淺談工業機器人的應用與前景

摘 要：工業機器人是世紀重大高科技成果之一，機器人產品已在社會的許多領域得到廣泛應用，為提高世界工業自動化水平發揮了重要作用。研究工業機器人的作用和應用狀況，分析其發展趨勢，將有助于更好地發展我國的機器人產業。

關鍵詞：工業機器人 應用及其作用 發展前景

0. 引言

世界上機器人工業萌芽于50年代的美國，經過50余年的發展，已被不斷地應于人類社會很多領域，正如計算機技術一樣，機器人技術正在日益改變著我們的生產方式，以至今后的生活方式（比爾.蓋茨在微軟創立30年時向世界預言：機器人將與個人電腦一樣邁入家家戶戶，徹底改變人類的生活方式）。因此，我們有必要以極大的興趣關注它的發展，研究它的未來，迎接它給我們帶來的機遇。

1. 工業機器人的發展歷程

第一代：60年代初，美國Unination公司成功研制第一臺數控機械手，它是具有記憶存儲能力的示教再現式機器人，，1962年美國AMF公司推出的“VERSATRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”是機器人產品最早的實用機型（示教再現）。

第二代：70年代，出現了具有感覺傳感器的機器人，具有一定的自適應能力

第三代：80年代，具有智能功能的機器人，具有靈活的思維功能。到了90年代，隨著計算機技術、微電子技術、網絡技術等的快速發展，機器人技術也得到了飛速發展。除了工業機器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業的先進機器人系統也有了長足的進展（信息與網絡化）。

2 .工業機器人的應用

經過近幾十年的發展，機器人已初步形成了一個近百萬人的“王國”，機器人發展迅速種類繁多，國際上依據其技術特點和規模大小的不同，對它們進行了分類。1990年在工業機器人國際標準大會上把機器人分為四類：（1）順序型；很多固定作業的裝配機械手都屬于此類。（2）沿軌道作業型。這類機器人能執行受控過程。（3）遠距離作業型。這類機器人可接受遙控，對操作者的行為反應可通過編程實現。（4）適應型或者智能型。它們具有感知、適應或學習功能。

2.1.弧焊機器人應用實例

弧焊機器人在我國已應用在汽車、自行車、汽車千斤頂等大批量機械產品的自動焊接生產中。1989年天津自行車二廠采用國產機器人焊接自行車前三角架，提高了產品質量，并獲得了顯著的社會、經濟效益。

2.1.1. 系統組成

GJR-Gl弧焊機器人及控制系統、雙工位回轉工作臺及夾具、焊接設備及其他附屬設備，見圖1。

GRJ-G1弧焊機器人的技術參數（見表1）。

雙人技術參數工位回轉工作臺，可手動操作回轉180°。中間加隔板，工人在一邊上、下料，另一邊由機器人施焊。氣動定位鎖緊。回轉夾具出現誤動作時，機器人不動作，以保安全。

2.1.2.工件（見圖2）

圖2男、女自行車前三角架結構形式

2.1.3.焊接工藝要點1） 注意焊槍起弧后快速移到起焊點并延時，以防虛焊；熄弧時逐漸減小電流至零。2） 焊接電壓采用DC16—44V，焊接電流采用DC60～400A；焊接速度為5～20mm/s；混合氣體比例（體積分數）C02：Ar為1：4。

2.1.4.經濟效益

表 2 采用弧焊機器人后的效益

2.1.4.1. 廢除了舊的采用管接頭連接的鹽浴釬焊工藝，采用機器人對三角架接頭處進行直接焊接，大大節約了金屬材料及工時，見表2。

2.1.4.2. 提高了產品質量，產品一次合格率由過去的93%上升到99%。

2.1.4.3.根據表，如果按該廠年產40萬輛自行車計算，則可節約原材料約1500t，每年節約工時32人年。

2.1.4.4. 由于省掉了鹽浴爐釬焊，大大降低了能耗，減輕了工人的勞動強度；同時由于回轉工作臺裝有遮光板，上方有固定風道，改善了工人的勞動環境。

2.1.4.5. 以往產品更新需要一年時間，現在兩個月即可推出一種新車型，增強了產品競爭能力。

2.2.壓鑄機器人應用實例

壓鑄機器人是在惡劣環境下24h代替人工操作的極好的例子。目前用于壓鑄的機器人大多是通用型機器人，專門用于自動壓鑄系統的機器人為數極少，ALMART系列機器人是其中具有代表性的一種，該系列自70年代推出，至90年代已開發出三代型號，用于80、125、150、250t壓鑄機，進行汽車零件等的壓鑄生產。一般來說，引入壓鑄機器人的條件至少包括以下各項：

2.2.1.力求將自動澆注機、壓鑄機、機器人、切邊壓力機、堆垛裝置連成一系統。

2.2.2.要有足夠的工作空間，既不影響機器人的動作，又不妨礙更換金屬模的作業。

2.2.3. 機器人及系統選擇要滿足生產節拍的要求。

2.2.4.除特殊需求外，夾持器應盡量通用化并具有適當強度（以防搬運中工件脫落變形）。

2.2.5.具有檢測工件的手段。

2.2.6. 具有一定的安全保證措施。

作業系統的平面布置與構成應隨不同的生產要求而定。作為壓鑄機器人應用一例。

使用壓鑄機器人，可得到如下效益：

2.2.6.1.保證產品質量均勻穩定。

2.2.6.2. 集約化生產，有效利用時間，縮短了作業周期，勞動生產率提高了50%。

2.2.6.3. 實現了多品種、少批量的柔性化生產。

2.2.6.4. 一人可同時管理多臺壓鑄機，節省勞力達6倍以上。

2.2.6.5.不必熟練操作工，節省培訓費用。

2.2.6.6.把操作者從多塵、易被燒傷的惡劣環境中解放出來。

2.3.裝配機器人應用實例

2.3.1.用機器人裝配電子印制電路板（PCB）日本日立公司的一條PCB裝配線，裝備了各型機器人共計56臺?？伸`活地對插座、可調電阻、IFI線圈、DIP-IC芯片和軸向、徑向元件等多種不同品種的電子元器件進行PCB插裝。各類PCB的自動插裝率達85%，插裝線的節拍為6s。該線具有自動卡具調整系統和檢測系統，機器人組成的單元式插裝工位既可適應工作節拍和精度的要求，又使得裝配線的設備利用率高，裝配線裝配工藝的組織可靈活地適應各種變化的要求。

2.3.2.用機器人裝配計算機硬盤

用兩臺SCARA型裝配機器人裝配計算機硬盤的系統如圖3所示。

它具有一條傳送線、兩個裝配工件供應單元（一個單元供應A～E五種部件；另一個單元供應螺釘）。

傳送線上的傳送平臺是裝配作業的基臺。一臺機器人負責把A～E五個部件按裝配位置互相裝好，另一臺機器人配有擰螺釘手爪，專管把螺釘按一定力矩要求安裝到工件上。全部系統是在超凈間安裝工作的。

3 .結語

工業機器人有著廣泛的應用前景，機器人就是任何高級的自動機械，機器人正向著“小而有力”的方向迅速發展。

當今機器人技術正逐漸向著具有行走能力、多種感覺能力以及對作業環境的較強自適應能力的方面發展。各種類型具有視覺、觸覺、高靈巧手指、能行走的智能機器人相繼出現，開始用于精密裝配、核工業、宇航和深海開發、各種惡劣環境和農業部門，并出現了多傳感器融合、具有一定語言能力的機器人。機器人的應用領域將覆蓋到下表所示的范圍。

3.1.導盲機器人

又稱導盲犬，感覺器能不斷地檢測路標，以確定自己的路線，電腦可根據盲人想走的路線將這些信息與預先存儲的街道地圖相比較，給出控制信號，指揮行走裝置向前行走，并不斷進行修正。盲人和導盲犬之間還可以交流，導盲犬會按照主人的命令通過路口，遇到障礙物時，會及時提醒主人注意安全。

3.2.供人娛樂的機器人

韓國推出了會踢足球的一對機器人“ICO和GICO”，與普通的玩具機器人不同，裝有可以變換程序的微處理器。它們內置足球游戲的程序，可由兩個人通過無線電進行操作。此外，如果把它們連接到個人電腦上并變換程序，還可使他們進行沿著指定的路線行走、互相摔跤、跳舞等各種游戲圖6

3.3.機器人醫生

麻醉，建立先進的閉式體外循環，在胸部打兩個小孔，機械手伸了進來，

“握”住了進入人體內的小攝像頭。切口，開始做手術。這種名叫“利薩”的機器手為近30位病人做過手術?！袄_”在手術中負責“抓”著攝像頭，“聽”著大夫發出的“上、下、左、右移動……”的指令，用電腦進行聲控，使他通過電腦顯示屏，看清楚手術的視野，以便操作。

3.4.工業機器人傭工

去年，富士康公布了驚人的機器人計劃。表示打算在未來三年增加1百萬個機器人裝配線。一百萬個機器人是什么概念，相當于目前現有工業機器人的數量的兩倍。不過仍有許多不確定因素，包括他們是否可以保持產量?？梢钥隙ǖ氖?，市場對靈活、高效、安全的工業機器人存在一個巨大的需求，新一代工業機器人將更加靈巧和便宜。工業機器人大范圍應用將開啟一個新時代。

3.5.智能設備機器人

機器人可以由傳感器、處理器、顯示設備、網絡等元素組成。智能手機和平板電腦似乎具備了這些特性。iRobot公司已經開發出一個叫Ava的遠程機器人，可以在平板電腦上使用。再比如，兩個西雅圖的工程師從募捐網站Kickstarter拿到10萬美元并迅速開發出一個可愛智能手機供電機器人Romo。這兩個例子代表著一種趨勢，移動設備領域上的機器人開發潛力巨大。蘋果的iOS和谷歌的Android興起了前所未有的創新浪潮。其結果將是有更多的機器人，從移動實驗室進入市場。在手機越來越多的智慧，像蘋果公司的語音助手Siri，將影響今年的機器人玩具和研究，由于智能設備加入，機器人會變得更聰明。

參考文獻：

[1] 周遠清，張再興，等編著.智能機器人系統[M].1版.北

京：清華大學出版社，1989.

[2] 龔振邦，陳振華，錢晉武，等編著.機器人機械設計[M].1

版.北京：電子工業出版社，1995

[3] 曾家駒. 機械制造技術（機械手與工業機器人147～149） . 北京：機械工業出版社， 2000

[4] 余達太，馬香峰. 工業機器人應用工程（工業機器人叢書，其它：《工業機器人系統理論與設計》，《工業機器人的操作機構設計》）， 北京：冶金工業出版社，2001

[5] 張建民等. 機電一體化系統設計，第8章（8.1節）工業機器人（284～295）. 北京：高等教育出版社，2001，第2版

[6] 楊平等. 機械電子工程設計，第六章（工業機器人167～184）. 北京：國防工業出版社，2001

[7] 柳洪義，宋偉剛 .機器人技術基礎，北京：冶金工業出版社，2002

[8] 大熊 繁（日）. 機器人控制. 北京：科學出版社，2002

[9] 謝存禧，張鐵.機器人技術及其應用（高等學校機械電子工程規劃教材）. 北京：機械工業出版社， 2005

[10] 賓鴻贊，王潤孝.先進制造技術（第四章工業機器人225～240）. 北京：高等教育出版社，2006

作者簡介：

孫加林（1990-），男，漢族，本科生，北京信息科技大學機電工程學院，主修方向機電一體化等；

蘇超（1990-）男，漢族，本科生，北京信息科技大學機電工程學院，主修機械設計制造及其自動化；

李俊韜（1994-），男，漢族，本科生，北京信息科技大學機電工程學院，主修方向機械設計等。