中国工业机器人产品技术发展展望

5.1  产品技术开发方向与动向

随着计算机技术不断向智能化发展，机器人应用领域的不断扩展和深化及其在系统(FMSCIMS)中的群体应用，工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应多变的环境，满足多样化、个性化的需求。

5.1.1  感觉功能

将实现多传感器信息的融合，以检测多变的外部环境，作出判断，决策行动。其实质类似于人的五官和身体的综合感觉功能，包括视觉、触觉、力觉、滑觉、接近觉、压觉、听觉、味觉、嗅觉、温觉等，研究方向有各类传感信息的采集及融合处理，传感、驱动一体化技术，感觉功能集成模块等。

5.1.2  控制智能化

由导引示教向数控(NC)、离线编程发展，进而发展到适应控制和学习控制。模糊控制、人工神经网络等技术将得到进一步应用。随着系统化、集成化生产的发展，基于PC的开放式控制系统将是机器人控制和车间一级控制的发展方向，国外专家预测2007年它将占30%。

5.1.3  移动功能智能化

为解决长距离搬运作业、大作业对象、多作业对象及极限作业等问题，需开发自主移动系统，包括滑动、滚动、行走、爬行、跳跃、飞行等。

5.1.4  系统应用与集成化

支持以人为核心的生产系统，实现生产系统中机器人群体协调功能、群智能和多机通信协议，开发能理解人的意志的“同事机器人”。国外专家预测2000年后有可能IMS(智能制造系统)要走向MA(R)S(多智能体系统)，而该系统中的“同事机器人”(Cobot)将成为操作人员不可或缺的伙伴。

5.1.5  安全可靠性

由于大量不确定因素的存在，要实现智能化的安全可靠性，机器人必须具有对各种意外情况的应变能力，及时采取预防措施和安全对策，包括硬件级、软件级、应用级和人机系统级的自诊断和自修复故障。

5.1.6  微型化

微加工、医学、宇宙和海洋开发等领域大量需要微型机器人，就实用性和成本来看，毫米级最可行。

5.2  产品技术特点与重点发展领域

工业机器人技术发展与应用水乳交融。在第一代工业机器人普及的基础上，第二代已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人已占有一定比重(1998年在日本安装数占10%，销售额达36%)。以应用为龙头拉动工业机器人技术的发展，其技术特点与重点发展领域体现在下述方面：

5.2.1  机械结构

1)以关节型为主流，80年代发明的适用于装配作业的平面关节型机器人约占总量的1/3(目前世界工业机器人总数约为750000台)，90年代初开发的适用于窄小空间、快节奏、360全工作空间范围的垂直关节型机器人大量用于焊接和上、下料。

2)应3K(炼钢、炼铁、铸锻)行业和汽车、建筑、桥梁等行业需求，超大型机器人应运而生。如焊接数十米长、10t以上大构件的弧焊机器人群，采取蚂蚁啃骨头的协作机构。

3)已普遍采用CAD、CAE等技术用于设计、仿真与制造中。

5.2.2  控制技术

1)大多采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术和离线编程技术大量采用。

2)协调控制技术日趋成熟，实现了多手、与变位机、多机器人的协调控制，正逐步实现多智能体的协调控制。

3)基于PC的开放式结构控制系统由于成本低并具有标准现场网络功能，已成为一股潮流。

5.2.3  驱动技术

1)80年代发展起来的AC伺服驱动已成为主流驱动技术用于工业机器人中。本报告作者统计了日本23家机器人公司于1998年生产的167种型号机器人产品，其中采用AC伺服驱动的有156种，占93.4%。DD(直接驱动)技术则广泛用于装配机器人中。

2)新一代的伺服电机与基于微处理器的智能伺服控制器相结合，已由日本FANUC等公司开发并用于工业机器人中；在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。

5.2.4  智能化的传感器多有应用

在上述167种机型中，装有视觉传感器的有94种，占56.3%，不少机器人装有两种传感器，有些机器人留下了多种传感器接口。

5.2.5  通用机器人编程语言

在ABB公司的20多个型号产品中，采用了通用模块化语言RAPID。最近美国机器人工作空间技术公司开发了Robot Script V.10通用语言，运行于该公司的通用机器人控制器URC的WinNT/95环境。该语言易学易用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS软件产品兼容。

5.2.6  网络通信方式

在上述167种机型中，有69种采用Ether网通讯方式，占41.3%，其它采用RS-232，RS-422，RS-485等通讯接口。

5.2.7  高速、高精度、多功能化

目前所知最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s；高精度机器人的位置重复性±0.01mm。有一种大直角坐标搬运机器人，其最大合成速度达80m/s；而另一种并联机构的NC机器人，其位置重复性达1μm。90年代末的机器人一般都具有两、三种功能。最近瑞典Neos公司开发出一种高精度、高可靠性的可切割、钻孔、铣削、磨削、激光焊、装配、搬运的多功能机器人，用于多家著名汽车厂和飞机公司。

5.2.8  集成化与系统化

1998年ABB公司推出IRb1400系列小机器人，其循环时间只有0.4s，控制器包括软件、高压电、驱动器、用户接口等皆集成于一柜，只有洗衣机变换器那样大小。FANUC公司2000年9月宣称它的控制器为世界最小。

工业机器人的应用从单机、单元向系统发展。多达百台以上的机器人群与微机及周边智能设备和操作人员形成一个大群体(多智能体)。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品联接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。



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