工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1引言機(jī)器人學(xué)是一門綜合性的新興學(xué)科，它涉及機(jī)械工程學(xué)、電氣工程學(xué)、微電了工程學(xué)、計算機(jī)工程學(xué)、控制工程學(xué)、信息傳感工程學(xué)、聲學(xué)工程學(xué)、仿生學(xué)以及人工智能工程學(xué)等多門尖端學(xué)科。工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)的一個分支，它代表了機(jī)電一體化的最高成就。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人己成為柔性制造系統(tǒng)(FM})、自動化工廠(FA)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量，而目對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，對促進(jìn)我國制造業(yè)的崛起，有著十分重要的意義。2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2.1國外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀自1962年美國推出世界上第一臺Unimate型和Versatra型工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人在工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到了迅速發(fā)展。根據(jù)國際工業(yè)機(jī)器人聯(lián)合會(IFR)前兒年的預(yù)測，到2000年全世界工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)將達(dá)到82萬臺，比1996年增加24%。其中，日本將擁有42萬臺，占全世界機(jī)器人總數(shù)的50%左右，繼續(xù)保持“機(jī)器人王國”地位。除日本外，世界上還有許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如美國、前蘇聯(lián)和西歐一些國家的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也發(fā)展得很快。例如，在美國，1970-1980年間的機(jī)器人臺數(shù)增加20倍以上。盡管美國所擁有的機(jī)器人在臺數(shù)上不如日本，但其技術(shù)水平較高，占有一定的優(yōu)勢。到1998年，美國擁有8萬多臺機(jī)器人，德國為7萬多臺，分別占世界機(jī)器人總數(shù)的15%和13%左右，排名世界第2位和第3位。在亞洲，韓國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)排名世界第5位;而日本、韓國和新加坡的機(jī)器人密度(即制造業(yè)中每萬名雇員占有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量)居世界第1-3位，包攬了前三名。西歐的意大利、法國、英國和東歐的匈牙利、波蘭、南斯拉夫以及北美的加拿大等，機(jī)器人制造業(yè)及應(yīng)用機(jī)器人的情況都有很大發(fā)展。表1顯示了世界現(xiàn)役機(jī)器人臺數(shù)和預(yù)測臺數(shù)，從中可以看出近幾年世界工業(yè)機(jī)器開拓國內(nèi)機(jī)器人市場的一個重要舉措是出臺扶植機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的優(yōu)惠政策。這些政策包括在新生產(chǎn)線建設(shè)、舊設(shè)備技術(shù)改造、貸款和稅收方面的政策和法規(guī)，這樣機(jī)器人的推廣應(yīng)用環(huán)境就會寬松得多。同時，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的地方政府應(yīng)加強(qiáng)在機(jī)器人技術(shù)方面的宣傳和引導(dǎo)，普及機(jī)器人的知識，以便更多的企業(yè)了解機(jī)器人的作用，更多的采用機(jī)器人來提高市場競爭力。注意讓那些希望采用機(jī)器人的企業(yè)得到政策和技術(shù)咨詢，以避免花高昂的代價買來不合適的設(shè)備，讓現(xiàn)有的淚L器人發(fā)揮更好的作用。2)建立示范工程我國日前的機(jī)器人市場不大，但其潛在市場很大。建立幾個具有代表性的工業(yè)機(jī)器人示范工程，真正起到示范和引導(dǎo)的作用。只要用得成功，就比較容易推廣應(yīng)用。打一大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域是開拓國內(nèi)機(jī)器人市場的必要舉措之一。3)國際技術(shù)合作北京、上海、沈陽等與國外的工業(yè)機(jī)器人制造商己經(jīng)有了實質(zhì)性的合作，這種合作的深度和廣度還有很大的潛力。通過國際合作，能夠提高我國開發(fā)和生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人及其系統(tǒng)的能力，提高國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的性能和可靠性，降低生產(chǎn)成本和銷售價格，建立國際水準(zhǔn)的我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，讓高性能低成本的國產(chǎn)機(jī)器人占領(lǐng)國內(nèi)市場。4)重視基礎(chǔ)研究為加大技術(shù)儲備，要加強(qiáng)機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)研究，重視基礎(chǔ)件的開發(fā)。在跟蹤國際先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的同時，要注意自卞創(chuàng)新，建立知識產(chǎn)權(quán)。把重點放在工業(yè)機(jī)器人上，先進(jìn)行應(yīng)用和推廣，再進(jìn)行簡單有市場的產(chǎn)品開發(fā)，對一切都考慮經(jīng)濟(jì)效益，用機(jī)器人市場去帶動機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)帶動機(jī)器人研究。5)形成規(guī)模生產(chǎn)我國應(yīng)選擇工業(yè)發(fā)達(dá)、交通方便和技術(shù)密集的一些地區(qū)，重點扶植在機(jī)器人開發(fā)和生產(chǎn)方面有優(yōu)勢的單位，建立幾個機(jī)器人工程公司，從事工業(yè)機(jī)器人的批量生產(chǎn)和實施機(jī)器人應(yīng)用工程，使我國的機(jī)器人生產(chǎn)和應(yīng)用向產(chǎn)業(yè)化、集團(tuán)化方向發(fā)展。4工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢敏捷制造策略的提出，為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。敏捷制造的基本思想是企業(yè)能迅速將其組織和裝備重組，快速響應(yīng)市場變化，生產(chǎn)出滿足用戶需求的個性化產(chǎn)品。敏捷制造要求企業(yè)底層的生產(chǎn)設(shè)備具有柔性和可動態(tài)重組的能力。機(jī)器人是一種具有高度柔性的自動化生產(chǎn)設(shè)備。如果我們站在更高的層次，將機(jī)器人視為一種有“感知、思維和行動”的機(jī)器，那么，敏捷生產(chǎn)設(shè)備就應(yīng)當(dāng)是新一代機(jī)器人化的機(jī)器。這將為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提出更高的要求。4.1朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展提高運動速度和運動精度，減輕重量和減少安裝占用空間，必將導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化(它可以分為機(jī)械模塊、信息檢測模塊、控制模塊等)，以降低制造成本和提高可靠性。近年來，世界各國注意發(fā)展組合式機(jī)器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合件拼裝而成的。日前，國外己經(jīng)研制和生產(chǎn)了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組件。除了機(jī)器人用的各種伺服電機(jī)、傳感器外，手臂、手腕和機(jī)身的結(jié)構(gòu)也己經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，如臂仲縮軸、臂升降軸、臂俯仰軸、臂擺動軸;手腕旋轉(zhuǎn)軸、擺動軸、固定臺身、機(jī)座、移動軸等。4.2研究新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)隨著工業(yè)機(jī)器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化，應(yīng)開發(fā)新型微動機(jī)構(gòu)保證動作精度;開發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和手指，研制新型的行走機(jī)構(gòu)等以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)的需要。4.3朝著智能化方向發(fā)展在多品種，小批量生產(chǎn)的柔性制造自動化技術(shù)中，特別是機(jī)器人自動裝配技術(shù)中，要求工業(yè)機(jī)器人對外部環(huán)境和對象物體有自適應(yīng)能力，即具有一定的“智能”，機(jī)器人的智能化是指機(jī)器人具有感覺、知覺等，即有很強(qiáng)的檢測功能和判斷功能。為此，必須開發(fā)類似人類感覺器官的傳感器(如觸覺傳感器、視覺傳感器、測距傳感器等)，發(fā)展多傳感器的信息融合技術(shù)。通過各種傳感器得到關(guān)于工作對象和外部環(huán)境的信息，以及信息庫中存儲的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗、規(guī)劃的資料，以完成模式識別，用“專家系統(tǒng)”等智能系統(tǒng)進(jìn)行問題求解，動作規(guī)劃。4.4研究機(jī)器人協(xié)作控制先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對協(xié)作機(jī)器人學(xué)的研究與發(fā)展起著積極的促進(jìn)作用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人己從當(dāng)初的柔性上、下料裝置正在成為高度柔性、高效率和可重組的裝配、制造和加工系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。在這樣的生產(chǎn)線上，機(jī)器人是作為一個群體工作的，不論每個機(jī)器人在生產(chǎn)線上起什么作用，它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在。因此，要從組成敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點出發(fā)，來研究工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。而面向先進(jìn)制造環(huán)境的機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)和機(jī)器人加工系統(tǒng)中，不僅有多機(jī)器人的集成，還有機(jī)器人與生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及人的集成。因此，以系統(tǒng)的觀點來發(fā)展新的機(jī)器人控制系統(tǒng)，有大量的理論與實踐的工作要做。5結(jié)束語工