行业动态

我国工业机器人进展

发布时间：2011-04-09

工业机器人（英语：industrial robot。简称IR）是广泛适用的能够自主动作，且多轴联动的机械设备。它们在必要情况下配备有传感器，其动作步骤包括灵活的转动都是可编程控制的（即在工作过程中，无需任何外力的干预）。它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的的加工工具，以及能够执行搬运操作与加工制造的任务。

 工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。

   20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。

  由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。

   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。

 我国工业机器人起步于70年代初期，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。

70年代是世界科技发展的一个里程碑：人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。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。

   在蔡鹤皋院士主持下，哈尔滨工业大学和沈阳自动化所自1995年4月开始设计、制造HT—100A点焊机器人，1996年7月15日完成；1998年2月第一台上线应用于解放牌卡车的后风窗点焊，1998年5月第二台上线应用于红旗轿车焊接线上。

 120公斤点焊机器人

根据HT－100的设计经验，我们又研制了6台120公斤点焊机器人。
   120公斤点焊机器人是以一汽红旗车身焊装生产线为应用背景，瞄准国际上典型机器人产品技术性能开发的一种具有先进性、可靠性的实用机器人产品。该机器人具有工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点。机器人设计结构紧凑，外观宜人，运动平稳快捷，大大地提高了点焊作业的生产率。

   用户对国产机器人给予了这样的评价：机器人运行良好，操作、维修方便，“皮实、好用、能摆弄，”提高了生产效率。

 6公斤弧焊机器人是沈阳新松公司为嘉陵集团摩托车车身生产线设计制造的轻型弧焊机器人。设计者在参考国外同类产品优点的基础上，结合我国情况，本着“突出自己的特色、塑造自身的品牌”的原则，完成了产品的形象设计。在产品设计开发过程中，在重视产品实用性和可靠性的同时，兼顾了产品的先进性。设计者根据多年的开发经验，从本体到控制器全部进行了重新设计。嘉陵摩托车生产线将装备多台这种6公斤弧焊机器人。

   装配机器人

   由大连贤科机器人公司研制的装配机器人分别组成平面关节型机器人自动装配单元和直角坐标型机器人自动装配单元，现正在大连华录松下电子信息有限公司和浙江正泰集团的生产线上应用。平面关节型（SCARA）机器人是一种精密型装配机器人，具有速度快、精度高、柔性好等特点，采用交流伺机服电机驱动，可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作。

   直角坐标型机器人具有可自动编程，速度快、精度高等特点，采用交流伺服电机驱动，可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作，适合工厂柔性自动化生产的需求。

   桥型移动龙门式仿形喷涂机器人

   桥型移动龙门式仿形喷涂机器人由顶喷、侧喷、龙门行走机构和控制系统组成。具有自动喷涂工况显示，自动生产数据设计，打印报表，车体型号自动识别，工作记忆功能，无需归零重新启动，故障自动声光报警，防爆功能等特点。经过长时间可靠的生产实践，用户反映设备性能良好。该设备由北京机械工业自动化所研制。

  自动化高压水切割工作站

KJ—100型自动化高压水切割工作站由北京机械工业自动化所研制。

  高压水射流切割是通过超高压水发生器将水增压至385Mpa，然后通过Φ0.03mm的喷嘴，产生约3倍于音速的水箭切割各种非金属材料，如各种汽车内部装饰材料、厚橡胶板、布料、皮革、苯乙烯发泡材料、纤维增强材料等；将细砂加入水箭中可切割金属、陶瓷、石料、玻璃等。高压水射流能切割各种热切割方法难以加工的材料，并且切速快、切口平整光洁、切边品质好、无毛刺、无挂渣、节省材料、无尘、无臭、无环境污染、无热变形，对那些严禁明火作业区，如海上石油钻井、采油平台、炼油厂、大型油气储罐区等均可使用高压水切割作业。

   AGV小车

    AGV小车也叫自动导引小车，现已具备产品定型和批量生产能力，并已在汽车装配线、家电企业、烟厂等仓储物流作业得到了广泛应用。AGV包含了移动机器人控制技术、传感器技术、多台机器人协调技术、通讯技术等内容。沈阳棋盘山象棋城机器人象棋系统采用32个机器人（AGV）做象棋棋子，一个棋子就是一个移动机器人。棋子直径2.2米，高3米，棋盘长55米，宽53米，堪称世界最大棋子棋盘。2000年9月11台AGV棋子做了残局演示

搬运机器人

   5kg搬运机器人，采用五轴伺服电机驱动控制，实现五轴空间联动，配置不同工具包可实现搬运、码垛、焊接、装配等工作，具有较高的柔性自动化水平。

   注塑机械手

    注塑机械手应用于注塑件的自动取出，以保证模外横走的稳定性与快速性。海尔机器人公司开发的HH1000DS型注塑机械手采用单片机控制，三轴全气动驱动，实现三维空间协调操作。

     由哈尔滨工业大学机器人研究所研制的便携式机器人，可实现六自由度弧焊机器人的全部功能，同时可作为通用机器人完成其它工作，可任意位置安装。机器人本体自重30Kg，便于拆装携带。便携式机器人可以作为一个流动的焊接机器人到不同的场所进行作业，特别是在一些工作空间狭小，周围环境恶劣，工人无法作业的地方。此外，它可以作为机器人销售部门的有力助手到各地去作焊接培训，或者在腕部安装其它工具可以随时随地的进行各种作业。

机器人应用工程

我国年轻的机器人工程队伍在汽车、摩托车、电子、家电、石化等行业实施了一批工业机器人应用工程取得了良好的社会效益和经济效益。

在汽车行业中的应用
      在国家攻关计划和863计划的支持下，一汽集团、沈阳自动化所、哈尔滨工业大学等单位自1995年起合作开发工业机器人和实施机器人应用工程，在经历了一系列的攻关和拼搏之后，完成了10公斤、30公斤、100公斤、120公斤等工业机器人的开发。一汽二轿厂使用6台点焊机器人焊接全新“红旗”轿车前、后风窗洞，左、右侧围门洞，三角窗洞，提高了国产轿车焊装技术水平及焊接质量。一汽长轻厂两条后桥弧焊机器人生产线使用了11台机器人，后桥焊缝熔核成型好，解决了久攻不破的后桥渗漏质量难题，产品基本实现免检，而且劳动效率、生产能力都取得了大幅度的提高。这是我国首次大规模的国产机器人示范应用工程，实现了难得的跨越。从中，我们积累了大量的实践经验，包括产品定位选型、关键技术攻关、重大项目的流程规划与组织管理、应用工程的技术细节与瓶颈等等。

在摩托车行业中的应用

 三水摩托车机器人焊装线使用了9台机器人，自1997年10月投入使用以来运行稳定，提高了产品质量，降低了人员成本，增加了产品的市场竞争力。

 海南新大洲摩托车厂用4台弧焊机器人工作站完成新大洲50系列摩托车的车架焊接。该生产线自1998年3月投入运行以来，运行良好，性能稳定。
     南京金城机械有限公司在其125－7D车架的生产线上使用了7台机器人用于焊接和切割，提高了产品的一致性。

在电子、家电行业中的应用

 上海大学为宁波韵声集团建成了一条八音琴机芯机器人化柔性自动装配、检测与装箱生产线。装配生产线可自动完成装配、加油、检测、分类、供料、理料、装箱、标注等多种作业任务。能将不同材质、不同类型的12种零部件以每2.5秒装配出一个成品的节拍进行生产。装配线全长21.8米，采用了16台机器人。

 机器人的应用改变了韵声集团八音琴全靠手工装配的历史，提高了企业形象，积累了经验，培养了人才，为企业的下一步发展打下了基础。

在石化行业的应用

 哈工大博实公司自主开发的“自动包装机器人码垛生产线”应用于大庆石化公司“10万吨/年聚丙烯装置”，全线实现了自动运行，动作平稳可靠，运行速度快，称重精度高，缝口位置准确，码垛垛形整齐的优点。

 我国从上世纪80年代开始在高校和科研单位全面开展工业机器人的研究，近20年来取得不少的科研成果。但是由于没有和企业有机地进行联合，至今仍未形成具有影响力的产品和有规模的产业。目前国内除了一家以组装为主的中日合资的机器人公司外，具有自主知识产权的工业机器人尚停留在高校或科研单位组织的零星生产，未能形成气候。近10年来，进口机器人的价格大幅度降低，对我国工业机器人的发展造成了一定的影响，特别是我国自行制造的普通工业机器人在价格上根本无法与之竞争。特别是我国在研制机器人的初期，没有同步发展相应的零部件产业，使得国内企业在生产的机器人过程中，只能依赖配套进口的零部件，更削弱了我国企业的价格竞争力。

      中国的机器人产业应走什么道路，如何建立自己的发展模式，确实值得探讨。中国工程院在2003年12月完成并公开的《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究总结报告》中认为，我国应从“美国模式”着手，在条件成熟后逐步向“日本模式”靠近。