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工业机器人编辑词条

1历史沿革

已知最早的工业机器人,符合ISO定义是由“条例”格里菲斯P·泰勒于1937年完成并出版的Meccano杂志,1938年3月。几乎完全是用吊车状装置建成的Meccano件和动力由单个电动机。运动五轴是可能的,包括抢而抢旋转。自动化是用穿孔纸带通电螺线管,这将有利于起重机的控制杆的运动来实现的。该机器人可以在预先设定的图案叠积木。需要为每个所需的运动马达的转数,第一次绘制在坐标纸上。然后这个信息被转移到纸带上,从而也推动了机器人的单个马达。1997,克里斯舒特建造的机器人的完整副本。

乔治·迪沃申请了第一个机器人的专利在1954年(1961年授予)。制作机器人的第一家公司是 Unimation,由迪沃并成立约瑟夫F. Engelberger于1956年,并且是基于迪沃的原始专利。Unimation机器人也被称为可编程移机,因为一开始他们的主要用途是从一个点传递对象到另一个,不到十英尺左右分开。他们用液压 执行机构,并编入关节 坐标,即在一个教学阶段进行存储和回放操作中的各关节的角度。他们是精确到一英寸的1 / 10,000。Unimation后授权其技术,川崎重工和GKN,制造Unimates分别在日本和英国。一段时间以来Unimation唯一的竞争对手是美国辛辛那提米拉克龙公司 的俄亥俄州。这从根本上改变了20世纪70年代后期,几个大财团的日本开始生产类似的工业机器人。

1969年,维克多·沙因曼在斯坦福大学发明了斯坦福大学的手臂,全电动,6轴多关节型机器人的设计允许一个手臂的解决方案。这使得它精确地跟踪在太空中任意路径拓宽了潜在用途的机器人更复杂的应 用,如装配和焊接。沙因曼则设计了第二臂的MIT 人工智能实验室,被称为“麻省理工学院的手臂。” 沙因曼,接收奖学金从Unimation发展他的设计后,卖给那些设计以Unimation谁进一步发展他们的支持,通用汽车公司,后来它上市的可编程的通用机装配(PUMA)。

工业机器人在欧洲起飞相当快,既ABB机器人和库卡机器人带来机器人市场在1973年ABB机器人(原ASEA)推出IRB 6,世界上首位市售全电动微型处理器控制的机器人。前两个IRB 6机器人被出售给马格努森在瑞典进行研磨和抛光管弯曲并在1974年1月被安装在生产同样是在1973年,库卡机器人建立了自己的第一个机器人,被称为 FAMULUS,也1第一关节机器人具有6机电驱动轴。

在机器人技术在20世纪70年代后期,许多美国公司的兴趣增加进入该领域,包括大公司,如通用电气和通用汽车公司(这就形成合资 FANUC机器人与FANUC日本LTD)。美国创业公司包括Automatix和娴熟技术,公司在机器人热潮在1984年的高度,Unimation收购了西屋电气公司 107万美元。西屋出售Unimation以史陶比尔法韦日SCA的法国于1988年,还在进行关节型机器人用于一般工业和洁净室应用,甚至买的机器人事业部,博世于2004年底。

只有少数的非日本公司管理,最终在这个市场中生存,其中主要的有:娴熟技术,史陶比尔,Unimation,在瑞典 - 瑞士公司ABB阿西亚·布朗Boveri公司,在德国公司的KUKA机器人与意大利公司柯马。

2主要特点

戴沃尔提出的工业机器人有以下特点: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”。

1962年美国推出的一些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似,但外形主要由类似人的手和臂组成。后来,出现了具有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。

工业机器人最显著的特点有以下几个:

(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。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器,而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能,这些都是微电子技术的应用,特别是计算机技术的应用密切相关。因此,机器人技术的发展必将带动其他技术的发展,机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。

当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。当前,对全球机器人技术的发展最有影响的国家是美国和日本。美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位,而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位。

(1)技术先进工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体,通过对过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策,实现增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境污染,是工业自动化水平的最高体现。

(2)技术升级工业机器人与自动化成套装备具备精细制造、精细加工以及柔性生产等技术特点,是继动力机械、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,是实现生产数字化、自动化、网络化以及智能化的重要手段。

(3)应用领域广泛工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设备,可用于制造、安装、检测、物流等生产环节,并广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业,应用领域非常广泛。

(4)技术综合性强工业机器人与自动化成套技术,集中并融合了多项学科,涉及多项技术领域,包括工业机器人控制技术、机器人动力学及仿真、机器人构建有限元分析、激光加工技术、模块化程序设计、智能测量、建模加工一体化、工厂自动化以及精细物流等先进制造技术,技术综合性强。

3组成结构

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


工业机器人 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。

4发展前景

中国

中国的工业机器人

我国工业机器人起步于上世纪1970年初期,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。

1970年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,我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间,国家投入资金,对工业机器人及其零部件进行攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发,研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施,智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿,经过几年的研究,取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特种机器人。

从90年代初期起,我国的国民经济进入实现两个根本转变时期,掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮,我国的工业机器人又在实践中迈进一大步,先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人,并实施了一批机器人应用工程,形成了一批机器人产业化基地,为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。

虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中,但和国际同行相比,差距依旧明显。从市场占有率来说,更无法相提并论。工业机器人很多核心技术,当前我们尚未掌握,这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。

随着人口红利的逐渐下降,企业用工成本不断上涨,工业机器人正逐步走进公众的视野。中国产业洞察网分析师李强认为,人口红利的持续消退,给机器人产业带来了重大的发展机遇;在国家政策支持下,产业有望迎来爆发期。

全球工业机器人的应用领域也有所扩大。2010年,在德国市场,除了汽车行业,食品行业显著增加了机器人的利用。可见,在药品和化妆品行业和塑料行业,机器人的投资潜力巨大。预计亚洲将成为工业机器人行业发展最快的地区。

《2014-2018年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》数据显示,2013年中国市场销售 36560台工业机器人,占全球销售量的五分之一,同比增幅达60%,取代日本成为世界最大工业机器人市场。预计2014年本体产值约90亿元,本体加集成市场规模约270亿元。

根据2011年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》,中国在“十二五”时期将加快发展战略性新型产业。国务院在相关决定中指出:“发展战略性新型产业已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略”,包括“高端装备制造产业”、“新材料产业”、“新能源产业”及“节能环保产业”等。今后十年我国高端装备制造业的销售产值将占全部装备制造业销售产值的30%以上。工业机器人行业作为高端装备制造产业的重要组成部分,必将在此期间得到更多的政策扶持,实现进一步增长。

中国到2014年将成为全球最大的工业机器人消费国。预计到2015年,中国机器人市场需求量将达3.5万台,占全球总量的16.9%,成为规模最大的机器人市场。专家表示,未来3年中国工业机器人市场复合增速可达30%,爆发性增长可期。

尽管各大企业面临着转型升级的阵痛,但不少具备实力、具有长远眼光的企业已经在此阵痛中寻找到了新的出路。山推作为国内大型工程机械生产厂家和推土机行业龙头企业,在自动化焊接设备的应用上应该说走到了国内同行的前列,其在20世纪90年代中期就开始应用焊接机器人和自动化焊接专机。这些举措不仅使企业的生产效率得到了有效提高,也转变了员工的传统观念。

当前,国外已经研制和生产了各种不同的标准组件,而中国作为未来工业机器人的主要生产国,标准化的过程是发展趋势。

中国制造业面临着向高端转变,承接国际先进制造、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中国抓住这个历史机遇的主要途径。因此我国工业机器人产业发展要进一步落实: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质量已经与国外相当,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。

智能化、仿生化是工业机器人的最高阶段,随着材料、控制等技术不断发展,实验室产品越来越多的产品化,逐步应用於各个场合。伴随移动互联网、物联网的发展,多传感器、分布式控制的精密型工业机器人将会越来越多,逐步渗透制造业的方方面面,并且由制造实施型向服务型转化。

工业机器人最先大规模使用的区域将会出如今发达地区。随着产业转移的进行,发达地区的制造业需要提升。基於工人成本不断增长的现实,工业机器人的应用成为最好替代方式。未来我国工业机器人的大范围应用将会集中在广东、江苏、上海、北京等地,其工业机器人拥有量将占全国一半以上。

日益增长的工业机器人市场以及巨大的市场潜力吸引世界着名机器人生产厂家的目光。当前,我国进口的工业机器人主要来自日本,但是随着诸如“机器人”类似的具有自有知识产权的企业不断出现,越来越多的工业机器人将会由中国制造。

中国成最大工业机器人市场

机器人的运用范围越来越广泛,即使在很多的传统工业领域中人们也在努力使机器人代替人类工作,在食品工业中的情况也是如此。人们已经开发出的食品工业机器人有包装罐头机器人、自动午餐机器人和切割牛肉机器人等,机器人在食品加工领域应用得如鱼水。[2]

中国到2016年或成为全球最大的机器人市场

25日,2014中国机器人产业发展高峰会议在张家港举行。工业和信息化部装备工业司副司长王卫明的透露,预计中国到2016年或成为全球最大的机器人市场。

王卫明这一“预计”无疑让众多关心中国机器人市场的与会商家有点窃喜。眼下,中国市场可谓是机器人热潮涌动。王卫明说,不久前他去参加一个机床展,竟然展出的一半产品是机器人。

机器人需求猛增

“人力成本的逐年上涨,将刺激制造业对机器人的需求。”王卫明称,汽车行业使用机器人最多,医药等行业的增长需求甚至达到100%以上,2013年全球机器人销量16.8万台。

“机器换人”已是大势所趋

未来的5至10年将成为中国市场的爆发期,业界对此普遍持乐观态度。曲道奎认同这一观点。作为国内领先的机器人制造企业新松机器人自动化股份有限公司的掌舵人,他在会上不断提醒企业要意识到该行业的残酷性。他呼吁,在机器人这个高端产业里中国要避免处于产业链低端位置。

在中国廉价劳动力优势逐渐消失的背景下,“机器换人”已是大势所趋。面对机器人产业诱人的大蛋糕,中国各地都行动了起来,机器人企业、机器人产业园如雨后春笋般层出不穷,积极投身这场“掘金战”中。

王卫明在会上指出,国内在机器人产业化方面存在诸多问题。面对将要到来的“机器人时代”,中国未来将加强顶层设计,组建国家级的机器人产业发展专家咨询委员会;完善标准体系建设;加大对机器人国产化的政策支持力度;支持国产工业机器人的应用和示范等。

2015年安徽工业机器人产业规模预计超200亿元

根据安徽省战略性新兴产业区域集聚发展试点实施方案,国家支持在皖打造机器人、新型显示两大产业集聚试点。芜马合地区作为目前我国唯一的工业机器人产业集聚试点,发展目标是到2015年培育3家至5家产值超50亿元的龙头企业,形成产业规模超200亿元。

2014年3月,芜湖市已规划用地5000亩建设机器人产业园,依托埃夫特、瑞祥工业、陀曼精机等企业,集聚产业科技创新要素,打造以主机为龙头、关键零部件协作配套的机器人全产业链。芜湖市早在2007年就启动了工业机器人项目,如今,领军企业安徽埃夫特公司已形成系列化工业机器人研发和制造能力,实际装机台数位居自主品牌之首,在汽车、家电、机械加工等多个行业得到广泛应用。该市正在建设的6个重点项目,涉及工业机器人整机项目以及伺服电机、驱动及控制系统、精密减速机等配套的核心零部件项目。[2]

国外

在发达国家中,工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线,以保证产品质量,提高生产效率,同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明,工业机器人的普及是实现自动化生产,提高社会生产效率,推动企业和社会生产力发展的有效手段。

机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向,机器人技术就是其中之一。

1990年10月,国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会,并在这次大会上通过了一个文件,把工业机器人分为四类:⑴顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系统;⑵沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业,如焊接。喷漆等;⑶远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人;⑷智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能。

日本工业机器人产业早在上世纪90年代就已经普及了第一和第二类工业机器人,并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有:低成本技术、高速化技术、小型和轻量化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、网络化技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。

根据日本政府2007年指定的一份计划,日本2050年工业机器人产业规模将达到1.4兆日元,拥有百万工业机器人。按照一个工业机器人等价于10个劳动力的标准,百万工业机器人相当于千万劳动力,是当前日本全部劳动人口的15%。

我国工业机器人起步于70年代初,其发展过程大致可分为三个阶段:70年代的萌芽期;80年代的开发期;90年代的实用化期。而今经过20多年的发展已经初具规模。当前我国已生产出部分机器人关键元器件,开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上;一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术;工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术;机器人软件的设计和编程技术;运动学和轨迹规划技术;弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。

一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术(产业化),必须具备5个要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有着“机器人王国” 之称的日本相比,我国有着截然不同的基本国情,那就是人口多,劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以,我国工业机器人起步晚发展缓。但是正如前所述,广泛使用机器人是实现工业自动化,提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业,引进国外技术和设备,培养人才,打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策,我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。

5技术原理

机器人控制系统是机器人的大脑,是决定机器人功能和性能的主要因素。


工业机器人技术 工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。

关键技术包括:

(1)开放性模块化的控制系统体系结构:采用分布式CPU计算机结构,分为机器人控制器(RC),运动控制器(MC),光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能,而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。

(2)模块化层次化的控制器软件系统:软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上,采用分层和模块化结构设计,以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次:硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求,对应不同层次的开发,系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成,这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。

(3)机器人的故障诊断与安全维护技术:通过各种信息,对机器人故障进行诊断,并进行相应维护,是保证机器人安全性的关键技术。

(4)网络化机器人控制器技术:当前机器人的应用工程由单台机器人工作站向机器人生产线发展,机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯,便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。

6种类介绍

移动机器人(AGV)

移动机器人(AGV)是工业机器人的一种类型,它由计算机控制,具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能,它可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能,也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统(以AGV作为活动装配平台);同时可在车站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。

国际物流技术发展的新趋势之一,而移动机器人是其中的核心技术和设备,是用现代物流技术配合、支撑、改造、提升传统生产线,实现点对点自动存取的高架箱储、作业和搬运相结合,实现精细化、柔性化、信息化,缩短物流流程,降低物料损耗,减少占地面积,降低建设投资等的高新技术和装备。

点焊机器人

焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等


焊接机器人 特点,焊接质量明显优于人工焊接,大大提高了点焊作业的生产率。

点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作,生产过程由各大汽车主机厂负责完成。国际工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期合作关系,向各大型汽车生产企业提供各类点焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产线配套形式进入中国,在该领域占据市场主导地位。

随着汽车工业的发展,焊接生产线要求焊钳一体化,重量越来越大,165公斤点焊机器人是当前汽车焊接中最常用的一种机器人。2008年9月,机器人研究所研制完成国内首台165公斤级点焊机器人,并成功应用于奇瑞汽车焊接车间。2009年9月,经过优化和性能提升的第二台机器人完成并顺利通过验收,该机器人整体技术指标已经达到国外同类机器人水平。

弧焊机器人

弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。在该领域,国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。

关键技术包括:

(1)弧焊机器人系统优化集成技术:弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器,具有良好的低速稳定性和高速动态响应,并可实现免维护功能。

(2)协调控制技术:控制多机器人及变位机协调运动,既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求,又能避免焊枪和工件的碰撞。

(3)精确焊缝轨迹跟踪技术:结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点,采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪,提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性,结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差,基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正,在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。

激光加工机器人

激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中,通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。本系统通过示教盒进行在线操作,也可通过离线方式进行编程。该系统通过对加工工件的自动检测,产生加工件的模型,继而生成加工曲线,也可以利用CAD数据直接加工。可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。

关键技术包括:

(1)激光加工机器人结构优化设计技术:采用大范围框架式本体结构,在增大作业范围的同时,保证机器人精度;

(2)机器人系统的误差补偿技术:针对一体化加工机器人工作空间大,精度高等要求,并结合其结构特点,采取非模型方法与基于模型方法相结合的混合机器人补偿方法,完成了几何参数误差和非几何参数误差的补偿。

(3)高精度机器人检测技术:将三坐标测量技术和机器人技术相结合,实现了机器人高精度在线测量。

(4)激光加工机器人专用语言实现技术:根据激光加工及机器人作业特点,完成激光加工机器人专用语言。

(5)网络通讯和离线编程技术:具有串口、CAN等网络通讯功能,实现对机器人生产线的监控和管理;并实现上位机对机器人的离线编程控制。

真空机器人

真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人,主要应用于半导体工业中,实现晶圆在真空腔室内的传输。真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强,其成为制约了半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件。而且国外对中国买家严加审查,归属于禁运产品目录,真空机械手已成为严重制约我国半导体设备整机装备制造的“卡脖子”问题。直驱型真空机器人技术属于原始创新技术。

关键技术包括:

(1)真空机器人新构型设计技术:通过结构分析和优化设计,避开国际专利,设计新构型满足真空机器人对刚度和伸缩比的要求;

(2)大间隙真空直驱电机技术:涉及大间隙真空直接驱动电机和高洁净直驱电机开展电机理论分析、结构设计、制作工艺、电机材料表面处理、低速大转矩控制、小型多轴驱动器等方面。

(3)真空环境下的多轴精密轴系的设计。采用轴在轴中的设计方法,减小轴之间的不同心以及惯量不对称的问题。

(4)动态轨迹修正技术:通过传感器信息和机器人运动信息的融合,检测出晶圆与手指之间基准位置之间的偏移,通过动态修正运动轨迹,保证机器人准确地将晶圆从真空腔室中的一个工位传送到另一个工位。

(5)符合SEMI标准的真空机器人语言:根据真空机器人搬运要求、机器人作业特点及SEMI标准,完成真空机器人专用语言。

(6)可靠性系统工程技术:在IC制造中,设备故障会带来巨大的损失。根据半导体设备对MCBF的高要求,对各个部件的可靠性进行测试、评价和控制,提高机械手各个部件的可靠性,从而保证机械手满足IC制造的高要求。

洁净机器人

洁净机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人。随着生产技术水平洁净机器人 不断提高,其对生产环境的要求也日益苛刻,很多现代工业产品生产都要求在洁净环境进行,洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。

关键技术包括:

(1)洁净润滑技术:通过采用负压抑尘结构和非挥发性润滑脂,实现对环境无颗粒污染,满足洁净要求。

(2)高速平稳控制技术:通过轨迹优化和提高关节伺服性能,实现洁净搬运的平稳性。

(3)控制器的小型化技术:根据洁净室建造和运营成本高,通过控制器小型化技术减小洁净机器人的占用空间。

(4)晶圆检测技术:通过光学传感器,能够通过机器人的扫描,获得卡匣中晶圆有无缺片、倾斜等信息。

7应用领域

工业机器人的典型应用包括焊接、刷漆、组装、采集和放置(例如包装、码垛和 SMT)、产品检测和测试等; 所有的工作的完成都具有高效性、持久性、速度和准确性。

在美洲地区,工业机器人的应用非常广泛,其中汽车与汽车零部件制造业为最主要的应用领域,2012年美洲地区这两个行业对工业机器人的需求占总份额的61%。


美洲地区主要行业对工业机器人需求比例 亚洲方面,工业机器人大规模应用的时机已经成熟。汽车行业的需求量持续快速增长,食品行业的需求也有所增加,电子行业则是工业机器人应用快的行业。工业机器人行业正成为受亚洲政府财政扶持的战略新兴产业之一。

工业机器人市场的大幕已经拉开,世界机器人市场的需求即将进人喷发期,中国潜在的巨大机械设备生产市场需求已初露端倪,工业机器人进军机床行业投资前景可期。

工业机器人能替代越来越昂贵的劳动力,同时能提升工作效率和产品品质。富士康机器人可以承接生产线精密零件的组装任务,更可替代人工在喷涂、焊接、装配等不良工作环境中工作,并可与数控超精密铁床等工作母机结合模具加工生产,提高生产效率,替代部分非技术工人。

使用工业机器人可以降低废品率和产品成本,提高了机床的利用率,降低了工人误操作带来的残次零件风险等,其带来的一系列效益也十分明显,例如减少人工用量、减少机床损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。机器人具有执行各种任务特别是高危任务的能力,平均故障间隔期达60000小时以上,比传统的自动化工艺更加先进。

在发达国家中工业机器人自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已大量使用工业机器人自动化生产线以保证产品质量和生产高效率。目前典型的成套装备有大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备、大型机器人车体焊装自动化系统技术和成套装备、电子电器等机器人柔性自动[3] 。

输送线

1.系统简介

机器人及输送线物流自动化系统主要由如下几个部分组成:

 


机器人输送线 (1)自动化输送线:将产品自动输送,并将产品工装板在各装配工位精确定位,装配完成后能使工装板自动循环;设有电机过载保护,驱动链与输送链直接啮合,传递平稳,运行可靠。

(2)机器人系统:通过机器人在特定工位上准确、快速完成部件的装配,能使生产线达到较高的自动化程度;机器人可遵照一定的原则相互调整,满足工艺点的节拍要求;备有与上层管理系统的通信接口。

(3)自动化立体仓储供料系统:自动规划和调度装配原料,并将原料及时向装配生产线输送,同时能够实时对库存原料进行统计和监控。

(4)全线主控制系统:采用基于现场总线—Profibus DP 的控制系统,不仅有极高的实时性,更有极高的可靠性。

(5)条码数据采集系统:使各种产品制造信息具有规范、准确、实时、可追溯的特点,系统采用高档文件服务器和大容量存储设备,快速采集和管理现场的生产数据。

(6)产品自动化测试系统:测试最终产品性能指标,将不合格产品转入返修线。

(7)生产线监控/调度/管理系统:采用管理层、监控层和设备层三级网络对整个生产线进行综合监控、调度、管理,能够接受车间生产计划,自动分配任务,完成自动化生产。

2.应用领域

机器人及输送线物流自动化系统可应用于建材、家电、电子、化纤、汽车、食品等行业。

涂胶

1.产品简介:

机器人涂胶工作站是机器人中心研制开发的机器人应用系统,


机器人涂胶工作站 主要包括机器人、供胶系统、涂胶工作台、工作站控制系统及其它周边配套设备。为了提高系统的可靠性,涂胶工作站中的机器人和供胶系统,一般采用国外产品,我所根据用户的需求,进行工作台、控制柜及周边配套设备的设计制造,并完成涂胶系统的集成。该工作站自动化程度高,适用于多品种、大批量生产,可广泛地应用于汽车风挡、汽车摩托车车灯、建材门窗、太阳能光伏电池涂胶等行业。

2.车灯机器人涂胶工作站主要技术指标:

车灯机器人涂胶工作站主要由机器人、胶机、涂胶工作台、控制柜等设备组成。

(1)机器人:

自动化所可应用户要求选用机器人品牌、并根据用户产品尺寸确定机器人规格型号。机器人重复定位精度≤0.1mm、涂胶工作速度150~250mm/s。

机器人具有6个控制轴,可以灵活地生成任何空间轨迹,可以完成各种复杂布胶动作。加之其运动快速、平稳、重复精度高,可充分保证生产节拍需求,并保证胶条均匀,使产品质量稳定。

(2)供胶系统:

机器人涂胶工作站供胶系统有冷胶和热熔胶两种供胶方式,自动化所可根据不同客户的要求配置供胶系统。该供胶系统可以与机器人动作衔接,正确完成布胶及供胶动作。

(3)涂胶工作台

涂胶工作台结构方式主要包括:

· 往复式双工位工作台

· 回转式双工位工作台

· 固定式双工位工作台

· 固定式单工位工作台

我所可根据用户要求设计制造各种形式工作台,保证灯具安装方便、定位准确,运行可靠。

(4)工作站控制柜:

工作站控制柜的设计融入了多行业的技术经验和采用了世界先进的电气技术,其性能指标居国内领先水平。系统设计均采用成熟的技术,元器件采用高可靠性的知名品牌,并经过严格的进货检验,因此,工作站控制系统具有极高的可靠性。

控制柜主要功能:

· 工件程序号显示及选择

· 工作台、机器人、输胶系统协调与互锁

· 工作台工作状态选择

· 具有故障报警、急停功能

· 计数功能

3.用户效益分析:

(1)自动化程度高,生产效率高,产量大。

(2)运行可靠,涂胶精度高,产品质量稳定。

(3)节省人力,节省材料,降低生产成本。

(4)改善作业环境,符合环保要求。

(5)产量增加时,无需增加人力,只需增加机器人工作时间。

焊接

1.简介

随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展,自动弧焊机器


机器人焊接工作站 人工作站, 从60年代开始用于生产以来,其技术已日益成熟,主要有以下优点:⑴稳定和提高焊接质量;⑵提高劳动生产率;⑶改善工人劳动强度,机器人可在有害环境下工作;⑷降低了对工人操作技术的要求;⑸缩短了产品改型换代的准备周期(只需修改软件和必要的夹具即可),减少相应的设备投资。因此,在各行各业已得到了广泛的应用。该系统一般多采用熔化极气体保护焊(MIG、MAG、CO2焊)或非熔化极气体保护焊(TIG、等离子弧焊)方法。设备一般包括:焊接电源、焊枪和送丝机构、焊接机器人系统及相应的焊接软件及其它辅助设备等。

自动化47所已设计制造了多种自动机器人焊接工作站,均为企业带来了良好的效益,在自动机器人焊接工作站领域积累了丰富的经验。

2.技术指标

工件尺寸:可按用户的工件大小设计。

工件重量:可按用户要求设计。

焊接速度:一般取5~50mm/s,根据焊缝大小来选定。

机器人重复定位精度:±0.05mm

移动机构重复定位精度:±0.1mm

变位机重复定位精度:±0.1mm

机器人螺柱焊接:设备一般包括焊接电源、自动退钉机、自动焊枪、机器人系统、相应的焊接软件及其它辅助设备等。

焊接效率:5-8个/分钟

螺钉规格:直径2-8mm

长度:10-40mm

机器人重复定位精度:±0.05mm

3.应用领域

自动机器人焊接工作站可广泛地应用于铁路、航空航天、军工、冶金、汽车、电器等各个行业。

4.用户效益分析

随着我国加入WTO,我国经济的发展和国际正在接轨,国内竞争和国际竞争的界限将越来越模糊,改造过去的生产方式和管理模式已迫在眉睫。在焊接领域也是如此,采用自动化焊接提高生产率和产品质量已是大势所趋。在大型企业是这样,对中小型企业也是如此。

采用机器人进行焊接作业可以极大地提高生产效益和经济效率;另一方面,机器人的移位速度快,可达3m/s,甚至更快。因此,一般而言,采用机器人焊接比同样用人工焊接效率可提高2~4倍,焊接质量优良且稳定。

自动装箱

1.系统简介

机器人自动装箱、码垛工作站是一种集成化的系统,它包括工业机器人、控制器、编程器、机器人手爪、自动拆/叠盘机、托盘输送及定位设备和码垛模式软件等。它还配置自动称重、贴标签和检测及通讯系统,并与生产控制系统相连接,以形成一个完整的集成化包装生产线。

(1)生产线末端码垛的简单工作站:

这是一种柔性码垛系统,它从输送线上下料,并完成工件码垛、加层垫等工序,然后用输送线将码好的托盘送走。

(2)码垛/拆垛工作站:

这种柔性码垛系统可将三垛不同货物码成一垛,机器人还可抓取托盘和层垫,一垛码满后由输送线自动输出。

(3)生产线中码垛:

工件在输送线定位点被抓取并放到两个不同托盘上,层垫也由机器人抓取。托盘和满垛通过线体自动输出或输入。

(4)生产线末端码垛的复杂工作站:

工件来自三条不同线体,它们被抓取并放到三个不同托盘上,层垫也由机器人抓取。托盘和满垛由线体上自动输出或输入。

2.技术指标

工件:箱体、板材、袋料、罐/纸类包装

工件尺寸:可按用户的工件大小设计

工件重量:可按用户要求设计

工件移动范围:可按用户要求设计

机器人自由度数:6个

机器人重复精度:± 0.1mm

3.应用领域

机器人自动装箱、码垛工作站可应用于建材、家电、电子、化纤、汽车、食品等行业。

4.用户效益分析

由于机器人自动装箱、码垛工作站在产品的装箱、码垛等工序实现了自动化作业,并且具有安全检测、连锁控制、故障自诊断、示教再现、顺序控制、自动判断等功能,从而大大地提高了生产效率和工作质量,节省了人力,建立了现代化的生产环境。

自动焊接

1.产品简介

转轴自动焊接工作站用于以转轴为基体(上置若干悬臂)的各类工件的焊接,它由焊接机器人、回转双工位变位机(若干个工位)及工装夹具组成,在同一工作站内通过使用不同的夹具可实现多品种的转轴自动焊接,焊接的相对位置精度很高。由于采用双工位变位机,焊接的同时,其他工位可拆装工件,极大地提高了效率。

2.技术指标

10—50mm,长度300—900mm,焊接速度3—15mm/s,焊接工艺采用MAG混合气体保护焊,变位机回转,变位精度达0.05mm。 转轴直径:

3.应用领域

可广泛应用于高质量、高精度的以转轴为基体的各类工件焊接,适用于电力、电气、机械、汽车等行业。

4.效益分析

采用手工电弧焊进行转轴焊接,工人劳动强度极大,产品的一致性差,生产效率低,仅为2—3件/小时。采用自动焊接工作站后,产量可达到15—20件/小时,焊接质量和产品的一致性也大幅度的提高。

8发展方向

工业机器人正向着智能化方向发展,而智能工业机器人将成为未来的技术制高点和经济增长点。

要想跟上未来工业发展,工业机器人技术是先进制造技术的代表。首要任务是提高工业机器人的智能化技术。智能化技术可以提高机器人的工作能力和使用性能。智能化技术的发展将推动着机器人技术的进步,未来智能化水平将标志着机器人的水平,虽然目前还有很多问题需要解决,但随着科学技术的进步,会逐渐改进发展。未来的智能化方向不会改变,并且会将机器人产品拓展到更多行业,形成完备的系统。现今我国人工利息不时上升的大环境下,工业机器人必将迅速发展,逐渐成为工厂自动化生产线的主要发展形式。

近年来,智能机器人越来越多的介入到了人类的生产和生活中,人工智能技术不仅在西方国家发展势头强劲,在中国的发展前景也同样引人注目,业内人士分析表示,中国已然是全球机器人行业增长最快的市场,国内的高增长将使得中国未来两年内超越日本,成为世界上最大的工业机器人市场。[5]

在近段时间里,美国谷歌(Google)公司陆续收购多家与智能机器人有关的技术公司,这引发了外界的广泛关注。该公司是目前世界上最具创新意识和研发能力的科技公司之一;虽然它最为人所熟知的业务范围是搜索、广告和云计算,但在最近却重金砸向智能机器人产业。中国知名学者周海中教授认为,谷歌进军智能机器人领域正其时,它看到了未来的技术制高点和经济增长点;此举意义深远,它采取了新的发展模式,为其长远利益作打算。[6]

9市场结构

根据国际机器人联合会(IFR)发布的在2012年世界机器人研究报告,在2011年年底为至少有1,153,000个运行的工业机器人。预计这个数字到2015年年底将达到1,575,000个。

根据国际机器人联合会2011年度的估计,工业机器人全球销售额为85亿美元。包括软件,外围设备和系统工程的成本后,机器人系统的年度营业额估计在2011年达到255亿美元。

日本政府估计,该行业可能从约在2006年52亿美元到在2010年接近260亿美元,并在2025年激增至700 亿美元。在2005年,日本已有超过370,000个正在运行的工业机器人。在2007年的国家技术发展路线图中,贸易部呼吁到2025年要在全国各地安装100万台工业机器人。

 
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