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工業機器人的現狀與發展趨勢

工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業機器人以來,機器人技術及其產品發展很快,已成為柔性制造系統(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(CIMS)的自動化工具。
廣泛采用工業機器人,不僅可提高產品的質量與產量,而且對保障人身安全,改善勞動環境,減輕勞動強度,提高勞動生產率,節約原材料消耗以及降低生產成本,有著十分重要的意義。和計算機、網絡技術一樣,工業機器人的廣泛應用正在日益改變著人類的生產和生活方式。

一、工業機器人技術現狀及國內外發展的趨勢

工業機器人是最典型的機電一體化數字化裝備,技術附加值很高,應用范圍很廣,作為先進制造業的支撐技術和信息化社會的新興產業,將對未來生產和社會發展起著越來越重要的作用。國外專家預測,機器人產業是繼汽車、計算機之后出現的一種新的大型高技術產業。據聯合國歐洲經濟委員會(UNECE)和國際機器人聯合會(IFR)的統計,世界機器人市場前景看好,從20世紀下半葉起,世界機器人產業一直保持著穩步增長的良好勢頭。進入20世紀90年代,機器人產品發展速度加快,年增長率平均在10%左右。2004年增長率達到創記錄的20%。其中,亞洲機器人增長幅度最為突出,高達43%,如圖1所示。
工業機器人發展現狀與趨勢
各區域用戶工業機器人定購指數(以1996年作為100)

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*性、便于操作和維修),而單機價格不斷下降,平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。
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*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。

    我國的工業機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步,在國家的支持下,通過“七五”、“八五”科技攻關,目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術,生產了部分機器人關鍵元器件,開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業的近30條自動噴漆生產線(站)上獲得規模應用,弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看,我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離,如:可*性低于國外產品;機器人應用工程起步較晚,應用領域窄,生產線系統技術與國外比有差距;在應用規模上,我國已安裝的國產工業機器人約200臺,約占全球已安裝臺數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業,當前我國的機器人生產都是應用戶的要求,“一客戶,一次重新設計”,品種規格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低,而且質量、可*性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術,對產品進行全面規劃,搞好系列化、通用化、?;O計,積極推進產業化進程。

二、工業機器人的應用領域日漸廣泛

經過四十多年的發展,工業機器人已在越來越多的領域得到了應用。在制造業中,尤其是在汽車產業中,工業機器人得到了廣泛的應用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業中,機器人都已逐步取代了人工作業。

隨著工業機器人向更深更廣方向的發展以及機器人智能化水平的提高,機器人的應用范周還在不斷地擴大,已從汽車制造業推廣到其他制造業,進而推廣到諸如采礦機器人、建筑業機器人以及水電系統維護維修機器人等各種非制造行業。此外,在國防軍事、醫療衛生、生活服務等領域機器人的應用也越來越多,如無人偵察機(飛行器)、警備機器人、醫療機器人、家政服務機器人等均有應用實例。機器人正在為提高人類的生活質量發揮著重要的作用。


三、工業機器人的發展趨勢

工業機器人在許多生產領域的使用實踐證明,它在提高生產自動化水平,提高勞動生產率和產品質量以及經濟效益,改善工人勞動條件等方面,有著令世人矚目的作用,引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關注。在新的世紀,機器人工業必將得到更加快速的發展和更加廣泛的應用。

1、工業機器人的技術發展趨勢

從近幾年世界機器人推出的產品來看,工業機器人技術正在向智能化、模塊化和系統化的方向發展,其發展趨勢主要為:結構的模塊化和可重構化;控制技術的開放化、PC化和網絡化;伺服驅動技術的數字化和分散化;多傳感器融合技術的實用化;工作環境設計的優化和作業的柔性化以及系統的網絡化和智能化等方面。

2、工業機器人的產業發展趨勢

據UNECE/IFR預測,至2007年,全球新安裝裝機器人的數量將從2003年的81800套增至2007年的106000套,年平均增長7%。其中,日本2003-2007年工業機器人的銷售將從2003年的31600增長至2007年的41000套;歐洲2003-2007年工業機器人將從2003年的27100套增長至2007年的34000套;北美2003-2007年工業機器人市場每年平均增長5.8%,至2007年將增長到16000套。


四、機器人在我國的前景

應該說中國是最需要又最不需要機器人的國家。中國人口眾多,勞動力資源豐富且廉價,從這一層面說用一個貴而笨重的機器人還不如雇一個人來的便宜,但是我國要做世界強國就必須用最少的資源作更多的事,我們的企業必須盡可能的采用高新技術來更高效率的生產,以高競爭力取勝,這就需要很多的機器人,人是沒有機器人那樣的精確率,準確率和高效率的??赡軙腥耸I,但創造的就業機會更多,社會所得的利益會更多。我相信在不久將來,機器人產業會如同汽車一樣成為國家的經濟支柱產業,美國是“汽車上的國度”,中國可以成為“站在機器人肩膀上的國家”。

五、機器人發展的希望與困難

機器人技術是高技術的重要組成部分,其產業化的進程在我國剛剛起步,雖然取得了一定的成績,但仍然存在很多困難和不足,因此更需要多方面的關心和支持。

國家政策支持,是加速高新技術產業化的重要前提。根據我國政府有關部門應組織力量進行充分地調查研究,在此基礎上,制定切實可行的推廣、應用機器人和促進機器人研究開發的傾斜政策。如在稅收、投資和貸款方面對機器人產業實行扶持政策。日本政府通過制定政策,采取一系列措施鼓勵企業應用機器人,為日本機器人在國內開拓市場的經驗值得我們借鑒。另外,對機器人用戶,可以考慮給予一定的資金補貼,以鼓勵購買.為了避免危險惡劣的工作環境導致的工傷事故和職業病,保護工人的身心安全,對一些特殊工種,如噴涂,鑄造等通過勞動法強制采用工業機器人來代替.這樣可以大大增加工業機器人的需求數量。

我國的機器人產業化必須由市場來拉動。機器人作為高技術,它的發展與社會的生產、經濟狀況密切相關。機器人的研制、開發只有從技術上實現可能性大為原則選擇機器人優先應用的領域,并以此為突破口,向其他領域滲透、擴散至為重要。

我國機器的應用人要順利走上市場,實現產業化,還是需要各方面的共同努力。


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