能够更好的发挥各驱动方式的优点，避免缺点。并且在它的控制精度方面和搬运效率方面有了很大的提高。在搬运机械手的控制方面，出现了多种控制方式。

当代工业机器人技术发展一方面表现在工业机器人应用领城的扩大和机器人种类的增多。另一方面表现在机器人机械系统性能的提高和控制系统的智能化。前者是指应用领域的横向拓宽，后者是在性能及水平上的纵向提高。机器人应用领城的拓宽和性能水平的提高二者相辅相承、相互促进。应用领城的扩大对机器人不断提出断的要求，推动机器人技术水平的提高。反过来，机器人性能与智能水乎的提高，又使扩大机器人应用领域成为可能。

 1.3    中国的工业机器人

我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。

70年代是世界科技发展的一个里程碑：世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。

进入80年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、打磨和搬运机器人。

从90年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。

虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。

1.4 本课题主要内容 

     本课题针对工业机器人在生产中的应用，对工业机器人的发展进行阐述。同时着重讲述了工业机器人在机壳打磨领域的应用，对机器人语言做了简单的介绍。

2、  机壳打磨

     通常意义上的打磨要从两个方面来说，即外观打磨和内在打磨。外观的打磨大家比较熟悉，就是表壳、表链采用了抛光还是拉丝手法，或者是亚光或者磨砂等等，这些都是在外观上显而易见的打磨处理方式。打磨分为功能性的和非功能性（装饰性）的两种。功能性打磨是对齿轮、齿轮轴杆、轴尖、齿轮面和齿尖等施以打磨，为的是使这些零件的运转更为顺畅和高效。第二种是在机械加工之后，加入人工检查的工序，利用机器整理。在这种情况下，机件中常见的毛刺和残渣便可以被处理掉，最终处理出来的机件便具有了足以迷倒众生的光泽，而机件的质量也因此得到质的飞跃。第四种情况，当然也可以说是“境界”，便是对于机械加工后的所有机件进行纯人工打磨。这种情况只有极少数顶级手表制造商和制表师才会采用。虽然费时费力，但是做出来的已经不是机件而是价值连城的艺术品了。装饰性传统上，只是秉承其优良传统，以加强美感。常见的有：日内瓦条纹，珍珠圆纹（也叫鱼鳞纹），太阳纹，螺旋纹，等等。虽然打磨有功能性和非功能性之分，但是二者也不是绝对对立的。一个很好的例子便是，打磨精致的机芯，在防尘、防锈等方面也有不俗表现。

 2.1 传统打磨

很多机件生产出来后带有毛刺，因而需要进一步加工去掉毛刺使得机件的表面光滑。打磨这项工作时由工作人员拿工件坐在运转的砂轮钱通过与砂轮的接触达到打磨的效果从而去除毛刺，抑或使用其他类别的机器。在这一过程中往往会伴随着火花和粉尘的出现，它们会对人体造成巨大的伤害，同时也是工作环境变得恶劣，如下图所示为几种常见的打磨方式。

                                    图一

                                图二

图三                             图四

虽然这种打磨方式能提升产品的质量但也存在众多的缺点：

1）因火花与粉尘对人体的伤害使得每个工人不可能长期从事这项工作迫使公司需长期招募工人；

2）随社会经济的发展工人的工资与材料费用大幅度的增加使得公司的成本也大幅的提升；

3）在工作时工人一般是依照经验去判断是否加工完成因而所加工的产品质量无法得到保证；

4）因人无法长时间集中去做重复性的事，因此工作效率无法保持稳定。

2.2 机器人在打磨中的应用

很多铸件要人工打毛刺,不仅费时,打磨效果不好，效率低,而且操作者的手还常常受伤。打毛刺工作现场的空气染污和噪声会损害操作者的身心健康,因而各种材质和形状物体的打磨,抛光等工作由机器人来代替完成,如下图几种机器人。

打磨机器人是可进行自动打磨的工业机器人。打磨机器人主要由机器人本体、计算机和相应控制系统组成，多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，且可通过手把手示教或点位示数来实现示教。打磨机器人在国外早已开始使用，近年来国内也开始逐渐重视并发展。在生产线上用于抓取物料的器具安装在机器人的手臂上，即由打磨机器人去完成打磨作业。用于规划打磨机器人运动的一种典型方法是人工示教法，即由工人通过手动运动，同时由控制机器人的计算机记录下机器人各关节参数的变化，使得机器人随后能地重新沿原先的轨迹运动。尽管这种方法是简单的，且已被广泛利用，但存在不少缺点：

1)打磨轨迹是凭工人经验和实验获得的，因此按此方法无法择出最佳打磨路径；

2)在示教过程中机器人不能被使用，人类始终处于有害的环境中；

3)人工费用较高且缺少熟练的劳动力；

4)该方法通用性较差，对于打磨达不到预期效果。

随着对环境保护和劳动保护的日益重视，以及适应生产自动化发展的需要，同时也为进一步提高产品的质量和生产效率，人们希望改变以往的人工示教法。于是人们开始追求打磨机器人离线编程方法，期望利用计算机自动寻找出能产生最佳打磨效果的运动轨迹，再将这条轨迹最终转换成机器人的运动程序。离线编程的主要好处是：

1）减少停工待料期以及给机器人极大的能力；

2）通过仿真更好地理解过程；

3）减少对昂贵设备的破坏以及人工操作者危害的风险，

    离线编程可以通过汇编语言或者利用建立在图形基础上的仿真和编程系统来完成。汇编语言由于其与机器人易于交流，因而花费少，并提供了好的编程设备以及利于机器人进行控制。但是不足的是它提供了很少的甚至没有的可视化特征以及要求高水平的编程人员。而另一方面，建立在图形基础上的仿真和编程系统用可视化就可以解决上述问题并提供了一个高级使用者界面，低水平的编程人员就足够操作这些系统。

图一

图二

3、  机壳打磨应用实例

编写一个函数，实现Z型轨迹功能，要求：

1）Z型轨迹只示教2个点位（一个上方点，一个下方点）；

2）摆动幅度、摆动次数、摆动速度可通过变量参数调节。

 3.1 流程图：         

3.2  程序：

sub mian

        Dim pp as integer

        Dim ppp as integer

        Dim n as integer

        Dim m as integer

        Curpos pp

Waitinp pb,0,true                //等待启动信号

        If dist(p(0),pp)>5 then           //判断是否在安全点

          Move  l,@0,p(0),100           //移动到安全点 

        End  if 

  N=10

  M=20

Do

If getinp (pb,1)=true then           //判断气爪是否有料

Goto lab

End if                 

  Waitinp pb,2,true               //等待运动皮带有料信号

  Sub quliao                     //取料程序

Lab：

  Sub damo                       //打磨程序

  Sub fangliao                       //放料程序

loop

End sub 

Sub quliao

  Move l,@0,p(3),100

Move l,@25,p(4),100

Setoutp pb,3,true

End sub

Sub damo

Setpex ppp,p(1)

Move l,@0,p(1),100

Do 

Ppp.x=ppp.x+n

Move l,@0,ppp,100

Ppp.x=ppp.x-n

Ppp.z=ppp.z+m

Move l,@0,ppp,100

If dist(ppp,p(2))<5 then

Exit do

End if

loop

End sub

Sub fangliao

Move l,@0,p(5),100

Move l,@0,p(6),100

Delay 1000

Setoutp pb,3,false

End sub 

Sub callback (state as integer)

     Select case state

            Case sta

                 Print “kaishi”                       //开始

            Case pau

                msgbox “zanting”                     //暂停

            Case stp

                 Print “zhongzhi”                    //终止

            Case cnt

                msgbox “jixu”                        //继续

      End select

End sub 

先把程序进行编译成功后开始运行软件使之执行程序，机器人就可以完成所需的打磨任务。当然对于通过离线编程系统和遥操作系统都可以得到同样的结果。

3.3 结果分析

通过上面的程序可以看出，指令非常简单，易于编程，易于学习，具有动作级语言的特点。可以通过简单指令容易的指定机器人的打磨任务，大大提高了编程的效率和简化了任务的说明过程，很好的结合了动作级语言和任务级语言的优点，完全满足了打磨的编程需求，同时也为其它的外部设备提供了统一的接口，一定程度上增加了机器人的可扩展性。

3.4  结论

1） 机器人编程语言可以提供一种通用的方式来解决机器人与其它设备的接口，同时也是机器人系统水平先进的重要标志。

2）动作级语言简单易用，但编程效率低，然而任务级语言远没有达到实用的程度。因此，开发一种既简单易用，又具有相对较高编程效率的机器人编程语言是迫切需要的；

3）类VB方便的实现打磨机器人程序的编写，并且编程简单易学，显示了较高的编程效率和复杂打磨任务的表达与描述能力。

4总结

   本文介绍了工业机器人的发展及中国的工业机器人发展，论述了当前的发展现状和意义。着重介绍了工业机器人在生产中的应用。

    本文使用仿真软件，仿真一台打磨机器人进行打磨，通过明了开发程序的合理性和有效性，验证了工业机器人在实际生产中起到的不可估量的重要作用。

工业机器人在打磨中的应用，在对机器人语言的特点和系统构成的基础上，运用了类VB机器人语言。改语言具有魔机器人所必须的机器人运动控制和打磨等相关功能，不仅可以实现机器人作业程序的手动编写，同时出现了离线编程系统、遥操作系统以及示教编程器与机器人控制系统的通用接口。

致谢

本课题在选题及写作过程中得到何老师的悉心教导。何老师多次询问写作进程，并为我指点迷津，帮我开拓写作思路，精心点拨。何老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，给以终生受益无穷之道。对何老师的感激之情是无法用语言表达的，在此仅向何老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接收我诚挚的谢意！

同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境，以及各位百忙之中抽出时间审核答辩的老师。

最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。

 参考文献

［1］余达太 马香峰主编，工业机器人应用工程，冶金工业出版社，1999

［2］孙迪生，机器人控制技术，机械工业出版社，2000

［3］张效祖 工业机器人的现状与发展趋势，世界制造技术与装备，2010

［4］蒋新松 未来机器人技术的发展方向，2008