工業機器人的關鍵技術及應用趨勢

　　我國工業機器人的市場主要集中在汽車、汽車零部件、摩托車、電器、工程機械、石油化工等行業。中國作為亞洲第三大的工業機器人需求國，市場發展穩定，2007年共裝配了約6,581臺工業機器人，較上年安裝的5,770臺上升了百分之十四點零五，汽車及其零部件制造仍然是工業機器人的主要應用領域，隨著我國產業結構調整升級不斷深入和國際制造業中心向中國的轉移，我國的機器人市場會進一步加大，市場擴展的速度也會進一步提高。本文就當前工業機器人的關鍵技術及其應用進行了梳理。

　　機器人控制技術

　　機器人控制系統是機器人的大腦，是決定機器人功能和性能的主要因素。工業機器人控制技術的主要任務就是控制工業機器人在工作空間中的運動位置、姿態和軌跡、操作順序及動作的時間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點。

　　關鍵技術包括：

　　(1)開放性模塊化的控制系統體系結構：采用分布式CPU計算機結構，分為機器人控制器(RC)，運動控制器(MC)，光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機器人控制器(RC)和編程示教盒通過串口/CAN總線進行通訊。機器人控制器(RC)的主計算機完成機器人的運動規劃、插補和位置伺服以及主控邏輯、數字I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。

　　(2)模塊化層次化的控制器軟件系統：軟件系統建立在基于開源的實時多任務操作系統Linux上，采用分層和模塊化結構設計，以實現軟件系統的開放性。整個控制器軟件系統分為三個層次：硬件驅動層、核心層和應用層。三個層次分別面對不同的功能需求，對應不同層次的開發，系統中各個層次內部由若干個功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協作共同實現該層次所提供的功能。

　　(3)機器人的故障診斷與安全維護技術：通過各種信息，對機器人故障進行診斷，并進行相應維護，是保證機器人安全性的關鍵技術。

　　(4)網絡化機器人控制器技術：目前機器人的應用工程由單臺機器人工作站向機器人生產線發展，機器人控制器的聯網技術變得越來越重要。控制器上具有串口、現場總線及以太網的聯網功能。可用于機器人控制器之間和機器人控制器同上位機的通訊，便于對機器人生產線進行監控、診斷和管理。

　　移動機器人(AGV)

　　移動機器人(AGV)是工業機器人的一種類型，它由計算機控制，具有移動、自動導航、多傳感器控制、網絡交互等功能，它可廣泛應用于機械、電子、紡織、卷煙、醫療、食品、造紙等行業的柔性搬運、傳輸等功能，也用于自動化立體倉庫、柔性加工系統、柔性裝配系統(以AGV作為活動裝配平臺);同時可在車站、機場、郵局的物品分撿中作為運輸工具。

　　國際物流技術發展的新趨勢之一，而移動機器人是其中的核心技術和設備，是用現代物流技術配合、支撐、改造、提升傳統生產線，實現點對點自動存取的高架箱儲、作業和搬運相結合，實現精細化、柔性化、信息化，縮短物流流程，降低物料損耗，減少占地面積，降低建設投資等的高新技術和裝備。

　　點焊機器人

　　焊接機器人具有性能穩定、工作空間大、運動速度快和負荷能力強等特點，焊接質量明顯優于人工焊接，大大提高了點焊作業的生產率。

　　點焊機器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產過程由各大汽車主機廠負責完成。國際工業機器人企業憑借與各大汽車企業的長期合作關系，向各大型汽車生產企業提供各類點焊機器人單元產品并以焊接機器人與整車生產線配套形式進入中國，在該領域占據市場主導地位。

　　隨著汽車工業的發展，焊接生產線要求焊鉗一體化，重量越來越大，165公斤點焊機器人是目前汽車焊接中最常用的一種機器人。2008年9月，機器人研究所研制完成國內首臺165公斤級點焊機器人，并成功應用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經過優化和性能提升的第二臺機器人完成并順利通過驗收，該機器人整體技術指標已經達到國外同類機器人水平。

　　弧焊機器人

　　弧焊機器人主要應用于各類汽車零部件的焊接生產。在該領域，國際大型工業機器人生產企業主要以向成套裝備供應商提供單元產品為主。本公司主要從事弧焊機器人成套裝備的生產，根據各類項目的不同需求，自行生產成套裝備中的機器人單元產品，也可向大型工業機器人企業采購并組成各類弧焊機器人成套裝備。在該領域，本公司與國際大型工業機器人生產企業既是競爭亦是合作關系。

　　關鍵技術包括：

　　(1)弧焊機器人系統優化集成技術：弧焊機器人采用交流伺服驅動技術以及高精度、高剛性的RV減速機和諧波減速器，具有良好的低速穩定性和高速動態響應，并可實現免維護功能。

　　(2)協調控制技術：控制多機器人及變位機協調運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。

　　(3)精確焊縫軌跡跟蹤技術：結合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優點，采用激光傳感器實現焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機器人對復雜工件進行焊接的柔性和適應性，結合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統計獲得補償數據并進行機器人運動軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質量。