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机器人――工厂自动化中的“超人”

发表时间:2009-03-30 11:37:28; 来源:
  20世纪50年代,世界上研制出第一台机器人(Robot)。最初研制出来的是一些仿造人手动作的机械手,用于搬运物件,以代替人手的繁重劳动。其后随着微电子、计算机技术、数控机床等的发展,逐步开发出能独立运动的机器人。由于汽车、电子元件等自动化生产的不断发展,机器人迅速得到应用和推广。20世纪80年代末期,世界经济兴旺发达,对数控机床、FMS(柔性制造系统)、CIMS(计算机集成制造系统)、FA(工厂自动化)、CMS(计算机集成制造系统)的研究进一步发展,技术水平上迅速提高。但到了20世纪90年代初,经济出现衰退,FMS、CIM因价格过高,再加上许多关键技术尚不成熟,机器人的研制又进入低潮。
 进入21世纪,世界经济开始复苏,数控机床得以加速发展,机器人与数控机床不断加以结合使用,技术水平也随之发展、提高,同时在汽车制造和技术自动化领域中,机器人的科研活动和产量也不断增多。在世界四大国际机床展上,新开发的机器人展品不断增多。特别是在近年举行的EMO(欧洲国际机床展)、JIMTOF(日本国际机床展),机器人展品尤为引人瞩目。2006年举行的JIMTOF展上,有32台展品; 2008年举行的JIMTOF展上,机器人展品增加到58台。而据国际机器人联盟(IFR)统计报道:2007年世界产业机器人约有100万台在使用,预计2011年,世界一些主要国家生产的产业机器人台数有望增加。预计日本约生产3.8万台,美国、德国各生产约1.5万台,韩国1.1万台,中国5100台,意大利5000台,加拿大2500台,台湾4000台,西班牙2500台,中东欧1000台等。
 机器人在机器制造等各行业的应用中具有许多优点:高速化、智能化、多用途化、集成化、耐久性等。目前已开发出能搬运1吨工件、能连续自动化工作720小时的机器人,远远超过人的体力。预计在将来人类发展工厂自动化、实现自动化生产的过程中,不仅可代替熟练工人,而且能够在许多危险、高速、特种工作条件下,完成人所不能完成的工作。虽然在目前世界经济危机中,对机器人的市场需求乃至生产使用,都可能会一时减少,但在未来经济复苏时期,技术、生产进一步发展后,它将发挥出极其重要的特殊性作用。因此,从科学发展观、长远发展观、战略技术观来看,我国对机器人――未来工厂自动化中的“超人”,应给予高度的重视。


机器人种类繁多用途日益广泛


  时至今日,人类已研制出种类繁多、用途广泛的机器人。随着科技的发展,各项技术的深入合作,机器人的研究还会不断向前发展。


  目前,机器人的大小、种类、功能各不相同。有固定机器人,也有移动机器人;有的机器人装有感知装置,如视觉、听觉传感器;大的机器人能搬运1.2吨的重物,小的机器人能进入人体疏通血管;有的机器人能在宇宙飞行器上进行体外机械修理,有的能够在深海探宝,有的能对人体进行手术,有的能拉小提琴进行表演。除了以上领域之外,机器人还可在核电危险区域代替人工作,甚至未来战场上进行作战。产业机器人在汽车工业中,已较广泛使用,进行焊接、喷涂、装配、检验、搬运以及替代人手的各种工作。在工厂自动化作业中,目前日本的山马扎克公司与发那科公司合作,已开发出ROBOT-CELL型机器人,在工厂中加工主轴零件,实现720小时连续自动化工作,生产的40#小型卧式加工中心,有约30%~40%由机器人来实现自动化加工。他们还开发出7轴控制的机器人,模仿人手可伸入凹形口袋中,在汽车装配线上代替人手工作。国际机器人联盟2008年对世界进行调查后公布的数字表明,最近30年中,产业机器人的使用在数量、技术上发展迅速:1973年机器人使用3000台,19836.6万台,199045万台,199560万台,200075万台,200592万台,2007年约100万台,预计2011年可达120万台。产业机器人以外的服务机器人使用的数量更多,2007年约550万台,2011年可能达1700万台。

未来机器人的技术发展趋势


 

  世界目前处于经济危机阶段,资金短缺、市场需求紧缩,NC机床,机器人等的产量、需求量、消费量会相应减少。NC机床、机器人市场繁荣与否,与经济状况息息相关。随着世界经济加强合作,科技不断向前发展,预测到21世纪中后期,科学技术、机器人应用都会呈螺旋式向前发展。未来机器人技术将随着机、电、液、气、光、微电子、计算机技术的发展,特别是NC机床、NC检测系统新技术的开发创新而向前发展,进一步提高其精度、速度以及自动化、高速化、智能化、环保化、集成化水平。其中技术关键主要有三大方面:一为拟人的视觉、听觉、感觉传感器;二为智能化控制技术;三为各种大小不同、类别不同的机器人的驱动装置。在机器人的视觉、听觉、感觉传动器开发方面,主要是要达到“人”、“超人”的水平。人是最灵敏、智能的,如何开发出各种高精度、高灵敏度、高智能化的传感器是机器人研究的一个关键。以相当于人的眼睛、耳朵、神经的传感器,收集外界的各种信息,在避免失误的前提下,如人之防止失误、碰撞、摔跤等,提高可能性、稳定性、安全性,最终才能做出正确的反应。传感器收集外界各种信息进行处理,相当于人的感觉,而机器人的智能化控制技术,则是经过感觉后的分析、判断和决策,这与NC机床的控制系统(NC系统)智能化发展密切相关。在工厂自动化中,虽然目前已经有许多不同厂家生产的NC机床、机器人控制器能够一体化协调工作,但相关的协调工作还需要进一步加强。目前机器人联盟正在研究开发统一的标准接口,便于各种异体能够融合在一个大自动化工厂体中和谐工作。其三,机器人要能灵敏、自如、智能化工作,必须要有各种合适的高效、高自动化的驱动装置,一如人的手、足、躯干各个不同环节受大脑控制的状况。上述三项关键技术,既彼此独立又相互关联,其最终的解决方法取决于人的知识以及科技的发展程度。

根据目前人类科技水平,可以预测在21世纪第一阶段30年(2000-2030年),机器制造仍以发展单台NC机床进行柔性生产自动化为主,在技术上逐步开发“超人”组成“加工单元”(CELL),甚至由2~3NC机床组成短线生产线,个别情况下也可发展FMS。在第二阶段30年(2031-2060年),NC机床“超人”在技术上更加先进、成熟,以加工单元为基础,发展大小不同的制造系统如FTL(柔性加工自动线)FMSCIM等。在第三阶段40年(2061-2100年),当技术不断进步、经济更加兴旺发达、资金更加充裕之时,将一些加工单元、FMSCIM进一步完善,发展成FACIMCIMS,这时世界上的机器人,将逐步替代人,而真正成为自动化工厂的“超人”。


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