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機器人――工廠自動化中的“超人”

發表時間:2009-03-30 11:37:28; 來源:
  20世紀50年代,世界上研制出第一臺機器人(Robot)。最初研制出來的是一些仿造人手動作的機械手,用于搬運物件,以代替人手的繁重勞動。其后隨著微電子、計算機技術、數控機床等的發展,逐步開發出能獨立運動的機器人。由于汽車、電子元件等自動化生產的不斷發展,機器人迅速得到應用和推廣。20世紀80年代末期,世界經濟興旺發達,對數控機床、FMS(柔性制造系統)、CIMS(計算機集成制造系統)、FA(工廠自動化)、CMS(計算機集成制造系統)的研究進一步發展,技術水平上迅速提高。但到了20世紀90年代初,經濟出現衰退,FMS、CIM因價格過高,再加上許多關鍵技術尚不成熟,機器人的研制又進入低潮。
 進入21世紀,世界經濟開始復蘇,數控機床得以加速發展,機器人與數控機床不斷加以結合使用,技術水平也隨之發展、提高,同時在汽車制造和技術自動化領域中,機器人的科研活動和產量也不斷增多。在世界四大國際機床展上,新開發的機器人展品不斷增多。特別是在近年舉行的EMO(歐洲國際機床展)、JIMTOF(日本國際機床展),機器人展品尤為引人矚目。2006年舉行的JIMTOF展上,有32臺展品; 2008年舉行的JIMTOF展上,機器人展品增加到58臺。而據國際機器人聯盟(IFR)統計報道:2007年世界產業機器人約有100萬臺在使用,預計2011年,世界一些主要國家生產的產業機器人臺數有望增加。預計日本約生產3.8萬臺,美國、德國各生產約1.5萬臺,韓國1.1萬臺,中國5100臺,意大利5000臺,加拿大2500臺,臺灣4000臺,西班牙2500臺,中東歐1000臺等。
 機器人在機器制造等各行業的應用中具有許多優點:高速化、智能化、多用途化、集成化、耐久性等。目前已開發出能搬運1噸工件、能連續自動化工作720小時的機器人,遠遠超過人的體力。預計在將來人類發展工廠自動化、實現自動化生產的過程中,不僅可代替熟練工人,而且能夠在許多危險、高速、特種工作條件下,完成人所不能完成的工作。雖然在目前世界經濟危機中,對機器人的市場需求乃至生產使用,都可能會一時減少,但在未來經濟復蘇時期,技術、生產進一步發展后,它將發揮出極其重要的特殊性作用。因此,從科學發展觀、長遠發展觀、戰略技術觀來看,我國對機器人――未來工廠自動化中的“超人”,應給予高度的重視。


機器人種類繁多用途日益廣泛


  時至今日,人類已研制出種類繁多、用途廣泛的機器人。隨著科技的發展,各項技術的深入合作,機器人的研究還會不斷向前發展。


  目前,機器人的大小、種類、功能各不相同。有固定機器人,也有移動機器人;有的機器人裝有感知裝置,如視覺、聽覺傳感器;大的機器人能搬運1.2噸的重物,小的機器人能進入人體疏通血管;有的機器人能在宇宙飛行器上進行體外機械修理,有的能夠在深海探寶,有的能對人體進行手術,有的能拉小提琴進行表演。除了以上領域之外,機器人還可在核電危險區域代替人工作,甚至未來戰場上進行作戰。產業機器人在汽車工業中,已較廣泛使用,進行焊接、噴涂、裝配、檢驗、搬運以及替代人手的各種工作。在工廠自動化作業中,目前日本的山馬扎克公司與發那科公司合作,已開發出ROBOT-CELL型機器人,在工廠中加工主軸零件,實現720小時連續自動化工作,生產的40#小型臥式加工中心,有約30%~40%由機器人來實現自動化加工。他們還開發出7軸控制的機器人,模仿人手可伸入凹形口袋中,在汽車裝配線上代替人手工作。國際機器人聯盟2008年對世界進行調查后公布的數字表明,最近30年中,產業機器人的使用在數量、技術上發展迅速:1973年機器人使用3000臺,19836.6萬臺,199045萬臺,199560萬臺,200075萬臺,200592萬臺,2007年約100萬臺,預計2011年可達120萬臺。產業機器人以外的服務機器人使用的數量更多,2007年約550萬臺,2011年可能達1700萬臺。

未來機器人的技術發展趨勢


 

  世界目前處于經濟危機階段,資金短缺、市場需求緊縮,NC機床,機器人等的產量、需求量、消費量會相應減少。NC機床、機器人市場繁榮與否,與經濟狀況息息相關。隨著世界經濟加強合作,科技不斷向前發展,預測到21世紀中后期,科學技術、機器人應用都會呈螺旋式向前發展。未來機器人技術將隨著機、電、液、氣、光、微電子、計算機技術的發展,特別是NC機床、NC檢測系統新技術的開發創新而向前發展,進一步提高其精度、速度以及自動化、高速化、智能化、環保化、集成化水平。其中技術關鍵主要有三大方面:一為擬人的視覺、聽覺、感覺傳感器;二為智能化控制技術;三為各種大小不同、類別不同的機器人的驅動裝置。在機器人的視覺、聽覺、感覺傳動器開發方面,主要是要達到“人”、“超人”的水平。人是最靈敏、智能的,如何開發出各種高精度、高靈敏度、高智能化的傳感器是機器人研究的一個關鍵。以相當于人的眼睛、耳朵、神經的傳感器,收集外界的各種信息,在避免失誤的前提下,如人之防止失誤、碰撞、摔跤等,提高可能性、穩定性、安全性,最終才能做出正確的反應。傳感器收集外界各種信息進行處理,相當于人的感覺,而機器人的智能化控制技術,則是經過感覺后的分析、判斷和決策,這與NC機床的控制系統(NC系統)智能化發展密切相關。在工廠自動化中,雖然目前已經有許多不同廠家生產的NC機床、機器人控制器能夠一體化協調工作,但相關的協調工作還需要進一步加強。目前機器人聯盟正在研究開發統一的標準接口,便于各種異體能夠融合在一個大自動化工廠體中和諧工作。其三,機器人要能靈敏、自如、智能化工作,必須要有各種合適的高效、高自動化的驅動裝置,一如人的手、足、軀干各個不同環節受大腦控制的狀況。上述三項關鍵技術,既彼此獨立又相互關聯,其最終的解決方法取決于人的知識以及科技的發展程度。

根據目前人類科技水平,可以預測在21世紀第一階段30年(2000-2030年),機器制造仍以發展單臺NC機床進行柔性生產自動化為主,在技術上逐步開發“超人”組成“加工單元”(CELL),甚至由2~3NC機床組成短線生產線,個別情況下也可發展FMS。在第二階段30年(2031-2060年),NC機床“超人”在技術上更加先進、成熟,以加工單元為基礎,發展大小不同的制造系統如FTL(柔性加工自動線)FMSCIM等。在第三階段40年(2061-2100年),當技術不斷進步、經濟更加興旺發達、資金更加充裕之時,將一些加工單元、FMSCIM進一步完善,發展成FACIMCIMS,這時世界上的機器人,將逐步替代人,而真正成為自動化工廠的“超人”。

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