工业机器人技术及应用

工业机器人技术及应用摘要：机器人的应用越来越广泛，需求越来越大，其技术研究与发展越来越深入。这将提高社会生产率与产品质量，为社会创造巨大的财富！关键词：工业机器人技术、技术应用、发展趋势、专业建设、课程设置、教学方法革新。IndustrialrobottechnologyandapplicationAbstract：Theuseofrobotsbecomemoreandmorewidely,Demandismoreandmorebig,Thetechnologyresearchanddevelopmentismoreandmoredeeply.Thiswillimprovethesocialproductivityandproductquality,createwealthforthesociety!Keywords：Industrialrobottechnology,Technologyapplication,Thedevelopmenttrend,Majorconstruction,Thecurriculum,Theteachingmethodinnovation。前言工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。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。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。在我国工业机器人的发展趋势下，需要越来越多掌握机器人技术、能操作机器人的技术工人。这就为技工学校开展机器人课，培养相关技能人才提出了新的要求。一、工业机器人发展现状、应用以及发展方向1、工业机器人技术发展现状我国的工业机器人研究开始于20世纪70年代，由于当时经济体制等因素的制约，发展比较缓慢，研究和应用水平也比较低。1985年，随着工业发达国家开始大量应用和普及工业机器人，我国在“七•五”科技攻关计划中将工业机器人列入了发展计划，由当时的机械工业部牵头组织了点焊、弧焊、喷漆、搬运等型号的工业机器人攻关，其他部委也积极立项支持，形成了中国工业机器人第一次高潮。进入20世纪90年代后，为了实现高技术发展与国家经济主战场的密切衔接，863计划确定了特种机器人与工业机器人及其应用工程并重、以应用带动关键技术和基础研究的发展方针。经过广大科技工作者的辛勤努力，开发了7种工业机器人系列产品，102种特种机器人，实施了100余项机器人应用工程。在20世纪90年代末期，我国建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地，包括沈阳自动化研究所的新松机器人公司、哈尔滨工业大学的博实自动化设备有限公司、北京机械工业自动化研究所机器人开发中心、海尔机器人公司等。产业化基地的建设带来了产业化的希望，为发展我国机器人产业奠定了基础。经过广大科技人员的不懈努力，我国目前已经能够生产具有国际先进水平的平面关节型装配机器人、直角坐标机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运码垛机器人和AGV自动导引车等一系列产品，其中一些品种实现了小批量生产。一批企业根据市场的需求，自主研制或与科研院所合作，进行机器人产业化开发。如奇瑞汽车与哈工大合作进行点焊机器人的产业化开发、西安北村精密数控与哈工大合作进行机床上下料搬运机器人的产业化开发、昆山华恒与东南大学等合作开发弧焊机器人、广州数控开发焊接机器人、盐城宏达开发弧焊机器人。但是，我国目前还没有像日本的FANUC和德国的KUKA那样的形成规模的工业机器人制造厂，工业机器人产业目前在我国还仅仅处于萌芽阶段。随着我国现代制造业的发展，我国工业机器人的需求量在快速增长。工业机器人作为最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。随着我国工业企业自动化水平的不断提高，工业机器人市场也会越来越大，这就给工业机器人的研究、开发、生产商带来巨大商机。然而机遇也意味着挑战，目前全球各大工业机器人供应商都已大力开拓中国市场，因此中国必须大力发展机器人产业，通过发挥中国生产制造优势，提高自主创新能力，寻求有特色的发展道路，在国家相关政策的支持下扶持和鼓励一大批民族的机器人产业成长壮大。2、工业机器人技术发展趋势从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。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。3、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。二、工业机器人技术专业建设、课程设置、教学方法革新1、课程性质、目的和任务工业机器人课程是机械设计制造及其自动化专业各专业方向的一门主要专业技术课，是一门多学科的综合性技术，它涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多学科的内容。其目的是使学生了解工业机器人的基本结构，了解和掌握工业机器人的基本知识，使学生对机器人及其控制系统有一个完整的理解。培养学生在机器人技术方面分析与解决问题的能力，培养学生在机器人技术方面具有一定的动手能力，为毕业后从事专业工作打下必要的机器人技术基础。2、教学基本要求本课程以机器人为研究对象，以工业机器人为重点。学完本课程应达到以下基本要求：1．了解机器人的由来与发展、组成与技术参数，掌握机器人分类与应用，对各类机器人有较系统地完整认识。2．了解机器人运动学、动力学的基本概念，能进行简单机器人的位姿分析和运动分析。3．了解机器人本体基本结构，包括机身及臂部结构、腕部及手部结构、传动及行走机构等。4．了解机器人轨迹规划和关节插补的基本概念和特点。5．了解机器人控制系统的构成、编程语言与编程特点。6．了解工业机器人工作站及生产线的基本组成和特点。7．对操纵型机器人、智能机器人有一般的了解。3、在机器人应用等课程仍需解决的一些问题目前学校已在专业中开展工业机器人方向，设置了ABB工业机器人的操作实践课程。从目前教学的情况看，学生通过学习，能掌握基本操作和简单动作编程，但是由于机器人价格昂贵，学校不可能让学生对机器人进行拆装，而且由于相关教师也对机器人内部状况了解不多，因此，机器人的保养、维护等教学的展开比较困难。教师对机器人技术掌握还是不足，一些较复杂的编程指令需要教师更深入去学习。此外，机器人的工作对象非常多，需要的工艺流程也千差万别，因此教学的深度和广度都不能得到令人满意的水平，需要在今后机器人教学改革方面继续研究，也需要和教育部门和其他兄弟学校更多沟通和共同实践探索。由此，我认为在技校中开展机器人应用的课程需要解决的困难在两个方面，一是投入、二是师资力量。（1）投入一台工业机器人的完整系统至少十几万的价格，要形成教学规模，至少配备15台机器人系统，才能满足一个班的学生的学习需求。还有场地等和维护等配套措施，学校必须投入过百万的资金。在国家产业升级的需求下，希望能通过国家、政府的投入，使资金方面的问题能够得以解决。（2）师资师资力量方面，很多技校教师的知识技能都是十几年前的。要满足机器人应用课程的教学，学校需要安排教师进行培训，特别是年轻教师，年轻教师吸收新知识、新技术的速度比较快。比如在2012年广东省机电一体化技能竞赛中，引入了机器人应用，许多参赛的年轻教师都能很好地完成机器人的操作与应用。但是，目前教师对机器人的知识技术储备应该说还是很不足的，因此，加大培训力度，才能更好地满足机器人课程师资的需要。三、结语工业机器人市场竞争越来越激烈,中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战,加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的主要途径。因此我国工业机器人行业要认识到以下几点情况:第一,工业机器人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径,政府要对国产工业机器人有更多的政策与经济支持,参考国外先进经验,加大技术投入与改造;第二,在国家的科技发展计划中,应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持,形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面;第三,部分国产工业机器人已经与国外相当,企业采购工业机器人时不要盲目进口,应该综合评估,立足国产。通过对未来工业机器人的发展趋势的预测肯定了它在未来工业中的重要地位。以此提出中国在未来工业机器人的发展中应该注意的一些问题。工业机器人产业发展迅速，中国要把握住这个产业动向，及时制定正确的发展路线，研发具有自主知识产权的工业机器人，以此来推动本国工业的发展，进一步带动各个行业的发展参考文献[1]郭磊.曲银燕.悬挂轨道式旋被涂装机器人[J].工业机器人，2013,6:24-25.[2]李烈.我国工业机器人发展现状浅谈[J].科技向导.2011,05:56-57.[3]孙英飞，罗爱华.