【導讀】我愛方案網小編為大家介紹詳解工業機器人的發展與應用，工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。
工業機器人介紹
工業機器人是自動執行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。
1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅薩姆的萬能機器人》中最早使用機器人一詞，劇中機器人“Robot”這個詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個具有人的外表，特征和功能的機器，是一種人造的勞力。它是最早的工業機器人設想。
20世紀40年代中后期，機器人的研究與發明得到了更多人的關心與關注。50年代以后，美國橡樹嶺國家實驗室開始研究能搬運核原料的遙控操縱機械手，如圖0.2所示，這是一種主從型控制系統，主機械手的運動。系統中加入力反饋，可使操作者獲知施加力的大小，主從機械手之間有防護墻隔開，操作者可通過觀察窗或閉路電視對從機械手操作機進行有效的監視，主從機械手系統的出現為機器人的產生為近代機器人的設計與制造作了鋪墊。
1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方式。1959年UNIMATION公司的第一臺工業機器人在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元。
UNIMATION的VAL（veryadvantagelanguage)語言也成為機器人領域最早的編程語言在各大學及科研機構中傳播，也是各個機器人品牌的最基本范本。其機械結構也成為行業的模板。其后，UNIMATION公司被瑞士STAUBLI收購，并利用STAUBLI的技術優勢，進一步得以改良發展。日本第一臺機器人由KAWASAKI從UNIMATION進口，并由kawasaki模仿改進在國內推廣。
工業機器人特點
工業機器人最顯著的特點有以下幾個：
(1)可編程。生產自動化的進一步發展是柔性啟動化。工業機器人可隨其工作環境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發揮很好的功用，是柔性制造系統中的一個重要組成部分。
(2)擬人化。工業機器人在機械結構上有類似人的行走、腰轉、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業機器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業機器人對周圍環境的自適應能力。
(3)通用性。除了專門設計的專用的工業機器人外，一般工業機器人在執行不同的作業任務時具有較好的通用性。比如，更換工業機器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執行不同的作業任務。
(4)工業機器技術涉及的學科相當廣泛，歸納起來是機械學和微電子學的結合-機電一體化技術。第三代智能機器人不僅具有獲取外部環境信息的各種傳感器，而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術的應用，特別是計算機技術的應用密切相關。因此，機器人技術的發展必將帶動其他技術的發展，機器人技術的發展和應用水平也可以驗證一個國家科學技術和工業技術的發展水平。
為適應市場需求，工業機器人在發展中呈現如下特點：適用性，專用化，高精度、高速度，模擬性，易操作，更靈活，易控制，更自動化。
1適用性
有什么樣的需求會產生什么樣的產品，工業機器人也不例外。此款機器人適合汽車行業，另一款機器人則適合電子加工，不同的機器人則對應不用的行業。英國Motomen公司為滿足最近生產了為了滿足新型汽車Jaguarsaloo制造需要，專門生產了兩臺焊接機器人設備。第一臺除有一個標準的外形外，還帶有一個報警器和一個電力線的載源，六軸的機器人和兩個自動變址的工作臺。而第二臺有六軸機器人和一個手動變址的旋轉工作臺。前者為汽車管座框架實行金屬焊條惰性氣體保護弧焊。后者靠輻射支架和其它部件自動完成12種弧焊。從兩臺機器人投入生產以來，汽車的預期生產量超過了十三萬部。
2專用化
世界機器人的發展越來越專用化。為了完成某一生產任務，機器人的結構盡量的簡單。如上述英國Motomen公司最近介紹了一種型號為SP-100的機器人，為了實現專門完成自動包裝碼垛和拆卸的任務而被特殊設計。此機器人有效載重高達160公斤，僅有四個軸，用NC伺服電機控制，結構設計既簡單又精度高。在SP-100類型機器人的手臂內部有兩個獨立的氣流通道給抓手提供氣動力，同時又通過23根電纜為抓手提供電動力。
英國一家公司研制出了一條鑄造和拖拉金條的全自動生產線。這條生產線采用了先進的機器人系統，并在英國首次投入生產。由于這種機器人的高速度和高準確率，而使得它能夠被理想地運用于自動裝配，檢測、挑選和安放等操作，也能運用于準確、重復性的操作之中。利用這條生產線來鑄造金條不但可以降低成本，而且最重要的就是鑄造出來的金條精確度高，誤差小。因此，該機器人專用于鑄造金條。
3高精度高速度
日本松下電器公司研制的焊接機器人具有RF350溢變器-焊接能量源和一高速旋轉弧傳感器系統。此焊接機器人是使用空心齒輪和小型伺服電機的高度壓制品，目的是能在最小的空間內進行高精度高速度的焊接操作。特別是旋轉弧傳感器擔任了重要的角色，通過指令使機器人跟蹤零部件兩配合處的沉積物產生高質量的焊接。
4模擬性
日本東京科技大學的研究人員，結合螞蟻回家的本能研制了一種新的導航技術，導航技術是用連有充電設備的照相機作眼睛來模擬螞蟻從附近回到洞穴的機理，并由此制造了機器人飛船模型，模型直徑1.1米，長度1.9米。模型中使用了一臺六自由度的推進器，可以前后左右上下移動。由照相機撲獲的信息導航。在20米遠的測試中，飛船幾乎能100%地從所處位置回到家。當然該導航技術還能用在其它方面，如塔橋和核能設備的檢測中。它的檢測是靠無線電連續傳播的方向，高度和寬度三項指標相對位置的數據決定的。
5易操作更靈活
英國一家公司發明了一種新技術，可以在機器人的手臂上實現快速的更換。這種功能的實現是通過聯接器，聯接器的一端直接安裝在機器人的法蘭盤上，另一端與幾個系統連接，由開關通過氣壓控制，起到可在短時間內更換系統的作用。同時，系統能隨時改變以便提供各種設備最佳組合。互鎖系統可以保證機器聯接的可靠性，甚至在氣壓下降或很小的情況下，無需更換機器人手臂就可以更好供給到位。由于系統在機器人手臂上更換靈活，易操作，因此，該設備的產品已遍及法國、德國及歐洲其它國家，南美洲和遠東地區。
6易控制
日本中南部一所大學的研究人員研制出了一個靠傳感器像螃蟹一樣爬斜坡的機器人。機器人有4條腿和兩個輪子，它不像其它機動行走的機器人一樣使用多個傳感器，而是僅在腿關節處使用一種傳感器。機器人4條腿行走時，無論是上坡或下坡，它的兩輪子都支撐著軀干。整個運動過程僅用一臺計算機控制。機器人的結構特點簡化了控制線路軟件，使其控制更容易。此類機器人已用在大型圓木加工廠幫助運輸圓木。
日本科學家已經研制成了一只與人類手有同樣靈敏度的機器人手。這種機器人手是由硅樹脂制成的。它的手指形狀和人手相似，內部空裹著大量的傳感器。當這個機器人手抓起一個物體時，手指內部就全收縮的程序來決定被抓物體的重量和光滑度。從而決定要用多大的力量才能保證被抓物體能夠被抓起而不掉下。正是由于相同的思路，日本科學家還在努力提高技術，以便能夠研制成一只帶有觸覺傳感器的機器人手，通過這只手來有效提高生產率和產品的質量。
7更自動化
為了使系統的自動化程度更高。英國在其新型裝卸機器人系統上設置了一些特殊的裝置等，如激光掃描設備和六自由度的卷尺測量裝置。該類機器人設計成塔狀，可以裝卸150-180米之間的部件，并可進行自動測量，其測量范圍可高達150平方米。該系統包括四個主要組成部分：用于裝載的真空抓爪，用于表格設計的裝載工具、卸載抓爪和一個碼垛的工具。這種機器人的抓重量極大，可允許在任何一個分層面上承擔高達3500公斤的工件。
機器人需求劇增的時代，從上述舉例分析可看出，世界工業機器人若想得到發展，就必須要瞄準市場，生產那些市銷對路的機器人產品。近年來，我國工業機器人發展很快，相信隨著我國市場經濟的發展，以后會發展更快。
工業機器人的關鍵技術
關鍵技術包括：(1)開放性模塊化的控制系統體系結構：采用分布式CPU計算機結構，分為機器人控制器(RC)，運動控制器(MC)，光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機器人控制器(RC)和編程示教盒通過串口/CAN總線進行通訊。機器人控制器(RC)的主計算機完成機器人的運動規劃、插補和位置伺服以及主控邏輯、數字I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。
(2)模塊化層次化的控制器軟件系統：軟件系統建立在基于開源的實時多任務操作系統Linux上，采用分層和模塊化結構設計，以實現軟件系統的開放性。整個控制器軟件系統分為三個層次：硬件驅動層、核心層和應用層。三個層次分別面對不同的功能需求，對應不同層次的開發，系統中各個層次內部由若干個功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協作共同實現該層次所提供的功能。
(3)機器人的故障診斷與安全維護技術：通過各種信息，對機器人故障進行診斷，并進行相應維護，是保證機器人安全性的關鍵技術。
(4)網絡化機器人控制器技術：目前機器人的應用工程由單臺機器人工作站向機器人生產線發展，機器人控制器的聯網技術變得越來越重要。控制器上具有串口、現場總線及以太網的聯網功能。可用于機器人控制器之間和機器人控制器同上位機的通訊，便于對機器人生產線進行監控、診斷和管理。移動機器人(AGV)移動機器人(AGV)是工業機器人的一種類型，它由計算機控制，具有移動、自動導航、多傳感器控制、網絡交互等功能，它可廣泛應用于機械、電子、紡織、卷煙、醫療、食品、造紙等行業的柔性搬運、傳輸等功能，也用于自動化立體倉庫、柔性加工系統、柔性裝配系統(以AGV作為活動裝配平臺)；同時可在車站、機嘗郵局的物品分撿中作為運輸工具。
工業機器人發展趨勢
國外機器人領域發展近幾年有如下幾個趨勢：
1．工業機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降。
2．機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化；由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產品問市。
3．工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。
4．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。
5．虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。
6．當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。
7．機器人化機械開始興起。從94年美國開發出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。
工業機器人的應用
目前，工業機器人在汽車制造業應用最廣，在中國，50%的工業機器人應用于汽車制造業，其中50%以上為焊接機器人；在發達國家，汽車工業機器人占機器人總保有量的53%以上。據統計，世界各大汽車制造廠，年產每萬輛汽車所擁有的機器人數量為10臺以上。隨著機器人技術的不斷發展和日臻完善，工業機器人必將對汽車制造業的發展起到極大的促進作用。而中國正由制造大國向制造強國邁進，需要提升加工手段，提高產品質量，增加企業競爭力，這一切都預示機器人的發展前景巨大。
電子類的IC、貼片元器件，工業機器人在這些領域的應用均較普遍。目前世界工業界裝機最多的工業機器人是SCARA型四軸機器人。第二位的是串聯關節型垂直6軸機器人。在手機生產領域，視覺機器人，例如分揀裝箱、撕膜系統、激光塑料焊接、高速四軸碼垛機器人等適用于觸摸屏檢測、擦洗、貼膜等一系列流程的自動化系統的應用。
化工行業是工業機器人主要應用領域之一。目前應用于化工行業的主要潔凈機器人及其自動化設備有大氣機械手、真空機械手、潔凈鍍膜機械手、潔凈AGV、RGV及潔凈物流自動傳輸系統等。很多現代化工業品生產要求精密化、微型化、高純度、高質量和高可靠性，在產品的生產中要求有一個潔凈的環境，潔凈度的高低直接影響產品的合格率，潔凈技術就是按照產品生產對潔凈生產環境的污染物的控制要求、控制方法以及控制設施的日益嚴格而不斷發展。因此，在化工領域，隨著未來更多的化工生產場合對于環境清潔度的要求越來越高，潔凈機器人將會得到進一步的利用，因此其具有廣闊的市場空間。
在很多的傳統工業領域中人們也在努力使機器人代替人類工作，在食品工業中的情況也是如此。目前人們已經開發出的食品工業機器人有包裝罐頭機器人，自動午餐機器人和切割牛肉機器人等。
工業機器人在我國煙草行業的應用出現在90年代中期,玉溪卷煙廠采用工業機器人對其卷煙成品進行碼垛作業,用ＡＧＶ(自行走小車)搬運成品托盤,節省了大量人力,減少了煙箱破損,提高了自動化水平。工業機器人在煙草行業的應用我國煙草行業多年來不斷加強技術改造,促進技術進步,重點卷煙企業大部分應用工業機器人。
還有其他行業比如冶金行業、家用電器行業、鑄造行業等等，在未來，工廠中只看見機器人未必不可能。
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