工业机器人综述

工业机器人一、技术概述工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、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，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，从某种意义上说它是机器的进化过程产物，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。二、现状及国内外发展趋势国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修）2．机械结构向模块化、可重构化发展。3．工业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。4．机器人中的传感器作用日益重要。焊接机器人应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、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。5．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。6．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。7．机器人化机械开始兴起。从94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。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。三、“十五”目标及主要研究内容1．目标根据国内外机器人发展的经验、现状及近几年的动态，结合当前国内经济发展的具体情况，“十五”期间机器人技术应重点开展智能机器人、机器人化机械及其相关技术的开发及应用；开展以机器人为基础的重组装配系统及其相关技术的开发研究及加强多传感器融合及决策、控制一体化技术及应用的研究。2．主要研究内容（1）示教再现型工业机器人产业化技术研究①关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。②柔性仿形喷涂机器人开发：柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发，整机安全防爆、防护技术开发，高速喷杯喷涂工艺研究。③焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业）产品的标准化、通用化、模块化、系列化设计。④弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选用，CCD成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控制。⑤焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。⑥电子行业用装配机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。⑦批量生产机器人所需的专用制造、装配、测试设备和工具的研究开发。（2）智能机器人开发研究①遥控加局部自主系统构成和控制策略研究②智能移动机器人的导航和定位技术研究③面向遥控机器人的虚拟现实系统④人机交互环境建模系统⑤基于计算机屏幕的多机器人遥控技术（3）机器人化机械研究开发①并联机构机床（VMT）与机器人化加工中心（RMC）开发研究②机器人化无人值守和具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备（4）以机器人为基础的重组装配系统①开放式模块化装配机器人②面向机器人装配的设计技术③机器人柔性装配系统设计技术④可重构机器人柔性装配系统设计技术⑤装配力觉、视觉技术⑥智能装配策略及其控制（5）多传感器信息融合与配置技术①机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用②机电一体化智能传感器近年来，随着国家经济的飞速发展，作为国家现代化程度标志的机器人技术也得到了越来越多的应用。经过多年的努力，首钢莫托曼机器人有限公司（以下简称“首钢莫托曼”）在机器人系统尤其是弧焊方面的技术积累了丰富的经验，使其在实际生产中得到很好的应用。下面以轿车排气零部件的生产为例，简单介绍首钢莫托曼弧焊机器人系统的功能和特点。四﹑弧焊工艺分类排气系统是排放和消声的重要部分，主要由歧管、催化净化器、波纹管、中消和后消等部件组成。主要功能是把发动机在燃烧过程中产生的废气从多个气缸内收集、通过催化净化器净化并消声后引到车后排放。按照主要功能模块距离发动机的远近，排气系统可划分为热端和冷端两部分。热端部分直接连接发动机排气口，主要包括歧管、净化器、波纹管、二级净化器以及挂钩法兰等附属部件。因其所处底盘位置空间紧凑，所以其部件外形变化较大，焊缝分布复杂。同时，因其主要功能为净化尾气，故焊缝密封性要求高。冷端部分承接热端，主要包括中消、后消以及挂钩法兰等附属部件。冷端总成通常尺寸较长，焊缝多为小直径环缝。当后消声器包为焊接结构时，通常要求压装焊接，其焊缝量较大。消声器包进出气管处焊缝为三层薄板焊接，焊缝成形要求高。五﹑技术优势日本安川电机于2001年底研制推出了世界上首台弧焊专用机器人MOTOMAN-EA1400，并于2002年在中国销售。EA1400机器人将焊枪电缆与焊枪内置在机器人臂中，避免了焊枪电缆和焊枪与周围物体的相互干扰，使机器人示教过程变得更为简单，同时大大增强了焊枪的可达性。该机器人一经推出，便迅速在汽车车桥、消音器等排气系统零部件以及座椅骨架等焊接领域受到了好评。多家焊枪生产企业都为该机器人研制了专用焊枪。目前除了空冷焊枪和伺服焊枪进行焊接以外，还可以使用水冷焊枪实现较高电流的连续焊接。2007年初，MOTOMAN-SSA2000型机器人问市。SSA2000在保持EA1400结构优势的基础上大幅提高了轴动作速度，单轴速度同比最大提高40%，焊接速度最大可同比提高15%，成为世界最快的弧焊机器人之一。六﹑总结随着弧焊机器人在汽车工业的广泛应用，越来越多的人们对它的优越性也有了更深的了解。现在，其他应用领域对弧焊机器人的需求也越来越多，对弧焊机器人的功能也提出了更多的要求。因此，我们也会加强弧焊机器人系统开发的力度，逐步完善我们的产品，使其在更多的领域发挥其更大的优势。目前的工业生产系统正向大型、复杂、动态和开放的方向发展，为了解决传统工业系统许多关键问题上遇到的严重挑战，便产生了一门新兴的机器人技术领域----多智能体机器人系统。所以，随着工业生产系统向大型、复杂、动态和开放的方向发展，多智能体焊接机器人系统终将成为热点的研究领域。而本文就是简要介绍了机器人技术发展的历程及我国焊接机器人技术研究所的现状。论述了焊接机器人技术发展的趋势及研究的热点问题，即随着智能机器人技术和人工智能理论的进一步发展，多智能体焊接系统、焊接机器人中基于PC的控制器和模糊逻辑与神经网络的融合技术将成为研究的热点问题。