机器人技术应用

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欢迎访问e展厅 展厅 1 工业机器人展厅 大负载机器人, 直角坐标机器人, 机械手, ... 世界机器人之父恩格尔伯格先生认为，机器人目前尚没有准确的定义，但有一点可以确定，即机器人不一定像人，但能替代人工作。美国不仅将工业机器人和服务机器人看做是机器人，还将无人机、水下潜器、月球车甚至巡航导弹等都看做是机器人。 机器人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。它一般由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种综合了人和机器特长、能在三维空间完成各种作业的机电一体化装置。它既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，特别适合于多品种、小批量的柔性生产。是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。 技术现状及国内外概况 国内外机器人领域发展 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年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。80年代中期，日本机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位，成为“机器人王国”。 美国是机器人的诞生地，1962年研制出世界上第一台机器人，由于美国从60年代到70年代期间，只在几所大学和少数公司开展研究工作；70年代后期，美国在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，使日本的机器人后来居上。进入80年代后，美国开始研制带有视觉、力觉的第二代机器人，目前美国的机器人技术特点是：性能可靠，功能全面，精确度高；机器人语言类型多、应用广，水平高居世界之首；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；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。 德国机器人的总数占世界第三位。70年代中后期，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。 前苏联(主要是在俄罗斯)，机器人技术研究是从50年代后半期开始。1968年成功地试制出一台深水作业机器人；1971年研制出工厂用的机器人；到1975年，已研制出30个型号的120台机器人。前苏联的机器人在数量、质量和技术水平上均处于世界前列地位。 中国在“七五”计划中把机器人列为国家重点科研规划内容，在沈阳建立了全国第一个机器人研究示範工程，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。 国内外机器人产业及巿场 机器人作为现代制造业主要的自动化装备，已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、电子信息、家电、化工等行业，进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。据1998年统计，全世界机器人的拥有量达72万台。国际上生产机器人的主要厂家有：日本的安川电机、OTC、川崎重工、松下、不二越、日立、法那克；欧洲的CLOOS（德国）、ABB（瑞典）、COMAU（意大利）、IGM（奥地利）、KUKA（德国）等。 国内外机器人技术发展趋势 * 机器人性能提高：高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修，单机价格不断下降，平均单机价格从1991年的10.3万美元降至2000年的6万美元左右； * 机械结构向模块化、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；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问巿； * 机器人本体结构更新加快：随?技术的进步，机器人本体结构近十年来发展变化很快。以安川MOTOMAN机器人产品为例，L系列机器人持续10年，K系列持续5年时间，SK系列持续3年时间，1998年底安川公司推出了最新的UP系列，其突出的特点是：大臂釆用新型的非平行四边形的单连杆机构，工作空间有所增加，本体自重进一步减少，变得更加轻巧； * 机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧。安川公司的UP系列机器人釆用了新开发的控制器YASNAC XRC，主要特点是具有网络通信功能。目前，比较引人注目还有DENSO公司的“NetwoRC”（New Technology Worldwide Open Robot Controller）控制器，其特点是：釆用板卡式PC结构，约为台式PC大小；有3个ISA总线扩展槽，可安装Ethernet卡、Device Net卡和图像处理卡；NetwoRC是开放式机器人控制器技术发展的典型代表。机器人控制网络化已成为发展趋势； * 机器人中的传感器作用日益重要，除釆用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，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着名实例； * 机器人化机械开始兴起。从1994年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 国内外机器人应用情况 日本 全世界投入使用的机器人数量近年来快速增加，目前，日本实际装配的机器人总量占世界总量的一半。装配是日本机器人的最大应用领域，它拥有的机器人占总数的42%；焊接是应用的第二大领域，占机器人总数的19%；注塑是第三大应用领域，占机器人总数约12%，机加工次之为8%。 在汽车工业的应用 在日本汽车工业中，机器人用于上料/卸料占很大数量。 对于点焊应用来说，目前已广泛釆用电驱动的伺服焊枪，丰田公司已决定将这种技术作为标准来装备国内和海外的所有点焊机器人，可以提高焊接质量，在短距离内的运动时间也大为缩短。该公司高度低的点焊机器人，用来焊接车体下部零件，还可以与较高的机器人组装在一起，共同对车体上部进行加工，从而缩短了整个焊接生产线长度。目前，用二台机器人协调工作进行弧焊已相当普遍，不必再为特殊工件专门设计成本高的专用夹具，并能保持最佳的焊接压力。目前，丰田公司已开始使用能焊接0.6mm厚的薄钢板(间隙2mm)的弧焊机器人，能从钢板一侧进入到焊接位置，而不必象点焊机器人那样需要从钢板两侧进入到焊接位置，因而将优先取代某些点焊作业。目前激光焊接在日本还不普遍，然而，柔性本体生产线(FBL)方案的应用已日益增多。在这种场合，各种形状的钣金件都是激光焊接，以形成车体的钣金件。预计今后激光在汽车工业的应用会增加。由于运动控制性能的提高，一些新应用已变得可能，其中一个例子是焊接油箱的接缝，尤其是油箱形状变得愈来愈复杂而且要保持恒定的线焊速度。 就控制网络而言,日本汽车工业中最普遍的总线是Device-Net，而丰田则釆用其自行制定的ME-Net，日产釆用JEMA-Net(日本电机工业会网)。在日本汽车工业中是否会实现通信系统的标准化，目前还不能确定。另一方面，日本机器人制造商提出了一种“现实机器人仿真”(RRS)兼容软件接口。因此，目前日本汽车制造商(尤其是对于点焊应用)通过诸如RoBCAD、I-Grip等商用仿真软件，可以作出各种机器人的动态仿真。 最新进展情况 日本欧姆龙公司研制一种能按用户手指动作、手臂姿势，或用声音指示前进、后退及左右移动的自主式双臂机动机器人，它能识别出自己的主人，并遵照主人的命令行事，还具有语音合成功能，也能与人一起协作搬运桌子，还能时刻注意道路上的堵塞情况或运动方向的变化，是世界上第一台适应自然交流方式及与人协调工作的机器人。其腿部釆用了全向机动轮，头部装有一台CCD摄像机，有两只手臂，每只手臂有7个自由度，能举最大20公斤的重量物，其腕部装有6轴力传感器。机器人主体部分装有4台个人计算器，共有7个中央处理单元。机器人依靠电池可以连续工作1小时，其身高1.7米，运动速度10釐米/秒。该机器人还装有超声波传感器，以避免与人类伙伴相撞。 美国 美国科学家近日研制一种球体机器人，其最大的特点是可以帮助宇航员做各种辅助工作。它身上安装的传感器可以探知航天飞行器内部的气体成分、温度变化和空气压力状况。即使在失重状态下，这种机器人在计算器的指挥下也能自如地行走和工作，而且能帮助宇航员与地面控制中心联络，把有关信息输入计算机系统。 中国 目前，中国已开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，其中有130多台/套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线。 沈阳新松机器人自动化股份有限公司为上海汇众汽车制造有限公司设计制造12台弧焊机器人组成的焊接生产线，用于为上海汽车工业公司配套生产桑塔纳轿车转向器、减振器、别克轿车减振器等部件。该线还配有10台回转工作台、一台翻转工作台、39套焊接夹具等装置，可年产桑塔纳汽车配件30万套和别克轿车配件10万套。该公司研究开发专门用于点焊和搬运的6自由度SASUN–RD120点焊机器人，具有操作範围大、运动速度快等特点。该公司研究开发的金杯客车制造有限公司SASUN–100SA地板点焊机器人系统，釆用四自由度直角座标型点焊机器人，交流伺服电机驱动，绝对位置码盘反餽，负载能力100kg。联动作业的四台机器人之间设置连锁保护，可避免由于工作不同步而造成机器人之间相互碰撞。系统具有完善的报警功能，可对焊钳的上下管冷却水分别进行检测，并能检测焊点漏焊。该生产线的生产节拍为35分钟，焊接作业空间为15m/10m/03m，焊点数量为30点，点焊作业时间控制在25分钟以内，可年产中型面包车5万辆。 北京机械工业自动化研究所研制出大型龙门式仿形喷涂机器人，长春客车厂釆用该机器人对火车客车厢体进行喷漆，可以在20分钟内为一辆火车车厢喷上均匀的油漆，遇到车门和车窗时，喷枪会立即停止喷漆。既把工人从恶劣有害的工作环境中解放出来，又提高了喷涂质量和效率。该机器人釆用积木形式结构，运输安装方便，工作可靠，维修保养方便，适合大型或重型结构车体的喷涂作业，可广泛应用于汽车工业、铁路机车车辆制造业、集装箱制造业。 哈尔滨工业大学历经二十余年的基础理论与应用研究，已开发管内补口喷涂作业机器人、激光内表面淬火机器人、管内X射线检测机器人。这几种机器人已分别应用于“陕－京”天然气管线工程X射线检测、上海浦东国际机场内防腐补口、大庆油田内防腐及抽油泵内表面处理等重要的管道工程。 中国智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了显着的成果。其中6,000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，该机器人在1995年深海试验获得成功，使中国能够对大洋海底进行精确、高效、全覆盖的观察、测量、储存和进行实时传输，并能精确绘制深海矿区的二维、三维海底地形地貌图，推动了中国海洋科技的发展。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/14/2004)