先予工業帶您了(le)解什(shén)麽是工業機器(qì)人(rén)
工業機器(qì)人(rén)是面向工業領域的多關(guān)節機械手或多自由度的機器(qì)人(rén)。工業機器(qì)人(rén)是自動執行工作(zuò)的機器(qì)裝置，是靠自身(shēn)動力和控制能(néng)力來(lái)實現(xiàn)各種功能(néng)的一(yī)種機器(qì)。它可以接受人(rén)類指揮，也(yě)可以按照預先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業機器(qì)人(rén)還可以根據人(rén)工智能(néng)技術制定的原則綱領行動。
工業機器(qì)人(rén)由來(lái):
1920年捷克作(zuò)家卡雷爾·查培克在其劇(jù)本《羅薩姆的萬能(néng)機器(qì)人(rén)》中最早使用機器(qì)人(rén)一(yī)詞，劇(jù)中機器(qì)人(rén)“Robot”這(zhè)個(gè)詞的本意是苦力，即劇(jù)作(zuò)家筆下(xià)的一(yī)個(gè)具有人(rén)的外表，特征和功能(néng)的機器(qì)，是一(yī)種人(rén)造的勞力。它是最早的工業機器(qì)人(rén)設想。
20世紀40年代中後期，機器(qì)人(rén)的研究與發明得到了(le)更多人(rén)的關(guān)心與關(guān)注。50年代以後，美國橡樹嶺國家實驗室開始研究能(néng)搬運核原料的遙控操縱機械手，如(rú)圖0.2所示，這(zhè)是一(yī)種主從型控制系統，主機械手的運動。系統中加入力反饋，可使操作(zuò)者獲知施加力的大小，主從機械手之間(jiān)有防護牆隔開，操作(zuò)者可通過觀察窗或閉路(lù)電視(shì)對從機械手操作(zuò)機進行有效的監視(shì)，主從機械手系統的出現(xiàn)為(wèi)機器(qì)人(rén)的産生(shēng)為(wèi)近代機器(qì)人(rén)的設計與制造作(zuò)了(le)鋪墊。
1954年美國戴沃爾最早提出了(le)工業機器(qì)人(rén)的概念，并申請了(le)專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器(qì)人(rén)的關(guān)節，利用人(rén)手對機器(qì)人(rén)進行動作(zuò)示教，機器(qì)人(rén)能(néng)實現(xiàn)動作(zuò)的記錄和再現(xiàn)。這(zhè)就(jiù)是所謂的示教再現(xiàn)機器(qì)人(rén)。現(xiàn)有的機器(qì)人(rén)差不多都采用這(zhè)種控制方式。1959年UNIMATION公司的第一(yī)台工業機器(qì)人(rén)在美國誕生(shēng)，開創了(le)機器(qì)人(rén)發展的新(xīn)紀元。
UNIMATION的VAL（veryadvantagelanguage)語言也(yě)成為(wèi)機器(qì)人(rén)領域最早的編程語言在各大學及科研機構中傳播，也(yě)是各個(gè)機器(qì)人(rén)品牌的最基本範本。其機械結構也(yě)成為(wèi)行業的模闆。其後，UNIMATION公司被瑞士STAUBLI收購(gòu)，并利用STAUBLI的技術優勢，進一(yī)步得以改良發展。日本第一(yī)台機器(qì)人(rén)由KAWASAKI從UNIMATION進口，并由kawasaki模仿改進在國内推廣。
工業機器(qì)人(rén)特點:
戴沃爾提出的工業機器(qì)人(rén)有以下(xià)特點：将數控機床的伺服軸與遙控操縱器(qì)的連杆機構聯接在一(yī)起，預先設定的機械手動作(zuò)經編程輸入後，系統就(jiù)可以離開人(rén)的輔助而獨立運行。這(zhè)種機器(qì)人(rén)還可以接受示教而完成各種簡單的重複動作(zuò)，示教過程中，機械手可依次通過工作(zuò)任務(wù)的各個(gè)位置，這(zhè)些(xiē)位置序列全部記錄在存儲器(qì)内，任務(wù)的執行過程中，機器(qì)人(rén)的各個(gè)關(guān)節在伺服驅動下(xià)依次再現(xiàn)上(shàng)述位置，故這(zhè)種機器(qì)人(rén)的主要技術功能(néng)被稱為(wèi)“可編程”和“示教再現(xiàn)”。
1962年美國推出的一(yī)些(xiē)工業機器(qì)人(rén)的控制方式與數控機床大緻相似，但(dàn)外形主要由類似人(rén)的手和臂組成。後來(lái)，出現(xiàn)了(le)具有視(shì)覺傳感器(qì)的、能(néng)識别與定位的工業機器(qì)人(rén)系統。
當今工業機器(qì)人(rén)技術正逐漸向着具有行走能(néng)力、具有多種感知能(néng)力、具有較強的對作(zuò)業環境的自适應能(néng)力的方向發展。當前，對全球機器(qì)人(rén)技術的發展最有影響的國家是美國和日本。美國在工業機器(qì)人(rén)技術的綜合研究水平上(shàng)仍處于領先地位，而日本生(shēng)産的工業機器(qì)人(rén)在數量、種類方面則居世界首位。
工業機器(qì)人(rén)構造分(fēn)類:
工業機器(qì)人(rén)由主體(tǐ)、驅動系統和控制系統三個(gè)基本部分(fēn)組成。主體(tǐ)即機座和執行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器(qì)人(rén)還有行走機構。大多數工業機器(qì)人(rén)有3～6個(gè)運動自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運動自由度；驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以使執行機構産生(shēng)相應的動作(zuò)；控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信号，并進行控制。
工業機器(qì)人(rén)按臂部的運動形式分(fēn)為(wèi)四種。直角坐标型的臂部可沿三個(gè)直角坐标移動；圓柱坐标型的臂部可作(zuò)升降、回轉和伸縮動作(zuò)；球坐标型的臂部能(néng)回轉、俯仰和伸縮；關(guān)節型的臂部有多個(gè)轉動關(guān)節。
工業機器(qì)人(rén)按執行機構運動的控制機能(néng)，又可分(fēn)點位型和連續軌迹型。點位型隻控制執行機構由一(yī)點到另一(yī)點的準确定位，适用于機床上(shàng)下(xià)料、點焊和一(yī)般搬運、裝卸等作(zuò)業；連續軌迹型可控制執行機構按給定軌迹運動，适用于連續焊接和塗裝等作(zuò)業。
工業機器(qì)人(rén)按程序輸入方式區分(fēn)有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是将計算(suàn)機上(shàng)已編好(hǎo)(hǎo)的作(zuò)業程序文件，通過RS232串口或者以太網等通信方式傳送到機器(qì)人(rén)控制櫃。
示教輸入型的示教方法有兩種：一(yī)種是由操作(zuò)者用手動控制器(qì)(示教操縱盒)，将指令信号傳給驅動系統，使執行機構按要求的動作(zuò)順序和運動軌迹操演一(yī)遍；另一(yī)種是由操作(zuò)者直接領動執行機構，按要求的動作(zuò)順序和運動軌迹操演一(yī)遍。在示教過程的同時(shí)，工作(zuò)程序的信息即自動存入程序存儲器(qì)中在機器(qì)人(rén)自動工作(zuò)時(shí)，控制系統從程序存儲器(qì)中檢出相應信息，将指令信号傳給驅動機構，使執行機構再現(xiàn)示教的各種動作(zuò)。示教輸入程序的工業機器(qì)人(rén)稱為(wèi)示教再現(xiàn)型工業機器(qì)人(rén)。
具有觸覺、力覺或簡單的視(shì)覺的工業機器(qì)人(rén)，能(néng)在較為(wèi)複雜的環境下(xià)工作(zuò)；如(rú)具有識别功能(néng)或更進一(yī)步增加自适應、自學習功能(néng)，即成為(wèi)智能(néng)型工業機器(qì)人(rén)。它能(néng)按照人(rén)給的“宏指令”自選或自編程序去适應環境，并自動完成更為(wèi)複雜的工作(zuò)。
工業機器(qì)人(rén)應用:
工業機器(qì)人(rén)在工業生(shēng)産中能(néng)代替人(rén)做某些(xiē)單調、頻繁和重複的長時(shí)間(jiān)作(zuò)業，或是危險、惡劣環境下(xià)的作(zuò)業，例如(rú)在沖壓、壓力鑄造、熱處理(lǐ)、焊接、塗裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上(shàng)，以及在原子(zǐ)能(néng)工業等部門中，完成對人(rén)體(tǐ)有害物料的搬運或工藝操作(zuò)。
20世紀50年代末，美國在機械手和操作(zuò)機的基礎上(shàng)，采用伺服機構和自動控制等技術，研制出有通用性的獨立的工業用自動操作(zuò)裝置，并将其稱為(wèi)工業機器(qì)人(rén)；60年代初，美國研制成功兩種工業機器(qì)人(rén)，并很快(kuài)地在工業生(shēng)産中得到應用；1969年，美國通用汽車公司用21台工業機器(qì)人(rén)組成了(le)焊接轎車車身(shēn)的自動生(shēng)産線。此後，各工業發達國家都很重視(shì)研制和應用工業機器(qì)人(rén)。
由于工業機器(qì)人(rén)具有一(yī)定的通用性和适應性，能(néng)适應多品種中、小批量的生(shēng)産，70年代起，常與數字控制機床結合在一(yī)起，成為(wèi)柔性制造單元或柔性制造系統的組成部分(fēn)。
國内發展
中國的工業機器(qì)人(rén):
我國工業機器(qì)人(rén)起步于70年代初期，經過20多年的發展，大緻經曆了(le)3個(gè)階段：70年代的萌芽期，80年代的開發期和90年代的适用化(huà)期。
70年代是世界科技發展的一(yī)個(gè)裏程碑：人(rén)類登上(shàng)了(le)月(yuè)(yuè)球，實現(xiàn)了(le)金(jīn)星、火(huǒ)星的軟着陸。我國也(yě)發射了(le)人(rén)造衛星。世界上(shàng)工業機器(qì)人(rén)應用掀起一(yī)個(gè)高潮，尤其在日本發展更為(wèi)迅猛，它補充了(le)日益短缺的勞動力。在這(zhè)種背景下(xià)，我國于1972年開始研制自己的工業機器(qì)人(rén)。
進入80年代後，在高技術浪潮的沖擊下(xià)，随着改革開放(fàng)的不斷深入，我國機器(qì)人(rén)技術的開發與研究得到了(le)政府的重視(shì)與支持。“七五”期間(jiān)，國家投入資金(jīn)，對工業機器(qì)人(rén)及其零部件進行攻關(guān)，完成了(le)示教再現(xiàn)式工業機器(qì)人(rén)成套技術的開發，研制出了(le)噴塗、點焊、弧焊和搬運機器(qì)人(rén)。1986年國家高技術研究發展計劃（863計劃）開始實施，智能(néng)機器(qì)人(rén)主題跟蹤世界機器(qì)人(rén)技術的前沿，經過幾年的研究，取得了(le)一(yī)大批科研成果，成功地研制出了(le)一(yī)批特種機器(qì)人(rén)。
從90年代初期起，我國的國民(mín)經濟進入實現(xiàn)兩個(gè)根本轉變時(shí)期，掀起了(le)新(xīn)一(yī)輪的經濟體(tǐ)制改革和技術進步熱潮，我國的工業機器(qì)人(rén)又在實踐中邁進一(yī)大步，先後研制出了(le)點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業機器(qì)人(rén)，并實施了(le)一(yī)批機器(qì)人(rén)應用工程，形成了(le)一(yī)批機器(qì)人(rén)産業化(huà)基地，為(wèi)我國機器(qì)人(rén)産業的騰飛奠定了(le)基礎。
雖然中國的工業機器(qì)人(rén)産業在不斷的進步中，但(dàn)和國際同行相比，差距依舊明顯。從市(shì)場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō)，更無法相提并論。工業機器(qì)人(rén)很多核心技術，當前我們尚未掌握，這(zhè)是影響我國機器(qì)人(rén)産業發展的一(yī)個(gè)重要瓶頸。
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