工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1引言機器人學是一門綜合性的新興學科，它涉及機械工程學、電氣工程學、微電了工程學、計算機工程學、控制工程學、信息傳感工程學、聲學工程學、仿生學以及人工智能工程學等多門尖端學科。工業(yè)機器人是機器人學的一個分支，它代表了機電一體化的最高成就。隨著科學技術的不斷發(fā)展，工業(yè)機器人己成為柔性制造系統(tǒng)(FM})、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質量與數(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，對促進我國制造業(yè)的崛起，有著十分重要的意義。2工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀2.1國外工業(yè)機器人的發(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)機器人以來，機器人在工業(yè)發(fā)達國家得到了迅速發(fā)展。根據(jù)國際工業(yè)機器人聯(lián)合會(IFR)前兒年的預測，到2000年全世界工業(yè)機器人的總數(shù)將達到82萬臺，比1996年增加24%。其中，日本將擁有42萬臺，占全世界機器人總數(shù)的50%左右，繼續(xù)保持“機器人王國”地位。除日本外，世界上還有許多工業(yè)發(fā)達國家，如美國、前蘇聯(lián)和西歐一些國家的機器人產(chǎn)業(yè)也發(fā)展得很快。例如，在美國，1970-1980年間的機器人臺數(shù)增加20倍以上。盡管美國所擁有的機器人在臺數(shù)上不如日本，但其技術水平較高，占有一定的優(yōu)勢。到1998年，美國擁有8萬多臺機器人，德國為7萬多臺，分別占世界機器人總數(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、韓國和新加坡的機器人密度(即制造業(yè)中每萬名雇員占有的工業(yè)機器人數(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，機器人制造業(yè)及應用機器人的情況都有很大發(fā)展。表1顯示了世界現(xiàn)役機器人臺數(shù)和預測臺數(shù)，從中可以看出近幾年世界工業(yè)機器人的機器人公司主要為日本FANUC、安川、川崎重工和歐洲的KUKA,AI3I3等世界名牌，但所有機器人公司均對中國市場保持著高度注意力，都希望來開拓中國的機器人市場。這既是機遇，也是挑戰(zhàn)，對此必須加以研究，制定相應的發(fā)展策略。2)技術方面我國于1972年開始研究工業(yè)機器人，上海、天津、北京、沈陽、哈爾濱、廣州、昆明等研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序、組合式、液壓伺服型通用機器人，并開始了機構學、計算機控制和應用技術的研究。我國的機器人研究開發(fā)工作雖然起步較晚，但在國家有關部門的支持和廣大機器人學科技和教育工作者的努力下，進展較快。己在工業(yè)機器人、特種機器人和智能機器人各方面取得明顯成績，其中，國家“863”3)人員方面隨著國內外淚L器人學的快速發(fā)展，國內許多大學開設了機器人學課程，很多碩士研究生和博士研究生在從事機器人的開發(fā)和研究工作。同時，國家“863”計劃從1987年開始實施以來，組織和培養(yǎng)了一支2000多人的機器人研究開發(fā)隊伍。另外，國家正4)觀念方面機器人能提供穩(wěn)定的高效率與高質量的產(chǎn)品，是人無法提供的，尤其在生產(chǎn)節(jié)拍高的自動化生產(chǎn)線和惡劣的環(huán)境中，人無法取代機器人，市場日益全球化，不使用機器人，難以提高競爭力。中國人日眾多，勞動力廉價，不需要機器人的觀念正在改變。3.2產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展策略1)政府給予支持開拓國內機器人市場的一個重要舉措是出臺扶植機器人產(chǎn)業(yè)的優(yōu)惠政策。這些政策包括在新生產(chǎn)線建設、舊設備技術改造、貸款和稅收方面的政策和法規(guī)，這樣機器人的推廣應用環(huán)境就會寬松得多。同時，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的地方政府應加強在機器人技術方面的宣傳和引導，普及機器人的知識，以便更多的企業(yè)了解機器人的作用，更多的采用機器人來提高市場競爭力。注意讓那些希望采用機器人的企業(yè)得到政策和技術咨詢，以避免花高昂的代價買來不合適的設備，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)機器人示范工程，真正起到示范和引導的作用。只要用得成功，就比較容易推廣應用。打一大機器人的應用領域是開拓國內機器人市場的必要舉措之一。3)國際技術合作北京、上海、沈陽等與國外的工業(yè)機器人制造商己經(jīng)有了實質性的合作，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)機器人及其系統(tǒng)的能力，提高國產(chǎn)工業(yè)機器人的性能和可靠性，降低生產(chǎn)成本和銷售價格，建立國際水準的我國機器人產(chǎn)業(yè)，讓高性能低成本的國產(chǎn)機器人占領國內市場。4)重視基礎研究為加大技術儲備，要加強機器人學基礎研究，重視基礎件的開發(fā)。在跟蹤國際先進機器人技術的同時，要注意自卞創(chuàng)新，建立知識產(chǎn)權。把重點放在工業(yè)機器人上，先進行應用和推廣，再進行簡單有市場的產(chǎn)品開發(fā)，對一切都考慮經(jīng)濟效益，用機器人市場去帶動機器人產(chǎn)業(yè)，機器人產(chǎn)業(yè)帶動機器人研究。5)形成規(guī)模生產(chǎn)我國應選擇工業(yè)發(fā)達、交通方便和技術密集的一些地區(qū)，重點扶植在機器人開發(fā)和生產(chǎn)方面有優(yōu)勢的單位，建立幾個機器人工程公司，從事工業(yè)機器人的批量生產(chǎn)和實施機器人應用工程，使我國的機器人生產(chǎn)和應用向產(chǎn)業(yè)化、集團化方向發(fā)展。4工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢敏捷制造策略的提出，為工業(yè)機器人的發(fā)展提供了新的機遇。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)設備具有柔性和可動態(tài)重組的能力。機器人是一種具有高度柔性的自動化生產(chǎn)設備。如果我們站在更高的層次，將機器人視為一種有“感知、思維和行動”的機器，那么，敏捷生產(chǎn)設備就應當是新一代機器人化的機器。這將為工業(yè)機器人的發(fā)展提出更高的要求。4.1朝著標準化方向發(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，必將導致工業(yè)機器人功能部件的標準化和模塊組合化(它可以分為機械模塊、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)展組合式機器人。它是采用標準化的組合件拼裝而成的。日前，國外己經(jīng)研制和生產(chǎn)了各種不同的標準組件。除了機器人用的各種伺服電機、傳感器外，手臂、手腕和機身的結構也己經(jīng)標準化了，如臂仲縮軸、臂升降軸、臂俯仰軸、臂擺動軸;手腕旋轉軸、擺動軸、固定臺身、機座、移動軸等。4.2研究新型機器人結構隨著工業(yè)機器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復雜化，應開發(fā)新型微動機構保證動作精度;開發(fā)多關節(jié)、多自由度的手臂和手指，研制新型的行走機構等以適應復雜的作業(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中，特別是機器人自動裝配技術中，要求工業(yè)機器人對外部環(huán)境和對象物體有自適應能力，即具有一定的“智能”，機器人的智能化是指機器人具有感覺、知覺等，即有很強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。通過各種傳感器得到關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)進行問題求解，動作規(guī)劃。4.4研究機器人協(xié)作控制先進制造技術的發(fā)展對協(xié)作機器人學的研究與發(fā)展起著積極的促進作用。隨著先進制造技術的發(fā)展，工業(yè)機器人己從當初的柔性上、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)設備。在這樣的生產(chǎn)線上，機器人是作為一個群體工作的，不論每個機器人在生產(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)機器人的進一步發(fā)展。而面向先進制造環(huán)境的機器人柔性裝配系統(tǒng)和機器人加工系統(tǒng)中，不僅有多機器人的集成，還有機器人與生產(chǎn)線、周邊設備、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)展新的機器