FANUC工业机器人配置与编程技术
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第1章 工业机器人系统组成

1.1 工业机器人概述

1.1.1 简介

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

1.1.2 特点

工业机器人有以下几个最显著的特点。

(1)可编程。工业机器人可根据工作环境变化进行再编程,因此它在小批量、多品种、具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用。

(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分。智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”,如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、物体识别传感器等。

(3)通用性。除了专门设计的专用工业机器人外,一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。例如,更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。

(4)广泛性。工业机器人技术涉及的学科很广泛,是机械学和微电子学的结合——机电一体化技术。智能工业机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器,而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能,这些都是微电子技术的应用,特别是与计算机技术的应用密切相关。因此,机器人技术的发展必将带动其他技术的发展,机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。

当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、多种感知能力、较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。

1.1.3 典型应用

工业机器人的典型应用包括焊接、刷漆、组装、采集和放置(例如,包装、码垛和表面贴装)、产品检测和测试等。

工业机器人能替代越来越昂贵的劳动力,同时能提升工作效率和产品品质。例如,富士康公司的机器人可以承接生产线精密零件的组装任务,更可替代人工在喷涂、焊接、装配等不良工作环境中工作,并可与数控超精密机床等工作母机结合模具加工生产,提高生产效率,替代部分非技术工人。

使用工业机器人可以降低废品率和产品成本,提高机床的利用率,降低工人误操作带来的残次零件风险等。工业机器人带来的一系列效益也十分明显,例如减少人工用量、减少机床损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。工业机器人具有执行各种任务特别是高危任务的能力,平均故障间隔期达60000小时以上,比传统的自动化工艺更加先进。

在发达国家,工业机器人自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。汽车、电子电器、工程机械等行业已大量使用工业机器人自动化生产线,以保证产品质量和提高生产效率。

1.1.4 发展历程

1920年,捷克作家卡雷尔·恰培克(Karel Capek)在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用了机器人(Robot)一词,它是最早的工业机器人设想。

20世纪40年代中后期,机器人的研究与发明得到了更多关注。

1954年,美国人乔治·德沃尔(George Devol)最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利。1959 年,Unimation 公司生产的世界上第一台工业机器人在美国诞生,开创了机器人发展的新纪元。

自工业机器人诞生以来,世界发达工业国家已经建立起完善的工业机器人产业体系。近年来,我国工业自动化与智能化的发展加速,工业机器人的应用普及也带来了机器人市场的急剧增长。

世界工业机器人制造企业以瑞士的ABB、德国的库卡(KUKA)、日本的发那科(FANUC)和安川电机(YASKAWA)最为著名,被称为工业机器人的“四大家族”。它们是全球主要的工业机器人供应商,占据全球50%以上的市场份额,几乎垄断了机器人制造、焊接等领域。本书主要讲解发那科(FANUC)公司的工业机器人。

发那科(FANUC)公司创建于1956年,3年后首次推出了电液步进电机。20世纪70年代,得益于微电子技术、功率电子技术,尤其是计算机技术的飞速发展,FANUC 公司的首台机器人问世。1976年,FANUC公司成功研制数控系统,随后又与西门子(SIEMENS)公司联合研制了更高水平的数控系统,从那时起,FANUC 公司的产品日新月异,成为当今世界上数控系统设计、制造、销售实力最强的企业之一。FANUC 公司是世界上提供集成视觉系统的机器人企业之一,还是既能提供智能机器人又能提供智能机器的公司之一。FANUC公司的机器人产品系列多达240种,负重从0.5kg 到2.3t,广泛应用在装配、搬运、焊接、铸造、喷涂、码垛等不同的生产环节,可满足用户的不同需求。