机器人分析报告

机器人分析报告（12篇）

1.机器人分析报告 篇一

关于医疗机器人在我院引进的可行性研究报告

---------划时代的医疗机器人技术

随着时代的进步，科技的发展，医疗已经逐步步入信息时代，互联网+医疗、精准医疗的概念已经深入人心，医疗机器人技术是目前医疗发展的最新方向、最前沿的技术和最终目标。我院作为民营医院之中的精英，向来就有敢为天下先的勇气和斗志，有高瞻远瞩的智慧和魄力。大胆的引进最尖端的技术，将对医院产生有深远意义的影响，对树立高端形象，占领高端市场，扩大医院影响力，提高医院整体水平，创造更多的效益有着强大且直接的推动作用。对医院跻身全国著名医院行列，实现再次飞跃将作出巨大的贡献。

1.目的：引进国际先进的“达芬奇”医疗机器人手术系统，建立多学科、全方位的集机器人手术、康复、科研、教学为一体的医疗机器人中心。最终目标成为黑龙江省规模最大，技术最为领先的医疗机器人基地。

2.意义：占领高端市场，填补省内在该领域的空白，树立企业高端形象，带动多学科与国际最先进水平接轨，快速提高医院整体水平，短时间内实现医院的再次跨越，为医院的集团化、证券化、国际化作出贡献。显著提高医院的社会效益和经济效益。

3.设备概况：达芬奇手术系统是一个以微创的方式辅助复杂外科手术的机器人手术系统，由IntuitiveSurgical公司开发设计和制造，2000年被美国药监局正式批准投入使用。此手术系统最初主要用于泌尿外科的微创手术，例如前列腺切除手术，现在被越来越多地应用于心外科，妇科以及小儿外科等外科微创手术。目前，达芬奇手术系统被世界各国医院争相采用，截止到2012年为止，由达芬奇机器人辅助完成的手术超过20万台。以达芬奇为代表的手术机器人技术的普及，将手术的精准度提升到了一个全新的高度，将外科手术带入了一个新的时代。做为代表当今手术机器人最高水平的达芬奇手术机器人，它主要由3个部分组成：1.主刀医师操作控制台；2.三维成像视频影像平台；3.机械臂，摄像臂和手术器械组成移动平台。实施手术时主刀医师不与病人直接接触，通过三维视觉系统和动作定标系统操作控制，由机械臂以及手术器械模拟完成医生的技术动作和手术操作。

4.设备应用范围：医疗机器人技术在临床上主要应用于：外科手术、康复医学、临床试验、临床教学等方面。在外科手术方面，外科手术机器人的应用可以提高疾病诊断、手术治疗的精度与质量，探索新兴的外科手术方法，减少医疗过程中放射性设备与药物对医生或病人的伤害，提高手术安全，缩短治疗时间，降低医疗成本为目的。目前，外科手术机器人研究已涉及各种外科手术，如显微外科手术、神经外科手术、微创外科手术、整形外科手术、胃肠道检测等。广泛应用于微创心脏手术，骨科手术，泌尿外科手术，脑外科手术，妇科手术以及介入手术等。由于医疗机器人有着数字化、网络化的特点，能够实现远程会诊手术，复杂状况模拟，可以缩短会诊流程，充分利用医疗资源，缩短学习周期，提高诊疗效率。

5.设备及手术成本：设备成本：医疗机器人及配套设施1700-3000万元（1-3代设备价格，国立医院）。手术成本：3万元（包括设备损耗、耗材、设备折旧等），每台手术收费6-10万元，如按每年500例手术计算，可增加产值3000-5000万元。

6.可行性论证：

（一）机器人手术的优点：

（1）3D高清影像技术为主刀医生提供高清晰，全方位立体式手术视野，可以准确的进行组织定位；

（2）医生通过医生控制台操控机器手臂，操作方式尊重医生开放手术操作方式，减少培训和学习；

（3）仿真手腕手术器械消除了颤动，减低手术风险；

（4）机器手可以模拟人的手指灵活度和准确度，可以进行人手不能触及的狭小空间的精细操作；

（5）机器手的关节腕具有多个活动自由度，拓展了手术人员的操作能力，提高手术精度；

（6）一个主刀医生可以完成一个腔镜手术团队的全部工作，减少了配合失误，更容易实现主刀医生的意图；（7）病人的切口更小，康复时间更短，感染风险也大大减少；

（8）主刀医生采取坐姿进行手术操作，有利于长时间的复杂手术，延长了外科医生手术生命。

（9）可实现远程会诊，可以随时邀请国内优秀专家进行会诊手术或教学演示。

（二）目前国内和国际的普及状况：

自1995年Intuitive Surgical公司成立，于1999年生产出了第一台达芬奇标准型手术机器人，2000年通过了美国的FDA并获得了相应的证书，开始在美国销售和使用。截止到2014年，全球装机量达到3266台，2014年完成手术57万例。近年来，机器人辅助腹腔镜手术作为一种新的微创技术，在国际上的应用越来越广泛，特别是对于操作空间狭小的复杂手术如根治性前列腺切除术，机器人手术具有不可替代的优势。目前达芬奇手术机器人主要应用在泌尿科、妇科、普外科、心胸外科等，其中泌尿科和妇科在全球外科手术中应用最广。我国人民解放军总医院在2006年底引入第一台，之后其他医院陆续引入，截止2014年底，我国有24家医院装机，达芬奇手术机器人医院装机量达29台。2014年我国达芬奇手术机器人手术完成量为5116例，累计完成11651例。近两年，达芬奇手术机器人的装配量增长迅速。据悉，截止目前，美中互利医疗有限公司在中国共销售了38台达芬奇手术机器人，卫计委共同意了57台达芬奇手术机器人的申请。保守估计，2015年我国达芬奇手术机器人累计装机量60台左右，2018年累计装机量120台左右；2015年底，达芬奇手术机器人累计完成量将超过2万例，2018年当年的手术量将超过2万例。我省目前没有机器人手术系统，哈医大一院预计明年引进一台。

（三）引进“达芬奇”系统的意义：

对于患者来说，手术机器人可使手术效果明显改善，术后并发症、手术创伤和失血明显减少，手术效果及美观性明显提高。可使手术适用范围得到一定程度扩大，如对于某些高龄患者及高危患者，通过机器人手术可规避开放手术带来的创伤。

对于外科医生来说，可以明显延长有经验医师的“手术生命”，可使手术更加精准、微创，提高手术治疗效果，并支持开展更高难度的手术。

对于医院来说，手术机器人可提高医院效率和知名度，吸引更多的病人，显著降低住院时间，提高病床周转率，并增加临床科研和国际交流机会。

（四）机器人手术系统将给我们带来什么

2001年，在美国与法国之间进行了首例跨国远程机器人手术，这台手术以首位飞越大西洋的飞行员林德伯格先生的名字命名为“林德伯格手术”。手术机器人延伸了医生的手臂，让医生在相隔几千公里之外为病人进行手术成为可能。世界著名外科学家、法国的Jacques Marescaux教授评价说：“这是外科史上继微创技术及电脑辅助应用以来的第三次变革，成功引入一个全球外科技术共享的理念：外科医生无论身处何方,都可参与世界上任何地方的手术。”

机器人手术的高科技和无与伦比的便捷是传统手术所无法比拟的，是日后外科发展的潮流和趋势，谁先占领这一制高点，谁就会在以后的发展道路上占尽先机。目前我省机器人手术的这块大蛋糕还在等待它的主人，很多“不差钱”的高端患者正奔波在前往南方大城市求医的路上，这些高端患者的流失是我们医院的损失，而把他们挽留住的资本就是与国际接轨的高水平技术和设备。一旦我院成功引进达芬奇手术机器人系统，将产生轰动性效应，我院将成为万众瞩目的焦点，得到全社会的肯定，使我院的定位上升到更高的档次。它带给我们的不仅仅是更多的经济收入，而是名利双收，名副其实的双赢。

2.机器人分析报告 篇二

关键词：机器人,工业机器人,特种机器人

1 引言

1920年, 捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中, 根据Robota和Robotnik, 创造出“机器人”这个词。自从机器人问世以来, 机器人的发展日新月异, 对我们的生活产生了很大的影响。机器人是一种可以反复编程和多功能的, 用来搬运材料、零件、工具的操作机, 或者为了执行不同的任务而具有可改变的可编程的动作的专门系统。

我国的机器人工业从20世纪80年代“七五”科技攻关开始起步, 在国家的支持下, 通过“七五”、“八五”科技攻关, 已基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术, 生产了部分机器人关键元器件, 开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。目前, 我国从事机器人研发和应用工程的单位有200多家, 拥有量为4500台左右, 其中国产占20%, 其余都是从日本、美国、瑞典等40多个国家引进的。

我国的机器人专家从应用环境出发, 将机器人分为两大类, 即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械人或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的, 用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人, 包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中, 有些分支发展很快, 有独立成体系的趋势, 如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前, 国际上的机器人学者, 从应用环境出发将机器人也分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人, 这和我国的分类是一致的。

2 工业机器人

2.1 工业机器人现状

2005年已生产各种类型工业机器人和系统600台套, 机器人销售额14亿元, 机器人产业对国民经济的年收益额为65亿元。据市场预测, “十一五”期间我国工业机器人的总需求量约为8000-20000台套, 其中以点焊、弧焊、喷漆、装配、搬运、冲压等各类机器人自动化成套装备系统为主。根据发达国家产业发展与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势, 到2015年中国机器人市场的容量约达十几万台。

工业机器人总体趋势是:从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移, 从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为“灵活应用机器人技术的、具有在实世界动作功能的智能化系统”。工业机器人由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成, 是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量, 提高生产效率, 改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动, 而是综合了人类特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置, 既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力, 又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力, 从某种意义上说它也是机器进化过程的产物, 它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备, 也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

2.2 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:①工业机器人性能不断提高, 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。②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。③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。④虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用过程控制, 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。

2.3 我国工业机器人的发展前景

有人认为, 应用机器人只是为了节省劳动力, 而我国劳动力资源丰富, 发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国, 社会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益, 而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。

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。我国目前从事机器人研发和应用工程的单位相对较少, 工业机器人的拥有量远远不能满足需求量, 长期大量依靠从国外引进。

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, 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;在应用规模上, 我国已安装的国产工业机器人约200台, 约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业。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。

3 特殊机器人

3.1 特殊机器人的现状

特种机器人则是除工业机器人之外的, 用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人, 包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中, 有些分支发展很快, 有独立成体系的趋势, 如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。

服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员, 到目前为止尚没有一个严格的定义。不同国家对服务机器人的认识不同。服务机器人的应用范围很广, 主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。

2008年, 北京奥运会曾经使用过的机器人有:①福娃机器人。福娃机器人能够感应到一米范围内的游客, 与人对话、摄影留念、唱歌舞蹈, 还能回答与奥运会相关的问题。②翻译机器人。能够实现在任何时间、场所, 对任何人和任何设备的多语言服务。③安保机器人。其杰出代表为排爆机器人。由上海世博局创意、浙江大学和中控研究院研发制作的37个“海宝机器人”将于上海世博会期间在机场、车站及世博园一轴四馆等重要场馆, 从事迎宾、照相、指路、引领参观、寻人等工作。“海宝机器人”身高1.55米, 重87公斤, 是根据2010年上海世博会吉祥物“海宝”的形象设计而成的一款高级人工智能服务机器人。它拥有俏皮的刘海、丰富的面部表情、灵活的身体、出色的语言能力和可爱幽默的性格, 它可以通过面部表情和手臂、头部、腰部、底盘的动作表达自己的想法和情绪。它不仅能提供迎宾、照相、指路、引导参观、寻人等服务, 还能为来宾们讲笑话、跳舞、唱歌。“海宝机器人”可以辨别来宾的方位、人数和行进的方向, 自动进入迎宾服务状态。通过“海宝机器人”, 世博来宾可以及时获知世博信息、公共信息、引路导航等信息。“海宝机器人”会3000多句日常对话, 可使用中、英文进行对话, 用中、日、韩、英、法、德等六种语言, 进行热情问候和自我介绍, 还能主动热情的和来宾握手示好。游客还可以与“海宝机器人”进行关于世博知识等主题的趣味语言交流。

特殊机器人种类繁多, 形式多样。娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的, 具有机器人的外部特征, 可以像人、像某种动物、像童话或科幻小说中的人物等。同时具有机器人的功能, 可以行走或完成动作, 可以有语言能力, 会唱歌, 有一定的感知能力。2007年10月, 一批具有自主知识产权的娱乐类机器人在深圳举行的第九届高交会上亮相, 它们表演举重和倒立、聊天、唱歌、跳舞、吹奏萨克斯管等节目, 吸引人们关注。

早在70年代中期, 美国五角大楼就开始通过各种试验来证实军用机器人的使用价值。80年代以来, 美国军方声称已经拥有一支由机器人士兵组成的作战部队, 其兵种涉及到陆、海、空、侦察和供给等领域。由劳伦斯-里弗莫尔国家实验室研制的扫雷机器人, 重45公斤左右, 身上有10多种传感器能够辨认各种地雷和爆炸物, 4架摄像机将周围的图像摄入并输入电脑, 后者进行分析并下达如何处理的指令, 实在无法处理时, 则将分析结果通过线路传送至基地的信息中心, 获得明确指示后再采取行动。法国军事部门研制的反坦克机器人也颇具威胁。这种机器人的体积仅相当于一个10岁小孩, 但发射出的炮弹威力无比。它能识别几乎所有的坦克, 并根据不同的坦克选择不同的炮弹和发射角度。最令人叫绝的是专门搜集军事情报的机器人士兵, 它可以称得上是优秀的侦察员。根据新闻媒体的报道, 目前军事大国已经研制出来了100多种机器人侦察兵, 可执行陆海空多种侦察任务, 最简单的一种是通过发射器将侦察机器人粘合在对方的建筑物、装备或移动的运输工具上, 通过机器人身上的微型摄像系统获取情报, 再通过发射信号将情报传回总部。比较高级的是让“机器鸟”飞到敌方上空, 大量拍摄和摄录图像, 然后带回分析信息。

3.2 特殊机器人的研究趋势

特殊机器人正朝着形式多样化的方向发展, 大家和特殊机器人的接触也越来越密切。目前服务机器人可以完成的主要任务是清洁、保安和娱乐。服务机器人的市场仍处于发展期, 工业和学术机构组建了由高水平技术人员组成的研究团队, 对机器人进行合作研究。日本在制造机器人的硬件、软件和辅助设备方面拥有世界一流的技术, 也是世界上最大的机器人市场。机器人的主要制造商正在扩大生产, 尤其是在扩大自动化生产方面;预计机器人市场将继续扩大, 主要是海外市场的扩大;机器人的潜在市场日益扩大, 尤其是可以帮助老年人和主妇做事的机器人。

卡佩克提出的是机器人的安全、感知和自我繁殖问题, 科学技术的进步很可能引发人类不希望出现的问题。虽然科幻世界只是一种想象, 但人类社会将可能面临这种现实。

3.3 特殊机器人的发展前景

随着社会的逐步发展, 特殊机器人正以越来越快的步伐进入我们的生活和家庭。服务机器人会越来越受到大众的欢迎。人形机器人很受欢迎, 市场需求巨大。可以帮助人们打扫的清洁机器人也很受欢迎。医院、医疗机构正在共同开发可以帮助护理人员及其病人的机器人。

4 结论

通过对机器人的发展现状的研究, 我们可以得出如下结论:①随着社会的发展, 科学技术的进步, 机器人技术的发展速度越来越快, 机器人产业也将逐步进入我们生活的每一个角落。②工业机器人将继续占据机器人的主要市场。③特殊机器人越来越收到重视, 市场份额将逐步增长。

参考文献

[1]熊有伦.机器人技术基础[M].武汉:华中理工大学出版社, 2000.

[2]王楠.小型工业机器人的设计现状与前景[J].广西轻工业, 2008.

[3]Gordon McComb, Myke Predko.机器人设计与实现[M].北京:科学出版社, 2007.

[4]周莉.日本产业机器人的发展趋势[J].中国兵工学会, 2008, (1) .

3.电线除冰机器人机构分析与设计 篇三

关键词：除冰；自主行走；运动仿真

【中图分类号】TP242

当前全球气候变化异常，冻雨天气也是时常有可能发生。由于建造的有些高压输电设施在设计时并没有考虑严重恶劣天气的影响，不能保证有足够的强度，因此，利用电线除冰机器人除去附着的冰块，来弥补输电设施的强度不足问题，是一种可行的方法。

1 功能分析

机器人的总功能由以下几个功能单元组成：

（1）能在架空高压线上以期望的速度平稳爬行；根据实际线路的要求，在线行走速度为1m/s。

（2）能除去附着在电线上的冰块，行走一次至少除去一半以上的附冰。

（3）能够跨越高压线路上的防震锤、线夹、绝缘子、线塔和跳线等障碍。

（4）具有一定的爬坡能力；根据输电线路的实际情况，其最大坡度出现在山谷到山顶两塔杆之间，坡度为55°。但是由于杆塔附近跳线与耐张线夹之间角度要大于此值，因此确定机器人的最大爬坡角度为75°。

（5）在故障情况下有可靠的自保安措施，防止机器人摔落。提供足够的空间安装携带电源等。

机器人功能目标的约束条件为：

（1）外形：机器人得外形尺寸不得大于500mm*1000mm*2000mm。

（2）运动：要求机器人在输电线路行走时要快速、稳定、安全、可靠。

（3）重量：根据线路承载的要求，机器人重量越小越好，规定重量≤50kg。

（4）机器人承载重量≥7kg，主要是能够携带电源等。

2 功能原理设计

在上述机器人的功能目标中，在线行走、除冰和越障是电线除冰机器人机构设计的关键功能。由于机器人在行走、除冰和越障时既要保证机器人姿态平稳，又要保持与其它导线和杆塔金属部件及拉线的安全间距，并且还要容易控制。

2.1 行走功能

机器人的在线行走可以考虑用轮子压着钢索前行，这跟地面行走类似，只不过地面行走时只需要一个轮子靠重力压住地面即可，而在线行走则需要一对轮子在同一个地方沿相反的方向同时压住钢索才能前进。为保持平衡，机器人重心应该在钢索下面，起到圆周定向的功能。

也可以从仿生的观点出发，模仿人在钢丝行走的方式，可采用机器人主体悬挂在钢索上，用机械手交替握住钢索前行。

2.2 除冰功能

除去电线上附冰的方式，可以类似人在其它场合除冰的方式。模仿冰雕艺术家，用刀片对冰进行切削；模仿路面的除雪除冰，用车将冰压碎，撒融冰剂；电流加热；振动；除冰枪击碎；模拟工人在高压线上除冰，敲碎。

2.3 越障功能

机器人在线越障操作类似人的空中攀援行为。因此，仿生设计是解决机器人在线越障这一难题的有效方法。人体遇到线路障碍如悬垂线夹或防震锤，采用从线路下方穿越的方式越障，首先，人体进行姿态调整，将人体重心放到起支撑作用的手上如左手。然后，另一只手右手松开，并立即向前伸出繞过障碍，抓住线路的另一端，立即调整姿态，使重心前移，调整到另一只手右手上。然后，松开刚才起支撑作用的手左手，绕过障碍也抓住线路的另一端，从而完成了障碍的穿越。

通过对人体跨越障碍的方法分析，机器人的越障功能完全可以通过模仿人体跨越障碍的方法实现。按照仿生机械设计的原理，机器人设计成具有类似人体手臂功能的机械臂结构，帮助机器人完成越障的任务。从上述分析看出，机器人至少要有两臂组成，方能实现越障功能。从人体两臂跨越障碍的过程中，我们可以了解到，人体要不断地调整重心，使之保持在一定的范围内，否则就无法实现跨越障碍的功能。而机器人要采用两臂结构，势必要解决重心调整的难题。最有效的解决方法是采用具有多自由度的多只手臂结构。在这里，初步选用3只手臂机器人。

3 确定方案

初步拟订几种能够完成功能的方案，进行分析。

方案一：用两对齿轮咬碎电线上的冰块前行，一对齿轮除去冰块，另一对咬着电线前行。

方案二：像人体悬挂在绳索上行走一样，行走并拍击电线除冰。

方案三：利用六对具有凹圆槽的齿轮，呈一定规律分布行走越障，使用电机带动除冰棒工作完成除冰。

比较各种方案的优缺点：

第一种方案分析：

（1）前进用的齿轮和除冰的齿轮分开，采用不同结构：前进用的齿轮界面形状和蜗轮形状类似，适应电线的圆柱形状；除冰的齿轮采用较大的齿宽，先用齿轮压碎冰，然后用一个锥形的圆筒将压碎的冰块排出。

（2）四齿轮安装四电动机，电瓶挂在下面。

（3）前进用的齿轮间距在工作时不能调节，除冰的齿轮间距工作时可调节。

（4）如果还有少量碎冰粘在电线上，则锥形圆筒也能起到除冰功能；如果残留的冰太多，则齿轮后退以后继续压冰，知道锥形圆筒能通过。

此方案不能完全实现跨越障碍的功能，适用范围不够广，不能完全实现除冰的自动化，需要较多的人工参与。

第二种方案分析：

将人体悬挂行走与双臂攀缘进行综合，完成机器人的功能。机器人采用多只具有人体手臂关节的机械臂结构，机械臂上部安装驱动行走机构。当机器人行走时，机械臂只起连接作用。遇到障碍时，机械臂之间相互配合，采用仿人攀缘策略调整姿态，跨越障碍。由于采用多只多自由度机械臂，机器人可以完成更为复杂的空中姿态调整，因而可跨越各种类型的线路障碍。

此方案能实现跨越障碍的功能，适用范围广，当上升角度过大时不能完全实现除冰的自动化，仍需要人工参与。

第三种方案分析：

机器人行走越障机构是由六对具有凹圆槽的齿轮对和一个电机组成，齿轮对两对一组，分三组每组夹角120°平均分布于电机轴上，相邻的四对齿轮组的凹圆槽压紧电线，通过齿轮带连接获取电机动力，实现机器人线上行走功能。

当机器人运动到瓷瓶左侧位置时，停止行走。此时机器人进入越障状态，以靠近瓷瓶的两组齿轮对为中心，松开另一组的齿轮对，电动机产生旋转动力，使另一组齿轮对越过瓷瓶障碍，到达瓷瓶右侧，并且压紧输电线路。再以瓷瓶右侧的齿轮组为中心，重复上一步动作，完成越障。

评分法对三种方案进行分析，最终确定第三种方案。

参考文献：

[1] 孙媛媛，何花.浅谈国际机器人竞赛[J].上海教育科研，2005（2）：52-54.

4.机器人大赛总结报告（推荐） 篇四

机器人大赛是一个极富挑战性的学术竞赛。它不仅水准高，难度大，综合性强，而且投资巨大的新兴学科。

我们之所以有机会参加如此高水的学科竞赛，这全得益于学校领导的大力支持：我们之所以能在极端不利的情况下取得今天的成绩，这全得益于所有指导老师的精心栽培和全体参赛队员的团结努力。

上学期末，当我得知学校将组织我们参加本次的机器人大赛我非常的兴奋，作为一个电子专业大三的学生能参加本次的学术盛宴，将是我求学道路中不可多得的好机遇，同时我也知道这也将是我求学中的一个挑战，我不仅要和同学们竞争这少有的名额，同时我还要和我自己竞争，通过几个月的学习训练我能否不断超越自己，提高自己的动手能，最终在大赛中战胜对手取得好成绩，为自己为学校增光添彩。

后来，我也了解到学校已经花重金购置几台机器人，听张老师简单介绍这台小小的机器居然花费数千元，通过学习才知道，这个小东西本领还不小，都已经算是很尖端的技术了，这让我对机器人有了更加浓厚的兴趣。加上学校领导的重视以及指导老师精心指导，我暗自下定决心“一定要好好努力，不能辜负了学校和指导老师的期望”。

在讲完所有的基础课后，我们开始利用软件对机器人进行测试和调试，好让其达到最佳状态，但是是结果却不是很理想，我们队员之间相互探讨，充分发挥自己的主观能动性，将各自想到的方案集合在一起，相互改进在装载到机器人里，根据运行效果的好坏来决定最终的方案，直到比赛的前一天我们还在不断改进程序，我试了最后的效果非常的棒，其它组的效果也是一样。

于是我们机器充满电，整理行装，准备明天的出征。第二天到后我们就开始最后的参数采集和调试，但由于现场的环境不断变化，更我们的调试带来了很大的困难，看得出队员都有些急躁，在老师的开导之后，我们调整好心态，克服外在的影响，开始最后的调试。所有的队员都在分工合作，一丝不苟的准备最后调试，我们都知道胜败就在此一举了。在我们所有准备都做好后，我对机器人做了最后一次测试，防守机器人效果非常好，就在我们信心满满的去测试进攻机器人时，我们遇到了参赛以来最大的难关——机器人的电机突然烧毁，而在场的工作组专家也无计可施。这一下让我们的心情跌至谷底，因为没有好的机器就意味着弃权。此时老师和我们的心情都很沉重，学校花了这么大代价，我们也付出了很大的努力，可结果却是这样。我不甘心，我不愿意就这样放弃，可这时候已经是晚上的10点了，我这时候所有的人都对我们不再抱有希望了，除了我们这组三名队员，在我们反复的思考和拆装中，我们终于找到了起死回生的办法，就是将四轮驱动改为前轮驱动，将坏掉的车轮改为从动轮，这样就可以正常运行，但是功率却小了一半，而且参数也发生了变化。等我们该开始改动时，时间已经很晚了，我们被迫回到住处，在老师的指导下继续改动，直到凌晨2点我们才完成改装，然后洗澡睡觉。

第二天我们带着黑眼圈早早的起来，吃完早餐就去了赛场，这时我们看到的对手的机器人，个头明显比我们的大一截，或是重量比我们超我们一截，这完全不符合参赛要求，但是组委会却没有在意，我也知道这才第二届难免会有些不公的地方，就这样我们以微弱的劣势败于对手。这样的结果让我没办法向学校，向老师交代，更没办法想我自己交代，我一直不能从失败的阴影走出来，也许我过于在乎那个名次了，老师像是看出了我的心思于是开导我，记得老师说：“对你们来说，名次并不是最后总要的，重要是你们通过此次的大赛，学到了什么”。这时我才恍然大悟，我回答道：“除了奖以外，其它的都得到了”。

通过本次的大赛我学到很多，不仅让我在专业学习上指明了一条道路，还让我了解到如何将书本上的知识运用到生产实践，在工作中如何更快更好地解决问题，同时我还交到很多朋友，也深刻认识到了自己的不足。最后我还要真诚感谢学校领导和老师给我这次历练的机会。

机器人受损报告

1号机器人各部件有点松动无受损，2号机器人人各部件有点松动，两个后轮电机烧毁，已改为从动轮结构，零部件在保险箱内。

邓振华 索建飞 张集田

5.机器人行业研究报告 篇五

研究方法

机器人行业界定和分类

1.行业定义、基本概念

2.行业基本特点

3.行业分类

第一章 机器人行业国内外发展概述

一、全球机器人行业发展概况

1.全球机器人行业发展现状

2.主要国家和地区发展状况

3.全球机器人行业发展趋势

二、中国机器人行业发展概况

1.中国机器人行业发展历程与现状

2.中国机器人行业发展中存在的问题

第二章 -中国机器人行业发展环境分析

一、宏观经济环境

二、国际贸易环境

三、宏观政策环境

四、机器人行业政策环境

五、机器人行业技术环境

第三章 机器人行业市场分析

一、市场规模

1.-机器人行业市场规模及增速

2.机器人行业市场饱和度

3.影响机器人行业市场规模的因素

4.-机器人行业市场规模及增速预测

二、市场结构

三、市场特点

1.机器人行业所处生命周期

2.技术变革与行业革新对机器人行业的影响

3.差异化分析

第四章 区域市场分析

一、区域市场分布状况

二、重点区域市场需求分析(需求规模、需求特征等)

三、区域市场需求变化趋势

第五章 机器人行业生产分析

一、产能产量分析

1.2010-20机器人行业生产总量及增速

2.2010-2014年机器人行业产能及增速

3.影响机器人行业产能产量的因素

4.2015-20机器人行业生产总量及增速预测

二、区域生产分析

1.机器人企业区域分布情况

2.重点省市机器人行业生产状况

三、行业供需平衡分析

1.行业供需平衡现状

2.影响机器人行业供需平衡的因素

3.机器人行业供需平衡趋势预测

第六章 细分行业分析

一、主要机器人细分行业

二、各细分行业需求与供给分析

三、细分行业发展趋势

第七章 机器人行业竞争分析

一、重点机器人企业市场份额

二、机器人行业市场集中度

三、行业竞争群组

四、潜在进入者

五、替代品威胁

六、供应商议价能力

七、下游用户议价能力

第八章 机器人行业产品价格分析

一、机器人产品价格特征

二、国内机器人产品当前市场价格评述

三、影响国内市场机器人产品价格的因素

四、主流厂商机器人产品价位及价格策略

五、机器人产品未来价格变化趋势

第九章 下游用户分析

一、用户结构(用户分类及占比)

二、用户需求特征及需求趋势

三、用户的其它特性

第十章 替代品分析

一、替代品种类

二、替代品对机器人行业的影响

三、替代品发展趋势

第十一章 互补品分析

一、互补品种类

二、互补品对机器人行业的影响

三、互补品发展趋势

第十二章 机器人行业主导驱动因素分析

一、国家政策导向

二、关联行业发展

三、行业技术发展

四、行业竞争状况

五、社会需求的变化

第十三章 机器人行业渠道分析

一、机器人产品主流渠道形式

二、各类渠道要素对比

三、行业销售渠道变化趋势

第十四章 行业盈利能力分析

一、2010-2014年机器人行业销售毛利率

二、2010-2014年机器人行业销售利润率

三、2010-2014年机器人行业总资产利润率

四、2010-2014年机器人行业净资产利润率

五、2010-2014年机器人行业产值利税率

六、2015-年机器人行业盈利能力预测

第十五章 行业成长性分析

一、2010-2014年机器人行业销售收入增长分析

二、2010-2014年机器人行业总资产增长分析

三、2010-2014年机器人行业固定资产增长分析

四、2010-2014年机器人行业净资产增长分析

五、2010-2014年机器人行业利润增长分析

六、2015-2019年机器人行业增长预测

第十六章 行业偿债能力分析

一、2010-2014年机器人行业资产负债率分析

二、2010-2014年机器人行业速动比率分析

三、2010-2014年机器人行业流动比率分析

四、2010-2014年机器人行业利息保障倍数分析

五、2015-2019年机器人行业偿债能力预测

第十七章 行业营运能力分析

一、2010-2014年机器人行业总资产周转率分析

二、2010-2014年机器人行业净资产周转率分析

三、2010-2014年机器人行业应收账款周转率分析

四、2010-2014年机器人行业存货周转率分析

五、2015-2019年机器人行业营运能力预测

第十八章 机器人行业重点企业分析

一、***公司

1.企业简介

2.机器人产品特点及市场表现

3.生产状况

4.销售及渠道

二、***公司

1.企业简介

2.机器人产品特点及市场表现

3.生产状况

4.销售及渠道

……

十、***公司

1.企业简介

2.机器人产品特点及市场表现

3.生产状况

4.销售及渠道

第十九章 机器人行业进出口现状与趋势

一、出口分析

1.过去三年机器人产品出口量/值及增长情况

2.出口产品在海外市场分布情况

3.影响机器人产品出口的因素

4.未来三年机器人行业出口形势预测

二、进口分析

1.过去三年机器人产品进口量/值及增长情况

2.进口机器人产品的品牌结构

3.影响机器人产品进口的因素

4.未来三年机器人行业进口形势预测

第二十章 机器人行业风险分析

一、机器人行业环境风险

1.国际经济环境风险

2.汇率风险

3.宏观经济风险

4.宏观经济政策风险

5.区域经济变化风险

二、产业链上下游及各关联产业风险

三、机器人行业政策风险

四、机器人行业市场风险

1.市场供需风险

2.价格风险

3.竞争风险

第二十一章 有关建议

一、机器人行业发展前景预测

1.用户需求变化预测

2.竞争格局发展预测

3.渠道发展变化预测

4.行业总体发展前景及市场机会分析

二、机器人企业营销策略

1.价格策略

2.渠道建设与管理策略

3.促销策略

4.服务策略

5.品牌策略

三、机器人企业投资机会

1.子行业投资机会

2.区域市场投资机会

3.产业链投资机会

报告附件

一、规模以上机器人原材料供应商、渠道销售商、竞争企业通讯录。包括：法人单位代码、法人单位名称、法定代表人(或企业负责人)、行政区划代码、通信地址、区号、电话号码、传真号码、邮政编码、电子邮箱、网址、工商登记注册号、编制登记注册号、登记注册类型、机构类型……

二、规模以上机器人竞争企业信用状况及财务数据。主要内容包括：主营业务活动、行业代码、年末从业人员数量、全年营业收入合计、资产总计、工业总产值、工业销售产值、工业增加值、流动资产合计、固定资产合计、主营业务收入、主营业务成本、主营业务税金及附加、其他业务收入、其他业务利润、财务费用、营业利润、投资收益、营业外收入、利润总额、亏损总额、利税总额、应交所得税、广告费、研究开发费、经营活动产生的现金流入、经营活动产生的现金流出、投资活动产生的现金流入、投资活动产生的现金流出、筹资活动产生的现金流入、筹资活动产生的现金流出……

主要图表

图表：2010-2014年中国机器人行业市场规模及增速

图表：2015-2019年中国机器人行业市场规模及增速预测

图表：2010-2014年中国机器人行业重点企业市场份额

图表：2014年中国机器人行业区域结构

图表：2014年中国机器人行业渠道结构

图表：2010-2014年中国机器人行业需求总量

图表：2015-2019年中国机器人行业需求总量预测

图表：2010-2014年中国机器人行业需求集中度

图表：2010-2014年中国机器人行业需求增长速度

图表：2010-2014年中国机器人行业市场饱和度

图表：2010-2014年中国机器人行业供给总量

图表：2010-2014年中国机器人行业供给增长速度

图表：2015-2019年中国机器人行业供给量预测

图表：2010-2014年中国机器人行业供给集中度

图表：2010-2014年中国机器人行业销售量

图表：2010-2014年中国机器人行业库存量

图表：2014年中国机器人行业企业区域分布

图表：2014年中国机器人行业销售渠道分布

图表：2014年中国机器人行业主要代理商分布

图表：2010-2014年中国机器人行业产品价格走势

图表：2015-2019年中国机器人行业产品价格趋势

图表：2010-2014年中国机器人行业利润及增长速度

图表：2010-2014年中国机器人行业销售毛利率

图表：2010-2014年中国机器人行业销售利润率

图表：2010-2014年中国机器人行业总资产利润率

图表：2010-2014年中国机器人行业净资产利润率

图表：2010-2014年中国机器人行业产值利税率

图表：2010-2014年中国机器人行业总资产增长率

图表：2010-2014年中国机器人行业净资产增长率

图表：2010-2014年中国机器人行业资产负债率

图表：2010-2014年中国机器人行业速动比率

图表：2010-2014年中国机器人行业流动比率

图表：2010-2014年中国机器人行业总资产周转率

图表：2010-2014年中国机器人行业应收账款周转率

图表：2010-2014年中国机器人行业存货周转率

图表：2010-2014年中国机器人产品出口量以及出口额

图表：2010-2014年中国机器人行业出口地区分布

图表：2010-2014年中国机器人行业进口量及进口额

图表：2010-2014年中国机器人行业进口区域分布

图表：2010-2014年中国机器人行业对外依存度

图表：2014年中国机器人行业投资项目数量

图表：2014年中国机器人行业投资项目列表

图表：2014年中国机器人行业投资需求关系

6.机器人现场实习报告[精选] 篇六

通过这段时间的现场对机器人的安装，调试实习，感觉理论与现场还是有一定的差距，需要我们灵活应用现场的支援去作业。安全及一些经验做了一下总结。安装时应注意一下几点:

1）在搬运及安装时，我们操作人员必修手戴防滑手套，头戴安全帽，脚穿

劳保鞋。

2）在搬运时，不管是用吊车还是叉车，至少三人同事作业，周围不要有人围观，而且速度不应过快。

3）机器人本体要安装在固定在地面的底座上，机器人底座必需要安胶垫。

4）机器人线路的连接，首先是我们要确定机器人的电源是断开的。机器人电控箱必需单独应单独引电源。

5）机器人本体与电控箱的连接，我们要观察航空插的方向，小心不要把引脚插断了或弯了。其次就是机器人I/O信号的连接，根据线路图正确连接。

6）在通电之前我们要坚持外部线路是否有短路，否则一通电会烧坏I/O触电及开关电源等器件。

机器人调试中应一下几点：

1）在进行新机台调试前，首先要确认机器人的原点有无丢失，如有丢失情况请务必先校正机器人原点后（校正完原点后需重新启动）再作调试。

2）示教机器人点位时﹐请按机器人自动运行时的点位依次示教。否则机器人的运动轨迹不可预知。可能会导致自动运行时撞机。

3）在示教机器人时速度应在10%以内，同时尽量不要让机器人奇异点出现。

4）在操作机器人时请务必严格按照机器人的操作手册。

5）因机器人运动范围比较大，手动示教机器人时﹐请务必单人操作，且机器人运动范围内不能站人和放置其它无关设备﹐避免因操作失误导致严

重后果。

6）机器人的扭转比较大，特别要注意其手臂上的I/O信号线，防止磨损和拉断的情况发生。

7)示教机器人时请注意清空机器人运行路径上的阻碍物。

7.国内机器人领域的专利态势分析 篇七

在现代化自动生产线中, 机器人得到越来越广泛的应用, 由此带来的对机器人专利技术的保护也越来越引起企业、社会的重视。研究机器人产业技术的发展趋势, 准确评估目前国内技术水平, 对于推动我国机器人产业的发展具有重要意义。

1 国内机器人领域专利分布状况

1.1 申请量的年度分布

机器人在国际专利分类表中集中的分类号为B25J, 为此在中国专利数据库 (CNABS) 中, 利用关键词、分类号进行联合检索, 构造检索式B25J/IC or (机器人or机械臂or机械手or robot?) 进行检索, 并对其中涉及的发明专利按照申请年度进行统计, 得到图1所示的申请量年度分布图。

图1示出了2001年至2014年机器人领域中国发明专利申请的逐年变化情况, 从图中可以看出, 进入二十一世纪, 我国机器人专利呈逐年递增的态势发展, 每年新增专利就有2000件左右, 反映了国内对机器人专利保护的不断重视。

1.2 申请人区域分布

通过以国内机器人技术著名的企业、高等院校为申请人进行检索, 得到图2所示的机器人领域中国发明专利排名前十的申请人, 图中数据显示了其在2001至1014期间的专利申请量。可以看出中国科学院在机器人技术上具有明显优势, 至2001年以来, 已提交800多件机器人相关的发明专利申请, 中国科学院汇聚了国内学术界的顶尖人才, 拥有最先进的实验设备, 使得其能在机器人发明技术中独领风骚。其次就是以上海交通大学、哈尔滨工业大学为首的国内高校团队, 高校团队在机器人学科建设上起到了基础性的作用, 是机器人技术普及、发展的摇篮, 发挥高校的积极能动性, 是发展机器人产业的技术根本。

值得注意的是, 国内企业在专利申请上并没有优势, 排名前十的大陆企业中只有沈阳新松机器人自动化股份有限公司一家, 表明了我国机器人领域发展还停留在实验室阶段, 高校的技术成果并未有效地向企业转移再次, 国外企业在中国的专利申请不可小觑, 仅在排名前十的专利申请量中, 安川电机株式会社、发那科、库卡机器人已经占到总量的23%, 其原因显而易见, 国外机器人发展起步较早, 发展较为成熟, 尤其以美、日、德为代表, 其机器人已经占领市场大部分份额。

1.3 发明专利申请的领域分布

机器人作为一门综合学科, 在国际专利分类号中的分布非常广泛, 为了系统地研究机器人的发展前沿技术, 作者对以上排名前十的公司发明专利申请涉及的具体国际专利分类号及各分类号下的专利数量进行了统计分析, 如表1所示。

从表1可以看出, 分类号B25J17、B25J15、B25J9的部分都是涉及机械臂、机械手腕、机械手指、机械夹头的类目, 且其所涵盖的专利数量占到总量的1/3, 由此可见虽然机器人经过40多年发展, 但是对其机构的的发明改进, 仍然是机器人研发的重中之重。B25J19涉及机器人的附属装置, 虽然从表1看出其涵盖文献也较多, 但是实质上其分类较散, 涵盖范围广, 且大多时候是作为专利的辅助分类号使用, 并不是机器人的研究重点。62D55-B62D57是区别于传统工业机器人的特殊机器人群体, 其主要以轮、腿、履带为移动方式, 执行危险探测、远程救援等特种任务, 如核电站检测机器人, 高空清洁机器人等等。不过, 该领域主要用于研究, 产业化应用不大。B25J9、G05B19是涉及机器人的控制方法的分类号, 该分类下专利文献量与涉及B25J19或是B25J17机械臂夹头、接头的文献量旗鼓相当, 大部分为方法专利, 反映了随着计算机智能的不断向前迈越, 对机器人智能化的研究也必将是跟随技术发展的浪潮而前进, 成为研发热点。

2 其他问题

虽然国内机器人专利在申请量上已经取得显著进步, 然而在质量上却不容乐观, 反映在技术深度不够、发明点较低。据统计, 国内企业、国内科研院校、国外企业三者的授权率分别为78%、84%、93%, 由此可见, 国外发明专利质量明显优于国内, 一经申请, 授权率相当高。虽然国内高校授权率也相对较高, 然而主要是受国内专利的撰写形式影响, 国内高校为了获得专利权, 往往采取将权利要求保护的内容写到非常具体、下位, 从而体现不出专利制度在技术壁垒上的优势。至于国内企业及个人申请, 受人力资源、技术条件等的限制, 专利的发明点比较低, 对现有技术贡献不大, 往往在审查中走向驳回或视撤。

同时, 国内专利保护期限也较短。一方面, 由于资金财力的限制, 导致很多专利提前失效了。另一方面, 国内企业专利权意识薄弱, 申请专利只是出于某种短暂的利益, 如用于申请国家资助、彰显公司技术水平等等, 一旦达到目的, 即主动放弃了专利。

3 结束语

基于上述结论, 对于促进我国机器人产业技术的发展提出以下几点建议:第一、充分发挥我国高校科学研究的基础性作用, 打牢机器人产业技术科学基础。第二, 加强校企合作, 促进高校成功产业化, 实现双赢;第三, 强化企业的专利保护意识, 提前进行专利布局。

摘要：文章利用国家专利文摘数据库 (CNABS) 对国内机器人领域的专利申请进行了检索统计, 分析了专利申请量、申请人、涉及的技术领域、法律状态等方面的信息, 找出了其中的趋势和特点, 为我国机器人产业的发展提供参考。

关键词：机器人,专利态势,分析

参考文献

[1]王田苗, 陶永.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J].科技创新与应用, 2015, 5.

[2]张子睿, 朱涛.机器人领域专利态势分析[J].中国发明与专利, 2008, 4.

8.机器人分析报告 篇八

【摘 要】FANUC机器人具备能抵抗压铸、可蒸汽清洗、耐高温、抗腐蚀等能够承担铸造作业高温考验。文章介绍了FANUC机器人的安全操作以及日常保养。

【关键词】FANUC；机器人；保养

伺服电机驱动的机械机构构成了机器人，机器人可以运行预先编排的程序，同时可接受人类指挥，是自动执行工作的机器装置，该装置的行动是以人工智能技术为原则，机器人能够取代或者协助人类工作，以防止有害工种对人类的造成的伤害，降低危险性。例如：建筑业、生产业等等。在使用FANUC的过程中，应对每个换件的安全因素进行考虑，无论是从作业人员还是设备系统方面。机器人本身的执行机构一般采用空间开链连杆机构，其中的移动负责为关节，而机器人的自由度数通常是指关节个数。机器人执行机构一般分为关键坐标式、极坐标式、圆柱坐标式、直角坐标式等等，类型较为丰富。而且，为了使机器更具拟人化，我们将机器人的有关部位称之为行走部、手部、腕部、臀部、腰部、基座等等。机器人的控制系统为集中式控制，其实就是一台微型计算机。对机器人能力进行评价的标准有寿命、联用性、可靠性、速度、指力、物理能、空间占有性、通用性、指变通性、机能、逻辑推理、学习、决策、判断、鉴别、比较、运算、记忆等等。可以说机器人可以代替人类完成一些难以进行或者危险的任务、劳作等，它是具有着生物功能的实际空间运行工具。而机器人通常由复杂机械、控制系统、检测装置、驱动装置、执行机构等共同构成的。

1.FANUC机器人安全操作

在使用FANUC机器人进行作业之前，必须对相关工作人员进行培训，未经过培训的人员不得随意更改设置、不能随意进行操作。而在对设备进行操作的过程中，须注意作业中的机器人机械臂，注意安全，以免意外的发生。对设备系统进行操作、维护时，应注意确保如示教器、控制柜、机械手等各个部件的安全，在运行前，应设定调整注塑机、检查程序设置、检查电气路、点检机械机等。

操作流程如下：步骤一：开机，①启动操作系统，将位于控制箱下侧的电源开关开启，这时，POWER电源指示灯点亮。②开启机器人，将位于机器人控制箱下侧电源开关开启，示教器启动，当示教器钥匙位于“关”的位置时，警报可用RESET键进行清除。步骤二：机器人的启动，①对注塑机开模位置进行调整，在生产烫印格栅及其格栅面框或者MODELLX皮纹时，应将开模的距离控制在695±3毫米的有效范围内，而其它步骤的生产需要根据具体程序进行设定。②使用机器人，按F10与F2，使用机器人。③切换到全自动后，将门关起，同时合模。④登陆触摸屏控制界面，在登陆页面，将登陆密码输入，以手动的方式调节自动模式，之后可进入自动画面，在启动键被按下后，将门关闭、合模。步骤三：处理异常问题，机器人若发生异常情况，触摸屏会随将错误类型显示为红色，并进入错误警报画面。对此，可按照如下方法进行处理：①按下急停按钮，对急停按钮检查、并进行复位。②机器人出现异常时，可对示教器报警查看，并进行复位。③机器人未能正常抓取工件，可对光电和夹具查看，并进行复位。当排除异常后，机器人可返回原位，并对机箱FAULT灯状况进行检查，灯若正常，科将机器人重新开启。步骤四：复位，①ON位置可指示为示教器钥匙，而T1位置可指示为系统控制箱钥匙。②示教器的操作，将FWD键与SHIFT键同时按下，控制程序的最后一道运动指令即可运行，机器人复原。再一次对各个钥匙、按钮进行调节，注塑机进行全自动运行。

2.FANUC机器人的日常保养

2.1保养项目

FANUC机器人的日常维护可分为周保养和日保养。

周保养：（1）听声音，对各个气压管路泄露有无泄露进行确认；（2）看外观，观察各线缆有无损坏现象，并对其进行确认；（3）用手触摸、用眼观察，对外部螺栓有无松动现象进行观察、确认；（4）操作，对真空建立信号有无异常状态进行确认；（5）对防护栏开关急停信号功能有无异常状态进行检查、确认；（6）全面清洁机器人；（7）对电控柜内进行整体除尘。

日保养：（1）机台整体外观应干净，清洁外观设备；（2）保持控制箱以及控制面板干净，并对其进行清洁；（3）对电控柜过滤网进行清洁；（4）用眼观察，并进行操作，调整压力在0.5Mpa左右，空气源压力则应超过0.6Mpa；（5）用眼观察、同时用耳听声音，对机器人运转时是否存在振动或异响等状况进行确认；（6）用眼观察，对控制面板信号等或者各电气柜、机器部件等是否存在异常情况进行确认。

2.2润滑油的添加与电池的更换

机器人工作茧自缚一万小时，或者工作三年时，应及时更换J4轴齿轮盒润滑油，以及J1、J2、J3、J4、J5、J6轴减速器润滑油。更滑润滑油的详细工序：①以加油时的姿态为准，调整机器人手动示教。②关掉机器人电源。③将出油口塞子拔出。④润滑油从加油嘴位置加入，当出油口有油渗出时视为加满。⑤反复转动机器人被加油的轴。⑥重新装好出油口的塞子。

示教器屏幕中出现警报时，主板电池的电量即将耗尽，此时，若不及时进行电池的更换，则会丢失记录数据。因此，应及时对主板电池进行更换。新电池的使用正常寿命在2年，在此推荐使用FANUC厂家原装的3V电池。该电池为主板锂电池。

3.结束语

机器人通常由复杂机械、控制系统、检测装置、驱动装置、执行机构等共同构成的，可以运行预先编排的程序，同时可接受人类指挥，是自动执行工作的机器装置，该装置的行动是以人工智能技术为原则，机器人能够取代或者协助人类工作，以防止有害工种对人类的造成的伤害，降低危险性。文章介绍了FANUC机器人安全操作以及日常保养与维护，望为使用FANUC机器人的生产者提供一点帮助。 [科]

【参考文献】

[1]李楠，王明辉，马书根，李斌，王越超.基于多目标遗传算法的水陆两栖可变形机器人结构参数设计方法[J].机械工程学报，2012（17）.

[2]王耀南，魏书宁，印峰，杨易旻，谭磊，曹文明.输电线路除冰机器人关键技术综述[J].机械工程学报，2011（23）.

[3]刘涛，佃松宜，龚永铭，彭聿松，吴璋.种用于电缆管道排管作业与巡检的遥操作机器人[J].现代制造工程，2013（4）.

9.2011年机器人二车间总结报告 篇九

时光荏苒，光阴似箭，自二车间创办以来，已有半个年头之久，从中经历了很多坎坷，也学到了很多东西，车间也一直在一个比较好的状态下运转。机器人二车间成立于六月份，万事开头难，在这半年里终于体会到了作为一名管理者的艰辛和不易，同时也收获了不少。“累并快乐着”是最好的总结。在这里，借此机会我对2011年的工作从以下几个方面做下总结。

一、管理方面

首先是自身管理方面：作为一个优秀的管理者，本身自己必须以身作则，车间要求的规章制度自己必须带头做好。所以在这半年中自身的不足也随之暴漏无疑：

1、虽然年轻充满干劲，但是经验缺乏，在处理突发事件和一些新问题上存在着较大的欠缺，而且还喜欢随自己的意愿办事。

2、对于线材的生产进度状况不能掌控，造成拖期、延

期想象

其次是员工管理方面：作为一个优秀的管理者，自己必须要深入了解自己的下属，包括他（她）的人品、性格、爱好、处事作风、工作能力等诸多方面，针对不同性格、不同年龄段、不同能力的人应该分别予以不同的管理方式、说话语气和工作任务，做到人尽其才，物尽其用。同时要懂得关心自己的员工，真诚的关心。当他们犯错的时候，除了批评外还要多加鼓励，以及对其的信任，让他（她）体会到领导层的关心与器重，让他知道我们不但是上下级关系、同事关系，我们还是互相支持、关心的朋友关系。当然，作为管理者，同样要在员工面前树立自己的威信。这种威信不是靠恶语批评，也不是靠一味的做老好人树立起来的。一个真正优秀的管理者，是要让自己的员工中的一大部分人说你好，一小部分说你坏，才能称之为优秀的管理者。因为管理者不是员工，只要做好自己的分内事就行了，我需要的是一个团队的力量，我需要说我好的人的支持，我同样需要说我坏的人的执行。因为朋友和同事概念上的执行力度的效果迥然不同，好坏恰恰能做到互补。譬如自己带班以来，从当初的马强在上班期间睡觉，找机会偷懒，到现在已经可以自己管理别人等等，委实给了我巨大压力，深感管理是一门很深的学问，是一种艺术。

当然，由于自己社会阅历，经验方面还有所欠缺，对于员工心理等各个方面拿捏的还不是很好，对某些员工的想法没有深入的了解，从而导致车间偶尔的不和谐。譬如：在10月份赶郑州I/O线的时候，由于自己的调配和管理不到位，导致倒装线员工和郑州I/O线员工不和谐，在外人看来就是倒装线形成了一个小团队，不服从我的管理。其实在随后的调节中，倒装线是每天都超额完成产量的。

二、取得的成绩

现在二车间主要负责富士康机器人车间机构的委外线材（倒装线、编码器线），和部分郑州I/O线、军规线。从车间开办到现在共完成倒装线1400套（现还有120套在赶制）、三菱编码线300套。军规线和郑州I/O线是由俩个车间共同完成，现军规线共生产3850套，郑州I/O线共生产 1150套。

三、日常

从开始接手倒装线到现在，大大小小的错误都犯过，主要是剪错线，物料丢失，产品没有达到专业要求，后针对折现问题我们做出了及时的改善和检讨。剪线上加上了剪线制度。对物料管理上进行了统一专人管理。在技术上富士康每周都有留守学院的优秀员工，对学生在作业手法上进行了提高。现在生产渐渐地上了正轨。富士康反馈的问题也少了。

在平时纪律上我车间做的还是不到位，员工迟到比较频繁，员工纪律意识较低，思想工作没有做到位。考勤制度不够严格。回首这一年，忙碌中满载着收获，收获了自己的进步，收获了车间管理的经验，同时也收获了学校同学的无私帮助，我相信，2011年的总结将会是2012年收获进步和辉煌的起点。相信自己会在2012飞得更高，更远

总结人：邢晨浩

李鑫亮

10.轮式移动机器人结构设计开题报告 篇十

随着机器人技术在外星探索、野外考察、军事、安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境。移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。在军事、危险操作和服务业等许多场合得到应用，需要机器人以无线方式实时接受控制命令，以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动。其中轮式机器人由于具有机构简单、活动灵活等特点尤为受到青睐。按照移动特性又可将移动机器人分为非全方位和全方位两种。而轮式移动机构的类型也很多，对于一般的轮式移动机构，都不能进行任意的定位和定向，而全方位移动机构则可以利用车轮所具有的定位和定向功能，实现可在二维平面上从当前位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态，在某些场合有明显的优越性；如在较狭窄或拥挤的场所工作时，全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由地穿行。另外，在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候，全方位移动机构可以对自己的位置进行细微的调整。由于全方位轮移动机构具有一般轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义，成为机器人移动机构的发展趋势。基于以上所述，本文从普遍应用出发，设计一种带有机械手臂的全方位运动机器人平台，该平台能够沿任何方向运动，运动灵活，机械手臂使之能够执行预定的操作。本文是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。

二、国内外研究概况及发展趋势

2.1 国外全方位移动机器人的研究现状

国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作，在车轮设计制造，机器人上轮子的配置方案，以及机器人的运动学分析等方面，进行了广泛的研究，形成了许多具有不同特色的移动机器人产品。这方面日本、美国和德国处于领先地位。八十年代初期，美国在DARPA的支持下，卡内基· 梅隆大学（Carnegie Mellon university,CUM）、斯坦福（Stanford）和麻省理工（Massachusetts Institute of Technology,MIT）等院校开展了自主移动车辆的研究，NASA下属的Jet Propulsion Laboratery(JPL)也开展了这方面的研究。CMU机器人研究所研制的Navlab-1和Navlab-5系列机器人代表了室外移动机器人的发展方向。德国联邦国防大学和奔驰公司于二十世纪九十年代研制成VaMoRs-P移动机器人。其车体采用奔驰500轿车。传感器系统包括：4个小型彩色CCD摄像机，构成两

组主动式双目视觉系统；3个惯性线性加速度计和角度变化传感器。SONY公司1999年推

出的宠物机器狗Aibo具有喜、怒、哀、厌、惊和奇6种情感状态。它能爬行、坐立、伸展和打滚，而且摔倒后可以立即爬起来。本田公司1997年研制的Honda P3类人机器人代表双足步行机器人的最高水平。它重130公斤、高1.60米、宽0.6米，工作时间为25分钟，最大步行速度为2.0公里/小时。

国外研究的一些典型的全方位轮有麦克纳姆轮、正交轮、球轮、偏心方向轮等。下面就这些轮进行介绍。

麦克纳姆轮，如图 1.1 所示，它由轮辐和固定在外周的许多小滚子构成，轮子和滚子之间的夹角为 Y，通常夹角 Y 为 45°，每个轮子具有三个自由度，第一个是绕轮子轴心转动，第二个是绕滚子轴心转动，第三个是绕轮子和地面的接触点转动。轮子由电机驱动，其余两个自由度自由运动。由三个或三个以上的 Mecanum 轮可以构成全方位移动机器人。

图1.2 麦克纳姆轮应用

正交轮，由两个形状相同的球形轮子(削去球冠的球)架，固定在一个共同的壳体上构成，如图 1.3 所示.每个球形轮子架有2个自由度，即绕轮子架的电机驱动转动和绕轮子轴心的自由转动。两个轮子架的转动轴方向相同，由一个电机驱动，两个轮子的轴线方向相互垂直，因而称为正交轮。中国科学院沈阳自动化研究所所研制的全方位移动机器人采用了这种结构，如图1.4。

图1.3 正交轮

图1.4 正交轮的应用 球轮由一个滚动球体、一组支撑滚子和一组驱动滚子组成，其中支撑滚子固定在车底盘上，驱动滚子固定在一个可以绕球体中心转动的支架上，如图 1.6 所示。每个球轮上的驱动滚子由一个电机驱动，使球轮绕驱动滚子所构成平面的法线转动，同时可以绕垂直的轴线自由转动。

图1.5 球 轮 图1.6 球轮的应用

偏心万向轮，如图 1.7 所示，它采用轮盘上不连续滚子切换的运动方式，轮子在滚动和换向过程中同地面的接触点不变，因而在运动过程中不会使机器人振动，同时明显减少了机器人打滑现象的发生。

图1.7偏心万向轮 图1.8 偏心万向轮的应用

2.2 国内全方位移动机器人的研究现状

我国在移动机器人方面的研究工作起步较晚，上世纪八十年代末，国家863计划自动化领域自动机器人主题确立立项，开始了这方面的研究。在国防科工委和国家863计划的资助下，由国防科大、清华大学等多所高校联合研制军用户外移动机器人7B.8,并于1995年 12月通过验收。7B.8的车体是由跃进客车改进而成,车上有二维彩色摄像机、三维激光雷达、超声传感器。其体系结构以水平式机构为主,采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法,其直线跟踪速度达到20km/h。避障速度达到5-10km/h。

上海大学研制了一种全方位越障爬壁机器人,针对清洗壁面作业对机器人提出的特殊要求，研制了可越障轮式全方位移动机构—车轮组机构,该机构保证机器人可在保持姿态不变的前提下,沿壁面任意方向直线移动,或在原地任意角度旋转,同时能跨越存在于机

器人运行中的障碍,不需要复杂的辅助机构来实现平面上运动和越障运动之间转换。

哈尔滨工业大学的李瑞峰，孙笛生，刘广利等人研制的移动式作业型智能服务机器人，并对课题当中的一些关键技术，如新型全方位移动机构、七自由

度机器人作业手臂和多传感器信息融合等技术，最后给出了移动机器人的系统控制方案。

本文由闰土服务机械外文文献翻译成品淘宝店整理

哈尔滨工业大学的闫国荣，张海兵研究一种新型全方位轮式移动机构，这种全方位移动机构当中的轮子与麦克纳姆轮的区别在于：这种全方位轮使小滚子轴线与轮子轴线垂直，则轮子主动的滚动和从动的横向滑移之间将是真正相互独立的；轮子正常转动时，轮缘上的小滚子也将是纯滚动，如图1.9。

图1.9 全方位移动机构仿真图

三、研究内容及实验方案

本课题从普遍应用出发，设计一种全向运动机器人平台，该平台能够沿任何方向运动，运动灵活。本课题是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。本文研究内容主要有：了解和分析已有的机器人移动平台的工作原理和结构，以及分析操作手臂常用的结构和工作原理，对比它们的优劣点。在这些基础

上提出可行性方案，并选择最佳方案来设计。根据选定的方案对带有机械臂的全方位移动机器人进行本体设计，包括全方位车轮旋转机构的设计、车轮转向机构的设计和机器人操作臂的设计。要求全方位移动机构转向、移动灵活，可以快速、有效的到达指定地点；机械臂操作范围广、运动灵活、结构简单紧凑且尺寸小，可以快速、准确的完成指定工作。设计完成后要分析全方位移动机构的性能，为后续的研究提供可靠的参考和依据。

四、目标、主要特色及工作进度

1.绪论和全向移动机器人移动结构设计 3周 2.机器人的机械手臂设计 3周 3.机械材料的选择和零件的校核 3周 4.外文资料翻译（不少于6000字）1周 5.毕业论文整理及答辩准备 2周

五．参考文献

1.孙恒等主编。机械原理（第六版）。高等教育出版社，2011 2.马香峰主编。工业机器人的操作机设计。冶金工业出版社，1996 3.宗光华 张慧慧译。机器人设计与控制。科学出版社，2004 4.李志尊。UG NX CAD基础应用与范例解析【M】。机械工业出版社，2004 5.杨静宇．多传感器集成与信息融合．机器人情报，1994(1)：1～9 6.夏德深傅德胜现代图像处理技术与应用东南大学出版社2001，84～112 7.刘进长, 王全福.发展机器人技术, 占领21 世纪的经济技术制高点.中南工业大学学报, 31(中国2000 年机器人学大会论文专辑,长沙, 2000-10-23～ 26).2000, 10-14 8.蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.中南工业大学学报,2000, 31(中国2000 年机器人学大会论文专辑, 长沙, 2000-10-23～ 26): 1-9 9.张铁，谢存禧主编.机器人学，第一版，华南理工大学出版社，2001，9、45-47 10.吴广玉，姜复兴主编.机器人工程导论，第一版，哈尔滨工业大学出版社，1988 11.熊有伦，丁汉，刘恩沧主编，机器人学，第一版，机械工业出版社，1993 12.崔正昀主编.机械设计基础，第一版，天津大学出版社，2000，221-224、322-

323、412-

424、457-475 13.贾名著主编.工程力学，第一版，天津大学出版社，1998，48-57 14.廖念钊主编.互换性与测量技术基础，第三版，2002，11-19 15.孟宪员源，姜琪主编.机构构型与应用，第一版，机械工业出版社，2004，43、145-146、274、151-152、607-609 16.谈欣柏主编.大学物理，第一版，天津大学出版社，2000，2-22 17.成大先主编.机械设计手册，第一版，化学工业出版社，2005，76-84、99-141，157-160 18.加腾一郎主编.机械手图册，第一版，上海科学技术出版社，1979，50、59、78-79、97、160-176 19.宗光华等编著.机器人的创意设计与实践，第一版，北京航空航天大学出版社，2004，25-

35、138-150

11.机器人分析报告 篇十一

关键词机器人；减重；simulation

中图分类号TH文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0200-01

在机器人竞赛中，机器人的整个机械系统的重量都将直接影响到最终机器人性能与水平，并且对调试进度与好坏也会有很大的影响。就机械结构中常用的20X20X0.4方铝管而言，传统的减重方法是在铝管的四个面打直径8mm的减重孔，在实际运作过程中取得良好的效果。

本文以20X20X0.4方铝管为例，运用有限元分析软件simulation分析打孔前后铝管抗弯性能的变化，通过对比二者参数来验证经验减重法的合理性。

1未打减重孔的抗弯性能分析

1）有限元模型的建立。以一根长300mm的方铝管为例，建立有限元模型。由于鋁管很薄，为了能以最小的内存及时间得出分析结果，对所给的模型采用壳体网格划分，网格大小2mm，壳体为细，厚度0.4mm。

2）边界条件设置。将铝管的一端面施加固定几何体约束，在另一端面施加载荷，大小为10N（如图1所示）。

3）求解结果。求解后的结果如图2所示。

由图求解结果可知，最大弯曲变形为2.69mm，在实际运用当中，弯曲变形相对量（最大弯曲变形量与管长的比值）为2.69/300×100%=

0.89%，此值很小，也就是说不打减重孔时，弯曲变形可忽略不计，结构的抗弯性能符合设计要求。

2打减重孔后的抗弯性能分析

1）有限元模型的建立。同样以一根长300mm的方铝管为例，建立有限元模型，但是此模型四个面均打了18个相互间距16mm，直径8mm的减重孔。由于铝管很薄，为了能以最小的内存及时间得出分析结果，对所给的模型采用壳体网格划分，网格大小2mm，壳体为细，厚度0.4mm。

2）边界条件设置。将铝管的一端面施加固定几何体约束，在另一端面施加载荷，大小为10N（如图3所示）。

3）求解结果。求解结果可知，最大弯曲变形为3.464mm，在实际运用当中，弯曲变形相对量（最大弯曲变形量与管长的比值）为3.464/300×100%=1.15%，此值也较小，在载荷不大的情况之下，能够满足强度要求。

3总结

1）当不采取减重措施时，方铝管的抗弯性能显然满足要求，但是在实际操作时往往会过强度，并且浪费重量，故减重势在必行。

2）打了减重孔后，虽然抗弯性能有所下降，但是在实际操作过程中，强度满足要求，但是相比之下重量明显减轻，即综合性能比之不减重有所提升。

综上所述，通过simulation有限元方法的验证可以明显看出，在竞赛机器人制作过程当中，所采取的经验打孔减重的方法在载荷不大的情形下有很好的效果，不仅能够减轻机器人本身重量，同时保证所要求的强度。这说明，经验减重法是可行的 可靠的，为以后遇到相同的需要减重并要求保证轻度的情形提供了一定的理论依据，给以后机器人的制作及调试等工作带来很大方便。

参考文献

[1]刘鸿文.材料力学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2005.

[2]束德林.工程材料力学性能[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3陈超祥,吴修梓.Solidworks simulation基础教程[M].北京:机械工业出版社,2010.

[4]孙迪生,王炎.机器人控制技术[M].北京:机械工业出版社,1997.

[5]宗光华.机器人的创意设计与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[6]张涛.机器人引论[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.

12.阀体焊接机器人运动性能分析 篇十二

随着焊接自动化进程的不断加快和质量指标的日趋严格,采用机器人-变位机或多机器人协同焊接,可使得工作空间更大、灵活度更高、速度更快,更易规避奇异位形,更适应复杂焊缝曲线,获得更好焊接姿态及降低焊接变形[1]。近年来,国内外学者对多机器人(包括机器人-变位机)系统协同运动规划进行了大量研究,主要工作集中在优化焊缝施焊顺序、主从/非主从运动轨迹规划、避碰轨迹规划等方面[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。

在多机器人协同焊接运动规划的研究文献中,机器人位姿变换矩阵中的元素多被表示为系统D-H参数[11](各坐标轴间夹角或距离)的组合,难以直接用来确定焊缝位姿(待焊点序号,焊缝倾角、转角、偏角等)和求解焊枪工作姿态,而且求得的系统正/逆向运动学参数亦为关于结构参数的函数而非关于时间的函数,物理意义不够明确、直观。

本文以机器人和变位机协同作业的自动焊接工作站为研究对象,基于曲线论中的弗莱那-雪列(Frenet-Serret)矢量[9]概念,由焊缝曲线参数方程求得离散化的待焊点位姿,且获得的焊点位姿矩阵元素和后续求得的系统运动学正/逆解参数均为时间变量的函数,其物理意义明确,便于运动控制建模;基于主从运动链末端的耦合约束关系,提出以船型焊为最佳焊位时的协同焊接运动学模型及参数求解流程;依据球形手腕六关节串联机器人处于奇异位形的几何条件,归纳得出焊接机器人的10种独立的奇异位形;最后通过阀体密封面空间椭圆焊缝的焊接作业仿真和现场试验,对提出的协同焊接运动模型及参数求解方法进行验证。

1 离散焊点位姿求解

管道阀门是电力、石化、城市供排水管线中极其关键的流体控制装置。在阀体加工过程必不可少的密封面堆焊中,人工焊接的劳动强度大、操作难度高,且焊接精度差、焊后预留耐磨层不均匀。图1为机器人焊接阀体内壁密封面示意图,其中阀体内壁密封面焊缝已加粗显示。

本文中阀体内壁密封面焊缝为空间椭圆曲线,其参数方程(时间t单位为s,各位移分量单位为mm,下同)为

机器人焊枪的工作姿态由焊枪、焊点坐标轴间所夹的工作角、行走角来描述,且焊枪工作姿态可由焊点姿态经简单变换后得到[6],因此焊缝中待焊点位姿信息提取是实现机器人协同焊接作业的基础。但只有将焊缝曲线离散化,才能得到密集的离散点。

如图1所示,{WP}为工件坐标系,{M}为待焊点坐标系。待焊点M(x0,y0,z0)是空间椭圆焊缝在时间t=t0时的一点,在该点建立待焊点坐标系如下:令焊缝曲线在焊点M(x0,y0,z0)处的切向为焊点坐标系的x轴,焊点处的外法线方向为待焊点坐标系z轴,由右手法则确定y轴。

本文基于曲线论中的弗莱纳-雪列矢量理论来定义复杂焊缝曲线中离散焊点的位姿。根据弗莱纳-雪列矢量理论,由式(1)中焊缝曲线的参数方程可求得待焊点坐标系相对于工件坐标系的位姿变换矩阵为

其中ex、ey、ez分别为离散焊点相对于工件的单位切向矢量、法向矢量和次法向矢量[9],p为焊点相对于工件的位置矢量,均为时间t的函数。

2 变位机-机器人协同焊接运动学建模

2.1 自动焊接工作站系统构型

本文研究的阀体自动焊接工作站系统总体方案如图2所示,该焊接工作站主要由一台二自由度旋倾变位机和一台六自由度球形手腕串联机器人组成,且旋倾变位机的倾斜、旋转转轴分别命名为机器人第7轴、第8轴。{W}为世界坐标系,{R}为机器人基坐标系,{H}为焊枪末端坐标系,{P}为变位机基坐标系,{D}为变位机工作台坐标系。

按照上述坐标系定义,本文给出焊接工作站中变位机-机器人系统的D-H参数[11]如表1所示。

机器人-变位机协同焊接的实现源自于两条开式运动链的耦合:一条为夹持焊件的变位机的“基座-工作台-焊缝”主运动链,使焊缝离散点依次更替并调整到最佳焊接位姿;另一条为焊接机器人的“基座-法兰盘-焊枪”从运动链,该运动链末端按照一定的焊接工艺要求跟踪变位机上的当前焊缝离散点。在协同焊接过程中,这两条开式运动链必然耦合为一条闭环运动链。

2.2 变位机-机器人主从运动链耦合关系方程

机器人、变位机系统要实现协同焊接,必须满足如下运动约束:(1)焊缝位姿满足最佳焊位要求。当变位机主运动链驱动焊件,使其焊缝上待焊点始终处于船型焊或平焊位姿(待焊点的切向量水平而法向量与重力反向)时,能够获得较优的焊接品质、提高焊接速度[10]。(2)焊枪工作位姿一定。焊接过程中,机器人从运动链的焊枪应始终以恒定的工作位姿来跟踪变位机主运动链末端的焊缝离散点。(3)主从运动链末端耦合。协同焊接过程中,主从运动链应通过末端坐标系重合来耦合成一个闭环运动链。

本文以图2所示的机器人和变位机协调船型焊为例,提出变位机-机器人主从运动链耦合关系方程如下:

其中,RWT为机器人基坐标系相对于世界坐标系的变换矩阵;6RT为机器人第6轴坐标系相对于机器人基坐标系的变换矩阵;H6T为焊枪末端坐标系相对于机器人第6轴坐标系的变换矩阵;PWT为变位机基坐标系相对于世界坐标系的变换矩阵;DPT为变位机工作台坐标系相对于变位机基坐标系的变换矩阵;WPDT为工件坐标系相对于变位机工作台坐标系的变换矩阵;WMPT为待焊点坐标系相对于工件坐标系的变换矩阵;HMT为焊枪末端坐标系相对于待焊点坐标系的变换矩阵。

式(3)等号左边反映了变位机主运动链中,焊枪末端坐标系经变位机相对于世界坐标系的运动变换;式(3)等号右边反映了机器人从运动链中,焊枪末端坐标系经机器人相对于世界坐标系的运动变换。

为方便求取变位机和机器人的运动学正逆解,可以将式(3)改写为如下式组合:

式(4)即机器人的正运动学方程,用来求解机器人第6轴相对于机器人基坐标系的位姿;式(5)即变位机的正运动学方程,用来求解变位机上焊点相对于世界坐标系的位姿。二自由度旋倾变位机和六自由度球形手腕串联机器人运动学正逆解的具体求解方法可参考文献[9,11],此处不再赘述。

2.3 变位机-机器人协同焊接运动学参数求解

为了与旋倾运动的变位机实现协同焊接,机器人必须实时追踪变位机工作台上的焊缝待焊点。基于式(3)~式(5),本文提出协同焊接运动学参数求解流程如下:(1)求解焊接特定焊缝过程中的变位机关节角θ7、θ8[9],获得变位机运动学逆解;(2)将θ7、θ8代回式(5)中,求出待焊点坐标系经变位机相对于世界坐标系的齐次变换矩阵,获得变位机运动学正解;(3)由式(4)求出机器人第6轴坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵,获得机器人运动学正解;(4)由球形手腕串联机器人的解析逆解表达式[11]求出机器人6个关节角θ1~θ6,获得机器人运动学逆解。

3 机器人奇异位形求解

串联机器人的腰部高度只影响机器人工作空间的位置高低而不影响其实际形状及大小,因此当固定机器人腰部关节时,机器人大臂、小臂及其关节就可简化为平面2R开链机构。在求得串联机器人末端位姿矩阵R6BT[11]后,即可绘出由机器人腕部参考点的极限位置所围成的封闭边界曲线,即机器人的工作空间。图3所示为本文焊接机器人的工作空间。

由雅可比矩阵行列式为0时机器人处于奇异位形的定义[12],本文推导得出球形手腕六关节串联机器人处于奇异位形的几何条件如下:

(1)θ5=0°即sinθ5=0,表示第4和第6转动副共轴,即z4、z6共轴;

(2)θ3=90°即cosθ3=0,表示第2、3、4轴3个轴线z2、z3、z4共面;

(3)a23cosθ2-s44sin(θ2+θ3)=0,表示机器人手腕参考点o4落于由z1及z2确定的平面上。其中,skk表示zk轴上的偏距,aij表示第i和第j运动副之间的法线杆长,下同。

上述3个几何条件可分解为以下10种独立的奇异位形(图4):

(1)sinθ5=0,cosθ2=0,如图4a所示,此时机器人位形特点为大臂上举,小臂倾斜,第4、第6轴共线;

(2)sinθ4=sinθ5=0,如图4b所示,此时的几何特点除第4、6两轴共轴外,第3、5两轴平行;

(3)sinθ5=0,s22sinθ4-cosθ4cosθ3a23=0,如图4c所示,此时的几何特点是轴4和轴6共线,第5轴线与o1o3直线相交;

(4)当θ3=-90°时,cosθ3=0,如图4d所示,此时的几何特点是大小臂伸直;

(5)当a23cosθ2-s44sin(θ2+θ3)=0时,如图4e所示,此时的几何特点是手腕中心点o4落在由第1和第2轴确定的平面上;

(6)同时存在sinθ5=sinθ4=0及s22sinθ4-sinθ4sinθ3a23=0的情况,如图4f所示,此时几何上的特点是大小臂以及末杆等3段成一直线;

(7)同时存在sinθ5=cosθ2=0和cosθ3=0的情况,如图4g所示,此时的几何特点是大小臂及末杆3段成一直线并上举,但轴5不平行轴3;

(8)同时存在sinθ5=sinθ1=cosθ2=0及s22sinθ4-cosθ4cosθ3a23=0的情况,如图4h所示,此时的几何特点是大小臂及末杆成一直线上举,6条轴线共面;

(9)仅有条件sinθ5=0,即仅有4、6共轴,如图4i所示;

(10)同时存在sinθ5=0,sinθ4=sin(θ2+θ3)=0,如图4j所示,此时的几何特点是第4、第6轴共线,轴线z5平行轴线z3,而且小臂在垂直位置。

4 阀体密封面协同焊接运动仿真

4.1 协同焊接过程虚拟仿真

在焊接过程中,为保证焊缝始终处于成形良好的位置,要求焊枪相对焊缝始终保持船型位姿[6](即焊枪末端与焊缝待焊点坐标系的z轴重合)不变。本文以焊枪-焊点间的船型相对位姿为约束,在UG虚拟设计环境中进行了阀体密封面机器人-变位机(含阀体工件)系统的协同焊接仿真,部分仿真截图见图5。虚拟仿真过程中测得的机器人关节角θ1~θ6以及焊枪末端轨迹曲线分别见图6、图7。由图6、图7可知,协同焊接过程中机器人关节转角均在合理工作范围内,变位机做匀速旋倾运动,机器人关节转角平滑、周期性变化,共同确保焊枪末端平稳追踪阀体内壁的空间椭圆焊缝。

4.2 极限焊点处机器人位姿求解

首先在UG虚拟设计环境中,对阀体内壁密封面上的多个焊点处进行焊枪干涉检验,获得了不发生实体干涉的阀体和焊枪的尺寸范围。然后按照2.3节提出的协同焊接运动学参数求解流程,在MATLAB编程环境中,对焊接极限焊点时的机器人关节角进行数值求解。在此仅列出焊接图8所示椭圆焊缝的最低焊点时,所求得的机器人关节角数值解,如表2所示。与表2中各组解一一对应的机器人位姿如图9所示。

5 阀体内壁密封面焊接试验

(1)试验要求。(1)采用耐磨焊丝,多道多层椭圆轨迹堆焊;(2)焊后机加工预留2mm耐磨层;(3)阀体材质为碳钢;(4)机器人型号为FANUC M-20iA;(5)变位机为RT型;(6)堆焊直径范围为150~800mm;(7)阀口至堆焊口距离为200~230mm。

(2)主要工艺参数。(1)单条焊缝总长度440mm;(2)焊接速度7mm/s;(3)焊接两层,单层厚度为2mm;(4)干伸长18mm;(5)焊枪工作角(焊枪与侧板的夹角)为22°;(6)焊枪行走角(焊枪与焊缝的夹角)为90°;(7)送丝速度5m/min;(8)起弧/收弧时间6s;(9)机器人变换位置时间20s;(8)总焊接时间:125.7×2+20+6=277.4s。

(3)试验结果。(1)焊枪与焊缝能够很好贴合,焊接过程平稳,焊缝轨迹为平滑椭圆曲线;(2)使用脉冲焊接模式飞溅小、电弧稳定、焊缝成形美观;(3)工件深度大于200mm、密封面锥度大于45°时,标准焊枪无法焊接;(4)工件直径小于150mm时,无法使用电弧跟踪和接触寻位功能。

协同焊接试验的部分照片见图10。

6 结语

本文提出了基于弗莱那-雪列矢量理论的离散焊点位姿及焊枪位姿的求解方法;基于变位机-机器人主从运动链末端的耦合约束关系,提出以船型焊为最佳焊位时的协同焊接运动学模型及参数求解流程;求解了焊接机器人工作空间,并依据球形手腕六关节串联机器人处于奇异位形的几何条件,归纳得出焊接机器人的10种独立的奇异位形。

阀体内壁密封面协同焊接作业的运动仿真和现场试验表明:协同焊接过程中机器人关节角周期性变化、平滑无突变;焊枪末端点轨迹拟合出精确的空间椭圆曲线,表明焊枪相对焊缝始终保持船型位姿、焊枪末端能够实时平稳地追踪到阀体内壁的椭圆焊缝并与其以较高精度贴合。

上述结果证实了本文提出的协调焊接运动学模型及其参数求解方法正确可行,从而为开发协同焊接机器人工作站及离线编程系统奠定了较为坚实的理论基础。

摘要：基于弗莱那-雪列(Frenet-Serret)矢量理论,获得了离散焊点处的切向、法向和次法向矢量,据此可求得焊枪-焊点间的相对位姿。基于变位机-机器人主从运动链末端的耦合约束关系,提出以船型焊为最佳焊位时的协同焊接运动学模型及参数求解流程。在求解焊接机器人工作空间的基础上,依据球形手腕六关节串联机器人处于奇异位形的几何条件,归纳得出焊接机器人的10种独立的奇异位形。协同焊接阀体密封面的运动仿真和现场试验表明,该变位机-机器人焊接系统能够平稳、准确地完成预期焊接任务,证实了提出的协同焊接运动学模型及参数求解方法正确可行。

关键词：协同焊接,变位机,主从运动链,船型焊

参考文献

[1]何广忠.基于焊接位置数学模型的变位机逆运动学算法[J].机械工程学报,2006,42(6):86-91.He Guangzhong.Inverse Kinematics of 2RPositioner Based on Welding Postion Representation[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2006,42(6):86-91.

[2]康艳君.焊接机器人运动学规划及机器人-变位机的运动仿真[D]:南京:河海大学,2005.

[3]唐创奇,孟正大.焊接机器人与变位机协调运动的实现[J].工业控制计算机,2008(1):47-49.Tang Chuangqi,Meng Zhengda.Realization of Coordinated Motion of Welding Robot and Positioner[J].Industrial Control Computer,2008(1):47-49.

[4]宋学志.焊接变位机的运动规划与到位精度研究[D].武汉:华中科技大学,2007.

[5]Li Kai,Zhang Ting.Seam Tracking Control System of Intelligent Mobile Welding Robot[C]//Proceedings of the Second International Conference on Intelligent Networks and Intelligent Systems.Tianjin,2009:269-272.

[6]张铁.基于运动链末端耦合与解耦的机器人协同焊接算法[J].华南理工大学学报,2013,41(11):56-61.Zhang Tie.Robot Cooperative Welding Algorithm Based on Coupling and Decoupling of Kinematic Chains[J].Journal of South China University of Technology,2013,41(11):56-61.

[7]Caccavale F.Six-DOF Impedance Control of Dual-arm Cooperative Manipulators[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics,2012,13(5):576-586.

[8]Gan Yahui.Kinematic Cooperation Analysis and Trajectory Teaching in Multiple Robots System for Welding[C]//Proceedings of IEEE 16th Conference on Emerging Technologies&Factory Automation(ETFA).Toulouse,2012:1-8.

[9]翟敬梅.双机器人协同焊接的轨迹优化[J].焊接学报,2015,36(1):91-95.Zhai Jingmei.Trajectory Optimization of Dual-robot Coordinated Welding[J].Transactions of the China Welding Institution,2015,36(1):91-95.

[10]罗辉.焊接机器人与变位机的协调运动规划[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2013.

[11]蔡自兴.机器人学[M].北京:清华大学出版社,2004.