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編者語：我國工業(yè)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(yè)。中國作為亞洲第三大的工業(yè)機器人需求國，市場發(fā)展穩(wěn)定，2007年共裝配了約6,581臺工業(yè)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(yè)機器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域，隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級不斷深入和國際制造業(yè)中心向中國的轉(zhuǎn)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(dāng)前工業(yè)機器人的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用進行了梳理。
機器人控制技術(shù)
機器人控制系統(tǒng)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(yè)機器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)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(guān)鍵技術(shù)包括：
(1)開放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：采用分布式CPU計算機結(jié)構(gòu)，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(guī)劃、插補和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)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(tǒng)：軟件系統(tǒng)建立在基于開源的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)Linux上，采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，以實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個控制器軟件系統(tǒng)分為三個層次：硬件驅(qū)動層、核心層和應(yīng)用層。三個層次分別面對不同的功能需求，對應(yīng)不同層次的開發(fā)，系統(tǒng)中各個層次內(nèi)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(xié)作共同實現(xiàn)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(shù)：通過各種信息，對機器人故障進行診斷，并進行相應(yīng)維護，是保證機器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。
(4)網(wǎng)絡(luò)化機器人控制器技術(shù)：目前機器人的應(yīng)用工程由單臺機器人工作站向機器人生產(chǎn)線發(fā)展，機器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來越重要。控制器上具有串口、現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)線進行監(jiān)控、診斷和管理。
移動機器人（AGV）
移動機器人（AGV）是工業(yè)機器人的一種類型，它由計算機控制，具有移動、自動導(dǎo)航、多傳感器控制、網(wǎng)絡(luò)交互等功能，它可廣泛應(yīng)用于機械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)的柔性搬運、傳輸?shù)裙δ埽灿糜谧詣踊Ⅲw倉庫、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)（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(shù)發(fā)展的新趨勢之一，而移動機器人是其中的核心技術(shù)和設(shè)備，是用現(xiàn)代物流技術(shù)配合、支撐、改造、提升傳統(tǒng)生產(chǎn)線，實現(xiàn)點對點自動存取的高架箱儲、作業(yè)和搬運相結(jié)合，實現(xiàn)精細(xì)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(shè)投資等的高新技術(shù)和裝備。
點焊機器人
焊接機器人具有性能穩(wěn)定、工作空間大、運動速度快和負(fù)荷能力強等特點，焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于人工焊接，大大提高了點焊作業(yè)的生產(chǎn)率。
點焊機器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產(chǎn)過程由各大汽車主機廠負(fù)責(zé)完成。國際工業(yè)機器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長期合作關(guān)系，向各大型汽車生產(chǎn)企業(yè)提供各類點焊機器人單元產(chǎn)品并以焊接機器人與整車生產(chǎn)線配套形式進入中國，在該領(lǐng)域占據(jù)市場主導(dǎo)地位。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產(chǎn)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(nèi)首臺165公斤級點焊機器人，并成功應(yīng)用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經(jīng)過優(yōu)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(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國外同類機器人水平。
弧焊機器人
弧焊機器人主要應(yīng)用于各類汽車零部件的焊接生產(chǎn)。在該領(lǐng)域，國際大型工業(yè)機器人生產(chǎn)企業(yè)主要以向成套裝備供應(yīng)商提供單元產(chǎn)品為主。本公司主要從事弧焊機器人成套裝備的生產(chǎn)，根據(jù)各類項目的不同需求，自行生產(chǎn)成套裝備中的機器人單元產(chǎn)品，也可向大型工業(yè)機器人企業(yè)采購并組成各類弧焊機器人成套裝備。在該領(lǐng)域，本公司與國際大型工業(yè)機器人生產(chǎn)企業(yè)既是競爭亦是合作關(guān)系。
關(guān)鍵技術(shù)包括：
(1)弧焊機器人系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù)：弧焊機器人采用交流伺服驅(qū)動技術(shù)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(wěn)定性和高速動態(tài)響應(yīng)，并可實現(xiàn)免維護功能。
(2)協(xié)調(diào)控制技術(shù)：控制多機器人及變位機協(xié)調(diào)運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態(tài)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(shù)：結(jié)合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優(yōu)點，采用激光傳感器實現(xiàn)焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機器人對復(fù)雜工件進行焊接的柔性和適應(yīng)性，結(jié)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(tǒng)計獲得補償數(shù)據(jù)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(zhì)量。
弧焊機器人
激光加工機器人
激光加工機器人是將機器人技術(shù)應(yīng)用于激光加工中，通過高精度工業(yè)機器人實現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。本系統(tǒng)通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方式進行編程。該系統(tǒng)通過對加工工件的自動檢測，產(chǎn)生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數(shù)據(jù)直接加工。可用于工件的激光表面處理、打孔、焊接和模具修復(fù)等。
關(guān)鍵技術(shù)包括：
(1)激光加工機器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：采用大范圍框架式本體結(jié)構(gòu)，在增大作業(yè)范圍的同時，保證機器人精度；
(2)機器人系統(tǒng)的誤差補償技術(shù)：針對一體化加工機器人工作空間大，精度高等要求，并結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，采取非模型方法與基于模型方法相結(jié)合的混合機器人補償方法，完成了幾何參數(shù)誤差和非幾何參數(shù)誤差的補償。
(3)高精度機器人檢測技術(shù)：將三坐標(biāo)測量技術(shù)和機器人技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了機器人高精度在線測量。
(4)激光加工機器人專用語言實現(xiàn)技術(shù)：根據(jù)激光加工及機器人作業(yè)特點，完成激光加工機器人專用語言。
(5)網(wǎng)絡(luò)通訊和離線編程技術(shù)：具有串口、CAN等網(wǎng)絡(luò)通訊功能，實現(xiàn)對機器人生產(chǎn)線的監(jiān)控和管理；并實現(xiàn)上位機對機器人的離線編程控制。
真空機器人
真空機器人是一種在真空環(huán)境下工作的機器人，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中，實現(xiàn)晶圓在真空腔室內(nèi)的傳輸。真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強，其成為制約了半導(dǎo)體裝備整機的研發(fā)進度和整機產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵部件。而且國外對中國買家嚴(yán)加審查，歸屬于禁運產(chǎn)品目錄，真空機械手已成為嚴(yán)重制約我國半導(dǎo)體設(shè)備整機裝備制造的“卡脖子”問題。直驅(qū)型真空機器人技術(shù)屬于原始創(chuàng)新技術(shù)。
關(guān)鍵技術(shù)包括：
(1)真空機器人新構(gòu)型設(shè)計技術(shù)：通過結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計，避開國際專利，設(shè)計新構(gòu)型滿足真空機器人對剛度和伸縮比的要求；
(2)大間隙真空直驅(qū)電機技術(shù)：涉及大間隙真空直接驅(qū)動電機和高潔凈直驅(qū)電機開展電機理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制作工藝、電機材料表面處理、低速大轉(zhuǎn)矩控制、小型多軸驅(qū)動器等方面。
(3)真空環(huán)境下的多軸精密軸系的設(shè)計。采用軸在軸中的設(shè)計方法，減小軸之間的不同心以及慣量不對稱的問題。
(4)動態(tài)軌跡修正技術(shù)：通過傳感器信息和機器人運動信息的融合，檢測出晶圓與手指之間基準(zhǔn)位置之間的偏移，通過動態(tài)修正運動軌跡，保證機器人準(zhǔn)確地將晶圓從真空腔室中的一個工位傳送到另一個工位。
(5)符合SEMI標(biāo)準(zhǔn)的真空機器人語言：根據(jù)真空機器人搬運要求、機器人作業(yè)特點及SEMI標(biāo)準(zhǔn)，完成真空機器人專用語言。
(6)可靠性系統(tǒng)工程技術(shù)：在IC制造中，設(shè)備故障會帶來巨大的損失。根據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備對MCBF的高要求，對各個部件的可靠性進行測試、評價和控制，提高機械手各個部件的可靠性，從而保證機械手滿足IC制造的高要求。
潔凈機器人
潔凈機器人是一種在潔凈環(huán)境中使用的工業(yè)機器人。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，其對生產(chǎn)環(huán)境的要求也日益苛刻，很多現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)都要求在潔凈環(huán)境進行，潔凈機器人是潔凈環(huán)境下生產(chǎn)需要的關(guān)鍵設(shè)備。
關(guān)鍵技術(shù)包括：
(1)潔凈潤滑技術(shù)：通過采用負(fù)壓抑塵結(jié)構(gòu)和非揮發(fā)性潤滑脂，實現(xiàn)對環(huán)境無顆粒污染，滿足潔凈要求。
(2)高速平穩(wěn)控制技術(shù)：通過軌跡優(yōu)化和提高關(guān)節(jié)伺服性能，實現(xiàn)潔凈搬運的平穩(wěn)性。
(3)控制器的小型化技術(shù)：根據(jù)潔凈室建造和運營成本高，通過控制器小型化技術(shù)減小潔凈機器人的占用空間。
(4)晶圓檢測技術(shù)：通過光學(xué)傳感器，能夠通過機器人的掃描，獲得卡匣中晶圓有無缺片、傾斜等信息。
