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工业机器人的发展历史

我国工业机器人的发展历史

摘要:本文阐述了我国工业机器人的发展简史,将我国工业机器人的发展分为四个阶段:萌芽期,开发期,实用化期、拓广发展期。

关键词:工业机器人技术发展历史

1引言

机器人学是一门综合性的新兴学科,它涉及机械工程学、电气工程学、微电了工程学、计算机工程学、控制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学以及人工智能工程学等多门尖端学科。工业机器人是机器人学的一个分支,它代表了机电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展,工业机器人己成为柔性制造系统(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数量,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,对促进我国制造业的崛起,有着十分重要的意义。

2我国工业机器人的发展历史

我国工业机器人起步于70年代初,经过40多年的发展,大致可分为3个阶段:70年代的萌芽期,80年代的开发期,90年代的实用化期。

一、70年代的萌芽期

几乎与国际同步,我国于50年代开始研制机械手。据不完全统计,至今还有1000多台机械手活跃在机械工业的各个生产领域。

70年代是世界科技发展的一个新里程碑:人类登上了月球,实现了金星和火星的软着陆.我国也发射了人造地球卫星。随着微机和模糊控制系统的开发,工业机器人走向了实用化,世界上出现了万名“铁领工人”,尤其在日本补充了日益短缺的劳动大军。70年代末,美国推出Puma系列高功能机器人,采用了当时最先进的16位多CPU二级微机控制系统,有5种灵活示教方式和专用VAL语言,可进行轨迹控制和相当复杂的动作。

在第一台机械手出现后20年,于1972年我国开始研制工业机器人。由上海起,接着天津、北京、吉林、哈尔滨、广州、昆明等十几个研究单位和院校分别开发了固定程序、组合式、液压伺服型通用机器人,并开始了机构学(包括步行机构)、计算机控制和应用技术的研究,这些机器人大约有1/3用于生产。

二、八十年代的开发期

80年代是国际高技术竞争的年代。人类实现了太空行走、太空炼钢,可乘坐航天飞机和无人驾驶地铁列车,中国也掌握了一箭多星技术。随着32位微机的出现,机器人技术进入了一个新阶段,各国竟相制订了高技术发展计划,如美国的SDI(战略防御即星球大战计划),日本的第5代计算机和极限机器人计划,西欧的尤里卡计划和ESPRIT计划,前苏联与东欧的经互会计划以及欧、美、日等13国的先进机器人计划等,都在致力于开发第三代智能型机器人。在工业领域,第一代工业机器人已达普及,而由于汽车工业的饱和使机器人的发展在80年代中期出现了第1个马鞍形。随着第二代具有一定、感觉功能的装配、弧焊等机器人的实用化,开辟了新的应用领域,到80年代末工业机器人又出现了上升势头,达45万台。在此期间开发了SCARA(Selected Compliance Assembly Robot Arm,精选的柔顺装

配机器人手臂,采用平面关节型机构)等新型结构,交流伺服和直接驱动(DD,Direct Drive)等新型驱动方式;数控、离线编程等控制方式;并在工业生产中应用。

在高技术浪潮的冲击下,随着改革开放方针的实施,我国机器人技术的发展得到政府的重视和支持。在80年代中期,国家组织了对工业机器人需求的行业调研,结果表明,对第一代工业机器人的需求主要染中在汽车行业(占总需求的60~70%)。在众多专家的建议和规划下,于“七五”期间,山机电部主持,中央各部委、中科院及地方几十所科研院所和大学参加,国家投入相当的资金,进行了工业机器人基础技术、墓础元器件、儿类工业机器人整机及应用工程的开发研究。经过5年攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术(包括操作机、控制系统、驱动传动单元、测试系统的设计、制造、应用和小批量生产的工艺技术等)的开发,研制出喷涂、弧焊、点焊和搬运等作业机器人整机,儿类专用和通川控制系统及儿类关键元部件如交、直流伺服电机驱动单元、机器人专用薄壁轴承、谐波传动系列、焊接电源和变压器等,并在生产中经过实际应用考核,其性能指标达到80年代初国外同类产品的水平,且形成小批量生产能力。在应用工程方面,在第二汽车厂建立了我国第一条采用国产机器人的生产线—东风系列驾驶室多品种棍流机器人喷涂生产线,该线由7台国产PJ系列喷涂机器人和PM系列喷涂机和周边设备构成,己运行5年,完成年喷涂20万辆东风系列驾驶室的生产纲领,成为国产机器人应用的一个窗口。此外还建立了儿个弧焊和点焊机器人工作站。与此同时还研制了儿种SCARA型装配机器人样机,并进行了试应用。在墓础技术研究方而,解剖了国外十余种先进的机型,进行了机构学、控制编程、驱动传动方式、检测等基础理论与技术的系统研究,开发出具有国际先进水平的测量系统,编制了我国工业机器人标准体系和十二项国标、行标。

三、九十年代的实用化期

90年代是20,21世纪交替的关键年代,以微电子技术为代表的高科技渗透进各个领域,7大洲4大洋正以细长的光缆架上四通八达的银桥,信息高速公路将人类推向更快节奏发展的信息化时代。在机器人领域,水下无缆机器人正向万米以上深海进发,空间遥控无人飞行器参与了海湾战争,毫米级的机器人进入人体作微型手术,第二代工业机器人已普及应用于柔性自动化生产系统中,智能机器人已走向实用化,全球工业机器人队伍已发展壮大为约60万。

对我国来说,由于市场竞争加剧,一些企业认识到必须要用机器人等自动化设备来改造传统产业,提高劳动生产率和产品质量,使产品更新换代,增强竞争力。据“八五”初期调研,几十家用户对所需的机器人提出各种各样的要求。另一方面,“七五”期间研制的各类机器人需要达到实用化、商品化,从而进一步走向产业化,这是一段艰难而又漫长的历程。

90年代初期,在国家儿无资金投入、市场经济发展的大潮裹胁下,从事机器人研制生产的单位既要坚持专业方向,又要养活自己,主要做了如下一些技术发展工作。

1)喷涂机器人:根据用户多方面的需求,开发了交流伺服离线编程机器人、喷涂机(顶喷、侧喷、仿形喷)、小型电动机器人等系列产品,但还未达到产品的定型。又从需求出发开发了汽车喷涂生产线,电机、箱体、陶瓷等生产线的机器人应用工程。共完成20条线及工作站。

2)点、弧焊机器人:进行了新机构的探索和焊缝跟踪、工装(变位器)等的研究。近两年汽车行业和工程机械行业大量引进点、弧焊机器人,提出了许多应用工程和维修技术问题需要解决。

3)搬运机器人:根据用户需求,一些单位开发了码垛、换刀机器人,已在多条生产线上应用。

4)装配机器人及视觉、力觉等传感技术继续得到高技术计划的支持,研制了高档样机,开始了应用工程。

5)矿山、建筑、管道作业等一些特种工业机器人开始开发,并与应用相结合。

由于资金缺乏和科研院所大量人头费的沉重负担,一些带有方向性的实用技术如机器人的可靠性设计、交流伺服、离线编程、焊缝跟踪、大负载机器人的设计、机器人CAD及仿真、应用工程成套技术等尚未得到充分研究,产品也未进行定型和商品化。

在“八五”末期(90年代中期),国家已选择以焊接机器人的工程应用为重点进行开发研究,从而迅速掌握焊接机器人应用工程成套开发技术、关键设备制造、工程配套、现场运行等技术。即以机器人焊接工艺为龙头,开展焊装线总体设计、线体总控及多机通信、新型焊接机器人用焊接电源、送丝机构、焊缝跟踪系统、机电精度、控制技术等的开发及完善化,以儿条焊装生产线的全套应用及其可靠性作为主攻目标。

90年代后半期(九五”期间),应是实现国产机器人的商品化,为产业化奠定基础的时期。国内机器人专家已作过一些预研,认为“九五”应继续开发和完善喷涂、点焊、弧焊、搬运等机器人系统应用成套技术,形成交钥匙工程。在掌握机器人开发技术和应用技术的基础上,进一步开拓市场,扩大应用领域,从汽车制造业逐步扩展到其它制造业并渗透到非制造业领域,开发第二代工业机器人及各类适合国情的经济型机器人,以满足不同行业多层次的需求,开展机器人化柔性装配系统的研究,充分发挥工业机器人在未来CIMS(计算机集成制造系统)中的核心技术作用。在此过程中,嫁接国外技术,促进国际合作,以使我国工业机器人发展站在巨人的肩上,为以后的普及和腾飞奠定坚实的基础。

四、21世纪的发展拓广期

经过1986年到2000年国家863计划的实施,我国机器人技术与自动化工艺装各等方面取得了突破性进展,缩短了同发达国家之间的差距。但在2001年国家“十一五”863计划启动时,同发达国家相比,我国在机器人与自动化装各原创技术研究,高性能工艺装备自主设计和制造,重大成套装各系统集成与开发,高性能基础功能部件批量生产与应用等方面,仍存在较大差距。

从“十一五”开始,863机器人技术课题对机器人技术发展作了重要战略调整,从中纯的机器人技术研发向机器人技术与自动化工业装各扩展,将中心任务定义为“研发和开发面向先进制造的机器人制造中元及系统、自动化装各、特种机器人,促进传统机器的智能化和机器人产业的发展,提高我国自动化技术的整体水平”,并将战略布局调整为。

1)围绕“国家战略必争装各与竞争核心技术”,重点研发深海载人潜器,高精尖数控加工装各,危险作业机器人,反恐防爆机器人,仿人仿生机器人。

2)围绕“提高综合国力,企业竞争力的基础制造装各与成套关键装各制造技术”,重点研究中档数控设备、自动化生产线、工程机械、盾构、医疗机器人等先进工艺设各、关键基础部件。

经过20多年的改革开放建设,我国的经济与技术已经取得了长足的进步和发展,具各了机器人技术腾吃的条件。因此,“十一五”期间将重点开展先进工艺、机构与驱动、感知与信息融合,智能控制与人机交互等共性关键技术的研究,建立智能机器人研发体系;重点研发仿生机器人,危险救灾机器人、医疗机器人以及公共安全等智能系统集成平台,带动关键技术发展,重点发展工业机器人自动化成套技术设各,应用IC、船舶、汽车、轻纺、家电、食品等重点工程或行业,突破国外公司在大规模自动化制造系统中的垄断,促进机器人技术的产业化发展。

3总结

通过对机器人的发展历史的研究,我们可以得出如下结论:随着社会的发展,科学技术的进步,机器人技术的发展速度越来越快,机器人产业也将逐步进入我们生活的每一个角落。

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