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        探討高速搬運機器人產(chǎn)業(yè)的運用和發(fā)展

        2017-12-09 17:15:07司國斌靳孝峰焦作大學(xué)
        大陸橋視野 2017年2期
        關(guān)鍵詞:碼垛并聯(lián)機器人

        司國斌 靳孝峰/焦作大學(xué)

        探討高速搬運機器人產(chǎn)業(yè)的運用和發(fā)展

        司國斌 靳孝峰/焦作大學(xué)

        社會生產(chǎn)力的快速提升,預(yù)示著社會需求對各產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)加工能力的再一次提高。因此,為了提高不同行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)能力、降低生產(chǎn)生本,就有必要做好高速搬運機器人產(chǎn)業(yè)的運用與研究。

        高速搬運機器人;工業(yè)機器人;發(fā)展;應(yīng)用需求;根本條件;發(fā)展建議

        引言

        工業(yè)機器人分為串聯(lián)機器人及并聯(lián)機器人,前者存在結(jié)構(gòu)單一、工作范圍大等優(yōu)點;而后者則存在動作速度快、精度高等優(yōu)勢。因此,高速搬運機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與運用必然會以此為基礎(chǔ)進行研究。

        一、高速搬運機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況

        Delta機械手表的生產(chǎn)使用了高速并聯(lián)機器人,并且在1987年的時候該專利被瑞士的一家公司收購,然后開始了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),并逐漸的研制出了Top-placer和Presto等相關(guān)產(chǎn)品,在餅干等食品的包裝加工中得到了廣泛的運用。

        到了1999年之后,ABB公司打造出了IRB340FlexPickerDelta機器人,然后還在機器人上安置了計算機視覺系統(tǒng),并在醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域廣泛推廣。此機器人在末端的加速度為10g,可實現(xiàn)150次/min的捉取操作,后續(xù)新品更是達到了180次/min的捉取速度。

        而我國自80年代起開始研究機器人,并研究出了FlexPicker機器人,并在電焊、搬運等方面得到了一定的應(yīng)用,不過我國工業(yè)機器人的研發(fā)能力依舊有待提升。

        自2001年期,哈爾濱博實等公司聯(lián)合開發(fā)了搬運和碼垛的串聯(lián)機器人,而天津則率先攻克了高速并聯(lián)機器人難題,并研究出了Diamond的二平動自由度高速并聯(lián)機器人,收獲國家多項專利。

        二、高速搬運機器人在社會發(fā)展中的應(yīng)用需求

        1.在食品飲料和醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用需求。

        食品飲料及醫(yī)藥在我國的年產(chǎn)量巨大,物流設(shè)備產(chǎn)值大約在650億元/年左右,并在不斷攀升。相關(guān)行業(yè)的工序大多是自動化包裝、分揀、裝箱、碼垛等。但是,當前我國依舊采用手工或者是半手工的操作凡是,此類操作工作強度大、工作效率低、還有各種隱患問題,所以國家對其非常重視,雖然當前由機器人完成的比例相對較低,但日后必然會不斷增加。

        2.在化工行業(yè)的應(yīng)用及需求。

        石油加工、能源開發(fā)、環(huán)保節(jié)能等都屬于化工行業(yè),并且多數(shù)化工產(chǎn)品在加工制造中存在易爆、易燃、有毒等特性,所以此類產(chǎn)品的危險性極高。為了能夠有效的降低化工產(chǎn)業(yè)加工期間的危險性,積極的引進高速搬運機器人將具有十分重要的應(yīng)用價值。通過將人力替換成機器,將有助于提高化工產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)、管理、運輸?shù)确较虻陌踩耘c高效性,還能夠節(jié)省資源,滿足社會對化工行業(yè)產(chǎn)品加工制造速度及質(zhì)量的使用需求。

        三、發(fā)展高速搬運機器人產(chǎn)業(yè)的根本條件和目標

        1.高速串聯(lián)搬運機器人。

        自20世紀80年代起,哈工大就開始對串聯(lián)高速搬運機器人的研究,并首次制造了碼垛機器人,而且在社會的使用中也獲得了優(yōu)秀的經(jīng)濟及社會效益。在高速搬運機器人的研究中,攻堅團隊對機器人的腰部旋轉(zhuǎn)、大小臂、平衡機構(gòu)等開展了細致的研究與探索,并在關(guān)鍵問題中提出了正確的思路,從而為我國工業(yè)機器人的發(fā)展起到了積極的促進作用。另外,在平衡連桿機器人的動力學(xué)問題研究中,上海交大通過動力學(xué)建模的方法,有效的對問題進行處理分。而在工業(yè)機器人實時控制的研究中,中科院自動化研究所所提出的逆運動學(xué)求解法也獲得了良好的成果。所以,經(jīng)過這些年的長足發(fā)展與研究,在機器人的整體設(shè)計、建模、運動仿真學(xué)研究中,我們的理論正在日趨成熟、體系正在不斷完善。

        2.高速并聯(lián)搬運機器人。

        在高速抓放機器人的研究中,我國起步照比與西方發(fā)達國家較晚,但是卻取得了優(yōu)秀的研究成果。特別是天津大學(xué)在國家“863”計劃的自主中,通過長時間的技術(shù)攻關(guān),終于研發(fā)出了屬于我國自主知識產(chǎn)權(quán)的2自由度Diamond和3自由度Delta-S高速抓放機器人,并逐漸發(fā)展為系列產(chǎn)品,然后通過與娃哈哈集團、力神電池股份有限公司等的合作,成功研究出了高速果奶裝箱一體機、高性能鋰離子電池分選機等設(shè)備,相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)成功打破了國外技術(shù)的壟斷與制約,并在實際使用中得到了社會各界的認可。

        四、高速搬運機器人的應(yīng)用分析

        高速搬運機器人在社會的發(fā)展中得到了廣泛的使用,有效的代替了人力,并節(jié)約了勞動成本與時間。高速搬運機器人在應(yīng)用發(fā)展中需要充分的考慮相關(guān)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、節(jié)拍、成本、整體總線布局、系統(tǒng)單元功能、物理設(shè)備使用技術(shù)、規(guī)范化軟件接口標準、調(diào)試技術(shù)、現(xiàn)場快速反應(yīng)技術(shù)、快速安裝技術(shù)等。

        比如我國娃哈哈果奶包裝示范線就是由并聯(lián)機器人習(xí)慣添加站和碼垛機器人工作站聯(lián)合組建而成的。在實際的運用過程中,為了提高機器人的使用效率及工作效果,并聯(lián)機器人吸管添加站不僅應(yīng)用了高速并聯(lián)機器人,還配套制造了相關(guān)輔助設(shè)備,像是吸管半成品儲存裝置、成品吸管輸送裝置、半成品輸送和切斷裝置、機器人視覺系統(tǒng)等等,從而來滿足不同規(guī)格產(chǎn)品及習(xí)慣而定包裝要求。而碼垛機器人工作站不僅有本體的串聯(lián)機器人,同時也開發(fā)除了配套的成品整列輸送裝置、多箱抓取器等以滿足加工需求,提高工作效率。

        再比如安化炸藥包裝示范線也是由并聯(lián)機器人膠體炸藥裝箱工作站與成品碼垛機器人工作站聯(lián)合組建的。在使用中,為了提高工作效率及安全性,也配備了各種協(xié)助設(shè)備。并嚴格的按照國家民爆行業(yè)指導(dǎo)意見及要求對設(shè)備進行了升級改進,從而降低了包裝加工的危險性,改善了產(chǎn)品包裝、加工的生產(chǎn)效率。

        五、高速搬運機器人的發(fā)展及建議

        1.基于市場為導(dǎo)向抓手,把控重點產(chǎn)品進行集中突破。

        高速搬運機器人產(chǎn)業(yè)要想在當前社會中長遠的發(fā)展下去,就必須重視市場的需求。當前我國的機器人研究單位及部門需要將主要精力及技術(shù)集中在高速搬運機器人不同型號的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)與研究中,從而實現(xiàn)高速搬運機器人的規(guī)?;\用及整體技術(shù)的更新與突破,進而拉動國內(nèi)機器人相關(guān)產(chǎn)業(yè)及零部件生產(chǎn)加工市場的積極性、提高其配套生產(chǎn)能力,改善我國工業(yè)機器人的整體競爭能力,為高速搬運機器人的健康發(fā)展奠定穩(wěn)定而又堅持的基礎(chǔ)。

        2.國家應(yīng)自行設(shè)立抓向為國產(chǎn)高速搬運機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展鋪平道路。

        高速搬運機器人技術(shù)屬于歐美等發(fā)達國家對中國的技術(shù)壟斷項目之一,為了打破國外勢力的壟斷封鎖,我國有必要實現(xiàn)機器及零部件的自主規(guī)?;a(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),從而降低生產(chǎn)成本,提高高速搬運機器人的使用效率、縮小其使用成本。因此,政府要設(shè)立專項資金,支持高精密度減速器、機器人專用多軸控制器等生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā),鼓勵成型技術(shù)建立配套的設(shè)備技術(shù)生產(chǎn)線,從而促進我國高速搬運機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展,掃清其發(fā)展道路上存在的障礙。

        六、結(jié)束語

        綜上所述,本文對高速搬運機器人的發(fā)展、應(yīng)用需求、應(yīng)用等進行了簡要的闡述。就當前的社會發(fā)展需求來看,高速搬運機器人必然會得到廣泛的運用,因此其發(fā)展前景甚好。

        [1]工業(yè)碼垛機器人運動學(xué)仿真[J].孫祥溪,羅慶生,蘇曉東.計算機仿真.2013(03).

        [2]基于matlab的六自由度機器人運動特性分析[J].蘇學(xué)滿,孫麗麗,楊明,許德章.機械設(shè)計與制造.2013(01).

        [3]基于ADAMS的機器人性能分析和仿真[J].袁安富,薛金吉.制造業(yè)自動化.2011(16).

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