先进制造技术 工业机器人.doc

工业机器人的发展和应用

摘要：
在当今这个工业时代，工业机器人的应用范围越来越广泛，各个企业对工业机器人的需求也逐日增加。显而易见，工业机器人各个方面的技术也必须迅速地发展，这将提高社会生产率和产品的质量，为社会创造巨大的财富！

关键词：
工业 机器人 应用领域 性能 关键技术

正文：

不负所望，自从20世纪50年代末英格尔伯格和德沃尔联手制造的第一台工业机器人面世以后，工业机器人就显示出了它极为强大的生命力，在短短几十年的时间中，工业机器人的技术不但得到了迅速的发展，而且工业机器人广泛的应用于了很多工业发达国家的各种生产中。目前，广泛应用工业机器人的行业有汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、橡胶及塑料工业、电子电气行业、食品工业、木材与家具制造业等等。
工业机器人不一定像人，大部分工业机器人的形状都是以机械臂的形式制造，但它一定能在某方面可以替代人工作。除此之外，工业机器人还有对环境状态快速反应和分析判断的能力，和可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境等能力。总的来说，工业机器人是一种拟人的，结合了人的特长和机器特长的电子机械装置。
工业机器人的技术是综合了计算器、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，涉及面非常广，不同的工业机器人的关键技术都有所区别。但是，各种各样的技术有其共同的几个特点，它们都集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体，是工业自动化水平的最高体现。

工业机器人领域的发展
在工业机器人的诞生地美国，自1959年研制出世界上第一台工业机器人开始，由于60年代到70年代只在几所大学和少数公司等小范围中研究用于军事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域高级机器人，一直未能高速发展工业机器人，进入80年代以后，美国才开始研制带有视觉、触觉的第二代机器人，目前美国的机器人技术具有以下几个特点：一、性能可靠，功能全面，精确度高；二、机器人语言类型多、应用广，水平高居世界之首；三、智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业广泛应用；四、高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，在国际上处于领先地位。
日本在1967年由川崎重工业公司从美国Unimation公司引进机器人及其技术，1968年的时候，日本试制出了第一台川崎的“尤尼梅特”机器人。80年代中期，日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位，号称“机器人王国”。
德国机器人的总数占世界第三位。70年代中后期，德国政府在“改善劳动条件计划”中规定，对于一些有危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替人的劳动。这个计划推动了机器人技术的发展。德国除了将机器人应用在汽车工业外，还在纺织工业使用机器人，使纺织业重新振兴。目前，其智能机器人的研究和应用方面，在世界上处于公认的领先地位。
在20世纪八十年代的高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持，并且在“七五”计划中把机器人列为国家重点科研规划内容。于是第一个机器人研究示范工程在沈阳建立，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十多年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的机器人及水下作业、军用和特种机器人。中国自行研制的机器人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂已投入运行。但总的来看，虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平还存在着一定的距离，如：可靠性低于国外产品，机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。从市场占有率来说，更无法相提并论。主要原因是我国还没有形成规范的工业机器人产业，当前我国的工业机器人生产都是 “一个客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此我国现阶段的工业机器人的研究，迫切需要解决的是产业化前期的关键技术，并且要对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模型化设计，积极推进产业化进程。

工业机器人技术发展趋势
工业机器人的性能正向高速度、高精度、高可靠性、低价格、便于操作和维修方面发展；机器人的机械结构正向模块化、可重构化发展，例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化。目前，工业机器人研究机构正在研究由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机的技术，在国外，已经有模块化装配机器人产品问巿。随着技术的进步，机器人本体结构近十年来发展变化很快。
工业机器人的控制系统正在向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化和网络化。目前，机器人的器件集成度的提高，控制柜日见小巧，机器人控制网络化已成为发展趋势。
工业机器人的传感器作用十分重要，除了釆用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、触觉等传感器，而遥控机器人则釆用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制。多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
虚拟现实技术在机器人的作用也在不断发展，已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远程作业环境中的感觉来操纵机器人。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳（Sojanor）”机器人就是成功应用的最著名的实例。

工业机器人的应用
当前，工业机器人的应用领域主要有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。在众多制造业领域中，应用工业机器人最广泛的领域是汽车及汽车零部件制造业。多年来，我国汽车零部件生产一直是手工焊、专机焊占据焊接生产的主导地位。这使得生产过程中，劳动强度大，作业环境恶劣，焊接质量不易保证，而且生产的柔性也很差，无法适应现代汽车生产的需要。近年来由于焊接机器人的大量应用，提高了零部件生产的自动化水平及生产效率，同时使生产更具有柔性，焊接质量也得到了保证。
工业机器人还广泛应用于电子电气行业、金属制品业、橡胶及塑料工业和食品工业等领域。随着科学与技术的发展，工业机器人的应用领域也不断扩大。目前，工业机器人不仅应用于传统制造业如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域，同时也已开始扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场将繁荣兴旺。
工业机器人在未来的工业领域仍然有着很大的发展空间，而我国的情况相对于全球范围而言，面临更多的是机遇和挑战。