工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

一、 什么是工業(yè)機(jī)器人

20世紀(jì)中期，隨著計算機(jī)、自動化技術(shù)和原子能技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)器人開始在美國得到研究和發(fā)展，使工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛使用。工業(yè)機(jī)器人是一種能自動控制、可重復(fù)編程多功能、 多自由度的操作機(jī)。它們通常配有機(jī)械手、刀具或其它可裝配的加工工具，能夠搬運(yùn)材料、工件，完成各種作業(yè)是一種柔性自動化設(shè)備。

二、 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展歷程

早在1954 年美國喬治·德沃爾首次設(shè)計出第一臺電子程序可編的工業(yè)機(jī)器人，并于 1961 年發(fā)表了該項專利。1962年美國通用汽車公司投入使用，標(biāo)志著第一代機(jī)器人誕生。 從此機(jī)器人開始成為人類生活中的現(xiàn)實(shí)。 之后日本使工業(yè)機(jī)器人得到迅速的發(fā)展。目前，日本已成為世界上工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量和擁有量最多的國家。

80 年代，世界上生產(chǎn)技術(shù)的高度自動化和集成化，使工業(yè)機(jī)器人得以進(jìn)一步發(fā)展，并在這個時代起著十分重要的作用。

第一代機(jī)器人，一般指工業(yè)上大量使用的可編程機(jī)器人及遙控操作機(jī)。可編程機(jī)器人可根據(jù)操作人員所編程序完成一些簡單重復(fù)性作業(yè)。遙控操作機(jī)制每一步動作都要靠操作人員發(fā)出。1982年，美國通用汽車公司在裝配線上為機(jī)器人裝備了視覺系統(tǒng)，從而宣告了第二代機(jī)器人—感知機(jī)器人的問世。這代機(jī)器人，帶有外部傳感器，可進(jìn)行離線編程。能在傳感系統(tǒng)支持下，具有不同程度感知環(huán)境并自行修正程序的功能。第三代機(jī)器人為自治機(jī)器人，正在各國研制和發(fā)展。它不但具有感知功能，還具有一定決策和規(guī)劃能力。能根據(jù)人的命令或按照所處環(huán)境自行做出決策規(guī)劃動作即按任務(wù)編程。

我國機(jī)器人研究工作起步較晚，從"七五"開始國家投入資金，對工業(yè)機(jī)器及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)和研制。1986 年國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃開始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。

從90 年代初期起，我國的國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個根本轉(zhuǎn)變時期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步，先后研制出了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。

三、工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)、生產(chǎn)中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是危險惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工、金屬制品業(yè)和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。在日、美、西歐等一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，工業(yè)機(jī)器人得到越來越廣泛的應(yīng)用。

四、 工業(yè)機(jī)器人在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域日益在擴(kuò)大，其應(yīng)用范圍已不限于工業(yè)，還用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、原子能工業(yè)、醫(yī)療、福利事業(yè)、海洋和深空探測等事業(yè)中。

例如在海洋開發(fā)方面。我國在爭取公海海域優(yōu)先開采權(quán)的過程中，由國家 863"計劃研制的 6000 米水下無纜自治機(jī)器人系統(tǒng)先后兩次出海，獲得了海底錳結(jié)核分布的珍貴資料，使我國成為世界上少數(shù)幾個具有深海探測能力的國家之一。

深空探測領(lǐng)域方面。由于機(jī)器人的自身特點(diǎn)和功用，可以處在人類無法到達(dá)或相當(dāng)危險的環(huán)境中去工作，因此，它的重要性再次體現(xiàn)。例如，我國啟動的 嫦娥工程"探月工程論證和關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，中國首先登上月球的是機(jī)器人而不是人，它對月球進(jìn)行考察、分析、取樣。

"機(jī)器人遙控操作系統(tǒng)" 模擬了科學(xué)家在地面操作太空機(jī)器人的行動。"神舟七號"的發(fā)射成功，機(jī)器人再次的應(yīng)用在我國也愈加顯得重要。中國幾代人航天夢想的實(shí)現(xiàn)，使科學(xué)家們的眼光越來越集中到深空探測領(lǐng)域。

五、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢

機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動化裝備的典型代表，是人造機(jī)器的"終極"形式。它涉及到機(jī)械、電子、自動控制、計算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢主要有：

1 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價格不斷下降。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；有關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人。

3 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。

4 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。

5 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出"虛擬軸機(jī)床"以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。

總體趨勢是，從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)?靈活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實(shí)際動作功能的智能化系統(tǒng)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來越靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發(fā)展。