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机器人科普知识(4)——工业机器人

时间:2013-9-3 21:24:27 点击:

  核心提示:机器人科普知识(4)——工业机器人概况  工业机器人(通用及专用)一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作,如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品(电视机、电冰箱、洗衣机)...

机器人科普知识(4)——工业机器人

概况
  工业机器人(通用及专用)一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作,如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品(电视机、电冰箱、洗衣机)、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机器人。
实际装备工业机器人数量
  自从60年代机器人进入工业领域以来,世界各国历年累计销售机器人总台数到1999年底达到约110万台,其中包括日本装备的专用工业机器人。然而早期的许多机器人现在已经退役,因此实际装备机器人的数量较低,估计到1999年底,全世界实际装备工业机器人的数量为74.3万台,比1998年底的72万台,增长率为3%。
  日本占世界实际装备机器人总数的一半以上,主要是因为日本的数字中包括了各种工业机器人,但是它所占的比例不断下降,而欧盟及美国工业机器人的数量分别增加了11%及14%,各为17.6万台和9.3万台,而我国仅为3000台。
世界工业机器人年销售量
  1990年世界通用工业机器人年销售量为81,000台,1991-1993年开始下降,1993年销售量骤降至54,000台。之后,机器人市场开始快速复苏,1997年达到84,000台。然而1998年机器人销售量比上年下降了16%,降至71,000台。1999年市场迅速回升,年销售量达到81,500台,比上年增长15%。
  1999年世界工业机器人销售量增加的主要原因是美国及欧盟销售量的高速增长。从1994-1999年,美国通用工业机器人的年销售量几乎翻了一番,达到15,000台,仅1999年一年就增长了38%。欧盟1999年通用工业机器人的销售量增长16%,达到25,000台,法国的增长率最高,比1998年增长近90%。
  日本,1999年各类机器人(通用及专用工业机器人)的销售量比上年增加5%,约35600台,这是90年代以来第二个最低的年份。
  在韩国,1998年机器人的销售量骤降75%,之后市场迅速复苏,1999年的销售量增加近70%,达到2400台,但这仍然不到亚洲金融危机之前19951997年记录的一半。
年销售额
  1999年世界工业机器人的年销售额比上年增长7%,达到51亿美元。

  与创记录的1999年同期相比,2000年上半年世界机器人增长了12%。欧洲的合同增长14%,亚洲销售合同增加了38%。

世界机器人发展特点

欧美快速追赶日本
汽车装配机器人
 
  90年代初,欧洲及美国安装的通用工业机器人分别占日本各类工业机器人总数的20%及7%;到1999年底,相应的比例分别为71%及42%。事实上,1999年欧盟新安装的通用工业机器人要比日本同期安装的同类机器人的数量要多。
机器人性能上升,价格下降
  90年代,工业机器人的价格不断下降,而性能则不断完善,主要表现在机械及电子性能方面,如:搬运能力、速度、工作范围、部件数量、平均故障间隔时间都有较大改进,而价格下降了50%
  1990-2000年情况的调查表明,机器人的性能与价格改进情况更好。
  一台1999年出售的中等机器人的价格,只相当于1990年同样性能机器人价格的五分之一,如果1990年能够生产出这样的机器人的话。

我国工业机器人起步于70年代初期,经过20多年的发展,大致经历了3个阶段:70年代的萌芽期,80年代的开发期和90年代的适用化期。
弧焊机器人
 
  70年代是世界科技发展的一个里程碑:人类登上了月球,实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮,尤其在日本发展更为迅猛,它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下,我国于1972年开始研制自己的工业机器人。
  进入80年代后,在高技术浪潮的冲击下,随着改革开放的不断深入,我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间,国家投入资金,对工业机器人及其零部件进行攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发,研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施,智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿,经过几年的研究,取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特种机器人。
  从90年代初期起,我国的国民经济进入实现两个根本转变时期,掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮,我国的工业机器人又在实践中迈进一大步,先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人,并实施了一批机器人应用工程,形成了一批机器人产业化基地,为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。

国产机器人走向实用化

100公斤点焊机器人
  在蔡鹤皋院士主持下,哈尔滨工业大学和沈阳自动化所自19954月开始设计、制造HT100A点焊机器人,1996715日完成;19982月第一台上线应用于解放牌卡车的后风窗点焊,19985月第二台上线应用于红旗轿车焊接线上。

120公斤点焊机器人是以一汽红旗车身焊装生产线为应用背景,瞄准国际上典型机器人产品技术性能开发的一种具有先进性、可靠性的实用机器人产品。该机器人具有工作空间大、运  动速度快和负荷能力强等特点。机器人设计结构紧凑,外观宜人,运动平稳快捷,大大地提高了点焊作业的生产率。
  用户对国产机器人给予了这样的评价:机器人运行良好,操作、维修方便,“皮实、好用、能摆弄,”提高了生产效率。
6
公斤弧焊机器人
6
公斤弧焊机器人
 
  6公斤弧焊机器人是沈阳新松公司为嘉陵集团摩托车车身生产线设计制造的轻型弧焊机器人。设计者在参考国外同类产品优点的基础上,结合我国情况,本着“突出自己的特色、塑造自身的品牌”的原则,完成了产品的形象设计。在产品设计开发过程中,在重视产品实用性和可靠性的同时,兼顾了产品的先进性。设计者根据多年的开发经验,从本体到控制器全部进行了重新设计。嘉陵摩托车生产线将装备多台这种6公斤弧焊机器人。

  由大连贤科机器人公司研制的装配机器人分别组成平面关节型机器人自动装配单元和直角坐标型机器人自动装配单元,现正在大连华录松下电子信息有限公司和浙江正泰集团的生产线上应用。平面关节型(SCARA)机器人是一种精密型装配机器人,具有速度快、精度高、柔性好等特点,采用交流伺机服电机驱动,可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作。
  直角坐标型机器人具有可自动编程,速度快、精度高等特点,采用交流伺服电机驱动,可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作,适合工厂柔性自动化生产的需求。
桥型移动龙门式仿形喷涂机器人
  桥型移动龙门式仿形喷涂机器人由顶喷、侧喷、龙门行走机构和控制系统组成。具有自动喷涂工况显示,自动生产数据设计,打印报表,车体型号自动识别,工作记忆功能,无需归零重新启动,故障自动声光报警,防爆功能等特点。经过长时间可靠的生产实践,用户反映设备性能良好。该设备由北京机械工业自动化所研制。
自动化高压水切割工作站
  KJ100型自动化高压水切割工作站由北京机械工业自动化所研制。

  高压水射流切割是通过超高压水发生器将水增压至385Mpa,然后通过Φ0.03mm的喷嘴,产生约3倍于音速的水箭切割各种非金属材料,如各种汽车内部装饰材料、厚橡胶板、布料、皮革、苯乙烯发泡材料、纤维增强材料等;将细砂加入水箭中可切割金属、陶瓷、石料、玻璃等。高压水射流能切割各种热切割方法难以加工的材料,并且切速快、切口平整光洁、切边品质好、无毛刺、无挂渣、节省材料、无尘、无臭、无环境污染、无热变形,对那些严禁明火作业区,如海上石油钻井、采油平台、炼油厂、大型油气储罐区等均可使用高压水切割作业。
AGV
小车
  AGV小车也叫自动导引小车,现已具备产品定型和批量生产能力,并已在汽车装配线、家电企业、烟厂等仓储物流作业得到了广泛应用。AGV包含了移动机器人控制技术、传感器技术、多台机器人协调技术、通讯技术等内容。沈阳棋盘山象棋城机器人象棋系统采用32个机器人(AGV)做象棋棋子,一个棋子就是一个移动机器人。棋子直径2.2米,高3米,棋盘长55米,宽53米,堪称世界最大棋子棋盘。2000911AGV棋子做了残局演示。
搬运机器人
  5kg搬运机器人,采用五轴伺服电机驱动控制,实现五轴空间联动,配置不同工具包可实现搬运、码垛、焊接、装配等工作,具有较高的柔性自动化水平。
注塑机械手
  注塑机械手应用于注塑件的自动取出,以保证模外横走的稳定性与快速性。海尔机器人公司开发的HH1000DS型注塑机械手采用单片机控制,三轴全气动驱动,实现三维空间协调操作。
便携式机器人 
  由哈尔滨工业大学机器人研究所研制的便携式机器人,可实现六自由度弧焊机器人的全部功能,同时可作为通用机器人完成其它工作,可任意位置安装。机器人本体自重30Kg,便于拆装携带。便携式机器人可以作为一个流动的焊接机器人到不同的场所进行作业,特别是在一些工作空间狭小,周围环境恶劣,工人无法作业的地方。此外,它可以作为机器人销售部门的有力助手到各地去作焊接培训,或者在腕部安装其它工具可以随时随地的进行各种作业。


机器人应用工程

我国年轻的机器人工程队伍在汽车、摩托车、电子、家电、石化等行业实施了一批工业机器人应用工程取得了良好的社会效益和经济效益。
在汽车行业中的应用
 
  在国家攻关计划和863计划的支持下,一汽集团、沈阳自动化所、哈尔滨工业大学等单位自1995年起合作开发工业机器人和实施机器人应用工程,在经历了一系列的攻关和拼搏之后,完成了10公斤、30公斤、100公斤、120公斤等工业机器人的开发。一汽二轿厂使用6台点焊机器人焊接全新“红旗”轿车前、后风窗洞,左、右侧围门洞,三角窗洞,提高了国产轿车焊装技术水平及焊接质量。一汽长轻厂两条后桥弧焊机器人生产线使用了11台机器人,后桥焊缝熔核成型好,解决了久攻不破的后桥渗漏质量难题,产品基本实现免检,而且劳动效率、生产能力都取得了大幅度的提高。这是我国首次大规模的国产机器人示范应用工程,实现了难得的跨越。从中,我们积累了大量的实践经验,包括产品定位选型、关键技术攻关、重大项目的流程规划与组织管理、应用工程的技术细节与瓶颈等等。
在摩托车行业中的应用
  三水摩托车机器人焊装线使用了9台机器人,自199710月投入使用以来运行稳定,提高了产品质量,降低了人员成本,增加了产品的市场竞争力。
  海南新大洲摩托车厂用4台弧焊机器人工作站完成新大洲50系列摩托车的车架焊接。该生产线自19983月投入运行以来,运行良好,性能稳定。
  南京金城机械有限公司在其1257D车架的生产线上使用了7台机器人用于焊接和切割,提高了产品的一致性。
在电子、家电行业中的应用
  上海大学为宁波韵声集团建成了一条八音琴机芯机器人化柔性自动装配、检测与装箱生产线。装配生产线可自动完成装配、加油、检测、分类、供料、理料、装箱、标注等多种作业任务。能将不同材质、不同类型的12种零部件以每2.5秒装配出一个成品的节拍进行生产。装配线全长21.8米,采用了16台机器人。
  机器人的应用改变了韵声集团八音琴全靠手工装配的历史,提高了企业形象,积累了经验,培养了人才,为企业的下一步发展打下了基础。
在石化行业的应用
  哈工大博实公司自主开发的“自动包装机器人码垛生产线”应用于大庆石化公司“10万吨/年聚丙烯装置”,全线实现了自动运行,动作平稳可靠,运行速度快,称重精度高,缝口位置准确,码垛垛形整齐的优点。
采矿机器人

采矿业是一种劳动条件相当恶劣的生产行业,其主要表现为振动、粉尘、煤尘、瓦斯、冒顶等不安全因素。这些不安全因素极大地威胁井下工人的安全。因此,采矿业迫切要求开发各种不同用途的机器人以取代人类从事的各种有毒,有害及危险环境下的工作。此外,采掘工艺一般比较复杂,这种复杂工作很难用一般的自动化机械完成,采用带有一定智能并且具有相当灵活度的机器人是目前最理想的方法。
 
  根据井下作业的特殊条件和特点,机器人的应用主要有以下几个方面:
 
  1,特殊煤层采掘机器人。目前,一般都用综合机械化采煤机采煤,但对于薄煤层这样一类的特殊情况,运用综合机械化采煤机采煤就很不方便,有时甚至是不可能的。如果用人去采,作业又十分艰苦和危险,但是如果舍弃不用,又造成资源的极大浪费。因此,采用遥控机器人进行特殊煤层的采掘是最佳的方法。这种采掘机器人应该能拿起各种工具,比如高速转机,电动机和其它采爆器械等,并且能操作这些工具。这种机器人的肩部应装有强光源和视觉传感器,这样能及时将采区前方的情况传送给操作人员。

  2,凿岩机器人。这种机器人可以利用传感器来确定巷道的上缘,这样就可以自动瞄准巷道缝,然后把钻头按规定的间隔布置好,钻孔过程用微机控制,随时根据岩石硬度调整钻头的转速和力的大小以及钻孔的形状,这样可以大大提高生产率,人只要在安全的地方监视整个过程的作业过程就行了。
 
  3,井下喷浆机器人。井下喷浆作业是一项很繁重并且危害人体健康的作业,目前这种作业主要由人操作机械装置来完成,这种方法的缺陷很多。采用喷浆机器人不仅可以提高喷涂质量,也可以将人从恶劣和繁重的作业环境中解放出来。
 
  4,瓦斯、地压检测机器人。瓦斯和冲击地压是井下作业中的两个不安全的自然因素,一旦发生突然事故,是相当危险和严重的。但瓦斯和冲击地压在形成突发事故之前,都会表现出种种迹象,如岩石破裂等。采用带有专用新型传感器的移动式机器人,连续监视采矿状态,以便及早发现事故突发的先兆,采取相应的预防措施。
 
  随着机器人研究的不断深入和发展,采矿机器人的应用领域会越来越宽,经济效益和社会效益也会越来越显著。

 

作者:不详 来源:网络
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