装配机器人的现状与发展趋势.pdf

1、文 章 编 号 : 1001 - 2265 (2007) 08 - 0001 - 04收 稿 日 期 : 2007 - 06 - 21作 者 简 介 :董 欣 胜 (1960 ) ,男 ,辽 宁 大 连 人 ,大 连 机 床 集 团 有 限 责 任 公 司 技 术 中 心 工 程 师 ,研 究 方 向 为 自 动 化 生 产 设 备 , ( E - mail) dxs927dl. cn。装 配 机 器 人 的 现 状 与 发 展 趋 势董 欣 胜 1 ,张 传 思 2 ,李 新 3(1. 大 连 机 床 集 团 有 限 责 任 公 司 技 术 中 心 ,辽 宁 大 连 116620; 2. 大

2、 连 理 工 大 学 机 械 工 程 学 院 ,辽 宁 大连 116023; 3. 大 连 市 技 师 学 院 ,辽 宁 大 连 116013)摘 要 :介 绍 了 装 配 机 器 人 的 定 义 、 组 成 、 分 类 及 其 特 点 。 阐 述 了 装 配 机 器 人 的 关 键 技 术 及 其 发 展 现 状 。展 望 了 装 配 机 器 人 的 发 展 趋 势 。关 键 词 :装 配 机 器 人 ;关 键 技 术 ;现 状 与 趋 势中 图 分 类 号 : TP24212 文 献 标 识 码 : ASta tus and D evelopm en ta l Trend of the A

3、 ssem bling RobotDONG Xin2sheng1 , ZHANG Chuan2si2 , L I Xin3(1. Technology Center, DaL ian Machine Tool Group Co. , Dalian L iaoning 116620; 2. School of MechanicalEngineering, Dalian University of Technology, Dalian L iaoning 116023, China)Abstract: 22Key words:0 引 言装 配 是 产 品 生 产 的 后 续 工 序 ,在 制 造

4、业 中 占 有 重要 地 位 ,在 人 力 、 物 力 、 财 力 消 耗 中 占 有 很 大 比 例 ,作 为一 项 新 兴 的 工 业 技 术 ,机 器 人 装 配 应 运 而 生 。 在 机 器人 应 用 各 领 域 中 只 占 很 小 的 份 额 。 究 其 原 因 ,一 方 面是 由 于 装 配 操 作 本 身 比 焊 接 、 喷 涂 、 搬 运 等 复 杂 ;另 一方 面 ,机 器 人 装 配 技 术 目 前 还 存 在 一 些 亟 待 解 决 的 问题 。 如 :对 装 配 环 境 要 求 高 ,装 配 效 率 低 ,缺 乏 感 知 与自 适 应 的 控 制 能 力 ,难 以 完

5、 成 变 动 环 境 中 的 复 杂 装 配 ,对 于 机 器 人 的 精 度 要 求 较 高 ,否 则 经 常 出 现 装 不 上 或“ 卡 死 ” 现 象 。 尽 管 存 在 上 述 问 题 ,但 由 于 装 配 所 具 有的 重 要 意 义 ,装 配 领 域 将 是 未 来 机 器 人 技 术 发 展 的 焦点 之 一 。 其 重 要 性 在 机 器 人 应 用 中 将 跃 居 第 一 位 。1 装 配 机 器 人 定 义 及 其 基 本 组 成111 装 配 机 器 人 的 定 义工 业 机 器 人 1 一 般 是 指 用 于 机 械 制 造 业 中 代 替 人完 成 具 有 大 批

6、量 、 高 质 量 要 求 的 工 作 ,如 汽 车 制 造 、 摩托 车 制 造 、 舰 船 制 造 、 某 些 家 电 产 品 (电 视 机 、 电 冰 箱 、洗 衣 机 )、 化 工 等 行 业 自 动 化 生 产 线 中 的 点 焊 、 弧 焊 、 喷漆 、 切 割 、 电 子 装 配 及 物 流 系 统 的 搬 运 ,包 装 、 码 垛 等 作业 的 机 器 人 。而 装 配 机 器 人 2 则 是 工 业 生 产 中 ,用 于 装 配 生 产线 上 对 零 件 或 部 件 进 行 装 配 的 工 业 机 器 人 ,它 属 于 高 、精 、 尖 的 机 电 一 体 化 产 品 ,它

7、是 集 光 学 、 机 械 、 微 电 子 、自 动 控 制 和 通 讯 技 术 于 一 体 的 高 科 技 产 品 ,具 有 很 高的 功 能 和 附 加 值 。112 装 配 机 器 人 的 基 本 组 成 2 11211 装 配 机 器 人 的 结 构 组 成装 配 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 。 大 多 数 装 配 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

8、 括 动 力装 置 和 传 动 机 构 ,用 于 使 执 行 机 构 产 生 相 应 的 动 作 ;控12007年 第 8期 专 题 述 评 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 。11212 装 配 机 器 人 的 系 统 组 成(1)装 配 机 器 人 (装 配 单 元 、 装 配 线 )水 平 多 关 节 型 机 器 人 是 装 配 机 器 人 的 典 型 代 表 。它 共 有 4个 自 由 度 :两 个 回 转 关 节 ,上 下 移 动 以 及 手 腕的 转 动 。 最 近 开 始 在 一 些 机

9、 器 人 上 装 配 各 种 可 换 手 ,以 增 加 通 用 性 。 手 爪 主 要 有 电 动 手 爪 和 气 动 手 爪 两 种形 式 :气 动 手 爪 相 对 来 说 比 较 简 单 ,价 格 便 宜 ,因 而 在一 些 要 求 不 太 高 的 场 合 用 的 比 较 多 。 电 动 手 爪 造 价 比较 高 ,主 要 用 在 一 些 特 殊 场 合 。带 有 传 感 器 的 装 配 机 器 人 可 以 更 好 地 顺 应 对 象 物进 行 柔 软 的 操 作 。 装 配 机 器 人 经 常 使 用 的 传 感 器 有 视觉 传 感 器 ,触 觉 传 感 器 ,接 近 觉 传 感 器

10、和 力 传 感 器 等 。视 觉 传 感 器 主 要 用 于 零 件 或 工 件 的 位 置 补 偿 ,零 件 的判 别 、 确 认 等 。 触 觉 和 接 近 觉 传 感 器 一 般 固 定 在 指 端 ,用 来 补 偿 零 件 或 工 件 的 位 置 误 差 ,防 止 碰 撞 等 。 力 传感 器 一 般 装 在 碗 部 ,用 来 检 测 腕 部 受 力 情 况 ,一 般 在 精密 装 配 或 去 飞 边 一 类 需 要 力 控 制 的 作 业 中 使 用 。(2)装 配 机 器 人 的 周 边 设 备机 器 人 进 行 装 配 作 业 时 ,除 机 器 人 主 机 、 手 爪 、 传感

11、器 外 ,零 件 供 给 装 置 和 工 件 搬 运 装 置 也 至 为 重 要 。无 论 从 投 资 额 的 角 度 还 是 从 安 装 占 地 面 积 的 角 度 ,它们 往 往 比 机 器 人 主 机 所 占 的 比 例 大 。 周 边 设 备 常 用 可编 程 控 制 器 控 制 ,此 外 一 般 还 要 有 台 架 和 安 全 栏 等 设备 。1)零 件 供 给 器 。 零 件 供 给 装 置 主 要 有 给 料 器 和 托盘 等 。给 料 器 :用 振 动 或 回 转 机 构 把 零 件 排 齐 ,并 逐 个 送到 指 定 位 置 。托 盘 :大 零 件 或 者 容 易 磕 碰 划

12、 伤 的 零 件 加 工 完 毕后 一 般 应 放 在 称 为 “ 托 盘 ” 的 容 器 中 运 输 ,托 盘 装 置 能按 一 定 精 度 要 求 把 零 件 放 在 给 定 的 位 置 ,然 后 再 由 机器 人 一 个 一 个 取 出 。2)输 送 装 置 。 在 机 器 人 装 配 线 上 ,输 送 装 置 承 担把 工 件 搬 运 到 各 作 业 地 点 的 任 务 ,输 送 装 置 中 以 传 送带 居 多 。 输 送 装 置 的 技 术 问 题 是 停 止 精 度 、 停 止 时 的冲 击 和 减 速 振 动 。 减 速 器 可 用 来 吸 收 冲 击 能 。2 装 配 机 器

13、 人 的 分 类 及 其 特 点211 装 配 机 器 人 的 分 类机 器 人 的 分 类 1 标 准 有 很 多 种 ,按 照 开 发 内 容 和目 的 分 类 ,基 本 上 有 三 类 机 器 人 :工 业 机 器 人 ,操 纵 型机 器 人 和 智 能 机 器 人 。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 ;援 助 坐 标 型 的 臂部 可 做 升 降 、 回 转 和 伸 缩 动 作 ;球 坐 标 型 的 臂 部 能 回转 、 仰 卧 和 伸 缩 ;关 节 型 的 臂 部 有 多 个

14、转 动 关 节 。 工 业机 器 人 按 作 用 对 象 不 同 ,又 分 为 水 下 机 器 人 ,装 配 机 器人 ,弧 焊 机 器 人 ,点 焊 机 器 人 ,喷 漆 机 器 人 ,铆 接 机 器 人等 等 。装 配 机 器 人 从 适 应 的 环 境 不 同 ,又 分 为 普 及 型 装配 机 器 人 和 精 密 型 装 配 机 器 人 ,根 据 臂 部 的 运 动 形 式不 同 ,分 为 直 角 坐 标 型 装 配 机 器 人 ,垂 直 多 关 节 型 装 配机 器 人 和 平 面 关 节 型 ( SCARA)装 配 机 器 人 。212 各 种 装 配 机 器 人 的 特 点直 角

15、 坐 标 型 装 配 机 器 人 ,其 结 构 在 目 前 的 产 业 机器 人 中 是 最 简 单 的 。 它 具 有 操 作 简 便 的 优 点 ,被 用 于零 部 件 的 移 送 、 简 单 的 插 入 、 旋 拧 等 作 业 。 在 机 构 方面 ,大 部 分 装 备 了 球 形 螺 丝 和 伺 服 电 动 机 ,具 有 可 自 动编 程 ,速 度 快 、 精 度 高 等 特 点 。垂 直 多 关 节 型 装 配 机 器 人 ,大 多 具 有 6个 自 由 度 ,这 样 可 以 在 空 间 上 的 任 意 一 点 ,确 定 任 意 姿 势 。 因 此 ,这 种 类 型 的 机 器 人

16、所 面 向 的 往 往 是 在 三 维 空 间 的 任 意位 置 和 姿 势 的 作 业 。平 面 关 节 型 ( SCARA )装 配 机 器 人 ,是 由 山 梨 大 学工 学 部 精 密 工 学 研 究 所 开 发 完 成 的 。 目 前 在 装 配 生 产线 上 应 用 的 数 量 最 多 ,它 是 一 种 精 密 型 装 配 机 器 人 ,具有 速 度 快 、 精 度 高 、 柔 性 好 等 特 点 ,采 用 交 流 伺 服 电 机驱 动 ,其 重 复 位 置 精 度 达 到 了 01025mm,可 应 用 于 电子 、 机 械 和 轻 工 业 等 有 关 产 品 的 自 动 装 配

17、 、 搬 运 、 调 试等 工 作 ,适 合 于 工 厂 柔 性 自 动 化 生 产 的 需 求 。 由 于 这种 机 器 人 所 具 有 的 各 种 特 性 符 合 用 户 的 需 求 ,因 此 需求 量 迅 速 上 升 。3 装 配 机 器 人 的 关 键 技 术(1)装 配 机 器 人 的 精 确 定 位装 配 机 器 人 运 动 系 统 的 定 位 精 度 325 由 机 械 系 统静 态 运 动 精 度 (几 何 误 差 、 热 和 载 荷 变 形 误 差 )和 机 电系 统 高 频 响 应 的 暂 态 特 性 (过 渡 过 程 )所 决 定 ,其 中 静态 精 度 取 决 于 设

18、备 的 制 造 精 度 和 机 械 运 动 形 式 ,动 态响 应 取 决 于 外 部 跟 踪 信 号 、 系 统 固 有 的 开 环 动 态 特 性 、所 采 用 的 减 振 方 法 (阻 尼 )和 控 制 器 的 调 节 作 用 。(2)装 配 机 器 人 的 实 时 控 制 6 2 专 题 述 评 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术在 许 多 微 机 应 用 领 域 中 , PC机 的 速 度 和 功 能 往 往不 能 满 足 需 要 。 特 别 是 在 多 任 务 工 作 环 境 下 ,各 任 务只 能 分 时 工 作 ,动 态 响 应 取 决 于 外 部 跟 踪 信 号

19、、 系 统 固有 的 开 环 动 态 特 性 、 所 采 用 的 减 振 方 法 (阻 尼 )和 控 制器 的 调 节 作 用 。(3)检 测 传 感 技 术检 测 传 感 技 术 7 的 关 键 是 传 感 器 技 术 ,它 主 要 用于 检 测 机 器 人 系 统 中 自 身 与 作 业 对 象 、 作 业 环 境 的 状态 ,向 控 制 器 提 供 信 息 以 决 定 系 统 动 作 。 传 感 器 精 度 、灵 敏 度 和 可 靠 性 很 大 程 度 决 定 了 系 统 性 能 的 好 坏 。 检测 传 感 技 术 包 含 两 个 方 面 内 容 :一 是 传 感 器 本 身 的 研究

20、 和 应 用 ,二 是 检 测 装 置 的 研 究 与 开 发 。 包 括 :多 维 力觉 传 感 器 技 术 、 视 觉 技 术 、 多 路 传 感 器 信 息 融 合 技 术 、检 测 传 感 装 置 的 集 成 化 与 智 能 化 技 术 。(4)装 配 机 器 人 系 统 软 件 研 制PC机 是 在 MS2DOS或 W indows操 作 系 统 下 工 作的 。 MS2DOS是 一 个 单 任 务 操 作 系 统 ,W indows则 是 分时 多 任 务 ,均 不 能 满 足 机 器 人 规 划 ,伺 服 同 时 进 行 的 要求 。 为 此 ,必 须 开 发 一 个 协 调 上

21、 、 下 位 机 各 任 务 工 作 的实 时 控 制 程 序 ,它 作 为 MS2DOS或 W indows下 的 一 个应 用 程 序 分 别 在 两 个 系 统 上 运 行 。装 配 机 器 人 系 统 的 软 件 主 要 由 机 器 人 语 言 编 译 模块 、 多 任 务 监 控 模 块 、 双 系 统 握 手 通 讯 模 块 、 伺 服 控 制模 块 四 部 分 构 成 。 系 统 在 上 电 启 动 后 即 初 始 化 ,建 立双 系 统 联 系 ,根 据 Semaphore锁 存 器 的 值 及 双 口 RAM中 的 数 据 调 度 任 务 ,对 机 器 人 进 行 初 始 定

22、 位 后 对 机 器人 语 言 命 令 编 译 ,分 由 上 、 下 位 机 同 时 执 行 。(5)装 配 机 器 人 控 制 器 的 研 制装 配 机 器 人 的 伺 服 控 制 模 块 是 整 个 系 统 的 基 础 ,它 的 特 点 是 实 现 了 机 器 人 操 作 空 间 力 和 位 置 混 合 伺 服控 制 ,实 现 了 高 精 度 的 位 置 控 制 、 静 态 力 控 制 ,并 且 具有 良 好 的 动 态 力 控 制 性 能 。 伺 服 模 块 之 上 的 局 部 自 由控 制 模 块 相 对 独 立 于 监 督 控 制 模 块 ,它 能 完 成 精 密 的插 圆 孔 、

23、方 孔 等 较 为 复 杂 的 装 配 作 业 。 监 督 控 制 模 块是 整 个 系 统 的 核 心 和 灵 魂 ,它 包 括 了 系 统 作 业 的 安 全机 制 、 人 工 干 预 机 制 和 遥 控 机 制 。 多 任 务 控 制 器 可 广泛 应 用 于 工 业 装 配 机 器 人 中 作 为 其 实 时 任 务 控 制 器 而使 用 ,也 可 用 作 移 动 机 器 人 的 实 时 任 务 控 制 器 。(6)装 配 机 器 人 的 图 形 仿 真 技 术对 于 复 杂 装 配 作 业 ,示 教 编 程 方 法 效 率 往 往 不 高 ,如 果 能 直 接 把 机 器 人 控 制

24、 器 与 CAD系 统 相 联 接 ,则 能利 用 数 据 库 中 与 装 配 作 业 有 关 的 信 息 对 机 器 人 进 行 离线 编 程 ,使 机 器 人 在 结 构 环 境 下 的 编 程 具 有 很 大 的 灵活 性 。 另 一 方 面 ,如 果 将 机 器 人 控 制 器 与 图 形 仿 真 系统 相 联 ,则 可 离 线 对 机 器 人 装 配 作 业 进 行 动 画 仿 真 ,从而 验 证 装 配 程 序 的 正 确 性 、 可 执 行 性 及 合 理 性 ,为 机 器人 作 业 编 程 和 调 试 带 来 直 观 的 视 觉 效 果 ,为 用 户 提 供灵 活 友 好 的

25、操 作 界 面 ,具 有 良 好 的 人 机 交 互 性 。(7)装 配 机 器 人 柔 顺 手 腕 8 的 研 制通 常 而 言 ,通 用 机 器 人 均 可 用 于 装 配 操 作 ,利 用 机器 人 固 有 的 结 构 柔 性 ,可 以 对 装 配 操 作 中 的 运 动 误 差进 行 修 正 。 通 过 对 影 响 机 器 人 刚 度 的 各 种 变 量 进 行 分析 ,并 通 过 调 整 机 器 人 本 身 的 结 构 参 数 来 获 得 期 望 的机 器 人 末 端 刚 度 ,以 满 足 装 配 操 作 对 机 器 人 柔 顺 性 要求 。 但 在 装 配 机 器 人 中 采 用

26、柔 性 操 作 手 爪 则 能 更 好 地取 得 装 配 操 作 所 需 的 柔 顺 性 ,由 于 装 配 操 作 对 机 器 人精 度 、 速 度 和 柔 顺 性 等 性 能 要 求 较 高 。 所 以 有 必 要 设计 专 门 用 于 装 配 作 业 的 柔 顺 手 腕 ,利 用 柔 顺 手 腕 是 实际 装 配 操 作 中 使 用 最 多 的 柔 顺 环 节 。4 装 配 机 器 人 的 国 内 外 发 展 现 状 及 其 发 展 趋 势411 装 配 机 器 人 的 发 展 现 状41111 国 内 装 配 机 器 人 的 发 展 现 状经 过 多 年 来 的 研 究 与 开 发 ,我

27、 国 在 装 配 机 器 人 方面 有 了 很 大 的 进 步 。 目 前 在 装 配 机 器 人 研 制 方 面 ,基本 掌 握 了 机 构 设 计 制 造 技 术 ,解 决 了 控 制 、 驱 动 系 统 设计 和 配 置 、 软 件 设 计 和 编 制 等 关 键 技 术 ,还 掌 握 了 自 动化 装 配 线 及 其 周 边 配 套 设 备 的 全 线 自 动 通 信 、 协 调 控制 技 术 ,在 基 础 元 器 件 方 面 ,谐 波 减 速 器 、 六 轴 力 传 感器 、 运 动 控 制 器 等 也 有 了 突 破 。我 国 已 研 制 出 精 密 型 装 配 和 实 用 型 装

28、 配 机 器 人 ,如 广 东 吊 扇 电 机 机 器 人 自 动 装 配 线 ,小 型 电 器 机 器 人自 动 装 配 线 ,以 及 自 动 导 引 汽 车 发 动 机 装 配 线 ,精 密 机芯 机 器 人 自 动 装 配 线 等 机 器 人 示 范 应 用 工 程 。近 几 年 来 ,“ 大 连 贤 科 机 器 人 技 术 有 限 公 司 ” 与 国内 5家 高 校 、 科 研 所 合 作 ,开 发 出 具 有 自 主 知 识 产 权 的系 列 化 模 块 化 直 角 坐 标 型 装 配 机 器 人 CAD设 计 平 台 ;开 发 出 两 个 系 列 共 4种 规 格 的 平 面 关

29、节 型 装 配 机 器人 ;开 发 出 两 种 类 型 3个 系 列 的 直 线 运 动 单 元 以 及 由此 组 成 的 直 角 坐 标 型 装 配 机 器 人 ;研 制 出 基 于 开 放 式体 系 结 构 的 机 器 人 控 制 器 。 “ 贤 科 ” 自 主 开 发 的 装 配 机器 人 已 在 家 电 、 电 子 仪 表 、 轻 工 等 行 业 得 到 初 步 应 用 ,其 质 量 不 亚 于 国 外 同 类 产 品 ,是 国 内 当 之 无 愧 的 最 精密 的 装 配 机 器 人 。32007年 第 8期 专 题 述 评 上 海 交 通 大 学 研 制 的 “ 精 密 一 号 装

30、 配 机 器 人 ” ,是一 台 带 有 多 传 感 器 和 多 任 务 操 作 系 统 、 可 离 线 编 程 的高 速 、 高 精 度 、 四 轴 SCARA平 面 关 节 式 智 能 精 密 装 配机 器 人 。 装 配 机 器 人 属 于 高 、 精 、 尖 的 机 电 一 体 化 产品 ,其 自 主 开 发 一 直 受 到 国 家 863智 能 机 器 人 主 题 专家 们 的 关 注 ,必 将 取 得 更 大 的 突 破 。41112 国 外 装 配 机 器 人 的 发 展 现 状美 、 日 、 西 欧 的 制 造 业 中 约 40%的 劳 动 力 用 于 装配 ,西 德 电 子

31、工 业 产 品 总 成 本 的 50 70%是 装 配 。 装配 机 器 人 是 高 质 量 、 高 柔 性 、 高 效 率 完 成 自 动 装 配 的 理想 手 段 。 所 以 装 配 机 器 人 得 到 迅 速 发 展 ,如 美 国 工 业界 Delphi法 调 查 表 明 到 2000年 应 用 于 装 配 和 检 验 的机 器 人 销 售 台 数 将 从 1985年 占 工 业 机 器 人 总 数 16%猛 增 到 35%。 日 本 装 配 机 器 人 的 增 长 比 任 何 其 他 工 业应 用 领 域 的 机 器 人 都 快 ,增 长 速 度 比 欧 洲 和 美 国 更 快 。日

32、本 装 配 机 器 人 的 增 长 臂 人 和 其 他 工 业 应 用 领 域 的 机器 人 都 快 ,增 长 速 度 比 欧 洲 和 美 国 更 快 。 日 本 机 器 人的 广 泛 的 应 用 领 域 在 装 配 工 段 , 1985年 装 配 机 器 人 已达 15800台 ,是 焊 接 机 器 人 的 两 倍 ,成 为 工 业 应 用 领 域中 应 用 最 多 的 机 器 人 。 1995年 为 33500 台 ,产 值 为2590 3000亿 日 元 ,到 2004年 ,达 到 55000台 ,产 值4200 5100亿 日 元 。 这 个 数 值 远 远 高 于 其 他 领 域 机

33、 器人 的 发 展 速 度 ,为 世 界 所 瞩 目 。日 本 作 为 机 器 人 王 国 ,各 产 业 中 应 用 的 机 器 人 总数 占 世 界 的 40%。 其 中 装 配 机 器 人 近 年 来 异 军 突 起 ,发 展 迅 速 。 据 日 本 产 业 机 器 人 协 会 统 计 ,在 19821991年 的 10年 中 ,日 本 用 于 装 配 作 业 的 机 器 人 台 数 为177500台 ,居 工 程 应 用 数 量 之 首 。 据 日 本 产 业 机 器 人协 会 的 统 计 ,日 本 装 配 机 器 人 1980年 左 右 首 次 达 到 最高 点 。 生 产 台 数 为

34、 2849台 ,产 值 2497亿 日 元 ,以 后 又呈 上 升 趋 势 。 目 前 ,日 本 应 用 的 装 配 机 器 人 的 主 要 型号 有 :直 角 坐 标 型 、 水 平 多 关 节 型 、 垂 直 多 关 节 型 及 圆柱 坐 标 型 等 。 据 日 本 产 业 机 器 人 协 会 的 预 测 ,在 日 本制 造 业 ,装 配 机 器 人 的 需 求 逐 年 上 升 。412 装 配 机 器 人 的 发 展 趋 势目 前 机 器 人 领 域 正 在 加 大 科 研 力 度 ,进 行 装 配 机器 人 共 性 技 术 及 关 键 技 术 的 研 究 ,并 朝 着 智 能 化 和

35、多样 化 的 方 向 发 展 。 主 要 研 究 内 容 集 中 在 以 下 几 个 方面 9210 :(1)装 配 机 器 人 操 作 机 结 构 的 优 化 设 计 技 术 :探 索新 的 高 强 度 轻 质 材 料 ,进 一 步 提 高 负 载 /自 重 比 ,同 时机 构 进 一 步 向 着 模 块 化 、 可 重 构 方 向 发 展 。(2)直 接 驱 动 装 配 机 器 人 :传 统 机 器 人 都 要 通 过 一些 减 速 装 置 来 达 到 降 速 并 提 高 输 出 力 矩 ,这 些 传 动 链会 增 加 系 统 功 耗 、 惯 量 、 误 差 等 ,并 降 低 系 统 可

36、靠 性 ,为了 减 小 关 节 惯 性 ,实 现 高 速 、 精 密 、 大 负 载 及 高 可 靠 性 。一 种 趋 势 是 采 用 高 扭 矩 低 速 电 机 直 接 驱 动 。(3)机 器 人 控 制 技 术 :重 点 研 究 开 放 式 ,模 块 化 控制 系 统 ,人 机 界 面 更 加 友 好 ,语 言 、 图 形 编 程 界 面 正 在研 制 之 中 。 机 器 人 控 制 器 的 标 准 化 和 网 络 化 ,以 及 基于 PC机 网 络 式 控 制 器 己 成 为 研 究 热 点 。 编 程 技 术 除进 一 步 提 高 在 线 编 程 的 可 操 作 性 之 外 ,离 线

37、编 程 的 实用 化 的 完 善 成 为 研 究 重 点 。(4)多 传 感 器 融 合 技 术 :为 进 一 步 提 高 机 器 人 的 智能 和 适 应 性 ,多 种 传 感 器 的 使 用 是 其 问 题 解 决 的 关 键 。其 研 究 热 点 在 于 有 效 可 行 的 多 传 感 器 融 合 算 法 ,特 别是 在 非 线 性 及 非 平 稳 、 非 正 态 分 布 的 情 形 下 的 多 传 感器 融 合 算 法 。 另 一 问 题 就 是 传 感 系 统 的 实 用 化 。(5)机 器 人 的 结 构 要 求 更 加 灵 巧 ,控 制 系 统 愈 来 愈小 ,二 者 正 朝 着

38、 一 体 化 方 向 发 展 。(6)机 器 人 遥 控 及 监 控 技 术 ,机 器 人 半 自 主 和 自 主技 术 ,多 机 器 人 和 操 作 者 之 间 的 协 调 控 制 ,通 过 网 络 建立 大 范 围 内 的 机 器 人 遥 控 系 统 ,在 有 时 延 的 情 况 下 ,建立 预 先 显 示 进 行 遥 控 等 。 升 虚 拟 机 器 人 技 术 :基 于 多传 感 器 、 多 媒 体 和 虚 拟 现 实 以 及 临 场 感 技 术 ,实 现 机 器人 的 虚 拟 遥 操 作 和 人 机 交 互 。(7)智 能 装 配 机 器 人 :装 配 机 器 人 的 一 个 目 标

39、是 实现 工 作 自 主 ,因 此 要 利 用 知 识 规 划 ,专 家 系 统 等 人 工 智能 研 究 领 域 成 果 ,开 发 出 智 能 型 自 主 移 动 装 配 机 器 人 ,能 在 各 种 装 配 工 作 站 工 作 。(8)并 联 机 器 人 :传 统 机 器 人 采 用 连 杆 和 关 节 串 联结 构 ,而 并 联 机 器 人 具 有 非 累 积 定 位 误 差 ,执 行 机 构 的分 布 得 到 改 善 、 结 构 紧 凑 、 刚 性 提 高 、 承 载 能 力 增 加 等优 点 ,而 且 其 逆 位 置 问 题 比 较 直 接 、 奇 异 位 置 相 对 较少 ,所 以

40、 近 些 年 来 倍 受 重 视 。(9)协 作 装 配 机 器 人 :随 着 装 配 机 器 人 应 用 领 域 的扩 大 ,对 装 配 机 器 人 也 提 出 一 些 新 要 求 ,如 多 机 器 人 之间 的 协 作 ,同 一 机 器 人 双 臂 的 协 作 ,甚 至 人 与 机 器 人 的协 作 ,这 对 一 于 重 型 或 精 密 装 配 任 务 非 常 重 要 。(10)多 智 能 体 (multi2agent)协 调 控 制 技 术 :这 是目 前 机 器 人 研 究 的 一 个 崭 新 领 域 ,主 要 对 多 智 能 体 的群 体 体 系 结 构 、 相 互 间 的 通 信

41、与 磋 商 机 理 ,感 知 与 学 习方 法 ,建 模 和 规 划 、 群 体 行 为 控 制 等 方 面 进 行 研 究 。(下 转 第 13页 )4 专 题 述 评 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 188 Ma O. , Angeles J. A rchitecture singularities of parallel ma2nipulators J . The International Journal of Robotics andAutomation, 1992, 7 (1) 23 - 29. 189 Charles C. Nguyen, Sam i S. Ant

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44、am ic modeling of aflexible2link p lanar parallel p latform using a substructuringapp roach J , Mechanism and Machine Theory, 2006, 41(6) : 671 - 687. 193 G. Piras, W. L. Cleghorn and J. K. M ills. Dynam ic finite2element analysis of a p lanar high2speed, high2p recision par2allel manipulator with f

45、lexible links J . Mechanism andMachine Theory, 2005, 40 (7) : 849 - 862. 194 蔡 胜 利 ,余 跃 庆 ,白 师 贤 . 弹 性 平 面 并 联 机 器 人 的 KED分析 J .机 械 科 学 与 技 术 , 1997, 16 (2) : 261 - 265. 195 蔡 胜 利 ,余 跃 庆 ,白 师 贤 . 空 间 弹 性 并 联 机 器 人 KED建 模 J .机 械 设 计 , 1998 (4) : 22 - 24. 196 蔡 胜 利 ,余 跃 庆 ,白 师 贤 . 弹 性 并 联 机 器 人 消 减 残

46、余 振 动的 研 究 J . 机 械 , 1999, 26 (1) : 13 - 16. 197 黄 真 ,方 跃 法 . 并 联 机 器 人 的 弹 性 位 姿 误 差 分 析 J . 机械 科 学 与 技 术 , 1991, (2) : 54 - 61. 198 杜 兆 才 ,余 跃 庆 ,杨 建 新 . 32RRR柔 性 并 联 机 器 人 的 动 态应 力 分 析 J . 机 械 设 计 与 研 究 , 2006 (专 刊 ) , 22 ( 22) :211 - 213. 199 姚 建 新 ,陈 永 . 并 联 型 工 业 机 器 人 的 运 动 弹 性 动 力 学 研 究 J .机

47、 器 人 , 1996, 18 (6) : 328 - 331. 200 罗 继 曼 ,蔡 光 起 ,等 . 新 型 32TPS并 联 机 器 人 考 虑 弹 性 力学 的 动 力 学 分 析 J . 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 , 2005,(10) : 1 - 3. 201 方 跃 法 ,黄 真 . 六 自 由 度 并 联 机 器 人 的 弹 性 动 力 模 型 J .机 械 科 学 与 技 术 , 1990, (1) : 62 - 69. 202 张 明 辉 ,黄 田 . D iamond机 构 的 弹 性 动 力 分 析 与 试 验 研 究 J .机 械 设 计 ,

48、 2004, 21 (11) : 6 - 8. 203 Du Zhaocai, Yu Yueqing. Dynam ic modeling and analysis offlexible p lanar parallel robots. Advanced Design and Manu2facturing for Sustainable Development, Proceeding of the 7thInternational Conference on Frontier of Design and Manufac2turing( ICFDM 2006). Vol. 2: 463 - 46

49、8.(编 辑 李 秀 敏 )(上 接 第 4页 )5 结 论随 着 计 算 机 技 术 、 微 电 子 技 术 、 网 络 技 术 等 的 快 速发 展 ,必 将 迎 来 装 配 机 器 人 的 飞 速 发 展 。 我 国 机 器 人技 术 虽 起 步 较 晚 ,在 国 家 科 技 攻 关 项 目 及 国 家 863计划 的 支 持 下 也 得 到 了 一 定 的 发 展 ,但 与 国 际 先 进 水 平还 有 很 大 差 距 ,目 前 国 际 机 器 人 界 都 在 加 大 科 研 力 度 ,进 行 机 器 人 共 性 技 术 及 关 键 技 术 的 研 究 ,并 朝 着 智 能化 和 多

50、样 化 方 向 发 展 。 因 此 ,发 展 我 国 的 装 配 机 器 人事 业 急 不 可 待 。参 考 文 献 1 郭 洪 红 . 工 业 机 器 人 技 术 M . 西 安 :西 安 电 子 科 技 大 学出 版 社 , 2005. 2 蔡 自 兴 . 机 器 人 学 M . 北 京 :清 华 大 学 出 版 社 , 2000. 3 丁 汉 ,朱 利 民 ,林 忠 钦 . 面 向 芯 片 封 装 的 高 加 速 度 运 动 系 统的 精 确 定 位 和 操 作 J . 自 然 科 学 进 展 , 2003 ( 6) : 568 -574. 4 Sp renger B. Design o