一家韓國公司生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人
一臺電腦輸出命令，旁邊的大手臂就開始工作了，那是一個(gè)機(jī)械臂，彎曲的時(shí)候有一米多高，前端有兩個(gè)攝像頭，那是它的眼睛。它伸出手，湊上去看了看，找到要卸載的部件的位置，用手旋轉(zhuǎn)下來，再放到指定的位置。
這是一部工業(yè)機(jī)器人，剛才模擬的操作是對放射源的裝卸。這部機(jī)器人不久將裝石油測井儀器到鉆井平臺去工作，替代之前由人工完成的裝卸放射源這項(xiàng)危險(xiǎn)的工作。
特種機(jī)器人奧秘多
這款機(jī)器人，中國航天科工集團(tuán)北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所的工程師們管它叫FAA-05K，是中國自主研發(fā)的首臺裝卸放射源機(jī)器人，由機(jī)械臂系統(tǒng)、末端操作器、定位與回轉(zhuǎn)裝置、視覺反饋裝置和操作臺等組成，可以滿足在2.5米長、2.5米寬空間內(nèi)靈活作業(yè)的要求，采用圖像識別與末端隨動(dòng)綜合控制技術(shù)的產(chǎn)品，能夠精確完成放射源的安裝過程，而且，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的靈巧末端夾持器可以確保夾持可靠，也不會對放射源造成損傷。
研制人員呂翀介紹：“裝卸源機(jī)器人是我們應(yīng)中海油田服務(wù)股份有限公司的需求開發(fā)的一款特種機(jī)器人，能夠滿足測井儀探測放射源裝卸過程無人化的使用需求，避免了對操作人員的健康損害。”
這個(gè)看起來簡單的手臂，卻是航天技術(shù)的集成，在系統(tǒng)集成技術(shù)、自主控制技術(shù)、視覺定位系統(tǒng)、高功率密度電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)控制器等方面都有所關(guān)聯(lián)。
除了石油領(lǐng)域，在煤礦、電網(wǎng)等領(lǐng)域，特種機(jī)器人也有大顯身手的地方。面向反恐、偵察、排爆、電站巡檢、煤礦巷道探測等方向，開發(fā)了中、小型通用移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品，融合了航跡推算、路徑跟隨、自主避障等多項(xiàng)導(dǎo)航控制技術(shù)。
MGT-20K移動(dòng)機(jī)器人就有這個(gè)本領(lǐng)，有履帶還有兩條輔助的手臂，一般遙控玩具車的大小，可適應(yīng)沙灘、田野、瓦礫、街道等多種路面，具有較強(qiáng)的爬坡、越障能力，上面安裝了航姿系統(tǒng)、GPS、攝像機(jī)等多種傳感器，可用于日常巡檢，危險(xiǎn)環(huán)境偵查、搜救和排爆等工作。
智能機(jī)器人研究室負(fù)責(zé)人張新華告訴記者，移動(dòng)類機(jī)器人的模塊化設(shè)計(jì)使其功能極富可塑性，可以快速實(shí)現(xiàn)與已有技術(shù)的融合，從而拓展應(yīng)用領(lǐng)域。比如，將慣性導(dǎo)航定位功能加載在移動(dòng)類機(jī)器人上，就能夠產(chǎn)生一種可以為煤礦坑道提供精確位置信息的小型智能移動(dòng)機(jī)器人，該產(chǎn)品一旦投入應(yīng)用將為礦難的救援工作提供重要幫助，大大提升救援的準(zhǔn)確度。在這個(gè)技術(shù)條件下，無人汽車也能成為現(xiàn)實(shí)，“技術(shù)上是完全有條件去做，就是成本問題。”據(jù)張新華介紹，單是核心系統(tǒng)的成本價(jià)就有七八十萬元人民幣。
替代人工不含糊
會繞線圈，能打螺絲，會點(diǎn)膠，能焊接……
七八臺小型機(jī)器人連接成了一個(gè)流水線的工作平臺，可以廣泛應(yīng)用于電子部件生產(chǎn)、裝配、包裝等領(lǐng)域。“我所是國內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)小型工業(yè)機(jī)器人系列化的單位。”張新華說。今年已經(jīng)有一家外資公司定制了30臺產(chǎn)品，包括電路板焊錫、印制板點(diǎn)膠、螺釘裝配和印制板切割等類型機(jī)器人，用于空調(diào)、音響控制面板、電子智能鑰匙等汽車零部件的生產(chǎn)。
張新華和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)這一系列小型工業(yè)機(jī)器人之前去不少工廠調(diào)研過，一排排生產(chǎn)線，年齡不大的工人每天重復(fù)地同一個(gè)簡單的動(dòng)作，安個(gè)螺絲或者點(diǎn)個(gè)膠水，你甚至很難捕捉到他們臉上的表情。“這些機(jī)器人都能做，而且更熟練，廢品率會更低。”在樣品臺上，記者看到了半徑大小不同的銅絲線圈，最細(xì)的一個(gè)比頭發(fā)絲還細(xì)，在一個(gè)半徑不足50毫米，長度不足1厘米的線圈上，它能分毫不差地完成900圈的纏繞。
這樣的小型工業(yè)機(jī)器人，每臺售價(jià)在25萬元人民幣，壽命在七八年左右，因?yàn)槭悄K化設(shè)計(jì)，只要工廠的技術(shù)人員稍加培訓(xùn)就能完成維護(hù)和修理。相同性能的機(jī)器人在日本的單臺售價(jià)約合人民幣50萬元，價(jià)格上的優(yōu)勢也確實(shí)吸引了一批想引入機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)的工廠，連年上漲的人力成本以及工業(yè)化生產(chǎn)帶來的用工社會問題，讓一些企業(yè)有了讓機(jī)器人進(jìn)工廠的想法。“但是考慮到社會就業(yè)率問題，估計(jì)機(jī)器人在中小企業(yè)工廠的替代率不會太大。”張新華說，這些工廠引入機(jī)器人還都是試探性的態(tài)度。
現(xiàn)在的平臺還是傳統(tǒng)機(jī)器手臂的模樣，下一步要做出仿人上半身的形狀來，再加上兩只靈巧手，每只手至少有3個(gè)手指，這樣就能執(zhí)行更加復(fù)雜的工作任務(wù)。在研究室里，張新華還給記者演示了新研制出的可以同時(shí)進(jìn)行兩項(xiàng)工作任務(wù)的雙軸機(jī)器人系統(tǒng)。
此外，還有一個(gè)可以自動(dòng)碼垛的大家伙，它每分鐘可以碼30箱礦泉水，這個(gè)機(jī)器人是為一家礦泉水公司定制的，之前，這家公司一直用的是進(jìn)口產(chǎn)品，而采用國產(chǎn)化的設(shè)備后，這一項(xiàng)就能讓用戶的機(jī)器人采購成本減半、日常應(yīng)用成本降低60％以上。
這個(gè)大家伙由托盤供給裝置、滾筒輸送線、自動(dòng)碼垛裝置等6大部分組成，可應(yīng)用于食品、飲料和礦泉水生產(chǎn)線末端成品箱的搬運(yùn)、碼垛，碼垛層數(shù)可達(dá)5～8層，能夠勝任不同規(guī)格產(chǎn)品的使用需求。
感覺系統(tǒng)將更豐富靈敏
全球來看，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域主要有汽車制造業(yè)、汽車零部件、電力電子工業(yè)、金屬加工業(yè)、塑料制品、飲料、食品等。目前中國市場上已有4．6萬臺工業(yè)機(jī)器人在服役，占全球總量的4.5％。2004年以來，中國工業(yè)機(jī)器人市場開始啟動(dòng)，國內(nèi)需求強(qiáng)勁，新安裝量年均增長率高達(dá)37％。2009年中國工業(yè)機(jī)器人新安裝量受到金融危機(jī)的影響，下降了30％；2010年已強(qiáng)勁恢復(fù)，增長了54％；預(yù)計(jì)2011至2013年新安裝量年均增長率將達(dá)到31％。到2013年在中國服役的工業(yè)機(jī)器人將達(dá)到8.5萬臺。此外，2012年下半年起，以3D打印、智能機(jī)器人為代表的國家產(chǎn)業(yè)政策助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在全國范圍內(nèi)出現(xiàn)爆發(fā)式增長。同時(shí)，各地機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地相繼開工，特別是上海、哈爾濱、重慶等地發(fā)展迅猛。
“工業(yè)機(jī)器人在技術(shù)和理念上，我們現(xiàn)在一點(diǎn)兒也不比國外差，但問題恰恰是在核心零部件的研發(fā)和制造上，這一塊，差距很大，還是基礎(chǔ)工業(yè)實(shí)力的問題。”張新華說，“目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已日趨成熟，重點(diǎn)在于工業(yè)機(jī)器人批量生產(chǎn)和建立產(chǎn)業(yè)鏈。工業(yè)機(jī)器人未來的發(fā)展方向，主要體現(xiàn)在新型智能制造機(jī)器人的創(chuàng)新以及機(jī)器人集成應(yīng)用技術(shù)的豐富和發(fā)展。”
在機(jī)械機(jī)構(gòu)方面，不同構(gòu)型和負(fù)載的各系列機(jī)器人產(chǎn)品研發(fā)，向模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展；機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，應(yīng)用視覺、力覺等傳感器的多信息融合的機(jī)器人系統(tǒng)也開始在裝配等領(lǐng)域發(fā)揮作用。
在標(biāo)準(zhǔn)化、輕巧型方面，主要注重提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度，減輕重量和減少安裝占用空間，工業(yè)機(jī)器人功能部件逐步趨于標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化，以降低制造成本和提高可靠性。
在柔性化、智能化方面，在多品種、小批量生產(chǎn)的柔性制造自動(dòng)化技術(shù)中，特別是應(yīng)用機(jī)器人的自動(dòng)裝配技術(shù)中，要求工業(yè)機(jī)器人對外部環(huán)境和對象物體有自適應(yīng)能力，即具有較高的智能和更多功能，機(jī)器人的智能化是指機(jī)器人具有感覺、知覺等，即有很強(qiáng)的檢測功能和判斷功能。而機(jī)器人柔性化是指其操作執(zhí)行任務(wù)時(shí)，能夠根據(jù)任務(wù)不同，快速調(diào)整機(jī)器人組合，并調(diào)整末端執(zhí)行器完成各種各樣的任務(wù)。
工業(yè)機(jī)器人小檔案
工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。
1954年,美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1959年UNIMATION公司的第一臺工業(yè)機(jī)器人在美國誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。
我國工業(yè)機(jī)器人起步于上世紀(jì)70年代，90年代初起加速發(fā)展，先后研制出了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。
