(蔡捷歡)工業(yè)機器人在現(xiàn)代化生產(chǎn)中的應用和發(fā)展趨勢講解

1、成人高等教育綜合實踐題 目工業(yè)機器人在現(xiàn)代化生產(chǎn)中的應用和發(fā)展趨勢 學 院 自動化學院 專 業(yè) 電氣自動化技術 年 級 2014級 姓 名 蔡捷歡 指導教師 鐘映春 （2016年 6月）廣東工業(yè)大學繼續(xù)教育學院制7廣東工業(yè)大學成人高等教育綜合實踐摘 要隨著計算機科學技術的不斷發(fā)展,工業(yè)機器人應用領域也隨之不斷擴展和深化。工業(yè) 機器人已成為一種高新技術產(chǎn)業(yè),正為工業(yè)自動化發(fā)揮著巨大作用。本文簡要介紹了國內(nèi)外 工業(yè)機器人的主要應用及發(fā)展現(xiàn)狀 。指出了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的影響因素和實施 策略 ,闡述了工業(yè)機器人技術的發(fā)展趨勢提出若干面向產(chǎn)業(yè)化的機器人技術發(fā)展建議。 關鍵詞：工業(yè)機器人 自動化

2、產(chǎn)業(yè)化 發(fā)展趨勢 Abstractwith continuousdevelopment computerscience technology,industrial robots applications has been expanding deepening.Industrial robot has become hightechnology industries, play importantrole industrialautomation. paperbriefly introduces mainapplication currentsituation industrialr

3、obots abroad.Industrial robots pointedout influencefactors industrialdevelopment implementationstrategy elaborated developmenttrend industrialrobot technology puts forward some robot technology development Suggestions industrialization.Keywords:industrial robot automation industrial development tren

4、d 緒論機器人學是一門綜合性的新興學科,它是綜合了機械工程技術、電子工程技術、信息傳感 器技術、控制理論、機構學、人工智能學、仿生學等多學科而形成的高新技術。在國外工業(yè) 機器人技術日趨成熟, 其己經(jīng)成為一種標準設備而在工業(yè)自動化行業(yè)廣泛應用,它代表了機 電一體化的最高成就。隨著科學技術的不斷發(fā)展,工業(yè)機器人技術的發(fā)展水平也成為一個國 家工業(yè)自動化水平的重要標志。工業(yè)機器人是機器人學的一個分支,工業(yè)機器人已成為柔性 制造系統(tǒng)( FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(tǒng)( CIMS) 的自動化工具。廣泛采用 工業(yè)機器人,不僅可提高產(chǎn)品的質量與數(shù)量,而且對保障人身安全,改善勞動環(huán)境

5、,減輕勞動 強度,提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本,對促進我國制造業(yè)的崛起,有著 十分重要的意義。一、 機器人發(fā)展現(xiàn)狀1.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)機器人指的是能在人的控制下智能工作，并能完美替代人力在生產(chǎn)線上工作的多關節(jié)機械手或多自由度的機器裝置。與人力相比，工業(yè)機器人具備低成本、高效率以及24小時工作的特點。近年，隨著國內(nèi)經(jīng)濟不斷發(fā)展，勞動力成本隨之上漲，我國制造業(yè)人力優(yōu)勢不再，在制造業(yè)升級的大背景下，“機器換人”提高制造業(yè)智能化程度成為新的潮流。我國現(xiàn)已是全球最大的工業(yè)機器人消費市場，工業(yè)機器人已在汽車制造、電子、橡膠塑料、軍工、航空制造、食品工業(yè)、醫(yī)藥設備與金屬制品等領域得到應用

6、，其中汽車工業(yè)的應用最多，比例達38%。廣東、江蘇、上海、北京等地是我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)主要集中的地區(qū)，擁有的工業(yè)機器人數(shù)量占據(jù)全國工業(yè)機器人市場的半壁江山，包括中科院沈陽自動化設備有限公司、哈爾濱博時自動化設備有限公司、北京工業(yè)自動化研究所機器人開發(fā)中心等。不過，工業(yè)機器人在國內(nèi)不斷得到應用的同時，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展尷尬現(xiàn)狀不容忽視。進入80年代后，在高技術浪潮的沖擊下隨著改革開放的不斷深入我國機器人技術的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間國家投入資金對工業(yè)機器人及其零部件進行攻關完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術的開發(fā)研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人。1986年國家高技術研究

7、發(fā)展計劃“863計劃”開始實施智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿。經(jīng)過幾年的研究取得了一大批科研成果成功地研制出了一批特種機器人。目前由于核心技術缺乏，我國工業(yè)機器人消費嚴重依賴國外企業(yè)，尤其在減速機、伺服電機、控制器等核心零部件上，我國機器人企業(yè)受制于人，只能購買高昂的國外設備，這需要引起產(chǎn)業(yè)重視，也亟待國產(chǎn)工業(yè)機器人廠商不斷提高技術，加大研發(fā)水平，早日擺脫國外企業(yè)。1.2全球工業(yè)機器人核心部件的競爭格局世界機器人的競爭格局 世界工業(yè)機器人 40年形成了約160萬臺套的裝機量，2012年世界新裝機器人182000 臺，主機市 場 80-1200 億美元， 并帶動3倍左右軟件集成、配套設備

8、、系統(tǒng)工程等系統(tǒng)集成市場， 總計 260-330億美元，其中焊接和搬運機器人占了70%的市場份額。2008-2013年期間，世界工業(yè)機器人銷量年平 均增長率為9%。其中，日本和歐洲是全球工業(yè)機器人市場的兩大主角，并實現(xiàn)了傳感器、控制器、精密減速機等核心零部件完全自主化。日本60年代末從美國引進機器人技術后，已經(jīng)成為機器人生產(chǎn)第一大國， 日本的工業(yè)機器人約占全球的60%市場份額， 代表企業(yè)有發(fā)那科、安川、那智不二越等。歐洲占全球工業(yè)機器人的30%市場份額，代表企業(yè)有瑞士的ABB、德國的庫卡、意大利的柯馬。全球工業(yè)機器人主要國家技術分布 日本韓國歐洲美國機器人本體極為突出一般很突出一般系

9、統(tǒng)集成極為突出突出一般很突出個人/家用機器人極為突出很突出一般一般服務機器人突出很突出突出突出醫(yī)療機器人一般一般很突出很突出國防機器人一般不突出突出極為突出四大品牌工業(yè)機器人的優(yōu)勢對比發(fā)那科ABB安川電機庫卡1）、非常便捷的工藝控制，可以實現(xiàn)對噴涂參數(shù)的無級調(diào)整，在生產(chǎn)過程中也可修改噴涂參數(shù)手腕動作靈活，高加速度，對提高小型工件噴涂節(jié)拍非常高效 2)、和同類型機器人相比，F(xiàn)ANUC 機器人底座尺寸小，為客戶采用更小的噴房提供了更好的解決方案； 3）、發(fā)那科機器人的空心手腕可以讓油管，氣管布置更加便捷，大幅減少了噴房保潔工量，為生產(chǎn)贏得時間；4）、發(fā)那科機器人獨有的手臂設計，讓機器人可以靠近噴房

10、壁安裝，機器人保證高度靈活生產(chǎn)的條件下也不會與噴房壁干涉。ABB重視運動控制技術，早在1994 年，就推出了新一代具有TrueMove和QuickMove 功能的機器人。TrueMove 可確保機器人的運動路徑與編程路徑嚴格相符，而不論其運行速度及路徑幾何形狀如何。QuickMove 則是一種獨具特色的自動優(yōu)化型運動控制功能，可確保機器人動作任何時候都達到最高的速度和加速度，從而最大程度縮短周期時間。 ABB 機器人在單方面來說不一定是最好的，但就整體性來說是很突出的。 安川是以系統(tǒng)工程開始起家的，是從系統(tǒng)產(chǎn)品發(fā)展起來的。安川擁有先進的系統(tǒng)工程技術，可以滿足大規(guī)模的車間及公共事業(yè)設備

11、的時代需求， 以“提供解決方案”為概念，不斷生機勃勃前進著的安川電機機器人產(chǎn)品系列在重視客戶間交流對話的同時，針對更寬廣的需求和多種多樣的問題提供最為合適的解決方案。庫卡產(chǎn)品廣泛應用于汽車、冶金、食品和塑料成形等行業(yè)。KUKA 的機器人產(chǎn)品最通用的應用范圍包括工廠焊接、操作、碼垛、包裝、加工或其它自動化作業(yè)，同時還適用于醫(yī)院，比如腦外科及放射造影。KUKA 碼垛機器人的顯著特點是速度快，因為機器人的手臂采用高分子碳素纖維材料制造而成，既滿足機器人手臂在高速運行過程中對剛度的特殊需求，又可以大幅度提高機器人本身的動慣性能以及加速能力。機器人控制器采用和標準機器人完全相同的標準，另外，碼垛專用的軟

12、件功能包括KUKAPalletLayout，KUKAPalletPro，KUKAPalletTech 可以根據(jù)客戶要求提供非常輕松的碼垛應用和編程環(huán)境。二、現(xiàn)代工業(yè)機器人的特點工業(yè)機器人由主體、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基礎部分組成。主體即機座和執(zhí)行機構包括臂部、腕部和手部有的機器人還有行走機構。大多數(shù)工業(yè)機器人有 36個運動自由度其中腕部通常有13個運動自由度驅動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構用以使執(zhí)行機構產(chǎn)生相應的動作控制系統(tǒng)是按照輸入的程序對驅動系統(tǒng)和執(zhí)行機構發(fā)出指令信號并進行控制。 工業(yè)機器人最顯著的特點有以下幾個：（1）可編程。生產(chǎn)自動化的進一步發(fā)展是柔性啟動化。工業(yè)機器人可隨其工作環(huán)境變化

13、的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用是柔性制造系統(tǒng)中的一個重要組成部分。 （2）擬人化。工業(yè)機器人在機械結構上有類似人的行走、腰轉、大臂、小臂、手腕、手爪等部分在控制上有電腦。此外智能化工業(yè)機器人還有許多類似人類的“生物傳感器”如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業(yè)機器人對周圍環(huán)境的自適應能力。 （3）通用性。除了專門設計的專用的工業(yè)機器人外一般工業(yè)機器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務時具有較好的通用性。比如更換工業(yè)機器人手部末端操作器手爪、工具等便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務。 （4）工業(yè)機器技術涉及的學科相

14、當廣泛歸納起來是機械學和微電子學的結合-機電一體化技術。第三代智能機器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能這些都是微電子技術的應用特別是計算機技術的應用密切相關。因此機器人技術的發(fā)展必將帶動其他技術的發(fā)展機器人技術的發(fā)展和應用水平也可以驗證一個國家科學技術和工業(yè)技術的發(fā)展水平。當今工業(yè)機器人技術正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業(yè)環(huán)境的自適應能力的方向發(fā)展。圖2-1 焊接工作站三、工業(yè)機器人的發(fā)展技術動向在普及第一代工業(yè)機器人的基礎上第二代工業(yè)機器人已經(jīng)推廣成為主流安裝機型第三代智能機器人已占有一定比

15、重。隨著計算機技術的不斷向智能化方向發(fā)展機器人應用領域的不斷擴展和深化以及在系統(tǒng)FMS、CIMS中的群體應用工業(yè)機器人也在不斷向智能化方向發(fā)展，以適應“敏捷制造”滿足多樣化、個性化的需要，并適應多變的非結構環(huán)境作業(yè)向非制造領域進軍。 1. 感覺功能 感覺功能方面將實現(xiàn)多傳感器信息的融合，以檢測多變的外部環(huán)境做出判斷和決策。其實質類似于人的五官和身體的綜合感覺功能，包括視覺、觸覺、力覺、滑覺、接近覺、壓覺、聽覺、味覺、嗅覺、溫覺等。研究包括各類傳感信息的采集及融合處理、傳感器與驅動器一體化技術、感覺功能繼承模塊等。 2. 控制智能化由引導向NC離線編程發(fā)展，進而發(fā)展到進一步應用。隨著系統(tǒng)化、集成

16、化生產(chǎn)的需要，基于PC的開放式控制系統(tǒng)將機器人控制和車間一級控制的發(fā)展方向。 3. 移動功能的智能化為解決長距離搬運作業(yè)、大作業(yè)對象、多作業(yè)對象及極限作業(yè)等問題，需開發(fā)自主移動系統(tǒng)，包括滑動、滾動、行走、爬行、跳躍、飛行等 4. 系統(tǒng)應用與集成化 支持以人為核心的生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機器人群體協(xié)調(diào)功能、群智能和多機通訊協(xié)議，開發(fā)能理解人的意志的“同事機器人”。 5. 安全可靠性 由于大量不確定因素的存在，要實現(xiàn)智能化的安全可靠性，機器人必須對各種意外情況的應變能力，及時采取預防措施和安全對策，包括硬件級、軟件級、應用級和人體系統(tǒng)級的自診斷和自修復故障。 6. 微型化 向微型化發(fā)展，開發(fā)毫米

17、級機器人。由于微加工、醫(yī)學、宇宙和海洋開發(fā)等領域。就使用性和成本來看毫米級最可行。 7. 多傳感器信息融合與配置技術 由于機器人的傳感器配置和融合技術在水泥生產(chǎn)過程中控制和污水處理自動控制中的應用包括面向工藝過程的多傳感器融合和配置技術，采用智能傳感器的現(xiàn)場總線技術，面向工藝要求的新型傳感器研制。機電一體化智能傳感器，包括具有感知、自主運動、自清污、自調(diào)整、自適應的機電一體化傳感器研究，面向工藝要求的運動機構設計、實現(xiàn)檢測的清污的自主運動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)機器人機構和控制技術在傳感器設計中的應用。 智能機器人具有廣闊的發(fā)展前景，盡管國內(nèi)外對智能機器人的研究已經(jīng)取得了很多成果，但是智能化水平還不是非常的高。因此還必須加快智能機器人的發(fā)展機。智能機器人的作業(yè)環(huán)境是相當復雜的，要想機器人有比較好的發(fā)展，需解決現(xiàn)在面臨的許多問題。通過對自然界生物的學習、模仿、復制和再造的過程中，發(fā)現(xiàn)相關的理論和技術方法應用到機器人中，使得機器人在功能和技術水平上不斷的有所突破。從而生產(chǎn)出更先進、更智能的機器人。 我國的智能機器人發(fā)展水平還落后于世界先進水平，所以我國在智能機器人領域要認清當今的情勢，明確我們的發(fā)展目標，采取與我國的實力相符合的對策，慢慢縮小與發(fā)達國家之間的差距，提升我國智能機器人的發(fā)展水平。結 論我國工業(yè)機器人應用前景十分樂觀。但是其核心技術被壟斷，特別是利潤最高的