工業(yè)機器人在汽車生產中的應用

1、汽車制造業(yè)中工業(yè)機器人重要作用工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的重要的現代制造業(yè)自動化裝備。多年來，我國汽車零部件生產一直是手工焊、專機焊占據焊接生產的主導地位，勞動強度大，作業(yè)環(huán)境惡劣，焊接質量不易保證，而且生產的柔性也很差， 無法適應現代汽車生產的需要。近年來由于焊接機器人的大量應用，提高了零部件生產的自動化水平及生產效率，同時使生產更具有柔性，焊接質量也得到了保證。近年來，焊接機器人在大連華克、上海華克、上海龍馬神、南京新迪、長春佛吉亞、上海匯眾等零部件及配件生產企業(yè)也有著典型的應用。在汽車零部件的生產中廣泛采用了點焊、凸焊、縫焊、對焊及電弧

2、焊等焊接工藝。例如： 橫梁總成托架點焊，傳動軸平衡片凸焊，汽車燃油箱縫焊，汽車輪圈連續(xù)閃光對焊，汽車轉向臂、消聲器、凈化器殼體的電弧焊等。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展和對自動化水平要求的不斷提高，將為焊接機器人市場的快速增長提供了一個良好的機會。預計國內企業(yè)對焊接機器人的需求量將以30%以上的速度增長。從機器人技術發(fā)展趨勢看，焊接機器人不斷向智能化方向發(fā)展，完全實現生產系統(tǒng)中機器人的群體協(xié)調和集成控制，從而達到更高的可靠性和安全性。而采用焊接機器人的汽車生產企業(yè)在高技術、高質量、 低成本條件下必將獲得高速發(fā)展，也必將為汽車產業(yè)的發(fā)展帶來新的生機。一、工業(yè)機器人的應用目前，國際上的工業(yè)機器人公司主要分

3、為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC 、 不二越、 川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA 、 CLOOS、 瑞典的 ABB 、意大利的COMAU 及奧地利的IGM 公司。工業(yè)機器人已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS） 、工廠自動化（FA） 、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動工具。我國工業(yè)機器人是從20 世紀 80 年代開始起步，經過二十年余年的努力，已經形成了一些具有競爭力的工業(yè)機器人研究機構和企業(yè)。先后研發(fā)出弧焊、點焊、裝配、搬運、注塑、沖壓、 噴漆等工業(yè)機器人。近幾年，我國工業(yè)機器人及含工業(yè)機器人的自動化生產線相關產品的年產銷額已突破十億元。目前國內市場年需求量在3

4、000 臺左右， 年銷售額在20 億元以上。統(tǒng)計數據顯示，中國市場上工業(yè)機器人總共擁有量近萬臺，占全球總量的0.56%，其中完全國產工業(yè)機器人（行業(yè)內規(guī)模比較大的前三家工業(yè)機器人企業(yè)）行業(yè)集中度占30%左右，其余都是從日本、美國、瑞典、德國、意大利等20 多個國家引進的。國產工業(yè)機器人目前主要以國內市場應用為主，年出口量為100 臺左右，年出口額為0.2 億以上。二、工業(yè)機器人 50%以上用在汽車領域當前，工業(yè)機器人的應用領域主要有弧焊、點焊、裝配、搬運、噴漆、檢測、碼垛、研磨拋光和激光加工等復雜作業(yè)。目前， 國際上工業(yè)機器人技術在制造業(yè)應用范圍越來越廣闊，現已從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進

5、而推廣到諸如采礦、建筑、農業(yè)、災難救援等各種非制造行業(yè)。但汽車工業(yè)仍是工業(yè)機器人的主要應用領域。據了解，美國60%的工業(yè)機器人用于汽車生產；全世界用于汽車工業(yè)的工業(yè)機器人已經達到總用量的37%， 用于汽車零部件的工業(yè)機器人約占24%。在我國，工業(yè)機器人的最初應用是在汽車和工程機械行業(yè)，主要用于汽車及工程機械的噴涂及焊接。目前，由于機器人技術以及研發(fā)的落后，工業(yè)機器人還主要應用在制造業(yè)，非制造業(yè)使用的較少。據統(tǒng)計，近幾年國內廠家所生產的工業(yè)機器人有超過一半是提供給汽車行業(yè)。可見，汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國工業(yè)機器人增長的原動力之一。三、焊接機器人在汽車制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用焊接機器人是在工

6、業(yè)機器人基礎上發(fā)展起來的先進焊接設備，是從事焊接（包括切割與噴涂） 的工業(yè)機器人，主要用于工業(yè)自動化領域，其廣泛應用于汽車及其零部件制造、摩托車、工程機械等行業(yè)，在汽車生產的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產工藝過程都有廣泛應用，其中應用最多的以弧焊、點焊為主。目前，焊接工業(yè)機器人在一汽、上汽、沈陽中順、金杯通用、重慶長安、湖南長豐等整車制造企業(yè)廣泛應用，據統(tǒng)計每輛汽車車身上，大約有3000 4000 個電阻點焊焊點，電阻點焊技術的應用實現了汽車車身制造的量產化與自動化。先進的安全保護技術與汽車制造業(yè)。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的重要的現代制造業(yè)

7、自動化設備。目前，國際上的工業(yè)機器人廠家主要分布在歐洲和日本，日本的主要有安川、OTC 、松下、FANUC 、 不二越、 川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA 、 CLOOS、 瑞典的 ABB 、意大利的COMAU 及奧地利的IGM 公司。工業(yè)機器人已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS） 、工廠自動化（FA） 、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動工具。目前， 50%以上的工業(yè)機器人應用于汽車制造領域，主要應該在弧焊、點焊、裝配、搬運、噴漆、檢測、碼垛、研磨拋光和激光加工等復雜作業(yè)。隨著現代汽車工業(yè)的發(fā)展，對機器人的需求也會越來越大，機器人在汽車制造業(yè)中所起到的作用也會更加重要。盡管目前機器人的

8、應用現已從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，汽車工業(yè)仍是工業(yè)機器人的主要應用領域。據了解，美國60%的工業(yè)機器人用于汽車生產；全世界用于汽車工業(yè)的工業(yè)機器人已經達到總用量的37%nc.qoos.ipi ，用于汽車零部件的工業(yè)機器人約占24%。2007 年 5 月至 7 月，日本一家權威科技研究機構對16 個工業(yè)機器人，4 臺電子包裝機器，12 個商用和家用機器人，12 種機器人外包裝和制造材料等四個領域作了一項調查。調查對象是日本國內和國外的約100 家相關的科技公司。單就工業(yè)機器人而言，調查報告顯示，近幾年全球市場需求，呈逐年上升之勢，并且以每年3的增長速度脹。在工業(yè)機器人中，雙臂機器人和帶有超過

9、7 個連接軸的操縱機器人預計市場需求將會飆升，需求數字在2010 年將是 2006 年全年需求的14 倍，銷售總額也將在2010 單年達到490 億日圓。從上面這些數字不難看出，工業(yè)機器人在未來的工業(yè)領域仍然有著很大的發(fā)展空間。而我國的情況相對于全球范圍而言，面臨更多的是機遇和挑戰(zhàn)。這種機遇和挑戰(zhàn)對發(fā)展中的汽車工業(yè)和起步較晚的機器人行業(yè)是同時存在的。就汽車工業(yè)而言，我國的汽車工業(yè)與世界先進國家相比，仍然存在著不小的差距。現在工業(yè)自動化網版權所有，我國已經成為世界上第一大汽車產銷國。中國的汽車市場有今天這樣的地位，不是一天兩天形成的，中國經濟的快速穩(wěn)步發(fā)展、加入 WTO 后， 汽車關稅的下調、金

10、融危機對世界汽車格局的影響等共同促成了今天中國第一汽車市場的形成。在這樣的歷史機遇下，中國汽車工業(yè)只有努力提高自身產品生產線的現代化水平、努力提高產品的質量，才能在今天的汽車大家庭中占有一席之地。就工業(yè)機器人而言，我國工業(yè)機器人是從20 世紀 80 年代開始起步，經過二十年余年的努力，已經形成了一些具有競爭力的工業(yè)機器人研究機構和企業(yè)。先后研發(fā)出弧焊、點焊、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機器人。近幾年，我國工業(yè)機器人及含工業(yè)機器人的自動化生產線相關產品的年產銷額已突破十億元。目前國內市場年需求量在3000 臺左右，年銷售額在20 億元以上。統(tǒng)計數據顯示，中國市場上工業(yè)機器人總共擁有量近萬臺

11、，占全球總量的0.56%，其中完全國產工業(yè)機器人（行業(yè)內規(guī)模比較大的前三家工業(yè)機器人企業(yè)）行業(yè)集中度占30%左右，其余都是從日本、美國、瑞典、德國、意大利等20 多個國家引進的。從上面這些數據可以看出，我國的工業(yè)機器人還有著相當大的發(fā)展空間。因此 HYPERLINK http:/www.IIA www.IIA ，無論對國外機器人廠商還是國內機器人廠商，都是一個機遇。焊接機器人在汽車制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用焊接機器人是在工業(yè)機器人基礎上發(fā)展起來的先進焊接設備，是從事焊接（包括切割與噴涂） 的工業(yè)機器人，主要用于工業(yè)自動化領域，其廣泛應用于汽車及其零部件制造、摩托車、工程機械等行業(yè)，在汽車生產

12、的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產工藝過程都有廣泛應用，其中應用最多的以弧焊、點焊為主。目前，焊接工業(yè)機器人在一汽、上汽、沈陽中順、金杯通用、重慶長安、湖南長豐等整車制造企業(yè)廣泛應用，據統(tǒng)計每輛汽車車身上，大約有3000 4000 個電阻點焊焊點造車網，電阻點焊技術的應用實現了汽車車身制造的量產化與自動化。多年來，我國汽車零部件生產一直是手工焊、專機焊占據焊接生產的主導地位，勞動強度大， 作業(yè)環(huán)境惡劣，焊接質量不易保證，而且生產的柔性也很差無法適應現代汽車生產的需要。 近年來由于焊接機器人的大量應用，提高了零部件生產的自動化水平及生產效率，同時使生產更具有柔性，焊接質量也得到了保證。近年來，焊接

13、機器人在大連華克、上海華克、上海龍馬神、南京新迪、長春佛吉亞、上海匯眾等零部件及配件生產企業(yè)也有著典型的應用。在汽車零部件的生產中廣泛采用了點焊、凸焊、縫焊、對焊及電弧焊等焊接工藝。例如：橫梁總成托架點焊，傳動軸平衡片凸焊塑料工業(yè)網版權所有，汽車燃油箱縫焊，汽車輪圈連續(xù)閃光對焊，汽車轉向臂、消聲器、凈化器殼體的電弧焊等。下面，我們將用實例介紹機器人在汽車制造中的作用。福特吉龍車身裝配工廠的機器人采用了帶有Simatic 故障安全PLC 以及 PROFIsafe功能的安全系統(tǒng)。通過有效地使用Profibus 分布式配件，最大限度地減少了離散部件和配線，并使故障診斷變得更容易。正在開發(fā)的設備采用了

14、最新的分布式安全CPU ，該 CPU 帶有用梯形圖語言編寫的安全邏輯配置。Falcon（獵鷹牌）汽車完全由澳洲人自己設計，旨在占領本土市場。由于新近推出了Falcon（獵鷹牌）汽車，澳洲福特不僅榮獲了大量贊譽和業(yè)界大獎，更收到了大量訂單。BA Falcon 于 2002 年十月推出，裝配六缸發(fā)動機，是一款大型家用車。該車完全由福特設在維多利亞的工廠自行設計和生產。車身部件總裝生產線設在墨爾本西南部的吉龍。過去吉龍工廠大量使用PL，而為新型汽車所設計的設備從一開始就選擇了面向未來的新型自動化技術和平臺。福特過去一直致力于尋找這樣一個平臺：靈活，簡便， 易于電氣技師管理和發(fā)現問題，并且能很好地與包

15、括機器人和閥組在內的第三方部件在 “現場總線”上進行整合 .西門子 Simatic 通過大量的深入調查研究，總裝線的工程師們最終選擇了西門子Simatic系列產品。接下來，他們需要選擇安全系統(tǒng)。福特過去一直依賴傳統(tǒng)的綜合硬件安全技術，但現在決定用新型的具有故障安全功能S7-400F PLC 替代以往復雜的安全電路系統(tǒng)。西門子當地方案提供商ICT、 澳洲西門子以及一位來自德國西門子自動化認證中心的專家?guī)椭Ｌ毓餐瓿闪诉@一創(chuàng)新概念的設計。最終的設計方案非常出色，可整齊劃一地應用于待建的六個單元。不但如此，電流接觸器、繼電器、 復雜的布線系統(tǒng)也大大減少。與先前的單元相比，安全性能得到了改善，并且增

16、加了更多安全設施和自動檢查功能。這些設施可以維護系統(tǒng)并更安全簡便地設定操作。觸摸板為操作者提供了更詳細的檢測信息，使診斷工作更加清晰簡便。車身總裝單元對機器人焊接而言至關重要。通常，沖壓金屬部件在操作平臺上被點焊，有時還被機器人送到其他設備接受進一步處理。福特工程師們運用Simatic HMI 以及 Profibus分布式輸入輸出技術最大限度地發(fā)揮單元設計的優(yōu)勢。機器人界面直接通過Profibus 進行傳送，使得數據交換變得快捷方便。與設備相連的電磁閥和接近開關通過Profibus 上的 Festo閥組進行連接。通常操作站使用PP17操作面板實現清晰而穩(wěn)定的操作者互動，并通過可觸摸面板提供產量

17、數據和診斷信息。在較大的單元中，MP370 觸摸面板在中心位置提供生產數據和診斷信息。觸摸面板能輸出優(yōu)質圖像可以顯示出鉗夾和接近開關的動態(tài)狀況。這樣一來就為操作者提供了清晰的診斷信息。來自焊接裝置上的MP370 觸摸面板的菜單顯示單元的自動化系統(tǒng)受控于標準（非故障安全）S7-400F 內的梯形圖語言代碼，并與機器人內嵌的程序緊密互動。福特根據進程需要對機器人進行編程，并與負責監(jiān)控的PLC 設備保持緊密聯(lián)系。通過與福特的通力合作，ICT 已經為大多數場合設計了標準的控制代碼。福特的工作人員已經在內部實現了這些操作代碼。安全系統(tǒng)對于所有單元而言至關重要。一般來講，每個單元都有圍墻保護。人工裝載部件

18、的操作臺都有輕型防護裝置，此外還有一個雙手控制裝置，可以在操作之前把部件夾緊。與此同時，輕型防護裝置會保護操作區(qū)內的操作者。機器人底部開關監(jiān)控機器人的動向，以確保當機器人在某處工作時能順利操作另一處設備。防護裝置還可以保護升降機，確保成型部件都通過升降機卸載到托盤上。系統(tǒng)會根據防護裝置、出入門和緊急停止設備發(fā)出的信號在機器人，設備電磁閥，伺服轉盤驅動以及螺線空氣排放閥門等處采取安全互鎖定操作。出入門上的電氣鎖也由PLC 控制。所有這些安全功能均由具有故障安全功能的PLC， S7-400F 實現。使用相關軟件簡化了系統(tǒng)配線，并使安全邏輯更加出色。同時， 過去在硬件系統(tǒng)上無法實現的一些新維護功能現

19、在也已變?yōu)楝F實。觸摸面板清楚地顯示安全系統(tǒng)的詳細信息和精確到點的診斷信息。這樣， 不再需要操作員通過PLC 檢查故障維護工作大大簡化。ICT 測試并完成了PLC 上的“故障保護” 代碼， 福特也大力參與了系統(tǒng)配置和軟件結構的過程。福特希望在確保安全功能的同時自由操作標準控制。這一點很重要，因為工藝過程是多變的，而安全功能卻一成不變。S7-400F實現了這個目標。有了它， 福特技師們就可以在不影響故障安全功能的情況下修改標準碼。最新推出的用梯形圖語言編程的分布式安全系統(tǒng)是由福特公司完成的。用梯形圖編寫的“故障保護”邏輯程序今后將被所有系統(tǒng)采納，就像用較早的 S7-400F 替代 CFC 一樣。福

20、特相信 S7315F PLC 是一套成本低廉，功能強大的CPU。 福特將會在那些僅需一兩個繼電器的小型安全輸入/輸出系統(tǒng)上使用它。目前正在為一款新車開發(fā)五個單元。新單元的安全系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)將采用S7-315F 分布式安全技術。又如， ABB 機器人裝備沖壓生產線推進巴西大眾汽車生產效率，一條新建的ABB 機器人生產線推進了巴西大眾汽車沖壓自動化生產線的生產效率。此次 ABB 公司提供的解決方案使大眾在沖壓生產線上從過去每天170 個面板的生產量增加到每天3880 塊，且有8 個不同的零件系列產品。另外，先前由同樣30 個員工在3 或 4天里能完成一個托盤，但現在同樣的員工在一周時間內能完成3

21、 個托盤架的生產。此次涉及的自動化改造的沖壓生產線是靠近巴西圣保羅的大眾新型Anchieta 汽車工廠的兩線生產線之一，它是共5.65 億現現代化改造工程項目中的一部分，這些改造項目將使該具有 50 年的旗艦工廠成為巴西國內最現代化和最高效的工廠。通過 IRB 6650 機器人裝備沖壓生產線，生產循環(huán)時間減半，從過去1 分鐘 1.5 個零件增加到每分析2.8個零件。ABB 解決方案使用了創(chuàng)新的技術，如兩臺機器人之間的輪轉，以及為 6 軸機器人新增第7 軸， 這些加速了生產線上的零件移動速度。FANUC iR Vision 2DV 視覺系統(tǒng)主要是通過視覺系統(tǒng)軟件設置，建立視覺畫面上的點位與機器人

22、位置相對應關系。對工件進行視覺成像，與已標定的工件進行比較，得出偏差值，即機器人抓放位置的補償值，實現機器人自動抓放。該技術實現了機器人在無夾具定位工件情況下的自動柔性搬運?；貧w國內，奇瑞公司以高質量的技術挑戰(zhàn)著自動化的革命。截至目前，奇瑞公司已開發(fā)出數款機器人，計劃小批量制造并在內部應用成熟后，2013 年開始大批量制造，實現機器人產業(yè)化。在日前召開的中國企業(yè)新紀錄（第14 批 ）發(fā)布大會暨中國企業(yè)自主創(chuàng)新高層論壇上，國內首臺自主研制的大負載點焊機器人（78.790,0.00,0.00%）奇瑞公司 QH 165 工業(yè)點焊機器人，作為對國家經濟建設以及調結構、促增長具 有重大推動作用的重點發(fā)布

23、項目之一在會上進行了發(fā)布。據了解，QH 165 工業(yè)點焊機器人是國內首臺自主研制的165 公斤級點焊機器人，由奇瑞與哈工大聯(lián)合研制開發(fā)，技術上突破了高速大負載工業(yè)機器人在機械系統(tǒng)優(yōu)化設計、高速大負載運動平穩(wěn)性控制等方面的技術難點，實現了良好的人機交互操作。截至目前，“ 165 點焊機器人”在奇瑞汽車公司焊裝車間已成功焊接幾萬套汽車車身部件，表現出良好的性能，焊點精度達到國際先進水平。為填補國產工業(yè)機器人的空白，奇瑞公司于2007 年啟動了工業(yè)機器人項目，與哈工大在機器人領域開展合作，并于 2008 年 9 月成功開發(fā)出第一臺樣機。該機器人設計應用于點焊領域，同時可用于搬運、裝配等領域，各項技術

24、參數達到國外機器人設計水平。今年9 月， “哈工大奇瑞機器人聯(lián)合開發(fā)中心”已在哈工大落成。建立了“產、學、研、用”一體化合作模式，推動中國工業(yè)機器人發(fā)展。 在奇瑞公司的自主創(chuàng)新體系中，除了對關鍵零部件和關鍵技術的研發(fā)外，還有非常重要的一項，就是對關鍵裝備的自主研發(fā)。目前，我國汽車工業(yè)工藝裝備的高效化、自動化水平較低，僅為30%左右，而先進國家則高達90%以上，而且在一些關鍵裝備的供應上仍然受制于人。合資企業(yè)基本上不采購中國的汽車制造裝備，無法帶動國內汽車裝備制造企業(yè)整體實現技術提升。隨著我國汽車制造企業(yè)越來越廣泛地參與國際競爭，迫切需要提高工藝裝備的高效、集成化程度。 此外，汽車裝備制造業(yè)有著

25、巨大的市場和利潤空間。奇瑞公司通過對關鍵裝備的自主研發(fā)， 將不僅大幅度提高自身的裝備配套能力，降低對關鍵裝備的采購成本，還將促進我國汽車裝備制造業(yè)的充分競爭和整體進步，帶動相關上游和下游產業(yè)規(guī)模化的集中，提高國內汽車裝備制造業(yè)的整體水平。今年以來，奇瑞公司還啟動了國家863 項目 210kg 負載機器人，以及工信部NC 重大專項165KG 點焊機器人、6KG 弧焊機器人的開發(fā)，并逐步形成30KG、 50KG、 80KG、 100KG、250KG 等全系列點焊機器人產品，后期將延伸到弧焊機器人、搬運機器人、噴涂機器人、裝配機器人等，覆蓋工業(yè)機器人在汽車行業(yè)的所有應用。截至目前，奇瑞公司已開發(fā)出數

26、款機器人，計劃小批量制造并在內部應用成熟后，2013 年開始大批量制造，實現機器人產業(yè)化。經過 20 年的改革開放，隨著對商品高質量和多樣化的要求不斷提高，生產過程的柔性自動化要求日益迫切，在電子、家電、汽車和輕工等行業(yè)，工業(yè)機器人的應用日趨廣泛。從各國工業(yè)機器人發(fā)展歷史來看，一般在技術成熟，進入應用后不久，通過一批用戶應用工業(yè)機器人取得經濟和技術效果的示范作用，推動工業(yè)機器人制造業(yè)進入快速發(fā)展期，需求量日益增長。工業(yè)機器人產業(yè)化的主體應該是生產企業(yè)，把一般量大面廣、通用的工業(yè)機器人集中到企業(yè)生產制造，改變目前由科研單位分散研制的狀況，才能使我國的工業(yè)機器人真正形成規(guī)?；a，達到性能好、價格

27、低、維修服務有保證，使機器人推廣應用到各行各業(yè)，發(fā)揮作用。隨著我國工業(yè)機器人產業(yè)化的發(fā)展，前期可以依靠進口產品，但是從長遠來看，由于需要量很大，有必要形成自己的制造體系，這樣做不但有利于提高國產機器人性能價格比，而且對相關的產業(yè)也會帶來推動的作用。工業(yè)機器人在許多生產領域的使用實踐證明，它在提高生產自動化水平，提高勞動生產率和產品質量以及經濟效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關注。在新的世紀，機器人工業(yè)必將得到更加快速的發(fā)展和更加廣泛的應用。汽車工業(yè)作為一個支柱產業(yè)，它的每一個發(fā)展、進步，都離不開相關科學技術、工業(yè)等發(fā)展支持。在工業(yè)機器人技術

28、領域不斷涌現出的高新科技成果，也必將促進汽車工業(yè)向更高目標發(fā)展。相信在不久的將來，通過我們的共同努力，國內汽車行業(yè)的工業(yè)機器人技術會逐步縮短與國外先進技術水平的差距，迎接 WTO 帶給汽車工業(yè)的機遇和挑戰(zhàn)。接下來，我們討論一下焊接機器人在汽車生產應用中的發(fā)展趨勢。機圖像處理技術的迅速發(fā)展，機器視覺已在包括汽車制造業(yè)在內的很多工業(yè)部門得到越來越廣泛的應用。這些領域包括批量生產條件下的精密測量、工件表面缺陷檢測、生產線中對零件標識和字符的自動識別以及判斷裝配結果是否正確等，在一些用于汽車制造業(yè)的專用設備，如刀具預調測量儀中，機器視覺也已替代了傳統(tǒng)的檢測方式。作為一種新穎而又實用的傳感技術，圖像檢測

29、單元近年已實現產品化，一些知名的廠商，如日本的松下公司、德國的西門子公司等都推出了品種規(guī)格齊全的系列化產品，包括光源、攝像頭、處理器等，對圖像檢測技術的推廣應用創(chuàng)造了有利的條件。 與此同時，所頒布的相關標準不但規(guī)范了生產，而且為用戶在不同情形下選用合適的檢測單元，更快、更好地進行系統(tǒng)設計提供了依據。以汽車制造業(yè)為主的制造業(yè)發(fā)展促進了工業(yè)機器人的發(fā)展。汽車制造業(yè)屬于技術、資金密集型產業(yè)，也是工業(yè)機器人應用最廣泛的行業(yè)。在我國，工業(yè)機器人的最初應用是在汽車和工程機械行業(yè)，主要用于汽車及工程機械的噴涂及焊接。2000 年開始，受國家宏觀政策調控及居民消費水平提高的影響，我國汽車工業(yè)進入了一個高速增長

30、期。面對這種局面，國際汽車巨頭紛紛進入中國市場并與我國企業(yè)合資設廠或擴大原有生產規(guī)模，國內企業(yè)也紛紛轉型或加大對汽車行業(yè)的投資，整個行業(yè)增產擴能增加了對工業(yè)機器人需求。據不完全統(tǒng)計，最近幾年國內廠家所生產的工業(yè)機器人有超過一半是提供給汽車行業(yè)的，海關進出口增長數據與汽車行業(yè)增長數據具有較高的相關度?？芍?， 汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國工業(yè)機器人增長的原動力之一。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進金屬于一體的重要現代化制造業(yè)自動化裝備。工業(yè)機器人已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、工廠自動化(FA)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動工具。目前國際上的工業(yè)機器人公司主

31、要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC 、松下、FANUC 、 不二越、 川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA 、 CLOOS， 瑞典的 ABB ，意大利的COMAU 及奧地利的IGM 公司。我國工業(yè)機器人是從20 世紀 80 年代開始起步，經過20 多年的努力，已經形成了一些具有競爭力的工業(yè)機器人研究機構和企業(yè)。先后研發(fā)出弧焊、電焊、裝配、搬運、注塑、沖壓及噴漆等工業(yè)機器人。近幾年， 我國工業(yè)機器人及含工業(yè)機器人的自動化生產線相關的產品的年銷售額已突破10 億元。目前國內市場年需求量在3000 臺左右，年銷售額在20 億元以上。統(tǒng)計數據顯示，中國市場上工業(yè)機器人總共擁有量盡萬臺，

32、占全球總量的0.56%，其中完全國產工業(yè)機器人(行業(yè)規(guī)模比較大的前三家工業(yè)機器人企業(yè))行業(yè)集中度占30%左右，其余都是從日本、美國、瑞典、德國、意大利等20 多個國家引進的。國產工業(yè)機器人目前主要以國內市場應用為主，年出口量為100 臺左右，年出口額為0.2 億元以上。工業(yè)機器人50%以上用在汽車領域目前，工業(yè)機器人的應用領域主要有弧焊、點焊、裝配、搬用、噴漆、檢測、碼垛、研磨拋光和激光加工等復雜作業(yè).目前，國際上工業(yè)機器人技術在制造業(yè)應用范圍越來越廣泛，現已從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進而推廣到諸如采礦、建筑、農業(yè)、 災難救災等各種非制造行業(yè)。但汽車工業(yè)仍是工業(yè)機器人的主要應用領域。據了解

33、，美國60%的工業(yè)機器人用于汽車生產，全世界用于汽車工業(yè)的工業(yè)機器人已經達到總用量的37%，用于汽車零部件的工業(yè)機器人約占24%。 在我國，工業(yè)機器人的最初應用是在汽車和工程機械行業(yè)，主要用于汽車及工程機械的噴涂及焊接。目前， 由于機器人技術及研發(fā)的落后，工業(yè)機器人還主要應用在制造業(yè)，非制造業(yè)使用的較少。據統(tǒng)計，近幾年國內廠家所生產的哦工業(yè)機器人有超過一半是提供給汽車行業(yè)?？梢?，汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國工業(yè)機器人增長的原動力之一。焊接機器人在汽車制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用焊接機器人實在工業(yè)機器人基礎上發(fā)展起來的先進焊接設備，是從事焊接(包括切割與噴涂)的工業(yè)機器人，主要用于工業(yè)自動化領域，

34、其廣泛應用于汽車及零部件制造、摩托車、工程機械等行業(yè)，在汽車生產的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產工藝過程中都有廣泛應用，其中應用最多的以弧焊、點焊為主。 目前，焊接工業(yè)機器人在一汽、上汽、沈陽中順、金杯通用、重慶長安、湖南長豐等整車制造企業(yè)廣泛應用。據統(tǒng)計，每輛汽車身上，大約有3000 4000 個電阻點焊焊點。電阻電焊技術的應用實現了汽車車身制造的量產化與自動化。多年來，我國汽車零部件生產一直是手工焊、專機焊接占據焊接生產的主要地位，勞動強度大，作業(yè)環(huán)境惡劣，焊接質量不易保證，而且生產的柔性也很差，無法適應現代汽車生產的需要。近年來由于焊接機器人的大量應用，提高了零部件生產的自動化水平及生產

35、效率，焊接質量也得到了保證。近年來，焊接機器人在大連華克、上海華克，上海龍馬神、南京新迪、長春佛吉亞、上海匯眾等零部件及配件生產企業(yè)也有著典型的應用。在汽車零部件的生產中廣泛應用了點焊、凸焊、縫焊、對焊及電弧焊等焊接工藝。如：橫梁總成托架電焊，傳動軸平衡片凸焊，汽車燃油箱縫焊，汽車輪圈連續(xù)閃光對焊，汽車轉向臂、消聲器、凈化器殼體的電弧焊等。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展和對自動化水平要求的不斷提高，將為焊接機器人市場的快速增長提供了一個良好的機會。預計國內企業(yè)對焊接機器人的需求量將以30%以上的速度增長。從機器人技術發(fā)展趨勢看，焊接機器人不斷向智能化方向發(fā)展，完全實現生產系統(tǒng)中機器人的群體協(xié)調和集成控

36、制，從而達到更高的可靠性和安全性。而采用焊接機器人的汽車生產企業(yè)在高技術、高質量、 低成本條件下必將獲得高速發(fā)展，也將為汽車產業(yè)的發(fā)展帶來新的生機。 工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的重要的現代制造業(yè)自動化裝備。目前，國際上的工業(yè)機器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC 、 不二越、 川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA 、 CLOOS、 瑞典的 ABB 、意大利的COMAU 及奧地利的IGM 公司。工業(yè)機器人已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS） 、工廠自動化（FA） 、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動工具。我國

37、工業(yè)機器人是從20 世紀80 年代開始起步，經過二十年余年的努力，已經形成了一些具有競爭力的工業(yè)機器人研究機構和企業(yè)。先后研發(fā)出弧焊、點焊、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機器人。近幾年， 我國工業(yè)機器人及含工業(yè)機器人的自動化生產線相關產品的年產銷額已突破十億元。目前國內市場年需求量在3000 臺左右，年銷售額在20 億元以上。統(tǒng)計數據顯示，中國市場上工業(yè)機器人總共擁有量近萬臺，占全球總量的0.56%，其中完全國產工業(yè)機器人（行業(yè)內規(guī)模比較大的前三家工業(yè)機器人企業(yè)）行業(yè)集中度占30%左右，其余都是從日本、美國、瑞典、德國、意大利等20 多個國家引進的。國產工業(yè)機器人目前主要以國內市場應用為主

38、，年出口量為100 臺左右，年出口額為0.2 億以上。二、工業(yè)機器人50%以上用在汽車領域當前，工業(yè)機器人的應用領域主要有弧焊、點焊、裝配、搬運、噴漆、檢測、碼垛、研磨拋光和激光加工等復雜作業(yè)。如何用一個固體管內核來驅動環(huán)形薄膜，還要解決WSL 機器人的結構和封裝問題。第一個原型會于明年年初問世，將在固定內核內部采用電動馬達，來驅動不斷翻轉的環(huán)形薄膜。同時，Hong 的研究小組還將繼續(xù)研究EAP 和類似的材料，將之制作成制動環(huán)并通過伸展和收縮來向前移動，以用之來取代電動馬達。他們將會在制動環(huán)的首尾兩端放置EAP，來推動外表的薄膜，進而驅動機器人前進。2008 年， Hong 的研究小組將制作出

39、第一個采用EAP 制動器的原型。之后，他們將試圖解決機器人封裝的問題，以便即使在其外部皮膚運動過程中傳感器也能保持固定。在過去的5 年， Hong 曾試圖建立一個科學機構，幫助別人利用非傳統(tǒng)移動方法、傳感器和制動器來制作自己的機器人原型。Hong 表示： “由于我們的資金是來自國家科學基金會的， 所以我們的最終目標并不是要制作一個能夠大規(guī)模生產的原型，而是力圖突破科學和技術的界線，從而明白這樣一種新型的移動方法能有什么樣的作用?！?未來研究但是， Hong 并沒有把所有精力都放在了WSL 上。他還獲得了多項資助，目前正在弗吉尼亞理工大學的機器人和機械裝置實驗室進行多項有關其它非傳統(tǒng)移動方式的研

40、究。Hong 說： “我們正在實驗室研究多種新型的移動方法。 除了這項由NSF 贊助的 WSL 研究計劃， 我們還在研究輪足混合式機器人、三足機器人和人形機器人?！?Hong 在研究的另外三種新型機器人包括帶活動輪輻系統(tǒng)的智能移動機器人，智能動態(tài)人形機器人和自激勵三足動態(tài)實驗機器人。Hong 是弗吉尼亞理工大學智能足球機器人的顧問，該大學的足球機器人每年都參加RoboCup，這是一項國際性的自動機器人足球賽事。他還是弗吉尼亞理工大學VictorTango機器車隊的顧問之一，該隊即將參加國防高級研究計劃署舉辦的機器車挑戰(zhàn)大賽。Hong 是 NASASummerFacultyFellowship

41、獎和美國機械工程師協(xié)會/通用汽車的青年學者獎的得主，還贏得了ASME 機械和機器人會議最佳論文獎。自動化產品的控制功能日漸強大，再加上編程技術的簡化，使得將機器人連接起來的工作越來越簡單，隨之發(fā)展而來的機器人的協(xié)作應用也改變了汽車制造的方式，它是汽車制造技術發(fā)展的又一個明顯的標志。隨著價格越來越便宜而功能越來越強大，機器人已被廣泛地應用于汽車制造的各個方面，而且機器人有能力完成更多高難度的工作任務。不僅如此，機器人還可以相互協(xié)作，這使其有可能承擔以前必須采用手工或特別設計的輔助工具才能完成的復雜工作。雖然在目前的汽車行業(yè)，焊接仍然是機器人的主要應用領域（如表所示）， 但是各汽車公司正利用飛速發(fā)

42、展的計算機技術不斷地擴展機器人的適用范圍。一方面， 成本的下降使得各汽車公司有能力將更多的機器人運用于生產；另一方面，日益強大的計算功能使機器人能夠執(zhí)行以前甚至連編程設備都無法完成的、特別復雜的工作任務。這些改變無疑將有助于改善汽車制造質量，控制成本。機器人的協(xié)作應用今天，自動化產品的控制功能日漸強大，再加上編程技術的簡化，使得現在將機器人連接起來比過去要簡單得多。機器人的協(xié)作應用改變了汽車制造的方式，它是汽車制造技術發(fā)展的又一個明顯的標志?，F在， 機器人可以在完成某個零件上的某項工作后，然后將其傳送給下一個機器人。隨著自動化技術的發(fā)展，只用一個控制器來控制一個以上的機械手已變得非常簡單。這使

43、控制器能操縱的機械ABB 最新推出的4 臺機器人和總計36得在很多領域采用機器人來替代以前必需的特殊工具或人工成為可能。手和運動軸越多，機械手相互碰撞或發(fā)生其他問題的機會就越小。例如IRC5 控制器通過全新MultiMove 功能，能夠由一臺控制器控制多達個軸，從而可以很容易實現復雜的協(xié)調運行。在運行過程中，一個機器人拿起一個零件，握著它讓另一個機器人完成一項給定的任務。對于較復雜的任務，兩個或幾個機器人一起握住這些零件，與此同時，其他的機器人執(zhí)行上緊螺栓或將它們焊接在一起的工作任務, 總之， 在機器人的相互配合下，可以很容易地確定零件的精確位置并高效率地完成預定的工作任務。取消夾具系統(tǒng)讓好幾

44、個機器人共同完成一項任務，這種協(xié)作能力給汽車制造廠家提供了巨大的應用空間。過去， 零件必須精確定位用夾具將零件夾到機器人所要求的準確位置。 制造這些夾具是一項費時費力的高標準、高要求的工作，因為這些夾具不僅要保證動作的準確度，而且如果所持零件為重型或大型零件，還要保證零件在焊接、油漆或進行其他操作時紋絲不動。而如果采用機器人來完成，控制起來則要簡單得多。在價格下降而計算能力提高的雙重因素的影響下，機器視覺系統(tǒng)在汽車制造領域的使用機會大大增加，而這一系統(tǒng)的使用也有助于取消夾具系統(tǒng)，因為視覺系統(tǒng)可以很容易確定零件所應該放置的精確位置，也可以省去大量的制造、調試那些復雜夾具系統(tǒng)的資金。取消耗時的夾具系統(tǒng)后的生產制造正好迎合了汽車制造業(yè)“準時化”和“精益生產”的發(fā)展趨勢。 汽車生產廠家都在努力使自己在快速應對市場的同時保持較高的制造可靠性，而機器人正好滿足了汽車廠家在制造方面