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            機器人與自動化產業概述

            --機器人與自動化產業概述

            供稿:工控網 2010/7/1 14:42:00

            0 人氣:3348

            • 關鍵詞: 機器人 自動化 智能控制
            • 摘要:機器人與自動化產業是光儀電產業的重要組成部分,主要應用于智能控制,涉及機器人和自動化生產線成套裝備。

            機器人與自動化產業是光儀電產業的重要組成部分,主要應用于智能控制,涉及機器人和自動化生產線成套裝備。

            一、機器人

            1、工業機器人

            工業機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統和傳感裝置構成,是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的光儀電一體化自動化生產設備,特別適合于多品種、變批量的柔性生產。

            (1)操作機:通過有限元分析、模態分析及仿真設計等現代設計方法的運用,機器人操作機已實現了優化設計。

            (2)控制器:控制器的性能進一步提高,已由過去控制標準的6軸機器人發展到現在能夠控制21軸甚至27軸,并且實現了軟件伺服和全數字控制。

            (3)傳感裝置:激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機器人系統中已得到成功應用,并實現了焊縫自動跟蹤和自動化生產線上物體的自動定位以及精密裝配作業等,大大提高了機器人的作業性能和對環境的適應性。

            (4)并聯機構:采用并聯機構,利用機器人技術,實現高精度測量及加工,這是機器人技術向數控技術的拓展,為將來實現機器人和數控技術一體化奠定了基礎。

            (5)網絡通信:機器人控制器已實現了與Canbus、Profibus總線及一些網絡的連接,使機器人由過去的獨立應用向網絡化應用邁進了一大步,也使機器人由過去的專用設備向標準化設備發展。

            另外由于微電子技術的快速發展和大規模集成電路的應用,使機器人系統的可靠性有了很大的提高。機器人系統的可靠性已達到5萬小時,幾乎可以滿足任何場合的需求。

            2、特種機器人

            非制造業領域機器人與制造業的相比,其主要特點是工作環境的非結構化和不確定性,因而對機器人的要求更高,需要機器人具有行走功能,對外感知能力以及局部的自主規劃能力等,是機器人技術的一個重要發展方向。

            (1)水下機器人:水下機器人已用于海洋石油開采、海底勘察、救撈作業、管道敷設和檢查、電纜敷設和維護以及大壩檢查等方面,形成了有纜水下機器人和無纜水下機器人兩大類。

            (2)空間機器人:空間機器人是特種機器人的重要研究領域。

            (3)地下機器人:地下機器人主要包括采掘機器人和地下管道檢修機器人兩大類,主要研究內容為:機械結構、行走系統、傳感器及定位系統、控制系統、通信及遙控技術。

            (4)醫用機器人:醫用機器人主要研究內容包括:醫療外科手術的規劃與仿真、機器人輔助外科手術、最小損傷外科、臨場感外科手術等。

            (5)軍用機器人:目前,國外軍用機器人發展十分迅速,類型已達上百種,功用更是多種多樣,有偵察、保障、排雷、防化、進攻、防御型等等。具體有機器人地雷、機器人坦克、智能槍、智能火炮、排雷(彈)機器人、防核生化機器人、偵察機器人、智能飛機、智能導彈、機器人潛水器等。

            可以預見,21世紀各種先進的機器人系統將會進入人類生活的各個領域,成為人類良好的助手和親密伙伴。

            3、智能機器人

            在計算機技術和人工智能科學發展的基礎上,產生了智能機器人的概念。智能機器人是具有感知、思維和行動的機器,智能機器人可獲取、處理和識別多種信息,自主地完成較為復雜的操作任務。智能機器人作為新一代生產和服務工具,在制造領域和非制造領域具有更廣泛、更重要的地位。同時,智能機器人作為自動化、信息化的裝置與設備,完全可以進入網絡世界,發揮更多、更大的作用。

            雖然從生物學角度來實現機器人的人工智能化還很遙遠,但隨著計算機芯片技術及計算能力的進一步發展,完全可研制出的具有復雜生物行為的機器人。這些機器人集生物學、電子學、審美與機械學于一體,即所謂的BEAM機器人。

            目前國際上在機器人的智能化和多樣化方面,主要研究內容集中在以下幾點:

            (1)虛擬機器人技術:基于多傳感器、多媒體和虛擬現實以及臨場感技術,實現機器人的虛擬遙控操作和人機交互

            (2)多智能體控制技術:對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理,感知與學習方法,建模和規劃、群體行為控制等方面進行研究。

            (3)微型和微小機器人技術:這是機器人研究的一個新的領域和重點發展方向,微小型機器人技術的研究主要集中在系統結構、運動方式、控制方法、傳感技術、通信技術以及行走技術等方面。

            (4)軟機器人技術:主要用于醫療、護理、休閑和娛樂場合。傳統機器人結構材料多為金屬或硬性材料,軟機器人技術要求其結構、控制方式和所用傳感系統在機器人意外地與環境或人碰撞時是安全的,機器人對人是友好的。

            (5)仿人和仿生技術:這是機器人技術發展的最高境界,未來的機器人必須具有一定情感、社交頭腦等等特點,這也是各國科學家努力的目標,目前僅在某些方面進行一些基礎研究。

            二、自動化生產線成套裝備

            自動化成套裝備是指以機器人為核心,以信息技術和網絡技術為媒介,將所有設備連接到一起而形成的大型自動化生產線。它是先進制造裝備的典型代表,是發展先進制造技術實現生產線的數字化、網絡化和智能化的重要手段,目前已成為國內外極受重視的高新技術應用領域。

            在發達國家中,機器人自動化生產線成套裝備已成為自動化成套裝備的主流及未來自動化生產線成套設備的發展方向。國外汽車行業、電子和電器行業、物流與倉儲行業等已大量使用機器人自動化生產線,保證了其產品的質量和生產的高效,典型的有大型轎車殼體沖壓自動化系統技術和成套裝備、大型機器人車體焊裝自動化系統技術和成套裝備、電子和電器等的機器人柔性自動化裝配及檢測成套技術和裝備、機器人整車及發動機裝配自動化系統技術和成套裝備、AGV物流與倉儲自動化成套技術及裝備等,這些機器人設備的使用大大推動了這些行業的快速發展,提升了高新制造技術的先進性。

            自動化生產線成套裝備需要研究的技術主要有:

            ① 利用CAX及仿真系統等多種高新技術和設計手段,快速設計和開發機器人大型自動化生產線,并進行數字化驗證。

            ② 自動化生產線“數字化制造”技術。國外已經推出可進入實用的“數字化工廠”商品化軟件,建立產品制造工藝過程信息化平臺,再與本企業的資源管理信息化平臺和車身產品設計信息平臺結合,構成支持本企業產品完整制造過程生命周期的信息化平臺。

            ③ 利用傳感器和網絡技術,實現大型生產線的在線檢測和監控,確保產品質量,并且實現產品的主動質量控制。利用自動化生產線模塊化及可重構技術,實現生產線的快速調整及重構。

            ④ 生產線快速整定技術。建立完整的制造過程信息技術,發展機器人等自動化設備的離線編程技術、生產線上的機電設備實現網絡控制管理技術、關鍵工位在線100%產品檢測技術、先進的生產線現場安裝精度測試技術。

            發達國家廣泛應用機器人自動化生產線,已形成了巨大產業,年市場容量約為1000億美元。國際上著名公司ABB、COMAS、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是機器人自動化生產線及物流與倉儲自動化設備的集成供應商。

            全球過程自動化產品市場銷售額預計2006年將超過700億美元。從2001年到2006年年平均增長率將達到4.6%。主要應用于玻璃、陶瓷、鋼鐵和有色金屬工業、軋鋼和鋁板材工業、化學、食品和制藥業、石化工業、紙漿和造紙業、環保、礦山、石油和天然氣工業等。其中礦山工業為70億美元、原材料工業90億美元、過程工業360億美元、電站110億美元、環保工業70億美元。就全球而言,北美占27.2%、西歐占26%、亞非(不包括日本)占21.1%、日本占12.3%、東歐占4.7%、南美占4.9%,其它地區占3.7%。

            我國近幾年機器人自動化生產線已經不斷出現,并給用戶帶來顯著效益。目前國內已建立了多條弧焊機器人生產線、裝配機器人生產線、噴涂生產線和焊裝生產線。隨著我國工業企業自動化水平的不斷提高,機器人自動化線的市場也會越來越大,并且逐漸成為自動化生產線的主要方式。我國機器人自動化生產線裝備的市場剛剛起步,而國內裝備制造業正處于由傳統裝備向先進制造裝備轉型的時期,這就給機器人自動化生產線研究開發者帶來巨大商機。據預測,目前我國僅汽車行業、電子和家電行業、煙草行業、新能源電池行業等,年需求自動

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