【正文】 提升焊接機(jī)器人對復(fù)雜工件進(jìn)行焊接的柔性和適應(yīng)性，結(jié)合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟 蹤的殘余偏差，基于偏差統(tǒng)計獲得補(bǔ)償數(shù)據(jù)并進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質(zhì)量。本系統(tǒng)通過示教盒進(jìn)行在線操作，也可通過離線方式進(jìn)行編程。可用于工件的激光表面處理、打孔、焊接和模具修復(fù)等。 (3)高精度機(jī)器人檢測技術(shù)：將三坐標(biāo)測量技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人高精度在線測量。 (5)網(wǎng)絡(luò)通訊和離線編程技術(shù)：具有串口、 CAN 等網(wǎng)絡(luò)通訊功能，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人生產(chǎn)線的監(jiān)控和管理；并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對機(jī)器人的離線編程控制。真空機(jī)械手難進(jìn)口、受限制、用量大、通用性強(qiáng)，其成為制約了半導(dǎo)體裝備整機(jī)的研發(fā)進(jìn)度和整機(jī)產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵部件。直驅(qū)型真空機(jī)器人技術(shù)屬于原 始創(chuàng)新技術(shù)。 (3)真空環(huán)境下的多軸精密軸系的設(shè)計。 (4)動態(tài)軌跡修正技術(shù)：通過傳感器信息和機(jī)器人運(yùn)動信 息的融合，檢測出晶圓與手指之間基準(zhǔn)位置之間的偏移，通過動態(tài)修正運(yùn)動軌跡，保證機(jī)器人準(zhǔn)確地將晶圓從真空腔室中的一個工位傳送到另一個工位。 (6)可靠性系統(tǒng)工程技術(shù)：在 IC 制造中，設(shè)備故障會帶來巨大的損失。 潔凈機(jī)器人是一種在潔凈環(huán)境中使用的工業(yè)機(jī)器人。 關(guān)鍵技術(shù)包括： (1)潔凈潤滑技術(shù)：通過采用負(fù)壓抑塵結(jié)構(gòu)和非揮發(fā)性潤滑脂，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境無顆粒污染，滿足潔凈要求。 (3)控制器的小型化技術(shù)：根據(jù)潔凈室建造和運(yùn)營成本高，通過控制器小型化技術(shù)減小潔凈機(jī)器人的占用空 間。 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景 在發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主流機(jī)器人發(fā)展前景及未來的發(fā)展方向。全球諸多國家近半個世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實(shí)踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普及是實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。國際電氣電子工程師協(xié)會 IEEE 的科學(xué)家在對未來科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測中提出了 4個重點(diǎn)發(fā)展方向，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。這類機(jī)器人擁有規(guī)定的程序動作控制系統(tǒng)；⑵沿軌跡作業(yè)型。噴漆等；⑶遠(yuǎn)距作業(yè)型。這類機(jī)器人具有感知、適應(yīng)及思維和人機(jī)通信機(jī)能。而今已在第發(fā)展 三、四類工業(yè)機(jī)器人的路上取得了舉世矚目的成就。根據(jù)日本政府 2021 年指定的一份計劃， 日本 2050 年工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到 兆日元，擁有百萬工業(yè)機(jī)器人。我國工業(yè)機(jī)器人起步于 70年代初，其發(fā)展過程大致可分為三個階段： 70年代的萌芽期；80 年代的開發(fā)期； 90 年代的實(shí)用化期。目前我國已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù)；機(jī)器人軟件的設(shè)計和編程技術(shù)；運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)等。一個國家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn) 移 為 產(chǎn) 業(yè) 技 術(shù) （ 產(chǎn) 業(yè) 化 ）， 必 須 具 備 5 個 要 素 即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。刺激日本發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的根本動力就在于要解決勞動力嚴(yán)重短缺的問題。但是正如前所述，廣泛使用機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化，提高社會生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的輝煌得益于本國政府的鼓勵政策，我國在十一五綱要中也體現(xiàn)出了對發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的大力支持。它有其獨(dú)特的優(yōu)勢與劣勢，和其他技術(shù)一樣，需要不斷地設(shè)計應(yīng)用修改和完善。機(jī)械手是機(jī)器人的一個重要組成部分，它是隨著機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷成熟而不斷發(fā)展的。 通常機(jī)械手由多自由度機(jī)械臂和末端夾持器組成。球坐標(biāo)機(jī) 械手突出特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的機(jī)動性、靈活性，機(jī)構(gòu)承載能力強(qiáng)，具有較好的通用性，重復(fù)定位精度高，動作速度快，能夠成功的應(yīng)用于包裝、上下料以及工業(yè)生產(chǎn)等廣泛領(lǐng)域；而電力控制中步進(jìn)電機(jī)可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好，通常不需要反饋就能對位置和速度進(jìn)行控制，位置誤差不會累積；在機(jī)器人中，機(jī)械手起著連接和承受外力的作用，機(jī)械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對機(jī)械手性能影響很大。 二、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的年代。智能機(jī)器人涉及的知識內(nèi)容不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用了一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通信技術(shù)、計算技術(shù)無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。幾十年來，這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷修改，品種在不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。 50~60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 1968～ 1970 年，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，使第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段， 70 年代機(jī)械手可以說是處于技術(shù)發(fā)展階段。如此高的增長率有其深刻的社 會背景。為此，“柔性生產(chǎn)”的概念及其試驗性的設(shè)計就誕生了。 我國機(jī)械手起步較晚 ,經(jīng)過 30 多年的發(fā)展。但與先進(jìn)的國家相比，還有很大距離，從總體上看，我國機(jī)器手的研究仍然任重道遠(yuǎn)。（任務(wù)量為 3 張零號圖紙）目標(biāo)是希望通過本課題，能鞏固和加強(qiáng)專業(yè)基本理論知識，理解機(jī)械手的功能、組成及工作原理，研究步進(jìn)電機(jī) 的性能，熟悉以 PLC 為核心的編程與控制裝置應(yīng)具備的基本功能，掌握整個機(jī)電一體會系統(tǒng)的設(shè)計思想和具體方法；同時訓(xùn)練專業(yè)基本技能，提高自己查閱資料，獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，為以后深造研究打下良好基礎(chǔ)。研究手段：首先是前期準(zhǔn)備，收集相關(guān)資料，查閱中外文獻(xiàn)，請教老師和同學(xué)；同時學(xué)習(xí)使用 AutoCAD 軟件。努力在老師的指導(dǎo)下，定期完成工作任務(wù)。經(jīng)過近 20 年努力，特別是經(jīng)過“七 11.”攻關(guān)、“ 863”計劃，取得 了一批重要成果，已經(jīng)系統(tǒng)掌握了機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、機(jī)器人語言等技術(shù)。而各工程中心 _L 作的側(cè)重點(diǎn)又有所不同 :東北地區(qū)以特種機(jī)器人、水下機(jī)器人開發(fā)為 L,華北地區(qū)以噴漆Y1lt 人、焊接機(jī)器人開發(fā)為主，華東地區(qū)以搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、移動機(jī)器人開發(fā)為主。 通過調(diào)研，我知道直角坐標(biāo)型機(jī)器人能夠在空間中的任意兩點(diǎn)距離中移動，所以能夠抓取離地面較高，或者中間有障礙的工件，其位置精度高，位置誤差與臂長成正比等。通過交流伺服電機(jī)的閉環(huán)反饋能達(dá)到相當(dāng)高的精度要求。 第二周：通過實(shí)地調(diào)查研究和查閱相關(guān)資料，完成實(shí)習(xí)（調(diào)研）報告；完成外文翻譯，并對其進(jìn)行完善。第四周：選定傳動機(jī)構(gòu)，確定機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。第六周：確定具體的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，著手畫裝配圖。第八周：對機(jī)械部分進(jìn)行計算校核。 第十周：對機(jī)械手控制部分，分析動作順利，畫梯形圖。第十二周：編寫設(shè)計計算說明書 1 份。第十四周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計答辯。 1959 年美國的英伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，之后，世界各國都在爭相開展機(jī)器人研究，機(jī)器人的的功能和應(yīng)用領(lǐng)域一直在不斷地拓展。先后經(jīng)歷了二十世紀(jì) 70 年代的萌芽期， 80 年代的開發(fā)期和 90 年代的實(shí)用化期。 1977 年，南開大學(xué)機(jī)器人與信息自動化研究所研制出我國第一臺用于生物試驗的微操作機(jī)器人系統(tǒng)。隨后，我國研制的機(jī)器人相繼問世：中國科學(xué)院沈陽自動化所研制成功了體重 36 公斤，身高 1 米的纜浮游作業(yè)輕型“金魚二號”水下機(jī)器人；中科院長春光機(jī)所發(fā)明的“四足遙控仿生載重步行機(jī)器人”，在 1986年中國第二屆發(fā)明展覽會上獲金牌獎； 1987 年又獲第 15 屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明與新技術(shù)展覽會銀牌獎。 1988 年初，中國船舶總公司 702 所，研制成功了身高 米，體重 650 公斤的載人式“水下機(jī)器人”； 1988 年 2 月，國防科技大學(xué)研制成功六關(guān)節(jié)平面運(yùn)動型“兩足步行機(jī)器人”。它的研制成功，標(biāo)志著我國水下機(jī)器人技術(shù)已走向成熟。 1997 年中科院沈陽自動化所研制成功的“ 6000 米無纜自治水下機(jī)器人”，是我國 863 計劃中的重中之重項目，獲得 2021 年國家十大科技成果獎。 2021 年，我國又研制成功世界最大潛深載人潛水器“海極一號”，7000 米的工作潛深，可以達(dá)到世界 %的海底，比世界上另外 5 臺同類產(chǎn)品深 500米。但與先進(jìn)的國家相比，還有恨大距離，從總體上來看，我國機(jī)器人研究仍然任重道遠(yuǎn)。產(chǎn)業(yè)化基地的建設(shè)給產(chǎn)業(yè)化帶來了希望，為發(fā)展我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)奠定了基礎(chǔ)。 “機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化已呈星火燎原之勢！” 盡管如此，我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化卻存在著巨大的問題。 首先，我國基礎(chǔ)零部件制造能力差。特別是在高性能交流伺服電機(jī)和精密減速器方面的差距尤其明顯，因此造成關(guān)鍵零部件的進(jìn)口，影響了我國機(jī)器人的價格競爭力。雖然已經(jīng)擁有一批企業(yè)從事機(jī)器人的開發(fā)，但是都沒有形成較大的規(guī)模，缺乏市場的品牌認(rèn)知度，在機(jī)器人市場方面一直面臨國外機(jī)器人品牌的打壓。 第三，國家認(rèn)識不到位，在鼓勵工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品方面的政策少。 據(jù)了解，日本戰(zhàn)后對機(jī)器人采取 的一系列相關(guān)政策，極大地推動了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前，日本已是世界上工業(yè)機(jī)器人的第一生產(chǎn)大國。 李教授說：“如今，已經(jīng)有一批機(jī)器人企業(yè)根據(jù)市場需求，自行研制或與科研院所合作，進(jìn)行機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化開發(fā)?！? 奇瑞已經(jīng)制定了 2021 年年產(chǎn) 100 臺焊接機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。 同時，如何適應(yīng)快速變化的國內(nèi)外市場需求，如何以高質(zhì)量、低成本和快速反應(yīng)的手段在市場中取得生存和發(fā)展，已是我國企業(yè)不容回避的問題。 二、我國工業(yè)機(jī)器人研發(fā)歷程與現(xiàn)狀 剛才談到了日本在 20 世紀(jì) 60 年代和美國都在開始進(jìn)行機(jī)器人的研究，由于我們國家存在很多其他的各種因素、 問題。 目前主要單位像中科院沈陽自動化所，原機(jī)械部的北京自動化所，像哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，清華大學(xué)，還包括中科院北京自動化所等等的一些單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機(jī)器人研究， 很多研究生和博士生都在從事機(jī)器人方面的研究，目前我們國家比較有代表性的研究，有工業(yè)機(jī)器人，水下機(jī)器人，空間機(jī)器人，核工業(yè)的機(jī)器人，都在國際上應(yīng)該處于領(lǐng)先水平，總體上我們國家與發(fā)達(dá)國家相比，還存在很大的差距，主要表現(xiàn)在，我們國家在機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化方面，目前還沒有固定的成熟的產(chǎn)品，但是在上述這些水下、空間、核工業(yè)，一些特殊機(jī)器人方面，我們?nèi)〉昧撕芏嘤刑厣难芯砍删?。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。在工業(yè)機(jī)器人全部的需求中，汽車行業(yè)的占比普遍在20%以上。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明 2021年 19 月份我國汽車?yán)塾嫯a(chǎn)銷 。在亞洲應(yīng)用在電子行業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，占了總數(shù)的 30％以上，是工業(yè)機(jī)器人的最大用戶，這與全球范圍內(nèi)汽車工業(yè)是工業(yè)機(jī)器人的最大用戶有所不同。電子元、器件生產(chǎn)加快增長，通信設(shè)備、電子計算機(jī)增速繼續(xù)放緩。工業(yè)增加值增長 %，增速比上 年同期回落 個百分點(diǎn)，比上月加快 個百分點(diǎn)。產(chǎn)銷率為 %，比上年同期降低 ，處于近年來較低水平。 除傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦、冶金、石油、化學(xué)、船舶等領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人同時也已開始擴(kuò)大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔、醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中。而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來各種專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家庭用消費(fèi)機(jī)器人將不斷貼近人類生活，其市場將繁榮興旺。它是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué) 等多學(xué)科而形成的高新技術(shù) ,是當(dāng)代研究十分活躍、應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。 發(fā)達(dá)國家的使用經(jīng)驗表明 :使用工業(yè)機(jī)器人可以降低廢品率和產(chǎn)品成本 ,提高了機(jī)床的利用率 ,降低了工人誤操作帶來的殘次零件風(fēng)險等 ,其帶來的一系列效益也是十分明顯的 ,例如減少人工用量、減少機(jī)床損耗、加快技術(shù)創(chuàng)新速度、提高企業(yè)競爭力等。 目前，我國進(jìn)口的工業(yè)機(jī)器人主要來自日本， 2021 年日本對華出口的機(jī)器人占我國進(jìn)口的工業(yè)機(jī)器人的一半，其他如歐洲品牌機(jī)器人，如 ABB、 KUKA、 COMAU，占據(jù)市場的另一半。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)快速增長，特別是汽車業(yè)的高速發(fā)展，每年新增工業(yè)機(jī)器人的臺數(shù)和總量都在快速增長。截止 2021 年年末，我國已有工業(yè)機(jī)器人 31400 臺。 僅從汽車工業(yè)每百萬名生產(chǎn)工人占有的機(jī)器人來講，（日本 1710臺、意大利 1600 臺、美國 770 臺、英國 610 臺、瑞典 630 臺，而我國還不到 90 臺），中國仍然是世界上相對比較落后的國家。 五、國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場特征分析 我國機(jī)器人市場的九大特點(diǎn)