工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用論文

飛行器先進(jìn)制造技術(shù)——工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用摘要：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，工業(yè)機(jī)器人已成為一種高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，為工業(yè)自動(dòng)化發(fā)揮了巨大作用，將對未來生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起越來越重要的作用。文章介紹了工業(yè)機(jī)器人的國內(nèi)國外的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用趨勢，以及帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；組成；發(fā)展；應(yīng)用；

1工業(yè)機(jī)器人的定義與組成工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。組成：工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng)；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展

隨著科技的不斷進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展過程可分為三代，第—代，為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它主要由機(jī)器手控制器和示教盒組成，可按預(yù)先引導(dǎo)動(dòng)作記錄下信息重復(fù)再現(xiàn)執(zhí)行，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二代為感覺型機(jī)器人，如有力覺觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進(jìn)行反饋調(diào)整的能力，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段。第三代為智能型機(jī)器人它具有感知和理解外部環(huán)境的能力，在工作環(huán)境改變的情況下，也能夠成功地完成任務(wù)，它尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。

2．1國外工業(yè)機(jī)器人的的發(fā)展美國是機(jī)器人的誕生地，早在1961年，美國的ConsolidedControlCorp和AMF公司聯(lián)合研制了第一臺實(shí)用的示教再現(xiàn)機(jī)器人。經(jīng)過40多年的發(fā)展，美國的機(jī)器人技術(shù)在國際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。

日本在1967年從美國引進(jìn)第一臺機(jī)器人，1976年以后，隨著微電子的快速發(fā)展和市場需求急劇增加，日本當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力顯著不足，工業(yè)機(jī)器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎，使其日本工業(yè)機(jī)器人得到快速發(fā)展，現(xiàn)在無論機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一，素有“機(jī)器人王國”之稱。德國引進(jìn)機(jī)器人的時(shí)間比英國和瑞典大約晚了五六年，但戰(zhàn)爭所導(dǎo)致的勞動(dòng)力短缺，國民的技術(shù)水平較高等社會(huì)環(huán)境，卻為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。此外，在德國規(guī)定，對于一些危險(xiǎn)、有毒、有害的工作崗位，必須以機(jī)器人來代替普通人的勞動(dòng)。這為機(jī)器人的應(yīng)用開拓了廣泛的市場，并推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。目前，德國工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第二位，僅次于日本。

法國政府一直比較重視機(jī)器人技術(shù)，通過大力支持一系列研究計(jì)劃，建立了一個(gè)完整的科學(xué)技術(shù)體系，使法國機(jī)器人的發(fā)展比較順利。在政府組織的項(xiàng)目中，特別注重機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面的研究，把重點(diǎn)放在開展機(jī)器人的應(yīng)用研究上。而由工業(yè)界支持開展應(yīng)用和開發(fā)方面的工作，兩者相輔相成，使機(jī)器人在法國企業(yè)界得以迅速發(fā)展和普及，從而使法國在國際工業(yè)機(jī)器人界擁有不可或缺的一席之地。

英國紀(jì)70年代末開始，推行并實(shí)施了一系措施列支持機(jī)器人發(fā)展的政策，使英國工業(yè)機(jī)器人起步比當(dāng)今的機(jī)器人大國日本還要早，并曾經(jīng)取得了早期的輝煌。然而，這時(shí)候政府對工業(yè)機(jī)器人實(shí)行了限制發(fā)展的錯(cuò)誤。這個(gè)錯(cuò)誤導(dǎo)致英國的機(jī)器人工業(yè)一蹶不振，在西歐幾乎處于末位。近些年，意大利、瑞典、西班牙、芬蘭、丹麥等國家由于自身國內(nèi)機(jī)器人市場的大量需求，發(fā)展速度非常迅速。目用于汽車、摩托車、工程機(jī)械、家電等行業(yè)。

我國機(jī)器人技術(shù)主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是：根據(jù)2l世紀(jì)初我國國民經(jīng)濟(jì)對先進(jìn)制造及自動(dòng)化技術(shù)的需求，瞄準(zhǔn)國際前沿高技術(shù)發(fā)展方向創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)、產(chǎn)品技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)。未來工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有：第一，危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人：主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機(jī)器人；第二，醫(yī)用機(jī)器人：主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人，遙控操作輔助正骨等；第三，仿生機(jī)器人：主要有移動(dòng)機(jī)器人，網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。3工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用隨著工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的深度和廣度以及機(jī)器人智能水平的提高，工業(yè)機(jī)器人已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。從傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)用于維護(hù)維修的機(jī)器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用也越來越多。汽車制造是一個(gè)技術(shù)和資金高度密集的產(chǎn)業(yè)，也是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最廣泛的行業(yè)，幾乎占到整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的一半以上。在我國，工業(yè)機(jī)器人最初也是應(yīng)用于汽車和工程機(jī)械行業(yè)中。在汽車生產(chǎn)中工業(yè)機(jī)器人是一種主要的制動(dòng)化設(shè)備，在整車及零部件生產(chǎn)的弧焊、點(diǎn)焊、噴涂、搬運(yùn)、涂膠、沖壓等工藝中大量使用。據(jù)預(yù)測我國正在進(jìn)入汽車擁有率上升時(shí)期，在未來幾年里，汽車仍將每年15％左右的速度增長。所以未來幾年工業(yè)機(jī)器人的需求將會(huì)呈現(xiàn)出高速增長趨勢，年增幅達(dá)到50％左右，工業(yè)機(jī)器人在我國汽車行業(yè)的應(yīng)用將得到快速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人除了在汽車行業(yè)的廣泛應(yīng)用，在電子，食品加工，非金屬加工，日用消費(fèi)品和木材家具加工等行業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的需求也快速增長。在亞洲，2005年安裝工業(yè)機(jī)器人72，600臺，與2004年相比，增長了40％，而應(yīng)用在電子行業(yè)的就占了31％左右。在歐洲地區(qū)，據(jù)統(tǒng)計(jì)2005年與2004年相l(xiāng)：tI業(yè)機(jī)器人在食品加工行業(yè)的應(yīng)用增長了17％左右，在非金屬加工行業(yè)的應(yīng)用增長了20％左右，在日用品消費(fèi)行業(yè)增長了32％，在木材家具加工行業(yè)增長了18％左右。工業(yè)機(jī)器人在石油方面也有廣泛的應(yīng)用，如海上石油鉆井、采油平臺、管道的檢測、煉油廠、大型油罐和儲(chǔ)罐的焊接等均可使用機(jī)器人來完成。在未來幾年，傳感技術(shù)，激光技術(shù)，工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人工作領(lǐng)域，這些技術(shù)會(huì)使工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用更為高效，高質(zhì)，運(yùn)行成本低。據(jù)預(yù)測，今后機(jī)器人將在醫(yī)療、保健、生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)、教育、救災(zāi)、海洋開發(fā)、機(jī)器維修、交通運(yùn)輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

4工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用舉例4.1點(diǎn)焊機(jī)器人焊接機(jī)器人具有性能穩(wěn)定、工作空間大、運(yùn)動(dòng)速度快和負(fù)荷能力強(qiáng)等焊接機(jī)器人特點(diǎn)，焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于人工焊接，大大提高了點(diǎn)焊作業(yè)的生產(chǎn)率。點(diǎn)焊機(jī)器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產(chǎn)過程由各大汽車主機(jī)廠負(fù)責(zé)完成。國際工業(yè)機(jī)器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長期合作關(guān)系，向各大型汽車生產(chǎn)企業(yè)提供各類點(diǎn)焊機(jī)器人單元產(chǎn)品并以焊接機(jī)器人與整車生產(chǎn)線配套形式進(jìn)入中國，在該領(lǐng)域占據(jù)市場主導(dǎo)地位。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產(chǎn)線要求焊鉗一體化，重量越來越大，165公斤點(diǎn)焊機(jī)器人是目前汽車焊接中最常用的一種機(jī)器人。2008年9月，機(jī)器人研究所研制完成國內(nèi)首臺165公斤級點(diǎn)焊機(jī)器人，并成功應(yīng)用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經(jīng)過優(yōu)化和性能提升的第二臺機(jī)器人完成并順利通過驗(yàn)收，該機(jī)器人整體技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國外同類機(jī)器人水平。4.2弧焊機(jī)器人弧焊機(jī)器人主要應(yīng)用于各類汽車零部件的焊接生產(chǎn)。在該領(lǐng)域，國際大型工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)主要以向成套裝備供應(yīng)商提供單元產(chǎn)品為主。本公司主要從事弧焊機(jī)器人成套裝備的生產(chǎn)，根據(jù)各類項(xiàng)目的不同需求，自行生產(chǎn)成套裝備中的機(jī)器人單元產(chǎn)品，也可向大型工業(yè)機(jī)器人企業(yè)采購并組成各類弧焊機(jī)器人成套裝備。在該領(lǐng)域，本公司與國際大型工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)既是競爭亦是合作關(guān)系?；『笝C(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)包括：(1)弧焊機(jī)器人系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù)：弧焊機(jī)器人采用交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及高精度、高剛性的RV減速機(jī)和諧波減速器，具有良好的低速穩(wěn)定性和高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)功能。(2)協(xié)調(diào)控制技術(shù)：控制多機(jī)器人及變位機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，既能保持焊槍和工件的相對姿態(tài)以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。(3)精確焊縫軌跡跟蹤技術(shù)：結(jié)合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優(yōu)點(diǎn)，采用激光傳感器實(shí)現(xiàn)焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機(jī)器人對復(fù)雜工件進(jìn)行焊接的柔性和適應(yīng)性，結(jié)合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統(tǒng)計(jì)獲得補(bǔ)償數(shù)據(jù)并進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質(zhì)量。4.3激光加工機(jī)器人激光加工機(jī)器人是將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于激光加工中，通過高精度工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。本系統(tǒng)通過示教盒進(jìn)行在線操作，也可通過離線方式進(jìn)行編程。該系統(tǒng)通過對加工工件的自動(dòng)檢測，產(chǎn)生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數(shù)據(jù)直接加工?？捎糜诠ぜ募す獗砻嫣幚怼⒋蚩?、焊接和模具修復(fù)等。激光加工機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)包括：(1)激光加工機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：采用大范圍框架式本體結(jié)構(gòu)，在增大作業(yè)范圍的同時(shí)，保證機(jī)器人精度；(2)機(jī)器人系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償技術(shù)：針對一體化加工機(jī)器人工作空間大，精度高等要求，并結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取非模型方法與基于模型方法相結(jié)合的混合機(jī)器人補(bǔ)償方法，完成了幾何參數(shù)誤差和非幾何參數(shù)誤差的補(bǔ)償。(3)高精度機(jī)器人檢測技術(shù)：將三坐標(biāo)測量技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人高精度在線測量。(4)激光加工機(jī)器人專用語言實(shí)現(xiàn)技術(shù)：根據(jù)激光加工及機(jī)器人作業(yè)特點(diǎn)，完成激光加工機(jī)器人專用語言。(5)網(wǎng)絡(luò)通訊和離線編程技術(shù)：具有串口、CAN等網(wǎng)絡(luò)通訊功能，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人生產(chǎn)線的監(jiān)控和管理；并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對機(jī)器人的離線編程控制。4.4潔凈機(jī)器人潔凈機(jī)器人是一種在潔凈環(huán)境中使用的工業(yè)機(jī)器人。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平潔凈機(jī)器人不斷提高，其對生產(chǎn)環(huán)境的要求也日益苛刻，很多現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)都要求在潔凈環(huán)境進(jìn)行，潔凈機(jī)器人是潔凈環(huán)境下生產(chǎn)需要的關(guān)鍵設(shè)備。關(guān)鍵技術(shù)包括：(1)潔凈潤滑技術(shù)：通過采用負(fù)壓抑塵結(jié)構(gòu)和非揮發(fā)性潤滑脂，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境無顆粒污染，滿足潔凈要求。(2)高速平穩(wěn)控制技術(shù)：通過軌跡優(yōu)化和提高關(guān)節(jié)伺服性能，實(shí)現(xiàn)潔凈搬運(yùn)的平穩(wěn)性。(3)控制器的小型化技術(shù)：根據(jù)潔凈室建造和運(yùn)營成本高，通過控制器小型化技術(shù)減小潔凈機(jī)器人的占用空間。(4)晶圓檢測技術(shù)：通過光學(xué)傳感器，能夠通過機(jī)器人的掃描，獲得卡匣中晶圓有無缺片、傾斜等信息。5結(jié)束語

在我國，工業(yè)機(jī)器人市場份額大部分被國外工業(yè)機(jī)器人企業(yè)占據(jù)著。在國際強(qiáng)手面前，國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人企業(yè)面臨著相當(dāng)大的競爭壓力。如今我國正從一個(gè)“制造大國”向“制造強(qiáng)國”邁進(jìn)，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動(dòng)化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會(huì)加大對機(jī)器人的資金