機(jī)械機(jī)器人項(xiàng)目簡(jiǎn)介

###機(jī)械工業(yè)機(jī)器人二零一五年一月第一部分工業(yè)機(jī)器人發(fā)展歷史及應(yīng)用范圍一、工業(yè)機(jī)器人發(fā)展歷史現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化的發(fā)展，以及原子能的開(kāi)發(fā)利用。自1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。該專(zhuān)利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相似，但外形特征迥異，主要由類(lèi)似人的手和臂組成。1965年，MIT的Roborts演示了第一個(gè)具有視覺(jué)傳感器的、能識(shí)別與定位簡(jiǎn)單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。1967年日本成立了人工手研究會(huì)（現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會(huì)），同年召開(kāi)了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)。1970年在美國(guó)召開(kāi)了第一屆國(guó)際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議。1970年以后，機(jī)器人的研究得到迅速?gòu)V泛的普及。1973年，辛辛那提米拉克隆公司的理查德豪恩制造了第一臺(tái)由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，它是液壓驅(qū)動(dòng)的，能提升的有效負(fù)載達(dá)45公斤。到了1980年，工業(yè)機(jī)器人才真正在日本普及，故稱(chēng)該年為“機(jī)器人元年”。隨后，工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大發(fā)展，日本也因此而贏(yíng)得了“機(jī)器人王國(guó)的美稱(chēng)”。80年代，將具有感覺(jué)、思考、決策和動(dòng)作能力的系統(tǒng)稱(chēng)為智能機(jī)器人，這是一個(gè)概括的、含義廣泛的概念。機(jī)器人的技術(shù)（如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等）擴(kuò)散和滲透到各個(gè)領(lǐng)域形成了各式各樣的新機(jī)器機(jī)器人化機(jī)器。當(dāng)前與信息技術(shù)的交互和融合又產(chǎn)生了“軟件機(jī)器人”、“網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人”的名稱(chēng)，這也說(shuō)明了機(jī)器人所具有的創(chuàng)新活力。二、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍從廣義上來(lái)說(shuō)，除了表演機(jī)器人外，其余的都可叫做工業(yè)機(jī)器人。目前，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域主要在以下三個(gè)方面。2.1自動(dòng)化工業(yè)領(lǐng)域。早期工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)上主要用于：機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和噴漆。隨著柔性自動(dòng)化的出現(xiàn)，機(jī)器人扮演了更重要的角色，現(xiàn)舉例如下。（1）焊接機(jī)器人。焊接工藝是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的重要領(lǐng)域，它使人從灼熱的、不舒服的、有時(shí)是危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解脫出來(lái)。在焊接工藝中，機(jī)器人主要用于點(diǎn)焊和弧焊作業(yè)。點(diǎn)焊機(jī)器人能保證復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)件上焊接點(diǎn)位置和數(shù)量的正確性，而人工作業(yè)往往在諸多的焊點(diǎn)中會(huì)遺漏?；『笝C(jī)器人需要六個(gè)自由度，三個(gè)自由度用來(lái)控制焊具跟隨焊縫的空間軌跡，另三個(gè)自由度保持焊具與工件表面有正確的姿態(tài)關(guān)系，這樣才能保證良好的焊縫質(zhì)量。（2）材料搬運(yùn)機(jī)器人。材料搬運(yùn)機(jī)器人可用來(lái)上下料、碼垛、卸貨以及抓取零件重新定向等作業(yè)。一個(gè)簡(jiǎn)單抓放作業(yè)機(jī)器人只需較少的自由度；一個(gè)給零件定向作業(yè)的機(jī)器人要求具有更多的自由度，增加其靈巧性。檢測(cè)機(jī)器人。零件制造過(guò)程中的檢測(cè)以及成品檢測(cè)都是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵問(wèn)題。它主要有兩個(gè)工作內(nèi)容：確認(rèn)零件尺寸是否在允許的公差內(nèi)；零件質(zhì)量控制上的分類(lèi)。裝配機(jī)器人。裝配是一個(gè)比較復(fù)雜的作業(yè)過(guò)程，不僅要檢測(cè)裝配作業(yè)過(guò)程中的誤差，而且要試圖糾正這種誤差。因此，裝配機(jī)器人應(yīng)用了許多傳感器，如接觸傳感器、視覺(jué)傳感器、接近覺(jué)傳感器、聽(tīng)覺(jué)傳感器等。聽(tīng)覺(jué)傳感器用來(lái)判斷壓入件或滑入件是否到位。圖11.17所示是用機(jī)器人裝配計(jì)算機(jī)硬盤(pán)。用兩臺(tái)SCARA型裝配機(jī)器人裝配計(jì)算機(jī)硬盤(pán)的系統(tǒng)，它具有一條傳送線(xiàn)、兩個(gè)裝配工件供應(yīng)單元(一個(gè)單元供應(yīng)A?E五種部件；另一個(gè)單元供應(yīng)螺釘)。傳送線(xiàn)上的傳送平臺(tái)是裝配作業(yè)的基臺(tái)。一臺(tái)機(jī)器人負(fù)責(zé)把A?E五個(gè)部件按裝配位置互相裝好，另一臺(tái)機(jī)器人配有擰螺釘手爪，專(zhuān)管把螺釘按一定力矩要求安裝到工件上。全部系統(tǒng)是在超凈間安裝工作的?！挂患魇己皆獔D11.17機(jī)器人裝配計(jì)算機(jī)硬盤(pán)1一螺釘供給單元；2一裝配機(jī)器人；3—傳送輥道；4—控制器；5一定位器；6—隨行夾具；7一擰螺釘器噴漆和噴涂。噴涂作業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，除了在汽車(chē)、家用電器和儀表殼體的噴涂作業(yè)中大量采用機(jī)器人工作外，還在涂膠、鑄型涂料、耐火飾面材料、陶瓷制品釉料、粉狀涂料等作業(yè)中開(kāi)展應(yīng)用。其他諸如密封和粘接、清砂和拋光、熔模鑄造和壓鑄、鍛造等等也有廣泛的應(yīng)用。2.2惡劣工作環(huán)境，危險(xiǎn)工作場(chǎng)合這個(gè)領(lǐng)域的作業(yè)是一種有害于健康，并危及生命或不安全因素很大而不宜于人去干的作業(yè)，用工業(yè)機(jī)器人去干是最適宜的。比如，核電站蒸汽發(fā)生器檢測(cè)機(jī)器人，可在有核污染的并危及生命的環(huán)境下替人進(jìn)行作業(yè)。又如爬壁機(jī)器人特別適合超高層建筑外墻的噴涂、檢查、修理工作。再如機(jī)器人在沖床上下料、采礦、噴漆、鍛造及水下作業(yè)等場(chǎng)合的應(yīng)用，使人受到很好的勞動(dòng)保護(hù)。2.3特殊作業(yè)場(chǎng)合這個(gè)領(lǐng)域?qū)θ藖?lái)說(shuō)是力所不能及的，只有機(jī)器人才能去進(jìn)行作業(yè)，如圖11.20所示的航天飛機(jī)上的操作臂飛機(jī)上用來(lái)回收衛(wèi)星的操作臂。它是由加拿大SPAR航天公司設(shè)計(jì)并制造的，該操作臂是世界上最大的關(guān)節(jié)式機(jī)器人（操作臂）。該操作臂額定載荷為15000kg,最大載荷為30000kg；末端操作器的最大速度是：空載時(shí)為0?6m/s,承載kg時(shí)為0.06m/s,承載30000kg時(shí)為0.03m/s；定位精度為±0.05m。然而，這些額定參數(shù)是在外層空間抓放自由飛行體時(shí)的參數(shù)。若在地球重力環(huán)境下，即使沒(méi)有任何外加載荷，舉起自身總質(zhì)量為450kg的操作臂也將產(chǎn)生很大的變形。第二部分工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)分析一、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是一門(mén)涉及機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、仿生學(xué)、人工智能甚至生命科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的交叉性科學(xué)，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展依賴(lài)于這些相關(guān)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。歸納起來(lái)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面。（1） 機(jī)器人的智能化智能化是工業(yè)機(jī)器人一個(gè)重要的發(fā)展方向。目前，機(jī)器人的智能化研究可以分為兩個(gè)層次，一是利用模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制策略，利用被控對(duì)象對(duì)模型依賴(lài)性不強(qiáng)的特點(diǎn)來(lái)解決機(jī)器人的復(fù)雜控制問(wèn)題，或者在此基礎(chǔ)上增加軌跡或動(dòng)作規(guī)劃等內(nèi)容，這是智能化的最低層次；二是使機(jī)器人具有與人類(lèi)類(lèi)似的邏輯推理和問(wèn)題求解能力，面對(duì)非結(jié)構(gòu)性環(huán)境能夠自主尋求解決方案并加以執(zhí)行，這是更高層次的智能化。使機(jī)器人能夠具有復(fù)雜的推理和問(wèn)題求解能力，以便模擬人的思維方式，目前還很難有所突破。智能技術(shù)領(lǐng)域有很多的研究熱點(diǎn)，如虛擬現(xiàn)實(shí)、智能材料（如形狀記憶合金）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)、多傳感器集成和信息融合技術(shù)等。（2） 機(jī)器人的多機(jī)協(xié)調(diào)化由于生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)機(jī)器人的多機(jī)協(xié)調(diào)作業(yè)要求越來(lái)越迫切。在很多大型生產(chǎn)線(xiàn)上，往往要求很多機(jī)器人共同完成一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，因而每個(gè)機(jī)器人的控制就不單純是自身的控制問(wèn)題，需要多機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作。此外，隨著CAD/CAM/CAPP等技術(shù)的發(fā)展，更多地把設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)制造、零部件儲(chǔ)存和配送等有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在性制造、計(jì)算機(jī)集成制造等現(xiàn)代加工制造系統(tǒng)中，機(jī)器人已經(jīng)不再是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的作業(yè)機(jī)械，而是成為了其中的重要組成部分，這些都要求多個(gè)機(jī)器人之間、機(jī)器人和生產(chǎn)系統(tǒng)之間必須協(xié)調(diào)作業(yè)。多機(jī)協(xié)調(diào)也可以認(rèn)為是智能化的一個(gè)分支。機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化工作是一項(xiàng)十分重要而又艱巨的任務(wù)。機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化有利于制造業(yè)的發(fā)展，但目前不同廠(chǎng)家的機(jī)器人之間很難進(jìn)行通信和零部件的互換。機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題不是技術(shù)層面的問(wèn)題，而主要是不同企業(yè)之間的認(rèn)同和利益問(wèn)題。機(jī)器人的模塊化智能機(jī)器人和高級(jí)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單緊湊，其高性能部件甚至全部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已向模塊化方向發(fā)展。其驅(qū)動(dòng)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，并向小型和高輸出方向發(fā)展；其控制裝置向小型化和智能化方向發(fā)展；其軟件編程也在向模塊化方向發(fā)展。機(jī)器人的微型化微型機(jī)器人是21世紀(jì)的尖端技術(shù)之一。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出手指大小的微型移動(dòng)機(jī)器人，預(yù)計(jì)將生產(chǎn)出毫米級(jí)大小的微型移動(dòng)機(jī)器人和直徑為幾百微米甚至更小(納米級(jí))的醫(yī)療和軍事機(jī)器人。微型驅(qū)動(dòng)器、微型傳感器等是開(kāi)發(fā)微型機(jī)器人的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，它們將對(duì)精密機(jī)械加工、現(xiàn)代光學(xué)儀器、超大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代生物工程、遺傳工程和醫(yī)學(xué)工程等產(chǎn)生重要影響。介于大中型機(jī)器人和微型機(jī)器人之間的小型機(jī)器人也是機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。二、工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)前景近日，國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)發(fā)布了最新研究報(bào)告《2014世界機(jī)器人：工業(yè)機(jī)器人》。報(bào)告根據(jù)全球約40個(gè)國(guó)家的機(jī)器人供應(yīng)商提供的原始資料，以及國(guó)家機(jī)器人協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)分析與預(yù)測(cè)。2014年：50年來(lái)工業(yè)機(jī)器人最風(fēng)光的一年2014年是工業(yè)機(jī)器人自1962年以來(lái)最成功的一年。在2014年，工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)量增加了47%，創(chuàng)下160萬(wàn)臺(tái)的新紀(jì)錄。機(jī)器人銷(xiāo)售額激增59%，達(dá)到800億美元，創(chuàng)下另一項(xiàng)新紀(jì)錄。值得一提的是，這一數(shù)字不包含軟件、外圍設(shè)備與系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)成本，如果納入上述項(xiàng)目，實(shí)際機(jī)器人系統(tǒng)的市場(chǎng)價(jià)值估計(jì)高達(dá)1273億美元。盡管全球經(jīng)濟(jì)形勢(shì)疲軟，2015年的機(jī)器人銷(xiāo)售量仍可能增加約10%，達(dá)到176萬(wàn)臺(tái)以上。在2015到2017年期間，預(yù)計(jì)全球機(jī)器人的銷(xiāo)售額每年將平均增長(zhǎng)約15%。2017年，工業(yè)機(jī)器人每年的供應(yīng)量將超過(guò)210萬(wàn)臺(tái)。全球工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行數(shù)量預(yù)測(cè)（單位萬(wàn)蓬勃發(fā)展的中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)就機(jī)器人安裝數(shù)量來(lái)看，中國(guó)將很快成為世界上最大的機(jī)器人市場(chǎng)，但中國(guó)要想達(dá)到日本或德國(guó)這樣的機(jī)器人密度，接下來(lái)幾年將需要安裝約100萬(wàn)臺(tái)新的機(jī)器人。全球的機(jī)器人供應(yīng)商都認(rèn)識(shí)到這一潛在商機(jī)，正在積極擴(kuò)大產(chǎn)能。此外，中國(guó)的機(jī)器人供應(yīng)商也正嘗試或已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)。在中國(guó)已經(jīng)存在一些直角座標(biāo)/線(xiàn)性機(jī)器人制造商。風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇如果打開(kāi)金磚四國(guó)、東南亞、土耳其和中歐國(guó)家龐大的消費(fèi)性市場(chǎng)，可確保消費(fèi)性需求的增加，這也是促成這些國(guó)家更多自動(dòng)化投資的要素。節(jié)能與輕型材料是制造業(yè)的主要挑戰(zhàn)。汽車(chē)業(yè)將繼續(xù)成為新技術(shù)的創(chuàng)新者。不過(guò)，在2013和2014年，汽車(chē)業(yè)的投資可能會(huì)出現(xiàn)同期性的下降。為了提高生產(chǎn)力和員工的工作品質(zhì)，電氣、電子產(chǎn)業(yè)將持續(xù)進(jìn)行自動(dòng)化改造，特別是亞洲。更容易使用的機(jī)器人，以及與工人協(xié)同合作的機(jī)器人，將提高中小型公司的機(jī)器人銷(xiāo)售量。經(jīng)過(guò)改良、更容易整合的工業(yè)機(jī)器人，將創(chuàng)造更多的應(yīng)用。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)承認(rèn)其預(yù)測(cè)是“相當(dāng)樂(lè)觀(guān)”的，可能會(huì)受到一些因素的影響。例如，主要市場(chǎng)的金融問(wèn)題可能會(huì)拖累全球經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，甚至造成衰退，進(jìn)而減少投資與機(jī)器人的采購(gòu)，原有的一些機(jī)器人投資計(jì)劃也可能推遲。但是之后，邁向自動(dòng)化的趨勢(shì)將繼續(xù)發(fā)酵，將滿(mǎn)足提高生產(chǎn)效率和盈利能力的需求，從而保證工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。但機(jī)器人銷(xiāo)售量繼續(xù)增長(zhǎng)的動(dòng)能不只這些，全球都在承受著改善工人人身安全、工作繁瑣度及工作環(huán)境的壓力，而機(jī)器人是唯一的解決方法。第三部分山東###機(jī)械設(shè)備制造有限公司機(jī)器人項(xiàng)目運(yùn)作情況山東###公司簡(jiǎn)介###公司是專(zhuān)業(yè)從事數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造與銷(xiāo)售為一體的高新技術(shù)企業(yè)，為山東省一企一技術(shù)中心資質(zhì)單位，技術(shù)部門(mén)設(shè)有研發(fā)中心、生產(chǎn)技術(shù)部、品質(zhì)部等，具有較強(qiáng)的自主開(kāi)發(fā)能力。公司注冊(cè)資金1億元，廠(chǎng)區(qū)占地面積206畝，廠(chǎng)房面積10萬(wàn)余平方米，員工650余人，其中具有中高級(jí)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員80多名。近年來(lái)，公司實(shí)施以人為本、科技為先的戰(zhàn)略，一方面多種渠道引進(jìn)人才自主開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，另一方面與高等院校、科研院所及知名企業(yè)廣泛合作，不斷開(kāi)發(fā)適應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求的高技術(shù)含量高附加值的產(chǎn)品，年生產(chǎn)各種高端和專(zhuān)用數(shù)控車(chē)床、加工中心及桁架式機(jī)器人聯(lián)線(xiàn)等產(chǎn)品近1000臺(tái)套，多款產(chǎn)品技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，部分產(chǎn)品技術(shù)接近國(guó)際先進(jìn)水平。最近3年，公司主營(yíng)業(yè)務(wù)每年以超過(guò)30%的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展，新產(chǎn)品比例占公司銷(xiāo)售收入的80%以上，先后完成了3大系列共十八個(gè)品種的設(shè)計(jì)，受到了廣大用戶(hù)的歡迎，成功的走出了一條科技發(fā)展之路，成為山東省數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的重點(diǎn)骨干企業(yè)之一。桁架機(jī)器人項(xiàng)目運(yùn)作情況###公司桁架式工業(yè)機(jī)器人研發(fā)始于2010年，是為軸承專(zhuān)用數(shù)控車(chē)床組線(xiàn)而設(shè)計(jì)的。針對(duì)軸承行業(yè)車(chē)工設(shè)備自動(dòng)化水平低，機(jī)床精度不高及作業(yè)環(huán)境惡劣等問(wèn)題，公司與山東大學(xué)、國(guó)家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心等單位合作，在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，將數(shù)控機(jī)床與桁架式工業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行完美結(jié)合，在2012年底研制出###公司第一條也是中國(guó)第一條軸承數(shù)控車(chē)削機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)，經(jīng)過(guò)用戶(hù)2年的試用和我們的設(shè)計(jì)改進(jìn)，目前該機(jī)器人數(shù)控生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品日趨成熟，截止2014年12月，公司已經(jīng)售出該生產(chǎn)線(xiàn)50多條，并申報(bào)國(guó)家專(zhuān)利6項(xiàng)。本項(xiàng)目產(chǎn)品的意義，就在于通過(guò)高轉(zhuǎn)速、高剛性、高精度軸承專(zhuān)用數(shù)控車(chē)床與桁架式工業(yè)機(jī)器人完美結(jié)合組成全自動(dòng)上下料聯(lián)線(xiàn)，以國(guó)外產(chǎn)品同等的技術(shù)和質(zhì)量，國(guó)內(nèi)企業(yè)所能接受的價(jià)格來(lái)替代同類(lèi)進(jìn)口設(shè)備，更換目前軸承行業(yè)仍在普遍使用的老舊液壓車(chē)床，從而達(dá)到改善作業(yè)環(huán)境、降低人工成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。關(guān)節(jié)式機(jī)器人項(xiàng)目運(yùn)作情況公司于2013年初開(kāi)始與西安交大合作共同研制關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)器人，并與2013年底完成