工业机器人研究所发展

1、工业机器人研究开发及工程应用第一完成单位：沈阳自动化研究所获奖奖种：国家科技进步奖获奖时间：2000获奖等级：2 内容简介：沈阳自动化所经过十年的研究开发,掌握了机器人大型工程设计开发的技术,结束 了我国在这方而长期依赖国外设汁公司的历史.初步形成了机器人技术研究开发、生产 制造、性能测试、工程应用、售后效劳和市场开拓的完整体系,成为国家唯一的机器人 中央和机器人研尢、开发及应用基地.本成果通过科技人员创新性的研究开发,攻克了 高性能的机器人限制、操作机优化设讣、机器人作业技术以及工程应用中的一系列关键 技术难题.建立了开放式、模块化机器人限制体系结构,解决了机器人多轴协调限制问 题,掌握了机

2、器人操作机的优化设计和多种分析方法.同时在多机器人协调、通讯和传 感限制及快捷示教等方而皆取得了重大进展,开发出了具有自主版权和高性能的机器人 限制器和机器人操作机,并形成了系列产品和一左批量的生产水平,填补了国家空白. 同时建立健全了性能测试和质疑保证体系,形成了机器人研究开发、产品设计、生产制 造、性能测试、质量保证、工程应用售后效劳和市场开拓的完整体系,使我国机器人技 术的研究、开发及应用步入世界先进行列.变形机器人越障实验楼梯6000米水下机器人CR01在太平洋海域执行使命北极ARV试验应用反恐防衆机器人全自动激光拼焊生产线水陆两栖蛇形机器人现场总线分布式限制系统NCS40002021

3、年我国新装各类工业机器人9500台随着新兴领域的不断开展,推动了机器人装备量的上升.至2021年将到达年产量134, 100台的水平.无论是效劳机器人还是工业机器人,对我国的经济所做岀的奉献是可想而知的.随着我 国的建筑业、采矿业、铁路和公共建设、水力工程建设和工程机械、建筑机械等英他制造行 业的规模扩大和技术升级也将对工业机器人产业起到推动作用.建筑工程机械的结构件多为 焊接件,通过工业机器人焊接可提髙焊接质量和效率,满足市场的需求.预计未来几年我国工业机器人仍将保持稳左的增长势头.预计我国将在2021年新安装 各类工业机器人9, 500台,市场保有量将到达4& 600台.工业机器人

4、技术特点(1) 技术先进工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术 于一体,通过对过程实施检测、限制、优化、调度、治理和决策,实现增加产量、提髙质星、 降低本钱、减少资源消耗和环境污染,是工业自动化水平的最髙表达.(2) 技术升级工业机器人与自动化成套装备具备精细制造、精细加工以及柔性生产等 技术特点,是继动力机械、计算机之后,出现的全而延伸人的体力和智力的新一代生产工具, 是实现生产数字化、自动化、网络化以及智能化的重要手段.(3) 应用领域广泛工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设备,可用于制造、 安装、检测、物流等生产环节,并广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程

5、机械、轨道交通、 低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业,应用 领域非常广泛.(4) 技术综合性强工业机器人与自动化成套技术,集中并融合了多项学科,涉及多项 技术领域,包括工业机器人限制技术、机器人动力学及仿真、机器人构建有限元分析、激光 加工技术、模块化程序设计、智能测量、建模加工一体化、工厂自动化以及精细物流等先进 制造技术,技术综合性强.工业机器人开展现状与趋势工业机器人是集机械、电子、限制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的 现代制造业重要的自动化装备.自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机 器人技术及其产品开展很快,已

6、成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成 制造系统(CIMS)的自动化工具.广泛采用工业机器人,不仅可提升产品的质疑与产量,而且对保证人身平安,改善劳 动环境,减轻劳动强度,提髙劳动生产率,巧约原材料消耗以及降低生产本钱,有着十分重 要的意义.和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和 生活方式.一、工业机器人技术现状及国内外开展的趋势工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很髙,应用范围很广,作 为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会开展起着越来越重 要的作用.国外专家预测,机器人产业是继汽车、il算机之后出

7、现的一种新的大型高技术产 业.据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计,世界机器人市场 前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头.进入 20世纪90年代,机器人产品开展速度加快,年增长率平均在10%左右.2004年增长率 到达创记录的20%.其中,亚洲机器人增长幅度最为突岀,高达43%,如图1所示.各区域用户工业机器人定购指数(以1996年作为100)国外机器人领域开展近几年有如下几个趋势：1. 工业机器人性能不断提升(髙速度、高精度、高可*性、便于操作和维修),而单 机价格不断下降,平均单机价格从91年的10. 3万美元降至97年

8、的6. 5万美元.2. 机械结构向模块化、可重构化开展.例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系 统三位一体化：由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机：国外已有模块化装配机 器人产品问市.3. 工业机器人限制系统向基于PC机的开放型限制器方向开展,便于标准化、网络化: 器件集成度提升,限制柜日见小巧,且采用模块化结构：大大提髙了系统的可*性、易操作 性和可维修性.4. 机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外, 装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机器人那么采用视觉、声觉、力觉、 触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策限制；多传感器融合配

9、置技术在产品化系 统中已有成熟应用.5. 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿貞、预演开展到用于过程限制,如使遥控机 器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人.我国的工业机器人从80年代''七五"科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过''七 五"、''八五"科技攻关,目前已根本掌握了机器人操作机的设计制造技术、限制系统硬件 和软件设汁技术、运动学和轨迹规划技术,生产了局部机器人关键元器件,开发出喷漆、弧 焊、点焊、装配、搬运等机器人：其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30 条自动喷漆生产线站上获

10、得规模应用,弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上.但 总的来看,我国的工业机器人技术及英工程应用的水平和国外比还有一定的距离,如：可* 性低于国外产品：机器人应用工程尼步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距; 在应用规模上,我国已安装的国产工业机器人约200台,约占全球已安装台数的万分之四. 以上原因主要是没有形成机器人产业,当前我国的机器人生产都是应用户的要求,''一客户, 一次重新设计",品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、本钱也不低, 而且质量、可*性不稳泄.因此迫切需要解决产业化前期的关键技术,对产品进行全而规划, 搞好系列化、通用

11、化、模化设计,积极推进产业化进程.二、工业机器人的应用领域日渐广泛经过四十多年的开展,工业机器人已在越来越多的领域得到了应用.在制造业中,尤 其是在汽车产业中,工业机器人得到了广泛的应用.如在毛坯制造冲压、压铸、锻造等、 机械加工、焊接、热处理、外表涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,机器人都 已逐步取代了人工作业.随着工业机器人向更深更广方向的开展以及机器人智能化水平的提升,机器人的应用 范周还在不断地扩大,已从汽车制造业推广到其他制造业,进而推广到诸如采矿机器人、建 筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业.此外,在国防军事、医疗卫生、 生活效劳等领域机器人的应用也越来

12、越多,如无人侦察机飞行器、警备机器人、医疗机器 人、家政效劳机器人等均有应用实例.机器人正在为提髙人类的生活质量发挥着重要的作用.三、国内外主要的工业机器人生产厂商在国外,工业机器人技术日趋成熟,已经成为一种标准设备被工业界广泛应用.从而, 相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司,它们包括：瑞典的ABB Robotics, 日本的 FANUC、Yaskawa,徳国的 KUKA Roboter,美国的 Adept Technology、 American Robot、Emerson Industrial AutomationS-T Robotics,意大利 COMAU, 英国的 Aut

13、oTech Robotics,加拿大的 Jed International Robotics,以色列的 Robogroup Tek公司,这些公司已经成为苴所在地区的支柱性产业.在国内,工业机器人 产业刚刚起步,但增长的势头非常强劲.如中国科学院沈阳自动化所投资组建的新松机器人 公司,年利润增长在40%左右.四、工业机器人的开展趋势工业机器人在许多生产领域的使用实践证实,它在提髙生产自动化水平,提髙劳动生 产率和产品质量以及经济效益,改善工人劳动条件等方而,有着令世人彌目的作用,引起了 世界各国和社会各层人士的广泛关注.在新的世纪,机器人工业必将得到更加快速的开展和 更加广泛的应用.1、工业机器

14、人的技术开展趋势从近几年世界机器人推出的产品来看,工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统 化的方向开展,苴开展趋势主要为：结构的模块化和可重构化：限制技术的开放化、PC化 和网络化：伺服驱动技术的数字化和分散化：多传感器融合技术的实用化：工作环境设计的 优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面.2、工业机器人的产业开展趋势据UNECE/IFR预测,至2007年,全球新安装装机器人的数量将从2003年的81800 套增至2007年的106000套,年平均增长7%.其中,日本2003-2007年工业机器人 的销售将从2003年的31600增长至2007年的41000套：欧洲2003-20

15、07年工业机 器人将从2003年的27100套增长至2007年的34000套：北美2003-2007年工业机 器人市场每年平均增长5.8%,至2007年将增长到16000套.五、工业机器人产业开展模式的探讨纵观世界各国在开展工业机器人产业过程,可归纳为三种不同的开展模式,即日本模 式、欧洲模式和美国模式：1、日本模式此种模式的特点是：务司苴职,分层而完成交钥匙工程.即机器人制造厂商以开发新 型机器人和批疑生产优质产品为主要目标,并由其子公司或社会上的工程公司来设计制造各 行业所需要的机器人成套系统,并完成交钥匙工程：2、欧洲模式此种模式的特点是：一揽子交钥匙工程.即机器人的生产和用户所需要的系

16、统设计制 造,全部由机器人制造厂商自己完成；3、美国模式此种模式的特点是：采购与成套设讣相结合.美国国内根本上不生产普通的工业机器 人,企业需要时机器人通常由工程公司进口,再自行设讣、制造配套的外仿1设备,完成交钥 匙工程.我国从上世纪80年代开始在髙校和科研单位全面开展工业机器人的研究,近20年来 取得不少的科研成果.但是由于没有和企业有机地进行联合,至今仍未形成具有影响力的产 品和有规模的产业.目前国内除了一家以组装为主的中日合资的机器人公司外,具有自主知 识产权的工业机器人尚停留在高校或科研单位组织的零星生产,未能形成气候.近10年来, 进口机器人的价格大幅度降低,对我国工业机器人的开展

17、造成了一左的影响,特别是我国自 行制造的普通工业机器人在价格上根本无法与之竞争.特别是我国在研制机器人的初期,没 有同步开展相应的零部件产业,使得国内企业在生产的机器人过程中,只能依赖配套进口的 零部件,更削弱了我国企业的价格竞争力.中国的机器人产业应走什么道路,如何建立自己的开展模式,确实值得探讨.中国工 程院在2003年12月完成并公开的？我国制造业焊接生产现状与开展战略研究总结报告？ 中认为,我国应从''美国模式"着手,在条件成熟后逐步向''日本模式"靠近.六、机器人在我国的前景应该说中国是最需要又最不需要机器人的国家.中国人口众多,劳

18、动力资源丰富且廉 价,从这一层而说用一个贵而笨重的机器人还不如雇一个人来的廉价,但是我国要做世界强 国就必须用最少的资源作更多的事,我们的企业必须尽可能的采用髙新技术来更高效率的生 产,以髙竞争力取胜,这就需要很多的机器人,人是没有机器人那样的精确率,准确率和髙 效率的.可能会有人失业,但创造的就业时机更多,社会所得的利益会更多.我相信在不久 将来,机器人产业会如同汽车一样成为国家的经济支柱产业,美国是''汽车上的国度",中 国可以成为''站在机器人肩膀上的国家".七、机器人开展的希望与困难机器人技术是髙技术的重要组成局部,英产业化的进程在我

19、国刚刚起步,虽然取得了 一泄的成绩,但仍然存在很多困难和缺乏,因此更需要多方面的关心和支持.国家政策支持,是加速髙新技术产业化的重要前提.根据我国政府有关部门应组织力 量进行充分地调查研究,在此根底上,制立切实可行的推广、应用机器人和促进机器人研究 开发的倾斜政策.如在税收、投资和贷款方面对机器人产业实行扶持政策.日本政府通过制 立政策,采取一系列举措鼓励企业应用机器人,为日本机器人在国内开拓市场的经验值得我 们借鉴.另外,对机器人用戸,可以考虑给予一泄的资金补贴,以鼓励购苣.为了预防危险 恶劣的工作环境导致的工伤事故和职业病,保护工人的身心平安,对一些特殊工种,如喷涂, 铸造等通过劳动法强制

20、采用工业机器人来代替.这样可以大大增加工业机器人的需求数量.我国的机器人产业化必须由市场来拉动.机器人作为髙技术,它的开展与社会的生产、 经济状况密切相关.机器人的研制、开发只有从技术上实现可能性大为原那么选择机器人优 先应用的领域,并以此为突破口,向苴他领域渗透、扩散至为重要.我国机器的应用人要顺利走上市场,实现产业化,还是需要各方面的共同努力.工业机器人市场亚洲增长最快随着各应用领域产品加工精度要求的提升,焊接、切割等生产环肖逐步由机器人代替手工操 作,再加上人们对工作环境要求的提升,高危、有毒等恶劣条件的工作需要由机器人逐步替 代,增加了对机器人产品的市场需求.IFR预计,我国未来几年每

21、年的市场规模将有5-7亿 美元,即40亿人民币以上.2021年开始恢复性增长.从全球范围来讲,由于金融危机的影响,2021年运行中的工业机 器人比2021年下降了 0.5%,但这一状况将随着经济的恢复而得到改善.国际机器人联合 会IFR预计,全球运行中的工业机器人将从2021年的103.1万台提升到2021年的105.7 万台,增长2.5%.随着经济逐步恢复,全世界每年新安装的工业机器人数量将逐步接近2005-2021年的顶峰 期.预计2021和2021年每年分别增加6.8万台和10.4万台.到2021年,全球每年新安 装工业机器人将到达10.4万台.根据每台平均7万美元计算,估计全球每年工业

22、机器人的 市场规模在70亿美元以上.拯悉,截止到2021年底,美国运行中的工业机器人大约有19.4万台.日本运行中的工业 机器人为339800台,徳国、韩国、意大利、中国和印度分别为145800台、79300台、62900 台、36800台和4200台.日本工业机器人运行数量髙居榜首,我国数量仅为其10.8%.2021年,机器人与自动化行业的制造商不仅在英主要市场中国、韩国和东盟显示了巨 大的开展潜力,而且在自动化普及率较低的北美以及中东欧国家仍然存在潜在的需求.徳国REIS机器人集团常务董事、徳国机械设备制造业联合会VDMA机器人与自动化协 会主席迈克尔?文策尔博士表示：''汽车行业也会进一步在新技术上投资,并使用髙新材料. 这就需要大量的生产设备,或者更新现有设备."文策尔博士介绍,2021年,机器人制造商的营业额总计20亿欧元,同比增长24%o 2021 年的营业额预计增长至少10%,到达22亿欧元.除了汽车行业,2021年,在徳国市场,食 品行业显着增加了机器人的利用.机器人制造商认为,在药品和化装品行业和塑料行业,机 器人的投资潜力巨大.据了解,从2005年开始,全球工业机器人需求量保持在一个很高的水准,原因有