机器人学和计算机集成制造
摘要：
本文详细介绍了各种机器人在造船过程中的应用，重点介绍了新型机器人的发展和应用。根据造船工艺的优先级，讨论机器人应用的现状。首先，本文将介绍各种用于开放式结构的机器人，如几种类型的焊接小车和6轴铰接式机器人机械手，并对它们的机理和应用进行综述。其次，根据所提出的自航机构的性能特点，讨论了为船舶双壳结构封闭块体设计自主移动机器人系统的几种方案。最后，讨论了克服闭锁块结构复杂性的各种相应技术，以及未来造船机器人自动化的发展方向。
目录
1. 介绍
2. 开放式结构中的机器人
3. 封闭结构中的机器人
3.1. 智能车厢
3.2. 移动机器人
3.3. 电子密封控制器
3.4. 环境识别
3.5. 关于多个机器人的控制、发射和恢复系统
4. 结论
1. 介绍
在过去的几十年里，机器人的研究对许多工业机器人产生了相当大的影响。这些在工业应用中的机器人研究的成功成果可以归因于劳动力成本的上升、技术工人的老龄化，许多行业都倾向于避免肮脏、危险和肮脏的工作。造船行业是本文主要关注的问题，因为它是需求众多技术工人的劳动者行业之一。由于工业本身的性质，缩短生产过程会直接导致工人从船东那里获得的额外的社会奖励的提高以及他们对企业的忠诚度的提高。因此，造船业公司自然会集中精力，通过对机器人自动化和造船工艺发展的大量投资，在质量保证要求的范围内提高生产效率。这部分我从工业事故预防和使用的角度探讨了机器人自动化技术在工业生产中的必要性工人的素质和生产条件。
最近，韩国和中国的造船厂收到的订单数量急剧下降。船只吨位供过于求对新订单的减少有很大影响。造船企业积极推进海洋工厂业务，并未取得任何显著成就。此外，工业事故发生率与其他行业相比是相当高的。对工人来说，这是一种相当复杂和危险的环境。事实上，大多数大型企业在焊接等各种工艺过程中都很愿意采用机器人自动化，机器人自动化的应用和机器人过程的改进在降低工业事故发生率方面发挥了重要作用避免了工人暴露在有害的工作场所。然而，工业事故发生率仍然高于所有行业的平均水平。船体双壳结构的工作过程可能是造成这种现象的主要原因之一。在将机器人自动化应用到电子工业中还需要解决的另一个问题由于机器人自动化的作用越来越大，就业长期下降和维修任务的额外负担令人担忧。这种担忧导致机器人设计师在成功地应用于已开发机器人的领域时，出现了一些令人难以置信的情况。例如，机器人绘画的成功应用制度将通过减少工人恶劣的工作环境来改善心理人权方面的保护进程。毫无疑问。改善政府的形象或改善工作环境的观念，可令更多雇员透过防止失业来进行人力管理。因此，为了实现这些优势，生产和研发部门应积极采取相互合作的态度，以实现相互支持的关系。如上所述，双壳结构的工作条件以及工人的劳动性质很可能是工业事故发生率相对于所有行业的平均比率高的主要原因之一。
在这里，我们将根据造船工艺的优先级来讨论机器人应用的现状。对于开放式结构的各种机器人，如典型的铰接式机器人马尼托巴，我们将在下一节对其应用进行综述。此外，还将从机制、技术和管理方面讨论为双壳体结构设计自主移动机器人系统的若干尝试，这些都需要重新考虑结构的复杂性及其对环境的危害。最后，简要介绍了双壳体结构机器人研究的未来发展方向。
2. 开放式结构机器人
船的船体是用钢板材制成的。通过使用多块钢板和加强构件成功地建造船壳结构，需要大量的焊接操作。首先，建立一个开放式的、各种类型的焊接设备，在不同的焊接作业中都很容易扮演重要的角色。在讨论机器人在双壳结构中的应用和技术之前，在这里，将简要地回顾各种不同类型的机器人，包括它们的机制、操作策略，和缺陷的过程。
为了建造坚固的开口砌块，纵向和横向梁、纵向加劲肋和底板之间的所有边界都是通过手工焊工和奥通焊接机器人的组合焊接而成。在在这种情况下，对于长时间的多道横纵圆角焊和对焊，焊接小车在高效、鲁棒的焊接作业中发挥着重要作用。在这里，焊接小车被定义为具有一个或两个轴用于焊接特定目的的机械装。用于特殊情况下的焊接目的。一种单轴水平角焊小车可以在不需要焊枪沿水平轨迹运动的情况下，焊接加劲肋与底板的接触边界。立式焊接机器人，可以将接触边界垂直方向焊接，焊接火炬有一定的旋转运动（即编织运动）。特别是对于两个车厢，导向轮是用来确保直线驾驶重要保障。
有一点要注意的是，这些车厢需要焊接轨迹保持良好的一致性，这是在现实世界条件下很难实现的。使机器人在工厂工作,这些类型的机器人需要经常对不同的工件安装和重新安装。即使对于相同的工件，工件与所安装的机器人之间的相对位置也会随着机器人的安装方式而变化。因此，即使是相同的给定任务，工件的详细形状和条件也会在一定范围内发生变化。因此，这些情况需要一套灵活和量身定制的传感系统，包括一套有效的缝迹跟踪算法，使机器人能够沿着实际焊接轨迹规划自己的路径，并且无需任何复杂的校准程序就能工作。因此，基于触觉的传感器自动跟踪缝迹的研究已经开展了很多项目。
虽然这些车厢的优良性能尺寸紧凑,但他们不适合更复杂的任务,如焊接u型轨迹以及设置边界线的横向网络地板,两个纵向加劲肋形式,和底板。其原因是焊枪运动自由度和单向焊接性能不足。因此，大多数公司已经很早地雇佣了6轴机器人机械手和一些额外的设施，如龙门和架空起重机。考虑到在如此复杂的情况下开放块的可访问性，在打开的块被翻转之前，他们必须沿着海湾的路线前进，直到他们达到预期的位置，在几个海湾中，根据一个计划的阻塞组装项目，许多6轴焊接机器人可以同时安装和重新安装在焊接位置通过提升和降低架空起重机来打开在那个海湾上的块。完成焊接后，焊接机器人可以通过在工人的指导下使用架空起重机，重复地移动到随后的焊接位置。所有的焊接设备件，如线轴，馈线，以及教学材料，都完全安装在连接到机器人的钢架上。然而，由于这些焊接机器人的控制器位于架空起重机的顶部，控制器和电源的多条电缆（满载钢绳）连接到每个机器人。考虑到大多数公司长期以来都遵循这种做法，这可能是考虑装配过程时最有效的方法之一。虽然这种方法通过与焊接工艺的成功协调，确保了焊接质量、操作和维护的稳定。但还是有几点需要改进。就产量而言。机器人不能实现U形部件所有边界线的完美焊接在安装后的机器前面的焊接位置。因此，在所有焊接操作都由机器人执行后，额外的手工焊接操作由熟练工人执行。此外，当机器人试图移动到下一个焊接位置时，重复安装和重新安装需要工人的持续帮助。因此，在生产方法上的改进是必要的。
如果在这种比较复杂的情况下，任何能够在长线和多线方向自由移动的移动平台都可以使用，那么实现这一目标的可能性就更大了。这两种焊接都是高质量的，没有任何进一步的手工焊接，并通过覆盖特殊的材料提高了结构的强度。此外，由于架空起重机的可及性有限，目前的焊接机器人系统无法用于封闭区块，任何可以在封闭区块内自由流动的可接受移动平台都将大大有助于所有所需作业的自动化。事实上，考虑到其封闭结构，夏季气温上升至40-50摄氏度，空气流通不畅，而且常常太暗，即使在白天也不能自由活动执行任务。然而，工人仍然经常进行人工焊接、爆破，和绘画在空间内封闭的顶部和底部。这当然是造成工业意外发生率高的主要原因之一。因此，许多公司都试图把注意力集中在开发一种能够在封闭区域工作的机器人。
3.封闭结构中的机器人
我们已经描述了机器人在开闭块中自主行走机构的研究动机。因此，本文将从所提出的自旅行机构的性能及其克服结构复杂性的相应技术方面，讨论一些前人的研究成果。然而，在对自走机构进行综述之前，有必要对一些便携式智能小车作为封闭块形u形件焊接自动化的替代方案进行综述。
3.1. 智能车厢
用众多自行式机械主义同时结合各种类型的机械手来完成焊接,当然也有其他方法来实现自主焊接。可以在封闭块通过便携式的设计焊接车厢来执行U -形零件的焊接。然而，为了掩盖他们不足的工作空间的问题，动用一个驱动机制，这是不能接受的，因为底层通常是相当不干净的。因此，如果某一种运动控制算法不适用，则由于重复多道次焊接存在较大的滑移可能性，可以采用差动驱动方式在机械上无法保证重复多道次焊接的直线度。此外，所示的车厢使用外部控制器和驱动轮。因此，从外部到焊接位置的电缆数量较多，这就使得这些电缆在复杂结构中难以处理，同时也会受到邻近焊接位置电气噪声的负面影响。此外,尽管这些智能车厢有优良性能相对紧凑的尺寸和重量轻而自动焊接机器人的自行式机制,几点需要改进的重量,仍然可以认为他们能被沉重的工人很容易处理。在大多数工业领域，工人处理物品的最大重量和每天处理的次数受到《职业安全与健康法》的严格限制;在韩国的工人，这些重量不应超过25公斤，每天上下不超过10次。因此，要想成功地将这些车厢应用于封闭区块，就需要辅助运输装置，方便工人在封闭区块内发射、运输和回收多个车厢。然而，目前还没有关于这些问题的发表研究，尽管这些研究对于在封闭块体中成功应用自主焊接系统是有价值的。
近年来，一种新型的焊接方法RRXC被开发出来，用于u形件的焊接。需要注意的是，它有一个模块化的控制器，一个折叠齿条系统代替驱动轮，以及由三个移动关节和三个转动关节组成的六轴关节。与以往车厢不同的是，RRXC的折叠式机架采用两块开/关磁铁将折叠式机架固定在底板上，保证了双向多道焊接的直线性。此外，与以前的车厢相比，它在机械手工作空间的可达性和灵巧性都得到了提高，使工人无需再手工焊接u型零件，完全实现了u型零件的焊接。为了方便处理RRXC,李等人设计了便携式辅助运输装置，通过该装置控制封闭街区内的移动功能。RRXC由电动绞车、手钳、桥板、滑板、手绞车和钢丝组成。电动绞车、桥板、滑板均为定制，满足每台设备的共同重量要求，实际现场手持模式重量应小于10公斤。因此，这就提供了一种沿连接的钢丝运输RRXC并上下升降的方法。
3.2. 移动机器人
接下来，将从机器人的自旅行机构的性能和在现实世界中成功应用的可行性方面，讨论在封闭块体中自主移动和执行焊接、爆破和喷漆的移动机器人开发方面的一些研究成果。
最后，最近成立了rrxc焊接机器人系统，它解决了以往机器人的所有缺点。商用焊接机器人用于焊接U形部件，为街区内部的移动功能而设的轨道系统，以及在封闭区块外部署焊接支架和铁路系统的导轨。这一令人印象深刻的铁路系统解决方案，可以运输所有的焊接设备，如焊接机器人，铁路系统，电缆，控制器，焊接机等。这一商业焊接机器人系统已成功地应用和贡献。
RRXC由一个6轴焊接平台和一个最新版本的移动平台组成，六轴焊接机器人的主要功能是焊接封闭块的U形边界，而移动平台的功能是使整个机器人系统的纵向和纵向运动能够将其移动到以后焊接位置。RRXC平台还显示了不同于以前为封闭块设计的移动机器人的性能特征。第一，所有电子部件，如驱动程序和电源，完全嵌入在密封的下滑动机构与定制的一套热管冷却中；如果考虑到其中的危害这是就一个合理的设计环境。此外，将所有电缆从外部移走，可以通过防止各种噪音产生所有负面影响，另一点是，RRXC平台设计的目标是实现多个功能。该平台适用于各种任务，如焊接，爆破，绘画等。因此，这个移动平台完全覆盖了所有的部件。最后，它显示了高质量的焊接，不需要进一步的手工焊接操作，因为它可以在焊接U型后向纵向移动。该部件以覆盖其内部结构，并成功地焊接支架的两侧。此外，它的焊接性能和移动功能已经过一年多的焊接测试。考虑到整个情况。未来一年为封闭结构设计的移动机器人系统必须考虑以下几个问题：1）模块化密闭控制器；2）对克服结构复杂性的环境认识；3）多机器人控制；4）发射和回收系统。
3.3. 自动密闭控制器
正如所讨论的，日立绘画机器人和IAIRower-1的控制器位于封闭块之外。因此，有一些电缆从外面。这会对整个系统造成以负面影响。首先，在这样复杂的结构中拖动多条电缆肯定会增加自行平台的有效载荷。第二，在同一封闭区块同时发射的机器人数量的增加将导致在处理这些电缆时发生故障。互相纠缠在一起。最后，由邻近的焊接点发出的电子噪音有负面影响。然而，其中相当一部分问题可以通过移动机器人中的模块化密闭控制器来解决。
模块化控制器设计中最重要的问题是确保强劲的冷却性能和防震质量，因为夏季的温度是40-50摄氏度，焊接、爆破和喷涂等操作会产生大量的金属尘埃。这对机器人控制器来说，自然是一个非常危险的环境，其身体应保持完全密封，以防止金属尘埃的进入，并应将其温度保持在其额定水平。因此，为了满足这些设计要求，热管可并入伺服驱动程序和动力装置的热量，而无需任何空气进入控制器。冷却。例如，Lee等人。最近提出了一种新的移动焊接机器人RRX冷却系统。该冷却系统由热管、冷却管、风扇、将产生的热量从加热资源转移到热管的L形支架。通过测试验证完全支持这种设计方法适合于控制器在这样恶劣的环境。
3.4. 环境识别
在由许多加劲板和障碍物组成的封闭块中成功地移动，应认真考虑环境承认问题。在纵向加强的情况下，结构误差，如高度、间隔距离
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