工业机器人技术发展分析

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1、工业机器人技术发展分析第一节 30多年来工业机器人技术发展分析美国是机器人的诞生地，早在1961年，美国的ConsolidedControlCorp 和AMF公司联合研制了第一台实用的示教再现机器人。经过40多年的发展，美 国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很 强。日本在1967年从美国引进第一台机器人，1976年以后，随着微电子的快速 发展和市场需求急剧增加，日本当时劳动力显著不足，工业机器人在企业里受到 了 “救世主”般的欢迎，使其日本工业机器人得到快速发展，现在无论机器人 的数量还是机器人的密度都位居世界第一，素有“机器人王国”之称。德国引进 机器人的时

2、间比英国和瑞典大约晚了五六年，但战争所导致的劳动力短缺，国民 的技术水平较高等社会环境，却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。此 外，在德国规定，对于一些危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替 普通人的劳动。这为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术 的发展。目前，德国工业机器人的总数占世界第二位，仅次于日本。法国政府一直比较重视机器人技术，通过大力支持一系列研究计划，建立了 一个完整的科学技术体系，使法国机器人的发展比较顺利。在政府组织的项目中， 特别注重机器人基础技术方面的研究，把重点放在开展机器人的应用研究上。而 由工业界支持开展应用和开发方面的工作，两者相辅相

3、成，使机器人在法国企业 界得以迅速发展和普及，从而使法国在国际工业机器人界拥有不可或缺的一席之 地。英国纪70年代末开始，推行并实施了一系措施列支持机器人发展的政策， 使英国工业机器人起步比当今的机器人大国日本还要早，并曾经取得了早期的辉 煌。然而，这时候政府对工业机器人实行了限制发展的错误。这个错误导致英国 的机器人工业一蹶不振，在西欧几乎处于末位。近些年，意大利、瑞典、西班牙、 芬兰、丹麦等国家由于自身国内机器人市场的大量需求，发展速度非常迅速。目 前，国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、oTC、 松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KU

4、KA、CL00S、 瑞典的ABB、意大利的CO毗U及奥地利的工GM公司。国内工业机器人的发展我国工业机器人起步于20世纪 70年代初期，经过30 多年发展，大致经历 了 3 个阶段：70 年代萌芽期，80 年代的开发期和 90 年代的应用化期。随着 20 世纪70 年代世界科技快速发展，工业机器人的应用在世界掀起了一个高潮，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 20世纪80 年代 后，随着改革开放的不断深入，在高技术浪潮的冲击下，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，对工定机器人 及零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成

5、套技术的开发，研制出了喷 漆，点焊，弧焊和搬运机器人。，国家高技术研究发展计划开始实施，经过几年 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 2O 世纪 9O 年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变期，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了 一大步，先后研制了点焊，弧焊，装配，喷漆，切割，搬运，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，形成了一批工业机器人产业化基地， 为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。但是与发达国家相比，我国工业机器人还 有很大差距。随着工业机器人发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，工业机器

6、人 已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机 器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗 卫生、食品加工、生活服务等领域工业机器人的应用也越来越多。汽车制造是一 个技术和资金高度密集的产业，也是工业机器人应用最广泛的行业，几乎占到整 个工业机器人的一半以上。在我国，工业机器人最初也是应用于汽车和工程机械 行业中。在汽车生产中工业机器人是一种主要的制动化设备，在整车及零部件生 产的弧焊、点焊、喷涂、搬运、涂胶、冲压等工艺中大量使用。据预测我国正在 进入汽车拥有率上升时期，在未来几年里，汽车仍将每年 15左右的速度增长。 所以未来几年工业机

7、器人的需求将会呈现出高速增长趋势，年增幅达到 50左 右，工业机器人在我国汽车行业的应用将得到快速发展。工业机器人除了在汽车行业的广泛应用，在电子，食品加工，非金属加工， 日用消费品和木材家具加工等行业对工业机器人的需求也快速增长。在亚洲， 2005年安装工业机器人72，600台，与2004年相比，增长了40，而应用在电 子行业的就占了 31%左右。在欧洲地区，据统计2005年与2004年相l： tl业 机器人在食品加工行业的应用增长了 17左右，在非金属加工行业的应用增长 了20%左右，在日用品消费行业增长了32%，在木材家具加工行业增长了18% 左右。工业机器人在石油方面也有广泛的应用，如

8、海上石油钻井、采油平台、管 道的检测、炼油厂、大型油罐和储罐的焊接等均可使用机器人来完成。在未来几 年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在工业机器人工作领域， 这些技术会使工业机器人的应用更为高效，高质，运行成本低。据预测，今后机 器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交 通运输和农业水产等领域得到应用。第二节 我国工业机器人技术发展现状与走势1、技术发展现状 在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流 安装机型，第三代智能机器人已占有一定比重（占日本1998年安装台数的10%， 销售额的36%）（1）机械结构1）已关节型为主

9、流，80年代发明的使用于装配作业的平面关节机器人约占 总量的1/3。90年代初开发的适应于窄小空间、快节奏、360度全工作空间范围 的垂直关节机器人大量用于焊接和上、下料。2）应3K和汽车、建筑、桥梁等行业需求，超大型机器人应运而生。如焊接树10米长、10吨以上大构件的弧焊机器人群，采取蚂蚁啃骨头的协作机构。3）CAD、CAE等技术已普遍用于设计，仿真和制造中。（2）控制技术1）大多数采用32位CPU,控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大 量采用。2）协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制， 正逐步实现多智能体的协调控制。3）采用基于PC的开放结构的控制系统已成为

10、一股潮流，其成本低、具有标 准现场网络功能。（3）驱动技术1）80年代发展起来的AC侍服驱动已成为主流驱动技术用于工业机器人中。 DD驱动技术则广泛地用于装配机器人中。2）新一代的侍服电机与基于微处理器的智能侍服控制器相结合已由 FANUC 等公司开发并用于工业机器人中，在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术（4）应用智能化的传感器装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种传感器，有 些机器人留了多种传感器接口。（5）通用机器人编程语言在ABB公司的20多个小型号产品中，采用了通用模化块语言RAPID。最近美国“机器人工作空间技术公司开发了 Robot ScriptV.10通用

11、语言，运行于该公司的通用机器人控制器URC的WinNT/95环境。该语言易学医用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS软 件产品兼容。（6）网络通用方式大部分机器人采用了 Ether网络通讯方式，占总量的41.3,其它采用RS-232、RA-422、RS-485 等通讯接口。（7）高速、高精度、多功能化目前，最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s。位置重复精度为正负 0.01mm。但有一种速度竞达到80m/s；而另一种并连机构的NC机器人，其位置 重复精度大1微秒。（8）集成化与系统化当今工业机器人技术的另一特点是应用从单机、单元向系统发展。百台以上 的机器人群与微机及周边智能设备

12、和操作人员形成一个大群体（多智能体）。跨 国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品连接在一起，实现了标准 化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。2、技术发展趋势随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深 化以及在系统（FMS、CIMS）中的群体应用，工业机器人也在不断向智能化方向 发展，以适应“敏捷制造”（AgileManufacturing），满足多样化、个性化的需要，并适应多变的非结构环境作 业，向非制造领域进军。（1）感觉功能 感觉功能方面将实现多传感器信息的融合，以检测多变的外部环境，做出判断和决策，其实质类似于人的五官和身

13、体的综合感觉功能，包括视觉、触觉、力 觉、滑觉、接近觉、压觉、听觉、味觉、臭觉、温觉等。研究包括各类传感信息 的采集及融合处理、传感器与驱动器一体化技术、感觉功能继承模块等。（2）控制智能化由引导教向NC,离线编程发展，进而发展到进一步应用。随着系统化、集 成化生产的发展，基于PC的开放式控制系统将机器人控制和车间一级控制的发 展方向，国外专家预测，2007 年它将占30 。（3）移动功能的智能化 为解决长距离搬运作业、大作业对象、多作业对象及极限作业等问题，需开发自主移动系统（包括滑动、滚动、行走、爬行、跳跃、飞行等）。（4）系统应用与集成化 支持以人为核心的生产系统，实现生产系统中机器人群

14、体协调功能、群智能和多机通讯协议，开发能理解人的意志的“同事机器人”。国外专家预测，2000 你后有可能IMS要走向MA（R）S （多智能体系统），而该系统中的“同事机器人” （Cobo t）将成为操作人员不可或缺的伙伴。围绕着各种机器人与人共存的诸多 课题，正在兴起一门新学科“软机器人学”。（5）安全可靠性由于大量不确定因素的存在，要实现智能化的安全可靠性，机器人必须具有 对各种意外情况的应变能力，及时采取预防措施和安全对策，包括硬件级、软件 级、应用级和人机系统级的自诊断和自修复故障。（6）微型化向微型化发展，开发毫米级机器人，用于微加工、医学、宇宙和海洋开发等 领域。就使用性和成本来看，

15、毫米级最可行。（7）多传感器信息融合与配置技术机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控 制系统中的应用包括面向工艺过程的多传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线 技术；面向工艺要求的新型传感器研制。机电一体化智能传感器 包括具有感知、自主运动、自清污（自调整、自适应）的机电一体化传感器 研究；面向工艺要求的运动机构设计、实现检测和清污的自主运动；调节控制系 统；机器人机构和控制技术在传感器设计中的应用。第三节 工业机器人技术发展其他情况一 有视觉工业机器人技术及其对生产效率的影响机械化生产在过去几年内经历了一场真正的革命，工业机器人有了视觉，大 大提高了机器人的工

16、作效率。据德国商报报道，工业机器人的视觉来自于机器人中安装的光学传感器， 它使机器人可以在空间自由行动，对意外事件作出反应，避免磕碰并更好地适应 环境的变化。德国埃朗根大学生产自动化与生产系统学研究所的克劳斯费尔德曼说，有 视力的机器人会对工作场景的变化作出反应”，从而显著提高生产效率。据报道，有视力的机器人往往会在昏暗的环境下工作，这是为了避免光学传 感器受外界光源的影响而发生偏差。例如，一条生产果仁糖的流水线要穿过一个 黑盒子，机器人就在那里识别并包装产品。位于德国慕尼黑附近普赫海姆的 Quiss 公司为汽车制造业和包装业提供人 造眼。通常有图像处理系统的工业机器人都是“独眼龙”，但现在该公司研制的 “三维视觉”技术令机器人可以发现并修正车身装配过程中的偏差，在两枚光学 传