浅析工业机器人的过去，现在和未来

2017-04-06

福建质量管理 2017年14期

(1.山东科技大学机械电子工程学院山东青岛 266590；2.山东科技大学文法学院山东青岛 266590)

浅析工业机器人的过去，现在和未来

郑伟1任保飞1刘学彬1董汉政1苏洋洋2

(1.山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590；2.山东科技大学文法学院山东青岛266590)

随着科学技术的发展，工业机器人技术突飞猛进，为实现工业自动化发挥了巨大作用，它已成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。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装置，它能自动执行工作，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。

工业机器人；智能化；发展现状；发展趋势

1959年第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元，它的出现和发展使人类能从传统生产模式(人-机器-环境)逐步过渡到新的模式(人-机器人-环境)，逐步把人们由从属于直接的生产岗位中解放出来，成为自动化生产的组织者与指挥者。工业机器人正在获得越来越广泛的应用。

一、工业机器人的发展历程

工业机器人的发展过程可以分为以下三个阶段：

第一代机器人为目前工业中大量使用的示教再现机器人，通过示教存储信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作，广泛应用于焊接、上下料、喷漆和搬运等。

第二代机器人是带感觉的机器人，机器人带有视觉、触觉等功能，可以完成检测、装配、环境探测等作业。

第三代机器人即智能机器人，它不仅具备感觉功能，而且能根据人的命令，按所处环境自行决策，规划出行动。如John Vannoy等人采用实时可适应性的运动规划(RAMP)算法的PUMA560机械臂，它能在复杂动态环境中自动识别来自不同方向的移动或静止的障碍物，主动规划路径，进而完成预定任务。

目前，在工业上运行的90%以上的机器人都不具备智能。在FMS中，目前应用的为第一代和第二代机器人。

二、工业机器人的发展现状

(一)国外工业机器人的发展

1962年,美国AMF公司制造了世界上第一台实用的示教再现型工业机路人。迄今为止，世界上对于工业机器人的研究、开发及应用已经经历了50多年的历程。日本、美国、法国、德国的工业机器人产品已日趋成热和完善。随着现代科技的迅速发。工业机器人技术已经广泛地应用于各个生产领城。在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后出现的，全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具。工业机器人的应用是一个国家工业自动化水平的重要标志。在国外，工业机器人产品日趋成熟，已经成为一种标准设备而被工业界广泛地应用，从而相继地形成了一批具有影响力的著名的工业机器人公司。

(二)国内工业机器人的发展

我国的机器人研究开发工作始于20世纪70年代初，到现在已经历了40多年的历程。大致可分为3个阶段:70年代的萌芽期,80年代的开发期,90年代的实用化期。前10年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。1985年后开始列入国家有关计划，发展比较快。特别是在“七五”、“八五”、“九五”机器人技术国家攻关、“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展。90年代中期,国家已选择以焊接机器人的工程应用为重点进行开发研究,从而迅速掌握焊接机器人应用工程成套开发技术、关键设备制造、工程配套、现场运行等技术。目前已有500台左右的焊接机器人分布于大陆各大中城市的汽车、摩托车、工程机械等制造业,其中55%左右为弧焊机器人,45%左右为点焊机器人,已建成的机器人焊接柔性生产线5条,机器人焊接工作站300个。90年代后半期是实现国产机器人的商品化,为产业化奠定基础的时期。工业机器人发展到今天，可谓硕果累累，在多个领域都取得了实质性的进展和突破。例如在机器人的应用工程方面：目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线，装配机器人生产线，喷涂生产线和焊装生产线。国内的机器人技术研发力量已经具备了大型机器人工程设计和实施的能力，整体性能已达到国际同类产品的先进水平，而整体价格仅为国外同类产品的三分之二甚至一半，具有很好的性能价格比和市场竞争力。在机器人操作机研制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如AGV(自动导引车)，壁面爬行机器人，重复定位精度为±O.024mm的装配机器人，可潜入海底6000m的水下机器人，移动机器人，移动遥控机器人，主从操作机器人等，有些已达实用化水平并用于实际工程。

当然，我国工业机器人起步比较晚技术与国外的相比还是有着一定的差距。虽然我国在某些关键技术上有所突破,但还是缺乏整体核心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人则很少。

三、工业机器人的特点

(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。

(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。

(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。

四、工业机器人的研究趋势

工业机器人涉及到机械、电子、控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成。因此它的发展与上述学科发展密切相关。机器人在制造业的应用范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高，功能越来越强，并向着成套技术和装备的方向发展。工业机器人应用从将服务于人类活动的各个领域。总趋势是从狭义的机器人概念向广义的机器人技术(RT)概念转移；从工业机器人产业向解决工程应用方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术(RT)的内涵已变为“灵活应用机器人技术的、具有实在动作功能的智能化系统。”目前，工业机器人技术正在向智能机器和智能系统的方向发展，其发展趋势主要为：1)机械电子结构的标准化、模块化、微型化及具有可重构性；2)新型传感器和多传感器融合技术；3)伺服驱动技术的数字化、集成化及分散化；4)新型智能技术，如虚拟技术；5)控制技术的开放化、网络化及PC化。