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冲压机器人研究现状与发展方向摘要：机器人是20世纪重大高科技成果之一，机器人产品已在各领域得到了初步应用，为提高世界冲压自动化水平发挥了重要作用。研究冲压机器人的应用现状，分析其发展方向将有助于更好地发展我国的冲压机器人产业。关键词：冲压机器人 自动化 应用现状 发展方向 1 绪论 机器人是1959年美国联合控制公司首先研制成功的一种动作程序可变，行程可调，适应力强的高级机械手。它不但能给多品种、小批量生产的自动机床上下料，而且能够自动控制工具进行焊接、热处理等作业，在一定程度上像人手一样工作，因此称这种高级机械手为机器人。机器人是典型的机电一体化高科技产品，自1959年美国研制出第一台机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，它对于提高生产自动化水平、劳动生产率和经济效益，保证产品质量，改善劳动条件等方面的作用日益显著。工业机器人代替人力劳动是必然的发展趋势，和计算机技术一样，工业机器人的广泛应用，正在日益改变着人类的生活和成产方式。机器人工业已成为世界各国备受关注的产业。 机械手是指能够按照给你的的固定程序或指令要求，自动地完成生产过程中对原材料、工件或工具等的夹取、传送和操作。与机器人最显著的不同点就是机械手的程序是固定的，不可改变的，只能适应一种工作环境和条件。而机器人的工作程序是可变的，适应能力强。机器人是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术产品，其应用日益广泛，成为当代新技术研究的热点。机器人的应用情况也是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人的劳动，而是综合了人和机器的特长的一种拟人的机械电子装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器持续工作时间长、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说，它也是机器在进化过程中的产物，是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可或缺的自动化设备。 本文主要从冲压工艺方面来简单介绍一下当前冲压机器人的发展现状和研究方向。2 冲压机械手的发展现状和不足机械手是1913年美国福特汽车公司首先研制成功的。它被用来给机床上下料，形成自动生产线，是产量显著提高，取得了良好的经济效果。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。目前冲压机械手的分类方法较多，通常可按驱动方式、搬运重量、坐标型式、控制方法和运动轨迹等来分类。其中按驱动方式可分为机械式机械手、液压式机械手、气动式机械手和电动式机械手等；按搬运重量可分为微型机械手、小型机械手、中型机械手和大型机械手等；按坐标型式可分为直角坐标式机械手、圆柱坐标式机械手、极坐标式机械手和多关节式机械手等；按控制方法可分为固定程序控制机械手和可变程序控制机械手等；而按运动轨迹则可分为点位轨迹机械手和连续轨迹机械手等。在机械工业中，机械手的应用具有以下意义：1. 可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。2. 可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3.可以减少人力，便于有节奏的生产应用 机 械 手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。随着科学技术的不断进步和发展对生产各个环节的精度要求越来越高。冲压机械手在冲压工序中主要作用是上下料，但是为了保证冲压的效果机械手的定位精度要求很高，特别是重复定位精度。冲压机械手的首次定位精度较容易控制但是由于冲压机械手的先天不足它不具备自我调节的能，所以当与之配套的设备发生细微变化时，不能及时的自我调节，容易造成大的损失。3 冲压机器人的发展现状机器人的诞生随着第一台机器人在美国的问世，机器人技术正在以超乎一般人所预料的速度向前发展，对机器人这一概念的理解及定义也在变化。1984年末著名科学家钱学森指出：“所谓机器人，就是指那些有特定功能的自动机，它是机电一体化的，具有人工智能因素的80年代高技术，是新技术革命的重要内容之一。”这是最有权威和精辟归纳的定义，也为20年来的实践所证实其远见卓识。机器人是人类20世纪的重大发明之一。据国外专家预测，21世纪将是机器人技术革命的世纪，机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。在非常规和极端制造过程中，工业机器人是不可缺少的自动化装备。冲压机器人可用于汽车、电机、家用电器等工业中，与冲压设备构成单机自动冲压机和多机冲压自动线，机器人在冲压工序中的应用机器人在冲压方面的表现也非常好，特别在重复精度，自我调节的能力很高，冲压机器人的一个很重要的应用就是在汽车冲压工艺中的应用，往往汽车工业发达的国家工业机器人的发展也很好。如美国克莱斯勒公司汽车车门的加工就是利用由10台Danly 上、下料机器人和5台压力机组成的自动线进行的。因为冲压机器人要求具有高度的准确性、可靠性和一致性，因此，工业利用冲压机器人作业，不但产品质量高而稳定，且能有效地降低库存（甚至零库存），从而降低成本；冲压机器人能通宵达旦地工作，生产率极高，再加上冲压机器人具有可编程功能和工作多样性的特点，因而能适应需求多变的市场。日本之所以能成为世界头号汽车生产大国，其电子工业产品之所以能行销世界，都是与日本大量采用冲压机器人生产分不开的。随着乘用车产量的快速增长，大量产能过剩的汽车厂家竞争的结果是各种车型竞相降价，同时汽车轻量化、降能耗、高可靠性、高质量的呼声不断增高，这些对冲压技术提出了越来越高的要求。激光拼焊板、高强度钢板、烘烤硬化板、铝合金材料等相继应用于汽车的生产，CAD/CAE/CAM一体化技术在产品设计、模具设计和制造过程中发挥出越来越大的作用，内高压成形零件以及空气弹簧的应用面在不断扩大，有效地提高了整车的可靠性和舒适性。目前，美国、德国的几大著名汽车公司已经将冲压零件成形性分析作为开发流程中的一个环节，日本公司则是选择性地进行成形性分析。美国三大汽车公司从1996年就规定新设计的车身冲压件模具，没有经过有限元分析，不准进行模具加工。可见冲压工艺在汽车生产过程中的重要作用。目前冲压机器人在我国的发展还处于起步阶段，大部分的生产企业还都在使用机械手。甚至很多企业还没有引进机械手，还在进行人工操作。国外冲压机器人的发展近几年来较快，英美等国在冲压生产中不断扩大冲压机器人的使用，进一步提高了单机和冲压成产线的自动化程度。与配有一般自动送料的生产方式相比，也更具有适应性。英国Pendar公司专门生产Plcemate系列电气控制可重复编程的冲压机器人，它适用于上、下料，抓取头上有两个真空吸盘，可快速工作，使连续冲压更为连贯。福特汽车公司和雷兰德汽车公司应用欧洲Unimate2000系列5座标机器人，在间距23英寸的两台冲床间传递车身侧板仅需8秒；在车门冲压自动线上，该机每小时上门板580块，且有重复精度高、灵活性大的优点。新的双臂机器人传递大型件仅需3秒。Pendar公司最近经过鉴定，冲压机器人尚能按工件尺寸不同，在几种尺寸工件同时存在时分别堆放，或将数台冲床、传递装置联结成一个完整的生产整体。4 冲压机器人的研究方向模糊控制和智能化首先模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力了。因此便尝试着以模糊数学来处理这些控制问题。模仿人类下判断时的模糊概念，运用模糊逻辑和模糊推论法进行推论，而得到模糊控制讯号。此部分是模糊控制器的精髓所在。未来机器人与今天的相比最突出的特点在于其具有更高的智能。随着计算机技术、模糊控制技术、专家系统技术、人工神经网络技术和智能工程技术等高新技术的不断发展，必将大大提高工业机器人学习知识和运用知识解决问题的能力，并具有视觉、力觉、感觉等功能，能感知环境的变化，作出相应反应，有很高的自适应能力，几乎能像人一样去干更多的工作。通用化、标准化、模块化冲压机器人是一种高科技产品，其制造、使用维护成本比较高，操作机和控制器采用通用元器件，让冲压机器人组件、构件实现通用化、标准化、模块化是降低成本的重要途径之一。大力制订和推广“三化”，将使冲压机器人产品更能适应国际市场价格竞争的环境。高精化随着人类对产品和服务质量的要求越来越高，对从事制造业的冲压机器人的要求也相应提高，开发高精度冲压机器人是必然的发展结果。网络化网络化使机器人由独立的系统向群体系统发展，使远距离操作监控、维护及遥控脑型工厂成为可能，这是机器人技术发展的一个里程碑。目前，机器人仅仅实现了简单的网络通讯和控制，网络化机器人是目前机器人研究中的热点之一。一脑多手控制所谓的一脑就是指使用一颗高级的CPU控制器，这样能够大大的提高系统的稳定性和可控性。多手是指控制多的机械手完成不同的工作，这里的机械手不需要有自我控制能力，只需要有信息采集能力就可。把采集的信息传递给CPU控制器进行处理。自我完善和修复能力一台高级智能化的冲压机器人应该具有自我修复的能力，这样能够更好的避免因为突发状况导致的生产停顿带来