先進制造技術第4章制造自動化技術4.14.24.3概述工業機器人柔性制造系統CONTENTS目錄4.1概述概述4.1.1制造、制造系統和制造業自動化是美國通用公司于1936年提出來的，其核心含義是“自動地去完成特定的作業”。自動化生產車間內產品的機械加工和裝配過程的自動化，包括切削加工自動化、工件裝卸自動化、工件儲運自動化、零件與產品清潔及檢驗自動化、斷屑與排屑自動化、裝配自動化、機器故障診斷自動化等。狹義制造概念廣義制造概念制造自動化包含了產品設計自動化、企業管理自動化、加工過程自動化和質量控制自動化等產品制造全過程以及各個環節綜合集成自動化，以使產品制造過程實現高效、優質、低耗、及時、潔凈的目標。4.1.2制造自動化技術的現狀剛性自動化柔性自動化綜合自動化剛性自動化表現在半自動和自動機床、組合機床、組合機床自動線的出現。特點：生產效率高、加工品種單一。柔性自動化數控技術（NC）、計算機數控（CNC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統（FMS）等。特點：能滿足多品種小批量甚至單件生產自動化的需要。綜合自動化計算機集成制造系統（CIMS）、并行工程（CE）、精益生產（LP）、敏捷制造（AM）等模式的發展和應用。特點：充分利用資源，發揮綜合效應。綜合自動化：概述4.1.2制造自動化技術的現狀概述4.1.2制造自動化技術的現狀概述4.1.3制造自動化技術的發展趨勢發展趨勢包含智能計算機、智能機器人、智能加工設備及生產線等。其核心是使企業對面臨市場競爭作出快速反應，利用企業內外各方面的優勢，形成動態聯盟，縮短產品的開發周期，盡快搶占市場。包括企業制造環境的網絡化和企業與企業之間的網絡化。2.制造網絡化5.制造全球化4.制造智能化包括設計過程的擬實技術和加工制造過程的虛擬技術。1.制造敏捷化3.制造虛擬化6.制造綠色化是一個考慮環境影響和資源效率的現代制造模式。包括市場的國際化和制造企業在世界范圍內的重組與集成。概述4.2工業機器人4.2.1工業機器人的定義工業機器人是一種可重復編程的多自由度的自動控制操作機，是涉及機械學、控制技術、傳感技術、人工智能、計算機科學等多學科技術為一體的現代制造業的基礎設備。4.2.2工業機器人的組成與分類1.機器人組成具有與人手功能相似的機械結構機器人的大腦，控制與支配機器人按給定的程序動作，并記憶人們示教的指令信息機器人執行作業的動力源執行機構控制系統驅動系統位置檢測裝置檢測機器人的運動位置和工作狀態工業機器人4.2.2工業機器人的組成與分類1.機器人組成工業機器人4.2.2工業機器人的組成與分類1.機器人組成工業機器人1）按系統功能分

專用、通用、示教再現式、智能機器人2）按驅動方式分

氣壓傳動、液壓傳動、電氣傳動機器人3）按結構形式分

直角坐標、圓柱坐標、球坐標、關節機器人4.2.2工業機器人的組成與分類2.機器人的分類

直角坐標圓柱坐標球坐標關節機器人工業機器人4.2.2工業機器人的組成與分類2.機器人的分類

工業機器人的性能特征影響著機器人的工作效率和可靠性，在機器人設計和選用時應考慮如下幾個性能指標：1）自由度是衡量機器人技術水平的主要指標。2）工作空間是指機器人應用手爪進行的空間范圍。3）提取重力微型機器人：10N以下；小型機器人：0~50N；中型機器人：50~300N；大型機器人：300~500N；重型機器人：500N以上；4）運動速度

最大速度：直線1000m/s；回轉120°/s。5）位置精度

精度一般在±0.02~±5mm。工業機器人1）按照控制回路的不同：開環系統和閉環系統。2）按照控制系統的硬件：機械控制、液壓控制、射流控制、順序控制和計算機控制。3）按自動化控制程度：順序控制系統、程序控制系統、自適應控制系統、人工智能系統。4）按編程方式：物理設置編程控制系統、示教編程控制系統、離線編程控制系統。5）按機器人末端運動控制軌跡：點位控制和連續輪廓控制。4.2.2工業機器人的控制技術控制系統通常包括控制計算機、示教盒、操作面板、存儲器、檢測傳感器、輸入輸出接口、通信接口等部分。控1.工業機器人控制系統的分類工業機器人4.2.2工業機器人的控制技術圖4-4工業機器人控制系統的組成框圖工業機器人1）按照控制回路的不同：開環系統和閉環系統。2）按照控制系統的硬件：機械控制、液壓控制、射流控制、順序控制和計算機控制。3）按自動化控制程度：順序控制系統、程序控制系統、自適應控制系統、人工智能系統。4）按編程方式：物理設置編程控制系統、示教編程控制系統、離線編程控制系統。5）按機器人末端運動控制軌跡：點位控制和連續輪廓控制。4.2.2工業機器人的控制技術控制系統通常包括控制計算機、示教盒、操作面板、存儲器、檢測傳感器、輸入輸出接口、通信接口等部分。控1.工業機器人控制系統的分類工業機器人（1）關節伺服控制（2）坐標伺服控制（1）模型參考自適應控制

其作用是使得系統的輸出響應趨近于某指定的參考模型，因而必須設計相應的參數調節機構。（2）自校正適應控制

由表現機器人動力學離散時間模型各參數的估計機構與用其結果來決定控制器增益或控制輸入的部分組成，采用輸入輸出數與機器人自由度相同的模型。4.2.2工業機器人的控制技術2.工業機器人的位置伺服控制3.工業機器人的自適應控制工業機器人4.3柔性制造系統FMS

由若干臺數控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統組成，并能根據制造任務或生產品種的變化迅速進行調整，以適應多品種、中小批量生產的自動化制造系統。4.3.1柔性制造系統概述廣義概念直觀定義

柔性制造系統是至少由兩臺機床、一套具有高度自動化的物料運儲系統和一套計算機控制系統所組成的制造系統。通過簡單改變軟件程序便能制造出多種零件中任何一種零件。柔性制造系統4.3.1柔性制造系統概述1.FMS總體方案的分析經濟實力、產量、批量、產值和利潤FMS可行性初步分析FMS結構類型的分析用戶零件的分析和選擇高精度或特殊的工藝柔性制造系統4.3.1柔性制造系統概述

2.FMS的方案設計（1）夾具草圖的繪制在草圖中要確定夾緊點、定位點、安裝次數。（2）零件的工藝分析確定其工藝路線，選擇合適的刀具、合適的切削用量并計算出加工時間。（3）FMS布局的初步設計

初步確定機床的類型和數量，刀具的分配和刀具的負荷。（4）FMS的仿真和優化（5）完成FMS設計根據FMS的仿真和優化的結果，增加相應的輔助設備，正式設計出FMS的總圖。柔性制造系統4.3.2柔性制造系統的組成與類型

1.FMS的組成1）加工系統2）工件運儲系統3）刀具運儲系統4）計算機控制系統1—中央計算機2—無軌運輸車3—立體倉庫4、5—FMC柔性制造系統1）柔性高，適用多品種小批量生產；2）系統內的機床在工藝能力上是相互補充或相互替代的；3）可混流加工不同的零件；4）系統局部調整或維修不中斷整個系統的運作；5）遞階結構的計算機控制，可以與上層計算機聯網通信；6）可進行三班無人值守生產。4.3.2柔性制造系統的組成與類型

2.FMS的特點柔性制造系統4.3.3柔性制造系統的優勢與關鍵技術

1.柔性制造系統的優勢1）FMS很容易和上層計算機聯網，接受市場信息和生產指令，有效的調度各臺數控機床。2）FMS具有工件自動輸送系統和刀具管理系統，在計算機的同一調度下，能使各臺機床具有較高的負荷率。3）通常能在不停機的情況下改變加工任務，在個別機床出現故障時，可以暫時將其隔離，修復后再連入，不會引起全線停機，保證了生產的連續性。4）有較完善的監控和管理系統，可靠性高，用人較少，需要時可以開三班。柔性制造系統

2.關鍵技術