國(guó)內(nèi)發(fā)展
我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初期,經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展,大致經(jīng)歷了3個(gè)階段:70年代的萌芽期,80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。
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70年代是世界科技發(fā)展的一個(gè)里程碑:人類登上了月球,實(shí)現(xiàn)了金星、火星的軟著陸。我國(guó)也發(fā)射了人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用掀起一個(gè)高潮,尤其在日本發(fā)展更為迅猛,它補(bǔ)充了日益短缺的勞動(dòng)力。在這種背景下,我國(guó)于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。
進(jìn)入80年代后,在高技術(shù)浪潮的沖擊下,隨著改革開放的不斷深入,我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了*的重視與支持。"七五"期間,投入資金,對(duì)工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān),完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā),研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。1986年高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)開始實(shí)施,智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿,經(jīng)過(guò)幾年的研究,取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特種機(jī)器人。
從90年代初期起,我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個(gè)根本轉(zhuǎn)變時(shí)期,掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮,我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步,先后研制出了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人,并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程,形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地,為我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。
雖然*的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中,但和國(guó)際同行相比,差距依舊明顯。從市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō),更無(wú)法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù),當(dāng)前我們尚未掌握,這是影響我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。
前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2014-2018年*工業(yè)機(jī)器人行業(yè)產(chǎn)銷需求預(yù)測(cè)與轉(zhuǎn)型升級(jí)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示,2013年*市場(chǎng)共銷售工業(yè)機(jī)器人近3.7萬(wàn)臺(tái),約占全球銷量的1/5,總銷量超過(guò)日本,位居全球。而且我國(guó)市場(chǎng)銷售機(jī)器人的數(shù)量,年化增長(zhǎng)率高達(dá)34%。成為全球增長(zhǎng)速度快的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。預(yù)計(jì)到2018年工業(yè)機(jī)器人年供應(yīng)量超過(guò)91000臺(tái)。
控制技術(shù)
機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦,是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。
工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。具有編程簡(jiǎn)單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。
關(guān)鍵技術(shù)包括:
(1)開放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu):采用分布式CPU計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),分為機(jī)器人控制器(RC),運(yùn)動(dòng)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(jī)器人控制器(RC)和編程示教盒通過(guò)串口/CAN總線進(jìn)行通訊。機(jī)器人控制器(RC)的主計(jì)算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)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(tǒng):軟件系統(tǒng)建立在基于開源的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Linux上,采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個(gè)控制器軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次:硬件驅(qū)動(dòng)層、核心層和應(yīng)用層。三個(gè)層次分別面對(duì)不同的功能需求,對(duì)應(yīng)不同層次的開發(fā),系統(tǒng)中各個(gè)層次內(nèi)部由若干個(gè)功能相對(duì)對(duì)立的模塊組成,這些功能模塊相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)該層次所提供的功能。
(3)機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù):通過(guò)各種信息,對(duì)機(jī)器人故障進(jìn)行診斷,并進(jìn)行相應(yīng)維護(hù),是保證機(jī)器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。
(4)網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù):當(dāng)前機(jī)器人的應(yīng)用工程由單臺(tái)機(jī)器人工作站向機(jī)器人生產(chǎn)線發(fā)展,機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來(lái)越重要?？刂破魃暇哂写凇F(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊,便于對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理。
技術(shù)特點(diǎn)
(1)技術(shù)先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人集精密化、柔性化、智能化、軟件應(yīng)用開發(fā)等先進(jìn)制造技術(shù)于一體,通過(guò)對(duì)過(guò)程實(shí)施檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策,實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本、減少資源消耗和環(huán)境污染,是工業(yè)自動(dòng)化水平的高體現(xiàn)。
(2)技術(shù)升級(jí)工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備具備精細(xì)制造、精細(xì)加工以及柔性生產(chǎn)等技術(shù)特點(diǎn),是繼動(dòng)力機(jī)械、計(jì)算機(jī)之后,出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具,是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化的重要手段。
(3)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備是生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備,可用于制造、安裝、檢測(cè)、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié),并廣泛應(yīng)用于汽車整車及汽車零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè),應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。
(4)技術(shù)綜合性強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套技術(shù),集中并融合了多項(xiàng)*,涉及多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域,包括工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)及仿真、機(jī)器人構(gòu)建有限元分析、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計(jì)、智能測(cè)量、建模加工一體化、工廠自動(dòng)化以及精細(xì)物流等先進(jìn)制造技術(shù),技術(shù)綜合性強(qiáng)。
技術(shù)原理
機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦,是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。
工業(yè)機(jī)器人技術(shù)工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。具有編程簡(jiǎn)單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。[2]
關(guān)鍵技術(shù)包括:
(1)開放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu):采用分布式CPU計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),分為機(jī)器人控制器(RC),運(yùn)動(dòng)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(jī)器人控制器(RC)和編程示教盒通過(guò)串口/CAN總線進(jìn)行通訊。機(jī)器人控制器(RC)的主計(jì)算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)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(tǒng):軟件系統(tǒng)建立在基于開源的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Linux上,采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個(gè)控制器軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次:硬件驅(qū)動(dòng)層、核心層和應(yīng)用層。三個(gè)層次分別面對(duì)不同的功能需求,對(duì)應(yīng)不同層次的開發(fā),系統(tǒng)中各個(gè)層次內(nèi)部由若干個(gè)功能相對(duì)對(duì)立的模塊組成,這些功能模塊相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)該層次所提供的功能。
(3)機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù):通過(guò)各種信息,對(duì)機(jī)器人故障進(jìn)行診斷,并進(jìn)行相應(yīng)維護(hù),是保證機(jī)器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。
工業(yè)機(jī)器人
(4)網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù):當(dāng)前機(jī)器人的應(yīng)用工程由單臺(tái)機(jī)器人工作站向機(jī)器人生產(chǎn)線發(fā)展,機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來(lái)越重要?？刂破魃暇哂写凇F(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊,便于對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理
