焊接機(jī)器人應(yīng)用資料匯總

焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2眾所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗、穩(wěn)定的焊接水平；另一方面，焊接乂是一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，減輕焊工的勞動強(qiáng)度，同時也可以保證焊接質(zhì)量和提薛焊接效率。然而，焊接乂與其它工業(yè)加工過程不一樣，比如，電呱焊過程中，被焊工件山于局部加熱熔化和冷卻產(chǎn)生變形，焊縫的軌跡會因此而發(fā)生變化。手匸焊時有經(jīng)驗的焊匸可以根據(jù)眼睛所觀察到的實(shí)際焊縫位置適時地調(diào)整焊槍的位置、姿態(tài)和行走的速度，以適應(yīng)焊縫軌跡的變化。然而機(jī)器人要適應(yīng)這種變化，必須首先像人一樣要“看”到這種變化，然后采取相應(yīng)的措施調(diào)整焊槍的位置和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對焊縫的實(shí)時跟蹤。山于電弧焊接過程屮有強(qiáng)烈弧光、電弧噪音、煙塵、熔滴過渡不穩(wěn)定引起的焊絲短路、大電流強(qiáng)磁場等復(fù)雜的環(huán)境因素的存在，機(jī)器人要檢測和識別焊縫所需要的信號特征的提取并不像工業(yè)制造中其它加工過程的檢測那么容易，因此，焊接機(jī)器人的應(yīng)用并不是一開始就用于電弧焊過程的。實(shí)際上，工業(yè)機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用最早是從汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點(diǎn)焊開始的。原因在于電阻點(diǎn)焊的過程相對比較簡單，控 制方便，且不需要焊縫軌跡跟蹤，對機(jī)器人的精度和幣:復(fù)椿度的控制 要求比較低。圖5所示為不同形式的機(jī)器人點(diǎn)焊鉗。點(diǎn)焊機(jī)器人在汽 車裝配生產(chǎn)線上的大量應(yīng)用大大提高了汽車裝配焊接的生產(chǎn)率和焊 接質(zhì)量，同時乂具有柔性焊接的特點(diǎn)，即只要改變程序，就可在同一 條生產(chǎn)線上對不同的車型進(jìn)行裝配焊接。從機(jī)器人誕生到本世紀(jì)80年代初，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個長期 緩慢的發(fā)展過程。到了 90年代，隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了 E速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人的 制造水平、控制速度和控制粘度、可靠性等不斷提高，而機(jī)器人的制 造成木和價格卻不斷下降。在西方社會，和機(jī)器人價格相反的是，人 的勞動力成本有不斷增長的趨勢。圖6所示是聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會 (UNECE)統(tǒng)計的從1990年至2000年的機(jī)器人價格指數(shù)和勞動力成 本指數(shù)的變化曲線。圖中，把1990年的機(jī)器人價格指數(shù)和勞動力成 本指數(shù)都作為參考值100,至2000年，勞動力成本指數(shù)為140,增 長了 40%；而機(jī)器人在考慮質(zhì)量因素的情況下價格指數(shù)低于20,降 低了 80%,在不考慮質(zhì)量因素的情況下，機(jī)器人的價格指數(shù)約為40, 降低了 60%。這里，不考慮質(zhì)量因素的機(jī)器人價格是指現(xiàn)在的機(jī)器 人實(shí)際價格與過去相比較；而考慮質(zhì)量因素是指山于機(jī)器人制造工藝 技術(shù)水平的提鳥，機(jī)器人的制造質(zhì)量和性能即使在同等價格的條件下 也要比以前高，因此，如果按過去的機(jī)器人同等質(zhì)量和性能考慮，機(jī) 器人的價格指數(shù)應(yīng)該更低。由此可以看出，在西方國家，由于勞動力成本的提高為企業(yè)帶 來了不小的壓力，而機(jī)器人價格指數(shù)的降低乂恰巧為其進(jìn)一步推廣應(yīng) 用帶來了契機(jī)。減少員工與增加機(jī)器人的設(shè)備投資，在兩者費(fèi)用達(dá)到 某一平衡點(diǎn)的時候，采用機(jī)器人的利顯然要比采用人工所帶來的利 大，它一方面可大大提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平，從而提高勞動生產(chǎn) 率，同時乂可提升企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提崗企業(yè)的整體競爭力。雖然機(jī) 器人次性投資比較大，但它的口常維護(hù)和消耗相對于它的產(chǎn)出遠(yuǎn)比 完成同樣任務(wù)所消耗的人工費(fèi)用小。因此，從長遠(yuǎn)看，產(chǎn)品的生產(chǎn)成 本還會大大降低。而機(jī)器人價格的降低便一些屮小企業(yè)投資購買機(jī)器 人變得輕而易舉。因此，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在各行各業(yè)得到飛速發(fā)展。 根據(jù)UNECE的統(tǒng)計，2001年全世界有75萬臺工業(yè)機(jī)器人用于工業(yè) 制造領(lǐng)域，其中38.9萬在II木、19.8萬在歐盟、9萬在北美，7.3萬 在其余國家。至2004年底全世界在役的工業(yè)機(jī)器人至少有約100萬。山于機(jī)器人控制速度和精度的提高，尤其是電弧傳感器的開發(fā) 并在機(jī)器人焊接屮得到應(yīng)用，使機(jī)器人電弧焊的焊縫軌跡跟蹤和控制 問題在一定程度上得到很好解決，機(jī)器人焊接在汽車制造屮的應(yīng)用從 原來比較單的汽車裝配點(diǎn)焊很快發(fā)展為汽車零部件和裝配過程屮 的電弧焊。機(jī)器人電弧焊的垠大的特點(diǎn)是柔性，即可通過編程隨時改 變焊接軌跡和焊接順序，因此最適用于被焊工件品種變化大、焊縫短 而多、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。這iE好乂符合汽車制造的特點(diǎn)。尤其是現(xiàn)代 社會汽車款式的更新速度非?？?，采用機(jī)器人裝備的汽車生產(chǎn)線能夠 很好地適應(yīng)這種變化。圖7所示為機(jī)器人電弧焊用于焊接汽車底盤。另外，機(jī)器人電弧焊不僅用于汽車制造業(yè)，更可以用于涉及電 弧焊的其它制造業(yè)，如造船、機(jī)車車輛、鍋爐、覓型機(jī)械等等。因此, 機(jī)器人電弧焊的應(yīng)用范I韋II趨廣泛，在數(shù)量上大有超過機(jī)器人點(diǎn)焊Z 勢。隨著汽車輕量化制造技術(shù)的推廣，一些高強(qiáng)合金材料和輕合金 材料（如鋁合金、鎂合金等）在汽車結(jié)構(gòu)材料屮得到應(yīng)用。這些材料的 焊接往往無法用傳統(tǒng)的焊接方法來解決，必須采用新的焊接方法和焊 接工藝。其中高功率激光焊和攪拌摩擦焊等最具發(fā)展?jié)摿?。因此，機(jī) 器人與高功率激光焊和攪拌摩擦焊的結(jié)合將成為必然趨勢。事實(shí)上， 像上海大眾等國內(nèi)最具實(shí)力的汽車制造商在他們的新車型制造過程 屮已經(jīng)大量使用機(jī)器人激光焊接。圖8所示為其汽車車頂?shù)臋C(jī)器人激 光焊接。和機(jī)器人電弧焊相比，機(jī)器人激光焊的焊縫跟蹤粘度要求更高。 根據(jù)一般的要求，機(jī)器人電弧焊（包括GTAW和GMAW）的焊縫跟蹤 粘度必須控制在電極或焊絲直徑的1/2以內(nèi)，在具有填充絲的條件下 焊縫跟蹤精度可適肖放寬。但對激光焊而言，焊接時激光照射在工件 表面的光斑直徑通常在0.6以內(nèi)，遠(yuǎn)小于焊絲直徑（通常大于1.0）, 而激光焊接時通常乂不加填充焊絲，因此，激光焊接屮若光斑位置稍 有偏差，便會造成偏焊、漏焊。因此，上海大眾的汽車車頂機(jī)器人激 光焊除了在工裝夾具上采取措施防止焊接變形外，還在機(jī)器人激光焊 槍前方安裝了德國SCOUT公司的高精度激光傳感器用于焊縫軌跡 的跟蹤。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式很多，常用的有直角坐標(biāo)式、柱面坐標(biāo) 式、球面坐標(biāo)式、多關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、伸縮式、爬行式等等，根據(jù)不同的 用途還在不斷發(fā)展Z屮。焊接機(jī)器人根據(jù)不同的應(yīng)用場介可采取不同 的結(jié)構(gòu)形式，但U前用得最多的是模仿人的手臂功能的多關(guān)節(jié)式的機(jī) 器人，這是因為多關(guān)節(jié)式機(jī)器人的手臂靈活性最大，可以使焊槍的空 間位置和姿態(tài)調(diào)至任意狀態(tài)，以滿足焊接需要。理論上講，機(jī)器人的 關(guān)節(jié)愈多，自由度也愈多，關(guān)節(jié)冗余度愈大，靈活性愈好；但同時也 給機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)的坐標(biāo)變換和各關(guān)節(jié)位置的控制帶來復(fù)雜性。因為 焊接過程中往往需要把以空間直角坐標(biāo)表示的工件上的焊縫位置轉(zhuǎn) 換為焊槍端部的空間位置和姿態(tài)，再通過機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)計算轉(zhuǎn)換為 對機(jī)器人每個關(guān)節(jié)角度位置的控制，而這變換過程的解往往不是唯 一的，兀余度愈大，解愈多。如何選取最合適的解對機(jī)器人焊接過程 屮運(yùn)動的平穩(wěn)性很匝要。不同的機(jī)器人控制系統(tǒng)對這問題的處理方 式不盡相同。- 般來講，具有6個關(guān)節(jié)的機(jī)器人基本上能滿足焊槍的位置和 空間姿態(tài)的控制要求，其屮3個自山度(XYZ)用于控制焊槍端部的空 間位置，另外3個自山度(ABC)用于控制焊槍的空間姿態(tài)。因此，U 前的焊接機(jī)器人多數(shù)為6關(guān)節(jié)式的。對于有些焊接場合，工件由于過大或空間兒何形狀過于復(fù)雜，使焊接機(jī)器人的焊槍無法到達(dá)指定的焊縫位詈或焊槍姿態(tài)，這時必須通過增加13個外部軸的辦法增加機(jī)器人的自由度。通常有兩種做法：一是把機(jī)器人裝于可以移動的軌道小車或龍門架上，擴(kuò)大機(jī)器人本身的作業(yè)空間；二是讓工件移動或轉(zhuǎn)動，使工件上的焊接部位進(jìn)入機(jī)器人的作業(yè)空間。也有的同時采用上述兩種辦法，讓工件的焊接部位和機(jī)器人都處于最佳焊接位置。焊接機(jī)器人的編程方法H前還是以在線示教方式(Teach-in)為主，但編程器的界面比過去有了不少改進(jìn)，尤其是液晶圖形顯示屏的采用使新的焊接機(jī)器人的編程界面更趨友好、操作更加易。然而機(jī)器人編程時焊縫軌跡上的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)位置仍必須通過示教方式獲取，然后存入程序的運(yùn)動指令屮。這對于一些復(fù)雜形狀的焊縫軌跡來說，必須花費(fèi)大量的時間示教，從而降低了機(jī)器人的使用效率，也增加了編程人員的勞動強(qiáng)度。H前解決的方法有2種：一是示教編程時只是粗略獲取兒個焊縫軌跡上的兒個關(guān)鍵點(diǎn)，然后通過焊接機(jī)器人的視覺傳感器(通常是電弧傳感器或激光視覺傳感器)自動跟蹤實(shí)際的焊縫軌跡。這種方式雖然仍離不開示教編程，但在一定程度上可以減輕示教編程的強(qiáng)度，提高編程效率。但山于電弧焊木身的特點(diǎn)，機(jī)器人的視覺傳感器并不是對所有焊縫形式都適二是采取完全離線編程的辦法，使機(jī)器人焊接程序的編制、焊縫軌跡坐標(biāo)位置的獲取、以及程序的調(diào)試均在臺計算機(jī)上獨(dú)立完成，不需要機(jī)器人木身的參與。機(jī)器人離線編程早在多年以前就有，只是山于當(dāng)時受計算機(jī)性能的限制，離線編程軟件以文本方式為主，編程員需要熟悉機(jī)器人的所有指令系統(tǒng)和語法，還要知道如何確定焊縫軌跡的空間位置坐標(biāo)，因此，編程工作并不輕松省吋。隨著計算機(jī)性能的提鳥和計算機(jī)三維圖形技術(shù)的發(fā)展，如今的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)多數(shù)可在三維圖形環(huán)境下運(yùn)行，編程界面友好、方便，而且，獲取焊縫軌跡的坐標(biāo)位置通?？梢圆捎谩疤摂M示教”(virtual Teach-in)的辦法，用鼠標(biāo)輕松點(diǎn)擊三維虛擬環(huán)境屮工件的焊接部位即可獲得該點(diǎn)的空間坐標(biāo)；在有些系統(tǒng)中，可通過CAD圖形文件中事先定義的焊縫位置自接生成焊縫軌跡，然后自動生成機(jī)器人程序并下載到機(jī)器人控制系統(tǒng)。從而大大提高了機(jī)器人的編程效率，也減輕了編程員的勞動強(qiáng)度。H前，國際市場上已有基于普通PC機(jī)的商用機(jī)器人離線編程軟件。如Workspace5x Robotstudio等。圖9所示為筆者自行開發(fā)的基于PC的三維可視化機(jī)器人離線編程系統(tǒng)。該系統(tǒng)可針對ABB公訶的IRB140機(jī)器人進(jìn)行離線編程，程序屮的焊縫軌跡通過虛擬示教獲得，并在三維圖形環(huán)境屮町讓機(jī)器人按程序中的軌跡作模擬運(yùn)動，以此檢機(jī)器人教育在線J _ a hre仁”www.YRobot”target="_blank"www.YRobot/a _科技a hre仁"www.yrobot/" target="_blank”www.yrobot/a機(jī)器人的發(fā)展美國是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，比起號稱”機(jī)器人王國”的R本起步至少要早五六年。經(jīng)過30多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為lit界上的機(jī)器人強(qiáng)國Z，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。綜觀它的發(fā)展史，道路是曲折的，不平坦的。山于美國政府從60年代到70年代中的十兒年期間，并沒有把工業(yè)機(jī)器人列入匝點(diǎn)發(fā)展項目，只是在兒所大學(xué)和少數(shù)公司開展了一些研究工作。對于企業(yè)來說，在只看到眼前利益，政府乂無財政支持的情況下，寧愿錯過良機(jī)，固守在使用剛性自動化裝置上，也不愿冒著風(fēng)險，去應(yīng)用或制造機(jī)器人。加上，當(dāng)時美國失業(yè)率高達(dá)665%,政府擔(dān)心發(fā)展機(jī)器人會造成更多人失業(yè)，因此不予投資，也不組織研制機(jī)器人，這不能不說是美國政府的戰(zhàn)略決策錯誤。70年代后期，美國政府和企業(yè)界雖有所覓視，但在技術(shù)路線上仍把覓點(diǎn)放在研究機(jī)器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的筒級機(jī)器人的開發(fā)上，致使H本的工業(yè)機(jī)器人后來居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機(jī)器人制造業(yè)上很快超過了美國，產(chǎn)品在國際市場上形成了較強(qiáng)的競爭力。進(jìn)入80年代Z后，美國才感到形勢緊迫，政府和企業(yè)界才對機(jī)器 人真正重視起來，政策上也有所體現(xiàn)，-方而鼓勵工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用 機(jī)器人，另一方面制訂計劃、提高投資，增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi)，把機(jī)器人看成美國再次工業(yè)化的特征，使美國的機(jī)器人迅速發(fā)展。80年代中后期，隨著各大廠家應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)D臻成熟，第一 代機(jī)器人的技術(shù)性能越來越滿足不了實(shí)際需要，美國開始生產(chǎn)帶有視 覺、力覺的第二代機(jī)器人，并很快占領(lǐng)了美國60%的機(jī)器人市場。 盡管美國在機(jī)器人發(fā)展史上走過一條重視理論研究，忽視應(yīng)用開發(fā)研 究的曲折道路，但是美國的機(jī)器人技術(shù)在國際上仍直處于領(lǐng)先地 位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。具體表現(xiàn)在：（1）性能可靠，功能全面，精確度高；（2）機(jī)器人語言研究發(fā)展較快，語言類型多、應(yīng)用廣，水平高居世界Z首；（3）智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)屮廣泛應(yīng)用；（4）高智能、高難度的軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人等發(fā)展迅速， 主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測方面。早在1966年,美國Unimation公司的尤尼曼特機(jī)器人和AMF公 司的沃莎特蘭機(jī)器人就已經(jīng)率先進(jìn)入英國市場。1967年英國的兩家 大機(jī)械公司還特地為類國這兩家機(jī)器人公司在英國推銷機(jī)器人。接 著，英國Hall Automation公司研制出自己的機(jī)器人RAMP。70年 代初期，山于英國政府科學(xué)研究委員會頒布了否定人工智能和機(jī)器人 的Lighthall報告，對工業(yè)機(jī)器人實(shí)行了限制發(fā)展的嚴(yán)厲措施，因而 機(jī)器人工業(yè)蹶不振，在西歐差不多居于末位。但是，國際上機(jī)器人蓬勃發(fā)展的形勢很快使英政府意識到：機(jī)器人技術(shù)的落后，導(dǎo)致其商品在國際市場上的竟?fàn)幜Υ鬄橄陆?。于是，?0年代末開始，英國政府轉(zhuǎn)而采取支持態(tài)度，推行并實(shí)施了一系列支持機(jī)器人發(fā)展的政策和措施，如廣泛宣傳使用機(jī)器人的重要性、在財政上給購買機(jī)器人企業(yè)以補(bǔ)貼、積極促進(jìn)機(jī)器人研究單位與企業(yè)聯(lián)合等，使英國機(jī)器人開始了在生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用及大力研制的興盛時期。法國不僅在機(jī)器人擁有量上居于壯界前列，而且在機(jī)器人應(yīng) 用水平和應(yīng)用范圍上處于世界先進(jìn)水平。這主要?dú)w功于法國政府開 始就比較朿視機(jī)器人技術(shù)，特別是把匝點(diǎn)放在開展機(jī)器人的應(yīng)用研究o法國機(jī)器人的發(fā)展比較順利，主要原因是通過政府大力支持的 研究計劃，建立起一個完整的科學(xué)技術(shù)體系。即由政府組織一些機(jī)器 人基礎(chǔ)技術(shù)方面的研究項H,而山工業(yè)界支持開展應(yīng)用和開發(fā)方面的 工作，兩者相輔相成，使機(jī)器人在法國企業(yè)界很快發(fā)展和普及.德國工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第三位，僅次于FI木和美國。這里所 說的徳國，主要指的是原聯(lián)邦德國。它比英國和瑞典引進(jìn)機(jī)器人大約 晚了五六年。其所以如此，是因為徳國的機(jī)器人工業(yè)一起步，就遇到 了國內(nèi)經(jīng)濟(jì)不景氣。但是德國的社會環(huán)境卻是有利于機(jī)器人工業(yè)發(fā)展 的。因為戰(zhàn)爭，導(dǎo)致勞動力短缺，以及國民技術(shù)水平高，都是實(shí)現(xiàn)使 用機(jī)器人的有利條件。到了 70年代屮后期，政府采用行政手段為機(jī) 器人的推廣開辟道路；在”改善勞動條件計劃”中規(guī)定，對于一些有危 險、有毒、有害的工作崗位，必須以機(jī)器人來代替普通人的勞動。這 個讓劃為機(jī)器人的應(yīng)用開拓了廣泛的市場，并推動了工業(yè)機(jī)器人技術(shù) 的發(fā)展。H爾曼民族是一個重實(shí)際的民族，他們始終堅持技術(shù)應(yīng)用和 社會需求相結(jié)合的原則。除了像大多數(shù)國家-樣，將機(jī)器人主要應(yīng)用 在汽車工業(yè)Z外，突出的一點(diǎn)是德國在紡織工業(yè)中用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù) 改造原有企業(yè)，報廢了舊機(jī)器，購買了現(xiàn)代化自動設(shè)備、電子計算機(jī) 和機(jī)器人，使紡織工業(yè)成本下降、質(zhì)量提高，產(chǎn)品的花色品種更加適 銷對路。到1984年終于使這一被喻為”快完蛋的行業(yè)”重新振興起來。 與此同時，徳國看到了機(jī)器人等先進(jìn)自動化技術(shù)對工業(yè)生產(chǎn)的作用， 提出了 1985年以后要向高級的、帶感覺的肄能世機(jī)器人轉(zhuǎn)移的卜I標(biāo)。 經(jīng)過近十年的努力，其智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用方面在世界上處于公 認(rèn)的領(lǐng)先地位。在前蘇聯(lián)（主要是在俄羅斯），從理論和實(shí)踐上探討機(jī)器人技術(shù)是 從50年代后半期開始的。到了 50年代后期開始了機(jī)器人樣機(jī)的研 究工作。1968年成功地試制出一臺深水作業(yè)機(jī)器人。1971年研制出 工廠用的萬能機(jī)器人。早在前蘇聯(lián)第九個五年計劃（1970年一 1975 年）開始時，就把發(fā)展機(jī)器人列入國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展綱領(lǐng)Z屮。到 1975年，已研制出30個型號的120臺機(jī)器人，經(jīng)過20年的努力， 前蘇聯(lián)的機(jī)器人在數(shù)量、質(zhì)量水乎上均處于世界前列地位。國家有II 的地把提高科學(xué)技術(shù)進(jìn)步當(dāng)作推動社會生產(chǎn)發(fā)展的手段，來安排機(jī)器 人的研究制造；有關(guān)機(jī)器人的研究生產(chǎn)、應(yīng)用、推廣和提鳥工作，都山政府安排，有計劃、按步驟地進(jìn)行。有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動力，而我國勞動力資源豐 富，發(fā)展機(jī)器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會 主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我 國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且將為我國的 宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。我國已在“七五”計劃屮把機(jī)器人列人國家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容，撥 巨款在沈陽建立了全國第一個機(jī)器人研究示范工程，全面展開了機(jī)器 人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究。十兒年來，相繼研制出示教再現(xiàn)型的 搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機(jī)器人及水下作業(yè)、 軍用和特種機(jī)器人。H前，示教再現(xiàn)型機(jī)器人技術(shù)已基本成熟，并在 工廠屮推廣應(yīng)用。我國自行生產(chǎn)的機(jī)器人噴漆流水線在長春第汽車 廠及東風(fēng)汽車廠投入運(yùn)行。1986年3月開始的國家863高科技發(fā)展 規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容。就口前來看，我們應(yīng)從生 產(chǎn)和應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合我國國情，加快生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡單、成木低廉的實(shí)用型機(jī)器人和某些特種機(jī)器人。H本在60年代末正處于經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展時期，年增長率達(dá)11%o第 二次世界大戰(zhàn)后，H木的勞動力木來就緊張，而高速度的經(jīng)濟(jì)發(fā)展更 加劇了勞動力嚴(yán)重不足的困難。為此，n本在1967年山川臨重工業(yè) 公司從美國Unimation公司引進(jìn)機(jī)器人及其技術(shù)，建立起生產(chǎn)車間， 并于1968年試制出第一臺川崎的“尤尼曼特”機(jī)器人。止是山于R本當(dāng)時勞動力顯著不足，機(jī)器人在企業(yè)里受到了“救世 主”般的歡迎。Fl本政府一方面在經(jīng)濟(jì)上采収了積極的扶植政策，鼓 勵發(fā)展和推廣應(yīng)用機(jī)器人，從而更進(jìn)一步激發(fā)了企業(yè)家從事機(jī)器人產(chǎn) 業(yè)的積極性。尤其是政府對中、小企業(yè)的系列經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策，如山 政府銀行提供優(yōu)惠的低息資金，鼓勵集資成立“機(jī)器人長期租賃公可， 公訶出資購入機(jī)器人后長期租給用戶，使用者每月只需付較低廉的租 金，大大減輕了企業(yè)購入機(jī)器人所需的資金負(fù)擔(dān)；政府把111計算機(jī)控 制的示教再現(xiàn)型機(jī)器人作為特別折扣優(yōu)待產(chǎn)品，企業(yè)除享受新設(shè)備通 常的40%折撲I優(yōu)待外，還可再享受13%的價格補(bǔ)貼。另一方面，國家出資對小企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用機(jī)器人的&門知識和技術(shù)指導(dǎo)等等。這一系列扶植政策，使I本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來，經(jīng)過短短 的十兒年，到80年代中期，已一躍而為“機(jī)器人王國”，其機(jī)器人的 產(chǎn)量和安裝的臺數(shù)在國際上躍居首位。按照I本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人工業(yè)會常 務(wù)理事米本完二的說法：“口本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)過了 60年代的搖籃 期，70年代的實(shí)用期，到80年代進(jìn)人普及提高期。”并iE式把1980 年定為“產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的普及元年”，開始在各個領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機(jī) 器人。H木政府和企業(yè)充分信任機(jī)器人，大膽使用機(jī)器人。機(jī)器人也沒有 辜負(fù)人們的期望，它在解決勞動力不足、提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量 和降低生產(chǎn)成木方面，發(fā)揮著越來越顯著的作用，成為丨I木保持經(jīng)濟(jì) 增長速度和產(chǎn)品競爭能力的一支不可缺少的隊伍。H本在汽車、電子行業(yè)大量使用機(jī)器人生產(chǎn)，使口本汽車及電子產(chǎn) 品產(chǎn)量猛增，質(zhì)量口益提高，而制造成本則大為降低。從而使R本生 產(chǎn)的汽車能夠以價廉的絕對優(yōu)勢進(jìn)軍號稱“汽車土國”的美國市場，并 且向機(jī)器人誕生國出口口本產(chǎn)的實(shí)用型機(jī)器人。此時，D本價廉物美 的家用電器產(chǎn)品也充斥了美國市場這使“山姆大叔”后悔不已。H 本山于制造、使用機(jī)器人，增大了國力，獲得了巨大的好處，迫使美、 英、法等許多國家不得不采取措施，奮起直追。焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界在役的匸業(yè)機(jī)器人中大約有將近一 半的工業(yè)機(jī)器人用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域，焊接機(jī)器人應(yīng) 用中最普遍的主要有兩種方式，即點(diǎn)焊和電弧焊。圖4所示是 這兩種焊接機(jī)器人在工業(yè)機(jī)器人中所占的大致比例。我們所說 的焊接機(jī)器人其實(shí)就是在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域代替焊匸從事焊接任 務(wù)的工業(yè)機(jī)器人。這些焊接機(jī)器人中有的是為某種焊接方式專 門設(shè)計的，而人多數(shù)的焊接機(jī)器人其實(shí)就是通用的匸業(yè)機(jī)器人 裝上某種焊接工具而構(gòu)成的。在多任務(wù)環(huán)境中，一臺機(jī)器人甚 至可以完成包括焊接在內(nèi)的抓物、搬運(yùn)、安裝、焊接、卸料等 多種任務(wù)，機(jī)器人可以根據(jù)程序要求和任務(wù)性質(zhì)，H動更換機(jī) 器人手腕上的工具，完成相應(yīng)的任務(wù)。因此，從某種意義上來 說，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史就是焊接機(jī)器人的發(fā)展歷史。眾所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技 能、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗、穩(wěn)定的焊接水平；另一方面，焊接又是 一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作。工業(yè) 機(jī)器人的出現(xiàn)使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊 接，減輕焊工的勞動強(qiáng)度，同時也可以保證焊接質(zhì)量和提高焊 接效率。然而，焊接又與其它工業(yè)加工過程不-樣，比如，電弧焊 過程屮，被焊T件由于局部加熱熔化和冷卻產(chǎn)生變形，焊縫的 軌跡會因此而發(fā)生變化。手工焊時有經(jīng)驗的焊工可以根據(jù)眼睛 所觀察到的實(shí)際焊縫位置適時地調(diào)整焊槍的位置、姿態(tài)和行上 的速度，以適應(yīng)焊縫軌跡的變化。然而機(jī)器人要適應(yīng)這種變化, 必須首先像人樣要“看”到這種變化，然后采取相應(yīng)的措施 調(diào)整焊槍的位置和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對焊縫的實(shí)時跟蹤。由于電弧焊 接過程小有強(qiáng)烈弧光、電弧噪音、煙塵、熔滴過渡不穩(wěn)定引起 的焊絲短路、大電流強(qiáng)磁場等復(fù)雜的環(huán)境因素的存在，機(jī)器人 要檢測和識別焊縫所需要的信號特征的提取并不像匸業(yè)制造 中其它加工過程的檢測那么容易，因此，焊接機(jī)器人的應(yīng)用并 不是一開始就用于電弧焊過程的。實(shí)際上，1】業(yè)機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用最早是從汽車裝配 生產(chǎn)線上的電阻點(diǎn)焊開始的。原因在于電阻點(diǎn)焊的過程相對比 較簡單，控制方便，且不需要焊縫軌跡跟蹤，對機(jī)器人的精度 和重復(fù)精度的控制要求比較低。圖5所示為不同形式的機(jī)器人 點(diǎn)焊鉗。點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車裝配生產(chǎn)線上的人量應(yīng)用人人提高 了汽車裝配焊接的生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量，同時乂具有柔性焊接的 特點(diǎn)，即只要改變程序，就可在同條生產(chǎn)線上對不同的車型 進(jìn)行裝配焊接。從機(jī)器人誕生到本世紀(jì)80年代初，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一 個長期緩慢的發(fā)展過程。到了 90年代，隨著計算機(jī)技術(shù)、微 電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速 發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性 等不斷提高，而機(jī)器人的制造成本和價格卻不斷卜降。在西方 社會，和機(jī)器人價格相反的是，人的勞動力成本有不斷增長的 趨勢。圖6所示是聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(UNECE)統(tǒng)計的從 1990年至2000年的機(jī)器人價格指數(shù)和勞動力成木指數(shù)的變化 I山線。圖屮，把1990年的機(jī)器人價格指數(shù)和勞動力成本指數(shù) 都作為參考值100,至2000年，勞動力成本指數(shù)為140,增長 T 40%； iflj機(jī)器人在考慮質(zhì)量因素的情況下價格指數(shù)低于20, 降低了 80%,在不考慮質(zhì)量因素的悄況下，機(jī)器人的價格指數(shù) 約為40,降低了 60%.這里，不考慮質(zhì)量因素的機(jī)器人價格是 指現(xiàn)在的機(jī)器人實(shí)際價格與過去相比較；而考慮質(zhì)量因素是指 由于機(jī)器人制造工藝技術(shù)水平的提高，機(jī)器人的制造質(zhì)量和性 能即使在同等價格的條件卜也要比以前高，因此，如果按過去 的機(jī)器人同等質(zhì)量和性能考慮，機(jī)器人的價格指數(shù)應(yīng)該更低。由此可以看出，在西方國家，由于勞動力成本的提高為企 業(yè)帶來了不小的壓力，而機(jī)器人價格指數(shù)的降低又恰巧為其進(jìn) -步推廣應(yīng)用帶來了契機(jī)。減少員工與增加機(jī)器人的設(shè)備投 資，在兩者費(fèi)用達(dá)到某一平衡點(diǎn)的時候，采用機(jī)器人的利顯然 要比采用人工所帶來的利人，它方面可大人提高生產(chǎn)設(shè)備的 H動化水平，從而提高勞動生產(chǎn)率，同時乂可提升企業(yè)的產(chǎn)品 質(zhì)量，提高企業(yè)的整體競爭力。雖然機(jī)器人一次性投資比較人, 但它的FI常維護(hù)和消耗相對于它的產(chǎn)岀遠(yuǎn)比完成同樣任務(wù)所 消耗的人工費(fèi)用小。因此，從長遠(yuǎn)看，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本還會人 大降低。而機(jī)器人價格的降低使些中小企業(yè)投資購買機(jī)器人 變得輕而易舉。因此，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在各行各業(yè)得到飛速 發(fā)展。根據(jù)UNECE的統(tǒng)計，2001年全世界有75萬臺工業(yè)機(jī)器 人用于工業(yè)制造領(lǐng)域，其中38.9萬在H本、19.8萬在歐盟、 9萬在北美，7. 3萬在其余國家。至2004年底全世界在役的工 業(yè)機(jī)器人至少有約100萬。山于機(jī)器人控制速度和精度的提高，尤其是電弧傳感器的 開發(fā)并在機(jī)器人焊接中得到應(yīng)用，使機(jī)器人電弧焊的焊縫軌跡 跟蹤和控制問題在定程度上得到很好解決，機(jī)器人焊接在汽 車制造中的應(yīng)用從原來比較單一的汽車裝配點(diǎn)焊很快發(fā)展為 汽車零部件和裝配過程屮的迫弧焊。機(jī)器人電弧焊的最人的特 點(diǎn)是柔性，即可通過編程隨時改變焊接軌跡和焊接順序，因此 最適用于被焊匸件品種變化人、焊縫短而多、形狀復(fù)朵的產(chǎn)品。 這正好乂符合汽車制造的特點(diǎn)。尤其是現(xiàn)代社會汽車款式的更 新速度非?？?，采用機(jī)器人裝備的汽車生產(chǎn)線能夠很好地適應(yīng) 這種變化。圖7所示為機(jī)器人電弧焊用于焊接汽車底盤。另外，機(jī)器人電弧焊不僅用于汽車制造業(yè)，更可以用于涉 及電弧焊的其它制造業(yè)，如造船、機(jī)車車輛、鍋爐、重型機(jī)械 等等。因此，機(jī)器人電弧焊的應(yīng)用范闌Fl趨廣泛，在數(shù)量上大 有超過機(jī)器人點(diǎn)焊之勢。隨著汽車輕量化制造技術(shù)的推廣，些高強(qiáng)合金材料和輕 合金材料（如鋁合金、鎂合金等）在汽車結(jié)構(gòu)材料屮得到應(yīng)用。 這些材料的焊接往往無法用傳統(tǒng)的焊接方法來解決，必須采用 新的焊接方法和焊接匸藝。其屮高功率激光焊和攪拌摩擦焊等 最貝發(fā)展?jié)摿?。因此，機(jī)器人與高功率激光焊和攪拌摩擦焊的 結(jié)合將成為必然趨勢。事實(shí)上，像上海人眾等國內(nèi)最具實(shí)力的 汽車制造商在他們的新車型制造過程中已經(jīng)大量使用機(jī)器人 激光焊接。圖8所示為其汽車車頂?shù)臋C(jī)器人激光焊接。和機(jī)器人電弧焊相比，機(jī)器人激光焊的焊縫跟蹤精度要求 更高。根據(jù)i般的要求，機(jī)器人電弧焊（包括GTAW和GMAW）的 焊縫跟蹤精度必須控制在電極或焊絲肓徑的1/2以內(nèi)，在具有 填充絲的條件下焊縫跟蹤精度可適當(dāng)放寬。但對激光焊而言, 焊接時激光照射在匸件農(nóng)面的光斑直徑通常在0. 6以內(nèi)，遠(yuǎn)小 于焊絲直徑（通常大于1. 0）,而激光焊接時通常又不加填充焊 絲，因此，激光焊接中若光斑位置稍有偏差，便會造成偏焊、 漏焊。因此，上海大眾的汽車車頂機(jī)器人激光焊除了在工裝夾 具上采取措施防止焊接變形外，還在機(jī)器人激光焊槍前方安裝 了徳國SCOUT公司的高精度激光傳感器用于焊縫軌跡的跟蹤。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式很多，常用的有直角坐標(biāo)式、柱面 坐標(biāo)式、球面坐標(biāo)式、多關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、伸縮式、爬行式等等, 根據(jù)不同的用途還在不斷發(fā)展Z中。焊接機(jī)器人根據(jù)不同的應(yīng) 用場合可采取不同的結(jié)構(gòu)形式，但LI前用得最多的是模仿人的 手臂功能的多關(guān)節(jié)式的機(jī)器人，這是因為多關(guān)節(jié)式機(jī)器人的手 臂靈活性最大，可以使焊槍的空間位置和姿態(tài)調(diào)至任意狀態(tài), 以滿足焊接需要。理論上講，機(jī)器人的關(guān)節(jié)愈多，(M由度也愈 多，關(guān)節(jié)冗余度愈大，靈活性愈好；但同時也給機(jī)器人逆運(yùn)動 學(xué)的坐標(biāo)變換和各關(guān)節(jié)位置的控制帶來復(fù)雜性。因為焊接過程 中往往需要把以空間直角坐標(biāo)農(nóng)示的工件上的焊縫位置轉(zhuǎn)換 為焊槍端部的空間位置和姿態(tài)，再通過機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)計算轉(zhuǎn) 換為對機(jī)器人每個關(guān)節(jié)角度位置的控制，而這-變換過程的解 往往不是唯的，兀余度愈人，解愈多。如何選取最合適的解 對機(jī)器人焊接過程中運(yùn)動的平穩(wěn)性很匝要。不同的機(jī)器人控制 系統(tǒng)對這問題的處理方式不盡相同。-般來講，具有6個關(guān)節(jié)的機(jī)器人基本上能滿足焊槍的位 置和空間姿態(tài)的控制要求，其中3個H由度(XYZ)用于控制焊 槍端部的空間位置，另外3個自山度(ABC)用于控制焊槍的空 間姿態(tài)。因此，目前的焊接機(jī)器人多數(shù)為6關(guān)節(jié)式的。對于有些焊接場合，工件由于過大或空間兒何形狀過于復(fù) 雜，使焊接機(jī)器人的焊槍無法到達(dá)指定的焊縫位置或焊槍姿 態(tài)，這時必須通過增加13個外部軸的辦法增加機(jī)器人的自 由度。通常有兩種做法：是把機(jī)器人裝于可以移動的軌道小 車或龍門架上，擴(kuò)人機(jī)器人本身的作業(yè)空間；二是讓工件移動 或轉(zhuǎn)動，使工件上的焊接部位進(jìn)入機(jī)器人的作業(yè)空間。也有的 同時采用上述兩種辦法，讓工件的焊接部位和機(jī)器人都處于最 佳焊接位置。焊接機(jī)器人的編程方法目前還是以在線示教方式 (Teach-in)為主，但編程器的界面比過去有了不少改進(jìn)，尤其 是液晶圖形顯示屏的采用使新的焊接機(jī)器人的編程界面更趨 友好、操作更加易。然而機(jī)器人編程時焊縫軌跡上的關(guān)鍵點(diǎn)坐 標(biāo)位置仍必須通過示教方式獲取，然后存入程序的運(yùn)動指令 中。這對于些復(fù)雜形狀的焊縫軌跡來說，必須花費(fèi)人量的時 間示教，從而降低了機(jī)器人的使用效率，也增加了編程人員的 勞動強(qiáng)度?？谇敖鉀Q的方法有2利-一是示教編程時只是粗略獲取兒個焊縫軌跡上的幾個關(guān) 鍵點(diǎn)，然后通過焊接機(jī)器人的視覺傳感器(通常是電弧傳感器 或激光視覺傳感器)口動跟蹤實(shí)際的焊縫軌跡。這種方式雖然 仍離不開示教編程，但在定程度上可以減輕示教編程的強(qiáng) 度，提高編程效率。但由于電弧焊本身的特點(diǎn)，機(jī)器人的視覺 傳感器并不是對所有焊縫形式都適用。二是采取完全離線編程的辦法，使機(jī)器人焊接程序的編 制、焊縫軌跡坐標(biāo)位置的獲取、以及程序的調(diào)試均在臺計算 機(jī)上獨(dú)立完成，不需要機(jī)器人本身的參與。機(jī)器人離線編程早 在多年以前就有，只是由于當(dāng)時受計算機(jī)性能的限制，離線編 程軟件以文本方式為主，編程員需要熟悉機(jī)器人的所有指令系 統(tǒng)和語法，還要知道如何確定焊縫軌跡的空間位置坐標(biāo)，因此, 編程匚作并不輕松省時。隨著計算機(jī)性能的提高和計算機(jī)三維 圖形技術(shù)的發(fā)展，如今的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)多數(shù)可在三維圖 形環(huán)境下運(yùn)行，編程界面友好、方便，而口，獲取焊縫軌跡的 坐標(biāo)位置通?？梢圆捎谩疤摂M示教” (virtual Teach-in)的 辦法，用鼠標(biāo)輕松點(diǎn)擊三維虛擬環(huán)境中匸件的焊接部位即可獲 得該點(diǎn)的空間坐標(biāo)；在有些系統(tǒng)中，可通過CAD圖形文件中事 先定義的焊縫位置直接生成焊縫軌跡，然后口動生成機(jī)器人程 序并下載到機(jī)器人控制系統(tǒng)。從而大大提高了機(jī)器人的編程效 率，也減輕了編程員的勞動強(qiáng)度。目前，國際市場上已有基于 普通PC機(jī)的商用機(jī)器人離線編程軟件。如Workspace5、 RobotStudio等。圖9所示為筆者自行開發(fā)的基于PC的三維 可視化機(jī)器人離線編程系統(tǒng)。該系統(tǒng)可針對ABB公司的IRB140 機(jī)器人進(jìn)行離線編程，程序中的焊縫軌跡通過虛擬示教獲得, 并在三維圖形環(huán)境中可讓機(jī)器人按程序中的軌跡作模擬運(yùn)動，以此檢驗 其準(zhǔn)確性和合理性。所編程序可通過網(wǎng)絡(luò)直接卜載給機(jī)器人控 制器。我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起 步，H前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)、控制系 統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分 機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等 機(jī)器人；弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的 來看，我國的匸業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其匚程應(yīng)用的水平和國外比還 有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起 步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；應(yīng)用 規(guī)模小，沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，單戶單次匝新 設(shè)計，品種規(guī)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(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解 決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、 通用化、模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。3、焊接機(jī)器人發(fā)展趨勢U前國際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技 術(shù)的研究。從機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢看，焊接機(jī)器人和其它匚業(yè) 機(jī)器人樣，不斷向智能化和多樣化方向發(fā)展。貝體而言，農(nóng)現(xiàn)在如下兒個方面：1）機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)：通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的 運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)步提高負(fù)載/口重比。例 如，以徳國KUKA公司為代農(nóng)的機(jī)器人公司，已將機(jī)器人并聯(lián) 平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機(jī)器人的工作范圍，加 Z輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用，大人提高了機(jī)器人的性能。此外采 用先進(jìn)的RV減速器及交流伺服電機(jī)，使機(jī)器人操作機(jī)幾乎成 為免維護(hù)系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。例如，關(guān)節(jié)模塊中的 伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿 模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人 產(chǎn)品問市。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更加靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著 一體化方向發(fā)展。采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用機(jī)器人技術(shù),實(shí)現(xiàn)高精度測量及加匸, 這是機(jī)器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和數(shù)控 技術(shù)一體化奠定了基礎(chǔ)。意大利COMAU公司，F(xiàn)I本FANUC等公司已開發(fā)出了此類產(chǎn)品。2）機(jī)器人控制系統(tǒng)：重點(diǎn)研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)。向基于PC機(jī)的開放 型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高, 控制柜F1見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)：大人提離了系統(tǒng)的可靠 性、易操作性和可維修性?？刂葡到y(tǒng)的性能進(jìn)步提高，已由 過去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸其至27 軸，并且實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。人機(jī)界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。 機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制 器已成為研究熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)步提高在線編程的可操作性Z外，離線編 程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)，在某些領(lǐng)域的離線編程已實(shí)現(xiàn)實(shí) 用化。3）機(jī)器人傳感技術(shù)：機(jī)器人中的傳感器作用口益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速 度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了激光傳感 器、視覺傳感器和力傳感器，并實(shí)現(xiàn)了焊縫口動跟蹤和自動化 生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機(jī) 器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的 融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制。為進(jìn)一步提高機(jī)器人的 智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題無決的關(guān)鍵。其研 究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及 非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另i問題 就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。4）網(wǎng)絡(luò)通信功能：H本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機(jī)器人控制器已實(shí) 現(xiàn)了與Canbus. Profibus總線及些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機(jī)器人 由過去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機(jī)器人由 過去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。5）機(jī)器人遙控和監(jiān)控技術(shù)在些諸如核輻射、深水、有毒等高危險環(huán)境中進(jìn)行焊接 或其它作業(yè)，需要有遙控的機(jī)器人代替人去工作。當(dāng)代遙控機(jī) 器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者 與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的 監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人龍岀實(shí)驗室進(jìn)入實(shí)用化階 段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功 應(yīng)用的最著名實(shí)例。多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，可通 過網(wǎng)絡(luò)建立人范禺內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下， 建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。6）虛擬機(jī)器人技術(shù)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用 于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境 中的感覺來操縱機(jī)器人?；诙鄠鞲衅?、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以 及臨場感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。7）機(jī)器人性能價格比：機(jī)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(jī)價格不斷下降。由于微電了技術(shù)的快速 發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很 大提高。過去機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性MTBF 般為幾千小時，而 現(xiàn)在已達(dá)到5萬小時，可以滿足任何場合的需求。8）多智能體調(diào)控技術(shù)：這是H前機(jī)器人研究的一個嶄新領(lǐng)域。主要對多智能體的 群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法, 建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。近年來，人類的活動領(lǐng)域不斷擴(kuò)人，機(jī)器人應(yīng)用也從制造 領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域發(fā)展。像海洋開發(fā)、寧宙探測、采掘、建筑、 醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂等行業(yè)都提出了自動化和機(jī)器人化 的要求。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點(diǎn)是工作環(huán)境的非 結(jié)構(gòu)化和不確立性，因而對機(jī)器人的要求更高，霜要機(jī)器人具 有行走功能，對外感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等，是機(jī) 器人技術(shù)的一個重要發(fā)展方向?？梢灶A(yù)見，在21世紀(jì)各種先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)將會進(jìn)入人 類生活的各個領(lǐng)域，成為人類良好的助手和親密的伙伴。4、挑戰(zhàn)與對策進(jìn)入21世紀(jì)，世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生覓大而深刻的變革, 但制造業(yè)依然是世界各發(fā)達(dá)與發(fā)展中國家加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高 國家綜合競爭力的重要途徑。我國是個制造業(yè)大國，尚處于工業(yè)化進(jìn)程之中，在未來 相當(dāng)長的時期里，制造業(yè)仍將在國民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位。在新 輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國正逐步成為世界最覓要的制造 業(yè)基地Z-o然而H前我國裝備制造業(yè)的整體水平與發(fā)達(dá)國家相比尚 有較大的差距，尤其是在戰(zhàn)略必爭裝備技術(shù)與競爭前核心技 術(shù)、基礎(chǔ)制造裝備與成套關(guān)鍵裝備制造技術(shù)等方面差距更人, 這種差距又主要體現(xiàn)在先進(jìn)裝備的自主設(shè)計與獨(dú)立制造能力 差，成套與系統(tǒng)集成、優(yōu)化能力岸，技術(shù)創(chuàng)新和集成創(chuàng)新能力 差。這些差距已經(jīng)成為制約我國制造業(yè)乃至其他行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展 的關(guān)鍵瓶頸問題Z-o21世紀(jì)基礎(chǔ)制造裝備的水平主要體現(xiàn)在高精度、高效率、 低成本和高柔性等兒個方面。高效率、高精度工藝的一個典型 例子是精密成形技術(shù)，其H的是盡量減少切削，其至免除切削, 減少原材料的浪費(fèi)，同時提高制造效率。精密成形技術(shù)在工業(yè) 發(fā)達(dá)國家已得到廣泛應(yīng)用。柔性自動化仍是機(jī)床業(yè)發(fā)展的重要 趨勢之一。柔性自動化的進(jìn)一步發(fā)展是敏捷生產(chǎn)設(shè)備。為適應(yīng) 敏捷生產(chǎn)模式，人們正在探求設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)重組以及生產(chǎn)單 元的動態(tài)重組問題。另外，國外在大型、成套裝備方面有很大優(yōu)勢，并且在成 套裝備的高技術(shù)化方面，取得了巨大的進(jìn)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控 化、柔性動化，并大量采用工業(yè)機(jī)器人，正向著智能化、集 成化的方向發(fā)展。隨著我國貿(mào)易溶入全球化，我國裝備制造業(yè)從來沒有像今 天這樣直接地面對國際同行的有力競爭和挑戰(zhàn)。如何適應(yīng)激烈 的國際競爭和快速變化的世界市場需求，不斷以高質(zhì)量、低成 本、快速響應(yīng)的手段在新的市場競爭屮求得生存和發(fā)展，已是 我國裝備制造業(yè)不容回避的問題。同時溶入全球化也為我們提 供了前所未有的機(jī)遇，我們必須抓住機(jī)遇迎頭趕上。在“十五”期間，我國曾把包括焊接機(jī)器人在內(nèi)的示教再 現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)作為覓點(diǎn)研究內(nèi)容之，其 中包括焊接機(jī)器人（把弧焊與點(diǎn)焊機(jī)器人作為負(fù)載不同的一個 系列機(jī)器人，可兼作弧焊、點(diǎn)焊、搬運(yùn)、裝配、切割作業(yè)）產(chǎn) 品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計；弧焊機(jī)器人用激 光視覺焊縫跟蹤裝置的開發(fā)，激光發(fā)射器的選用，CCD成象系 統(tǒng)，視覺圖彖處理技術(shù)，視覺跟蹤與機(jī)器人協(xié)調(diào)控制；焊接機(jī) 器人的離線示教編程及工作站系統(tǒng)動態(tài)仿真等。在新的歷史時期，面對新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，只有方面緊跟 世界科技發(fā)展的潮流，研究與開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)制 造裝備；另方面，仍然通過引進(jìn)和消化，吸收一些現(xiàn)有的先 進(jìn)技術(shù)，踩在別人的肩膀上，盡快縮短和別人的差距。并通過 應(yīng)用研究和二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和關(guān)鍵設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化，提 高我國制造業(yè)在國際競爭舞臺上的地位。