作為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段通铲，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家 制造水平和科技水平的重要標(biāo)志险丧。機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,需求越來(lái)越大,其技術(shù)研究與發(fā)展越來(lái)越深入，這將提高社會(huì)生產(chǎn)率與產(chǎn)品質(zhì)量,為社會(huì)創(chuàng)造巨大的財(cái)富喧雹。本文將從工業(yè)機(jī)器的發(fā)展歷史，現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)進(jìn)行闡述于嚼。

一越名、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史  

工業(yè)機(jī)器人誕生于 20 世紀(jì) 60 年代，在 20 世紀(jì) 90 年代得到迅速發(fā)展处监，是最先產(chǎn)業(yè)化 的機(jī)器人技術(shù).它是綜合了計(jì)算機(jī)渺蒿，控制論，機(jī)構(gòu)學(xué)彪薛，信息和傳感技術(shù)茂装，人工智能，仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù),是當(dāng)代研究十分活躍,應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域.它的出 現(xiàn)是為了適應(yīng)制造業(yè)規(guī)纳蒲樱化生產(chǎn),解決單調(diào),重復(fù)的體力勞動(dòng)和提高生產(chǎn)質(zhì)量而代替人工作業(yè).在我國(guó),工業(yè)機(jī)器人的真正使用到現(xiàn)在已經(jīng)接近20 多年了少态，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn),引進(jìn)到自主開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)變,促進(jìn)了我國(guó)制造業(yè),勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展.隨著我國(guó)改革 開(kāi)放的逐漸深入,國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將面對(duì)越來(lái)越大的競(jìng)爭(zhēng)與沖擊,因此,掌握國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的實(shí)際情況,把握我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)與研究進(jìn)展,顯得十分重要。   

二易遣、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀  

2.1 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)概念  

工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體) ,控制器,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成, 是一種仿人操作,自動(dòng)控制,可重復(fù)編程,能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自 動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備.特別適合于多品種,變批量的柔性生產(chǎn).它對(duì)穩(wěn)定,提高產(chǎn)品質(zhì)量, 提高生產(chǎn)效率,改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用.機(jī)器人技術(shù)是 綜合了計(jì)算機(jī),控制論,機(jī)構(gòu)學(xué),信息和傳感技術(shù),人工智能,仿生學(xué)等多學(xué)科而形成 的高新技術(shù),是當(dāng)代研究十分活躍,應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域.機(jī)器人應(yīng)用情況,是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志.機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng),而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置, 既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分 析判斷能力,又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作,精確度高,抗惡劣環(huán)境的能力,從某種意義 上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物,它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備,也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備彼妻。   

2.2 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀  

在普及第一代工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上,第二代工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)推廣,成為主流安裝機(jī) 型,第三代智能機(jī)器人已占有一定比重(占日本1998年安裝臺(tái)數(shù)的10%,銷(xiāo)售額的36%) (1)機(jī)械結(jié)構(gòu):1) 已關(guān)節(jié)型為主流,80年代發(fā)明的使用于裝配作業(yè)的平面關(guān)節(jié)機(jī)器 人約占總量的1/3.90年代初開(kāi)發(fā)的適應(yīng)于窄小空間,快節(jié)奏,360度全工作空間范圍的 垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人大量用于焊接和上,下料.2)應(yīng)3K 和汽車(chē),建筑,橋梁等行業(yè)需求, 超大型機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生.如焊接樹(shù)10米長(zhǎng),10噸以上大構(gòu)件的弧焊機(jī)器人群,采取螞蟻 啃骨頭的協(xié)作機(jī)構(gòu).3)CAD,CAE 等技術(shù)已普遍用于設(shè)計(jì),仿真和制造中. (2)控制技術(shù):1) 大多數(shù)采用32位 CPU,控制軸數(shù)多達(dá)27軸,NC 技術(shù),離線編程技術(shù) 大量采用.2) 協(xié)調(diào)控制技術(shù)日趨成熟,實(shí)現(xiàn)了多手與變位機(jī),多機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制, 正逐步實(shí)現(xiàn)多智能體的協(xié)調(diào)控制. 采用基于 PC 的開(kāi)放結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)已成為一股潮 3) 流,其成本低,具有標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)功能. (3)驅(qū)動(dòng)技術(shù):1) 80年代發(fā)展起來(lái)的 AC 侍服驅(qū)動(dòng)已成為主流驅(qū)動(dòng)技術(shù)用于工業(yè)機(jī)器 人中.DD 驅(qū)動(dòng)技術(shù)則廣泛地用于裝配機(jī)器人中.2) 新一代的侍服電機(jī)與基于微處理器 的智能侍服控制器相結(jié)合已由 FANUC 等公司開(kāi)發(fā)并用于工業(yè)機(jī)器人中, 在遠(yuǎn)程控制中已 采用了分布式智能驅(qū)動(dòng)新技術(shù). (4)應(yīng)用智能化的傳感器:裝有視覺(jué)傳感器的機(jī)器人數(shù)量呈上升趨勢(shì),不少機(jī)器人裝 有兩種傳感器,有些機(jī)器人留了多種傳感器接口. (5)通用機(jī)器人編程語(yǔ)言:在 ABB 公司的20多個(gè)小型號(hào)產(chǎn)品中,采用了通用模化塊語(yǔ) 言 RAPID.最近美國(guó)"機(jī)器人工作空間技術(shù)公司"開(kāi)發(fā)了 Robot Script V.10通用語(yǔ)言,運(yùn)行于該公司的通用機(jī)器人控制器 URC 的 Win NT/95環(huán)境.該語(yǔ)言易學(xué)醫(yī)用,可用于各種開(kāi)發(fā)環(huán)境,與大多數(shù) WINDOWS 軟件產(chǎn)品兼容. (6)網(wǎng)絡(luò)通用方式:大部分機(jī)器人采用了 Ether 網(wǎng)絡(luò)通訊方式,占總量的41.3,其它 采用 RS-232,RA-422,RS-485等通訊接口. (7)高速,高精度,多功能化:目前,最快的裝配機(jī)器人最大合成速度為16.5m/s. 位 置重復(fù)精度為正負(fù)0.01mm. 但有一種速度競(jìng)達(dá)到80m/s; 而另一種并連機(jī)構(gòu)的 NC 機(jī)器人, 其位置重復(fù)精度大1微秒. (8)集成化與系統(tǒng)化:當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的另一特點(diǎn)是應(yīng)用從單機(jī),單元向系統(tǒng)發(fā) 展.百臺(tái)以上的機(jī)器人群與微機(jī)及周邊智能設(shè)備和操作人員形成一個(gè)大群體(多智能 體) .跨國(guó)大集團(tuán)的壟斷和全球化的生產(chǎn)將世界眾多廠家的產(chǎn)品連接在一起,實(shí)現(xiàn)了標(biāo) 準(zhǔn)化,開(kāi)放化,網(wǎng)絡(luò)化的"虛擬制造" ,為工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)化的發(fā)展推波助瀾豆茫。   

三侨歉、工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)  

3.1工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)  

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷向智能化方向發(fā)展, 機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深化以及 在系統(tǒng)(FMS,CIMS)中的群體應(yīng)用,工業(yè)機(jī)器人也在不斷向智能化方向發(fā)展,以適應(yīng) "敏捷制造" (AgileManufacturing) ,滿足多樣化,個(gè)性化的需要,并適應(yīng)多變的非結(jié) 構(gòu)環(huán)境作業(yè),向非制造領(lǐng)域進(jìn)軍. (1)感覺(jué)功能:感覺(jué)功能方面將實(shí)現(xiàn)多傳感器信息的融合,以檢測(cè)多變的外部環(huán)境, 做出判斷和決策,其實(shí)質(zhì)類(lèi)似于人的五官和身體的綜合感覺(jué)功能,包括視覺(jué),觸覺(jué), 力 覺(jué),滑覺(jué),接近覺(jué),壓覺(jué),聽(tīng)覺(jué),味覺(jué),臭覺(jué),溫覺(jué)等.研究包括各類(lèi)傳感信息的采集 及融合處理,傳感器與驅(qū)動(dòng)器一體化技術(shù),感覺(jué)功能繼承模塊等. (2)控制智能化:由引導(dǎo)教向 NC,離線編程發(fā)展,進(jìn)而發(fā)展到進(jìn)一步應(yīng)用.隨著系統(tǒng) 化,集成化生產(chǎn)的發(fā)展,基于 PC 的開(kāi)放式控制系統(tǒng)將機(jī)器人控制和車(chē)間一級(jí)控制的發(fā) 展方向,國(guó)外專(zhuān)家預(yù)測(cè),2007年它將占30%. (3)移動(dòng)功能的智能化:為解決長(zhǎng)距離搬運(yùn)作業(yè),大作業(yè)對(duì)象,多作業(yè)對(duì)象及極限作 業(yè)等問(wèn)題,需開(kāi)發(fā)自主移動(dòng)系統(tǒng)(包括滑動(dòng),滾動(dòng),行走,爬行,跳躍,飛行等) . (4)系統(tǒng)應(yīng)用與集成化:支持以人為核心的生產(chǎn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機(jī)器人群體協(xié) 調(diào)功能,群智能和多機(jī)通訊協(xié)議,開(kāi)發(fā)能理解人的意志的"同事機(jī)器人" .國(guó)外專(zhuān)家預(yù) 測(cè),2000你后有可能 IMS 要走向 MA(R)S(多智能體系統(tǒng)) ,而該系統(tǒng)中的"同事機(jī)器人" (Cobot)將成為操作人員不可或缺的伙伴.圍繞著各種機(jī)器人與人共存的諸多課題, 正在興起一門(mén)新學(xué)科"軟機(jī)器人學(xué)" . (5)安全可靠性:由于大量不確定因素的存在,要實(shí)現(xiàn)智能化的安全可靠性,機(jī)器人 必須具有對(duì)各種意外情況的應(yīng)變能力,及時(shí)采取預(yù)防措施和安全對(duì)策,包括硬件級(jí), 軟 件級(jí),應(yīng)用級(jí)和人機(jī)系統(tǒng)級(jí)的自診斷和自修復(fù)故障. (6)微型化:向微型化發(fā)展,開(kāi)發(fā)毫米級(jí)機(jī)器人,用于微加工,醫(yī)學(xué),宇宙和海洋開(kāi) 發(fā)等領(lǐng)域.就使用性和成本來(lái)看,毫米級(jí)最可行. (7)多傳感器信息融合與配置技術(shù):①機(jī)器人的傳感器配置和融合技術(shù)在水泥生產(chǎn)過(guò) 程控制和污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用包括面向工藝過(guò)程的多傳感器融合和配置技 術(shù);采用智能傳感器的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù);面向工藝要求的新型傳感器研制.②機(jī)電一體化 智能傳感器:包括具有感知,自主運(yùn)動(dòng),自清污(自調(diào)整,自適應(yīng))的機(jī)電一體化傳感 器研究;面向工藝要求的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和清污的自主運(yùn)動(dòng);調(diào)節(jié)控制系統(tǒng); 機(jī)器人機(jī)構(gòu)和控制技術(shù)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

3.2工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)UNECE/IFR預(yù)測(cè),至2007年,全球新安裝裝機(jī)器人的數(shù)量將從2003年的81800套增至2007年的106000套,年平均增長(zhǎng)7%揩魂。其中,日本2003-2007年工業(yè)機(jī)器人的銷(xiāo)售將從2003年的31600增長(zhǎng)至2007年的41000套;歐洲2003-2007年工業(yè)機(jī)器人將從2003年的27100套增長(zhǎng)至2007年的34000套;北美2003-2007年工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)每年平均增長(zhǎng)5.8%,至2007年將增長(zhǎng)到16000套幽邓。  

四 結(jié)語(yǔ)  

工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈,中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌,參與國(guó)際分工的 巨大挑戰(zhàn),加快工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)是我們抓住這個(gè)歷史機(jī)遇的主要途 徑.因此我國(guó)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)要認(rèn)識(shí)到以下幾點(diǎn)情況:第一,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是我國(guó)由制 造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的主要手段和途徑,政府要對(duì)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人有更多的政策與經(jīng) 濟(jì)支持,參考國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),加大技術(shù)投入與改造;第二,在國(guó)家的科技發(fā)展計(jì)劃中,應(yīng)該繼 續(xù)對(duì)智能機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用給予大力支持,形成產(chǎn)品和自動(dòng)化制造裝備同步協(xié)調(diào)的 新局面;第三,部分國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)與國(guó)外相當(dāng),企業(yè)采購(gòu)工業(yè)機(jī)器人時(shí)不要盲目進(jìn) 口,應(yīng)該綜合評(píng)估,立足國(guó)產(chǎn)。

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