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工业机器人发展现状与趋势
发表:2015-4-27 16:44:41  |  阅读:70

  工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。

  广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。

  一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势

  工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计,世界机器人市场前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代,机器人产品发展速度加快,年增长率平均在10%左右。2004年增长率达到创记录的20%。其中,亚洲机器人增长幅度最为突出,高达43%,如图1所示。 


各区域用户工业机器人定购指数(以1996年作为100)

  国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:

1.工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修),而单机价格不断下降,平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。

2.机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。

3.工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构;大大提高了系统的可*性、易操作性和可维修性。

4.机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

5.虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

  我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过“七五”、“八五”科技攻关,目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用,弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看,我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,如:可*性低于国外产品;机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上,我国已安装的国产工业机器人约200台,约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业,当前我国的机器人生产都是应用户的要求,“一客户,一次重新设计”,品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低,而且质量、可*性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术,对产品进行全面规划,搞好系列化、通用化、模化设计,积极推进产业化进程。

  二、工业机器人的应用领域日渐广泛

  经过四十多年的发展,工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中,尤其是在汽车产业中,工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,机器人都已逐步取代了人工作业。

随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高,机器人的应用范周还在不断地扩大,已从汽车制造业推广到其他制造业,进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外,在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多,如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。

  三、国内外主要的工业机器人生产厂商

  在国外,工业机器人技术日趋成熟,已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而,相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司,它们包括:瑞典的abb Robotics,日本的fanuc、Yaskawa,德国的kuka Roboter,美国的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics,意大利comau,英国的AutoTech Robotics,加拿大的Jcd International Robotics,以色列的Robogroup Tek公司,这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。在国内,工业机器人产业刚刚起步,但增长的势头非常强劲。如中国科学院沈阳自动化所投资组建的新松机器人公司,年利润增长在40%左右。

  四、工业机器人的发展趋势

  工业机器人在许多生产领域的使用实践证明,它在提高生产自动化水平,提高劳动生产率和产品质量以及经济效益,改善工人劳动条件等方面,有着令世人瞩目的作用,引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。在新的世纪,机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。

1、工业机器人的技术发展趋势

从近几年世界机器人推出的产品来看,工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展,其发展趋势主要为:结构的模块化和可重构化;控制技术的开放化、PC化和网络化;伺服驱动技术的数字化和分散化;多传感器融合技术的实用化;工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。

2、工业机器人的产业发展趋势

据UNECE/IFR预测,至2007年,全球新安装装机器人的数量将从2003年的81800套增至2007年的106000套,年平均增长7%。其中,日本2003-2007年工业机器人的销售将从2003年的31600增长至2007年的41000套;欧洲2003-2007年工业机器人将从2003年的27100套增长至2007年的34000套;北美2003-2007年工业机器人市场每年平均增长5.8%,至2007年将增长到16000套。

  五、工业机器人产业发展模式的探讨

  纵观世界各国在发展工业机器人产业过程,可归纳为三种不同的发展模式,即日本模式、欧洲模式和美国模式:

1、日本模式

此种模式的特点是:各司其职,分层面完成交钥匙工程。即机器人制造厂商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标,并由其子公司或社会上的工程公司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统,并完成交钥匙工程;

2、欧洲模式

此种模式的特点是:一揽子交钥匙工程。即机器人的生产和用户所需要的系统设计制造,全部由机器人制造厂商自己完成;

3、美国模式

此种模式的特点是:采购与成套设计相结合。美国国内基本上不生产普通的工业机器人,企业需要时机器人通常由工程公司进口,再自行设计、制造配套的外围设备,完成交钥匙工程。

我国从上世纪80年代开始在高校和科研单位全面开展工业机器人的研究,近20年来取得不少的科研成果。但是由于没有和企业有机地进行联合,至今仍未形成具有影响力的产品和有规模的产业。目前国内除了一家以组装为主的中日合资的机器人公司外,具有自主知识产权的工业机器人尚停留在高校或科研单位组织的零星生产,未能形成气候。近10年来,进口机器人的价格大幅度降低,对我国工业机器人的发展造成了一定的影响,特别是我国自行制造的普通工业机器人在价格上根本无法与之竞争。特别是我国在研制机器人的初期,没有同步发展相应的零部件产业,使得国内企业在生产的机器人过程中,只能依赖配套进口的零部件,更削弱了我国企业的价格竞争力。

中国的机器人产业应走什么道路,如何建立自己的发展模式,确实值得探讨。中国工程院在2003年12月完成并公开的《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究总结报告》中认为,我国应从“美国模式”着手,在条件成熟后逐步向“日本模式”靠近。

  六、机器人在我国的前景

  应该说中国是最需要又最不需要机器人的国家。中国人口众多,劳动力资源丰富且廉价,从这一层面说用一个贵而笨重的机器人还不如雇一个人来的便宜,但是我国要做世界强国就必须用最少的资源作更多的事,我们的企业必须尽可能的采用高新技术来更高效率的生产,以高竞争力取胜,这就需要很多的机器人,人是没有机器人那样的精确率,准确率和高效率的。可能会有人失业,但创造的就业机会更多,社会所得的利益会更多。我相信在不久将来,机器人产业会如同汽车一样成为国家的经济支柱产业,美国是“汽车上的国度”,中国可以成为“站在机器人肩膀上的国家”。

  七、机器人发展的希望与困难

  机器人技术是高技术的重要组成部分,其产业化的进程在我国刚刚起步,虽然取得了一定的成绩,但仍然存在很多困难和不足,因此更需要多方面的关心和支持。

国家政策支持,是加速高新技术产业化的重要前提。根据我国政府有关部门应组织力量进行充分地调查研究,在此基础上,制定切实可行的推广、应用机器人和促进机器人研究开发的倾斜政策。如在税收、投资和贷款方面对机器人产业实行扶持政策。日本政府通过制定政策,采取一系列措施鼓励企业应用机器人,为日本机器人在国内开拓市场的经验值得我们借鉴。另外,对机器人用户,可以考虑给予一定的资金补贴,以鼓励购买.为了避免危险恶劣的工作环境导致的工伤事故和职业病,保护工人的身心安全,对一些特殊工种,如喷涂,铸造等通过劳动法强制采用工业机器人来代替.这样可以大大增加工业机器人的需求数量。

  我国的机器人产业化必须由市场来拉动。机器人作为高技术,它的发展与社会的生产、经济状况密切相关。机器人的研制、开发只有从技术上实现可能性大为原则选择机器人优先应用的领域,并以此为突破口,向其他领域渗透、扩散至为重要。

  我国机器的应用人要顺利走上市场,实现产业化,还是需要各方面的共同努力。


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