工業(yè)機(jī)器人
---柔性智能制造裝備先行者智能制造淵于人工智能的研究。一般認(rèn)為智能是知識(shí)和智力的總和，前者是智能的基礎(chǔ)，后者是指獲取和運(yùn)用知識(shí)求解的能力。人工智能就是用人工方法在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的智能。近半個(gè)世紀(jì)特別是近20年來，隨著產(chǎn)品性能的完善化及其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、精細(xì)化，以及功能的多樣化，促使產(chǎn)品所包含的設(shè)計(jì)信息和工藝信息量猛增，隨之生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部的信息流量增加，制造過程和管理工作的信息量也必然劇增，因而促使制造技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)與前沿，轉(zhuǎn)向了提高制造系統(tǒng)對(duì)于增長的制造信息處理的能力、效率及規(guī)模上。目前，先進(jìn)的制造設(shè)備離開了信息的輸入就無法運(yùn)轉(zhuǎn)，柔性制造系統(tǒng)（FMS）一旦被切斷信息來源就會(huì)立刻停止工作。專家認(rèn)為，制造系統(tǒng)正在由原先的能量驅(qū)動(dòng)型轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動(dòng)型，這就要求制造系統(tǒng)不但要具備柔性，而且還要表現(xiàn)出智能，否則是難以處理如此大量而復(fù)雜的信息工作量的。其次，瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復(fù)雜環(huán)境，也要求制造系統(tǒng)表現(xiàn)出更高的靈活、敏捷和智能。因此，柔性智能制造裝備越來越受到高度的重視。
智能制造裝備是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合。而所謂的柔性則是指能適應(yīng)生產(chǎn)場地、制造對(duì)象、生產(chǎn)模式的改變而改變的能力;隨著人工智能的發(fā)展和人工生產(chǎn)成本不斷上升,智能制造裝備需求越來越大; 十二五規(guī)劃重點(diǎn)著墨高端裝備制造，自動(dòng)化需求催生工業(yè)機(jī)器人市場高速增長。高端裝備制造作為十二五規(guī)劃七大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，將會(huì)在未來5年加速產(chǎn)業(yè)升級(jí)與結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)制造自動(dòng)化會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈需求，工業(yè)機(jī)器人市場將高速成長。
工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能，可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)，主要有焊接機(jī)器人和噴涂機(jī)器人。
圖1 焊接機(jī)器人
按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計(jì)算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件，通過RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動(dòng)控制器，將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領(lǐng)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。在示教過程的同時(shí)，工作程序的信息即自動(dòng)存入程序存儲(chǔ)器中在機(jī)器人自動(dòng)工作時(shí)，控制系統(tǒng)從程序存儲(chǔ)器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動(dòng)作。
圖2 點(diǎn)膠機(jī)器人
示教輸入程序的工業(yè)機(jī)器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人。具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業(yè)機(jī)器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識(shí)別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。
圖3 視覺機(jī)器人
移動(dòng)機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的一種類型，具有計(jì)算機(jī)控制，具有移動(dòng)、自動(dòng)導(dǎo)航、多傳感器控制、網(wǎng)絡(luò)交互等功能，它可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、卷煙、醫(yī)療、造紙等行業(yè)的柔性搬運(yùn)、傳輸?shù)裙δ?其典型產(chǎn)品:AGV(自動(dòng)導(dǎo)航小車)。
圖4 AGV小車
我國工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初，其發(fā)展過程大致可分為三個(gè)階段：70年代的萌芽期;80年代的開發(fā)期;90年代的實(shí)用化期。而今經(jīng)過20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上;一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù);工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù);機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程技術(shù);運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù);弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)等。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平。工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于汽車、電子以及化工領(lǐng)域。在中國，有50%的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車制造業(yè)，其中超過半數(shù)為焊接機(jī)器人;在發(fā)達(dá)國家，汽車業(yè)機(jī)器人占到了工業(yè)機(jī)器人總量的53%。國際機(jī)器人工業(yè)聯(lián)合會(huì)(IFR)預(yù)測，2014年中國將成為全球大工業(yè)機(jī)器人市場，銷量為3.5萬部，比2011年增長約60%，占全球總銷量17%?；趧趧?dòng)力成本和職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)控制等方面的考量，一些特殊崗位機(jī)器人取代工人也是大勢所趨。