第一篇漫談篇——工業(yè)機(jī)器人世界漫游

任務(wù)一現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史第一篇漫談篇——工業(yè)機(jī)器人世界漫游

2015年5月19日，國務(wù)院印發(fā)了《中國制造2025》規(guī)劃，部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略。這是我國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)，這是中國版“工業(yè)4.0計(jì)劃”?！吨袊圃?025》提出，堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”的基本方針，堅(jiān)持“市場主導(dǎo)、政府引導(dǎo)，立足當(dāng)前、著眼長遠(yuǎn)，整體推進(jìn)、重點(diǎn)突破，自主發(fā)展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)：第一步，到2025年邁入制造強(qiáng)國行列；第二步，到2035年我國制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國陣營中等水平；第三步，到新中國成立一百年時(shí)，我制造業(yè)大國地位更加鞏固，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國前列。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史《中國制造2025》的戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)是：提高國家制造業(yè)創(chuàng)新能力，推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合，強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)能力，加強(qiáng)質(zhì)量品牌建設(shè)，全面推行綠色制造，大力推動(dòng)十大重點(diǎn)領(lǐng)域（圖1-1），深入推進(jìn)制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，積極發(fā)展服務(wù)型制造和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，提高制造業(yè)國際化發(fā)展水平。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-1《中國制造2025》重點(diǎn)發(fā)展十大領(lǐng)域放眼世界，每次工業(yè)革命引發(fā)了生產(chǎn)組織形式和意識形態(tài)的變化，從農(nóng)業(yè)化走向工業(yè)化，從機(jī)械時(shí)代走向電氣時(shí)代，從傳統(tǒng)能源走向新能源，從勞動(dòng)力密集型走向自動(dòng)化信息化。從傳統(tǒng)的工業(yè)革命概念，引申出科技革命、信息革命、資訊革命等概念，這些都是高科技開發(fā)與發(fā)明，是未來支柱企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。圖1-2所示為現(xiàn)代工業(yè)革命發(fā)展史。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-2現(xiàn)代工業(yè)革命發(fā)展史第一次工業(yè)革命是指十八世紀(jì)末，以瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)明和廣泛使用為樞紐，到19世紀(jì)30、40年代機(jī)器制造業(yè)機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)為基本完成的標(biāo)志。大機(jī)器工業(yè)代替手工業(yè)，機(jī)器工廠代替手工工場，最典型的是英國人斯蒂芬孫研制了第一臺(tái)蒸汽機(jī)車（圖1-3），美國人富爾敦制造了第一艘汽船（圖1-4）。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-3第一臺(tái)蒸汽機(jī)車圖1-4第一艘汽船第二次工業(yè)革命是指19世紀(jì)中期，隨著歐美和日本的資產(chǎn)階級革命的完成，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也開始第二次工業(yè)革命。德國人西門子制成了發(fā)電機(jī)，內(nèi)燃機(jī)的創(chuàng)制和使用，電器開始用于代替機(jī)器，成為補(bǔ)充和取代以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的新能源；新通訊手段的發(fā)明，化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，鋼鐵等傳統(tǒng)工業(yè)的進(jìn)步，人類進(jìn)入了“電氣時(shí)代”。最典型的是美國人愛迪生發(fā)明了電燈（圖1-5），美國人莫爾斯制成一臺(tái)電磁式的電報(bào)機(jī)（圖1-6）。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-5愛迪生發(fā)明了電燈

圖1-6莫爾斯電報(bào)機(jī)發(fā)報(bào)第三次工業(yè)革命是指20世紀(jì)六十年代開始，以原子能、電子計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和應(yīng)用為主要標(biāo)志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域的一場信息控制技術(shù)革命。最典型的是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用（圖1-7）和綠色能源廣泛使用（圖1-8）。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-7工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用圖1-8綠色能源應(yīng)用第四次工業(yè)革命起源于2006年德國政府頒布的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》，該戰(zhàn)略文件重點(diǎn)是《未來項(xiàng)目“工業(yè)4.0”》，其他國家也相繼出臺(tái)文件。自2008年金融危機(jī)起遇到了產(chǎn)業(yè)空心化，鑒于在其GDP總量中服務(wù)業(yè)占比70%而制造業(yè)僅占12%的不平衡結(jié)構(gòu)，美國提出“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃”，旨在振興“美國制造”。英國2013年10月提出《英國工業(yè)2050戰(zhàn)略》，中國在2014年7月編制《中國制造2025》規(guī)劃，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整站在了制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的十字路口，中國第一次與發(fā)達(dá)國家站在同一起跑線上。未來制造業(yè)將回歸各國戰(zhàn)略重心，成為全球經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長的重要引擎。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—CPS信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem）相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型?！肮I(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價(jià)值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史“工業(yè)4.0”的三大主題：智能工廠、智能生產(chǎn)和智能物流。圖1-9是2014年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)，主題定為“融合的工業(yè)——下一步”，反映出展會(huì)對生產(chǎn)集成化及其對行業(yè)未來影響的重視。圖1-10是位于德國安貝格的西門子智能工廠。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-92014年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)

圖1-10西門子智能工廠中國制造模式面臨著三大困境：①勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)性短缺，人口紅利到期，勞動(dòng)力效率低；②高成本、低附加值；③單位GDP耗能高：8倍于日本、4倍于美國、2倍于韓國，資源環(huán)境無以為繼。中國制造模式難以持續(xù)，急需轉(zhuǎn)型，機(jī)器換人勢在必行。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史謝

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任務(wù)二機(jī)器人大事件第一篇漫談篇——工業(yè)機(jī)器人世界漫游

世界機(jī)器人之父恩格爾伯格先生認(rèn)為，機(jī)器人目前尚沒有準(zhǔn)確的定義，但有一點(diǎn)可以確定，即機(jī)器人不一定像人，但能替代人工作。美國不僅將工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人看做是機(jī)器人，還將無人機(jī)、水下潛器、月球車甚至巡航導(dǎo)彈等都看做是機(jī)器人。1.2機(jī)器人大事件機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算器、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。它一般由機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種綜合了人和機(jī)器特長、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化裝置。它既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，可以用來完成人類無法完成的任務(wù)，其應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。1.2機(jī)器人大事件機(jī)器人發(fā)展大事件

三千多年前的西周時(shí)代，我國就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者”，這可能是世界上最早的“機(jī)器人”；1921年，一部關(guān)于機(jī)器人題材的演出在布拉格國家大劇院首度上演，捷克劇作家恰佩克在他的幻想劇《羅薩姆萬能機(jī)器人公司》中塑造的主人公羅伯特（Robot），是一位忠誠勤勞的機(jī)器人，此后羅伯特（Robot）成了國際公認(rèn)的機(jī)器人的代名詞；1939年，美國紐約世博會(huì)上展出了西屋電氣公司制造的家用機(jī)器人Elektro；1942年，美國科幻巨匠阿西莫夫提出“機(jī)器人三定律”；1954年，美國電子學(xué)家德沃爾研制出一種類似人手臂的可編程機(jī)械手；1.2機(jī)器人大事件1958年，美國物理學(xué)家英格伯格與德沃爾聯(lián)手，于1958年研制出世界上第一臺(tái)真正實(shí)用的工業(yè)機(jī)器人，成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠“尤尼梅遜”公司，英格爾伯格因此被稱為工業(yè)機(jī)器人之父；1962年，美國AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”（意思是萬能搬運(yùn)），成為真正商業(yè)化的機(jī)器人；1965年，美國約翰.霍普金斯大學(xué)研制出“有感覺”Beast機(jī)器人；1968年，美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機(jī)器人Shakey，算是世界第一臺(tái)職能機(jī)器人；1969年，日本早稻田大學(xué)研發(fā)出第一臺(tái)以雙腳走路的機(jī)器人；1980年，日本迅速普及工業(yè)機(jī)器人，“機(jī)器人元年”；1.2機(jī)器人大事件1996年，瑞典家電巨頭伊萊克斯(Electrolux)制造了世界上第一臺(tái)量產(chǎn)型掃地機(jī)器人的原型——“三葉蟲”；1997年，機(jī)器人足球世界杯賽橫空出世；1997年，自主式機(jī)器人車輛“索杰納”登上火星的自主式機(jī)器人車輛；1997年，IBM公司開發(fā)出來的"深藍(lán)"戰(zhàn)勝棋王卡斯帕羅夫，這是機(jī)器人發(fā)展的里程碑。1997年，日本本田公司率先研制出了第一臺(tái)類人型步行機(jī)器人樣機(jī)P3；1997年，我國6000米無纜水下機(jī)器人試驗(yàn)應(yīng)用成功，標(biāo)志著我國水下機(jī)器人技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平；1.2機(jī)器人大事件2000年，我國獨(dú)立研制的第一臺(tái)具有人類外形、能模擬人類基本動(dòng)作的類人型機(jī)器人在長沙國防科技大學(xué)問世；2001年，美國麻省理工學(xué)院研發(fā)出了世界上第一個(gè)有模擬感情的機(jī)器人；2003年，機(jī)器人參與火星探險(xiǎn)計(jì)劃，兩臺(tái)漫游者機(jī)器人探索火星表面和地質(zhì)任務(wù)；2003年，德國庫卡公司（KUKA）開發(fā)出第一臺(tái)娛樂機(jī)器人Robocoaster；2004年，日本安川（Motoman）機(jī)器人公司開發(fā)了改進(jìn)的機(jī)器人控制系統(tǒng)（NX100），它能夠同步控制四臺(tái)機(jī)器人，可達(dá)38軸；2008年，世界上第一例機(jī)器人切除腦瘤手術(shù)成功，施行手術(shù)的是卡爾加里大學(xué)醫(yī)學(xué)院研制的“神經(jīng)臂”；1.2機(jī)器人大事件2008年，我國首臺(tái)家用網(wǎng)絡(luò)智能機(jī)器人——塔米（Tami）在北京亮相；2009年，瑞典ABB公司推出了世界上最小的多用途工業(yè)機(jī)器人IRB120；2011年，世界第一臺(tái)仿人型機(jī)器人進(jìn)入太空；2014年，我國首條“機(jī)器人制造機(jī)器人”生產(chǎn)線投產(chǎn)；2015年，我國研制出世界首臺(tái)自主運(yùn)動(dòng)可變形液態(tài)金屬機(jī)器；2017年，“索菲亞”在沙特阿拉伯首都利雅得舉行的“未來投資倡議”大會(huì)上獲得了沙特公民身份，也是史上首位獲得公民身份的機(jī)器人；1.2機(jī)器人大事件2018年，美國馬薩諸塞州的波士頓動(dòng)力（BostonDynamics）的Atlas做跑酷（圖1-11）、進(jìn)行倒車或慢跑，SpotMini開門（圖1-12），憑借其炫技又吸睛的機(jī)器人產(chǎn)品為世界贏得了驚喜；2018年，央視春晚上百輛百度阿波羅（Apollo）無人車隊(duì)在港珠澳大橋上穿行而過，并完成了8字交叉跑的高難度動(dòng)作，為全國的觀眾帶來了一場極具視覺震撼的黑科技表演；1.2機(jī)器人大事件2019年，我國的中興和新松聯(lián)合推出5G智慧工廠的“5G+AR+協(xié)作機(jī)器人”；2020年，ABB推出了適用于嚴(yán)苛工作環(huán)境的新版IRB1100機(jī)器人和OmniCore控制器，增強(qiáng)了其防水和防塵保護(hù)設(shè)計(jì)；2021年，工業(yè)和信息化部等十五部門聯(lián)合印發(fā)《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》；2022年，國內(nèi)首個(gè)工業(yè)級5G智能機(jī)器人聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室落成儀式成功舉行，該實(shí)驗(yàn)室由珞石機(jī)器人與中科晶上共同建設(shè)成立，雙方基于工業(yè)5級研發(fā)建設(shè)G智能芯片機(jī)器人，解決了中國機(jī)器人和芯片領(lǐng)域的雙重問題“卡脖子”技術(shù)問題，共同推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。1.2機(jī)器人大事件1.2機(jī)器人大事件圖1-11波士頓動(dòng)力Atlas做跑酷圖1-12波士頓動(dòng)力SpotMini開門謝

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任務(wù)三機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用第一篇漫談篇——工業(yè)機(jī)器人世界漫游

機(jī)器人改變了生產(chǎn)方式，帶來了制造業(yè)模式的變革。新一輪工業(yè)革命呼喚著機(jī)器人發(fā)展，勞動(dòng)力成本不斷上升加速機(jī)器人需求，新技術(shù)進(jìn)步提升機(jī)器人性能，客戶化定制依賴于機(jī)器人制造。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用為了避免危險(xiǎn)惡劣的工作環(huán)境導(dǎo)致的工傷事故和職業(yè)病，保護(hù)工人的身心安全，對一些特殊工種，工作量大，環(huán)境惡劣，危險(xiǎn)性，人類無法涉足的工作領(lǐng)域都可由工業(yè)機(jī)器人代替。在制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造（沖壓、壓鑄、鍛造等）、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。圖1-13和圖1-14是應(yīng)用最廣泛的裝配和碼垛機(jī)器人。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-13裝配機(jī)器人圖1-14碼垛機(jī)器人機(jī)器人作為現(xiàn)代制造業(yè)主要的自動(dòng)化裝備，已廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機(jī)械、電子信息、家電、化工等行業(yè)，進(jìn)行焊接、裝配、搬運(yùn)、加工、噴涂、碼垛等復(fù)雜作業(yè)。全世界投入使用的機(jī)器人數(shù)量近年來快速增加，目前，日本實(shí)際裝配的機(jī)器人總量占世界總量的一半。裝配是日本機(jī)器人的最大應(yīng)用領(lǐng)域，它擁有的機(jī)器人占總數(shù)的42%；焊接是應(yīng)用的第二大領(lǐng)域，占機(jī)器人總數(shù)的19%；注塑是第三大應(yīng)用領(lǐng)域，占機(jī)器人總數(shù)約12%，機(jī)加工次之為8%。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3.1工業(yè)機(jī)器人在汽車制造中的應(yīng)用汽車工業(yè)4.0是依托信息物理系統(tǒng)（CPS）和信息通訊技術(shù)相結(jié)合使汽車車間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、互聯(lián)網(wǎng)化得汽車生產(chǎn)制造過程，包括無線射頻技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)、在線條碼、二維碼比對、影像識別、機(jī)器人等技術(shù)應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人是汽車生產(chǎn)中非常重要的設(shè)備，各個(gè)部件的生產(chǎn)都需要有工業(yè)機(jī)器人的參與。工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上工作主要有弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)、噴漆、檢測、碼垛、研磨拋光和激光加工等復(fù)雜作業(yè)。圖1-15為工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上常見的4類工作。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用（a）搬運(yùn)機(jī)器人（b）焊接機(jī)器人（c）裝配機(jī)器人（d）噴涂機(jī)器人圖1-15工業(yè)機(jī)器人在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用我們來舉幾個(gè)例子，在汽車生產(chǎn)中的車身生產(chǎn)中，有大量壓鑄，焊接，檢測等應(yīng)用，這一些目前均由工業(yè)機(jī)器人參與完成，特別是焊接線，一條焊接線就有大量的工業(yè)機(jī)器人，所以一般現(xiàn)在的一些領(lǐng)導(dǎo)參觀，多為去焊接車間，一排機(jī)器人，相當(dāng)壯觀，同時(shí)也顯示出自動(dòng)化的程度相當(dāng)?shù)母撸黄噧?nèi)飾生產(chǎn)，汽車內(nèi)飾相當(dāng)?shù)亩?，最主要的則是儀表盤，而儀表盤的制作，則需要表皮弱化機(jī)器人，發(fā)泡機(jī)器人，最后的產(chǎn)品切割機(jī)器人，汽車車身的噴涂，這一塊由于工作量大，危險(xiǎn)性，大量的也都由工業(yè)機(jī)器人代替。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用一、焊接機(jī)器人在汽車底盤焊接中的應(yīng)用國內(nèi)生產(chǎn)的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件，主要構(gòu)件采用沖壓焊接,板厚平均為1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高，其質(zhì)量的好壞直接影響到轎車的安全性能。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用焊接機(jī)器人最適合于多品種高質(zhì)量生產(chǎn)方式，目前已廣泛應(yīng)用在汽車制造業(yè)，汽車底盤、座椅骨架、導(dǎo)軌、消聲器以及液力變矩器等焊接件均使用了機(jī)器人焊接，尤其在汽車底盤焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，如圖1-16所示。應(yīng)用機(jī)器人焊接后，大大提高了焊接件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，并保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-16焊接機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上按照焊接機(jī)器人系統(tǒng)在汽車底盤零部件焊接的夾具布局的不同特點(diǎn)，及外部軸等外圍設(shè)施的不同配置，焊接機(jī)器人系統(tǒng)可分為以下幾種形式。（1）滑軌+焊接機(jī)器人的工作站；（2）單（雙）夾具固定式+焊接機(jī)器人工作站；（3）帶變位機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)+焊接機(jī)器人工作站；（4）搬運(yùn)機(jī)器人+焊接機(jī)器人工作站；（5）協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)式外軸+焊接機(jī)器人工作站；（6）機(jī)器人焊接自動(dòng)線；（7）焊接機(jī)器人柔性系統(tǒng)。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用二、KUKA機(jī)器人在寶馬汽車的應(yīng)用現(xiàn)代汽車制造業(yè)不斷向“準(zhǔn)時(shí)化”和“精益生產(chǎn)”的方向發(fā)展，這對設(shè)備的快速響應(yīng)、柔性化、集成化和多任務(wù)處理的能力提出了更高要求。為迎合這種需求，庫卡公司另辟蹊徑，突破傳統(tǒng)的機(jī)器人協(xié)同工作組概念，以單個(gè)機(jī)器人作為獨(dú)立的控制對象。把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的概念引入到機(jī)器人協(xié)同工作組控制中，對機(jī)器人協(xié)同工作組的功能和工作模式進(jìn)行了歷史性的革新，使得15臺(tái)機(jī)器人同步工作成為可能，完全顛覆了傳統(tǒng)汽車制造中以工位為目標(biāo)單位的工藝格局，汽車的柔性化生產(chǎn)提高到了一個(gè)空前的高度。庫卡焊接、裝配機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用如圖1-17和圖1-18所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-17KUKA焊接機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用圖1-18KUKA裝配機(jī)器人在汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用寶馬公司為其在雷根斯堡的工廠尋找一種自動(dòng)化解決方案用以傳送寶馬1系列及3系列車型的整個(gè)前后軸以及車門。該方案選擇了三臺(tái)庫卡機(jī)器人，包括一臺(tái)KR500及兩臺(tái)KR360來傳送前后軸。KR500從裝配系統(tǒng)中取出已裝配好的前軸并將其置于裝配總成支架上，在那里前軸將被裝配到傳動(dòng)桿上。KR500的多用夾持器適用于1、3系列所有車型專有的軸。此外，整個(gè)夾持器還滿足了寶馬公司的要求，即能夠在傳送過程中使軸的活動(dòng)部分保持在規(guī)定的位置。由此，機(jī)器人可將所有需要裝配的部件在轉(zhuǎn)配總成支架上準(zhǔn)確定位。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用兩臺(tái)重載型機(jī)器人KR36傳送后軸。第一臺(tái)KR360從裝配系統(tǒng)中取出軸并將其置于多用工件托架的存儲(chǔ)器內(nèi)。第二臺(tái)KR360從存儲(chǔ)器中取出軸并將其置于裝配總成支架上。如同前軸的情況，放置后軸時(shí)所需達(dá)到的精確位置可通過一個(gè)感知器測量系統(tǒng)得到。為使KR360能夠在最佳的位置上完成所需的工作，它被安裝在一個(gè)一米半高的底座之上。由于機(jī)器人控制系統(tǒng)將夾持器作為第七條軸來移動(dòng)，因此KR360就有能力將客車車軸舉到輪轂處而不受輪距的限制。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用在傳送車門方面，四臺(tái)裝配有400mm延長臂的KR150，每兩臺(tái)作為一組，可以替代數(shù)目相同的提升站以及所屬用以交接的機(jī)械裝置。在兩個(gè)機(jī)器人小組內(nèi)部，一臺(tái)機(jī)器人負(fù)責(zé)前門，另一臺(tái)負(fù)責(zé)后門，如圖1-19所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-19KUKA裝配機(jī)器人裝配車門當(dāng)一輛帶著空運(yùn)輸?shù)跫艿碾妱?dòng)鋼索吊車停在工位內(nèi)時(shí)，機(jī)器人的工作就可以開始了。有關(guān)的KR150將其夾持器擺動(dòng)著伸入貨物承裝工具內(nèi)部，將其從電動(dòng)鋼索吊車上取下并置于下一層以做好裝料準(zhǔn)備。兩個(gè)在此工作的工作人員為吊架的兩側(cè)都裝上相應(yīng)車身的車門。之后，機(jī)器人將貨物承裝工具移回上一層并將其重新放回電動(dòng)鋼索吊車。如圖1-12所示，由于機(jī)器人重復(fù)精度高，就可以避免對車門及電動(dòng)鋼索吊產(chǎn)生損傷。由于對機(jī)器人可進(jìn)行自由編程，因此整個(gè)設(shè)備也具有很高的靈活性。除此之外，庫卡公司還可以滿足寶馬公司對夾持器的要求--設(shè)計(jì)簡單且安全可靠。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3.2工業(yè)機(jī)器人在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用一、碼垛機(jī)器人國內(nèi)的物流行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了準(zhǔn)高速增長階段。傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備可能已經(jīng)不能滿足企業(yè)日益增長的生產(chǎn)需求。以碼垛設(shè)備為例，機(jī)械式碼垛機(jī)，具有占地面積大、程序更改復(fù)雜、耗電量大等缺點(diǎn)；采用人工搬運(yùn)，勞動(dòng)量大，工時(shí)多，無法保證碼垛質(zhì)量，影響產(chǎn)品順利進(jìn)入貨倉，可能有百分之五十的產(chǎn)品由于碼垛尺寸誤差過大而無法進(jìn)行正常存儲(chǔ)，還需要重新整理。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用目前歐、美、日的碼垛機(jī)器人在碼垛市場的占有率超過了90%，絕大數(shù)碼垛作業(yè)由碼垛機(jī)器人完成。碼垛機(jī)器人能適應(yīng)于紙箱、袋裝、罐裝、箱體、瓶裝等各種形狀的包裝成品碼垛作業(yè)，如圖1-20所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-20碼垛機(jī)器人在包裝生產(chǎn)線上碼垛機(jī)器人通過檢測吸盤和平衡氣缸內(nèi)氣體壓力，能自動(dòng)識別機(jī)械手臂上有無載荷，并經(jīng)氣動(dòng)邏輯控制回路自動(dòng)調(diào)整平衡氣缸內(nèi)的氣壓，達(dá)到自動(dòng)平衡的目的。工作時(shí)，重物猶如懸浮在空中，可避免產(chǎn)品對接時(shí)的碰撞。在機(jī)械手臂的工作范圍內(nèi)，操作人員可將其前后左右上下輕松移動(dòng)到任何位置，人員本身可輕松操作。同時(shí)，氣動(dòng)回路還有防止誤操作掉物和失壓保護(hù)等連鎖保護(hù)功能。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用碼垛機(jī)器人能將不同外形尺寸的包裝貨物，整齊、自動(dòng)地碼（或拆）在托盤上（或生產(chǎn)線上等）。為充分利用托盤的面積和碼堆物料的穩(wěn)定性，機(jī)器人具有物料碼垛順序、排列設(shè)定器?？蓾M足從低速到高速，從包裝袋到紙箱，從碼垛一種產(chǎn)品到碼垛多種不同產(chǎn)品。先進(jìn)的大型碼垛機(jī)器人如圖1-21所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-21大型碼垛機(jī)器人二、自動(dòng)導(dǎo)引車AGV是自動(dòng)導(dǎo)引車（AutomatedGuidedVehicle）的英文縮寫，是指具有磁條，軌道或者激光等自動(dòng)導(dǎo)引設(shè)備，沿規(guī)劃好的路徑行駛，以電池為動(dòng)力，并且裝備安全保護(hù)以及各種輔助機(jī)構(gòu)（例如移載，裝配機(jī)構(gòu)）的無人駕駛的自動(dòng)化車輛，如圖1-22所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-22自動(dòng)導(dǎo)引車

通常多臺(tái)AGV與控制計(jì)算機(jī)（控制臺(tái)），導(dǎo)航設(shè)備，充電設(shè)備以及周邊附屬設(shè)備組成AGV系統(tǒng)，其主要工作原理表現(xiàn)為在控制計(jì)算機(jī)的監(jiān)控及任務(wù)調(diào)度下，AGV可以準(zhǔn)確的按照規(guī)定的路徑行走，到達(dá)任務(wù)指定位置后，完成一系列的作業(yè)任務(wù)，控制計(jì)算機(jī)可根據(jù)AGV自身電量決定是否到充電區(qū)進(jìn)行自動(dòng)充電。根據(jù)導(dǎo)航方式的不同，目前AGV產(chǎn)品可分為：磁導(dǎo)航AGV和激光導(dǎo)航AGV（又稱LGV）。在物流領(lǐng)域里，根據(jù)工作方式的不同，AGV有叉車式運(yùn)輸型AGV、搬運(yùn)型AGV、重載AGV、智能巡檢AGV、特種AGV以及簡易AGV（又稱AGC）等。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用當(dāng)前的智能物流機(jī)器人CPU性能越來越高，控制器內(nèi)部根據(jù)控制功能的不同采取模塊化設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)平衡控制的增強(qiáng)，提高了機(jī)器人加速和加速的時(shí)間，加快了機(jī)器人的動(dòng)作周期，碰撞檢測功能的提高，極大地保護(hù)了機(jī)器人本體和手爪；新開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)功能，作為軟件集成在機(jī)器人系統(tǒng)控制柜中。通過機(jī)器人示教盤監(jiān)控視覺功能的作業(yè)情況。舍去了傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)中PC機(jī)等硬件，大大節(jié)省了成本支出。機(jī)器人已經(jīng)在中國物流行業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，節(jié)約了成本，提高物流效率。智能物流機(jī)器人如圖1-23所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-23智能物流機(jī)器人1.3.3工業(yè)機(jī)器人在能源領(lǐng)域中的應(yīng)用能源裝備自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)已經(jīng)利用先進(jìn)機(jī)器人及自動(dòng)化技術(shù)，開發(fā)各種油田及其它能源行業(yè)自動(dòng)化裝備。例如：應(yīng)用于海上和陸地油氣田的井口管處理機(jī)器人系統(tǒng)，相修井作業(yè)管桿自動(dòng)操作機(jī)、自動(dòng)修井機(jī)、勘察船抓管機(jī)器人、鉆臺(tái)機(jī)器人、二層平臺(tái)操作機(jī)器人等，還有像應(yīng)用于發(fā)電廠和變電站的巡視機(jī)器人等。用于完成高勞動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)境惡劣的場合。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用一、折臂抓管機(jī)器人折臂抓管機(jī)器人主要安裝在船甲板或海洋鉆井平臺(tái)上，采用機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)，與鷹爪機(jī)之間協(xié)調(diào)配合工作，將管場中水平放置的鉆桿移運(yùn)到井口，翻轉(zhuǎn)為豎直狀態(tài)；或者將井口上方拆卸下的豎直鉆桿，翻轉(zhuǎn)并移運(yùn)到管場。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用在運(yùn)移過程中，鉆桿質(zhì)心軌跡保持為平行或垂直船軸線，并且鉆桿軸線與船軸線保持平行，實(shí)現(xiàn)鉆桿在空間范圍內(nèi)按規(guī)劃軌跡的移運(yùn)。折臂抓管機(jī)器人在海洋鉆探領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣闊，如圖1-24所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-24抓臂抓管機(jī)器人二、發(fā)電廠、變電站的巡視機(jī)器人長期以來，我國電力行業(yè)沿用的變電站設(shè)備人工巡檢作業(yè)方式，在高壓、超高壓、核力發(fā)電以及惡劣氣象條件下，不僅對人身危害大，而且對電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來一定隱患。工業(yè)巡視監(jiān)控機(jī)器人可代替人工完成電氣設(shè)備的巡檢作業(yè)。工業(yè)監(jiān)控機(jī)器人系統(tǒng)以自主或遙控的方式，在無人值守或少人值守的變電站對室外設(shè)備進(jìn)行巡檢，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的熱缺陷、異物懸掛等設(shè)備異?，F(xiàn)象。它可以通過攜帶的各種傳感器，完成變電站設(shè)備的圖像巡視、一次設(shè)備的紅外檢測等。操作人員只需通過后臺(tái)計(jì)算機(jī)收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、圖像等信息，即可完成發(fā)電廠、變電站的設(shè)備巡視工作。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用巡視機(jī)器人主要應(yīng)用于室外變電站代替巡視人員進(jìn)行巡視檢查。該機(jī)器人系統(tǒng)可以攜帶紅外熱像儀、可見光CCD等有關(guān)的電站設(shè)備檢測裝置，以自主和遙控的方式，代替人對室外設(shè)備進(jìn)行巡測，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的內(nèi)部熱缺陷、外部機(jī)械或電氣問題如：異物、損傷、發(fā)熱、漏油等等，給運(yùn)行人員提供診斷電力設(shè)備運(yùn)行中的事故。如圖1-25所示。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-25自動(dòng)巡視機(jī)器人工業(yè)監(jiān)控機(jī)器人是集機(jī)電一體化技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、視頻采集、紅外探測、穩(wěn)定的無線傳輸技術(shù)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。采用完全自主或遙控方式，沿指定線路自主行走。攜帶的攝像機(jī)作為檢測裝置，用于檢測輸電設(shè)備的損傷情況，并將檢測到的數(shù)據(jù)和圖像信息經(jīng)過無線傳輸發(fā)送到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，后臺(tái)可以接收、顯示和存儲(chǔ)機(jī)器人發(fā)回的數(shù)據(jù)和圖像資料，并對機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)具有遠(yuǎn)程控制和檢測的能力。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：主要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，根據(jù)系統(tǒng)路徑規(guī)劃和遙控指令實(shí)現(xiàn)車體的運(yùn)動(dòng)控制，包括速度、位置控制。如圖1-26所示，機(jī)器人在爬臺(tái)階。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-26自動(dòng)巡視機(jī)器人爬臺(tái)階紅外采集系統(tǒng)：紅外熱像儀是目前利用紅外輻射測溫領(lǐng)域中最先進(jìn)的一種測溫設(shè)備，其結(jié)構(gòu)一般是由三部分組成：紅外探測頭、圖像處理器、監(jiān)視器。紅外成像技術(shù)利用現(xiàn)代高科技手段，在設(shè)備不停電的情況下，即在高電壓，大負(fù)荷的條件下，檢測設(shè)備運(yùn)行狀況，通過對電氣設(shè)備表面溫度的分布及其測試，分析和判斷，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備異常及其缺陷。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用視頻采集系統(tǒng)：通過工業(yè)監(jiān)控機(jī)器人攜帶的攝像頭進(jìn)行視頻圖像的采集，采集模塊將視頻數(shù)據(jù)經(jīng)無線網(wǎng)傳回后臺(tái)，后臺(tái)的視頻處理模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測分析，檢測結(jié)果通過無線網(wǎng)發(fā)回云臺(tái)命令，對監(jiān)控機(jī)器人上的攝像頭進(jìn)行控制。1.3機(jī)器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用謝

謝第一篇漫談篇——工業(yè)機(jī)器人世界漫游

任務(wù)四機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)第一篇漫談篇——工業(yè)機(jī)器人世界漫游

機(jī)器人系統(tǒng)在不斷發(fā)展，并漸漸滲透進(jìn)了人類的諸多生活領(lǐng)域內(nèi)，從制造業(yè)、醫(yī)學(xué)和遠(yuǎn)程探測技術(shù)到娛樂、安全與私人助理等不一而足。下面列舉一些在醫(yī)療、生活、娛樂等行業(yè)的最棒最新的機(jī)器人，它們讓我們看到未來……1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)1.4.1牙疼機(jī)器人牙疼機(jī)器人Hanako（圖7-14）來自日本的醫(yī)生和機(jī)器人研究人員推出了一款仿人機(jī)器人“Hanako”，該機(jī)器人可以通過眨動(dòng)眼睛、以及像病人那樣流口水，甚至可以表達(dá)疼痛的表情。而Hanako可作為牙科學(xué)生的演練工具，以及用來測驗(yàn)和評估牙科學(xué)生的技能水平。1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-27牙疼機(jī)器人Hanako具有女性外形的機(jī)器人Hanako面部表情非常豐富，甚至能夠開口說話：“請多多關(guān)照。”但是，當(dāng)牙科學(xué)生鉆孔時(shí)鉆的過多、或者鉆的地方不對時(shí)，Hanako會(huì)說：“你碰疼我了”，然后不斷的搖動(dòng)其塑料材質(zhì)的頭部。而牙科學(xué)生會(huì)根據(jù)機(jī)器人的表現(xiàn)來做出修正。1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)1.4.2手術(shù)機(jī)器人手術(shù)機(jī)器人是一位醫(yī)這療保健一眼五臂的“醫(yī)生”。有人預(yù)測：“25年后，手術(shù)臺(tái)前也許看不到大夫，主刀的將是機(jī)器人?！比鐖D1-28所示，國內(nèi)首臺(tái)微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人“妙手A”在操作人員的控制下，演示著外科大夫在手術(shù)中常做的操作，對捏、剪切、縫合、打結(jié)等操作。這些都是在和手術(shù)臺(tái)完全獨(dú)立的一部控制器前完成的，手術(shù)臺(tái)前的主刀大夫是一臺(tái)具有一眼——內(nèi)墻窺視鏡，五臂——手持各種手術(shù)器械的機(jī)械手。1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-28手術(shù)機(jī)器人圖1-29是馬薩諸塞州米爾頓的米爾頓醫(yī)院泌尿科醫(yī)生克利福德?格魯克（CliffordGluck）正在操作“達(dá)芬奇”機(jī)器人系統(tǒng)。1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-29“達(dá)芬奇”機(jī)器人1.4.3服務(wù)員機(jī)器人在泰國首都曼谷的一家日本餐館，機(jī)器人服務(wù)員為客人上菜。這家日本餐館是泰國首家擁有機(jī)器人服務(wù)員的餐館，顧客可以通過電子觸摸屏進(jìn)行點(diǎn)菜，機(jī)器人則會(huì)帶來相應(yīng)的服務(wù)。機(jī)器人服務(wù)員能有節(jié)奏地跳舞，還可以自動(dòng)到餐桌為客人收走空盤子。如圖1-30所示。1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-30機(jī)器人服務(wù)員如圖1-31所示，日本東京的早稻田大學(xué)機(jī)械工程系實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的“機(jī)器人21”，它的指間正在靈巧地抓取一根吸管，展示出它對細(xì)小物體的操縱能力。菅野茂樹(ShigekiSugano)博士領(lǐng)導(dǎo)早稻田大學(xué)的一個(gè)科研組研發(fā)了這種非常先進(jìn)的機(jī)器人，他們希望這些機(jī)器人能幫助老年人。1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-31機(jī)器人21如圖1-32所示，在東京舉行的衛(wèi)生機(jī)器人展覽活動(dòng)中，被稱作“MySpoon”的機(jī)器人助手正在給日本政府高官喂飯吃。日本Secom公司研發(fā)的這款“MySpoon”機(jī)器人是為了幫助殘疾人利用嘴巴、手或腳控制一個(gè)操作桿吃飯。1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-32喂飯機(jī)器人1.4.4地外探測車如圖1-33所示，美國宇航局的“全地形六腿地外探測車”正在穿越與迪蒙沙丘接壤的加州地區(qū)?！叭匦瘟鹊赝馓綔y車”經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，將能在未來的月球任務(wù)中像阿波羅飛船一樣穿越極端起伏不平的地形，并能攀越極其崎嶇或者陡峭的地形。1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-33全地形六腿地外探測車如圖1-34所示，美國航空航天局的新型地球探測車GROVER只在格陵蘭的最高點(diǎn)進(jìn)行工作。該探測車可以經(jīng)得住零下30攝氏度的低溫，和37公里時(shí)速的大風(fēng)。如圖1-35所示是日本東芝公司的探測機(jī)器人，它甚至可以到被核輻射的福島核電站進(jìn)行探測去污工作任務(wù)。1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-34地球探測車GROVER圖1-35東芝探測機(jī)器人1.4.5娛樂機(jī)器人如圖1-36所示是豐田汽車公司的機(jī)器人在陳列室中正在演奏樂器。如圖1-37所示是科威特的駱駝競賽俱樂部，背著機(jī)器人騎師的駱駝只在比賽。1.4機(jī)器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-37機(jī)器人騎師圖1-36