由于喷涂车间的工作环境恶劣,喷涂机器人一经诞生就取得了众多用人单位的关注,随着新劳动法对劳务工的保护加强,劳务工的法律保护意识加强,喷涂机器人的普及是不可避免的趋势祝楼主成功!
目前研发涂料的模拟生产线喷涂工序,工作环境中包含大量的易燃易爆的蒸汽并且喷涂的工件复杂多样,手工喷涂费时费力,危险性极大,由于工作环境难以改善,因此产生了喷涂机器人。 与其他行业的机器人相比在要求上具有以下特点: ①处于大量易燃易爆的环境中; ②运动速度较快,所经过的各个点都是喷涂作业点; ③大多数喷涂机器人都是一边移动一边喷涂。 喷涂机器人具有喷涂准确、安全无毒、喷涂质量好、喷涂稳定以及可以减少工作人员长时间处于恶劣环境中,防止中毒等特点,因此越来越受到企业的青睐。 为了追求最好的喷涂过程中的灵活性和效率,从二十世纪70年代喷涂机器人进入汽车行业中,汽车涂料的生产同时也使用喷涂机器人进行模拟生产线喷涂,以求开发最好的涂料。 喷涂机器人可以增大喷涂扇面,提高喷涂效率。为了满足社会发展以及人们的要求,采用高速静电旋杯的喷涂方式,提高喷涂质量。只有利用好喷涂机器人才能适应汽车行业的迅速发展。 喷涂机器人的作用是控制喷枪或者旋杯,保证喷涂过程中工件表面和喷枪(或旋杯)垂直和一定的距离(一般为250-300mm)。 为了解决这一问题,工程师确定喷枪的移动路径和工件的移动路径,相应的喷涂参数,利用三维软件对喷涂机器人进行三维模拟。 最后将这些数据输人机器人中控器,来完成整个喷涂过程。 随着人们环保意识的增强,安全性越来越高,人们把先进设备,环保效果好的涂料生产工厂称为“绿色工厂”,把技术陈旧的涂料生产工厂称为“褐色工厂”。 无论是新建绿色工厂还是改造褐色工厂,建立喷涂机器人全自动喷涂,模拟生产线喷涂都是十分必要的。 欧美发达国家生产的喷涂机器人基本上都已经实现了社会化大协作和零部件的列化“专业化”标准化生产,然而我国所生产的机器人零部件品种单一“结构简单、制造粗糙”装配精度不够,严重影响到喷涂机器人的发展,因此,我国要加快开发研制零部件,使零部件生产标准化。 通过分析喷涂机器人的概况以及国内外发展现状,研究目前实验室现使用的喷涂机器人,根据实际工作的需要,找出现使用的喷涂机器人的优缺点,提出了二维喷涂机器人改进三维喷涂机器人的思想,确定了喷涂机器人的改进方案以及喷涂 根据喷涂机器人的基本参数,通过理论计算选择出适合喷涂机器人的滚珠丝杠导轨副作为运动机构;结合喷涂机器人的实际需要以及工作原理,运用参数化设计的方法,采用三维设计软件以T工A对喷涂机器人结构进行改进设计,提高了喷涂机器人的结构设计精度与效率,节约了成本。 对喷涂机器人进行组装,并对喷涂机器人进行试验,按照标准的喷涂工艺进行喷涂,对改进前后和进口的喷涂机器人综合性能进行比较,确定改进后的喷涂机器人喷涂效果。
机器人控制技术论文篇二 智能控制在机器人技术中的应用 摘要:机器人的智能从无到有、从低级到高级,随着科学技术的进步而不断深人发展。计算机技术、 网络技术 、人工智能、新材料和MEMS技术的发展,智能化、网络化、微型化发展趋势凸显出来。本文主要探讨智能控制在机器人技术中的应用。 关键词:智能控制 机器人 技术 1、引言 工业机器人是一个复杂的非线性、强耦合、多变量的动态系统,运行时常具有不确定性,而用现有的机器人动力学模型的先验知识常常难以建立其精确的数学模型,即使建立某种模型,也很复杂、计算量大,不能满足机器人实时控制的要求。智能控制的出现为解决机器人控制中存在的一些问题提供了新的途径。由于智能控制具有整体优化,不依赖对象模型,自学习和自适应等特性,用它解决机器人等复杂控制问题,可以取得良好效果。 2、智能机器人的概述 提起智能机器人,很容易让人联想到人工智能。人工智能有生物学模拟学派、心理学派和行为主义学派三种不同的学派。在20世纪50年代中期,行为主义学派一直占统治地位。行为主义学派的学者们认为人类的大部分知识是不能用数学方法精确描述的,提出了用符号在计算机上表达知识的符号推理系统,即专家系统。专家系统用规则或语义网来表示知识规则。但人类的某些知识并不能用显式规则来描述,因此,专家系统曾一度陷人困境。近年来神经网络技术取得一定突破,使生物模拟学派活跃起来。智能机器人是人工智能研究的载体,但两者之间存在很大的差异。例如,对于智能装配机器人而言,要求它通过视觉系统获取图纸上的装配信息,通过分析,发现并找到所需工件,按正确的装配顺序把工件一一装配上。因此,智能机器人需要具备知识的表达与获取技术,要为装配做出规划。同时,在发现和寻找工件时需要利用模式识别技术,找到图样上的工件。装配是一个复杂的工艺,它可能要采用力与位置的混合控制技术,还可能为机器人的本体装上柔性手腕,才能完成任务,这又是机构学问题。智能机器人涉及的面广,技术要求高,是高新技术的综合体。那么,到底什么是智能机器人呢?到目前为止,国际上对智能机器人仍没有统一的定义。一般认为,智能机器人是具有感知、思维和动作的机器。所谓感知,即指发现、认识和描述外部环境和自身状态的能力。如装配作业,它要能找到和识别所要的工件,需要利用视觉传感器来感知工件。同时,为了接近工件,智能机器人需要在非结构化的环境中,认识瘴碍物并实现避障移动。这些都依赖于智能机器人的感觉系统,即各种各样的传感器。所谓思维,是指机器人自身具有解决问题的能力。比如,装配机器人可以根据设计要求,为一个复杂机器找到零件的装配办法及顺序,指挥执行机构,即动作部分去装配完成这个机器,动作是指机器人具有可以完成作业的机构和驱动装置。因此,智能机器人是一个复杂的软件、硬件的综合体。虽然对智能机器人没有统一的定义,但通过对具体智能机器人的考察,还是有一个感性认识的。 3、智能机器人的体系结构 智能机器人的体系结构主要包括硬件系统和软件系统两 个方面。由于智能机器人的使用目的不同,硬件系统的构成也不尽相同。结构是以人为原型设计的。系统主要包括视觉系统、行走机构、机械手、控制系统和人机接口。如图1所示: 视觉系统 智能机器人利用人工视觉系统来模拟人的眼睛。视觉系统可分为图像获取、图像处理、图像理解3个部分。视觉传感器是将景物的光信号转换成电信号的器件。早期智能机器人使用光导摄像机作为机器人的视觉传感器。近年来,固态视觉传感器,如电荷耦合器件CCD、金属氧化物半导体CMOS器件。同电视摄像机相比,固体视觉传感器体积小、质量轻,因此得到广泛的应用。视觉传感器得到的电信号经过A/D转换成数字信号,即数字图像。单个视觉传感器只能获取平面图像,无法获取深度或距离信息。目前正在研究用双目立体视觉或距离传感.器来获取三维立体视觉信息。但至今还没有一种简单实用的装置。数字图像经过处理,提取特征,然后由图像理解部分识别外界的景物。 行走机构 智能机器人的行走机构有轮式、履带式或爬行式以及类人型的两足式。目前大多数智能机器人.采用轮式、履带式或爬行式行走机构,实现起来简单方便。1987年开始出现两足机器人,随后相继研制了四足、六足机器人。让机器人像人类一样行走,是科学家一直追求的梦想。 机械手 智能机器人可以借用工业机器人的机械手结构。但手的自由度需要增加,而且还要配备触觉、压觉、力觉和滑觉等传感器以便产生柔软、.灵活、可靠的动作,完成复杂作业。 控制系统 智能机器人多传感器信息的融合、运动规划、环境建模、智能推理等需要大量的内存和高速、实时处理能力。现在的冯?诺曼结构作为智能机器人的控制器仍然力不从心。随着光子计算机和并行处理结构的出现,智能机器人的处理能力会更高。机器人会出现更高的钾能。 人机接口 智能机器人的人机接口包括机器人会说、会听以及网络接日、话筒、扬声器、语音合成和识别系统,使机器人能够听懂人类的指令,能与人以自然语言进行交流。机器人还需要具有网络接n,人可以通过网络和通讯技术对机器.人进行控制和操作。 随着智能机器人研究的不断深入、越来越多的各种各样的传感器被使用,信息融合、规划,问题求解,运动学与动力学计算等单元技术不断提高,使智能机器人整体智能能力不断增强,同时也使其系统结构变得复杂。智能机器人是一个多CPU的复杂系统,它必然是分成若干模块或分层递阶结构。在这个结构中,功能如何分解、时间关系如何确定、空间资源如何分配等问题,都是直接影响整个系统智能能力的关键问题。同时为了保证智能系统的扩展,便于技术的更新,要求系统的结构具有一定开放性,从而保证智能能力不断增强,新的或更多传感器可以进入,各种算法可以组合使用口这便使体系结构本身变成了一个要研究解决的复杂问题。智能机器人的体系结构是定义一个智能机器人系统各部分之间相互关系和功能分配,确定一个智能机器人或多个智能机器人系统的信息流通关系和逻辑上的计算结构。对于一个具体的机器人而言,可以说就是这个机器人信息处理和控制系统的总体结构,它不包括这个机器人的机械结构内容。事实上,任何一个机器人都有自己的体系结构。目前,大多数工业机器人的控制系统为两层结构,上层负责运动学计算和人机交互,下层负责对各个关节进行伺服控制。 参考文献: [1]左敏,曾广平. 基于平行进化的机器人智能控制研究[J]. 计算机仿真,2011,08:15-16. [2]陈赜,司匡书. 全自主类人机器人的智能控制系统设计[J]. 伺服控制,2009,02:76-78. [3]康雅微. 移动机器人马达的智能控制[J]. 装备制造技术,:102-103. 看了“机器人控制技术论文”的人还看: 1. 搬运机器人技术论文 2. 机电控制技术论文 3. 关于机器人的科技论文 4. 工业机器人技术论文范文(2) 5. 机器人科技论文
随着科技的进步,智能机器人的性能不断地完善,因此也被越来越多的应用于军事、排险、农业、救援、海洋开发等方面。这是我为大家整理的关于机器人的科技论文,供大家参考!机器人的科技论文篇一:《浅谈智能移动机器人》 摘要:随着科技的进步,智能机器人性能不断地完善,移动机器人的应用范围也越来越广,广泛应用于军事、排险、农业、救援、海洋开发等。介绍了常见智能移动机器人的基本系统组成及其相关的一些技术,提出一种能够应用于智能移动机器人的越障机构,并简单阐述了其工作原理。在对智能机器人有一定了解的基础上,论述了智能移动机器人的研究现状及其发展动向。 关键词:智能移动机器人越障避障伸展收缩 1 引言 上世纪60年代智能机器人的出现开辟了智能生产自动化的新时代。在工业机器人问世50多年后的今天,机器人已被人们看作是不可缺少的一种生产工具。由于传感器、控制、驱动及材料等领域的技术进步开辟了机器人应用的新领域。智能移动机器人是机器人学中的一个重要分支。 2 智能移动机器人的基本系统组成及其相关技术 由于智能移动机器人在危险与恶劣环境以及民用等各方面具有广阔的应用前景,使得世界各国非常关注它的发展。其共同的五大系统组成要素为:(1)机械机构单元是智能移动机器人的骨架,机器人所有的模块都依靠其支撑,机械机构单元的结构,性能,强度直接影响着整个机器人的稳定性。随着科技发展和新型材料的研制开发,使得智能机器人产品的结构性能有了很大提高,机械机构的各项工艺性及尺寸设计都向着更加合理高效,更加轻便美观,更加环保节能,更加安全可靠等方向发展。(2)动力与驱动单元为智能移动机器人提供动力来源。(3)环境感知单元相当于智能移动机器人的五官,机器人通过感知单元对周围的环境进行感知识别及各种参数的收集,然后通过转换成控制模块可以识别的光电信号,输入到控制单元进行数据处理。(4)执行机构单元为智能移动机器人执行部分,能根据控制中心的命令执行命令,完成任务。不同的机器人有着不同的执行机构,执行机构的设计影响着对要执行动作的效率,精度,稳定性,可靠性等。(5)信息处理与控制单元作为整个机械系统的核心部分,它如人的大脑一样,调控着整个系统,一切的活动都由它指挥。将来自传感器部分采集到的信息进行集中汇总,存储,对所有信息分析,规划决策,输出命令。使机器人有目的的运行。 智能移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合机电系统。它是传感器技术,控制技术,移动技术,信息处理、人工智能、电子工程、计算机工程等多学科的重要研究成果,从某种意义上讲是机器发展进化过程中的产物,是目前科学技术发展最活跃的领域之一。 3 一种越障机器人 我们设计的移动机器人(图1)有很好的机动性能,前导轮、前轮和后轮可以实现独立升降运动。前导轮(如图1)由通过曲柄圆盘的转动角度控制摇杆的摆动角度,带动相关的平面连杆机构运动,从而实现前导向轮的伸展和收缩实现攀越。机器人两侧的侧边驱动机构为平面连杆-滑块越障机构,前后轮(如图1)分别通过导杆在槽中的移动,带动平面连杆机构的运动,实现前后轮的伸展和收缩,实现越障功能。本机器人通过尺寸的设计可以实现较大的越障高度,通过合理的控制轮摆动的角度还能实现多种类型障碍物的攀越。 4 智能移动机器人的应用概况 随着科技的进步,机器人的功能不断完善,智能移动机器人的应用范围也大大拓宽,不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用,而且在排险、海洋开发和宇宙探测领域等有害与危险场合(如辐射、灾区、有毒等)得到很好的应用。 陆地智能移动机器人 20世纪60年代后期,苏美为了完成对宇宙空间的占领,完成月球探测计划,各自研制开发并应用了移动机器人,通过移动机器人实现对外星土壤的样本采集和土壤分析等各种任务。陆地智能移动机器人的出现是为了帮助人类完成无法完成的任务。陆地移动机器人也广泛应用于军事,可以完成排除爆炸物,扫雷,侦查,清除障碍物等等,近年来智能移动机器人也开始渐渐融入人们的日常生活。 水下智能移动机器人 近年来,人们对资源的渴求加大,开始对原子能和海洋资源的开发,加之水下环境十分复杂(能见度差,定位困难,流体变化等),水下智能移动机器人在海底资源探测上的优势使之受到关注。近年德国基尔大学的科学家研制出新型深水机器人“ROV Kiel 6000”,这架深水机器人能够下探到6000米深的海底,寻找神秘的深水生物和“白色黄金”可燃冰。 仿生智能移动机器人 近年来,全球许多机器人研究机构越来越多的关注仿生学与机构的研究工作.在某些情况下仿生机器人尤其独特优势,例如,蛇形机器人重心低,能够模仿蛇的动作,穿梭在能够穿梭在受灾现场和其他复杂的地形中能够帮助人类完成各种任务。除此之外还有仿生宠物狗、仿生鱼、仿生昆虫等。 5 智能移动机器人的发展方向及前景 影响移动机器人发展的因素主要有:导航与定位技术,多传感器信息的融合技术,多机器人协调与控制技术等因而移动机器人技术发展趋势主要包括: (1)高智能情感机器人。随着科学技术的发展,人们对人机交互的技术的要求越来越高,具有人类智能的情感移动机器人是移动机器人未来发展趋势。目前的移动机器人只能说是具有部分的智能,人们渴望能够出现安全可靠的能够沟通交流的高智能的机器人。虽然现在要实现高智能情感机器人还非常的困难,但是终有一天,随着科学技术的突破,它将成为现实。 (2)高适应性多功能化的机器人。机器人的出现是为人类服务的,自然界中还有好多未知的世界等着我们开拓,各种危险的复杂多变的环境,人类无法涉足,因此人们也迫切希望有能够代替人类的机器人出现,高适应性多功能化的机器人也必将是机器人的发展方向之一。 (3)通用服务型的机器人。随着科学技术的发展,机器人也是应该越来越容易融入人们日常生活中的,在日常生活中为人们服务。例如在家庭中,机器人可以帮助人们做各种家务,和人们生活关系密切。 (4)特种智能移动机器人。根据不同应用领域,不同的目的,设计各种各样特种智能移动机器人是未来发展方向,如纳米机器人,宇宙探索机器人,深海探索机器人,娱乐机器人等等。 6 结束语 总之,智能移动机器人涉及到传感器技术,控制技术,移动技术,信息处理、人工智能、控制工程等多学科技术。未来智能移动机器人走向生活,安全可靠,操作简单是其趋势。尽管智能移动机器人以惊人的速度在发展着,但是实现高适应性,智能化,情感化,多功能化的移动机器人还有很长的路要走。 参考文献: [1]谢进,万朝燕,杜立杰.机械原理(第2版)[M].北京:高等 教育 出版社,2010. [2]陈国华.机械机构及应用[M].北京:机械工业出版社,2008. [3]徐国保,尹怡欣,周美娟.智能移动机器人技术现状及展望[J].机器人技术与应用,2007(2). [4]肖世德,唐猛,孟祥印,等.机电一体化系统监测与控制[M].四川:西南交通大学出版社,2011. 机器人的科技论文篇二:《浅谈机器人设计 方法 》 摘要:机器人是人类完成智能化中非常重要的工具,随着时代的发展,机器人已经在世界有了一定的发展,甚至很多国家机器人已经运用到实际的生活中去。而机器人的设计方法无疑是很多人非常感兴趣的问题,因此本文针对机器人的设计方法进行了详细的探索。 关键词机器人;设计;方法 1.前言 纵观人类的发展史,工具的进步才能带动人类的文明,如今设计朝着智能化的方向在发展,机器人就是人类在发展智能化过程洪重要的产物,因此机器人常用的设计方法是设计师们必备的工具。 2.控制系统的硬件设计 在现代科学技术不断发展的背景之下,工业现场所涉及到的重体力劳动量不断提升。当中部分劳动任务的实现单单依靠人力是很难实现的。而为了良好的完成工业现场的相关生产作业任务。就需要通过对机器人装置的研究与应用来实现机器人控制系统的硬件部分主要由5个模块组成:控制模块、循迹模块、避障模块、电机驱动模块、电源模块。 (1)控制系统模块。ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器,运算速度快,具有多路PWM输出,可将测速、避障等电路产生的输入信号进行处理,并输出控制信号给驱动放大电路,从而控制电机转速,此方式产生的PWM信号比用定时器中断产生的PWM信号实时性更好,而且不会占用系统的定时器资源。 (2)循迹模块。循迹是指小车在比赛场地上循白色引导线线行走,循迹模块的原理图如图2所示。循迹模块采用灰度传感器,发射管为普通LED灯,接收管为光敏三极管3DU33。工作原理为:不同颜色的物体对LED发射光反射不同的亮度,光敏三极管3DU33接收这些不同亮度的光线,就会呈现不同的电压Vx。Vx输入到比较器LM339的同相端,并与电位器设定的电压V0相比较,当Vx>V0时,比较器输出高电平,当Vx循迹机器人前后两端均是由7个灰度传感器组成的循迹模块。其中,中间三个灰度传感器起巡线的作用,两端的灰度传感器起探测弯道作用,剩下两个灰度传感器交替进行巡线和探测弯道。实验证明,这样的灰度传感器的布置图,机器人循迹的效果好,且“性价比”非常高。 (3)避障模块。避障模块主要使用的是红外发射接收传感器,当红外感应避障模块靠近物体时,输出低电平信号;当没有感应到物体时,输出高电平信号。将该信号线接入到单片机的控制端口,控制程序就能起到探测障碍物的作用,当在机器人行进的路径上就可以发现有障碍物并及时避开绕行。 (4)驱动模块。循迹避障机器人要求行走灵活、反应快速,因此要求驱动电机具有“转速快、制动及时”等特点。我们设计制作的循迹避障机器人采用中鸣公司的JMP-BE-3508I驱动板模块,其输入电压为11V到24V,最大输出电流为20A,满足快速前进、制动、转弯的要求。并且电机速度达到500rpm,堵转力矩为,具有很强的刹车功能。利用单片机的四路PWM输出信号,分别控制四个轮子的转速。并采用“四轮驱动”、“差速转弯”的方式实现机器人的前进、后退与转弯。 (5)电源模块。循迹机器人的电源模块主要实现以下三大功能:①稳定输出5V工作电压。故我们设计制作的电源模块以7805芯片为核心,把输入电压截止到5V。②提供足够的电流。7805芯片最大输出电流为,而循迹机器人需要较大电流,所以我们使用了两片7805芯片分别对控制系统和外部设备进行供电。③滤波。在7805芯片的输入、输出端分别并联104贴片电容和10μF的电解电容,过滤高频、低频信号。 3.软硬件模块开发流程和界面程序 (1)图像处理模块:照相机实时捕捉图像,处理转化后和初始图像进行处理比较,找出图像中差异的位置通过TCP传输。 (2)TCP通信模块:视觉系统通过以太网连接贝加莱控制器,控制器可以作客户机或服务器实时传输数据,:定义结构体用于视觉系统传输位姿给机器人和机器人实时反馈位姿和信号状态数据给视觉系统。 (3)位置转换模块:把视觉系统的位姿转换为机器人的位姿传输给机器人,控制机器人运行。 (4)轨迹规划模块:进行运动轨迹规划和速度规划,根据机器人当前的位置和目标位置,选择最优的运动轨迹(直线、圆弧、不规则曲线等运动轨迹),然后对轨迹、速度进行插补,插补值调用机器人运动学算法计算轨迹的可靠性,再把实时插补的位置、速度传送给运动控制模块。 (5)运动控制模块:根据实时插补的值结合加速度、加加速度等控制参数给驱动器。 (6)伺服模块:根据控制器所发送数据,结合各伺服控制参数,驱动电机以最快响应和速度运行到各个位置。 4.机器人精度标定和视觉软件处理 精度标定 精度的标定包括机器人精度标定 和机器人相对于视觉照相机位置标定 。机器人运动前,需要用激光跟踪仪标定准确各轴杆长、零点、减速比、耦合比等机械参数,给运动学、控制器系统,机器人才能按理论轨迹运行准确。行到指定点。 通过三点法、六点法标定机器人相对于视觉照相机的X、Y、Z方向距离给位置转化模块,确定机器人坐标系相对于照相机坐标系的转化关系。 视觉处理软件 包括固定视觉系统标定模块和移动视觉系统标定模块 。视觉系统安装在固定位置相当于给机器人建立照相机一个用户坐标系,此模块用于运算机器人和固定视觉系统之间位姿转换关系。视觉系统安装在机器人末端法兰位姿相当于给机器人建立照相机一个工具坐标系,随着机器人运动而实时改变位置,此模块用于运算机器人和动态视觉系统之间位姿转换关系。 实时处理传输机器人、视觉系统和以太网的运行通信状态以及出错状态处理。 人机界面设计及实现 当机器人出现故障,不能自动移动位置时,比如碰到硬件限位或出现碰撞现象时,此时可以进入手动页面,选择机器人操作,移动机器人到指定位置。对于新建码垛工艺线,需要配置系统参数、位置信息、以及产品参数,等必要的信息。码垛数据编辑与创建的功能,产品覆盖了袋子、箱子,以及可变数量抓取的功能。可以添加产品数量,改变产品方向,单步数量修改,产品位置移动以及旋转等设置。本页面中,示例生成了每层五包的袋装产品,编号从1到5,可以通过调整编号的顺序,达到改变产品的实际码垛顺序。 5.结束语 总之,在进行机器人的设计过程中,要根据设计的用途进行针对性的设计,对于设计过程中出现的问题要及时的采用上述的思维方法进行解决,随着机器智能化的推广,无疑机器人的设计在未来会有更广阔的天空。 参考文献: [1]张海平,陈彦. Wincc在打包机人机界面中的设计与应用[J].HMI与工业软件,2012(3):70-72. [2]朱华栋,孔亚广.嵌入式人机界面的设计[J].中国水运,2008(11):125-126. [3]金长新,李伟.基于Windows CE的车载电脑系统人机界面的实现[J].微计算机信息,2005(21):132-134. 机器人的科技论文篇三:《浅谈igm焊接机器人的故障处理》 [摘 要]机器人技术综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。本文通过介绍igm焊接机器人的工作原理,以及在实际工作中机器人的常见故障现象,对故障产生的原因进行分析,并提出了相应的维修方法。 [关键词]igm焊接机器人 工作原理 故障处理 0 前言 机器人技术是综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。这门新型技术的介入,对维修技术人员提出了更高要求。如何保证焊接机器人的可靠性、稳定性,发挥机器人的最大优势,针对机器人的故障维修及设备维护保养工作就尤显重要。 1 igm焊接机器人组成及工作原理 igm焊接机器人的组成 igm焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人,它加工精细、动作灵巧、焊接精度高、焊缝成形好。在机械行业中得到了广泛的应用。 igm焊接机器人工作原理 igm焊接机器人内部轴控制原理:通过数字伺服板DSE-IBS处理当前位置的校准、位置驱动、速度驱动等信息,处理后的信息送馈到伺服驱动器,由伺服驱动器内部的脉宽调制器调制,然后放大输出推动伺服电机。伺服电机运动的同时,编码器同步运行,并把采集的位置角度信息反馈给RDW控制板,通过RDW板的增量计算、数据整定后的位置信息回馈给DSE-IBS板,做下一个周期的计算处理,此过程反复进行从而实现了实时位置的更迭过程。 2 igm焊接机器人故障诊断及分析 焊接机器人故障类型 焊接机器人故障类型可分为软件故障和硬件故障,由机器软件造成的故障,如系统停机 死机 的现象;由机器硬件造成的故障,如驱动单元、电气元件各模块的故障。就故障现象可分为人为故障和自然故障、突发故障三大类。对于维修来说,自然故障和突发故障的排除就显得困难,因为这种维修不仅仅针对故障单元本身,还要对系统进行改进,这就需要周密分析,对故障诊断进行优化和改进,避免排除过的故障重复出现,使系统进一步稳定可靠。 igm焊接机器人常见故障处理 机器人开机后示教器无报警信息,但机械手无法正常引弧。首先检查系统是否送丝送气,发现送丝系统无法手动送丝,保护气瓶有压力,但是焊枪喷嘴处无保护气。再检查机械手焊接电缆、引弧板及送丝板,都没有发现故障。这说明机械手的功能是正常的,可能是焊接回路不通畅。可以通过测量焊接回路阻抗来判断焊接回路是否正常。 回路阻抗的测试步骤: i把连接工件的地线接好,保证地线夹与工件接触部分干净良好; ii接通机器人电柜电源,将福尼斯焊机电源开关拨至“I”位置; iii在焊机二级菜单内选择“r”功能。 iv取下焊枪喷嘴,拧上导电嘴,将导电嘴贴紧工件表面。需要注意的是,测量过程中要确保导电嘴与工件接触处的洁净。测量进行时,送丝机和冷却系统不启动; v轻按焊枪开关或点动送丝键。焊接回路阻抗值测算完成。测量过程中,右显示屏显示“run”; vi焊接回路测算结束后显示屏显示测量值。测得的焊接回路阻抗是18 Ω(正常值以<20Ω为佳),说明焊接机器人的焊接回路的通畅的。再断电、通电调试,焊接机器人能正常引弧,应该是回路测试过程中通过连接接地夹、拆卸喷嘴、导电嘴等将回路未正常接触处接通了。 igm机器人在焊接过程中,引弧困难、焊接电流极不稳定,且经常断弧,反复出现“Arc fault”电弧故障。 i检查接地电缆,测量回路电阻值为Ω,正常 值以<20Ω为佳。 ii检查焊丝直径(Ф)与送丝轮的公称直径相匹配。 iii焊丝材料(G2Si)与焊接方式及焊接母材相匹配。 iv后观察焊枪喷嘴处,存在大量粉尘的切粉,手动送出的焊丝不光滑平整,有小量弯曲及伤丝情况,说明送丝不畅。 v对送丝阻力进行检测。将送丝锁紧杆、压紧杆打开,手盘焊丝盘将焊丝收回,发现阻力很大。多为送丝软管堵塞或软管与机械手夹角过大造成。 vi检查送丝轮磨损情况,V型送丝槽不易过深过宽,以正好放置一根Ф规格的焊丝为佳,间隙过大,将影响送丝的稳定性,焊接电流的稳定性。拆下送丝轮,发现送丝轮磨损严重,圆度误差较大,送丝槽过深。送丝机构一旦出现失控,就会高速送丝,焊接电源得不到正常的信号反馈(送丝速度的反馈采用光电测速),不能提供稳定的电流、电压,造成不能正常焊接。更换送丝轮、送丝软管,并进行压力调整,故障解除,焊接正常。 igm机器人回零参数自动丢失。igm机器人在下一次开机时,回零参数自动丢失,重新校零、输入参数,保存参数反复丢失。检查示教电缆、接口、程序、轴卡、RDW板指示灯全部正常,检查后备电池(缓冲电瓶,用于关机或意外掉电情况下,为系统提供短时间供电,进行信息的存储)测量电压值,一个为,一个为12 V,总电压为21 V,正常值为24V,更换一组电池后一切正常,再未出现数据丢失现象。 突发故障的分析及处理 该故障无可预见性,事发突然。实际工作中出现最多。多为受环境影响的系统故障,如焊接机器人控制部分电路板故障、稳压 电源故障 、通讯故障等,反映在机器人在工作时突然报警且无法消除报警。重新启动又恢复正常,但不久又出现报警,这类故障造成整个系统不稳定。 为了进一步判断驱动器的好坏,缩小故障范围, 对编码器进行检查,RCI系列的机器人各轴所使用的编码器是绝对编码器,它是一种电磁部件,可以传递旋转角度的信息,由两个固定绕组(sin绕组和cos绕组)及一个参考绕组组成,原理基本上同旋转变压器相似。将X12插头拔下,分别测量11-12、13-5、14-4端子阻值,结果没有一项有阻值,说明编码器出现异常。 找到12轴伺服电机,检查发现编码器插头锁紧并帽已退出,插头连接松动。将插头重新安插,锁紧到位,再次测量11-12端子阻值为94Ω,13-5端子阻值为65Ω,14-4端子阻值为65Ω,9-10端子阻值为600Ω,说明各绕组正常。上电后,驱动可正常打开,故障解除。 3 结束语 维修工作是理论指导实践,实践促进理论的一个反复过程,理论实践的有机结合才会使维修人员更加深入,更加准确的判断处理各种故障。工作中维修人员必须具有独立思考分析判断的能力,操作中一定要注意观察,不可盲目更改焊接机器人设定、跳线等状态,要养成做工作记录的好习惯,归纳 总结 各类故障现象以及处理过程,积累故障诊断和维修方面的 经验 ,以提高维修水平。 参考文献 [1] 戴光平.《焊接机器人故障诊断及维修技术》. 重庆:中国嘉陵工业股份有限公司,2003. [2] 中国焊接协会成套设备与专业机具分会. 《焊接机器人实用手册》.机械工业出版社,2014. [3] 李德民.《焊接机器人的故障维修》. 长春:长客股份制造中心,2011. 猜你喜欢: 1. 关于科技论文的范文 2. 关于计算机的科技论文3000字 3. 数学科技论文800字 4. 自动化科技论文题目与范文
现如今,随着社会经济发展,机器人开始被广泛应用于各行各业中,替工人进行一些复杂、繁重的体力劳动,能减轻人们的工作负担。下面是由我整理的工业机器人技术论文 范文 ,希望能对大家有所帮助!工业机器人技术论文范文篇一:《浅谈工业机器人在工业生产中的应用》 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人。工业机器人是自动执行工作的机器装置,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。就工业机器人在工业生产中的应用进行探讨。 关键词:工业机器人 应用 工业 1 引言 工业机器人最早应用于汽车制造工业,常用于焊接,喷漆,上、下料和搬运。工业机器人延伸和扩大了人的手、足和大脑功能,它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作;代替人完成繁重、单调的重复劳动,提高劳动生产率,保证产品质量。工业机器人与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统,实现生产自动化。 2 工业机器人的主要运用 (1)恶劣工作环境及危险工作军事领域及核工业领域有些作业是有害于人体健康并危及生命,或不安全因素很大而不宜由人去做的作业,用工业机器人去做最合适。例如核工厂设备的检验和维修机器人,核工业上沸腾水式反应堆燃料自动交换机。 (2)特殊作业场合和极限作业火山探险、深海探密和空间探索等领域对于人类来说是力所不能及的,只有机器人才能进行作业。如航天飞机上用来回收卫星的操作臂;用于海底采矿和打捞的遥控海洋作业机器人。 (3)自动化生产领域早期的工业机器人在生产上主要用于机床上、下料,点焊和喷漆。用得最多的制造工业包括电机制造、汽车制造、塑料成形、通用机械制造和金属加工等工业。随着柔性自动化的出现,机器人在自动化生产领域扮演了更重要的角色。下面主要针对工业机器人在自动化生产领域的应用进行简单介绍。 焊接机器人 点焊机器人工业机器人首先应用于汽车的点焊作业,点焊机器人广泛应用于焊接车体薄板件。装焊一台汽车车体一般大约需要完成3000~4000个焊点,其中60%是由点焊机器人来完成的。在有些大批量汽车生产线上,服役的点焊机器人数量甚至高达150多台。 点焊机器人主要性能要求:安装面积小,工件空间大;快速完成小节距的多点定位;定位精度高(土0 .25 mm ),以确保焊接质量;持重大(490~980N ) ,以便携带内装变压器的焊钳;示教简单,节省工时。 弧焊机器人 弧焊机器人应用于焊接金属连续结合的焊缝工艺,绝大多数可以完成自动送丝、熔化电极和气体保护下进行焊接工作。弧焊机器人应用范围很广,除汽车行业外,在通用机械、金属结构等许多行业中都有应用。弧焊机器人应是包括各种焊接附属装置在内的焊接系统,而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机。如图1所示为弧焊机器人的基本组成。适合机器人应用的弧焊 方法 主要有惰性握体保护焊、混合所体保护焊、埋弧焊和等离子弧焊接。 1-机器人控制柜2-焊接电源3-气瓶4-气体流量计5-气路6-焊丝轮7-柔性导管8-弧焊机器人9-送丝机器人10-焊枪11-工件电缆12-焊接电缆13-控制电缆 图1 弧焊机器人系统的基本组成 弧焊机器人的主要性能要求:在弧焊作业中,要求焊枪跟踪工件的焊道运动,并不断填充金属形成焊道。因此,运动过程中速度的稳定性和轨迹是两项重要指标,一般情况下,焊接速度约取5~50 mm/s ,轨迹精度约为.2 ~ ) mm;由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定影响,因此希望在跟踪焊道的同时,焊枪姿态的可调范围尽量大。此外,还有一些其他性能要求,这些要求包括:设定焊接条件(电流、电压、速度等)、抖动功能、坡口填充功能、焊接异常检测功能(断弧、工件熔化)及焊接传感器(起始焊点检测,焊道跟踪)的接口功能。 喷漆机器人 喷漆机器人广泛应用于汽车车体、家电产品和各种塑料制品的喷漆作业。喷漆机器人在使用环境和动作要求上有如下特点: (1)工作环境空气中含有易爆的喷漆剂蒸气; (2)沿轨迹高速运动,途经各点均为作业点; (3)多数被喷漆部件都搭载在传送带上,边移动边喷漆。如图2所示为关节式喷漆机器人。 搬运机器人 随着计算机集成制造技术、物流技术、自动仓储技术的发展,搬运机器人在现代制造业中的应用也越来越广泛。机器人可用于零件的加工过程中,物料、工辅量具的装卸和储运,可用来将零件从一个输送装置送到另一个输送装置,或从一台机床上将加工完的零件取下再安装到另一台机床上去。 装配机器人 装配在现代工业生产中占有十分重要的地位。有关资料统计表明,装配劳动量占产品生产劳动量的50%~60%,在有些场合,这一比例甚至更高。例如,在电子器件厂的芯片装配、电路板的生产中,装配劳动量占产品生产劳动量的70 %~80%。因此,用机器人来实现自动化装配作业是十分重要的。 机器人柔性装配系统 机器人正式进入装配作业领域是在“机器人普及元年”的1980年前后,引人装配作业的机器人在早期主要用来代替装配线上手工作业的工序,随后很快出现了以机器人为主体的装配线。装配机器人的应用极大地推动了装配生产自动化的进展。装配机器人建立的柔性自动装配系统能自动装配中小型、中等复杂程度的产品,如电机、水泵齿轮箱等,特别适应于中小批量生产的装配,可实现自动装卸、传送、检测、装配、监控、判断、决策等机能。 机器人柔性装配系统通常以机器人为中心,并有诸多周边设备,如零件供给装置、工件输送装置、夹具、涂抹器等与之配合,此外还常备有可换手等。但是如果零件的种类过多,整个系统将过于庞大,效率降低,这是不可取的。在机器人柔性装配系统中,机器人的数量可根据产量选定,而零件供给装置等周边设备则视零件和作业的种类而定。因此,和装配线比较,产量越少,机器人柔性装配系统的投资越大。 3 结束语 工业机器人是以机械、电子、电子计算机和自动控制等学科领域的技术为基础,融合而成的一种系统技术;也可说是一门知识、技术密集的,多学科交叉的综合化的高新技术。随着这些相关学科技术的进步和发展,工业机器人技术也一定会到迅速发展和提高。 工业机器人技术论文范文篇二:《探讨工业机器人的发展趋势》 摘 要 随着社会经济发展,机器人开始被广泛应用于各行各业中,替工人进行一些复杂、繁重的体力劳动。目前,机器人是一种制造业与自动化设备中的典型代表,这将会是人造机器的“终极”版。它的应用已经涉及信息化、自动化、智能化、传感器与知识化等多个学科和领域,这是目前,是我国乃至世界高新技术成果的最佳集成,因此,它的发展是与许多学科的发展有着密切的联系。以现在的发展趋势来看,工业机器人的应用范围越来越广泛,同时在技术操作中,他也变得越来越标准化、规范化,提高工业机器人的安全性。另一方面,工业机器人发展越来越微型化、智能化,在人类生活中应用越来越广泛。 关键词 工业机器人 智能化 应用领域 安全性 随着社会复杂的需求,工业机器人在应用领域中越来越广泛。一方面,工业机器人被广泛应用于工业生产中,代替工人危险、复杂、单调的长时间的作业,例如在机械加工、压力铸造、塑料制品成形及金属制品业等各种工序上,同时还应用于原子能工业等高危险的部门,这已经在发达国家中应用比较广泛。另一方面,工业机器人在其他的领域应用也比较多,随着科学技术的飞速发展,提高了工业机器人的使用性能和安全性能,其应用的范围越来越广泛,应用的范围已经突破了工业,尤其在医疗业中应用比较好。 一、工业机器人的发展历程 第一代机器人,一般指工业上大量使用的可编程机器人及遥控操作机。可编程机器人可根据操作人员所编程序完成一些简单重复性作业。遥控操作机制每一步动作都要靠操作人员发出。1982年,美国通用汽车公司在装配线上为机器人装备了视觉系统,从而宣告了第二代机器人―感知机器人的问世。这代机器人,带有外部传感器,可进行离线编程。能在传感系统支持下,具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能。第三代机器人为自治机器人,正在各国研制和发展。它不但具有感知功能,还具有一定决策和规划能力。能根据人的命令或按照所处环境自行做出决策规划动作即按任务编程。 我国机器人研究工作起步较晚,从“七五”开始国家投入资金,对工业机器及其零部件进行攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发和研制。1986 年国家高技术研究发展计划开始实施,智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿,经过几年的研究,取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特种机器人。 我国工业机器人起步于70年代初期,经过30多年的发展,大致经历了3个阶段:70年代的萌芽期,80年代的开发期和90年代的适用化期。 上世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑:人类登上了月球,实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮,尤其在日本发展更为迅猛,它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下,我国于1972年开始研制自己的工业机器人。 进入80年代后,在高技术浪潮的冲击下,随着改革开放的不断深入,我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间,国家投入资金,对工业机器人及其零部件进行攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发,研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施,智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿,经过几年的研究,取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特种机器人。 从90年代初期起,中国的国民经济进入实现两个根本转变时期,掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮,我国的工业机器人又在实践中迈进一大步,先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人,并实施了一批机器人应用工程,形成了一批机器人产业化基地,为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。 我国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支持已经取得了较大进展,工业机器人市场也已经成熟,应用上已经遍及各行各业。 我国未来工业机器人技术发展的重点有:第一,危险、恶劣环境作业机器人:主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二,医用机器人:主要有脑外科手术辅助机器人,遥控操作辅助正骨等;第三,仿生机器人:主要有移动机器人,网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 二、工业机器人的发展趋势 机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表,是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域,是多种高新技术发展成果的综合集成,因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有:一是工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降。二是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;有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。三是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,控制柜日渐小巧,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。四是机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。五是机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新型装置已成为国际研究的 热点 之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域。 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、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧,控制系统愈来愈小,其智能也越来越高,并正朝着一体化方向发展。 三、我国工业机器人发展面临的挑战与前景 我国工业底子薄,工业机器人发展一直处于一个初步发展阶段,虽然我国从上个世纪70年代开始研发工业机器人,但是技术力量不足与西方国家的技术封锁,对此,在发展过程中,存在着比较多的问题。细分起来,有如下几点: 首先,我国基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了一定的基础,但是无论从质量、产品系列全面,还是批量化供给方面都与国外存在较大的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显,因此造成关键零部件的进口,影响了我国机器人的价格竞争力。 第二,我国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有一批企业从事机器人的开发,但是都没有形成较大的规模,缺乏市场的品牌认知度,在机器人市场方面一直面临国外机器人品牌的打压。国外机器人作为成熟的产业采用整机降价,吸引国内企业购买,而在后续的维护备件费用很高的策略,逐步占领中国市场。 第三,认识不到位,在鼓励工业机器人产品方面的政策少。工业机器人的制造及应用水平,代表了一个国家的制造业水平,我们必须从国家高度认识发展中国工业机器人产业的重要性,这是我国从制造大国向制造强国转变的重要手段和途径。□ 参考文献: [1]任俊.面向熔射快速制模的机器人辅助曲面自动抛光系统的研究.华中科技大学,2006年. [2]钟新华,蔡自兴,邹小兵.移动机器人运动控制系统设计及控制算法研究.华中科技大学学报(自然科学版),2004年S1期. [3]张中英.基于遗传算法的机器人神经网络控制系统.太原理工大学,2005年. [4]李磊,叶涛,谭民,陈细军.移动机器人技术研究现状与未来.机器人,2002年05期. [5]杜玉红,李修仁.生产线组装单元气动搬运机械手的设计.液压与气动,2006年05期. [6]徐晓峰.基于串行通信技术的机器人实时控制研究.南京林业大学,2005年. 工业机器人技术论文范文篇三:《试论工业机器人机电一体化》 1机电一体化技术的应用现状 工业机器人。 工业机器人的出现在一定程度上可替代人的劳动,对于高辐射、高噪声污染、高浓度有害气体的工作场合来说,工业机器人是一个理想的选择。工业机器人的发展经历了三个阶段,第一代工业机器人智能化程度较低,只能通过预设的程序进行简单的重复动作,无法应对多变的工作环境和工作岗位。随着科技的发展,在第一代机器人的基础上通过各种传感器的应用使其可通过对环境信息的获取、分析、处理并反馈给动作单元,从而进行一些适应性的工作,这种机器人虽然智能化程度较低,但已经在一些特定的领域得以成功应用。在机电一体化技术相对成熟的今天,第三代机器人的智能化水平已经得到了较大的提升,其可以通过强大的传感原件收集信息数据,并根据实际情况作出类似于人脑的判断,因此可以在多种环境下进行独立作业,但成本较高,在一定程度上限制了实际应用。 分布式控制系统。 分布式控制系统是相对于集中式控制系统而言的,是通过一台中央计算机对负责现场测控的多台计算机进行控制和指挥,由于其强大的功能和安全性,使其成为当前大型机电一体化系统的主流技术。根据实际情况分布式控制系统的层级可分为两级、三级或更多级,通过中央计算机完成对现场生产过程的实时监控、管理和操作控制等,同时,随着测控技术的不断发展与创新,分布式控制系统还可以对生产过程实现实时调度、在线最优化、生产计划统计管理等功能,成为一种集测、控、管于一体的综合系统,具有功能丰富、可靠性高、操作方便、低故障率、便于维护和可扩展等优点,因此使系统的可靠性大幅提高。 2机电一体化技术的发展趋势 人工智能化。 人工智能就是使工业机器人或数控机床模拟人脑的智力,使其在生产过程中具备一定的推理判断、 逻辑思维 和自主决策的能力,可大幅提升工业生产过程的自动化程度,甚至实现真正的无人值守,对于降低人力成本,提高加工精度和工作效率具有十分重要的意义。目前,人工智能已经不只是停留在概念上,因此可预见机电一体化技术将向着人工智能化的方向发展。虽然以当前的科学技术水平不可能使机器人或数控机床完全具备人类的思维模式和智力特点,但在工业生产中,使这些机电一体化设备具备部分人类的职能是完全可以通过先进的技术达到的。 网络化。 网络技术 的发展给机电一体化设备远程监视和远程控制提供了便利条件,因此,将网络技术与机电一体化技术结合起来将是机电一体化技术发展的重点。在生产过程中,操作人员需要在车间内来回走动,对设备的状态进行掌握,并对机床的操作面板进行操作,通过在机电一体化设备与控制终端之间建立通信协议,并通过光纤等介质实现信息数据的传递,即可实现远程监视和操作,降低工人的劳动量,并且各种控制系统功能的实现,理论上来说都是建立在网络技术基础上的。 环保化。 在人类社会发展的最近几十年里,虽然经济得到了迅猛的发展,人们生活水平得到了显著的提高,然而以牺牲资源和环境为代价的发展模式使得人类赖以生存的环境遭到严重的污染,因此,在可持续发展战略提出的今天,发展任何技术都应当以对环境友好作为前提,否则就是没有前途的,故环保化是机电一体化技术发展的必然趋势。在机电一体化应用过程中,通过对资源的高效利用,并在制造过程中做到达标排放甚至零排放,产品在使用过程中对生态环境不造成影响,即便报废后也可对其进行有效回收利用,这就是机电一体化技术环保化的具体表现形式,符合可持续发展的要求。 模块化。 由于机电一体化装置的制造商较多,为降低系统升级改造的成本,并为维修提供便利,模块化将是一个非常有前途的研究方向。通过对功能单元进行模块化改造,可在需要增加或改变功能时直接将对应的功能模块进行组装或更换,即便出现故障,只需将损害的模块进行更换即可,工作效率极高,通用性的增强为企业节约了大量的成本。 自带能源化。 机电一体化对电力的要求较高,如果没有充足的电能供应就会影响生产效率,甚至由于停电造成数据的丢失等,因此通过设备自带动力能源系统可始终保持充足的电力供应,使系统运行更流畅。 3结语 综上所述,机电一体化技术的应用可使产品的生产效率和精度大幅提高,在当前工业生产中具有较大的技术优势,相信随着科技的发展,机电一体化技术水平也会不断提高,为工业生产做出更大贡献。 猜你喜欢: 1. 初三机器人科学论文2000字 2. 工业智能技术论文 3. 传感器技术论文范文 4. 机器人科技论文3000字 5. 初三智能机器人科技论文2000字 6. 人工智能机器人的相关论文
据新华社消息,我国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、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。“九五”期间我国工业机器人的需求量以每年30%以上的速度增长。2000年,我国工业机器人的拥有量约为3500台,其中以点焊、弧焊、喷漆、注塑、装配、搬运、冲压等各类机器人为主,销售额为6.7亿元。据专家对国内542家用户以及汽车、电子电器、工程机械3个行业的部分用户进行的统计分析,就全国而言,弧焊、点焊、装配、喷涂机器人应用的最多;其次是搬运、上下料(冲压、压铸、铸锻、注塑等用的大多是上下料机器人);再次是包装、码垛、拆垛机器人和密封涂胶机器人;其他机器人用量很少。就行业而言,汽车行业以焊接、喷涂、涂胶作业较多,冲压、搬运、装配次之;电子电器行业集中在装配,如华录一家就用了近300台,其次是搬运和喷涂;工程机械行业集中用于弧焊,喷涂其次。此外包装、码垛、拆垛机器人目前主要用于石化、轻纺和烟草行业。据对724家用户的统计分析,大机械行业(机械制造和汽车工业)用户共有467家,占用户的65%;电子电器和邮电通讯业用户有92家,占用户的13%。可见,目前国内工业机器人主要应用在汽车、机械制造等行业。机器人及其自动化成套装备是指以机器人为核心,以信息技术和网络技术为媒介,将所有设备连接到一起而形成的大型自动化生产线。机器人及其自动化成套装备的拥有量和水平是衡量一个国家制造业综合实力的重要标志之一。机器人及其自动化成套装备已成为目前国内外极受重视的高新技术应用领域。目前,国外机器人自动化生产线成套装备已成为自动化成套装备的主流以及未来自动化生产线的发展方向。国外汽车行业、电子和电器行业、物流与仓储行业(企业级)等已大量使用机器人自动化生产线, 从而保证了其产品的质量和生产的高效。典型的如机器人有大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备、大型机器人车体焊装自动化系统技术和成套装备、电子和电器等的机器人柔性自动化装配及检测成套技术和装备、机器人整车及发动机装配自动化系统技术和成套装备、AGV物流与仓储自动化成套技术及装备等,这些机器人设备的使用大大推动了这些行业的快速发展,提升了制造技术的先进性。当前,国外将机器人自动化生产线成套装备的共性技术作为重点开发内容:1.大型自动化生产线的设计开发技术。利用CAX及仿真系统等多种高新技术和设计手段,快速设计和开发机器人大型自动化生产线,并进行数字化验证。2.自动化生产线“数字化制造”技术。虚拟制造技术发展很快,国外几家早期从事仿真软件的开发公司已经推出可进入实用的所谓“数字化工厂”(DMF)商品化软件。国外企业已利用这类软件建立起自己的产品制造工艺过程信息化平台,再与本企业的资源管理信息化平台和车身产品设计信息平台结合,构成支持本企业产品完整制造过程生命周期的信息化平台。自动化生产线的设计、制造、整定及维护也必须要基于上述信息化平台进行,开展并行工程,实现信息共享,这是最大限度地压缩自动化生产线投产周期所必须的,另外也有利于实现生产线的柔性和质量控制的功能。3.大型自动化生产线的控制协调和管理技术。利用计算机和信息技术,实现整条生产线的控制、协调和管理,快速响应市场需求,提高产品竞争力。4.自动化生产线的在线检测及监控技术。利用传感器和机器人技术,实现大型生产线的在线检测,确保产品质量,并且实现产品的主动质量控制。利用网络技术,实现生产线的在线监控,确保生产线安全运行。5.自动化生产线模块化及可重构技术。利用设计的模块化和标准化,能够实现生产线的快速调整及重构。6.生产线快速整定(commissioning time)技术。如建立完整的制造过程信息技术,发展机器人等自动化设备的离线编程技术、生产线上的机电设备实现网络控制管理技术、关键工位在线100%产品检测技术、先进的生产线现场安装精度测试技术。
向厂家要个样本不就可以了吗样本上都有,而且各个品牌的机器人有些不同另外,网站也有MOTOMAN的网站上就有,另外KUKA,发那科,OTC等都可以找到的
足球机器人毕业论文1--总体设计 机器人移动方式的选择机器人在地面上移动的方式通常有三种:车轮式、履带式和步行式。步行移动方式模仿人类或动物的行走机理,用腿脚走路,对环境适应性好,智能程度也相对较高。正因如此,步行移动方式在机构和控制上是最复杂的,技术上也还不成熟,不适于在要求灵活和可靠性高的比赛中。履带式实际是一种自己为自己铺路的轮式车辆。它是将环状循环轨道履带卷绕在若干滚轮外,使车轮不直接与地面接触。履带式的的优点是着地面积比车轮式大,所以着地压强小;另外与路面黏着力强,能吸收较小的凸凹不平,适于松软不平的地面。因此,履带式广泛用在各类建筑机械及军用车辆上。车轮式移动是最常见的一种地面行进方式。车轮式移动的优点是:能高速稳定的移动,能量利用效率高,机构和控制简单,而且技术比较成熟。它的缺点是对路面要求较高,适于平整硬质路面。在本机器人足球比赛中,场地为室内光滑平整地面,非常适合车轮运动,因此本设计选用车轮式运动方式。 机器人电路硬件选择 根据规则所描述,要求机器人尺寸较为小巧,直径为22cm,并且不允许人工干设其操作,需要自动控制。因此选用单片机为核心的控制器件,小型直流电机作为动力驱动,可以达到比赛的基本要求。单片机价格低廉,体积小巧,一般为20引脚或40引脚封装,其中包括了中央处理器,数据存储器、程序存储器输入输出设备。对于需要灵活机动,精度要求不高,有可扩展性及程序可擦写和简单成熟的编程平台等要求,单片机不失为最合适的选择。电机选择方面,考虑到机器人本身自重不大,必且场地尺寸有限,可选用小型直流伺服电机,可用电枢电压作为速度控制信号,但必须加装减速箱以适应低转速和大扭矩的应用环境。 传感器元件及转换元件选择通过对比赛规则的解读可以发现,对于球和场地基板的设计是该项比赛中最具特色内容,它对机器人的核心设计――传感器以及比赛的方式产生了决定性的影响。发出红外光的足球意味着机器人必须有红外传感器来对其进行检测。红外线波长介于可见光和无线电波之间,大约0.76nm-1000nm,而光电传感器其所用到的波长选择在近红外区,即0.76-930nm。常用的红外线接收元件为光电二极管和光电三极管。它们可以将接收到的光变化转变的电流变化。比赛的场地图纸为纵向的黑白灰度渐变,这意味着机器人对进攻方向作出正确判断必须要能读出场地的灰度变化信息。要实现这一功能,则要用到红外光电反射式传感器。该元件由红外发光管和接受管组成。发光管材料一般为砷化钾半导体,发光波长范围在0.76-1.5nm,小功率的管压降1.0-1.3v,平均工作电流20-50mA,红外发管有指向角,光轴,波长,辉度等性能指标。红外接收管可用上述光电二极管或三极管。红外元件所接收的信号,根据情况的需要,要进行模拟-数字量的转换,因此需要AD转换芯片,AD转换的选择要根据所选用的的单片机来确定。本文所选用的51系列单片机,由于其端口的限制,需要AD转换器具有串口数据输出功能。 机器人运行算法的构想对比赛过程的规则进行分析后发现,比赛的进行与真实的足球比赛的思维过程是一致的,机器人需要完成下述动作循环然而在这一过程中,最关键的一步是把球攻进正确的球门。其难点在于找球的传感器与地面方向的传感器是相互独立的两套系统,怎样才能让机器人判断当前状态是找球过程还是在带球进攻过程。如果单独执行找球程序,让机器人跟随球的方向前进,很有可能把球撞入己方球门;如果单独执行方向判断程序,机器人则无法知道当前球的位置,有可能在没有控球的情况下冲向对方球门而造成无效的进攻。怎样解决找球程序和进攻方向判断程序的衔接,避免乌龙球和无效的进攻,这是算法设计要解决的重要问题。然而笔者查阅过一些相关资料,一直没有找令人满意的算法解决方案。由于机器人套件的外形限制,在外形上做一些改动以适应算法需要的想法无法实现。而本设计这是利用了外形可以自行设计的优势,通过加装了一个“持球探测臂”来解决算法上找球程序和进攻方向判断程序的衔接的问题。如图所示,当机器人寻找到球,并把球控制在控球板内时,持球探测臂上垂直向下的持球传感器将接收到红外信号并转换为电流变化。利用该信号作为是否持球的判断标志,单片机不断查询该标志位。若该标志位无信号反馈,则说明机器人没有控球,执行找球程序;若该标位有信号反馈,则说明已经控球,则执行进攻方向判断及带球进攻程序。
器官移植中的伦理问题包括活体器官移植、尸体器官移植、异种器官移植的伦理问题,器官分配上的伦理问题以及卫生资源分配上的伦理问题。下面是我为大家整理的器官移植护理学论文,供大家参考。
摘 要 器官分配机制不透明,导致人为的不公;捐赠制度不健全,导致器官供应紧张等三个方面为基础,首先论述人体器官移植潜在的风险。然后就如何应对进行了深入分析,指出应加强宣传引导、规范医疗机构行为、严厉打击人体器官非法交易来保证器官移植的正常发展。
关键词 人体器官移植 风险 医疗机构
作者简介:赵桐,成都中医药大学助理研究员,研究方向:法学、思政 教育 。
中图分类号:文献标识码:A 文章 编号:1009-0592(2013)01-053-02
前段时间,我国台湾地区移植艾滋器官的事故引起了广泛讨论。此次艾滋器官移植事故的发生,缘于器官移植对于效率的特别要求:为了尽快完成手术,保证器官移植成功,复核器官检验 报告 的步骤被省略了。结果检验师与协调员之间的沟通出了问题,而医生基于对协调员的信任,没有再次确认。移植手术完成48小时后,医院才偶然在器官书面检验结果报告中发现艾滋病病毒测试为阳性。导致不仅5位受捐赠者,40多位医护人员由于接触了艾滋器官因此也存在着感染危险。这一被称为台湾地区医学史上最大的灾难的事件立刻引起了广泛的关注。
一、人体器官移植
作为世界上器官移植大国,我国每年都开展相当数量的各类器官移植手术。作为一项复杂的医学技术,器官移植更多地引发着人类对于伦理问题、法律问题的讨论。经过不断的探索、 总结 ,2007年5月1日我国正式实施《人体器官移植条例》,并先后出台诸如《刑法修正案八》等相关法规。已初步建立起保障人体器官移植的法律机制。尽管这些法律规定还有不完善的地方,比如有人指出《人体器官移植条例》第2条中规定将人体器官仅限于具有特定功能的心脏、肺脏、肝脏、肾脏或者胰腺等器官的全部或者部分,但是“人体细胞”、“人体组织”却排除在“人体器官”的范围之外。一定程度上讲,存在着明显的与医学上对于人体器官的界定的不一致,缩小了法律保护的范围豍,但是却不可否认我国的器官移植制度的探索毕竟已是迈出了非常重要的一步。
由于其载体来自人的身体,因此人体器官移植才会引起广泛的社会关注。这里面不仅涉及传统的道德观念问题,人体器官严重供应不足,长期的供需比例失衡,催生了人体器官的非法交易,这更是触及了人类社会的道德底线。
二、潜在的风险
(一)执行不严,给人体器官非法交易可乘之机
2010年引起社会广泛关注的北京市海淀区法院审理的人体器官非法买卖案件中,人体器官买卖中介“养”了十来个供体。这些供体大都是年轻的无业人员,因为经济原因所以出卖自己的器官。这样规模的供体群体如何在现有的法律法规制度下,顺利完成器官移植呢?这其中有很多原因,但相关部门未严格执行国家的一系列有关人体器官移植的规定,是非常重要的原因之一。
根据《人体器官移植条例》有关规定,医疗机构在每例人体器官移植前,必须将人体器官移植病例提交本医疗机构人体器官移植技术临床应用与伦理委员会进行充分讨论,并说明人体器官来源合法性及配型情况,经同意后方可为患者实施人体器官移植。同时,查验活体器官捐献人同意捐献其器官的书面意愿及查核活体器官捐献人与接受人之间属于配偶、直系血亲或者三代以内旁系血亲,或者有证据证明存在因帮扶等形成亲情关系的人员的证明材料。竖但是在各种利益的催生下,导致上述审查流于形式,未能发挥应有的作用,放纵了人体器官买卖行为。
医疗机构当前审查移植对象不谨慎的情形可表现在两个方面。一是拟接受尸体器官移植的受体,其提供的个人基本信息中的姓名、出生年月或年龄、身份证或户口本的原件与复印件、既往病史、居住地及联系电话等项目均可存在部分或全部造假的可能。特别是东南亚地区的外国人,通常以此方式来冒充我国内地国民的待遇实施尸体移植,从而达到所谓“移植旅游”的目的。二是供受体双方为满足法定亲属关系或亲情关系,为了能达到捐赠器官的条件,双方私下约定,直接开价出卖部分肝脏或一个肾脏。他们以往并不相识或仅仅相识,也不存在血缘关系,于是他们即通过社会非法组织仿制各种公安机关、公证机关、民政部门、司法鉴定部门或居委会等单位出示的证明材料以欺医疗机构及医务人员。如从广东省广州某所大型综合医疗机构近3年审查患者提交的资料中,每年均可发现有假冒(养)父(母)子(女)、(表)兄弟(姐妹)、或夫妻名义的相关个案材料豏。
(二)器官分配机制不透明,导致人为的不公
根据《人体器官移植条例》第22条规定,申请人体器官移植手术患者的排序,应当符合医疗需要,遵循公平、公正和公开的原则丰。但由于人体器官移植本来就是一项比较昂贵的医疗手段,加之供求分配机制的不完善,导致我国器官移植手术仍比较混乱,“插队”的现象比较突出。某些医疗机构盲目追求经济利益,导致器官移植成为有钱人独享的技术,“富人使用穷人的器官延长生命”成为了刺眼的社会问题。
(三)捐赠制度不健全,导致器官供应紧张
我国的器官捐献率整体不高。这其中有传统思想,甚至封建思想的影响,但更重要的是缺乏具有公信力的权威公益机构的组织、实施作为保障。2009年8月25日,中国红十字会总会和卫生部在全国人体器官捐献工作会议上将着手建立人体器官捐献体系提上了议事日程。但是2011年,尤其是“郭美美事件”引发对红十字会的信任危机后,别说捐器官,连捐钱都成了比较难的事。
某些有意捐献者“捐献无门”的现状很大程度上归咎于全国性公证透明的人体器官捐献体系的缺失。社会信任危机以及科学的器官采供管理系统缺失这两方面的问题,严重制约着人体器官移植手术的开展。世界上开展器官捐献较早的国家之一——美国,1984年通过《国家器官移植法》,并成立专业机构负责器官的捐献与分配。同时,一个名为“器官获取与移植网络(OPTN)”的以独立、统一、公开为特点的网络在器官捐献与移植信息采集、管理及器官配型等方面也发挥着至关重要的作用:美国各地的器官信息都可以在OPTN中查询到,不同地域的患者公平、公开地享有获取器官信息的权力;患者的排序情况也得到公开,以便随时接受公众和卫生行政部门监督。从台湾艾滋器官移植事故的案例中,我们也可以看到一个类似的机制在运作。 三、积极的应对
(一)加强宣传引导,形成正确的社会风气
根据《人体器官移植条例》第六条的规定,国家应通过建立人体器官移植工作体系,开展人体器官捐献的宣传、推动工作豑,确定人体器官移植预约者名单,组织协调人体器官的使用。在我国,伴随着经济的发展与进步,人们的思想也在发生着改变,逐步在与国际接轨,但是很多旧思想、老观念仍然根深蒂固,这使得开展器官捐赠及移植的宣传教育工作任务更显艰巨。国家必须投入一定的人力物力财力,学习和借鉴国外的先进 经验 ,从而引导并形成正确的社会风气。
美国在器官移植领域可谓是独领风骚,虽然随着医疗技术的发展,出现了很多替代的 措施 ,但器官移植的缺口依然很大。为此,美国当局出台了很多鼓励性的政策和措施:大部分州都采用驾照审领登记捐献器官意愿的制度,给登记的捐献者减轻个人所得税,从而推动器官捐献。所以在美国,作为身份的证明驾照,同时也是器官捐献书。西班牙则采取了一个更为有效、人性化的制度——协调员制度来推动器官捐赠工作的进行:以沟通见长的协调员通常在在病人患病早期就与其及家属联系,并帮助他们作出捐赠器官的决定。这项制度使西班牙成为目前世界上器官捐赠率第一位的国家。
(二)借鉴国际先进的经验,结合自身的具体实际,我们可以在以下几个方面开始一些尝试
1.建立全国性的器官移植工作机构,开展相关的宣传教育工作
(1)结合驾校考试培训。重大灾害逃生训练等课程在驾校考生、高校学生中宣传器官捐赠的科普常识及伦理道德,树立科学、健康、正确的生死观、正义观、荣辱观等等。(2)在党政机关中带头开展捐赠登记工作,发挥党员干部带头模范作用,为群众树立榜样。(3)培训医务战线的人员,使其系统地掌握器官捐赠与移植的相关知识,提升其沟通能力和思想政治水平,使其能够在每个个案中为患者和家属服务。
2.统一认识,规范医疗领域行为
《人体器官移植条例》虽在我国统一实施,但因地域辽阔,各地的经济发展状况不一致,地区差异大:针对同一个病例,由于地域的不同,医疗机构的差异,研讨专家的区别等多种因素,会造成不同的理解与认识。海南农垦总医院就与广州医学院附属第二医院的伦理委员会在“认干亲”是否属于《人体器官移植条例》规定的可以实施活体器官移植的范围的问题上就存在着不同的认定:广东医院认为“认干亲”不能构成帮扶要件,不符合活体器官移植条件。而海南农垦总医院,经医学伦理委员会讨论达成一致意见,愿意承担他们的交叉换肾手术,并答应减免一定的费用。我们必须在总结病例的基础上,形成统一的器官移植伦理学指南,才能保证器官移植的公平与合理。否则各地医院各自一套标准,最后受伤害的还是器官移植的事业。
在统一认识的基础上,各医疗机构应该严格按照法律法规办事,自觉的接受社会的监督,抵制经济利益和个人利益的诱惑,加强医疗机构内部管理体制和监管机制,严格审查供受者的血缘关系、捐赠志愿书及涉及患者身份的材料,使人体器官移植严格地以法律法规和医学伦理原则为基础开展。
(三)强化医疗机构的风险意识、严厉打击非法器官移植
2011年5月1日刑法修正案(八)正式施行之前处理非法器官移植的案例显示:由于缺乏法律法规的明确指导,对于器官买卖行为的判处比较混乱,有以非法拘禁罪判处的,有以非法经营罪判处的。虽然这种定罪在处罚的层面上达到了处罚犯罪的效果,但是缺乏针对性,不能起到很好的社会教育意义。
刑法修正案(八)正式施行后非法器官移植行为豒得以明确界定,并纳入刑罚处罚的范畴。刑法修正案(八)的出台,进一步完善了器官移植的法律体系,必将对打击非法器官移植和人体器官买卖起到良好的社会效果。
医疗机构及医务人员也需警惕所面临的法律风险,更加严格遵守《人体器官移植条例》的有关条款,规范自身的行为,履行基本的注意义务,避免出现器官移植事故。拒绝来源不明的器官,举报人体器官买卖、非法中介等违法活动,尊重患者的生命权和健康权,充分保障供体与受体的权益,尽可能地、最大限度地使双方的风险减低到最低。
四、结语
台湾地区的艾滋器官移植问题引发了关于医疗机制完善的问题,也引发了笔者对我国大陆地区器官移植现状的担忧。目前大陆地区与器官移植相配套的法律法规与管理机制还不完善,存在一些可能会严重影响器官移植健康发展的潜在风险。医疗机制的完善,有赖于我们是否抱有勇于直面风险的态度。人体器官移植是建立在公平公正平等基础上的科学,这门科学集中体现了慈善与奉献的魅力。我们期望中国的人体器官移植事业能够健康的发展,弘扬大爱的精神,造福人类。
注释:
豍何悦,刘云龙.中国人体器官移植立法之完善.中国发展.2011(3).27-30.
竖李伟伟.我国器官移植法律问题研究.东南大学.2009.
豏钟旋,吴育珊,刘秋生.人体器官移植的法律风险及原因分析.中国卫生法制.2010(5).15-17.
丰范让.浅谈器官移植资源分配的公平、公正、公开原则.中国医学伦理学.2008(2).
豑王晶.我国“人体器官移植工作体系”的构建及其生命伦理学研究.山东大学.2009.
豒组织他人出卖人体器官的行为、未经本人同意摘取其器官,或者摘取不满十八周岁的人的器官,或者强迫、欺他人捐献器官的行为,违背本人生前意愿摘取其尸体器官,或者本人生前未表示同意,违反国家规定,违背其近亲属意愿摘取其尸体器官的行为。
摘 要 随着器官移植技术的发展和器官需求量的增多,器官移植犯罪现象不断产生且有愈演愈烈的趋势,于是器官移植犯罪便引起了国内外的普遍关注。许多国家都制定了相关法律法规来规范器官移植犯罪,但是中国目前关于器官移植犯罪方面的立法还不够完善,这一问题亟待解决。
关键词 器官移植 器官移植犯罪 器官移植犯罪立法
作者简介:李鹤群,河北经贸大学研究生院2012级刑法学专业研究生。
中图分类号:文献标识码:A文章编号:1009-0592(2013)03-064-02
随着器官移植技术的不断发展和器官需求量的不断增多,器官移植犯罪现象不断产生且演愈愈烈,于是器官移植犯罪便引起了国内外的普遍关注。国外和国内一些国家也都制定了相关法律法规来规范器官移植犯罪,中国也不例外,但是中国目前关于器官移植犯罪方面的立法还不够完善,这一问题亟待解决。
一、器官移植犯罪概述
要想全面客观的理解器官移植犯罪,我们必须从器官移植犯罪的概念、特点、构成要件及其所引发的相关犯罪来进行探究。
(一)器官移植犯罪的概念及特点
器官移植犯罪就是与器官移植有关的各种严重危害社会的行为的总和。器官移植犯罪一般具有以下特点。
1.器官移植犯罪具有利他性
一般情况下器官移植用于医疗或者医学实验,常常具有救死扶伤的目的,虽然产生了一些危害社会的严重后果但是往往具有一定的利他性。即使在一些情况下这类犯罪主观上是为了谋取高额的经济利益,但是由于被移植的器官最终用于救人,因而使得这种移植在客观上产生了利他的效果。
2.器官移植犯罪具有较强的伦理性
在器官移植的过程中,将会产生许许多多的的伦理问题,医生有时候为了救病人的生命私自摘取尸体的器官而他的家属却毫不知情,这样便侵犯了家属的知情权;还有一些擅自移植弱势群体器官的例子,这也可以视为一种歧视。简言之,在某种程度上讲,器官移植必须不能违背社会伦理道德,如果违背了这种社会伦理道德,器官移植犯罪势必会发展成为犯罪行为。
3.器官移植犯罪具有较高的科技性
器官移植是伴随着现代科学技术的发展而产生和出现的,生物科学技术尤其是现代医学技术对其具有重要的推促作用。因此,科技性是器官移植的一个显著特征,而这一特征决定了与之相关的犯罪必然也具有科技性的特征。
(二)器官移植犯罪的构成要件
第一,就主体而言,既包括一般的主体也包括特殊的主体。具体来讲主要包括以医生为主体的器官移植犯罪,以单位为主体的器官移植犯罪以及以一般主体所实施的器官移植犯罪。第二,就客体而言,既包括他人的生命健康也包括国家正常的医疗秩序。在这类犯罪当中往往会侵害他人的生命健康权。从另外一个角度来讲,国家有义务来维持正常的医疗秩序和社会稳定。所以,器官移植犯罪行为也侵犯了正常的医疗秩序。第三,主观方面行为人必须是主观故意或者过失。从犯罪动机方面来看,行为人实施器官移植犯罪在很大的程度上是为了个人的利益。第四,客观方面,行为人需要实施了非法的器官移植行为或者与其有关的其他非法行为。
二、器官移植引发的犯罪
器官移植事业的发展给许多病人带来了福音但也引发了大量的新型犯罪,概括起来大概有以下三种。
(一)故意伤害罪或者故意杀人罪
我国《刑法》第234条对故意伤害罪做了明确的的规定。在器官移植过程当中产生故意伤害或者故意杀人罪名的一般主体是医生。根据德日等国的刑法理论上的通说认为:在摘取活体器官时应当向提供者说明具体情况并告知其可能会产生的身体危害性。同时器官提供者应当处于自愿必须是真诚捐献的。另外只有在不危及提供者觉得生命健康的前提下才能进行器官移植。一旦发现移植者是运用非法手段取得器官并进行移植的,那么就有可能构成故意伤害罪或者是杀人罪。但是我国目前并没有这方面的的明确规定,法条里只明确规定了故意伤害罪。
(二)盗窃、侮辱尸体罪
我国《刑法》第302条也对盗窃、侮辱尸体罪坐车了明确的规定。如果说器官移植提供者生前并没有同意死后对他人进行器官移植,那么就会依照我国《刑法》第302条的规定进行处理。关于这方面不管是国际上还是国内的学者都持肯定的意见。侮辱尸体的方式包括很多种,比如毁坏尸体、猥亵尸体或者对尸体进行凌迟、鞭刑等等。当然侮辱尸体一方面是指对尸体整体的破坏也包括对尸体的一部分进行损伤。因而非法摘取尸体器官的情况当然成立侮辱尸体罪。
(三)医疗事故罪
我国《刑法》第335条对医疗事故罪做了明确的规定。由于当前的医疗水平还没有达到相当高的境界,所以在器官移植过程当中应当严格明确医疗事故罪的范围。但是同时,医务人员在器官移植过程当中,本来可以预见到其行为严重违法医院的相关规定或者有极大的可能会使患者有生命的危险,但是由于疏忽大意没有预见或者已经预见但是轻信可以避免,导致严重危害后果的,应当认定为医疗事故罪。
三、我国器官移植犯罪的立法缺陷及建议
目前,我国关于器官移植犯罪的立法还不够完善,一些问题急需我们去解决。我们应当认识到其存在的缺陷并且不断地完善器官移植犯罪的立法。
(一)我国器官移植犯罪的立法缺陷
我国《刑法修正案八》中虽然也加入了一些关于器官移植犯罪的规定,例如摘取未成年人器官、采取非法手段获取他人器官、违背亲属意愿摘取器官等。但是由于我国关于器官移植方面的立法在不断地完善和发展当中,它必定会存在一些缺陷。
1.客体的错误界定
我们都应该了解人体器官移植犯罪是一类犯罪,其犯罪客体是复杂客体,它不仅侵犯了公民的生命健康权,同时也侵犯了国家正常的医疗监管秩序。但是我国的刑法却将器官移植犯罪放在了侵犯人身权利这一章节,而完全没有考虑到医疗秩序这一重要的客体,在这一点上我们急需进一步的改进和完善。 2.主体范围的错误界定
我国刑法是以故意伤害罪或者故意杀人罪来规制非法器官移植行为的,但是事实上故意伤害罪和故意杀人罪的主体是一般主体,而器官移植犯罪的主体既包括一般主体也包括特殊主体。在这一方面上,该条款显然对主体的范围做出了错误的界定。
3.界定范围的局限性
该条款明确规定的是组织他人出卖人体器官,很显然范围是有一定的局限性的。在现实的情况当中除了组织他人出卖人体器官以外还包括大量的患者自己购买器官,更有许多的中介机构在贩卖器官,而对于上述的行为我们用该条款根本无法进行一定的制约,这样严重的法律漏洞急需弥补。
4.缺乏具体罪名的制定
在我国的刑法当中关于器官移植的具体罪名的规定是少之又少的,所以我们很难对其进行准确的定位和研究,在某种程度上来说这些犯罪的社会危害性又是特别大的,所以我们应当增加具体罪名的制定,使我国的刑法更加完善。
(二)我国器官移植犯罪的立法建议
1.借鉴外国的相关规定
日本、德国关于器官移植犯罪方面的规定相对较为完善,我们可以吸取这些规定相对完善的国家的一些优点,比如在我国的刑法当中直接规定有关器官移植的条款。设立一些具体的罪名,例如非法组织出卖人体器官罪”、“强迫出卖人体器官罪”、“、“非法侵害他人身体罪”、“非法刊登人体器官买卖 广告 罪”等。我们可以把器官移植犯罪归到一个犯罪大类当中,通过对一些具体的罪名的规定和解释进而预防和打击器官移植犯罪的不断发生,同时也可以在最大程度上维护社会的良好秩序。
2.制定《器官移植法》
从我国目前的具体情况而言,我们不仅关于这方面的规定十分不完善,更重要的是我国没有一部对其进行规范的法律,鉴于情况紧急我们应当尽快的制定《器官移植法》。在制定《器官移植法》时我们应当注意以下几点:第一,由于器官移植犯罪属于一类犯罪,所以在应当在刑法中单独规定器官移植犯罪的条款。第二,由于我国刑法对其主体范围界定错误,所以在制定《器官移植法》时不应当以故意伤害罪和故意杀人罪来规制器官移植犯罪,而是要对器官移植犯罪的主体做出正确的界定,明确器官移植犯罪的主体既包括一般主体又包括特殊主体。第三,我国刑法对器官移植犯罪的界定范围仅仅是组织他人出卖人体器官,所以在制定《器官移植法》时应当弥补这一漏洞,应当考虑到患者自己购买器官和中介机构贩卖器官等情况。第四,由于缺乏具体罪名的制定,所以我们应当制定具体罪名,使某些具体罪名的具体规定更加的详细。
3.完善相关的制度
完善的制度是保证器官移植规范化的重要保障,只有建立良好的制度才能为其提供坚强的后盾。所以我们应当建立相对完善的制度,比如器官来源审查制度,器官移植手术许可等制度对器官移植进行规范和整合。此外,还要建议一些与他相关的民事救济制度和行政处罚制度,当然医疗卫生管理制度也是十分必要的。只有做到以上几点才能使我国器官移植走向正轨,保证器官移植者和接受者的合法权益,严厉打击器官移植犯罪维护法律的威严,从而促进社会和谐稳定。
总而言之,面对不断出现的关于器官移植犯罪带来的问题应当尽快出台《器官移植法》,并且要从民事、行政以及刑事法律等多方面的角度提出相应的法律防范对策,对器官移植行为进行明确规定,以尽早将器官移植全过程纳入法制化轨道,促进器官移植的健康发展。
参考文献:
[1]刘长秋编.器官移植法研究.法律出版社.2005.
[2]康均心.人类生死与刑事法律改革.北京:中国人民公安大学出版社.2005.
克隆器官 器官移植可救人于生死之际,现代医学几乎能在所有人类器官和组织上施行移植术,但排斥反应和供体缺乏仍是令人头痛的事。克隆人由于遗传物质全部来源于“原版人”,将其器官提供给“原版人”用,二者基因配型,组织配型,绝无排斥反应之虞。但采用牺牲一个人去拯救另一个人的办法,既不合算,也不合乎伦理道德。倘若只克隆出一个器官,如心脏、肝 脏、肾脏等,就能避开了种种非难。 一个带着生命“接力棒”的细胞,可以最终发育成像人这样复杂的生命体,至今仍是令人叹为观止的现象。当精子和卵子进行“生命之吻”后,合子即获得巨大的生命力,可以连续不 断地进行细胞分裂和分化,最终形成一个拥有200万亿个细胞的人。我们每个人就从父母那里各取“半张”生命的“密码图谱”,构成自己独有的DNA 谱表。这张蓝图上有46条染色体,上面载着10万个结构基因,由30亿个碱基对组成。 早期的胚胎在4~8个细胞时,细胞具有全能性,这时采用胚胎切割技术将细胞分开,分开后的细胞可重新形成4个或8个细胞。之后,胚胎细胞逐渐分化,形成人体的脑、心、肝、肾、四肢及生殖系统,分化后的细胞就不再具有全能性了。克隆羊“多利”的惊人之处在于,它 “装入”的是体细胞的细胞核。成年体细胞是“定向”细胞,如乳腺细胞只能发育成乳腺,不可能重获“全能性”。“多利”诞生的最大理论意义在于,证明了一个已经完全分化成熟 的体细胞,在卵细胞质的“策反”下,能恢复到早期原始细胞状态,像胚胎细胞一样保存全 部遗传信息。 克隆器官是“定向发育”技术。发育遗传学是人类遗传学中最具挑战 性和吸引力的研究领域,它研究人类受精卵中发育的程序是如何编码在基因组上的,基因是如何按一定的时空顺序开启、表达和关闭的,基因是如何控制各种特殊蛋白合成,使各种细 胞分化和形成器官,最终发育成一个完整的人。这是一个极其复杂的过程,调控基因所起的作用远比结构基因的作用更为重要。 人们在植物组织培养中已找到定向生长的证据。用克隆技术培育的皮肤已可供临床使用。最近,英国科学家培育出一个没有头的青蛙胚胎。研究人员称,这项技术可能用于人类,培育无头克隆体,用于移植人体器官和组织。 科学家认为,这项技术可能适用于在人工子宫环境中,培育胚胎囊中的人体器官,如心脏、肾脏和肝脏。那些需要器官移植的人,可以获得利用他们自己身上的细胞“定向培育”的器官,因此,省去了对器官移植患者的抗排异治疗。这项技术也将大大缓解移植器官的短缺。 将一部分胚胎培育成所需要的器官,如果没有大脑或中枢系统,从技术角度来讲,所培育的组织就可能不被列为胚胎类。 不管怎样,人类目前还没有力量和能力解决基因调控问题。科学家们预言,在21世纪初叶,人类发育遗传学将成为生物学领域中主要的研究热点。 克隆器官的体外培育亦是一道难关,它既不同于传统的细胞培养,也不可能放入人的子宫里 面去进行发育。人类已经掌握了人造子宫的雏形——试管婴儿技术,体外授精的胚胎能在试 管中生长好几天。现在,科学家的目标是真正的“人造子宫”。 21世纪是生物技术的世纪,现代遗传学留给人们思维的天空非常广阔,可任由有作为的科学家驰骋、耕耘。生物技术神通广大,克隆器官仅是其中的一个部分。
克隆人 严禁克隆人和单身妇女通过手术怀孕 克隆人与伦理至于合体是不行的
摘要: 肿瘤是目前威胁人类健康的重要因素。靶向肿瘤的新药与肿瘤免疫新疗法的研发如火如荼,这些研究为攻克肿瘤带来了全新的希望。但受限于患者作为研究对象的不可操控性,而实验动物与人差异巨大,目前从基础到临床的转化效率极低,肿瘤类器官的兴起为转化医学提供了全新的技术平台。从最初单个肿瘤样本类器官的成功构建,到现在建立了大规模的肿瘤类器官库,肿瘤类器官研究已经成为肿瘤基础和临床研究中的重要工具,尤其在结合基因修饰技术的基础上,对揭示肿瘤发生发展的机制、快速评估肿瘤药物与免疫细胞的治疗效果意义重大。 关键词: 肿瘤;类器官;基因修饰;新药研发;免疫疗法;临床转化 抗生素和疫苗发现以前,传染性疾病曾肆虐全球,是人类健康的头号杀手。而现今,非传染性疾病已成为健康问题的主要影响因素,其中,肿瘤更是首要致死原因。最新统计学数据预测,2018年将有超过1800万新增肿瘤病例,960万肿瘤死亡病例[1],肿瘤所造成的巨大经济、社会负担毋庸置疑。 人类与肿瘤的斗争历史源远流长。从希波克拉底时代开始,就有对肿瘤的描述性研究,包括其生长形态、表面溃烂的形成与否等等,肿瘤(carcinoma/carcinos)在希腊语是螃蟹(crab)的意思,由此,罗马医生将carcinoma/carcinos翻译为cancer,成为癌症的最初定义。近年来,随着理论和技术的飞速发展,包括“肿瘤是不可愈合的创口”、“种子与土壤学说”、“肿瘤免疫互作四部曲”、“肿瘤放射化学药物疗法”、“肿瘤免疫治疗”等,我们对肿瘤的认识日渐深入,部分肿瘤甚至已经有了完全治愈的方法。但目前对绝大多数肿瘤,我们一方面没有有效的预防和监测手段,另一方面可以选择的治疗策略极其有限。因此,对肿瘤的研究一直是生物医药领域的核心热点。有意思的是,每年肿瘤相关研究的学术论文发表量数以万计,绝大多数肿瘤在实验室已经得到了成百上千次治愈,但能真正转化到临床应用的治疗方案却极少。美国食品与药品监管局统计发现,临床前研究具有治疗作用的新药进入临床试验后,85%在早期就被证明没有效果,而那些成功通过三期临床试验的药物,只有一半能被FDA批准进入临床应用[2]。目前肿瘤新药研究的主要工具是体外培养的肿瘤细胞和啮齿类动物(主要是小鼠)上建立的肿瘤模型,但越来越多的证据表明,小鼠与人在疾病过程中的变化及其对药物的反应性存在一定的差异[3]。此外,小鼠模型通常只能模拟人类疾病的一个阶段,无法从病因、时间和进展速度等方面再现人肿瘤发生发展的全过程,在此基础上开发的肿瘤治疗方案,并不能预测其临床应用的有效性。更重要的是,实验小鼠基因背景、生长环境、致病因素和用药处理均非常单一,自然无法应对临床多种多样肿瘤病人的复杂情况。 动物模型的局限性促使人们转向直接研究肿瘤病人标本,常用的人源肿瘤模型包括人来源肿瘤细胞系培养和免疫缺陷动物人源肿瘤组织异种移植。肿瘤细胞培养的确提供了研究特定患者肿瘤细胞特性及其对药物敏感性的机会,但并非所有肿瘤均能成功体外扩增,另外,体外单一肿瘤细胞培养使其丧失了与肿瘤微环境中其他组分的相互作用,而肿瘤微环境对肿瘤的发生发展以及对药物的反应性决定至关重要。同样,人源肿瘤组织异种移植至免疫缺陷小鼠中也存在类似的问题,一方面移植成功率较低,另一方面免疫缺陷小鼠形成的肿瘤微环境与患者体内环境相差较大,可能导致肿瘤组织发生小鼠样进化[4]。 1 类器官在肿瘤研究中的发展 近年来,组织器官3D培养技术发展迅猛。2009年,Hans Clevers实验室将单个LGR5+小肠干细胞种植于含有R-spondin1、EGF、BMP抑制剂等干细胞维持因子的基质胶中,发现干细胞增殖分化,形成了具有增殖隐窝和高分化绒毛的类小肠结构[5]。随后,该实验室在小鼠小肠干细胞成类器官技术的基础上,进一步加入Wnt3A nicotinamide、Alk抑制剂及p38抑制剂,实现了人结直肠肿瘤类器官培养[6]。同年,Eduard Batlle实验室分离出人大肠EPHB2高表达干细胞,并在体外3D培养中使单个细胞分化成为具有维持长期自我更新和多向分化潜能的大肠隐窝结构[7]。随后,包括前列腺[8, 9]、味蕾[10]、食管[11]、输卵管[12]、肝脏[13]、胰腺[14]、胃[15]、唾液腺[16]和乳腺[17]等在内的多个器官均成功在体外获得正常组织或肿瘤的类器官(图一)。由此可见,利用目前对肿瘤细胞和肿瘤微环境相互作用机制的认识,从肿瘤病人样本出发,通过加入多种细胞因子或小分子抑制剂,构建出患者特异性的肿瘤类器官,用于新药筛选和药物敏感性研究是可行的。 相比于传统2D培养和肿瘤组织异种移植,肿瘤类器官一方面构建成功率明显增高,且可长期低成本快速培养,便于基因修饰和大规模药物筛选等;另一方面,3D培养保留了肿瘤的组织特性,在研究过程中不会丢失肿瘤微环境的影响作用,为肿瘤药物研发提供更真实的环境。目前已经成功构建出包括结直肠癌、乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌、肝癌、胃癌等在内多种组织的肿瘤类器官。常用的肿瘤类器官构建技术有两类,一种是通过诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)分化而来,另一种是直接来源于肿瘤组织。iPSCs来源的肿瘤类器官构建成功与否很大程度上依赖于肿瘤类型,操作更复杂,由此导致构建效率较低。此外,依靠iPSCs分化获得的肿瘤类器官也会丢失肿瘤微环境的复杂性。因此,直接通过肿瘤组织培养或干细胞分化,辅以细胞因子、肿瘤基质等补充,是肿瘤类器官研究的发展趋势。 肿瘤类器官对源肿瘤组织异质性的保存是类器官研究的核心基础。研究发现,肿瘤组织体外类器官培养可以获得大量不同特性的肿瘤类器官,单个类器官分析结果也表明同一肿瘤来源的类器官的异质性[18]。与此同时,组织化学分析发现肿瘤类器官内部即存在与源肿瘤相似的组织结构,通过原位DNA分析进一步证实类器官中同样存在源肿瘤相同的基因突变位点[18]。由此可见,肿瘤类器官在基因、转录、代谢、细胞和组织学上均较高水平地重现了其来源肿瘤的多样性和复杂性。更重要的是,体外培养过程对肿瘤类器官不会呈现明显均一化[19, 20]。但也有研究利用荧光标记不同突变体实验发现,大肠癌肿瘤类器官体外培养30-40天后,类器官会被某一种荧光标记的细胞主导,意味着培养过程中的确出现了特定突变体细胞优势生存的现象[21]。但这一现象并非体外类器官培养所独有,在体肿瘤中各类突变体也非均匀分布。由此说明肿瘤类器官确实在很大程度上模拟了在体肿瘤的各方面特性,是目前肿瘤基础研究和临床应用之间相互转换跨越的桥梁。 2 类器官在肿瘤发生发展机制研究中的应用 肿瘤的发生初始于细胞基因突变的累积,大量临床数据和实验室结果都显示正常个体内即存在大量的突变,且这些突变与年龄、生存环境、生活方式等均有一定的相关性,但并非所有的突变都会诱发肿瘤,不同组织对突变的耐受程度也不同。虽然已经有许多细胞和动物实验阐明从突变到肿瘤生成的关键因素和决定机制,由于无法监测和干预人体内肿瘤发展最初期的过程,目前对人体内肿瘤发生发展的认识还非常粗浅。类器官培养技术的兴起,为研究人体正常组织向肿瘤组织转变的过程提供了可能。 统计预测发现高达五分之一的肿瘤与感染相关[22],虽然从感染到肿瘤的发展过程已有研究加以证明,但具体发生机制,尤其在人体内是如何进展的尚不明确。将病原体与健康组织类器官共培养,观察在感染情况下健康组织的突变起始和累积过程,评估感染作为肿瘤危险因子的相关性。如胃类器官可作为研究幽门螺旋杆菌在胃癌发生中作用机制的载体,精细观察幽门螺旋杆菌在胃上皮细胞的定植和克隆,及其对胃上皮细胞在基因、转录和蛋白水平的影响。结果显示在幽门螺杆菌注入能引起胃类器官发生强烈的炎症反应[23],而慢性炎症与肿瘤发生有着密不可分的联系。此外,沙门氏杆菌与胆囊癌、人乳头状瘤病毒与宫颈癌、乙型肝炎病毒与肝癌等等,均可利用相应组织的类器官,研究病原体与宿主细胞之间的相互作用及致瘤机制。由于感染诱发肿瘤往往是一个长期慢性的过程,且伴随炎症的发生,因此,一方面类器官的长期稳定培养是前期基础,另一方面,在上皮细胞构建的类器官基础上,引入免疫系统和组织基质也是类器官应用的重要需求。 除了感染,肿瘤危险因素还包括年龄、家族史、物理化学诱变因素等,而这些因素诱导的突变累积是一个长期存在的过程。通过分析比较不同年龄供体来源、不同组织类器官中的突变体发现,体内的确以平均每年新增40个突变位点的速度在累积,且不同组织间突变模式相差较大,这可能是由于不同组织中细胞更新增殖水平相差较大,而细胞快速增殖过程中DNA复制为基因突变创造了先决条件[24]。值得注意的是,同一组织不同个体间突变频率和范围差异均较小,在一定程度上解释了肿瘤发生与年龄的相关性[24]。但不同个体间肿瘤发生的类型、进展速度等各不相同,因此,突变频率和突变模式并非决定肿瘤发生发展的唯一因素,而在肿瘤已经发生之后,突变累积和筛选已经完成,无法追踪到最初始的突变特性。在类器官培养健康组织的基础上,利用各种诱变因子诱导健康组织向肿瘤转化,将极大地加速对肿瘤发生过程的研究。 不管是感染、物理化学诱变剂或是年龄增长导致肿瘤发生,最终都是由于基因突变发生和累加导致正常细胞癌变。因此,结合类器官培养和基因修饰技术可以快速建立肿瘤体外模型,研究肿瘤的发生发展过程。Drost实验室第一次在正常大肠类器官中通过CRISPR技术引入常见的大肠癌突变基因,如APC、TP53、KRAS和SMAD4,研究不同突变体在初始阶段对肿瘤发生的影响[25]。结果显示,突变后的肠类器官生长不依赖于肠干细胞生长维持因子EGF、WNT、R-spondin 1和noggin等,与此同时,他们还发现APC和TP53的突变是导致染色体不稳定和形成多倍体的关键因素[25]。将基因修饰后的肿瘤类器官皮下移植至免疫缺陷小鼠可以存活,但不会发生转移。而如果将上述诱导的肠癌类器官移植在小鼠盲肠,肿瘤会向肝脏和肺部转移[26, 27]。这一现象说明肿瘤转移需要特定组织微环境的支持,也提示虽然肠癌类器官的生长不依赖于肠干细胞维持因子,这些因子在肿瘤转移过程中必不可少。 肿瘤类器官以其特性模拟人肿瘤组织、可大规模长期稳定培养、容易基因修饰、处理因素可控和表型观察便捷的特性,成为肿瘤基础研究中替代人而又超越实验动物的有力工具。此外,肿瘤类器官作为体外培养体系,非常利于结合最新技术如基因修饰、单细胞分析、高分辨率电子/光学影像等联合应用,将突破肿瘤研究完全依赖于动物实验的时间、技术瓶颈。 3 类器官在肿瘤治疗策略研究的应用 肿瘤治疗是目前生物医学领域最大、最急迫的难题之一。一方面实验室研究越来越多,另一方面新药临床转化效率却依然低下。类器官培养为肿瘤药物快速有效研发提供了新的技术平台。有研究认为肿瘤类器官敏感的药物超过80%的可能性对应的肿瘤患者对该药也敏感,而在肿瘤类器官上无治疗效果的化疗药物对该肿瘤患者也无效。 随着类器官培养技术的迅速发展,越来越多的实验室和医院开始有意识地采集肿瘤类器官及其对应的健康组织类器官,并运用合适的冻存传代方法进行大规模保存,形成类器官库。根据患者信息、组织来源、基因表型等多个方面对类器官进行归类,使之成为公共的肿瘤研究资源,用于评测抗肿瘤药物的肿瘤杀伤效果和正常组织毒副作用。最早于2011年Masahiro Inoue实验室尝试大规模采集肿瘤组织体外成球培养保存[28],但这一培养方法无法实现正常组织的长期保存。2015年,Hans Clevers团队第一次成功构建了20个结直肠癌患者来源的肿瘤与对应正常组织类器官库[18]。利用这些类器官样本,他们发现只有WNT 拮抗剂泛素连接酶RNF43突变的肿瘤类器官表现出对WNT分泌抑制剂的敏感性[18]。同时,结合类器官的突变表型和药物筛选,他们一方面验证了已知的突变体与特定药物的相关性,另一方面还发现了多个对肿瘤具有杀伤作用的化学药物。此外,由于正常组织类器官对照的存在,在验证药物肿瘤杀伤作用的同时,也能评估其对正常组织的毒副作用,最终选择出肿瘤杀伤强、毒副作用小的化疗药物用于临床。更重要的是,这一类器官库除了用于药物筛选,还被其他项目利用,从基因组和蛋白组学对不同个体肿瘤类器官与正常组织类器官进行对比分析[29],实现对患者肿瘤状态的精准评估,为肿瘤的个性化治疗提供参考信息。目前已有包括结直肠癌、胰腺导管腺癌、乳腺癌、前列腺癌、肝癌等在内的多个组织肿瘤类器官库,尤其是结直肠癌与乳腺癌,类器官库中患者数目已达到上百个,为肿瘤新药大规模筛选和临床前研究奠定了基础。 借助于肿瘤类器官与对应健康组织类器官库的建立,同时基于肿瘤类器官对药物肿瘤杀伤效果预测的准确性,可以在制定肿瘤患者治疗策略前,一方面通过检测肿瘤类器官的突变体类型,确定可能起作用的候选药;另一方面利用肿瘤类器官对药物进行筛选,获得在类器官上对肿瘤有杀伤作用而对健康组织毒副作用较小的药物,应用于临床,真正实现肿瘤的个体化治疗。这一策略不仅适用于化疗药物的选择,更有利于免疫疗法的有效性评估。与化疗药物的普遍性杀伤不同,免疫疗法具有较高的特异性,更需要直接来源于患者的样本进行临床前检测。利用肿瘤类器官与免疫细胞共培养,可以快速有效地检测免疫细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。研究发现特定T细胞亚群与乳腺癌肿瘤类器官共培养后,可以显著性杀伤三阴性乳腺癌细胞[30]。最近,Emile E. Voest实验室利用外周血单个核细胞与肺癌或结直肠癌肿瘤类器官共培养诱导出一群肿瘤特异性T细胞[31]。进一步研究发现这群肿瘤杀伤性T细胞不会攻击正常组织类器官[31],说明通过肿瘤类器官中的新抗原表位获得杀伤细胞用于临床肿瘤个体化免疫治疗具有很好的应用潜能。 4 展望 类器官在肿瘤研究中的应用目前尚处于起步阶段,但不管是在基础研究还是临床转化,均获得了很好的研究成果。相对于肿瘤细胞系培养和小鼠异种移植,类器官具有培养成功率高、能快速获得大规模资源库、同时可以采集对应的正常组织对照、最接近患者真实信息等多个优势,但目前类器官培养也存在许多问题亟待解决。首先虽然类器官本身去除了异种移植鼠源进化的问题,但目前3D培养用的基质胶来源于小鼠,且一些类器官培养还需要加小牛血清等动物源物质,可能对细胞性质与药物筛选过程中的反应性有未知的影响。因此,无血清培养基、非动物来源基质胶等是目前类器官研究的重点之一。此外,利用成体干细胞培养获得的类器官成分依然比较单一,血管、基质和免疫系统均缺失,也有许多研究关注于类器官中肿瘤微环境的构建。最后,目前仅仅上皮细胞源肿瘤成功构建了类器官,而非上皮细胞类肿瘤如血液细胞肿瘤是否能进行类器官培养尚且未知。虽然类器官培养在肿瘤研究中还存在一定的问题,但这一技术的确搭建了从基础到临床转化的快速通道,为肿瘤新药研究和个体化治疗提供了新的平台。 参考文献 1. Bray,F., et al., Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence andmortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin, 2018. 2. Ledford,H., Translational research: 4 ways to fix the clinical trial. Nature, (7366): p. 526-8. 3. Uhl,. and . Warner, Mouse Models as Predictors of Human Responses:Evolutionary Medicine. Curr Pathobiol Rep, 2015. 3(3): p. 219-223. 4. Ben-David,U., et al., Patient-derived xenografts undergo mouse-specific tumor Genet, 2017. 49(11): p. 1567-1575. 5. Sato,T., et al., Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitrowithout a mesenchymal niche. Nature, 2009. 459(7244): p. 262-5. 6. Sato,T., et al., Long-term expansion of epithelial organoids from human colon,adenoma, adenocarcinoma, and Barrett's epithelium. Gastroenterology, (5): p. 1762-72. 7. Jung,P., et al., Isolation and in vitro expansion of human colonic stem cells. NatMed, 2011. 17(10): p. 1225-7. 8. Karthaus,., et al., Identification of multipotent luminal progenitor cells in humanprostate organoid cultures. Cell, 2014. 159(1): p. 163-175. 9. Chua,., et al., Single luminal epithelial progenitors can generate prostateorganoids in culture. Nat Cell Biol, 2014. 16(10): p. 951-61, 1-4. 10. Ren,W., et al., Single Lgr5- or Lgr6-expressing taste stem/progenitor cellsgenerate taste bud cells ex vivo. Proc Natl Acad Sci U S A, 2014. 111(46): . 11. DeWard,., J. Cramer, and E. Lagasse, Cellular heterogeneity in the mouse esophagusimplicates the presence of a nonquiescent epithelial stem cell population. CellRep, 2014. 9(2): p. 701-11. 12. Kessler,M., et al., The Notch and Wnt pathways regulate stemness and differentiation inhuman fallopian tube organoids. Nat Commun, 2015. 6: p. 8989. 13. Huch,M., et al., Long-term culture of genome-stable bipotent stem cells from adulthuman liver. Cell, 2015. 160(1-2): p. 299-312. 14. Boj,., et al., Organoid models of human and mouse ductal pancreatic , 2015. 160(1-2): p. 324-38. 15. Bartfeld,S., et al., In vitro expansion of human gastric epithelial stem cells and theirresponses to bacterial infection. Gastroenterology, 2015. 148(1): p. 126-136e6. 16. Maimets,M., et al., Long-Term In Vitro Expansion of Salivary Gland Stem Cells Driven byWnt Signals. Stem Cell Reports, 2016. 6(1): p. 150-62. 17. Sachs,N., et al., A Living Biobank of Breast Cancer Organoids Captures DiseaseHeterogeneity. Cell, 2018. 172(1-2): p. 373-386 e10. 18. vande Wetering, M., et al., Prospective derivation of a living organoid biobank ofcolorectal cancer patients. Cell, 2015. 161(4): p. 933-45. 19. Pauli,C., et al., Personalized In Vitro and In Vivo Cancer Models to Guide PrecisionMedicine. Cancer Discov, 2017. 7(5): p. 462-477. 20. Schutte,M., et al., Molecular dissection of colorectal cancer in pre-clinical modelsidentifies biomarkers predicting sensitivity to EGFR inhibitors. Nat Commun,2017. 8: p. 14262. 21. Fujii,M., et al., A Colorectal Tumor Organoid Library Demonstrates Progressive Lossof Niche Factor Requirements during Tumorigenesis. Cell Stem Cell, 2016. 18(6):p. 827-38. 22. DeFlora, S. and P. Bonanni, The prevention of infection-associated , 2011. 32(6): p. 787-95. 23. McCracken,., et al., Modelling human development and disease in pluripotentstem-cell-derived gastric organoids. Nature, 2014. 516(7531): p. 400-4. 24. Blokzijl,F., et al., Tissue-specific mutation accumulation in human adult stem cellsduring life. Nature, 2016. 538(7624): p. 260-264. 25. Drost,J., et al., Sequential cancer mutations in cultured human intestinal stemcells. Nature, 2015. 521(7550): p. 43-7. 26. Fumagalli,A., et al., Genetic dissection of colorectal cancer progression by orthotopictransplantation of engineered cancer organoids. Proc Natl Acad Sci U S A, (12): p. E2357-E2364. 27. Fumagalli,A., et al., A surgical orthotopic organoid transplantation approach in mice tovisualize and study colorectal cancer progression. Nat Protoc, 2018. 13(2): . 28. Kondo,J., et al., Retaining cell-cell contact enables preparation and culture ofspheroids composed of pure primary cancer cells from colorectal cancer. ProcNatl Acad Sci U S A, 2011. 108(15): p. 6235-40. 29. Cristobal,A., et al., Personalized Proteome Profiles of Healthy and Tumor Human ColonOrganoids Reveal Both Individual Diversity and Basic Features of ColorectalCancer. Cell Rep, 2017. 18(1): p. 263-274. 30. Zumwalde,., et al., Analysis of Immune Cells from Human Mammary Ductal EpithelialOrganoids Reveals Vdelta2+ T Cells That Efficiently Target Breast CarcinomaCells in the Presence of Bisphosphonate. Cancer Prev Res (Phila), 2016. 9(4):p. 305-16. 31. Dijkstra,., et al., Generation of Tumor-Reactive T Cells by Co-culture of PeripheralBlood Lymphocytes and Tumor Organoids. Cell, 2018. 174(6): p. 1586-1598 e12.
纳米材料技术作为一门高新科学技术,纳米技术具有极大的价值和作用。下面我给大家分享一些纳米材料与技术3000字论文, 希望能对大家有所帮助!纳米材料与技术3000字论文篇一:《试谈纳米复合材料技术发展及前景》 [摘要]纳米材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度在100nm以内的材料。纳米材料由于平均粒径微小、表面原子多、比表面积大、表面能高,因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性,具有许多常规材料不可能具有的性能。纳米材料由于其超凡的特性,引起了人们越来越广泛的关注,不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一,纳米技术将成为21世纪的主导技术。 [关键词]高聚物纳米复合材料 一、 纳米材料的特性 当材料的尺寸进入纳米级,材料便会出现以下奇异的物理性能: 1、尺寸效应 当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶体的边界条件将被破坏,非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小,导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。如当颗粒的粒径降到纳米级时,材料的磁性就会发生很大变化,如一般铁的矫顽力约为80A/m,而直径小于20nm的铁,其矫顽力却增加了1000倍。若将纳米粒子添加到聚合物中,不但可以改善聚合物的力学性能,甚至还可以赋予其新性能。 2、表面效应 一般随着微粒尺寸的减小,微粒中表面原子与原子总数之比将会增加,表面积也将会增大,从而引起材料性能的变化,这就是纳米粒子的表面效应。 纳米微粒尺寸d(nm) 包含总原子表面原子所占比例(%)103×1042044××1028013099从表1中可以看出,随着纳米粒子粒径的减小,表面原子所占比例急剧增加。由于表面原子数增多,原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高的活性,很容易与 其它 原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中,这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。 3、量子隧道效应 微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化,这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际 应用,如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等,都具有重要意义。 二、高聚物/纳米复合材料的技术进展 对于高聚物/纳米复合材料的研究十分广泛,按纳米粒子种类的不同可把高聚物/纳米复合材料分为以下几类: 1、高聚物/粘土纳米复合材料 由于层状无机物在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区,其片层间距一般为纳米级,它不仅可让聚合物嵌入夹层,形成“嵌入纳米复合材料”,还可使片层均匀分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料”。其中粘土易与有机阳离子发生交换反应,具有的亲油性甚至可引入与聚合物发生反应的官能团来提高其粘结。其制备的技术有插层法和剥离法,插层法是预先对粘土片层间进行插层处理后,制成“嵌入纳米复合材料”,而剥离法则是采用一些手段对粘土片层直接进行剥离,形成“层离纳米复合材料”。 2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料 用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性 方法 。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的 发展 ,特别是近年来纳米级无机粒子的出现,塑料的增韧彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法。采用纳米刚性粒子填充不仅会使韧性、强度得到提高,而且其性价比也将是不能比拟的。 3、高聚物/碳纳米管复合材料 碳纳米管于1991年由 发现,其直径比碳纤维小数千倍,其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。 碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出碳纳米管的强度实验值为30-50GPa。尽管碳纳米管的强度高,脆性却不象碳纤维那样高。碳纤维在约1%变形时就会断裂,而碳纳米管要到约18%变形时才断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa,比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。 在电性能方面,碳纳米管作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加入的碳黑相比,碳纳米管有高的长径比,因此其体积含量可比球状碳黑减少很多。同时,由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好,填入聚合物基体时不会断裂,因而能保持其高长径比。爱尔兰都柏林Trinity学院进行的研究表明,在塑料中含2%-3%的多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级,从10-12s/m提高到了102s/m。 三、前景与展望 在高聚物/纳米复合材料的研究中存在的主要问题是:高聚物与纳米材料的分散缺乏专业设备,用传统的设备往往不能使纳米粒子很好的分散,同时高聚物表面处理还不够理想。我国纳米材料研究起步虽晚但 发展 很快,对于有些方面的研究 工作与国外相比还处于较先进水平。如:漆宗能等对聚合物基粘土纳米复合材料的研究;黄锐等利用刚性粒子对聚合物改性的研究都在学术界很有影响;另外,四川大学高分子 科学 与工程国家重点实验室发明的磨盘法、超声波法制备聚合物基纳米复合材料也是一种很有前景的手段。尽管如此,在总体水平上我国与先进国家相比尚有一定差距。但无可否认,纳米材料由于独特的性能,使其在增强聚合物 应用中有着广泛的前景,纳米材料的应用对开发研究高性能聚合物复合材料有重大意义。特别是随着廉价纳米材料不断开发应用,粒子表面处理技术的不断进步,纳米材料增强、增韧聚合物机理的研究不断完善,纳米材料改性的聚合物将逐步向 工业 化方向发展,其应用前景会更加诱人。 参考 文献 : [1] 李见主编.新型材料导论.北京:冶金工业出版社,1987. [2]都有为.第三期工程科技 论坛 ——‘纳米材料与技术’ 报告 会. [3]rohlich J,Kautz H,Thomann R[J].Polymer,2004,45(7):2155-2164. 纳米材料与技术3000字论文篇二:《试论纳米技术在新型包装材料中的应用》 【摘 要】作为一门高新科学技术,纳米技术具有极大的价值和作用。进入20世纪90年代,纳米科学得到迅速的发展,产生了纳米材料学、纳米化工学、纳米机械学及纳米生物学等,由此产生的纳米技术产品也层出不穷,并开始涉及汽车行业。 【关键词】纳米技术 包装材料 1 纳米技术促进了汽车材料技术的发展 纳米技术可应用在汽车的任何部位,包括发动机、底盘、车身、内饰、车胎、传动系统、排气系统等。例如,在汽车车身部分,利用纳米技术可强化钢板结构,提高车体的碰撞安全性。另外,利用纳米涂料烤漆,可使车身外观色泽更为鲜亮、更耐蚀、耐磨。内装部分,利用纳米材料良好的吸附能力、杀菌能力、除臭能力使室内空气更加清洁、安全。在排气系统方面,利用纳米金属做为触媒,具有较高的转换效果。 由于纳米技术具有奇特功效,它在汽车上得到了广泛的应用,提升汽车性能的同时延长使用寿命。 2 现代汽车上的纳米材料 (1)纳米面漆。汽车面漆是对汽车质量的直观评价,它不但决定着汽车的美观与否,而且直接影响着汽车的市场竞争力。所以汽车面漆除要求具有高装饰性外,还要求有优良的耐久性,包括抵抗紫外线、水分、化学物质及酸雨的侵蚀和抗划痕的性能。纳米涂料可以满足上述要求。纳米颗粒分散在有机聚合物骨架中,作承受负载的填料,与骨架材料相互作用,有助于提高材料的韧性和其它机械性能。研究表明,将10%的纳米级TiO2粒子完全分散于树脂中,可提高其机械性能,尤其可使抗划痕性能大大提高,而且外观好,利于制造汽车面漆涂料;将改性纳米CaCO3以质量分数15%加入聚氨酯清漆涂料中,可提高清漆涂料的光泽、流平性、柔韧性及涂层硬度等。 纳米TiO2是一种抗紫外线辐射材料,加之其极微小颗粒的比表面积大,能在涂料干燥时很快形成网络结构,可同时增强涂料的强度、光洁度和抗老化性;以纳米高岭土作填料,制得的聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料不仅透明,而且吸收紫外线,同时也可提高热稳定性,适合于制造汽车面漆涂料。 (2)纳米塑料。纳米塑料可以改变传统塑料的特性,呈现出优异的物理性能:强度高,耐热性强,比重更小。随着汽车应用塑料数量越来越多,纳米塑料会普遍应用在汽车上。主要有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、抗菌塑料等。阻燃塑料是燃烧时,超细的纳米材料颗粒能覆盖在被燃材料表面并生成一层均匀的碳化层,起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的作用,从而起到阻燃作用。 目前汽车设计要求规定,凡通过乘客座舱的线路、管路和设备材料必须要符合阻燃标准,例如内饰和电气部分的面板、包裹导线的胶套,包裹线束的波纹管、胶管等,使用阻燃塑料比较容易达到要求。增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、CaCO3、SiO2等,这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用,可以使聚丙烯等塑料的抗拉强度、抗冲击韧性和弹性模量上升,使塑料的物理性能得到明显改善。 抗紫外线老化塑料是将纳米级的TiO2、ZnO等无机抗紫外线粉体混炼填充到塑料基材中。这些填充粉体对紫外线具有极好的吸收能力和反射能力,因此这种塑料能够吸收和反射紫外线,比普通塑料的抗紫外线能力提高20倍以上。据报道这类材料经过连续700小时热光照射后,其扩张强度损失仅为10%,如果作为暴露在外的车身塑料构件材料,能有效延长其使用寿命。抗菌塑料是将无机的纳米级抗菌剂利用纳米技术充分地分散于塑料制品中,可将附着在塑料上的细菌杀死或抑制生长。这些纳米级抗菌剂是以银、锌、铜等金属离子包裹纳米TiO2、CaCO3等制成,可以破坏细菌生长环境。据介绍无机纳米抗菌塑料加工简单,广谱抗菌,24小时接触杀菌率达90%,无副作用。 (3)纳米润滑剂。纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑油分子结构的纯石油产品,它不会对润滑油添加剂、稳定剂、处理剂、发动机增润剂和减磨剂等产品产生不良作用,只是在零件金属表面自动形成纯烃类单个原子厚度的一层薄膜。由于这些微小烃类分子间的相互吸附作用,能够完全填充金属表面的微孔,最大可能地减小金属与金属间微孔的摩擦。与高级润滑油或固定添加剂相比,其极压可增加3倍-4倍,磨损面减小16倍。由于金属表面得到了保护,减小了磨损,使用寿命成倍增加。 另外,由于纳米粒子尺寸小,经过纳米技术处理的部分材料耐磨性是黄铜的27倍、钢铁的7倍。目前纳米陶瓷轴承已经应用在奔驰等高级轿车上,使机械转速加快、质量减小、稳定性增强,使用寿命延长。 (4)纳米汽油。纳米汽油最大优点是节约能源和减少污染,目前已经开始研制。该技术是一种利用现代最新纳米技术开发的汽油微乳化剂。它能对汽油品质进行改造,最大限度地促进汽油燃烧,使用时只要将微乳化剂以适当比例加入汽油便可。交通部汽车运输节能技术检测中心的专家经试验后认为,汽车在使用加入该微乳化剂的汽油后,可降低其油耗10%~20%,增加动力性能25%,并使尾气中的污染物(浮碳、碳氢化合物和氮氧化合物等)排放降低50%~80%。它还可以清除积碳,提高汽油的综合性能。更令人注意的是,纳米技术应用在燃料电池上,可以节省大量成本。因为纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力。根据实验结果,在室温常压下,约2/3的氢能可以从这些纳米材料中得以释放,故其能替代昂贵的超低温液氢储存装置。 (5)纳米橡胶。汽车中橡胶材料的应用以轮胎的用量最大。在轮胎橡胶的生产中,橡胶助剂大部分成粉体状,如炭黑、白炭黑等补强填充剂、促进剂、防老剂等。以粉体状物质而言,纳米化是现阶段橡胶的主要发展趋势。新一代纳米技术已成功运用其它纳米粒子作为助剂,而不再局限于使用炭黑或白炭黑,汽车中最大的改变即是,轮胎的颜色已不再仅限于黑色,而能有多样化的鲜艳色彩。另外无论在强度、耐磨性或抗老化等性能上,新的纳米轮胎均较传统轮胎都优异,例如轮胎侧面胶的抗裂痕性能将由10万次提高到50万次。 (6)纳米传感器。传感器是纳米技术应用的一个重要领域,随着纳米技术的进步,造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。半导体纳米材料做成的各种传感器,可灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化,这在汽车尾气和大气环境保护上已得到应用。纳米材料来制作汽车尾气传感器,可以对汽车尾气中的污染气体进行吸附与过滤,并对超标的尾气排放情况进行监控与报警,从而更好地提高汽车尾气的净化程度,降低汽车尾气的排放。我国纳米压力传感器的研制已获得成功,产品整体性能超过国外的超微传感器,缩小了我国在这一技术领域与世界先进国家存在的差距。有专家认为,到2020年,纳米传感器将成为主流。 (7)纳米电池。早在1991年被人类发现的碳纳米管韧性很高,导电性极强,兼具金属性和半导体性,强度比钢高100倍, 密度只有钢的1/6。我国科学家最近已经合成高质量的碳纳米材料,使我国新型储氢材料研究一举跃入世界先进行列。此种新材料能储存和凝聚大量的氢气,并可做成燃料电池驱动汽车,储氢材料的发展还会给未来的交通工具带来新型的清洁能源。 结语 随着材料技术的发展,纳米技术已成为当今研究领域中最富有活力,对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。纳米科技正在推动人类社会产生巨大的变革,未来汽车技术的发展,有极大部分与纳米技术密切相关,纳米材料和纳米技术将会给汽车新能源、新材料、新零部件带来深远的影响。对于汽车制造商而言,纳米技术的有效运用,有效地促进技术升级、提升附加价值。相信在不久的将来,纳米技术必将在汽车的制造领域得到更广泛的应用。 参考文献 [1]肖永清.纳米技术在汽车上的应用[J].轻型汽车技术,. [2]潘钰娴,樊琳.纳米材料的研究和应用[J].苏州大学学报(工科版),2002. [3]周李承,蒋易,周宜开,任恕,聂棱.光纤纳米生物传感器的现状及发展[J].传感器技术,2002,(1):18~21 纳米材料与技术3000字论文篇三:《试谈纳米技术及纳米材料的应用》 摘要:本文主要论述了纳米材料的兴起、纳米材料及其性质表现、纳米材料的应用示例、纳米材料的前景展望,以供与大家交流。 关键词:纳米材料;应用;前景展望 1.纳米技术引起纳米材料的兴起 1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品,这是关于纳米科技最早的梦想。80年代初,德国科学家成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后,纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应,使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能,使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的 热点 。1991年,美国科学家成功地合成了碳纳米管,并发现其质量仅为同体积钢的1/6,强度却是钢的10倍,因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年,纳米产品的年营业额达到500亿美元。 2.纳米材料及其性质表现 纳米材料 纳米(nm)是长度单位,1纳米是10-9米(十亿分之一米),对宏观物质来说,纳米是一个很小的单位,不如,人的头发丝的直径一般为7000-8000nm,人体红细胞的直径一般为3000-5000nm,一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小,金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示,1埃相当于1个氢原子的直径,1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件:一是材料的特征尺寸在1-100nm之间,二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。 纳米材料的特殊性质 纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径,导致了高扩散率,它对蠕变,超塑性有显著影响,并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质,往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比,纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。 3.纳米材料的应用示例 目前纳米材料主要用于下列方面: 高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料 纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中,力学性能提高约一个量级,还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤:起始溶液的制备与混和;喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末;再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂,可以抑制烧结过程中的晶粒长大。 纳米结构软磁材料 Finemet族合金已经由日本的Hitachi Special Metals,德国的Vacuumschmelze GmbH和法国的 Imply等公司推向市场,已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的 Alps Electric Co.一直在开发Nanoperm族合金,该公司与用户合作,不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。 电沉积纳米晶Ni 电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构,但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份,电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大,添加溶质并使其偏析在晶界上,以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应,可实现结构的稳定。例如,添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布,表现为Hall-Petch强化行为、纯Ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点,使管材的内涂覆,尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种技术已经作为 EectrosleeveTM工艺商业化。在这项应用中,微合金化的涂层晶粒尺寸约为100nm,材料的拉伸强度约为锻造Ni的两倍,延伸率为15%。晶间开裂抗力大为改善。 基纳米复合材料 Al基纳米复合材料以其超高强度(可达到)为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子,合金元素包括稀土(如Y、Ce)和过渡族金属(如 Fe、Ni)。通常必须用快速凝固技术(直接淬火或由初始非晶态通火)获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似,即室温下超常的高屈服应力和加工软化(导致拉神状态下的塑性不稳定性)。这类纳米材料(或非晶)可以固结成块材。例如,在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体,晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的Al基体的晶粒尺寸为100~200nm,镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为~1GPa,拉伸韧性得到改善。另外,这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤Al基纳米复合材料已经商业化,注册为Gigas TM。雾化的粉末可以固结成棒材,并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑性行为:在1s-1的高应变速率下,延伸率大于500%。 4.纳米材料的前景趋向 经过我国材料技术人员多年对纳米技术的研究探索,现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子,纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测:不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生;用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用;分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。 近年来还有一些引人注目的发展趋势新动向,如:(1)纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头;(2)巨电导的发现;(3)颗粒膜巨磁电阻尚有潜力;(4)纳米组装体系设计和制造有新进展。
汽车涂层(coating)是涂料一次施涂所得到的固态连续膜,是为了防护,绝缘,装饰等目的,涂布于金属,织物,塑料等基体上的塑料薄层。涂料可以为气态、液态、固态,通常根据需要喷涂的基质决定涂料的种类和状态。依据所用涂料的种类而有不同的称呼,如底漆的涂层称为底漆层,面漆的涂层称为面漆层。一般涂料所得涂层较薄,约在20~50微米,厚浆型涂料则一次可得厚达1毫米以上的涂层。是为了防护,绝缘,装饰等目的,涂布于金属,织物,塑料等基体上的塑料薄层。高温电绝缘涂层用铜、铝等金属做成的导线外面,或有绝缘漆、或有塑料、橡胶等绝缘包皮。然而,绝缘漆、塑料、橡胶都怕高温,一般超过200℃就会集化,失去绝缘性能。而许多电线正需要在高温下工作,那该怎么办呢?对,让高温电绝缘涂层来帮忙,这种涂层实际上是一种陶瓷涂层,它除了能在高温下保持电绝缘性能外,还能与金属导线紧密“团结”在一起,做到“天衣无缝”,任你将导线七绕八弯,它们也不会分离,这种涂层非常致密,涂上它,两根电压差很大的导线碰在一起,也不会发生击穿现象。高温电绝缘涂层根据其化学成分的不同,可分为许多种类。如石墨导体表面上的氮化硼或氧化铝、氟化铜涂层,到400℃仍有良好的电绝缘性能。金属导线上的搪瓷到700℃,磷酸盐为基的无机粘结剂涂层到1000℃,等离子喷涂氧化铝涂层在1300℃,都仍保持着良好的电绝缘性能。高温电绝缘涂层已在电力、电机、电器、电子、航空、原子能、空间技术等方面获得了广泛的应用。
车身面涂层指涂于工件最外层的涂膜,是涂层组合中唯一可见的部分,起着装饰、标志和保护底材的作用。它直接与各种气候条件(如雨、阳光、雪、寒冷、酷暑等)及有害物质(如酸、碱、盐、二氧化碳、硫化氢)接触,是阻挡这些侵蚀的第一层,配合其他涂层起到对底材的保护作用。当然,不同的汽车涂层质量因等级要求及使用环境等因素,面涂层的装饰性和保护性也会各有侧重,如轿车对装饰性要求高:装载油料、酸、碱化学物品的载货汽车,对面涂层耐油、耐酸、耐碱等化学性的要求很高,将装饰性放到第二位。因此,为适应各种需要,涂料工业也生产出各种性能的面漆,主要可以分为以下几类。 1、用于高级装饰性涂层(高级轿车车身) 属于高级装饰性涂层,涂层要求具有极优良的装饰性、耐候性和耐水性,适用于各种气候条件。涂膜外观要求光滑平整,应无颗粒,光亮如镜,光泽不低于90%。 2、用于中级装饰性涂层(中级轿车) 属于优质装饰保护性涂层,要求具有优良的装饰性、耐候性和耐水性,装饰性要求仅低于高级装饰性涂层。机械强度优于高级装饰性涂层。适用于各种气候条件。 3、用于一般装饰性涂层(公共汽车车身) 涂膜光泽好。硬度、冲击强度、柔韧性、耐候性和附着力都较好,保光、保色性也较好,但耐水性较差。在100℃以上烘烤可提高其耐水性和附着力。 4、用于具有一定的装饰和防护性涂层(湿热地区使用的汽车) 这类涂层有涂膜光亮。干燥较快,能打磨抛光。耐候性、耐湿性和抗老化性好。还具有一定的防湿热、防盐雾、防霉菌的性能,有优良的耐化学性,但其附着力差,不能在60%以上高温长期使用。 5、具有特性要求的涂层 例如:耐酸涂层,聚氯酯漆、氯化橡胶漆、环氧漆等;耐热涂层。有机硅漆、丙烯酸漆(热固性)等;耐磨涂层,聚氯酯漆、酚醛漆等;耐溶剂涂层,聚氯酯漆、环氧漆等;绝缘涂层,沥青漆、醇酸漆、环氧漆等。 汽车涂料的选用,既要重视保护性,又要注意装饰性;既要注意钢铁底材的涂装,也要考虑铝、锌及塑料和木材等底材的涂装。由于各种被涂物面材质和吸附能力不同,与它们相适应的涂料也会不同;因此要根据各种涂料的性质和实际要求,全面考虑各种因素,选用合适的涂料。 保护地球环境,减少大气污染的呼声越来越引起人们的重视,环境问题也非常强烈地左右着汽车和相关工业的发展。因此高固体化、水性化、粉末化,从20世纪60年代末期开始就一直是世界涂料行业开发新产品的基本方针和指导思想,并且在西方发达国家已成为现实,并在继续发展和完善。 水性涂料以水作为溶剂,只有少量的醇、醚做助剂,采用不同的水性树脂配制而成。水性涂料在涂装时易出弊病,使用受到限制。水的表面张力大,颜色分散性差,难以获得高装饰性、耐蚀性好的涂膜性能;水的比热容大,难挥发,要求涂装环境的温度、湿度严格控制在规定范围内,一般不能与溶剂型涂料共用烘干室。 选择面漆的基本原则是: (1)具有一定的装饰性和保护性,并达到产品要求。 (2)面漆与底漆有良好的配套性。 (3)要适合施工的条件。 (4)有利于降低成本,方便施工。 (5)符合劳动保护条例,保障工人身体健康。 一、面涂层分类 汽车车身面涂层的施工一般都由专人操作。面涂层的分类方法很多,按颜色效果可分为纯色漆、金属漆和珍珠漆;按成膜物质种类可分硝基漆、醇酸漆和丙烯酸漆等;按固化机理可分溶剂挥发型、氧化型和交联反应型等。 此外,面涂层的施工也可按施工工序分单工序、双工序和三工序等。而每一种分类方法互相的界线不是绝对的,可以相互交叉。 单工序面涂装指喷涂同一种涂料即形成完整的面涂层的喷涂。 双工序面涂装指喷涂两种不同的涂料才能形成完整的面涂层的喷涂,通常是先喷涂色漆,然后再喷涂罩光清漆,两种涂层结合在一起才能形成有质量保证的完整的面涂层。 三工序则更为复杂,如三工序珍珠漆通常是先喷一层打底色漆,然后喷一层珍珠漆,最后喷罩光清漆,三个涂层结合才能形成完整的面涂层。一般单工序面涂层的颜色比较单调,而三工序面漆的效果比较丰富。但工序越多,施工及修补复杂。 1、单工序面漆的施工 在汽车修补中常用的单工序面涂层主要为双组分纯色漆。 双组分纯色漆的喷涂是目前在汽车修补行业使用最为普及的一类。 喷涂前对被涂面的准备: (1)汽车车体表面要求 车身表面已完成中涂底漆的基础工作,达到平整光滑且无缺陷,表面轮廊外形线清楚准确,用P400-P500砂纸干磨后,符合涂装允许的粗糙度,不涂漆部分应小心用专用封闭纸加胶带封闭。被涂底材要用专用除油剂进行脱脂、除蜡,用黏尘布轻擦整个被涂面以清除浮尘。 (2)对喷涂环境、工具、设备的检查和准备 双组分涂料干燥较慢,易沾尘,故要求施工环境清洁,喷涂工作要在有排风设备的喷漆房内进行。固化剂异氰酸酯对水、油敏感性极强,要求空气压缩机能提供纯净而干燥的压缩空气。喷枪喷出的喷雾流要均匀,注意选用合适口径的喷枪,过大的口径会造成出漆量大,而使被涂面的漆膜产生流挂和橘皮,要用专用过滤网在喷涂前对涂料进行过滤,确保喷涂后的漆膜上无肉眼可见的颗粒。 双组分涂料一般喷2层即可达到要求的厚度。若颜色遮盖力较差,则需喷3~4层,直到全部覆盖。 在喷涂施工中,应该用中涂底漆封闭,以防止新旧漆膜间的不配套问题,并可提供良好的耐久性。并要注意确定旧漆膜的性质,保证全车旧漆膜与新喷涂料不会发生咬底、吸光,起皱等问题。若表面是局部喷涂中涂底漆的情况,应在第一层面漆喷涂前,首先对局部喷涂中涂底漆的涂面先薄喷一层,减少中途底漆与旧涂面之间的色差,为以后的喷涂操作打下基础。 第一层喷涂时以~的喷涂压力,中等湿度薄薄地喷涂一层,检查涂面情况后以确认有无缩孔。一般被涂面如有油、蜡会导致第一层喷涂后立即出现缩孔,若底层涂面与新喷涂料不配套也会立即产生咬底、开裂等现象,这时应立即停止施工,采取相应的补救措施或返工。双组分涂料在施工时,发生缩孔的情况较为多见。这主要是由于涂料中的异氰酸酯对油、蜡、水的敏感性极强。若在次要部位有轻微少量缩孔,可待溶剂挥发且一部分涂面略干后,分2~3次雾喷缩孔部位,第二层喷涂时缩孔会消失。若在主要涂面或缩孔分布面积广,则应停止施工,干燥后视具体情况用砂纸打磨或刮涂腻子后重新喷涂。出现轻微缩孔时,可在底漆或面漆中加入少量抗鱼眼剂来解决,但是根本的解决方法是做好底材的表面预处理。 第一层喷涂后,若无任何不良情况,应静置片刻才喷第二层,静置时间视环境温度、涂料品种而略有长短。一般待涂面不沾尘时是喷涂第二层涂料的最佳时机,具体掌握尺度可用手指轻轻抚摸用胶带封闭部分的漆膜,若湿漆膜已不沾手即可喷涂第二层。一般第二层喷涂后喷涂工作即结束,此层喷涂要求涂面光滑、光亮,无流痕、橘皮。因此在配制涂料时,黏度应比第一层涂料略微降低,喷枪移动速度也略慢,喷涂压力可适应提高~,使漆粒雾化得更细,以得到满意的光滑涂面。 施工中的注意事项: 1、双组分涂料用多少配多少,现配现用,已配制好的涂料要在供应商提供的使用时间内用完。 2、拉开前门喷涂后门时,前门内侧要求用专用的遮护纸加胶带封闭好,以防喷涂时产生的漆尘飞进车内,造成污染。 3、在喷涂车顶和前盖由边缘向中心移动时,注意工作服不要触及边缘已涂部位,以免造成不必要的返工。 4、遮护纸应在喷涂后立即小心去除,注意手和工作服不要触及未干的涂面。若是强制干燥,应在涂面还是微湿的时候及时去除;若漆膜完全干透则胶带较难去除,一是容易留下黏结斑点,二是漆膜可能会被胶带揭起。 5、双组分涂料中的异氰酸酯漆尘对人体有害,喷涂时要在通风良好的环境下进行,并做好个人安全防护,如穿工作服、戴防毒面具等。 6、喷涂完毕后应立即清洗喷涂工具,以免胶结。 7、双组分涂料喷涂后可自干,也可低温烘烤强制干燥,一般在20℃时经16h后(隔夜)可投入使用,60℃(金属温度)时经30min烘烤,冷却后可投入使用,但彻底固化则需一周时间,具体产品严格参照供应商的要求。 二、双工序面漆的喷涂 双工序金属漆喷涂时有以下要点。 1喷涂前对被涂面的准备及对喷涂环境、工具、设备的检查和要求参照双组分纯色漆。 2喷涂前对金属漆要搅拌均匀。按涂料规定比例加入固化剂、稀释剂,一般把涂料黏度调整到15~17s(涂-4杯,20℃),过滤后再喷涂。使用慢干型固化剂和稀释剂要谨慎。 3金属漆一般喷涂2~3层,以全部均匀遮盖为准,每层间隔10~15min,以~喷涂压力,中等湿度均匀喷涂。金属粒子易沉于喷枪罐底,每次加料都要注意搅拌均匀,在喷涂中也要经常晃动喷枪,以防止银粉粒子沉淀。 4最后一层喷涂可适当降低涂料黏度,略提高喷涂气压,薄而均匀地喷涂,以利于银粉粒子分布均匀和提高涂面光泽度。 5喷涂完毕后不能立即去除遮护纸、胶带,应当等烤干之后(一般为60℃时经30min烘烤,具体烤干条件参见油漆供应商的产品说明书),尚未完全冷却之前去除。 以上数据仅供参考,具体产品参照供应商的要求。 三、三工序珍珠漆喷涂 三工序珍珠漆喷涂需喷涂三种不同类型,纯底色漆、纯珍珠漆、清漆,称为三工序珍珠漆喷涂,各工序油漆调配比例参照油漆供应商资料。 1喷涂前吹尘,贴护,使用除油剂清洁喷涂区配备安全措施。 2喷涂三层纯底色漆覆盖底漆,喷枪距离20cm、气压为,每层喷涂间隔时间,需使用黏尘布清洁每层的漆尘。使用黏尘布时,每层纯底色漆需要干燥及避免干喷。 4确保底色漆干燥后约30min左右。然后喷涂3~4层纯珍珠漆,视车体颜色决定,喷枪距离为20cm、气压为~,每层喷涂间隔期间,需使用黏尘布清洁每层的漆尘。使用黏尘布时,每层纯底色漆需要干煤及避免干喷。 4因经过多层纯色漆及纯珍珠漆喷涂后,漆膜厚度增加。从而溶剂挥发减慢,因此喷涂清漆的静置时间延长,确保珍珠漆干燥后约30-60min左右,而且视天气温度决定。天气冷干燥时间更长。 二、车身涂装举例 汽车车身涂装是一个完整的工艺过程。下面以实例说明车身涂装修补的工艺过程。 涂装标准施工流程:肥皂水清洗、脱脂、旧涂层剥除清理、调制填补腻子、打磨(需根据表面情况重复几次)、表面清洁及面涂层准备工作、面涂层、抛光、打蜡。 1打磨及修饰羽状边,羽状边缘的修磨应引起重视,如图1所示。这些部位的弧度、涂层损坏部位的涂层坡度是否合适,将会直接影响涂装完工后涂层的丰满、光泽、折光等,这也是涂装人员的主要操作工艺方法。 2在打磨羽状边的工作中,也要检查车身凹陷平面是否还有明显的突出点。如图2所示,或经涂装仍不能消除的缺陷,如果发现应请车身钣金修复人员整形或修复这些缺陷。 3打磨过羽状边的车身表面必须是经涂装后不能有任何缺陷的表面,打磨羽状边的范围要比车门损坏范围大得多,并且坡度用手摸不能有太明显的高低差落,如图3所示。 4车身清洁,使用除油剂彻底清除车门损坏部位的污渍,并检查及评估被涂物的损坏程度和涂层类型。刷涂有机溶剂进行脱脂、除蜡的清洗,此车门损坏部位结构简单,表面弧形平滑清洁较容易。 5清洁完毕后就可以作底涂层,底涂层的作用主要是提供附着力和防腐蚀。底层一般不具备填补车身表面缺陷的能力,车门的弧度平顺操作相对容易。 调配腻子。先将罐内的主剂调和均匀,底面黏度一致,以利于刮涂和固化。固化剂要先打开管盖将空气挤出,然后拧上管盖,用手掌在管外揉搓使固化剂均匀。调配时用刮刀把主剂拨在托板上,固化剂按主剂的1%~3%的比例加入(参照使用涂料的说明书要求调配)。刮腻子应采用硬刮具,第~层腻子的刮涂主要是填平车门凹陷的制陷,操作时不要反复的刮涂,每刮一层可以薄一些。此车门的损伤并不十分严重,如图4所示。 6刮涂第二层腻子,汽车车身车门因是平面仍用硬刮具刮涂。此层腻子仍以填平为主,该层腻子厚度应比第一层稍薄,局部刮涂时的面积应略大于第一层腻子的面积。满刮时要注意边缘腻子的平直性,与上一层腻子的接口应错开,即不要使各层腻子的接口在同一部位,以免产生缺陷,如图5所示。应顺着流线型(按汽车造型水平方向)方向,并遵循从上到下、从右到左的原则,刮涂时尽可能拉长一些,以减少刮涂接口,注意腻子层的厚度与原涂面基准点平齐。由于补刮腻子层范围逐渐扩大,对邻近的补刮腻子层,视具体情况可在第二层或第三层刮涂腻子层时连成一片,以减少腻子层边缘,利于打磨, 7车门下沿有一个加强肋,在这里刮腻子要特别注意,刮具也要选择软的刮具。刮的腻子应随车门肋的弧形均匀刮涂,如图6所示。 8在车身刮伤损坏中,常有两块并不连在一起的情况,在涂装作业时。应注意在做第一道时就应同时对两块进行涂装,以后每道工序都应同时进行,如图7所示。 9打磨腻子,腻子层彻底干燥后即可打磨,具体干燥条件参见腻子使用注意事项。打磨腻子时注意只能干磨,不能水磨,因为腻子的吸水性很强,当水磨残留水分不能很好地挥发时,会导致漆膜起泡、“痱子”、剥落,金属底材锈蚀等现象。打磨腻子层主要是为了获得平整光滑的表面。打磨腻子层可采用手工或机械干磨,机械打磨适用于修补面积较大以及平整的底材,可降低劳动强度,提高工作效率,如图8所示。手工打磨适用于一些形状复杂的底材,如转角、折口、外形线、弧形,凹形部位等,打磨时两种方法可结合进行。 10腻子层打磨基本要使底材上微小的凹坑、砂孔全部消除,达到既平整又光滑,无缺陷、无砂孔、局部刮涂腻子边缘无接口,外表图形恢复原样,如图9所示。如果车身车门下沿肋的部位弧形较小,可用手工打磨为宜,有利于对弧形面的修正,宜使用P120~P240砂纸。打磨以车身流线型水平方向为主,要注意凸出底材的折线、外形线的平直性,一般不要垂直方向或斜方向打磨,若底材因具体情况需垂直方向打磨,最后也要以车身流线型水平方向打磨修整,以防产生垂直方向的打磨痕迹。流线型水平方向的痕迹与车体的流线型方向一致,它们的有机结合肉眼不易察觉;而垂直的痕迹恰相反,稍有砂磨痕迹即会明显地显示出来。对底材的圆弧、凹角等不宜用手刨砂磨的地方,可用拇指夹住砂纸,四指平压于底材上,然后均匀地来回做修理打磨。 11除尘/清洁/遮护,使用清洁剂清洁被涂物上的油渍和污渍,使用遮护纸。并用反向黏贴遮护被涂物上无需喷涂的部位,如图10所示。 由于施喷中涂底漆所用的空气压力低于施喷面漆的空气压力(以尽可能减少喷涂外逸),所以工件表面的遮护工序比较简单。通常使用反向遮护法,以防止产生喷涂台阶。所谓反向遮护方法是指遮护纸的敷贴时里面朝外,所以沿边界黏有一薄层漆雾。这种方法用于尽可能减小台阶,使边界不太引人注目,如图11所示。 12中间涂层的喷涂,按说明书规定比例混合漆分和固化剂,静置5-10min后喷涂,若喷涂黏度需要调节,应添加配套的稀释剂,施工黏度宜调节至18~21s(涂-4杯,20℃),应选用与喷涂环境温度相适应的快干或慢干型稀释剂,喷涂作业应按技术规范要求进行操作,如图12所示。 13双组分涂料一般喷2层即可达到要求的厚度。若颜色遮盖力较差,则需喷3―4层,直到全部覆盖,如图13所示。 表面进行局部喷涂中涂底漆的情况,应在第一层面漆喷涂前,首先对局部喷涂中涂底漆的涂面先薄喷一层,减少中途底漆与旧涂面之间的色差,为以后的喷涂打下基础。 第一层喷涂时以~的喷涂压力,中等湿度薄薄地喷涂一层,检查涂面情况后以确认有无缩孔或其他缺陷后才继续施工。 第一层喷涂后,若无任何不良情况,应静置片刻才喷第二层,静置时间视环境温度来定,一般待涂面不沾尘时是喷涂第二层涂料的最佳时机,具体掌握尺度可用手指轻轻抚摸用胶带封闭部分的漆膜,若湿漆膜已不沾手即可喷涂第二层,如图14所示。一般第二层喷涂后喷涂工作即结束,此层喷涂要求涂面光滑、光亮,无流痕、橘皮。因此在配制涂料时,黏度应比第一层涂料略微降低,喷枪移动速度也略慢,喷涂压力可适应提高~,使漆粒雾化得更细,以得到满意的光滑涂面。 14中涂层的喷涂是非常仔细的操作,操作时要控制好喷枪的使用,如果没有经验的操作人员可以先进行试喷枪。待调整好各种参数(黏度、气压等)以后。然后进行实际操作,如图15所示。 15中涂层喷涂可以采用重力式喷枪,这样能够更好地控制喷涂的各样参数,如图16所示。重力式喷枪的特性是可以使用低气压,高流量,对一些表面的小缺陷可以起到填充的覆盖作用。 16车门的下沿是特别要注意的地方,困车门的下沿有肋等不平的表面,操作时行别要注意产生流褂、发花等缺陷,如图17所示。 17涂层干燥后,中涂层还需要进行打磨,可用400号砂纸打磨。清洁除尘后就可以进行面涂层的喷涂,如图18所示。面涂层喷涂的次数可根据涂层覆盖的情况决定,直到完全覆盖为止。面涂层的喷涂是涂装作业的最后一道工序,因此各修理厂都非常重视,常采用专人作业的方式,如图19所示。喷涂作业中产生的问题也较多,如果对喷涂工具、操作技术参数(空气压力、涂料黏度、颜色等)没掌握准确,应试喷小样,取得技术参数后,再进行大面积涂装作业。 18车门的喷涂要控制好与原车车身的颜色,如图20所示,涂层干燥后不得产生色差。先喷试样板调整色差,确定颜色后才能在车身上进行大面积喷涂操作。 车身面涂层烘烤完冷却后。进行检查,如果需要可使用P1500~P2000砂纸,采用湿打磨,如果使用干磨,可以采用P1000~P1200号砂纸用干磨机进行;然后就可以进行抛光工序。 涂装完工后应交检验员、主修人员进一步检查,检查内容主要是新修补的涂层与原来的涂层是否存色差。修补平面是否平整,无明显颗粒、流褂,涂层表面是否丰满,是否有飞漆沾在其他构件表面上等,如图21所示,没有任何缺陷后就可以交客户验收。
汽车涂装技术及工艺【摘 要】当今社会汽车工业高速发展,汽车涂装作为汽车生产与维修工艺中重要的一个环节,也在各方面快速发展。但在重视可持续发展的今天,节能环保成为涂装工艺中一项重要指标。本文介绍了当前汽车涂装的操作工艺和一些新技术,以及涂装作用和汽车涂装的材料进行了分析。在汽车产业高速发展的21世纪里.,汽车维修行业更是备受关注。近年来,我国汽车维修企业在轿车钣金修复和整形过程中运用的技术、工艺、材料和设备都较以前有了很大进步,但在基础涂装工艺方面却还显得有些滞后。特别是在防锈措施上方法不是很多,许多只依赖于刷涂防锈漆。这样往往导致在焊接处及修复结合面等部位过早锈蚀,从而降低汽车局部车身的使用寿命,甚至还会影响到整车的安全性。作为一名从事与汽车涂装相关的人来说,他对汽车涂装有着自己独特的见解。从以前的纯人工作业,到现在的半机械化操作以及行业今后的发展趋势,都应有一个全面的认识。不论是从涂装的材料方面还是技术、操作工艺、以及涂装的作用等来讲,其目的均是为了使汽车的车身外表更具有艺术性、提高它的商品价值和使用时间。下面就以我个人的观点来说说汽车涂装的作用、和操作工艺以及汽车涂装的材料发展状况。21世纪被称为面向环境的新世纪,减少涂装公害、降低涂装成本、提高涂装质量一直是涂装技术发展的主题。本文阐述了有关汽车涂装技术的常识,探讨了汽车油漆标准工艺流程,并提出了汽车涂装过程中注意事项。一、汽车涂装作用(1保护作用——由于汽车特殊的使用环境:风吹日晒、雨淋石击,要求汽车有一定的防腐性能和使用寿命。(2)装饰作用——由于汽车不停地穿梭在公路、在城乡,人们希望它能给生活带来色彩斑澜,希望汽车美观舒适、色泽诱人。为此汽车涂装就要进行现代化大规模集约化生产,就需要投入大量人力物力建造并管理好现代化大规模涂装生产线(3)特殊标识——通过给车身喷涂不同的油漆颜色,人们便可轻松的辨认出不同颜色的汽车各代表着什么用途。比如:医用车是以白色为主色,加上一个红色的“十 ”字符号,而消防车则是采用全红色涂料涂装而成。(4)特殊作用——由于汽车的具体用途不同,所以在涂装时要考虑这辆车是做什么用。比如:用于运输粮油或是牛奶的必须是要无毒的;运输酸碱物时,一定要防腐蚀。二、汽车涂装工艺汽车涂装工艺,一般可分为两大部分:一是涂装前金属的表面处理,也叫喷涂前处理技术;二是涂装的施工工艺。表面处理主要包括清除车辆表面的油污、尘土、锈蚀、以及进行修补作业时旧涂料层的清除等,以改善工件的表面状态,为下一步作业打下基础。其前处理具体包括,根据各种不同车辆受损情况对车身板件表面进行机械加工和化学处理。如磷化、氧化和钝化处理。1、表面处理工艺 表面处理是防锈涂装的重要工序之一。防锈涂装质量的好坏与表面处理的方式和质量有着很大的联系。据相关资料介绍说, 涂层的使用寿命受 3个方面因素影响:(a) 表面处理 , 占 60%; (b) 涂装施工 , 占 25%; (c) 涂料本身质量 , 占 15% 。薄板冲压件的表面处理称一般用化学表面处理,工艺流程为 : 预脱脂→脱脂→热水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→中和→冷水洗→表面调整→磷化→冷水洗→热水洗→纯水洗→干燥。上述的薄板件前处理工艺过程也可根据薄板冲压件的油、锈情况作适当调整 , 或不用酸洗工序 , 或不用预脱脂工序。而脱脂和磷化是化学处理工艺中的关键工序 , 这两道工序直接影响工件化学处理的质量和防锈涂层的质量。在表面处理作业中,打磨这一项对最后的质量影响十分大。特别是早期的传统作业---人工水磨,水磨后残留在板件的水分可导致多项油漆缺陷,所以现在行业里取而代之的便是干磨作业。干磨在现在的行业中已经占据了很大的位置,因为他和传统的水磨相比有着明显的优势。比如:工作效率可以提高40%--60%左右;因为干磨不会产生废水,所以对环境的污染很明显要比水磨的轻;员工的劳动强度也减轻了许多;车辆的返修率以及涂膜的质量等均要好于水磨。比如干磨不会由于有残留在板件中的水分而导致漆膜起泡、长痱子、鱼眼、底材生锈等缺陷。干磨工艺在现有的4S店已经得到普遍的推广,所以干磨技术的推广是行业发展的必然趋势。有关工艺参数和相关辅助设备也是影响表面处理质量的不可忽视的因素。2、面漆喷涂工艺(1)整车修补涂装:整车修补涂装是汽车美容修补施工中最有代表性、最为全面的涂装工艺。它的关键是要保持有湿边,同时应尽量减少水平表面上飞漆,以防止漆雾沉积到已干的部位而造成砂状表面。在整车涂装程序中,首先喷涂车顶,然后是发动机前盖和侧面等,这样在尽量减少水平表面上飞漆的同时总能保持“湿边”,可以防止飞漆落到已干区域而产生砂状表面。如果有可能,选用下吸式喷漆室较好。这时由于有气流从车顶流向车底,雾形有所不同。(A) 车顶的喷涂。在车顶与风挡玻璃、后窗交界处采用带状涂装法进行涂装。首先从靠近漆工的车边缘的地方开始喷涂。尽可能保持枪与车顶表面在15~20cm左右等距,从左到右,再从右到左进行喷涂,喷成中等湿度(每层走枪都是从车顶的边缘开始)。由于修补施工时多采用重力式或虹吸式喷枪,受喷枪杯的影响,喷枪的俯角受到一定限制(要尽可能保持垂直,不要把喷枪拿歪)。每层扇幅重叠覆盖面为50%或65%的方法从边缘向中心喷涂,一直喷涂到可以看见明显柔和的光泽时为止。(B) 发动机前盖的喷涂。首先用粘尘抹布把表面擦拭干净(注意:不得采用气枪来消除表面,以免前盖上灰尘吹到刚刚喷过涂料的车顶上)。采用带状喷涂法喷涂风挡玻璃与前盖交界处(在前盖边缘最好不要采用带状喷涂法),扇幅重叠覆盖50%或65%。每层都从边缘到中心进行喷涂,随后中另外一边,从中心开始往边缘移动进行喷涂,每层扇幅的覆盖约10cm。(C) 后盖的喷涂。用粘尘抹布擦干净表面,要准备足够的涂料,避免喷涂中途涂料用完而造成色差。采用带状喷涂法,沿后窗玻璃的底边喷涂一遍,两层扇幅之间覆盖约。随后换到另一边,从中心开始向边缘移动进行喷涂。在整个喷涂过程中,50%或65%涂层要湿,走枪速度要快。每层扇幅的覆盖约10cm。(D)侧面的喷涂。和粘尘抹布擦拭表面,备足涂料,由于汽车侧面较长,需要采用分段喷涂法。在适合于漆工走枪的距离处采用带状喷涂法垂直向直喷涂一层,以此分隔成段。在这一段内从底部或顶部开始走两道枪,先从左到右,再从右到左,采用一道喷涂法继续喷涂下去。每一道枪之间扇幅覆盖50%,直到这一段表面全部被喷涂覆盖完毕。接着转移到下一段,也是先采用带状喷涂法垂直向下喷一枪,划出第二段。重复上述操作,喷涂第二段,如此重复直到该侧面全部喷涂完毕。(2)整板修补涂装:汽车车身的某一部分,如前盖、车门、后盖等整板大面积的涂层遭到破坏时,就要进行整板修补涂装。一般可能出现两种情况:其一是在板面上没有大的变形或裂痕,只需要对整块板面进行面漆涂装;其二就是板面被破坏,需要整修后面再安装到车身上。前者可以在车身清洗后,涂抹封闭隔离漆,再直接喷涂面漆;后者必须在车身清洗后进行除锈、防腐涂底漆、刮腻子填补凹凸不平之处,喷涂中间漆、封闭隔离漆后,才能喷面漆。整板修补与整车修补不同。整车修补时,面漆的颜色不作重点考虑,因为只要保持整车颜色的一致性,与客户指定的颜色色号相符即可。而整板修补必须考虑到这块的颜色与车身上其他部位原厂漆的色差问题,所以,在进行整板修补之前,必须将修补漆的样板与车身上其他原厂漆的部位进行严格比色,待正确无误才能正式开始涂装。三、汽车涂装材料汽车车身面漆是车辆最外层的涂层,它是车辆外观装饰及防腐的直接反映,一般都希望汽车涂层具有极好的光泽度。光泽的优劣除与汽车车身外形设计、车身加工的外表精度以外(如一般感觉圆弧面或凸出面的光泽较平面要好),还与选用的涂料与表面涂层的配套工艺有关。必须进行精心的涂装设计和具备良好的涂装环境条件,才能使表面涂层有优良的装饰性。同时,因为汽车涂装属于高级保护性涂装,所以面漆涂膜必须具有优良的耐腐蚀性、耐候性和耐崩裂性。要想得到色泽鲜艳、光亮度好、防锈能力强的油漆表面,涂料的质量是不可轻视的。在20世纪20~30年代,汽车漆料是比较单一的品种——硝基纤维素涂料。到了20世纪50年代中期,开始使用醇酸树脂涂料。20世纪60年代中期,热塑性两烯酸树脂涂料在国外开始大量进入市场,取代硝基纤维素涂料而成为汽车修补涂料的主导产品。20世纪70年代中期,一系列双组份涂料开始进入市场,如硝基纤维素丙烯酸异氰酸酯、丙烯酸异氰酸酯等。目前丙烯酸聚氨酯树脂涂料、聚酯聚氨酯涂料已在国内外作为汽车修补的主导产品。由于行业的不断发展,当今的涂料品种已是满目琳琅,今后涂料还会有什么样的发展趋势呢?近年来,水性漆的出现使的汽车涂装这个行业又有了一个新的发展方向。首先来说说什么是水性漆,它有何特点呢?水性漆是以水为分散介质,以特殊水性树脂为基料,配以高科技合成的特种助剂,采用新工艺精制而成。水性漆是涂料工业的革命性换代产品。与传统的油性漆相比,水性漆无毒、无味、不燃烧,不用稀料稀释,无需额外的劳保费用,是国际上公认的绿色环保产品。 作为涂装行业里的新型产品,那么它与油性漆比它的好处也就很明显了:1. 环保:水性漆为无公害产品,在生产过程中无废渣、废气、废水排放,不存在环境污染。在使用中无毒无味,无苯系物,重金属含量大大低于国家环保限量标准,对人体无危害,是保护生态环境的新一代绿色产品。2. 经济:水性漆涂刷面积是一般油漆的两倍以上;水性漆防锈漆可直接在锈层上涂刷(需去浮漆和油污)。3. 安全:阻燃、防爆,水性漆可在常温、常压下进行生产、运输、储存和使用。4. 快捷:水性漆漆膜干燥速度快,在常温下是普通油漆的1/5。5. 方便:水性漆直接用自来水稀释即可,施工方便、安全,施工后的工具、设备极易清洗。综上所述,未来的汽车涂装在不断地提高涂膜耐蚀性、抗石击性及装饰性同时,也一定朝着环保、节能的方向发展。因为干磨工艺的突出性能,我相信今后行业所用的干磨将会越来越普遍,利用干磨的优势带给行业的最大利益。随着汽车市场竞争的不断加剧和汽车制造、修理技术的日益更新,基础涂装工艺已经引起了汽车制造商和维修服务人员的高度重视。种类繁多、规格齐全和功能良好的涂装材料,无疑会进一步促进维修质量的提高,促进汽车使用寿命的延长
现如今,随着社会经济发展,机器人开始被广泛应用于各行各业中,替工人进行一些复杂、繁重的体力劳动,能减轻人们的工作负担。下面是由我整理的工业机器人技术论文 范文 ,希望能对大家有所帮助!工业机器人技术论文范文篇一:《浅谈工业机器人在工业生产中的应用》 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人。工业机器人是自动执行工作的机器装置,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。就工业机器人在工业生产中的应用进行探讨。 关键词:工业机器人 应用 工业 1 引言 工业机器人最早应用于汽车制造工业,常用于焊接,喷漆,上、下料和搬运。工业机器人延伸和扩大了人的手、足和大脑功能,它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作;代替人完成繁重、单调的重复劳动,提高劳动生产率,保证产品质量。工业机器人与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统,实现生产自动化。 2 工业机器人的主要运用 (1)恶劣工作环境及危险工作军事领域及核工业领域有些作业是有害于人体健康并危及生命,或不安全因素很大而不宜由人去做的作业,用工业机器人去做最合适。例如核工厂设备的检验和维修机器人,核工业上沸腾水式反应堆燃料自动交换机。 (2)特殊作业场合和极限作业火山探险、深海探密和空间探索等领域对于人类来说是力所不能及的,只有机器人才能进行作业。如航天飞机上用来回收卫星的操作臂;用于海底采矿和打捞的遥控海洋作业机器人。 (3)自动化生产领域早期的工业机器人在生产上主要用于机床上、下料,点焊和喷漆。用得最多的制造工业包括电机制造、汽车制造、塑料成形、通用机械制造和金属加工等工业。随着柔性自动化的出现,机器人在自动化生产领域扮演了更重要的角色。下面主要针对工业机器人在自动化生产领域的应用进行简单介绍。 焊接机器人 点焊机器人工业机器人首先应用于汽车的点焊作业,点焊机器人广泛应用于焊接车体薄板件。装焊一台汽车车体一般大约需要完成3000~4000个焊点,其中60%是由点焊机器人来完成的。在有些大批量汽车生产线上,服役的点焊机器人数量甚至高达150多台。 点焊机器人主要性能要求:安装面积小,工件空间大;快速完成小节距的多点定位;定位精度高(土0 .25 mm ),以确保焊接质量;持重大(490~980N ) ,以便携带内装变压器的焊钳;示教简单,节省工时。 弧焊机器人 弧焊机器人应用于焊接金属连续结合的焊缝工艺,绝大多数可以完成自动送丝、熔化电极和气体保护下进行焊接工作。弧焊机器人应用范围很广,除汽车行业外,在通用机械、金属结构等许多行业中都有应用。弧焊机器人应是包括各种焊接附属装置在内的焊接系统,而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机。如图1所示为弧焊机器人的基本组成。适合机器人应用的弧焊 方法 主要有惰性握体保护焊、混合所体保护焊、埋弧焊和等离子弧焊接。 1-机器人控制柜2-焊接电源3-气瓶4-气体流量计5-气路6-焊丝轮7-柔性导管8-弧焊机器人9-送丝机器人10-焊枪11-工件电缆12-焊接电缆13-控制电缆 图1 弧焊机器人系统的基本组成 弧焊机器人的主要性能要求:在弧焊作业中,要求焊枪跟踪工件的焊道运动,并不断填充金属形成焊道。因此,运动过程中速度的稳定性和轨迹是两项重要指标,一般情况下,焊接速度约取5~50 mm/s ,轨迹精度约为.2 ~ ) mm;由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定影响,因此希望在跟踪焊道的同时,焊枪姿态的可调范围尽量大。此外,还有一些其他性能要求,这些要求包括:设定焊接条件(电流、电压、速度等)、抖动功能、坡口填充功能、焊接异常检测功能(断弧、工件熔化)及焊接传感器(起始焊点检测,焊道跟踪)的接口功能。 喷漆机器人 喷漆机器人广泛应用于汽车车体、家电产品和各种塑料制品的喷漆作业。喷漆机器人在使用环境和动作要求上有如下特点: (1)工作环境空气中含有易爆的喷漆剂蒸气; (2)沿轨迹高速运动,途经各点均为作业点; (3)多数被喷漆部件都搭载在传送带上,边移动边喷漆。如图2所示为关节式喷漆机器人。 搬运机器人 随着计算机集成制造技术、物流技术、自动仓储技术的发展,搬运机器人在现代制造业中的应用也越来越广泛。机器人可用于零件的加工过程中,物料、工辅量具的装卸和储运,可用来将零件从一个输送装置送到另一个输送装置,或从一台机床上将加工完的零件取下再安装到另一台机床上去。 装配机器人 装配在现代工业生产中占有十分重要的地位。有关资料统计表明,装配劳动量占产品生产劳动量的50%~60%,在有些场合,这一比例甚至更高。例如,在电子器件厂的芯片装配、电路板的生产中,装配劳动量占产品生产劳动量的70 %~80%。因此,用机器人来实现自动化装配作业是十分重要的。 机器人柔性装配系统 机器人正式进入装配作业领域是在“机器人普及元年”的1980年前后,引人装配作业的机器人在早期主要用来代替装配线上手工作业的工序,随后很快出现了以机器人为主体的装配线。装配机器人的应用极大地推动了装配生产自动化的进展。装配机器人建立的柔性自动装配系统能自动装配中小型、中等复杂程度的产品,如电机、水泵齿轮箱等,特别适应于中小批量生产的装配,可实现自动装卸、传送、检测、装配、监控、判断、决策等机能。 机器人柔性装配系统通常以机器人为中心,并有诸多周边设备,如零件供给装置、工件输送装置、夹具、涂抹器等与之配合,此外还常备有可换手等。但是如果零件的种类过多,整个系统将过于庞大,效率降低,这是不可取的。在机器人柔性装配系统中,机器人的数量可根据产量选定,而零件供给装置等周边设备则视零件和作业的种类而定。因此,和装配线比较,产量越少,机器人柔性装配系统的投资越大。 3 结束语 工业机器人是以机械、电子、电子计算机和自动控制等学科领域的技术为基础,融合而成的一种系统技术;也可说是一门知识、技术密集的,多学科交叉的综合化的高新技术。随着这些相关学科技术的进步和发展,工业机器人技术也一定会到迅速发展和提高。 工业机器人技术论文范文篇二:《探讨工业机器人的发展趋势》 摘 要 随着社会经济发展,机器人开始被广泛应用于各行各业中,替工人进行一些复杂、繁重的体力劳动。目前,机器人是一种制造业与自动化设备中的典型代表,这将会是人造机器的“终极”版。它的应用已经涉及信息化、自动化、智能化、传感器与知识化等多个学科和领域,这是目前,是我国乃至世界高新技术成果的最佳集成,因此,它的发展是与许多学科的发展有着密切的联系。以现在的发展趋势来看,工业机器人的应用范围越来越广泛,同时在技术操作中,他也变得越来越标准化、规范化,提高工业机器人的安全性。另一方面,工业机器人发展越来越微型化、智能化,在人类生活中应用越来越广泛。 关键词 工业机器人 智能化 应用领域 安全性 随着社会复杂的需求,工业机器人在应用领域中越来越广泛。一方面,工业机器人被广泛应用于工业生产中,代替工人危险、复杂、单调的长时间的作业,例如在机械加工、压力铸造、塑料制品成形及金属制品业等各种工序上,同时还应用于原子能工业等高危险的部门,这已经在发达国家中应用比较广泛。另一方面,工业机器人在其他的领域应用也比较多,随着科学技术的飞速发展,提高了工业机器人的使用性能和安全性能,其应用的范围越来越广泛,应用的范围已经突破了工业,尤其在医疗业中应用比较好。 一、工业机器人的发展历程 第一代机器人,一般指工业上大量使用的可编程机器人及遥控操作机。可编程机器人可根据操作人员所编程序完成一些简单重复性作业。遥控操作机制每一步动作都要靠操作人员发出。1982年,美国通用汽车公司在装配线上为机器人装备了视觉系统,从而宣告了第二代机器人―感知机器人的问世。这代机器人,带有外部传感器,可进行离线编程。能在传感系统支持下,具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能。第三代机器人为自治机器人,正在各国研制和发展。它不但具有感知功能,还具有一定决策和规划能力。能根据人的命令或按照所处环境自行做出决策规划动作即按任务编程。 我国机器人研究工作起步较晚,从“七五”开始国家投入资金,对工业机器及其零部件进行攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发和研制。1986 年国家高技术研究发展计划开始实施,智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿,经过几年的研究,取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特种机器人。 我国工业机器人起步于70年代初期,经过30多年的发展,大致经历了3个阶段:70年代的萌芽期,80年代的开发期和90年代的适用化期。 上世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑:人类登上了月球,实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮,尤其在日本发展更为迅猛,它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下,我国于1972年开始研制自己的工业机器人。 进入80年代后,在高技术浪潮的冲击下,随着改革开放的不断深入,我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间,国家投入资金,对工业机器人及其零部件进行攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发,研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施,智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿,经过几年的研究,取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特种机器人。 从90年代初期起,中国的国民经济进入实现两个根本转变时期,掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮,我国的工业机器人又在实践中迈进一大步,先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人,并实施了一批机器人应用工程,形成了一批机器人产业化基地,为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。 我国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支持已经取得了较大进展,工业机器人市场也已经成熟,应用上已经遍及各行各业。 我国未来工业机器人技术发展的重点有:第一,危险、恶劣环境作业机器人:主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二,医用机器人:主要有脑外科手术辅助机器人,遥控操作辅助正骨等;第三,仿生机器人:主要有移动机器人,网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 二、工业机器人的发展趋势 机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表,是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域,是多种高新技术发展成果的综合集成,因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有:一是工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降。二是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;有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。三是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,控制柜日渐小巧,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。四是机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。五是机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新型装置已成为国际研究的 热点 之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域。 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、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧,控制系统愈来愈小,其智能也越来越高,并正朝着一体化方向发展。 三、我国工业机器人发展面临的挑战与前景 我国工业底子薄,工业机器人发展一直处于一个初步发展阶段,虽然我国从上个世纪70年代开始研发工业机器人,但是技术力量不足与西方国家的技术封锁,对此,在发展过程中,存在着比较多的问题。细分起来,有如下几点: 首先,我国基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了一定的基础,但是无论从质量、产品系列全面,还是批量化供给方面都与国外存在较大的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显,因此造成关键零部件的进口,影响了我国机器人的价格竞争力。 第二,我国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有一批企业从事机器人的开发,但是都没有形成较大的规模,缺乏市场的品牌认知度,在机器人市场方面一直面临国外机器人品牌的打压。国外机器人作为成熟的产业采用整机降价,吸引国内企业购买,而在后续的维护备件费用很高的策略,逐步占领中国市场。 第三,认识不到位,在鼓励工业机器人产品方面的政策少。工业机器人的制造及应用水平,代表了一个国家的制造业水平,我们必须从国家高度认识发展中国工业机器人产业的重要性,这是我国从制造大国向制造强国转变的重要手段和途径。□ 参考文献: [1]任俊.面向熔射快速制模的机器人辅助曲面自动抛光系统的研究.华中科技大学,2006年. [2]钟新华,蔡自兴,邹小兵.移动机器人运动控制系统设计及控制算法研究.华中科技大学学报(自然科学版),2004年S1期. [3]张中英.基于遗传算法的机器人神经网络控制系统.太原理工大学,2005年. [4]李磊,叶涛,谭民,陈细军.移动机器人技术研究现状与未来.机器人,2002年05期. [5]杜玉红,李修仁.生产线组装单元气动搬运机械手的设计.液压与气动,2006年05期. [6]徐晓峰.基于串行通信技术的机器人实时控制研究.南京林业大学,2005年. 工业机器人技术论文范文篇三:《试论工业机器人机电一体化》 1机电一体化技术的应用现状 工业机器人。 工业机器人的出现在一定程度上可替代人的劳动,对于高辐射、高噪声污染、高浓度有害气体的工作场合来说,工业机器人是一个理想的选择。工业机器人的发展经历了三个阶段,第一代工业机器人智能化程度较低,只能通过预设的程序进行简单的重复动作,无法应对多变的工作环境和工作岗位。随着科技的发展,在第一代机器人的基础上通过各种传感器的应用使其可通过对环境信息的获取、分析、处理并反馈给动作单元,从而进行一些适应性的工作,这种机器人虽然智能化程度较低,但已经在一些特定的领域得以成功应用。在机电一体化技术相对成熟的今天,第三代机器人的智能化水平已经得到了较大的提升,其可以通过强大的传感原件收集信息数据,并根据实际情况作出类似于人脑的判断,因此可以在多种环境下进行独立作业,但成本较高,在一定程度上限制了实际应用。 分布式控制系统。 分布式控制系统是相对于集中式控制系统而言的,是通过一台中央计算机对负责现场测控的多台计算机进行控制和指挥,由于其强大的功能和安全性,使其成为当前大型机电一体化系统的主流技术。根据实际情况分布式控制系统的层级可分为两级、三级或更多级,通过中央计算机完成对现场生产过程的实时监控、管理和操作控制等,同时,随着测控技术的不断发展与创新,分布式控制系统还可以对生产过程实现实时调度、在线最优化、生产计划统计管理等功能,成为一种集测、控、管于一体的综合系统,具有功能丰富、可靠性高、操作方便、低故障率、便于维护和可扩展等优点,因此使系统的可靠性大幅提高。 2机电一体化技术的发展趋势 人工智能化。 人工智能就是使工业机器人或数控机床模拟人脑的智力,使其在生产过程中具备一定的推理判断、 逻辑思维 和自主决策的能力,可大幅提升工业生产过程的自动化程度,甚至实现真正的无人值守,对于降低人力成本,提高加工精度和工作效率具有十分重要的意义。目前,人工智能已经不只是停留在概念上,因此可预见机电一体化技术将向着人工智能化的方向发展。虽然以当前的科学技术水平不可能使机器人或数控机床完全具备人类的思维模式和智力特点,但在工业生产中,使这些机电一体化设备具备部分人类的职能是完全可以通过先进的技术达到的。 网络化。 网络技术 的发展给机电一体化设备远程监视和远程控制提供了便利条件,因此,将网络技术与机电一体化技术结合起来将是机电一体化技术发展的重点。在生产过程中,操作人员需要在车间内来回走动,对设备的状态进行掌握,并对机床的操作面板进行操作,通过在机电一体化设备与控制终端之间建立通信协议,并通过光纤等介质实现信息数据的传递,即可实现远程监视和操作,降低工人的劳动量,并且各种控制系统功能的实现,理论上来说都是建立在网络技术基础上的。 环保化。 在人类社会发展的最近几十年里,虽然经济得到了迅猛的发展,人们生活水平得到了显著的提高,然而以牺牲资源和环境为代价的发展模式使得人类赖以生存的环境遭到严重的污染,因此,在可持续发展战略提出的今天,发展任何技术都应当以对环境友好作为前提,否则就是没有前途的,故环保化是机电一体化技术发展的必然趋势。在机电一体化应用过程中,通过对资源的高效利用,并在制造过程中做到达标排放甚至零排放,产品在使用过程中对生态环境不造成影响,即便报废后也可对其进行有效回收利用,这就是机电一体化技术环保化的具体表现形式,符合可持续发展的要求。 模块化。 由于机电一体化装置的制造商较多,为降低系统升级改造的成本,并为维修提供便利,模块化将是一个非常有前途的研究方向。通过对功能单元进行模块化改造,可在需要增加或改变功能时直接将对应的功能模块进行组装或更换,即便出现故障,只需将损害的模块进行更换即可,工作效率极高,通用性的增强为企业节约了大量的成本。 自带能源化。 机电一体化对电力的要求较高,如果没有充足的电能供应就会影响生产效率,甚至由于停电造成数据的丢失等,因此通过设备自带动力能源系统可始终保持充足的电力供应,使系统运行更流畅。 3结语 综上所述,机电一体化技术的应用可使产品的生产效率和精度大幅提高,在当前工业生产中具有较大的技术优势,相信随着科技的发展,机电一体化技术水平也会不断提高,为工业生产做出更大贡献。 猜你喜欢: 1. 初三机器人科学论文2000字 2. 工业智能技术论文 3. 传感器技术论文范文 4. 机器人科技论文3000字 5. 初三智能机器人科技论文2000字 6. 人工智能机器人的相关论文
机器人控制技术论文篇二 智能控制在机器人技术中的应用 摘要:机器人的智能从无到有、从低级到高级,随着科学技术的进步而不断深人发展。计算机技术、 网络技术 、人工智能、新材料和MEMS技术的发展,智能化、网络化、微型化发展趋势凸显出来。本文主要探讨智能控制在机器人技术中的应用。 关键词:智能控制 机器人 技术 1、引言 工业机器人是一个复杂的非线性、强耦合、多变量的动态系统,运行时常具有不确定性,而用现有的机器人动力学模型的先验知识常常难以建立其精确的数学模型,即使建立某种模型,也很复杂、计算量大,不能满足机器人实时控制的要求。智能控制的出现为解决机器人控制中存在的一些问题提供了新的途径。由于智能控制具有整体优化,不依赖对象模型,自学习和自适应等特性,用它解决机器人等复杂控制问题,可以取得良好效果。 2、智能机器人的概述 提起智能机器人,很容易让人联想到人工智能。人工智能有生物学模拟学派、心理学派和行为主义学派三种不同的学派。在20世纪50年代中期,行为主义学派一直占统治地位。行为主义学派的学者们认为人类的大部分知识是不能用数学方法精确描述的,提出了用符号在计算机上表达知识的符号推理系统,即专家系统。专家系统用规则或语义网来表示知识规则。但人类的某些知识并不能用显式规则来描述,因此,专家系统曾一度陷人困境。近年来神经网络技术取得一定突破,使生物模拟学派活跃起来。智能机器人是人工智能研究的载体,但两者之间存在很大的差异。例如,对于智能装配机器人而言,要求它通过视觉系统获取图纸上的装配信息,通过分析,发现并找到所需工件,按正确的装配顺序把工件一一装配上。因此,智能机器人需要具备知识的表达与获取技术,要为装配做出规划。同时,在发现和寻找工件时需要利用模式识别技术,找到图样上的工件。装配是一个复杂的工艺,它可能要采用力与位置的混合控制技术,还可能为机器人的本体装上柔性手腕,才能完成任务,这又是机构学问题。智能机器人涉及的面广,技术要求高,是高新技术的综合体。那么,到底什么是智能机器人呢?到目前为止,国际上对智能机器人仍没有统一的定义。一般认为,智能机器人是具有感知、思维和动作的机器。所谓感知,即指发现、认识和描述外部环境和自身状态的能力。如装配作业,它要能找到和识别所要的工件,需要利用视觉传感器来感知工件。同时,为了接近工件,智能机器人需要在非结构化的环境中,认识瘴碍物并实现避障移动。这些都依赖于智能机器人的感觉系统,即各种各样的传感器。所谓思维,是指机器人自身具有解决问题的能力。比如,装配机器人可以根据设计要求,为一个复杂机器找到零件的装配办法及顺序,指挥执行机构,即动作部分去装配完成这个机器,动作是指机器人具有可以完成作业的机构和驱动装置。因此,智能机器人是一个复杂的软件、硬件的综合体。虽然对智能机器人没有统一的定义,但通过对具体智能机器人的考察,还是有一个感性认识的。 3、智能机器人的体系结构 智能机器人的体系结构主要包括硬件系统和软件系统两 个方面。由于智能机器人的使用目的不同,硬件系统的构成也不尽相同。结构是以人为原型设计的。系统主要包括视觉系统、行走机构、机械手、控制系统和人机接口。如图1所示: 视觉系统 智能机器人利用人工视觉系统来模拟人的眼睛。视觉系统可分为图像获取、图像处理、图像理解3个部分。视觉传感器是将景物的光信号转换成电信号的器件。早期智能机器人使用光导摄像机作为机器人的视觉传感器。近年来,固态视觉传感器,如电荷耦合器件CCD、金属氧化物半导体CMOS器件。同电视摄像机相比,固体视觉传感器体积小、质量轻,因此得到广泛的应用。视觉传感器得到的电信号经过A/D转换成数字信号,即数字图像。单个视觉传感器只能获取平面图像,无法获取深度或距离信息。目前正在研究用双目立体视觉或距离传感.器来获取三维立体视觉信息。但至今还没有一种简单实用的装置。数字图像经过处理,提取特征,然后由图像理解部分识别外界的景物。 行走机构 智能机器人的行走机构有轮式、履带式或爬行式以及类人型的两足式。目前大多数智能机器人.采用轮式、履带式或爬行式行走机构,实现起来简单方便。1987年开始出现两足机器人,随后相继研制了四足、六足机器人。让机器人像人类一样行走,是科学家一直追求的梦想。 机械手 智能机器人可以借用工业机器人的机械手结构。但手的自由度需要增加,而且还要配备触觉、压觉、力觉和滑觉等传感器以便产生柔软、.灵活、可靠的动作,完成复杂作业。 控制系统 智能机器人多传感器信息的融合、运动规划、环境建模、智能推理等需要大量的内存和高速、实时处理能力。现在的冯?诺曼结构作为智能机器人的控制器仍然力不从心。随着光子计算机和并行处理结构的出现,智能机器人的处理能力会更高。机器人会出现更高的钾能。 人机接口 智能机器人的人机接口包括机器人会说、会听以及网络接日、话筒、扬声器、语音合成和识别系统,使机器人能够听懂人类的指令,能与人以自然语言进行交流。机器人还需要具有网络接n,人可以通过网络和通讯技术对机器.人进行控制和操作。 随着智能机器人研究的不断深入、越来越多的各种各样的传感器被使用,信息融合、规划,问题求解,运动学与动力学计算等单元技术不断提高,使智能机器人整体智能能力不断增强,同时也使其系统结构变得复杂。智能机器人是一个多CPU的复杂系统,它必然是分成若干模块或分层递阶结构。在这个结构中,功能如何分解、时间关系如何确定、空间资源如何分配等问题,都是直接影响整个系统智能能力的关键问题。同时为了保证智能系统的扩展,便于技术的更新,要求系统的结构具有一定开放性,从而保证智能能力不断增强,新的或更多传感器可以进入,各种算法可以组合使用口这便使体系结构本身变成了一个要研究解决的复杂问题。智能机器人的体系结构是定义一个智能机器人系统各部分之间相互关系和功能分配,确定一个智能机器人或多个智能机器人系统的信息流通关系和逻辑上的计算结构。对于一个具体的机器人而言,可以说就是这个机器人信息处理和控制系统的总体结构,它不包括这个机器人的机械结构内容。事实上,任何一个机器人都有自己的体系结构。目前,大多数工业机器人的控制系统为两层结构,上层负责运动学计算和人机交互,下层负责对各个关节进行伺服控制。 参考文献: [1]左敏,曾广平. 基于平行进化的机器人智能控制研究[J]. 计算机仿真,2011,08:15-16. [2]陈赜,司匡书. 全自主类人机器人的智能控制系统设计[J]. 伺服控制,2009,02:76-78. [3]康雅微. 移动机器人马达的智能控制[J]. 装备制造技术,:102-103. 看了“机器人控制技术论文”的人还看: 1. 搬运机器人技术论文 2. 机电控制技术论文 3. 关于机器人的科技论文 4. 工业机器人技术论文范文(2) 5. 机器人科技论文
随着科技的进步,智能机器人的性能不断地完善,因此也被越来越多的应用于军事、排险、农业、救援、海洋开发等方面。这是我为大家整理的关于机器人的科技论文,供大家参考!机器人的科技论文篇一:《浅谈智能移动机器人》 摘要:随着科技的进步,智能机器人性能不断地完善,移动机器人的应用范围也越来越广,广泛应用于军事、排险、农业、救援、海洋开发等。介绍了常见智能移动机器人的基本系统组成及其相关的一些技术,提出一种能够应用于智能移动机器人的越障机构,并简单阐述了其工作原理。在对智能机器人有一定了解的基础上,论述了智能移动机器人的研究现状及其发展动向。 关键词:智能移动机器人越障避障伸展收缩 1 引言 上世纪60年代智能机器人的出现开辟了智能生产自动化的新时代。在工业机器人问世50多年后的今天,机器人已被人们看作是不可缺少的一种生产工具。由于传感器、控制、驱动及材料等领域的技术进步开辟了机器人应用的新领域。智能移动机器人是机器人学中的一个重要分支。 2 智能移动机器人的基本系统组成及其相关技术 由于智能移动机器人在危险与恶劣环境以及民用等各方面具有广阔的应用前景,使得世界各国非常关注它的发展。其共同的五大系统组成要素为:(1)机械机构单元是智能移动机器人的骨架,机器人所有的模块都依靠其支撑,机械机构单元的结构,性能,强度直接影响着整个机器人的稳定性。随着科技发展和新型材料的研制开发,使得智能机器人产品的结构性能有了很大提高,机械机构的各项工艺性及尺寸设计都向着更加合理高效,更加轻便美观,更加环保节能,更加安全可靠等方向发展。(2)动力与驱动单元为智能移动机器人提供动力来源。(3)环境感知单元相当于智能移动机器人的五官,机器人通过感知单元对周围的环境进行感知识别及各种参数的收集,然后通过转换成控制模块可以识别的光电信号,输入到控制单元进行数据处理。(4)执行机构单元为智能移动机器人执行部分,能根据控制中心的命令执行命令,完成任务。不同的机器人有着不同的执行机构,执行机构的设计影响着对要执行动作的效率,精度,稳定性,可靠性等。(5)信息处理与控制单元作为整个机械系统的核心部分,它如人的大脑一样,调控着整个系统,一切的活动都由它指挥。将来自传感器部分采集到的信息进行集中汇总,存储,对所有信息分析,规划决策,输出命令。使机器人有目的的运行。 智能移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合机电系统。它是传感器技术,控制技术,移动技术,信息处理、人工智能、电子工程、计算机工程等多学科的重要研究成果,从某种意义上讲是机器发展进化过程中的产物,是目前科学技术发展最活跃的领域之一。 3 一种越障机器人 我们设计的移动机器人(图1)有很好的机动性能,前导轮、前轮和后轮可以实现独立升降运动。前导轮(如图1)由通过曲柄圆盘的转动角度控制摇杆的摆动角度,带动相关的平面连杆机构运动,从而实现前导向轮的伸展和收缩实现攀越。机器人两侧的侧边驱动机构为平面连杆-滑块越障机构,前后轮(如图1)分别通过导杆在槽中的移动,带动平面连杆机构的运动,实现前后轮的伸展和收缩,实现越障功能。本机器人通过尺寸的设计可以实现较大的越障高度,通过合理的控制轮摆动的角度还能实现多种类型障碍物的攀越。 4 智能移动机器人的应用概况 随着科技的进步,机器人的功能不断完善,智能移动机器人的应用范围也大大拓宽,不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用,而且在排险、海洋开发和宇宙探测领域等有害与危险场合(如辐射、灾区、有毒等)得到很好的应用。 陆地智能移动机器人 20世纪60年代后期,苏美为了完成对宇宙空间的占领,完成月球探测计划,各自研制开发并应用了移动机器人,通过移动机器人实现对外星土壤的样本采集和土壤分析等各种任务。陆地智能移动机器人的出现是为了帮助人类完成无法完成的任务。陆地移动机器人也广泛应用于军事,可以完成排除爆炸物,扫雷,侦查,清除障碍物等等,近年来智能移动机器人也开始渐渐融入人们的日常生活。 水下智能移动机器人 近年来,人们对资源的渴求加大,开始对原子能和海洋资源的开发,加之水下环境十分复杂(能见度差,定位困难,流体变化等),水下智能移动机器人在海底资源探测上的优势使之受到关注。近年德国基尔大学的科学家研制出新型深水机器人“ROV Kiel 6000”,这架深水机器人能够下探到6000米深的海底,寻找神秘的深水生物和“白色黄金”可燃冰。 仿生智能移动机器人 近年来,全球许多机器人研究机构越来越多的关注仿生学与机构的研究工作.在某些情况下仿生机器人尤其独特优势,例如,蛇形机器人重心低,能够模仿蛇的动作,穿梭在能够穿梭在受灾现场和其他复杂的地形中能够帮助人类完成各种任务。除此之外还有仿生宠物狗、仿生鱼、仿生昆虫等。 5 智能移动机器人的发展方向及前景 影响移动机器人发展的因素主要有:导航与定位技术,多传感器信息的融合技术,多机器人协调与控制技术等因而移动机器人技术发展趋势主要包括: (1)高智能情感机器人。随着科学技术的发展,人们对人机交互的技术的要求越来越高,具有人类智能的情感移动机器人是移动机器人未来发展趋势。目前的移动机器人只能说是具有部分的智能,人们渴望能够出现安全可靠的能够沟通交流的高智能的机器人。虽然现在要实现高智能情感机器人还非常的困难,但是终有一天,随着科学技术的突破,它将成为现实。 (2)高适应性多功能化的机器人。机器人的出现是为人类服务的,自然界中还有好多未知的世界等着我们开拓,各种危险的复杂多变的环境,人类无法涉足,因此人们也迫切希望有能够代替人类的机器人出现,高适应性多功能化的机器人也必将是机器人的发展方向之一。 (3)通用服务型的机器人。随着科学技术的发展,机器人也是应该越来越容易融入人们日常生活中的,在日常生活中为人们服务。例如在家庭中,机器人可以帮助人们做各种家务,和人们生活关系密切。 (4)特种智能移动机器人。根据不同应用领域,不同的目的,设计各种各样特种智能移动机器人是未来发展方向,如纳米机器人,宇宙探索机器人,深海探索机器人,娱乐机器人等等。 6 结束语 总之,智能移动机器人涉及到传感器技术,控制技术,移动技术,信息处理、人工智能、控制工程等多学科技术。未来智能移动机器人走向生活,安全可靠,操作简单是其趋势。尽管智能移动机器人以惊人的速度在发展着,但是实现高适应性,智能化,情感化,多功能化的移动机器人还有很长的路要走。 参考文献: [1]谢进,万朝燕,杜立杰.机械原理(第2版)[M].北京:高等 教育 出版社,2010. [2]陈国华.机械机构及应用[M].北京:机械工业出版社,2008. [3]徐国保,尹怡欣,周美娟.智能移动机器人技术现状及展望[J].机器人技术与应用,2007(2). [4]肖世德,唐猛,孟祥印,等.机电一体化系统监测与控制[M].四川:西南交通大学出版社,2011. 机器人的科技论文篇二:《浅谈机器人设计 方法 》 摘要:机器人是人类完成智能化中非常重要的工具,随着时代的发展,机器人已经在世界有了一定的发展,甚至很多国家机器人已经运用到实际的生活中去。而机器人的设计方法无疑是很多人非常感兴趣的问题,因此本文针对机器人的设计方法进行了详细的探索。 关键词机器人;设计;方法 1.前言 纵观人类的发展史,工具的进步才能带动人类的文明,如今设计朝着智能化的方向在发展,机器人就是人类在发展智能化过程洪重要的产物,因此机器人常用的设计方法是设计师们必备的工具。 2.控制系统的硬件设计 在现代科学技术不断发展的背景之下,工业现场所涉及到的重体力劳动量不断提升。当中部分劳动任务的实现单单依靠人力是很难实现的。而为了良好的完成工业现场的相关生产作业任务。就需要通过对机器人装置的研究与应用来实现机器人控制系统的硬件部分主要由5个模块组成:控制模块、循迹模块、避障模块、电机驱动模块、电源模块。 (1)控制系统模块。ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器,运算速度快,具有多路PWM输出,可将测速、避障等电路产生的输入信号进行处理,并输出控制信号给驱动放大电路,从而控制电机转速,此方式产生的PWM信号比用定时器中断产生的PWM信号实时性更好,而且不会占用系统的定时器资源。 (2)循迹模块。循迹是指小车在比赛场地上循白色引导线线行走,循迹模块的原理图如图2所示。循迹模块采用灰度传感器,发射管为普通LED灯,接收管为光敏三极管3DU33。工作原理为:不同颜色的物体对LED发射光反射不同的亮度,光敏三极管3DU33接收这些不同亮度的光线,就会呈现不同的电压Vx。Vx输入到比较器LM339的同相端,并与电位器设定的电压V0相比较,当Vx>V0时,比较器输出高电平,当Vx循迹机器人前后两端均是由7个灰度传感器组成的循迹模块。其中,中间三个灰度传感器起巡线的作用,两端的灰度传感器起探测弯道作用,剩下两个灰度传感器交替进行巡线和探测弯道。实验证明,这样的灰度传感器的布置图,机器人循迹的效果好,且“性价比”非常高。 (3)避障模块。避障模块主要使用的是红外发射接收传感器,当红外感应避障模块靠近物体时,输出低电平信号;当没有感应到物体时,输出高电平信号。将该信号线接入到单片机的控制端口,控制程序就能起到探测障碍物的作用,当在机器人行进的路径上就可以发现有障碍物并及时避开绕行。 (4)驱动模块。循迹避障机器人要求行走灵活、反应快速,因此要求驱动电机具有“转速快、制动及时”等特点。我们设计制作的循迹避障机器人采用中鸣公司的JMP-BE-3508I驱动板模块,其输入电压为11V到24V,最大输出电流为20A,满足快速前进、制动、转弯的要求。并且电机速度达到500rpm,堵转力矩为,具有很强的刹车功能。利用单片机的四路PWM输出信号,分别控制四个轮子的转速。并采用“四轮驱动”、“差速转弯”的方式实现机器人的前进、后退与转弯。 (5)电源模块。循迹机器人的电源模块主要实现以下三大功能:①稳定输出5V工作电压。故我们设计制作的电源模块以7805芯片为核心,把输入电压截止到5V。②提供足够的电流。7805芯片最大输出电流为,而循迹机器人需要较大电流,所以我们使用了两片7805芯片分别对控制系统和外部设备进行供电。③滤波。在7805芯片的输入、输出端分别并联104贴片电容和10μF的电解电容,过滤高频、低频信号。 3.软硬件模块开发流程和界面程序 (1)图像处理模块:照相机实时捕捉图像,处理转化后和初始图像进行处理比较,找出图像中差异的位置通过TCP传输。 (2)TCP通信模块:视觉系统通过以太网连接贝加莱控制器,控制器可以作客户机或服务器实时传输数据,:定义结构体用于视觉系统传输位姿给机器人和机器人实时反馈位姿和信号状态数据给视觉系统。 (3)位置转换模块:把视觉系统的位姿转换为机器人的位姿传输给机器人,控制机器人运行。 (4)轨迹规划模块:进行运动轨迹规划和速度规划,根据机器人当前的位置和目标位置,选择最优的运动轨迹(直线、圆弧、不规则曲线等运动轨迹),然后对轨迹、速度进行插补,插补值调用机器人运动学算法计算轨迹的可靠性,再把实时插补的位置、速度传送给运动控制模块。 (5)运动控制模块:根据实时插补的值结合加速度、加加速度等控制参数给驱动器。 (6)伺服模块:根据控制器所发送数据,结合各伺服控制参数,驱动电机以最快响应和速度运行到各个位置。 4.机器人精度标定和视觉软件处理 精度标定 精度的标定包括机器人精度标定 和机器人相对于视觉照相机位置标定 。机器人运动前,需要用激光跟踪仪标定准确各轴杆长、零点、减速比、耦合比等机械参数,给运动学、控制器系统,机器人才能按理论轨迹运行准确。行到指定点。 通过三点法、六点法标定机器人相对于视觉照相机的X、Y、Z方向距离给位置转化模块,确定机器人坐标系相对于照相机坐标系的转化关系。 视觉处理软件 包括固定视觉系统标定模块和移动视觉系统标定模块 。视觉系统安装在固定位置相当于给机器人建立照相机一个用户坐标系,此模块用于运算机器人和固定视觉系统之间位姿转换关系。视觉系统安装在机器人末端法兰位姿相当于给机器人建立照相机一个工具坐标系,随着机器人运动而实时改变位置,此模块用于运算机器人和动态视觉系统之间位姿转换关系。 实时处理传输机器人、视觉系统和以太网的运行通信状态以及出错状态处理。 人机界面设计及实现 当机器人出现故障,不能自动移动位置时,比如碰到硬件限位或出现碰撞现象时,此时可以进入手动页面,选择机器人操作,移动机器人到指定位置。对于新建码垛工艺线,需要配置系统参数、位置信息、以及产品参数,等必要的信息。码垛数据编辑与创建的功能,产品覆盖了袋子、箱子,以及可变数量抓取的功能。可以添加产品数量,改变产品方向,单步数量修改,产品位置移动以及旋转等设置。本页面中,示例生成了每层五包的袋装产品,编号从1到5,可以通过调整编号的顺序,达到改变产品的实际码垛顺序。 5.结束语 总之,在进行机器人的设计过程中,要根据设计的用途进行针对性的设计,对于设计过程中出现的问题要及时的采用上述的思维方法进行解决,随着机器智能化的推广,无疑机器人的设计在未来会有更广阔的天空。 参考文献: [1]张海平,陈彦. Wincc在打包机人机界面中的设计与应用[J].HMI与工业软件,2012(3):70-72. [2]朱华栋,孔亚广.嵌入式人机界面的设计[J].中国水运,2008(11):125-126. [3]金长新,李伟.基于Windows CE的车载电脑系统人机界面的实现[J].微计算机信息,2005(21):132-134. 机器人的科技论文篇三:《浅谈igm焊接机器人的故障处理》 [摘 要]机器人技术综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。本文通过介绍igm焊接机器人的工作原理,以及在实际工作中机器人的常见故障现象,对故障产生的原因进行分析,并提出了相应的维修方法。 [关键词]igm焊接机器人 工作原理 故障处理 0 前言 机器人技术是综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。这门新型技术的介入,对维修技术人员提出了更高要求。如何保证焊接机器人的可靠性、稳定性,发挥机器人的最大优势,针对机器人的故障维修及设备维护保养工作就尤显重要。 1 igm焊接机器人组成及工作原理 igm焊接机器人的组成 igm焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人,它加工精细、动作灵巧、焊接精度高、焊缝成形好。在机械行业中得到了广泛的应用。 igm焊接机器人工作原理 igm焊接机器人内部轴控制原理:通过数字伺服板DSE-IBS处理当前位置的校准、位置驱动、速度驱动等信息,处理后的信息送馈到伺服驱动器,由伺服驱动器内部的脉宽调制器调制,然后放大输出推动伺服电机。伺服电机运动的同时,编码器同步运行,并把采集的位置角度信息反馈给RDW控制板,通过RDW板的增量计算、数据整定后的位置信息回馈给DSE-IBS板,做下一个周期的计算处理,此过程反复进行从而实现了实时位置的更迭过程。 2 igm焊接机器人故障诊断及分析 焊接机器人故障类型 焊接机器人故障类型可分为软件故障和硬件故障,由机器软件造成的故障,如系统停机 死机 的现象;由机器硬件造成的故障,如驱动单元、电气元件各模块的故障。就故障现象可分为人为故障和自然故障、突发故障三大类。对于维修来说,自然故障和突发故障的排除就显得困难,因为这种维修不仅仅针对故障单元本身,还要对系统进行改进,这就需要周密分析,对故障诊断进行优化和改进,避免排除过的故障重复出现,使系统进一步稳定可靠。 igm焊接机器人常见故障处理 机器人开机后示教器无报警信息,但机械手无法正常引弧。首先检查系统是否送丝送气,发现送丝系统无法手动送丝,保护气瓶有压力,但是焊枪喷嘴处无保护气。再检查机械手焊接电缆、引弧板及送丝板,都没有发现故障。这说明机械手的功能是正常的,可能是焊接回路不通畅。可以通过测量焊接回路阻抗来判断焊接回路是否正常。 回路阻抗的测试步骤: i把连接工件的地线接好,保证地线夹与工件接触部分干净良好; ii接通机器人电柜电源,将福尼斯焊机电源开关拨至“I”位置; iii在焊机二级菜单内选择“r”功能。 iv取下焊枪喷嘴,拧上导电嘴,将导电嘴贴紧工件表面。需要注意的是,测量过程中要确保导电嘴与工件接触处的洁净。测量进行时,送丝机和冷却系统不启动; v轻按焊枪开关或点动送丝键。焊接回路阻抗值测算完成。测量过程中,右显示屏显示“run”; vi焊接回路测算结束后显示屏显示测量值。测得的焊接回路阻抗是18 Ω(正常值以<20Ω为佳),说明焊接机器人的焊接回路的通畅的。再断电、通电调试,焊接机器人能正常引弧,应该是回路测试过程中通过连接接地夹、拆卸喷嘴、导电嘴等将回路未正常接触处接通了。 igm机器人在焊接过程中,引弧困难、焊接电流极不稳定,且经常断弧,反复出现“Arc fault”电弧故障。 i检查接地电缆,测量回路电阻值为Ω,正常 值以<20Ω为佳。 ii检查焊丝直径(Ф)与送丝轮的公称直径相匹配。 iii焊丝材料(G2Si)与焊接方式及焊接母材相匹配。 iv后观察焊枪喷嘴处,存在大量粉尘的切粉,手动送出的焊丝不光滑平整,有小量弯曲及伤丝情况,说明送丝不畅。 v对送丝阻力进行检测。将送丝锁紧杆、压紧杆打开,手盘焊丝盘将焊丝收回,发现阻力很大。多为送丝软管堵塞或软管与机械手夹角过大造成。 vi检查送丝轮磨损情况,V型送丝槽不易过深过宽,以正好放置一根Ф规格的焊丝为佳,间隙过大,将影响送丝的稳定性,焊接电流的稳定性。拆下送丝轮,发现送丝轮磨损严重,圆度误差较大,送丝槽过深。送丝机构一旦出现失控,就会高速送丝,焊接电源得不到正常的信号反馈(送丝速度的反馈采用光电测速),不能提供稳定的电流、电压,造成不能正常焊接。更换送丝轮、送丝软管,并进行压力调整,故障解除,焊接正常。 igm机器人回零参数自动丢失。igm机器人在下一次开机时,回零参数自动丢失,重新校零、输入参数,保存参数反复丢失。检查示教电缆、接口、程序、轴卡、RDW板指示灯全部正常,检查后备电池(缓冲电瓶,用于关机或意外掉电情况下,为系统提供短时间供电,进行信息的存储)测量电压值,一个为,一个为12 V,总电压为21 V,正常值为24V,更换一组电池后一切正常,再未出现数据丢失现象。 突发故障的分析及处理 该故障无可预见性,事发突然。实际工作中出现最多。多为受环境影响的系统故障,如焊接机器人控制部分电路板故障、稳压 电源故障 、通讯故障等,反映在机器人在工作时突然报警且无法消除报警。重新启动又恢复正常,但不久又出现报警,这类故障造成整个系统不稳定。 为了进一步判断驱动器的好坏,缩小故障范围, 对编码器进行检查,RCI系列的机器人各轴所使用的编码器是绝对编码器,它是一种电磁部件,可以传递旋转角度的信息,由两个固定绕组(sin绕组和cos绕组)及一个参考绕组组成,原理基本上同旋转变压器相似。将X12插头拔下,分别测量11-12、13-5、14-4端子阻值,结果没有一项有阻值,说明编码器出现异常。 找到12轴伺服电机,检查发现编码器插头锁紧并帽已退出,插头连接松动。将插头重新安插,锁紧到位,再次测量11-12端子阻值为94Ω,13-5端子阻值为65Ω,14-4端子阻值为65Ω,9-10端子阻值为600Ω,说明各绕组正常。上电后,驱动可正常打开,故障解除。 3 结束语 维修工作是理论指导实践,实践促进理论的一个反复过程,理论实践的有机结合才会使维修人员更加深入,更加准确的判断处理各种故障。工作中维修人员必须具有独立思考分析判断的能力,操作中一定要注意观察,不可盲目更改焊接机器人设定、跳线等状态,要养成做工作记录的好习惯,归纳 总结 各类故障现象以及处理过程,积累故障诊断和维修方面的 经验 ,以提高维修水平。 参考文献 [1] 戴光平.《焊接机器人故障诊断及维修技术》. 重庆:中国嘉陵工业股份有限公司,2003. [2] 中国焊接协会成套设备与专业机具分会. 《焊接机器人实用手册》.机械工业出版社,2014. [3] 李德民.《焊接机器人的故障维修》. 长春:长客股份制造中心,2011. 猜你喜欢: 1. 关于科技论文的范文 2. 关于计算机的科技论文3000字 3. 数学科技论文800字 4. 自动化科技论文题目与范文