机器人生产线

机器人生产线

1.1机器人生产线的概述

精密机芯的自动装配和检测包装是产品自动化生产过程的最后关键技术，也是机器人技术物流技术自动化装配技术综合应用的重要领域，上海大学在研制精密机，机器人自动装配生产线的过程中，在这方面做了成功的探索，装配生产线的生产规模、生产节拍装配精度等多方面达到了国内领先，填补了空白, 并有多处创新。

1 装配生产线简介

精密机芯机器人自动装配生产线属于小型零件中等规模快节拍高精度的自动化装配检测包装生产线，生产线全长21.8 m，共有装配加油检测分类装箱等主要工位25个，使用垂直多关节机器人一台，直角坐标机器人12台，回转翻转机械手11个，能将产品的十二种零件，如底板蜗轮齿轮阻尼器轴发条盒、发条螺钉等通过理料供料装配成机芯, 经过三个指标的检测，最后将产品包装入箱装配精度为0.01mm 级，生产节拍每件2.5 s。

2 研究方法和技术路线

研究工作首先从装配线的整体规划和产品输送方案论证着手, 分析了产品特点和装配要求, 从多种传输方案中确定产品底板直接异步输送直接定位方案, 该方案具有整体结构简单定位精度高经济性好等优势

开展了装配工艺分析装配动作分解及优化装配工位的确定等工作分析了原有手工装配工序装配动作结合机器人自动装配的特点, 经过优化综合, 有的把一个复杂装配动作分解为几个简单动作来实现, 有的将几个零件的复杂装配过程集中于一个工位, 制定了科学合理的工艺流程使整条生产线具有主装配线与分支装配线相结合, 树式串联并联式流程结构相结合的工艺流程特点,

根据不同的装配速度在不同的工位完成对1 至5 个产品的操作, 如一次装配二个阻尼器一次检测三个机芯一次将五个产品装入箱内使装配生产线全线能满负荷运基于机器人技术的自动分拣包装生产线

基于机器人技术的自动分拣 包装生产线简介

该项目利用先进的机器人技术，开发出具有自主知识产权的自动分拣设备、自动包装设备、自动堆垛设备等自动化生产线所必需的通用模块化产品，并能根据不同行业的企业需求构建自动化生产线，实现无人化生产。该项目成果主要应用于建筑用陶瓷板、家电等轻工行业，其意义在于将工业机器人技术与上述行业的迫切需求相结合，提高企业生产过程的自动化程度和生产率，为企业增加效益。

建筑陶瓷自动分级包装码垛生产线介绍：

建筑陶瓷自动分级包装码垛生产线是针对目前陶瓷行业人力资源缺乏、生产成本高等实际情况，专门基于机器人技术设计的一种人性化、自动化的生产装备。对应大型抛光砖和仿古砖，以600*600规格瓷砖为例，该生产线具有30块/分钟的自动分级包装能力，并实现了全自动码垛。该生产线的应用对提高陶瓷生产企业抵御风险能力、提高产品质量、抬升企业形象都具有积极的促进作用。我们除了提供整套标准的自动分级包装码垛生产线外，还可以根据客户的实际需求或特定的使用要求，进行评估、优化、设计和制造，量身定做整套或实现某一部分功能的自动分级包装码垛生产线装置。我们衷心希望与广大的陶瓷企业合作，并能在互助互利的基础上，一起成长、共同发展。

生产线工位组成

该生产线首先根据瓷砖的色差和几何尺寸的不同对每块瓷砖进行分级设定，根据目前陶瓷生产业的实际情况，该部分工作可由检测仪器和人工配合完成，分级信息包括瓷砖个数、等级等以约定的数据方式进入生产线控制系统；第二步则对瓷砖进行分级堆摞，将同一级别的瓷砖按照规定的数目叠摞在一起，如果是抛光砖则按照其生产工艺要求进行面对面叠摞，如果是仿古砖则进行正常依次叠摞，同时此过程中完成对次品的剔出；第三步则完成对叠摞好的瓷砖的自动包装，此过程中放纸机构可以完成自动送纸盒功能，砖摞对齐机构可保证最终包装质量的一致性，两级打包设备可完成对瓷砖的四方向打包任务；第四步控制系统根据全程记录的瓷砖信息，对打包好的瓷砖喷印分级标志；最终通过高位自动码垛设备对瓷砖进行全自动分级码垛。整条生产线的工位组成如图1：

图1 生产线整线工位组成 整条生产线共11个工位，每个工位均有相应的机构和控制逻辑保证本工位动作的实施，同时在PLC 系统统一控制下，完成各工位之间的协同作业。

机器人的介绍

一、机器人

1、工业机器人

工业机器人由操作机(机械本体) 、控制器、伺服驱动系统和传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的光仪电一体化自动化生产设备，特别适合于多品种、变批量的柔性生产。

(1)操作机:通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。

(2)控制器:控制器的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。

(3)传感装置:激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。

(4)并联机构:采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。

(5)网络通信:机器人控制器已实现了与Canbus 、Profibus 总线及一些网络的连接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。

另外由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大的提高。机器人系统的可靠性已达到5万小时，几乎可以满足任何场合的需求。 2、特种机器人

非制造业领域机器人与制造业的相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机器人的要求更高，需要机器人具有行走功能，对外感知能力以及局部的自主规划能力等，是机器人技术的一个重要发展方向。

(1)水下机器人:水下机器人已用于海洋石油开采、海底勘察、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护以及大坝检查等方面，形成了有缆水下机器人和无缆水下机器人两大类。

(2)空间机器人:空间机器人是特种机器人的重要研究领域。

(3)地下机器人:地下机器人主要包括采掘机器人和地下管道检修机器人两大类，主要研究内容为:机械结构、行走系统、传感器及定位系统、控制系统、通信及遥控技术。

(4)医用机器人:医用机器人主要研究内容包括:医疗外科手术的规划与仿真、机器人辅助外科手术、最小损伤外科、临场感外科手术等。

(5)军用机器人:目前，国外军用机器人发展十分迅速，类型已达上百种，功用更是多种多样，有侦察、保障、排雷、防化、进攻、防御型等等。具体有机器人地雷、机器人坦克、智能枪、智能火炮、排雷(弹) 机器人、防核生化机器人、侦察机器人、智能飞机、智能导弹、机器人潜水器等。

可以预见，21世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生活的各个领域，成为人类良好的助手和亲密伙伴。

3、智能机器人

在计算机技术和人工智能科学发展的基础上，产生了智能机器人的概念。智能机器人是具有感知、思维和行动的机器，智能机器人可获取、处理和识别多种信息，自主地完成较为复杂的操作任务。智能机器人作为新一代生产和服

务工具，在制造领域和非制造领域具有更广泛、更重要的地位。同时，智能机器人作为自动化、信息化的装置与设备，完全可以进入网络世界，发挥更多、更大的作用。

虽然从生物学角度来实现机器人的人工智能化还很遥远，但随着计算机芯片技术及计算能力的进一步发展，完全可研制出的具有复杂生物行为的机器人。这些机器人集生物学、电子学、审美与机械学于一体，即所谓的BEAM 机器人。 目前国际上在机器人的智能化和多样化方面，主要研究内容集中在以下几点:

(1)虚拟机器人技术:基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥控操作和人机交互。

(2)多智能体控制技术:对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。

(3)微型和微小机器人技术:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。

(4)软机器人技术:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。

(5)仿人和仿生技术:这是机器人技术发展的最高境界，未来的机器人必须具有一定情感、社交头脑等等特点，这也是各国科学家努力的目标，目前仅在某些方面进行一些基础研究。

自动化生产线成套装备需要研究的技术主要有:

① 利用CAX 及仿真系统等多种高新技术和设计手段，快速设计和开发机器人大型自动化生产线，并进行数字化验证。

② 自动化生产线“数字化制造”技术。国外已经推出可进入实用的“数字化工厂”商品化软件，建立产品制造工艺过程信息化平台，再与本企业的资源管理信息化平台和车身产品设计信息平台结合，构成支持本企业产品完整制造过程生命周期的信息化平台。

③ 利用传感器和网络技术，实现大型生产线的在线检测和监控，确保产品质量，并且实现产品的主动质量控制。利用自动化生产线模块化及可重构技术，实现生产线的快速调整及重构。

④ 生产线快速整定技术。建立完整的制造过程信息技术，发展机器人等自动化设备的离线编程技术、生产线上的机电设备实现网络控制管理技术、关键工位在线100%产品检测技术、先进的生产线现场安装精度测试技术。

发达国家广泛应用机器人自动化生产线，已形成了巨大产业，年市场容量约为1000亿美元。国际上著名公司ABB 、COMAS 、KUKA 、BOSCH 、NDC 、SWISSLOG 、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。

全球过程自动化产品市场销售额预计2006年将超过700亿美元。从2001年到2006年年平均增长率将达到4.6%。主要应用于玻璃、陶瓷、钢铁和有色金属工业、轧钢和铝板材工业、化学、食品和制药业、石化工业、纸浆和造纸业、环保、矿山、石油和天然气工业等。其中矿山工业为70亿美元、原材料工业90亿美元、过程工业360亿美元、电站110亿美元、环保工业70亿美元。就全球而言，北美占27.2%、西欧占26%、亚非(不包括日本) 占21.1%、日本占12.3%、东欧占4.7%、南美占4.9%，其它地区占

3.7%。

我国近几年机器人自动化生产线已经不断出现，并给用户带来显著效益。目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线、装配机器人生产线、喷涂生产线和焊装生产线。随着我国工业企业自动化水平的不断提高，机器人自动化线的市场也会越来越大，并且逐渐成为自动化生产线的主要方式。我国机器人自动化生产线装备的市场刚刚起步，而国内装备制造业正处于由传统装备向先进制造

装备转型的时期，这就给机器人自动化生产线研究开发者带来巨大商机。据预测，目前我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源电池行业等，年需求自动化线就达300多条，产值约为60多亿元人民币。据初步测算，“十一五”期间，仅汽车制造业的需求市场容量将达到800多亿元人民币。

机器人的概述 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。

“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。

机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。

简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。

机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机（Manipulator ）。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。

机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。

要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如图 1-1 所示。

图1-1 机器人的一般组成对于现代智能机器人而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机器人“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，以及机器人的触觉装置。机器人的这些组成部分并不是各自独立

davidyu 2008-04-02 16:18 工业机器人

日本工业机器人的发展令人瞩目，素有“机器人王国”之称。在其经历了短暂的摇篮期之后，快速跨过实用期，迈入普及提高期。在20世纪80年代～90年代初期，日本的工业机器人可谓处于繁荣鼎盛时期，似乎无所不能。然而，花无百日红，自20世纪90年代中期开始，随着欧洲和北美工业机器人产业的崛起，国际市场的格局发生了明显的变化，从日本转向欧洲和北美。在渡过了几年的低迷期之后，本世纪初日本的工业机器人又开始重新焕发生机，尤其是伴随着中国和其他周边国家对工业机器人需求的增长，以及日本本国早年工业机器人因服务期限而带来的更新换代，预期将对日本工业机器人的发展发挥积极的作用。 据日本机器人协会的统计，2004年全年日本工业机器人的定单较去年增长了17.8%，达到了4995.6亿日元（48亿美元），是连续第三年大幅度增长。2004年全年日本工业机器人销售额为4458.3亿日元，同比增长13.4%。2005年第一季度，日本工业机器人销售额为1289亿日元，较去年同期增长13.6%。从日本工业机器人出口情况看，日本堪称出口大国。2004年出口额达到2788亿日元（27亿美元），较2003年大幅增长20.7%，这很大程度上得益于中国和其他亚洲国家对工业机器人需求的大幅增长。 从日本国内工业机器人市场看，日本又是工业机器人最大的消费国。日本2004年国内工业机器人销售额为1670.2亿日元，同比小幅增长了3%，新安装工业机器人为33200台。其中，排名前五位厂商的销售额占据了70％以上的市场份额，它们依次为： 1、排名第一的是Matsushita Electric Industrial Co.(松下) (6752)，市场份额为25.1%。虽然Matsushita 排名处于首位，但与2003年相比，市场份额下降3.5%。其原因在于：2003年电子器件，如平板电视、DVD 播放器/录像机和其他数字应用的强劲增长，推动了Matsushita 5%的市场份额。到了2004年电子器件安装商的需求相对疲软。 2、排名第二的是Yaskawa Electric Corp.(安川)(6506)，市场份额为18.8%。关节型工业机器人是Yaskawa 主要产品，2004年市场份额同比2003年增长了2.3%。主要原因：市场对于新型的液晶玻璃板的搬运机器人需求增长。3、排名第三的是Fanuc Ltd. (6954)，市场份额为15.4%，在其2003年失去了部分市场份额后，2004年市场份额增长了2.6%。主要原因：由于该公司的配备有视觉系统和压力传感器的焊接机器人被汽车制造商看好，市场份额随

之提升。4、排名第四的是Kawasaki Heavy Industries Ltd.(川崎) (7012) 市场份额为6.4%，同比上升0.5%。主要原因：主要用于汽车制造业的关节型工业机器人销售的增长。

5、Yamaha Motor Co. (7272) 市场份额为6%，同比上升0.8%。主要原因：用于电子部件安装的工业机器人销售的增长。据联合国欧洲经济委员会（UNECE ）和国际机器人联合会(IFR)的预测，至2007年，日本新安装工业机器人41300台，安装总量达到350000台。

政策扶持，起步发展神速

日本在20世纪60年代末正处于经济高度发展时期，年增长率达11%。第二次世界大战后，劳动力趋于紧张的日本，因高速度的经济发展更加剧了劳动力严重不足的困难。而此时，美国研制成功的工业机器人无疑为日本的工业发展带来了最大的福音，1967年日本由川崎重工业公司从美国Unimation 公司引进机器人及其技术，建立起生产车间，并于1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。

极大地缓解日本劳动力不足的工业机器人，受到了日本企业“救世主”般的欢迎。再加上日本政府在经济上所采取的积极扶植政策，进一步鼓励发展和推广应用机器人，激发了企业从事机器人产业的积极性。尤其是政府对中、小企业的一系列经济优惠政策，如由政府银行提供优惠的低息资金，鼓励集资成立机器人长期租赁公司，公司出资购入机器人后长期租给用户，使用者每月只需付较低廉的租金，大大减轻了企业购入机器人所需的资金负担；政府把由计算机控制的示教再现型机器人作为特别折扣优惠产品，企业除享受新设备通常的40%折扣优惠外。还可再享受13%的价格补贴。此外，国家还出资对小企业进行应用机器人的专门知识和技术指导等等。

这一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年。到80年代中期，已一跃而为“机器人王国”。其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：“日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期。70年代的实用期。到80年代进人普及提高期。”并正式把1980年定为产业机器人的普及元年”。开始在各个领域内广泛推广使用机器人。

自动化生产线柔性适用于频繁地更换模型线和单独定制。不过，柔性不再是自动化工业的标准限制。食品和饮料、制药、电子和半导体、仓储物流都是需要一定的商业样式，寻求在产品多样化上得到发展，同时减少操作成本。视觉引导机器人技术提供了更好的性能，达到更高的柔性同时减少加工成本。机器人技术和视觉技术相结合，并将低成本，离散和混合工业中证明VGR 技术对于生产商来说更易于实现。生产商必须注意VGR 的选择。视觉或机器人技术的单独进步都会阻碍VGR 技术最新性能，使得产品成熟推迟，因此而增加设备的成本。

柔性是设计和升级自动化产品线的最重要标准。自动化商业动力在重要投资中具有很好的发展，而不需要再通过数百万个产品单元来分期还清。商业风险太大。需求方成为小地盘市场的一部分，寻找独立的产品个性化。自动化生产商回应此行为的方式是将一般结构的产品进行外购，并且日渐转移其保留的自动化产品在最终装配线、白车身和动力序列操作中与柔性的协调。机器人技术，艰苦的自动操作，是生产商考虑自动化部分柔性的首要因素。不过，VGR 提供更广阔的价值可能性

静态和动态运动应用的VGR

VGR 在最简单的形式下，是一个固件视觉传感器，用来寻找箱子里的静态目标或者传送带上移动目标的相关位置坐标。移动传送带增加了复杂性，机器人控制器需

要计算移动部分的下一个位置，引导机器人手臂拾取该部分。很显然，移动传送带应用使用2D 技术，不过3D 技术可以用作由于传感器的远近使得图像失真核心效果处理。静态和移动应用中，相关目标坐标传送到机器人控制器，以控制下一步过程机器人手臂的拾取导向。应用复杂性可以通过VGR 子系统的技术进步进行调节，并具有更好的鲁棒性。这扩展了现存的应用和工业上更广泛的应用。

工业 操作

自动化 发动机和车身组件组装

食品饮料 传送带提取产品以包装和码垛

制药 移动带的包装和运送药品供应

金属锻造 定位货盘的金属铸件和加载CNC 机构

VGR 在选定工业的应用

VGR 增加精确性和减少定位需求

大部分机器人应用并没有视觉支持，提供可重复性但精确性不足。一般情况下，机器人学习移动到特殊精确点，并回到同一个学习点。VGR 增加了精确性，因为视觉传感器提供给机器人必须行进点的精确坐标。视觉导向节省生产线中和生产线尾端操作中物料输送的艰苦加工成本，并提高操作柔性。

物料输送操作中，VGR 移动传送带或箱子里的阻碍。随着精确度的提高和由视觉传感器感知的周围环境视觉认识的增加，VGR 可以进行和产品种类相关的广泛的操控，提高操作柔性。和简单机器人操作不同，VGR 不需要每次都学习，不过正确的算法可以识别一定类型的零件，从而调整动作。

零件放置的复杂性和高成本排列也会消除，因为零件目前允许随机放置。此外，因为VGR 能精确地识别零件的定位，零件可以放置到普通箱子中，而无需特殊设计的箱子。每部分挤压成特殊包装是必须进行操作的，该艰苦加工的高额成本就可以因此而减少。这个趋势增加了柔性，因为产品线目前可以接受更多的零件，而不需要特殊的箱子和货舱零件。

VGR 技术主要避免手动和艰苦加工操作，在很多组装应用中还是很普遍的。自动化工业通过将VGR 迎合市场，对于订单决定生产的需要和减少不同产品投资成本急速地升级其操作以增加柔性。同样，市场推动VGR 技术更快在食品饮料、制药和金属工业采用，以满足消费者的需求。

寻找符合商业的综合VGR

不论VGR 多有益，快速执行是减少所有权整体成本的标准。工业用户在过去有很多困难，两个技术领域结合产生了巧妙的解决方案。系统集成可以通过除去网络和数据之间界面的不相容问题以减少用户的集成问题。VGR 应用软件在安装之后的过程问题上需要频繁的改变。如果系统集成商使用“拼凑”方式，接下来的改变也会产生重要问题，增加整个循环成本。

视觉和机器人公共处理环境

视觉和机器人任务的单一处理工具

减少机器人和视觉集成度的能力

普通用途算法的可用性用于标准视觉任务

视觉格和机器人协调的简易校准工具

产品和组装核实软件的嵌入式软件工具系列

简易VGR 装置的特点

VGR 优点的认同，用户期望更低的TCO 和竞争环境迫使供应商快速带来顺应市场的各种解决方案。用户在选择过程中必须很仔细地评估这些解决方案。根据这个结果，VGR 需要有达到快速执行的特性。这些特性包括：允许继发变化并优化过程，为机器人和视觉领域的集成提供工具，提供标准视觉任务。达到这些任务的简易性是极其重要的。如果集成框架没有正确地按照工程规则发展，工程任务可能难以处理和极端昂贵，这典型地、严格地跟随着产品发展的阶段。特别的是，如果不是简单使用独立开发组件作为解决方案进行开发，而是作为产品开发VGR ，很可能消耗更低的执行成本。

评价

•第一次用户需要寻找标准集成VGR“产品”，而不是用几个独立开发组件结合一起执行特定功能的系统设计

•由可以达到所有可用特性和功能的视觉系统和机器人功能的装置，比如说机器人任务和视觉任务是单一系统的一部分，VGR 供应商需要提供这单一工具。

•供应商肩并肩的学习即将来到的特性、功能和新发展，比如说快速进化技术，以提供多应用的优化处理方案。

一、当今国外主要机器人生产商介绍

1）瑞典ABB Robotics公司

ABB 公司是世界上最大的机器人制造公司。1974年，ABB 公司研发了全球第一台全电控式工业机器人-IRB6，主要应用于工件的取放和物料的搬运。1975年，生产出第一台焊接机器人。到1980年兼并Trallfa 喷漆机器人公司后，机器人产品趋于完备。至2002年，ABB 公司销售的工业机器人已经突破10万台，是世界上第一个突破10万台的厂家。ABB 公司制造的工业机器人广泛应用在焊接、装配、铸造、密封涂胶、材料处理、包装、喷漆、水切割等领域。

公司网址：http://www.abb.com/robotics

2）日本安川电机公司

安川电机（Yaskawa Electric Co.），自1977年安川电机研制出第一台全电动工业机器人以来，已有28年的机器人研发生产的历史，旗下拥有Motoman 美国、瑞典、德国以及Synetics Soluti******美国公司等子公司，至今共生产13万多台机器人产品，而最近2年生产的机器人3万多台，超过了其他的机器人制造公司。2005年4月，该公司宣布将投资4亿日元，建造一个新的机器人制造厂，于11月运行，2006年1月达到满负荷生产。届时，该公司每月工业机器人生产能力将达到2000台。

其核心的工业机器人产品包括：点焊和弧焊机器人、油漆和处理机器人、LCD 玻璃板传输机器人和半导体晶片传输机器人等。是将工业机器人应用到半导体生产领域的最早的厂商之一。2004年机器人销售收入为1051亿日元，占该公司营业总收入3096亿日元的34%。

公司网址：http://www.yaskawa.co.jp/

3）日本FANUC 公司

FANUC 公司的前身致力于数控设备和伺服系统的研制和生产。1972年，从日本富士通公司的计算机控制部门独立出来，成立了FANUC 公司。FANUC 公司包括两大主要业务，一是工业机器人，二是工厂自动化。2004年，FANUC 公司的营业总收入为2648亿日元，其中工业机器人（包括注模机产品）销售收入为1367亿日元，占总收入的51.6%。

其最新开发的工业机器人产品有：

（1）R-2000iA 系列多功能智能机器人。具有独特的视觉和压力传感器功能，可以将随意堆放的工件检起，并完成装配。

（2）Y4400LDiA 高功率LD YAG 激光机器人。拥有4.4千瓦LD YAG 激光振荡器，具有更高的效率和可靠性。

公司网址：http://www.fanuc.co.jp/

4）德国KUKA Roboter Gmbh公司

KUKA Roboter Gmbh公司位于德国奥格斯堡，是世界几家顶级工业机器人制造商之一，1973年研制开发了KUKA 的第一台工业机器人。该公司工业机器人年产量接近1万台，至今已在全球安装了6万台工业机器人。这些机器人广泛应用在仪器、汽车、航天、食品、制药、医学、铸造、塑料等工业上。主要应用材料处理、机床装料、装配、包装、堆垛、焊接、表面修整等领域。

公司网址：http://www.kuka.com/

COMAU 公司从1978年开始研制和生产工业机器人，至今已有25年的历史。获得ISO9001、ISO14000以及福特公司的Q1认证。其机器人产品包括Smart 系列多功能机器人和MAST 系列龙门焊接机器人，广泛用于汽车制造、铸造、家具、食品、化工、航天、印刷等行业。该公司2004年营业总收入为17.16亿欧元，其中机器人产品的销售额占6%。

公司网址：http://www.comau.com/

二、当今国内主要机器人公司介绍

1）首钢莫托曼机器人有限公司

首钢莫托曼机器人有限公司由中国首钢总公司、日本株式会社安川电机和日本岩谷产业株式会社共同投资组建，三方出资比例分别为45%、43%和12%，引进日本株式会社安川电机最新UP 系列机器人生产技术生产“SG-MOTOMAN”机器人，并设计制造应用于汽车、摩托车、工程机械、化工等行业的焊接、喷漆、装配、研磨、切割和搬运等领域的机器人、机器人工作站等。是目前国内最大、最先进的机器人生产基地，年生产能力为800台。

公司网址：http://www.sg-motoman.com.cn/

2）中国新松机器自动化股份有限公司

沈阳新松机器人自动化股份有限公司由中国科学院沈阳自动化所为主发起人投资组建的高技术公司。是“机器人国家工程研究中心”、“国家八六三计划智能机器人主题产业化基地”、“国家高技术研究发展计划成果产业化基地”、“国家高技术研究发展计划成果产业化基地”。该公司在国内率先通过ISO9001国际质量保证体系认证的机器人企业，并在《福布斯》2005年最新发布的" 中国潜力100榜" 上名列第48位。其产品包括：rh6弧焊机器人、rd120点焊机器人及水切割、激光加工、排险、浇注等特种机器人。

公司网址：http://www.siasun.com/

三、当今国内外主要机器人研究发展介绍

1） 国外机器人的最新进展

2） 从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的

发展过程。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快

速发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了工业机器人水平不断提高之外，

各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。下将按工业机器人

和先进机器人两条技术发展路线分述机器人的最新进展情况。

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7）

8）

9） 1．工业机器人 （1）机器人操作机：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。以德国KUKA 公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV 减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统 （2）并联机器人：采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。意大利COMAU 公司，日本FANUC 等公司已开发出了此类产品。 （3）控制系统：控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面更加友好，基于图形操作的界面也已问世。编程方式仍以示教编程为主，但在某些领域的离线编程已实现实用化。 （4）传感系统：激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。日本KAWASAKI 、YASKAWA 、FANUC 和瑞典ABB 、德国KUKA 、REIS 等公司皆推出了此类产品。 （5）网络通信功能：日本YASKAWA 和德国KUKA 公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus 、Profibus 总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。 （6）可靠性：由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF 一般为几千小时，而现在已达到5万小时，几乎可以满足任何场合的需求。 2．先进机器人 近年来，人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求。这些行业与制造业相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机器人的要求更高，需要机器人具有行走功能，对外感知能力以及局部的自主规划能力等，是机器人技术的一个重要发展方向。 （1）水下机器人：美国的AUSS 、俄罗斯的MT-88、法国的EPAVLARD 等水下机器人已用于海洋石油开采，海底勘查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护、以及大坝检查等方面，形成了有缆水下机器人（remote operated vehicle ）和无缆水下机器人（autonomous under water vehicle ）两大类。 （2）空间机器人：空间机器人一直是先进机器人的重要研究领域。目

前美、俄、加拿大等国已研制出各种空间机器人。如美国NASA 的空间机器

人Sojanor 等。Sojanor 是一辆自主移动车，重量为11.5kg ，尺寸

630~48mm，有6个车轮，它在火星上的成功应用，引起了全球的广泛关

10）

11）

12）

13）

14）

15） 注。 （3）核工业用机器人：国外的研究主要集中在机构灵巧，动作准确可靠、反应快、重量轻、刚度好、便于装卸与维修的高性能伺服手，以及半自主和自主移动机器人。已完成的典型系统，如美国ORML 基于机器人的放射性储罐清理系统、反应堆用双臂操作器，加拿大研制成功的辐射监测与故障诊断系统，德国的C7灵巧手等。 （4）地下机器人：地下机器人主要包括采掘机器人和地下管道检修机器人两在类。主要研究内容为：机械结构、行走系统、传感器及定位系统、控制系统、通信及遥控技术。目前日、美、德等发达国家已研制出了地下管道和石油、天然气等大型管道检修用的机器人，各种采机器人及自动化系统正在研制中。 （5）医用机器人：医用机器人的主要研究内容包括：医疗外科手术的规划与仿真、机器人辅助外科手术、最小损伤外科、临场感外科手术等。美国已开展临场感外科（telepresence surgery ）的研究，用于战场模拟、手术培训、解剖教学等。法、英、意、德等国家联合开展了图像引导型矫形外科（telematics ）计划、袖珍机器人（biomed ）计划以及用于外科手术的机电手术工具等项目的研究，并已取得一些卓有成效的结果。 （6）建筑机器人：日本已研制出20多种建筑机器人。如高层建筑抹灰机器人、预制件安装机器人、室内装修机器人、地面抛光机器人、擦玻璃机器人等，并已实际应有和。美国卡内基梅隆重大学、麻省理工学院等都在进行管道挖掘和埋设机器人、内墙安装机器人等型号的研制、并开展了传感器、移动技术和系统自动化施工方法等基础研究。英、德、法等国也在开展这方面的研究。 （7）军用机器人：近年来，美、英、法、德等国已研制出第二代军用智能机器人。其特点是采用自主控制方式，能完成侦察、作战和后勤支援等任务，在战场上具有看、嗅和角摸能力，能够 自动跟踪地形和选择道路，并且具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。如美国的Navplab 自主导航车、SSV 半自主地面战车，法国的自主式快速运动侦察车（DARDS ），德国MV4******处理机器人等。目前美国ORNL 正在研制和开发Abrams 坦克、爱国者导弹装电池用机器人等各种用途的军用机器人。 将会进入人类生活的各个领域，成为人类良好的助手和亲密的伙伴

16）

17） 目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并

朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下10个方面：

18） 1．工业机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，

进一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展

19） 2．机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更

加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络

化，以及基于PC 机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高

在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。

20） 3．多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的

使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，

特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一

21）

22）

23）

24）

25）

26） 问题就是传感系统的实用化。 4．机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。 5．机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。 6．虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。 7．多智能体（multi-agent ）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。 8．微型和微小机器人技术（micro/miniature robotics ）:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。 9．软机器人技术（soft robotics）:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。 10．仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些

方面进行一些基础研究

27）

28） 什么是人工智能

29） 近年来，随着计算机技术的迅猛发展和日益广泛的应用，自然地会提出人类

智力活动能不能由计算机来实现的问题。几十年来，人们一向把计算机当作

是只能以极快地、熟练地、准确地运算数字的机器。但是在当今世界要解决

的问题并不完全是数值计算，像语言的理解和翻译、图形和声音的识别、决

策管理等都不属于数值计算，特别像医疗诊断要有专门的特有的经验和知识

的医师才能作出正确的诊断。这就要求计算机能从“数据处理”扩展到还能“知

识处理”的范畴。计算机能力范畴的转化是导至“人工智能”快速发展的重要因

素。

30）

31） 人工智能的定义：

32）

33） 著名的美国斯坦福大学人工智能研究中心尼尔逊教授对人工智能下了这

样一个定义：“人工智能是关于知识的学科――怎样表示知识以及怎样获得

知识并使用知识的科学。”而另一个美国麻省理工学院的温斯顿教授认为：

“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”这些

说法反映了人工智能学科的基本思想和基本内容。即人工智能是研究人类智

能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以

往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模

拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。

34）

35） 人工智能（Artificial Intelligence ，简称AI ）是计算机学科的一个分

支，二十世纪七十年代以来被称为世界三大尖端技术之一（空间技术、能源

技术、人工智能）。也被认为是二十一世纪（基因工程、纳米科学、人工智

能）三大尖端技术之一。这是因为近三十年来它获得了迅速的发展，在很多

学科领域都获得了广泛应用，并取得了丰硕的成果，人工智能已逐步成为一

个独立的分支，无论在理论和实践上都已自成一个系统。

36）

37） 人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、

推理、思考、规划等）的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似

于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用。人工智能将涉及到

计算机科学、心理学、哲学和语言学等学科。可以说几乎是自然科学和社会

科学的所有学科，其范围已远远超出了计算机科学的范畴，人工智能与思维

科学的关系是实践和理论的关系，人工智能是处于思维科学的技术应用层

次，是它的一个应用分支。从思维观点看，人工智能不仅限于逻辑思维，要

考虑形象思维、灵感思维才能促进人工智能的突破性的发展，数学常被认为

是多种学科的基础科学，数学也进入语言、思维领域，人工智能学科也必须

借用数学工具，数学不仅在标准逻辑、模糊数学等范围发挥作用，数学进入

人工智能学科，它们将互相促进而更快地发展。

从实用观点来看，人工智能是一门知识工程学：以知识为对象，研究知

识的获取、知识的表示方法和知识的使用。 计算机与智能 通常我们

用计算机，不仅要告诉计算机，要做什么，还必须详细地、正确地告诉计算

机怎么做。也就是说，人们要根据任务的要求，以适当的计算机语言，编制

针对该任务的应用程序，才能应用计算机完成此项任务。这样实际上是在人

完全控制计算机完成的，是谈不上计算机有“智能”。 大家都知道，世界

国际象棋棋王卡斯帕罗夫与美国IBM 公司的RS ／6000（深蓝）计算机系

统于1997年5月11日进行了六局“人机大战”，结果“深蓝”以3.5比2.5

的总比分获胜。比赛结束了给人们留下了深刻的思考；下棋要获胜要求选手

要有很强的思维能力、记忆能力、丰富的下棋经验，还得及时作出反映，迅

速进行有效的处理，否则一着出错满皆输，这显然是个“智能”问题。尽管开

发“深蓝”计算机的IBM 专家也认为它离智能计算机还相差甚远，但它以高速

的并行的计算能力（2r108步／秒棋的计算速度）。实现了人类智力的计算

机上的部分模拟。 从字面上看，“人工智能”就是用人工的方法在计算机

上实现人的智能，或者说是人们使计算机具有类似于人的智能 在20世

纪70年代以后，在许多国家都相继开展了人工智能的研究，由于当时对实

现机器智能理解得过于容易和片面，认为只要一些推理的定律加上强大的计

算机就能有专家的水平和超人的能力。这样，虽然也获得一定成果，但问题

也跟着出现了，例如机器翻译当时人们往往认为只要用一部双向词典及词法

知识，就能实现两种语言文字的互译，其实完全不是这么一回事，例如，把

英语句子“Time flies like an arrow”（光阴似箭）翻译成日语，然后

再译回英语，竟然成为“苍蝇喜欢箭”；当把英语

“The spirit is willing but the flesh is weak”（心有余而力不

足）译成俄语后，再译回来竟变成

“The wine is good but the meat is spoiled”（酒是好的但肉已

变质）。在其它方面也都遇到这样或者那样的困难。这时，本来对人工智能

抱怀疑态度的人提出指责，甚至把人工智能说成是“骗局”、“庸人自扰”，有

些国家还削减人工智能的研究经费，一时人工智能的研究进入了低潮。 然

而，人工智能研究的先驱者们没有放弃，而是经过认真的反思、总结经验和

教训，认识到人的智能表现在人能学习知识，有了知识，能了解、运用已有

的知识。正向思维科学所说“智能的核心是思维，人的一切智慧或智能都来

自大脑思维活动，人类的一切知识都是人们思维的产物。”“一个系统之所以

有智能是因为它具有可运用的知识。”要让计算机“聪明”起来，首先要解决计

算机如何学会一些必要知识，以及如何运用学到的知识问题。只是对一般事

物的思维规律进行探索是不可能解决较高层次问题的。人工智能研究的开展

应当改变为以知识为中心来进行。 自从人工智能转向以知识为中心进行

研究以来，以专家知识为基础开发的专家系统在许多领域里获得成功，例如：

地矿勘探专家系统（PROSPECTOR ）拥有15种矿藏知识，能根据岩石标

本及地质勘探数据对矿产资源进行估计和预测，能对矿床分布、储藏量、品

位、开采价值等进行推断，制定合理的开采方案，成功地找到了超亿美元的

钼矿。又如专家系统（MYCIN ）能识别51种病菌，正确使用23种抗菌素，

可协助医生诊断、治疗细菌感染性血液病，为患者提供最佳处方，成功地处

理了数百个病例。它还通过以下的测试：在互相隔离的情况下，用MYCIN

系统和九位斯坦福大学医学院医生，分别对十名不清楚感染源的患者进行诊

断和处方，由八位专家进行评判，结果是MYCIN 和三位医生所开出的处方

对症有效；而在是否对其它可能的病原体也有效而且用药又不过量方面，

MYCIN 则胜过了九位医生。显示出较高的水平。 专家系统的成功，充

分表明知识是智能的基础，人工智能的研究必须以知识为中心来进行。由于

知识的表示、利用、获取等的研究都取得较大的进展。因而，人工智能的研

究得以解决了许多理论和技术上问题。 人工智能研究的目标 1950年

英国数学家图灵（A.M.Turing,1912—1954）发表了”计算机与智能”的论

文中提出著名的“图灵测试”，形象地提出人工智能应该达到的智能标准；图

灵在这篇论文中认为“不要问一个机器是否能思维，而是要看它能否通过以

下的测试；让人和机器分别位于两个房间，他们只可通话，不能互相看见。

通过对话，如果人的一方不能区分对方是人还是机器，那么就可以认为那台

机器达到了人类智能的水平。 从上面的对话可以看出，能满足这样的要

求，要求计算机不仅能模拟而且可 专家系统 专家系统是依靠人类专

家已有的知识建立起来的知识系统，目前专家系统是人工智能研究中开展较

早、最活跃、成效最多的领域，广泛应用于医疗诊断、地质勘探、石油化工、

军事、文化教育等各方面。它是在特定的领域内具有相应的知识和经验的程

序系统，它应用人工智能技术、模拟人类专家解决问题时的思维过程，来求

解领域内的各种问题，达到或接近专家的水平。 要使计算机具有知

识一般有两种方法；一种是由知识工程师将有关的知识归纳、整理，并且表

示为计算机可以接受、处理的方式输入计算机。另一种是使计算机本身有获

得知识的能力，它可以学习人类已有的知识，并且在实践过程中不总结、完

善，这种方式称为机器学习。 机器学习的研究，主要在以下三个方面进

行：一是研究人类学习的机理、人脑思维的过程；和机器学习的方法；以及建立针对具体任务的学习系统。 机器学习的研究是在信息科学、脑科学、

神经心理学、逻辑学、模糊数学等多种学科基础上的。依赖于这些学科而共

同发展。目前已经取得很大的进展，但还没有能完全解决问题 模式识

别 模式识别是研究如何使机器具有感知能力，主要研究视觉模式和听觉

模式的识别。如识别物体、地形、图象、字体（如签字）等。在日常生活各

方面以及军事上都有广大的用途。近年来迅速发展起来应用模糊数学模式、

人工神经网络模式的方法逐渐取代传统的用统计模式和结构模式的识别方

法。 特别神经网络方法在模式识别中取得较大进展。 理解自然语

言 计算机如能“听懂”人的语言（如汉语、英语等），便可以直接用口语操

作计算机，这将给人们带极大的便利。计算机理解自然语言的研究有以下三

个目标：一是计算机能正确理解人类的自然语言输入的信息，并能正确答复

（或响应）输入的信息。二是计算机对输入的信息能产生相应的摘要，而且

复述输入的内容。三是计算机能把输入的自然语言翻译成要求的另一种语

言，如将汉语译成英语或将英语译成汉语等。目前，研究计算机进行文字或

语言的自动翻译，人们作了大量的尝试，还没有找到最佳的方法，有待于更

进一步深入探索。 机器人学 机器人是一种能模拟人的行为的机械，

对它的研究经历了三代的发展过程：

第一代（程序控制）机器人：这种机器人一般是按以下二种方式“学会”

工作的；一种是由设计师预先按工作流程编写好程序存贮在机器人的内部存

储器，在程序控制下工作。另一种是被称为“示教—再现”方式，这种方式是

在机器人第一次执行任务之前，由技术人员引导机器人操作，机器人将整个

操作过程一步一步地记录下来，每一步操作都表示为指令。示教结束后，机

器人按指令顺序完成工作（即再现）。如任务或环境有了改变，要重新进行

程序设计。这种机器人能尽心尽责的在机床、熔炉、焊机、生产线上工作。

日前商品化、实用化的机器人大都属于这一类。这种机器人最大的缺点是它

只能刻板地按程序完成工作，环境稍有变化（如加工物品略有倾斜）就会出

问题，甚至发生危险，这是由于它没有感觉功能，在日本曾发生过机器人把

现场的一个工人抓起来塞到刀具下面的情况。

第二代（自适应）机器人：这种机器人配备有相应的感觉传感器（如视

觉、听觉、触觉传感器等），能取得作业环境、操作对象等简单的信息，并

由机器人体内的计算机进行分析、处理，控制机器人的动作。虽然第二代机

器人具有一些初级的智能，但还需要技术人员协调工作。目前已经有了一些

商品化的产品。

第三代（智能）机器人：智能机器人具有类似于人的智能，它装备了高

灵敏度的传感器，因而具有超过一般人的视觉、听觉、嗅觉、触觉的能力，

能对感知的信息进行分析，控制自己的行为，处理环境发生的变化，完成交

给的各种复杂、困难的任务。而且有自我学习、归纳、总结、提高已掌握知

识的能力。目前研制的智能机器人大都只具有部分的智能，和真正的意义上

的智能机器人，还差得很远。

1.2生产线的组成 点焊机器人系统利用金属与金属之间的接触电阻，通过强大

的电流，使金属接触部分局部融化，形成金属间的连接。可以焊接低碳钢板、不锈钢板、镀锌或多功能铝钢板、铝板、铜板等薄板类焊接，机器人控制器可以根据不同材质、不同厚度确定和调整焊接压力、焊接电流等参数，具有焊接效率高，变形小，不需添加焊接材料等特点。广泛应用于汽车覆盖件、驾驶室、汽车地板等部件的高质量焊接。 典 型的点焊机器人系统组成为：机器人本体、机器人控制器、焊钳、焊钳修磨器、换枪器、变位器、夹具、循环水冷箱等。 焊接机器人系统一般由如下几部分组成：机械手、变位机、控制器、焊接系统（专 用焊接电源、焊枪或焊钳等）、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备

等。典型的焊接机器人组成如图所示。焊接机器人系统一般由如下几部分组成：机械手、变位机、控制器、焊接系统（专用焊接电源、焊枪或焊钳等）、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等。典型的焊接机器人组成如图所示焊接机器人系统一般由如下几部分组成：机械手、变位机、控制器、焊接系统（专用焊接电源、焊枪或焊钳等）、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等。

如图所示为机器人焊接生产线。

涂胶机器人工作站的控制系统组成、控制方式、操作方式、自动流程， 胶量控制以及机器人涂胶工艺

涂胶机器人工作站能更有效的保证产品质量，在生产中可以完成设备空间配置和生产线的弹性配置。能消除生产中人为错误，降低操作失误率，还能达到多样化的应用。符合人体工程学的设计思想，在工作过程中可提供轻松、安全可靠的操作环境。

J6驾驶室前风窗首次采用了聚氨酯玻璃胶粘接技术，与以往风挡玻璃完全靠密封条夹持在风窗口的方式完全不同。普通 J5P 玻璃重约29Kg ，J6玻璃重约 33Kg （增重约 14%），通过粘接形式能够增加风窗装配的可靠性，克服了夹持玻璃在高速行驶时易脱落的弊端；同时粘接形式能够提高驾驶室的密封性。目前国外卡车风窗大多数均采用粘接形式，由机器人自动完成玻璃的涂胶与装配。

卡车厂内饰装配线玻璃涂胶工作站，是国内第一个用于重型卡车玻璃涂胶的工作站，能够完成宽、窄两种前风挡玻璃的涂胶。该工作站具有自动识别工件类型、自动对中、工件误差补偿、转运上下料功能，吐胶量与涂胶速度自动匹配、吐胶胶型均匀、涂胶效率高。本文介绍了涂胶机器人工作站的控制系统组成、控制方式、操作方式、自动流程， 胶量控制以及机器人涂胶工艺在驾驶室前风挡粘接中的应用。机器人前风窗涂胶系统是一汽解放公司, 生产中重型卡车的重要设备，它应用于 J6 驾驶室的前风窗粘接。

1.3生产线的使用

1.31机器人在冲压生产线中的应用

1、引言

随着汽车业的快速发展，车外型愈求美观流线，并由于汽车外板件要求完美无尘的冲压生产线也向高速化、高品质、自动化、柔性化方向发展。传统冲压生产过程中的手工操作、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要。

在冲压生产中采用工业机器人(机械手) 代替人工操作，构成自动化生产单元或组成全自动生产线，是进行高速、高效、高质量的冲压生产的一种有效方法，也是现代冲压生产技术的重要发展方向。

机器人冲压生产线在国外已运用多年，但在国内很少，特别是集合总线控制、网络数字通信等国际先进技术的全自动机器人冲压生产线在国内还没有。

2、机器人冲压生产线的构成及功能

机器人冲压生产线是湖南长丰汽车制造股份有限公司与库卡自动化设备(上海) 有限公司共同合作完成的。

该冲压生产线由4台压机、6台KUKA 机器人、总线控制台、两个拆垛工作台，对中台及磁性皮带送料机、清洗机．线末皮带机组成、及线末计数器组成。

(1) 压机

由一台2000t 双动压机和1台1000t 及2台800t 单动压机组成。压机采用PLC 控制，能存储并调用每个工件的参数如闭合高度、压边力、平衡缸的压力等，并能提供压机的角度位置给机器人。

(2) KUKA机器人

KUKA 机29人KR100P ，6台站地上，额定荷重100kg ，含盖范闸R3501mm ，控制箱KR C2；中文或英文软件(标准形式) ，KUKA 控制面板带有10m 电缆线连结机械手臂与控制器，使用方便且为携带式，可采用中文或英文界面。机械人为紧凑和节省空间的设计，AC 服务器6轴关节自由度，绝对位置的感应，六轴皆含煞车系统，机械手臂除了原有的抓取重量，另外还可额外负载重量于第三轴手臂上，机械手臂至控制箱电缆线长7m 。

(3) 板料规格描述

材料：含油薄钢板(镀锌板或棵板) 板料尺寸：前后最小845mm ，最大2000mm 左右最小980mm ，最大4000mm 料厚最小0.65mm ，最大2.0mm 板料最大重量36kg ，板料最小重量6kg 。板料形状不规则，并且中间可能有落料不规则孔。

(4) 机器人控制系统具有以下功能：

① 可进行轨迹编程② 能显示该单元的故障信息、操作信息、零件信息；④ 能协调机器人与压机的工作过程；⑤ 机器人电柜内具有扩展I/O接口

。3、运行模式

(1) 正常的运行模式。对每一控制台(压机除外) 有两个运行模式：“自动”和“手动”(压机有5个模式) ，在每个控制台上有一个“自动／手动”转换开关。生产线以自动方式运行时，压机以单次行程的方式运行，但在上死点必须停车等待指令：

① 生产线自动运行模式“AUTO”；

② 生产的正常模式，桉循环顺序连续运动；

③ 生产线各设备在“起始位置”；

④ 每台压机控制面板上的转换开关在“连续”；⑤ 每个单元控制面板上的转换开关在“自动”；⑥ 阻栏门关闭，并按”循环开始”；⑦ 主控制台及单元控制台的“现场/遥控”转换开关在“遥控”。

(2) 手动模式“MANU”。这种模式可以实现所有的动作，但必须按照该零件规定的轨迹动作。从手动模式到自动模式的转换必须尽可能地快、简单。

(3) 停止模式。

(4) 紧急停止。在发生事故时使用紧急停止按钮，紧急停止使生产线上的机器人的所有动作立即停止，压机立即停车。如：压机的主电机、离合制动器、液压站、压缩空气入口等全部停止。紧急停止切断所有动力同路(电、气、液) ；所有的电柜及柠制台中断上作。当紧急停止时，生产线两边各有一个红色信号灯闪烁。紧急停止时，信号灯、可编程控制器的供电，电子凸轮的入口不切断，不切断安全组件上的压缩空气，不断切端拾器的真空回路。紧急停止引起：

① 在压机控制板上显示故障号；② 在主控制台及相关单元的控制台上显示故障发生的位置及内容；③ 紧急停止按钮；④ 紧急停止按钮的位置，每个安全围栏门“申请进入控制台”上及主控制台上。

(5) 立即停止。其作用等同于紧急停止(即机器人及压机立即停止运行，压机滑块在回程时允许继续运行并停在上死点) ，但不叨断运行回路，其作用仅限于立即停止的那个单元(机

器人 压机) ，立即停止按钮安装在：

① 每个机器人控制台；② 每个压机控制台；③ 每个双手按钮；④ 主控制台；⑤ 线末零件计数台。

(6) 故障诊断。自动化控制系统能通过现场总线实时监测生产线的运行状态，对机器人、PLC 与压力机的异常状态能及时进行报警并进行相应的诊断。包括：

① 动力故障(包括上回路及分支控制回路，所有断路器、接触器及保险的工作检测) ；② 控制部分故障(包括控制电路、真空系统等) ；③ 机械部分故障；④ 功能性故障；⑤ 其它故障。

生产线具有故障远程诊断功能。当生产线发生无法解决的故障时，使用人员启动远程诊断功能，制造商能通过因特网读取生产线运行状态数据，并查看生产线的视频状态，判断故障原因，维修人员根据制造商的建议排除故障。

4、系统优越性

(1) 生产速度高。生产线的节拍，一方面通过提高机器人速度和压机速度可以直接提高生产线的节拍，另一方面通过优化机器人及压机的程序，减少二者的等待时间间隔提高生产线节拍。具体地说，送料时修改机器人程序，在机器人未完全退出中间时即呼叫压机起动，在压机下行到一定位置时，压机将检测机器人是否完全退出，否则压机立即停机，保证了设备的安全； 取料时修改压机的程序，在压机未到上死点时，即呼叫机器人起动，当压机停到上死点时，机器人已经吸气取料。大部分的零件还有忧化的余地。

(2) 生产线上新工件时，调试速度快，机械手式的全自动生产线，调试一个零件(需制造6套端拾器及具零件编程等) 共需3天的时间，而机器人生产线调试一个零件仅需1天的时

间。

(3) 零件质量高。机器人全自动生产线，下料机从前一工位取料放入到清洗机上，清洗加油完成并送到位后，后一工位的机器人再从定位台L 取判放人模具，而机器人从上一工位取料后直接放入下一工位，减少了中间环节，零件质量高，特别对外观件有重要意义。

(4) 机器人编程方便快捷。由于每台机器人有一手提式的示教器，其友好的用户界面，可以让编程人员灵活快速地实现机器人的各种动作。

(5) 柔性大。机器人最大的特点是柔性大，可以单轴运动，也可6轴联动完成各种复杂的空间运动，其轨迹可以是各个空间方向的直线、圆周，可以是各种规则或下规则空间曲线。任何结构的模具，机器人皆可轻易上料、取料。

5、结束语

长丰机器人冲压生产线是国内第一条采用总线控制、网络连接等国际先进技术的机器人冲压生产线，功能强大，操作方便。同时将操作工人从繁重、单调、危险的工作环境中解放出来。随着A 线机器人生产线在冲压领域的成功应用，提高了国内冲压行业的自动化水平，增强了在世界上的竞争能力。

机器人冲压牛产线具有柔性大、应用范围广、生产速度高、工件质量好的特点，与机械手式的生产线相比，其价格低廉，机器人的冲压生产线是今后的发展趋势。

1.32

1 简介 随着信息技术、材料技术、新能源技术等新技术与制造技术的相互交叉、渗透、融合，现在的制造业与过去相比有了许多重大而深刻的变化。El 益增长的复杂性是现在制造业的一个重要特点，这不仅表现在制造系统中，还表现在所制造的产品，制造过程以及企业的结构中。这种复杂性为工业机器人的发展提供了一个好的机遇，当然，也是一种挑战!

东莞理工学院处于东莞松山湖高新开发区，东莞作为一个现代制造业名城，正处于产业转型的最关键时期，如果能适时的把工业机器人应用到各企业生产线的改造中，无疑将有着巨大的空间和前景。

本工业机器人是一种精密型装配机器人，采用四轴伺服电机驱动控制，实现四轴空间联动，配置不同工具包可实现搬运、码垛、装配等工作，具有速度快、精度高、柔性好等特点，采用交流伺机服电机驱动，由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和传感装置构成：

（1）操作机：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。

（2）控制器：由开始应用香港固高科技有限公司的GT 系列运动控制器到自主开发基于ARM9的控制器，并且实现了软件伺服和全数字控制。 （3）伺服驱动系统：采用富士伺服器。 （4）传感装置：正在尝试使用激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中应用，这样就能实现自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。 （5）网络通信：机器人控制器已实现了与Canbus 、Profibus 总线及一些网络的连接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。2 数据通信方式 由于串行通信所用的传输线少，传输的距离长，有利于实时控制和管理，所以本系统采用了串行通信方式，“串行通信”时，数据在一根数据线上～位一位地进行传输，每一位数据都占用某一固定的时间段，但由于计算机CPU 与接口之间按并行方式传输，接口与外设之间按串行方式传输，因此在串行接口中必须有“接受移位寄存器”和“发送移位寄存器”，负责串行数据和并行数据间的转换，能够完成“串并”转换功能的电路称为“通用异步收发器”。在传输的速度上，串行通信明显低于并口通信，但是串行通信的成本低、通信距离长的优势是显而易见的。 信息传输在一个方向上只占用一根通信线，这根线既作数据线又作联络线，上位机与机器人间的协议按照如下三个级别来组织的。 （1）物理层：是指用来执行这种通信的硬件，包括数据线和控制线本系统中采用RS232串口，机器人一端为9针D 形接头，另一端RJ-45接头连到了终端服务器TerminalServer 扩展的串行接口上，然后通过终端服务器的网络接口与FMS 局域网相连、最终实现与机器人控制算机的连接。硬件平台如图1。

（2）数据链路层：该层是一种低级的通信协议，该协议利用发送与接受特殊的控制字符确保信息可靠的发送。工业机器人控制器与上位计算机之间的信息交换由字符串组成，该字符串包括实际要交换的信息以及附加的控制字符，附加字符是必须的，以便接受设备能够决定是否已接受到一个完整的信息。发送一个机器人的控制指令，需要经过以下六个阶段：发送开相、打包发送、发送闭相、接受开相、接受解包和接受闭相。 （3）应用层：该

层是一种高级的通信协议，该协议定义了每一种信息的内容以及每一种信息的响应。机器人控制器接受到一个信息后，信息必须由其控制器负责译码，并作出相应的动作，能够响应上位计算机信息指令的软件就称为应用级协议。在本系统中，主要由上位机发送L0ADV 、SAVEV 、JwAIT 、 START 四类指令，实现微机启动机器人并进行实时监控。3 控制器 如何有效地将其他领域（如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等）的研究成果应用到机器人控制系统的实时操作中，是一项富有挑战性的研究工作．而具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器的研究无疑对提高机器人性能和自主能力、推动机器人技术的发展具有重大意义．机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置，它是机器人的心脏，决定了机器人性能的优劣。

这里采用了串行的控制算法处理方式，机器人的控制算法是由串行机来处理。用上、下位机二级分布式结构，上位机负责整个系统管理以及运动学计算、轨迹规划等。下位机由多CPU 组成，每个CPU 控制一个关节运动，这些CPU 和主控机联系是通过总线形式的紧耦合。这种结构的控制器工作速度和控制性能明显提高，但这些多CPU 系统共有的特征都是针对具体问题而采用的功能分布式结构，即每个处理器承担固定任务，控制器计算机控制系统中的位置控制部分，采用数字式位置控制。硬件平台本一开始采用固高公司生产的GT 系列运动控制器，可以同步控制四个运动轴，实现多轴协调运动。其核心由ADSP2I8l 数字信号处理器和 FPGA 组成，可以实现高性能的控制计算。研究过程中，有以下几个局限性：

（1）开放性差：局限于“专用计算机、专用机器人语言、专用微处理器”的封闭式结构。封闭的控制器结构使其具有特定的功能、适应于特定的环境，不便于对系统进行扩展和改进；

（2）软件独立性差：软件结构及其逻辑结构依赖于处理器硬件，难以在不同的系统间移植；

（3）容错性差：由于并行计算中的数据相关性、通讯及同步等内在特点，控制器的容错性能变差，其中一个处理器出故障可能导致整个系统的瘫痪； （4）扩展性差：目前，机器人控制器的研究着重于从关节这一级较常见的，比如对空宅导弹导引火来说，锁定和预偏是两个经常要用到的功能，而它们却对伺服系统的形式和速率传感器的选择提出丁不同的要求。 首先，如果在导引头内增加一套测速机元什，则问题就可以解决，但这样做会使系统复杂程度提高，利于产品研制的工程化和小型化；再者，通过计算分析发现，在导弹的挂帆飞行状态，导引光轴虽然要求复现的是相对弹体的锁定，搜索和雷达黼动信号，但导弹住挂机状态弹体摆动角速度不是太大，且摆动持续的时间也不会很长，如果导引头的锁定品质能满足要求，则利用速率陀螺来进行反馈的弊端就可被大大减弱。所以经过综合考虑，决定

仍仅采用速率陀螺作为内回路速度传感器件，以科于更好地实现光轴对El 标的稳定跟踪。4 仿真验证 以随动系统复现相对惯性空间稳定的输入为例，为进一步比较两种方案，我们利用ADAMs 软件和MATLAB 软件一起进行了位标器运动学、动『J 学和控制系统联合仿真。仿真条件假设目标在空间静止，在中环通道，分别利用陀螺速度反馈和测速机速度反馈，在弹体摆动情况下，进行目标指示信息的随动，对指向误差（即光轴与视线的夹角）的大小进行记录，仿真结果如图3所示。

其中实线为采用陀螺信号时的误差，虚线为采用测速机信号时的误差。结果表明，采用陀螺信号作为反馈信号可以有效地减小弹体摆动情况系统的随动误差，此结果与前面理论分析结果也基本一致。

本文详细分析了动基座随动系统不同输入信号的类型，得出对相对基座稳定的输入采用测速机反馈、对相对惯性空间稳定的输入采用速率陀螺反馈的传感器选用原则，并以空空导弹导引头为例进行了ADAMs 和MATLAB 联合数字仿真，仿真结果验证了分析的正确性。