工业机器人：吹响自动化时代的号角

工业机器人：吹响自动化时代的号角

引言

机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历40多年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生期、发展期、成熟期三个阶段之后，已成为制造业中不可少的核心装备。作为集控制论、信息技术、传感技术、机械电子、人工智能、材料和仿生学等多学科于一体的高新技术产品，工业机器人是先进制造业中不可替代的高新技术。美国、欧盟、日本、韩国等经济大国，纷纷将发展工业机器人产业上升为国家战略，并以此作为保持和重获制造业、服务业竞争优势的重要手段。在我国，随着劳动力成本的逐步攀升，在大大小小的企业里同样掀起了一股机器人制造热潮。2013年，这股潮流愈演愈烈。

现在，机器人在全国各地取代制造业和配送行业的工人，即便是苹果iPhone的制造商富士康，在继续兴建新工厂、雇佣上千名新工人来生产智能手机的同时，也计划在未来几年内安装100多万个机器人以增补其在中国的劳动力。很多工业机器人生产商称，在很多应用中，机器人的成本比人工要低。美国工厂自动化系统咨询公司计算：以一个工业机器人为例，制造系统的初始成本是25万美元，替代了两名机器操作工人，他们每人年薪5万美元，在制造系统15年的生命周期里，机器人通过取代人工和提高生产率能节省350万美元的开销。

随着人口红利的逐渐下降，企业用工成本不断上涨，利用机器人实现自动化、智能化的生产模式已经成为我国制造产业转型升级的主要途径，2012年中国已成为仅次于日本的全球第二大机器人市场。2002-2012年间中国工业机器人年累计安装量几乎都以超过30%的速度增长，从2002年的2152台发展到2012年的96387台，即便是受金融危机影响的2009年，中国工业机器人累计安装量增长率也达到17.38%。从政策层面来看，国家对机器人产业政策支持力度也在逐步加码。2012年以来，国家部委制定的规划和专项政策陆续出台，使得工业机器人产业的发展轮廓得到进一步的明晰：2012年3月至4月，科技部相继发布《智能制造科技发展"十二五"专项规划》和《服务机器人科技发展"十二五"专项规划》，提出重点研发工业机器人、自动化生产线、流程工业的核心工艺和成套装备，重点发展公共安全机器人、医疗康复机器人、仿生机器人平台和模块化核心部件等；2012年7月，国务院发布《"十二五"国家战略性新兴产业发展规划》，提出要大力推进自动控制系统、工业机器人、关键零部件等装置的开发和产业化；2013年7月，工信部正积极推进工业机器人产业化发展，《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》正上报发改委和科技部及其他有关部委，相关政策出台在即。这一切无不显示，我国已经进入了工业机器人产业化加速发展阶段。

上篇•知识普及篇

1.什么是工业机器人

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。在机电一体化、数字化装备等应用过程中，工业机器人提供了较高的技术附加值和宽广的应用范围。有专家认为，智能机器人技术、3D打印技术和可再生能源的发展可并列为下一次工业革命的序幕

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

2.工业机器人的分类

关于机器人分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分，但根据用途不同，其中的焊接机器人、搬运机器人、喷涂机器人、装配机器人、码垛机器人、切割机器人基本代表了工业生产中最为典型的六类应用模式。

2.1焊接机器人

焊接机器人是从事焊接的工业机器人，为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接轴，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。

1焊接机器人

焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。丰田公司已决定将点焊作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。用这种技术可以提高焊接质量，甚至试用它来代替某些弧焊作业。在短距离内的运动时间也大为缩短。该公司最近推出一种高度低的点焊机器人，用它来焊接车体下部零件。这种矮小的点焊机器人还可以与较高的机器人组装在一起，共同对车体上部进行加工，从而缩短了整个焊接生产线长度。国内生产的桑塔纳、帕萨特、别克、赛欧、波罗等后桥、副车架、摇臂、悬架、减振器等轿车底盘零件大都是以MIG焊接工艺为主的受力安全零件，主要构件采用冲压焊接，板厚平均为1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接头形式为主，焊接质量要求相当高，其质量的好坏直接影响到轿车的安全性能。应用机器人焊接后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性和降低劳动强度，改善了劳动环境。

2.2喷涂机器人

喷涂机器人又叫喷漆机器人，KUKA机器人维修，是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集团）发明。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。

2喷涂机器人

2.3搬运机器人

搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。最早的搬运机器人出现在1960年的美国，Versatran和Unimate两种机器人首次用于搬运作业。搬运作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的搬运机器人逾10万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。

3搬运机器人