如何真正用好工业机器人

① 工业机器人的发展与应用

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。 发展史1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人 最早的关节机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。它是最早的工业机器人设想。20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如图0.2所示，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1959年UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。UNIMATION的VAL（very advantage language)语言也成为机器人领域最早的编程语言在各大学及科研机构中传播，也是各个机器人品牌的最基本范本。其机械结构也成为行业的模板。其后，UNIMATION公司被瑞士STAUBLI收购，并利用STAUBLI的技术优势，进一步得以改良发展。日本第一台机器人由KAWASAKI从UNIMATION进口，并由kawasaki模仿改进在国内推广。特点戴沃尔提出的工业机器人有以下特点:将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的连杆 工业机器人机构联接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人还可以接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现”。1962年美国推出的一些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形主要由类似人的手和臂组成。后来，出现了具有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。[1]工业机器人最显着的特点有以下几个：(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。当前，对全球机器人技术的发展最有影响的国家是美国和日本。美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位。构造分类工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行 工业机器人机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。应用工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。

② 如何从零开始学习工业机器人

第一、先到一些网络上看一些文字记录及视频，通过视频学习工业机器人的使用。

③ 工业机器人的主要应用方式

①机器人码垛
包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一个头痛的难题，选用码垛机器人最大的优势是解放劳动力，一台码垛机至少可以代替三四个工人的工作量，大大削减了人工成本。码垛机器人是将包装货物整齐的、自动的码垛，在末端执行器安装有机械接口，可以跟换抓手，使码垛机器人应用在更多的场合，其应用在工业生产和立体化仓库。码垛机器人的使用无疑会大大的提高生厂力，降低工人的工作强度，在个别恶劣的工作环境下还对工人的人身安全起到有效保障的作用。
②机器人冲压
冲压机器人能代替人工作业的繁琐重复劳动以实现生产的机械全自动化，能在不同的环境下高速运作的情况下还能确保人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶 金、电子、轻工和原子能等企业，因为这些行业在生产过程中的重复动作相对比较多，所以在这些行业中利用冲压机器人的价值会很高。这些行业利用冲压机器人生产商品的效率会很高，从而为企业带来更高的利润。机械手全自动化解决方案：节省人力物力，降低企业在生产过程中的成本。取出生产好的产品放置在输送带或承接台上传送到指定目标地点，只要一人管理或一人同时看两台甚至更多台注塑机，可大大节省人工，节约人工工资成本，做成自动流水线更能节省厂地的使用范围。
③机器人分拣
分拣工作是内部物流最复杂的一环，往往人工工时耗费最多。自动分拣机器人能够实现 24 小时不间断分拣；占地面积小，分拣效率高，可减少70%人工；精准、高效，提升工作效率，降低物流成本。
机器人高速分拣可以在快速流水线作业中准确跟踪传送带的速度，通过视觉智能识别物体的位置、颜色、形状、尺寸等，并按照特定的要求进行装箱、分拣、排列等工作，以其快速灵活的特点大大提高了企业生产线的效率，降低了企业的运营成本。
④机器人焊接
采用机器人进行焊接作业可以极大地提高生产效益和经济效率；焊接的参数对焊接结果起到决定性作用，人工焊接时，速度、干伸长等都是变化的。机器人的移动速度快，可达3m/s，甚至更快，采用机器人焊接比同样用人工焊接效率可提高2～4倍，焊接质量优良且稳定。

⑤机器人激光切割

激光切割时利用工业机器人灵活快速的工作性能，根据客户切割加工工件尺寸的大小不同，可以选择机器人正装或者倒装，对不同产品进行示教编程或者离线编程，机器人的第六轴装载光纤激光切割头对不规则工件进行三维切割。加工成本低廉，设备虽然一次性投入较贵，但连续的，大量的加工最终使每个工件的综合成本降低下来。
⑥机器人喷涂
喷涂机器人又叫喷漆机器人，是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。喷涂机器人精确地按照轨迹进行喷涂，无偏移并完美地控制喷枪的启动。确保指定的喷涂厚度，偏差量控制在最小。喷涂机器人喷涂能减少喷涂和喷剂的浪费，延长过滤寿命，降低喷房泥灰含量，显着加长过滤器工作时间，减少喷房结垢。输送级别提高30%！

⑦机器人视觉应用

机器人视觉技术是把机器视觉加入到工业机器人应用系统中，相互协调完成相应工作。采用工业机器人视觉技术，能够避免一些外在因素对检验精度的影响，有效克服温度、速度的影响，提高检验的精度。机器视觉可以对产品的外形、颜色、大小、亮度、长度等进行检测，搭配工业机器人可以完成物料的定位、追踪、分拣、装配等需求。

⑧机床上下料

机床上下料机器人系统，主要用于加工单元和自动生产线待加工毛坯件的上料、加工完工件的下料、机床与机床之间工序转换工件的搬运以及工件翻转，实现车削、铣削、磨削、钻削等金属切削机床的自动化加工。

机器人与机床的紧密结合，不仅是自动化生产水平的提高，更是工厂生产效率革新与竞争力的提升。机械加工上下料需要重复持续的作业，并要求作业的一致性与精准性，而一般工厂对配件的加工工艺流程需要多台机床多道工序的连续加工制成……随着用工成本的提高及生产效率提升带来的生产压力，加工能力的自动化程度及柔性制造能力成为工厂竞争力提升的关卡。机器人代替人工上下料作业，通过自动供料料仓、输送带等方式，实现高效的自动上下料系统。

工业机器人在现在社会的生产和发展中已经扮演了一个越来越重要的角色了，相信随着科技的不断提升，工业机器人的用武之地也将更加广阔！

④ 如何构建与人类协作的工业机器人

安全而高效的人类交互机器人——或称为“协作机器人”(cobotics)，将会对组装生产线、家务劳动服务、健康保险领域以及物流产业产生革新作用。
汽车制造商和航空航天设备生产商都已经大规模引用自动化的机器人系统，英国航空公司(BAESystems)在本月早些时候也宣布了要使用协作机器人来建造军用飞机的计划。

1、隔离
但截至目前，工业机器人在“与人类共享空间”方面仍谈不上安全可靠——仅美国市场，每年因机器人造成的意外死亡就有20多起——因此大多数时候，机器人活动的区域是需要用屏障围护起来的。

“它们在搬运重物等单一操作上，非常高效实用。但是它们只能进行盲目且没有智慧移动，因此在过程中一旦触碰到人，就很可能造成严重事故，甚至导致死亡。”德国弗劳恩霍夫研究所工厂操作和自动化研究员JosSaenz表示。

与早期机器人不同，“协作机器人”安装有传感器并具备安全特性，能有效地侦测周围出现的人及作出相应反应。这样的设计让人和机器人组成了完美搭配：后者的强度和精确度配合前者的视觉、感知、思维和适应力将可释放出更高效的生产力。

人与机器人的组合至少在现在而言是融洽的，因为人类具备的很多技能如今并不可以通过程序被创造出来。“有很多的经验和非书本上的知识是没有办法用程序代码表达的。譬如，一个工人可以察觉得到某些状况不对，或者电钻的震动不合往常，或者某个材料太硬。”Saenz表示，“想要通过文档的形式把这些记录下来，将很难做到。”

2、避免受伤
在利用“协作机器人”方面走得比较靠前的是BMW。2013年，BMW为旗下位于美国南加州的工厂安装了由丹麦UniversalRobots公司设计生产的机器人。该机器人可以在工人手握车门组件的情况下，通过喷射胶水以帮助完成汽车车门的隔离和水封操作。没有这些机器人，传统的手工操作将十分费力，并且还可能会导致手腕职业伤。

“我们感兴趣的是人体工学和安全性。机器人可以生产线上进行推拉这样重复性的操作而不受到伤害。”BMW组装和物流部门负责人RichMorris表示，“这些机器人与工人协同工作，工人们都爱死它了。”

但是当一个工人距离机器人太近了会怎样?“机器人首先会警告说你靠得太近。”Morris表示，“然后它会停止当前操作。”

今年，机器人又被应用到了另一人体工程学繁重的任务上：向车底盘的孔内插入硬橡胶。“很多工人在做这件事时导致大拇指受伤。”Morris解释道。起初，BMW通过3D打印开发了保护骨骼来支撑手指，但如今拥有“超级拇指”的协作机器人已经完全接管了这项任务。

3、通过示范来学习
最高级的协作机器人在功能上是灵活的，因此同一款机器人型号可以轻松的跟进任务的不同而重新切换模式，如排列任务、装卸货任务以及处理原材料任务等模式。

RethinkRobotics设计的Baxter机器人拥有两只机械臂和一个动态表情面部(屏幕)。该机器人可以通过被示范训练来学习执行各类任务：人类可以控制机器人的手臂，并指定一系列动作，机器人会记住并重复，从而达到示范学习的目的。而头部的屏幕则会通过表情提示告知周围的人当前正在执行的任务，或者正遭遇的问题。

首个脱离实验室并投入实际使用的Baxter，是2015年2月由澳大利亚糖果巨头Haigh"sChocolates引进的巧克力挑拣机器人。该机器人与其他工厂工人协同工作，全程无保护无隔离。

4、灵活性和精度
协作机器人下一个主要适用领域是消费者电子品的组装生产，该行业目前主要依赖人力。
今年3月，Baxter迎来了一个“一只手”的小兄弟Sawyer，该机器人被设计用于执行电路板测试和机器操作等目的。

此外，几乎同一时间，总部在瑞士苏黎世的abb公司也推出了名为YuMi的机器人，该机器人配有大量传感器，可以精准地将线穿过缝衣针。

YuMi的小尺寸和移动范围等特点让其成为了小型组装生产线的完美搭配，譬如智能手机、笔记本电脑和平板电脑等。

“这些特点对于在工厂中最大化利用空间，以及在小型工作室中安装机器人是至关重要的。”ABB营销部门主管StevenWyatt表示。

一旦协作机器人在工业界广泛装配并完成测试，它们就有可能会立即出现在家庭市场上，当然这其中也有不少特别的挑战。

“在工业环境中，会出现的人类通常都是18岁以上的成年人，足够理解工作环境中穿戴护目镜和硬皮鞋的重要性。但是在家庭环境下，一切都会变得不同，譬如宠物和小孩会在地上滚爬等。”Saenz指出，“不过家庭市场却是一个更大的市场。”

⑤ 工业机器人是如何更好地实现它的运动控制

工业机器人的运动控制主要是实现点位运动（ PTP ） 和 连续路径运动（C P ） 两种。

⑥ 企业该如何运用机器人实现工业自动化呢

近年来，自动化智能化这个问题显得越来越突出，工业上使用自动化设备也成为衡量一家工厂的生产水平是否先进，高效，稳定的标准。
工业机器人应用于中国制造业虽然才短短20余年，但它不再是遥不可及的目标。目前自动化设备机器人等已应用在在多个领域，如汽车制造、工程机械、电子电气以及航空航天等行业。
如今，再谈起机器人，人们脑海所想到的不再是科幻电影中骇人听闻的杀戮机器，以及要改造人类的“入侵者”，而是一台集合了计算机、控制、传感和人工智能等多种技术的高科技产品。中国因各种原因正在成为世界最大的“机器人工厂”，机器人时代即将提前来临。
虽然我国从20世纪70年代便开始启动了机器人的研发工作，略晚于欧美日本等国，但自动化生产业步伐却一直缓慢。据了解，目前国内大约有300家从事机器人研发的机构和企业，主要分布在科研院所和高校及沿海地区的，但这其中基本实现了研究成果产业化的不过三四十家。
欧力克斯拥有自主研发能力，是国内专注于自动点胶机、自动焊锡机和机器人等自动化设备研发制造的实力企业，目前已经拥有超过30项专利技术。
现阶段，国内市场机器设备基本实现了Made in China 的局面，并且实现了自主的技术输出，让中国工业机器人技术已在世界占有一席之地，奠定了自主发展中国机器人产业的基础。从社会经济角度来看，中国自动化设备技术的发展，为中国实现全自动化有了良好的开端。