工业机器人的概述

2008级工业机器人课程论文第页共12页1摘要：目前我国工业机器人技术水平不是很高,特别是在制造工艺与装备方面,不能生产高精密、高速与高效的关键部件。我国目前取得较大进展的机器人技术有:数控机床关键技术与装备、隧道掘进机器人相关技术、工程机械智能化机器人相关技术、装配自动化机器人相关技术。现已开发出金属焊接、喷涂、浇铸装配、搬运、包装、激光加工、检验、真空、自动导引车等的工业机器人产品,主要应用于汽车、摩托车、工程机械、家电等行业。关键字：工业机器人日本德国十一五纲要日本工业协会JIRAIFR一、工业机器人的概述工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。例如：将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的连杆机构联接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人还可以接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现”。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。2008级工业机器人课程论文第页共12页2二、工业机器人的诞生日本是当今的工业机器人王国，既是工业机器人的最大制造国也是最大消费国。但实际上工业机器人的诞生地是美国。机器人的启蒙思想其实很早就出现了，1920年捷克作家卡雷尔·恰佩克发表了剧本《罗萨姆的万能机器人》，剧中叙述了一个叫做罗萨姆的公司将机器人作为替代人类劳动的工业品推向市场的故事，引起了世人的广泛关注。于是在1959年美国的一家汽车公司，工业机器人应运而生。美国人英格伯格和德奥尔制造出了世界上第一台工业机器人，他们发现可以让机器人去代替工人一些简单重复的劳动，而且不需要报酬和休息，任劳任怨。接着他们两人合办了世界上第一家机器人制造工厂，生产unimate工业机器人。三、工业机器人的发展工业机器人在日本发展：与此同时，十九世纪七十年代的日本正面临着严重的劳动力短缺，这个问题已成为制约其经济发展的一个主要问题。毫无疑问，在美国诞生并已投入生产的工业机器人给日本带来了福音。1967年日本川崎重工业公司首先从美国引进机器人及技术，建立生产厂房，并于1968年试制出第一台日本产unimate机器人。经过短暂的摇篮阶段，日本的工业机器人很快进入实用阶段，并由汽车业逐步扩大到其它制造业以及非制造业。1980年被称为日本的“机器人普及元年”，日本开始在各个领域推广使用机器人，这大大缓解了市场劳动力严重短缺的社会矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓励政策，这些机器人收到了广大企业的欢迎。1980年~1990年日本的工业机器人处于鼎盛时期，后来国际市场曾一度转向欧洲和北美，但日本经过短暂的低迷期又恢复其昔日的辉煌。1993年末，全世界安装的工业机器人有61万台，其中日本占60%，美国占8%，欧洲占17%，俄罗斯和东欧占12%。是什么使得日本的工业机器人产业有如此快速的发展，现理出几点原因：(1)根本原因是日本的基本国情，人口少，劳动力严重短缺。日本每年的人口增长率在1.1%左右，而日本人都想接受高等教育导致其劳动力的增长速度却始终停留在0.7%。为了满足国民经济3%的增长要求，必须提高生产效率。(2)1973年十月爆发的第一次石油危机提高了劳动力成本，日本政府不得不鼓励私营企业向自动化领域投资，提高生产效率，以抑制由石油危机带来的成本型通货膨胀。(3)工业机器人可以代替劳动者从事可能危害身体健康的劳动，避免了大量的工伤事故和职业病，受到了人们的欢迎。(4)日本自80年代起就采用推动工业机器人的普及和促进研究与发展的政策。日本的鼓励政策：日本工业机器人产业迅速发展有其根本的刺激动力----人口资源短缺，但更是因为政府的鼓励政策才使得这种快速的发展成为现实。其早起的鼓励政策有三方面内容：1.普及促进政策(1)创建财政投融资租赁制度。(2)对于重要复杂机械装置的特别折旧制度中高性能电子计算机控制工业机器人的新规定。(3)对于工业安全卫生设施等贷款制度（中小企业金融公案、国民金融公库）追加劳动安全工业机器人的新规定。(4)中小企业设备现代化贷款制度及设备贷款制度。(5)FMS及其租赁制度。(6)中小企业新技术体化投资促进税制（机电一体化税制）。(7)省力化设备投资促进融资制度。2.研究开发促进政策(1)极限作业机器人研究开发。2008级工业机器人课程论文第页共12页3(2)基础技术研究开发促进税制（高技术税制）。(3)设立（财）国际机器人.FA技术中心。(4)微机器技术研究开发。3.其它振兴政策《技术政策税制中的工业机器人设备等的特别折旧制度（1984年创建）》日本工业协会JIRA:日本工业机器人协会成立于1972年10月,是世界上第一个工业机器人组织。它的宗旨是加速发展工业机器人制造业,推动工业自动化和安全生产。1992年,日本工业机器人协会欢度了它的20岁生日。在过去的20年中,它得到了政府和大专院校的支持和帮助,与工业机器人制造商及用户进行了合作。正是这一切使日本工业机器人协会有效地推动了工业机器人的生产,使自己站在提高工业各个领域的生产率及雇员福利的前列。JIRA从事以下的活动：1.就制定有利于工业的财税制的各种政策问题,向政府提出建议。2.编辑出版双月刊《JIRA机器人消息》、《JIRA机器人》杂志及《日本工业机器人规范及应用》等。协会的公务活动有组织学术讨论会、电影节以及机器人展览会等。3.通过对机器人数量和增长情况进行市场调查,有利于利用“政策宣传计划”来扶植系统工程公司。4.通过技术调研、预测及标准化活动,推动技术的发展。5.通过设计采用机器人的安全自动化系统,推动研究与发展。6.通过组织国际技术会议,例如“国际工业机器人研讨会”、“国际先进机器人学会议,和国际工业合作研讨会等,加强国际技术交流。7.阐明有关加强研究、开发、制造和个人拥有机器人的基本政策。为了进行这些活动,已成为一个拥有8个常务委员会及其下属的12个分委员会、以及大约30个专业委员会的机构。工业机器人在世界其他主要国家的发展：美国是工业机器人的诞生地，基础雄厚，技术先进。现今美国有着一批具有国际影响力的工业机器人供应商，像AdeptTechnologe、AmericanRobot、EmersomIndustrialAutomation等。德国工业机器人的数量占世界第三，仅次于日本和美国，其智能机器人的研究和应用在世界上处于领先地位。目前在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人经推广应用成为主流安装机型，而第三代智能机器人已占有一定比重并成为发展的方向。世界上的机器人供应商分为日系和欧系。瑞典的ABB公司是世界上最大机器人制造公司之一。1974年研发了世界上第一台全电控式工业机器人IRB6，主要应用于工件的取放和物料搬运。1975年生产出第一台焊接机器人。到1980年兼并Trallfa喷漆机器人公司后，其机器人产品趋于完备。ABB公司制造的工业机器人广泛应用在焊接、装配铸造、密封涂胶、材料处理、包装、喷漆、水切割等领域。德国的KUKARoboterGmbh公司是世界上几家顶级工业机器人制造商之一。1973年研制开发了KUKA的第一台工业机器人。年产量达到一万台左右。所生产的机器人广泛应用在仪器、汽车、航天、食品、制药、医学、铸造、塑料等工业，主要用于材料处理、机床装备、包装、堆垛、焊接、表面休整等领域。意大利COMAU公司从1978年开始研制和生产工业机器人，至今已有30多年的历史。其机器人产品包括Smart系列多功能机器人和MASK系列龙门焊接机器人。广泛应用于汽车制造、铸造、家具、食品、化工、航天、印刷等领域。日系是工业机器人制造的主要派系，其代表有FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等国际知名公司。FANUC是世界上最大的机器人制造商之一。FANUC的前身致力于数控设备和伺服电机2008级工业机器人课程论文第页共12页4系统的研制和生产。1972年从日本富士通公司的计算机控制部门独立出来成立了FANUC公司。FANUC公司的主要业务分为两部分：工业机器人和工厂自动化。据统计，截至2008年6月末，其生产的机器人突破20万台。FANUC最新研发的工业机器人产品有：R-2000iA系列多功能智能机器人。具有独特的视觉和压力传感器，可以将随意堆放的工件捡起并完成装配；Y44CCLDiA高功率LDYAG激光机器人。研制安装的4.4kwLDYAG激光振荡器，提高了效率和可靠性。安川公司于1977年研制出第一台全自动工业机器人，旗下拥有Motoman美国、瑞典、德国以及SyneticsSolutions美国公司等子公司。其核心的工业机器人有点焊和弧焊机器人，油漆和处理机器人，LCD玻璃板传输机器人和半导体晶片传输机器人等。近年来安川生产的新型液晶玻璃板搬运机器人受到市场欢迎。此外，安川还是将工业机器人应用于半导体领域最早厂商之一。川崎公司生产出了日本第一台工业机器人，对工业机器人产业做出了不可磨灭的贡献。川崎生产的喷涂机器人、焊接和组装机器人、半导体工业用机器人也很受市场欢迎四、中国的工业机器人我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。70年代是世界科技发展的一个里程碑：人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。进入80年代后，在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