我国工业机器人技术发展的历史_现状与展望_陈佩云.docx

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1、嫌述我国工业机器人技术发展的历史、现状与展望机 械 部 北 京 自 动 化 所 机 器 人 中 心 陈 佩 云摘 *本 文 叙 述 了 我 国 工 业 机 器 人 技 术 发 展 同 史 。 作 者 将 我 国 工 业 机 器 人技 术 发 展 分 为 三 个 阶 段 ： 萌 芽 期 、 开 发 期 和 实 用 化 期 ， 并 概 述 了 “七 五 ”攻 关 的 主 要 成 果 和 “八 五 ”期 间 的 技 术 发 展 现 状 ， 展 望 了 “九 五 ”技 木 发 展 前 景 ， 简 介 了 产 业 化 的5 M。我 国 工 业 机 器 人 起 步 于 70年 代 初 ， 经 过 20多

2、年 的 发 展 ， 大 致 可 分 为 3个 阶 段 ： 70年 代 的 萌 芽 期 ，8 0年 代 的 开 发 期 ，9 0年 代 的 实 用 化 期 。一 、 70年代的萌芽期几 乎 与 国 际 同 步 ， 我 国 于 50年 代 开 始 研 制 机 械 手 。 据 不 完 全 统 计 ， 至 今 还 有 1000多 台 机 械 手 活 跃 在 机 械 工 业 的 各 个 生 产 领 域 。70年 代 是 世 界 科 技 发 展 的 一 个 新 里 程 碑 ， 人 类 登 上 了 月 球 ， 实 现 了 金 星 和 火 星 的 软 着 陆 a我 国 也 发 射 了 人 造 地 球 卫 星

3、。 随 着 微 机 和 模 糊 控 制 系 统 的 开 发 ， 工 业 机 器 人 走 向 了 实 用 化 ， 世 界 上 出 现 了 万 名 “铁 领 工 人 ”,尤 其 在 B本 补 充 了 日 益 短 缺 的 劳 动 大 军 。 70年 代 末 ， 美 国 推 出 Puma系 列 髙 功 能 机 器 人 ， 采 用 了 当 时 最 先 进 的 16位 多 CPU二 级 微 机 控 制 系 统 ， 有 5种 灵 活 示 教 方 式 和 专 用 VAL语 言 ， 可 进 行 轨 迹 控 制 和 相 当 复 杂 的 动 作 。在 第 一 台 机 械 手 出 现 后 20年 ， 于 1972年

4、我 国 开 始 研 制 工 业 机 器 人 。 由 上 海 起 ， 接 着 天 津 、 北 京 、 吉 林 、 哈 尔 滨 、 广 州 、 昆 明 等十 几 个 研 究 单 位 和 院 校 分 别 开 发 了 固 定 程 序 、 组 合 式 、 液 压 饲 服 型 通 用 机 器 人 ， 并 开 始 了机 构 学 （ 包 括 步 行 机 构 )、 计 算 机 控 制 和 应用 技 术 的 研 究 ， 这 些 机 器 人 大 约 有 1/3用 于 生 产 。二、80年代的开发期80年 代 是 国 际 髙 技 术 竞 争 的 年 代 。 人 类 实 现 了 太 空 行 走 、 太 空 炼 钢 ，

5、可 乘 坐 航 天 飞 机 和 无 人 驾 驶 地 铁 列 车 ， 中 国 也 掌 握 了 一 箭 多 星 技 术 。 随 着 32位 微 机 的 出 现 ， 机 器 人 技 术 进 入 了 一 个 新 阶 段 ， 各 国 竟 相 制 订 了 髙 技 术 发 展 计 划 ， 如 美 国 的 SDI (战 略 防 御 即 星 球 大 战 计 划 ） ， 日 本 的 第 5代 计 算 机 和 极 限机 器 人 计 划 ， 西 欧 的 尤 里 卡 计 划 和 ESPRIT计 划 ， 前 苏 联 与 东 欧 的 经 互 会 计 划 以 及 欧 、美 、 日 等 13国 的 先 进 机 器 人 计 划

6、等 ， 都 在 致 力 于 开 发 第 三 代 智 能 型 机 器 人 。 在 工 业 领 域 ， 第 一 代 工 业 机 器 人 已 达 普 及 ， 而 由 于 汽 车 工 业 的 饱 和 使 机 器 人 的 发 展 在 80年 代 中 期 出 现 了 第 1个 马 鞍 形 。 随 着 第 二 代 具 有 一 定 , 感 觉 功 能 的 装 配 、 弧 焊 等 机 器 人 的 实 用 化 ，开 辟 了 新 的 应 用 领 域 ， 到 80年 代 末 工 业 机 器 人 又 出 现 了 上 升 势 头 ， 达 45万 台 。 在 此 期 间 开发 了 SCARA (Selected Compl

7、iance Assembly Robot Arm， 精 选 的 柔 顺 装 配 机 器 人 手 臂 ， 釆 用 平 面 关 节 型 机 构 ） 等 新 型 结 构 交 流 伺 服 和 茛 接 驱 动 （13D，Direct Drive) 等 新 型 驱 动 方 式 ； 数 控 、 离 线 编 程 等 控 制 方 式 ； 并 在 工 业 生 产 中 应 J1J。在 高 技 术 浪 潮 的 冲 化 下 ， 随 若 改 革 幵放 方 针 的 实 施 ， 我 国 机 器 人 技 术 的 发 展 得 到 政 府 的 m视 和 支 持 。 在 80年 代 中 期 ， 围 家 组 织 了 对 工 业 机 器

8、 人 耑 求 的 行 业 调 研 ， 结 果 表 明， 对 第 一 代 工 业 机 器 人 的 ； 求 主 要 集 中 在 n车 行 业 （ 占 总 耑 求 的 6 0 7 0 %)。在 众 多 专 家 的 建 议 和 规 划 下 ， 于 “七 五 ”期 间 ， 山 机 电 部 生 持 ， 巾 央 各 部 委 、 屮 科 院 及 地 方 儿 十 所 科 研 院 所 和 大 学 参 加 ， 国 家 投 入 相 当 的 资 金 ， 进 行 了 工 业 机 器 人 越 础 技 术 、 基 础 元 器 件 、 儿 类 工 业 机 器 人 整 机 及 应 用 工 程 的 开 发 研 究 。 经 过 5年

9、 攻 关 ， 完 成 了 示 教 再 现 式 工 业 机 器 人 成 窃 技 术 （ 包 括 操 作 机 、 控 制 系 统 、 驱 动 传 动 单 元 、 测 试 系 统 的 设 计 、 制 造 、 应 用 和 小 批 量 生 产 的 工 艺 技 术 等 ） 的 开 发 ， 研 制 出 喷 涂 、 弧 烨 、 点 焊 和 搬 运 等 作 业 机 器 人 整 机 ， 儿 类 专 用 和 通 用 控 制 系 统 及 几 类 关 键 元 部 件 如 交 、 直 流 伺 服 电 机 驱 动 单 元 、 机 器 人 专 用 渖 壁 轴 承 、 诮 波 传 动 系 列 、 焊 接 电 源 和 变 压 器

10、 等 ， 并 在 生 产 中 经 过 实 际 应 用 考 核 ， 其 性 能 指 标 达 到 80年 代 初 国 外 同 类 产 品 的 水 平 ， 且 形 成 小 批 量 生 产 能 力 。 在 应 用 工 程 方 面 ， 在 第 二 汽 车 厂 建 立 了 我 国 第 一 条 采 用 国 产 机 器 人 的 生 产 线 东 风 系 列 驾 驶 室 多 品 种 混 流 机 器 人 喷 涂 生 产 线 ， 该 线 fit 7台 国 产 PJ系 列 喷 涂 机 器 人 和 PM系 列 喷 涂 机 和 周 边 设 备 构 成 ， 已 运 行 5年 ， 完 成 年 喷 涂 20 万 辆 东 风 系

11、列 驾 驶 室 的 生 产 纲 领 ， 成 为 国 产 机 器 人 应 川 的 一 个 窗 口 此 外 还 建 立 了 儿 个 弧 焊 和 点 焊 机 器 人 工 作 站 。 与 此 同 时 还 研 制 了 几 种 SCARA型 装 配 机 器 人 样 机 ， 并 进 行 了 试 应 用 。 在 驻 础 技 术 研 究 方 而 ， 解 剖 了 国 外 十 余 种 先 进 的 机 型 ， 进 行 了 机 构 学 、 控 制 编 程 、 驱 动 传 动 方 式 、 检 测 等 菡 础 理 论 与 技 术 的 系 统 研 究 ， 开 发 出 *有 国 际 先 进 水 平 的 测 量 系 统 *编 制

12、 了 我 国 工 业 机 器 人 标 准 体 系和 十 二 项 国 标 、 行 标 。为 了 跟 踪 国 外 高 技 术 ， 80年 代 在 国 家 商 技 术 计 划 中 安 排 了 嵆 能 机 器 人 的 研 究 开 发 ， 包 栝 水 下 无 缆 机 器 人 、 髙 功 能 装 配 机 器 人 (DD驱 动 ） 和 各 类 特 种 机 器 人 ， 进 行 了 智 能 机 器 人 体 系 结 构 、 机 构 、 控 制 、 人 工 锊 能 、 机 器 视 觉 、 高 性 能 传 感 器 及 新 材 料 等 的 应 川 研 究 ， 已 出 了 一 批 成 果 。 这 些 技 术 的 实 用

13、化 将 加 速 我 国 第 二 、 三 代 工 业 机 器 人 的 发 展 。经 过 80年 代 尤 K楚 后 5年 的 努 力 ， 吸 引 了 160多 个 中 位 从 事 机 器 人 及 艽 相 关 技 术 的 研 究 ， 形 成 了 京 津 、 东 北 、 华 东 、 华 南 等 机 器 人 技 术 发 达 地 区 和 十 几 家 优 势 布 位 ， 培养 了 一 支 2000多 人 的 工 业 机 器 人 设 计 、 研 制 、 应 用 队 伍 ， 造 就 了 一 批 机 器 人 专 家 ， 使 我 国 的 工 业 机 器 人 技 术 发 展 莊 本 上 可 以 立 足 于 国 内 。

14、三、30年代的实用化期90年 代 是 20、21 世 纪 交 替 的 关 键 年 代 ，以 微 电 子 技 术 为 代 表 的 高 科 技 渗 透 进 各 个 领 域 ， 7大 洲 4大 洋 正 以 细 长 的 光 缆 架 上 四 通 八 达 的 银 桥 ， 信 息 髙 速 公 路 将 人 类 推 向 更 快 节 奏 发 展 的 信 息 化 时 代 。 在 机 器 人 领 域 ， 水 下 无 缆 机 器 人 正 柯 万 米 以 上 深 海 进 发 ， 空 间 遥 控 无 人 飞 行 器 参 与 了 海 湾 战 争 ， 毫 米 级 的 机 器 人 进 入 人 体 作 微 型 手 术 ， 笫 二

15、代 工 业 机 器 人 已 普 及 应 用 于 柔 性 S动 化 生 产 系 统 中 ， 裨 能 机 器 人 已 走 叫 实 用 化 ， 全 球 工 业 机 器 人 队 伍 已 发 展 壮 大 为 约 60万 。对 我 国 来 说 ， 由 于 市 场 竞 争 加 剧 ， 一 些 企 业 认 识 到 必 须 耍 用 机 器 人 等 自 动 化 设 备 来 改 造 传 统 产 业 ， 提 髙 劳 动 生 产 率 和 产 品 质 量 ， 使 产 品 更 新 换 代 ， 增 强 竞 争 力 。 裾 “八 五 ”初 期 调 研 几 十 家 用 户 对 所 需 的 机 器 人 提 出 各 种 各 样 的

16、要 求 。 另 一 方 而 七 五 ”期 间 研 制 的 各 类 机 器 人 需 要 达 到 实 用 化 、 商 品化 ， 从 而 进 一 步 走 向 产 业 化 ， 这 是 一 段 艰难 而 又 漫 长 的 历 程 。90年 代 初 期 ， 在 国 家 几 无 资 金 投 入 、 市 场 经 济 发 展 的 大 潮 裹 胁 下 ， 从 事 机 器 人 研 制 生 产 的 单 位 既 要 坚 持 专 业 方 向 ， 又 要 养 活 R 己 ， 主 要 做 了 如 下 一 些 技 术 发 展 工 作 ：1) 喷 涂 机 器 人 ： 根 据 用 户 多 方 而 的 需 求 ， 开 发 了 交 流

17、伺 服 离 线 编 程 机 器 人 、 喷 涂 机 （ 顶 喷 、 侧 喷 、 仿 形 喷 ） 、 小 型 电 动 机 器人 等 系 列 产 品 ， 但 还 未 达 到 产 品 的 定 3又 从 需 求 出 发 开 发 了 汽 车 喷 涂 生 产 线 ， 电 机 、 箱 体 、 陶 瓷 等 生 产 线 的 机 器 人 应 刖 工 程 。 共 完 成 20条 线 及 工 作 站 。2) 点 、 弧 焊 机 器 人 ： 进 行 了 新 机 构 的 探 索 和 焊 缝 跟 踪 、 工 装 （ 变 位 器 ） 等 的 研 究 。 近 两 年 汽 车 行 业 和 工 程 机 械 行 业 大 觉 引 进

18、点 、 弧 焊 机 器 人 ， 提 出 了 许 多 应 用 工 程 和 维 修 技 术 问 题 需 耍 解 决 。3) 搬 运 机 器 人 ： 根 据 用 户 需 求 ， 一 些 单 位 开 发 了 码 垛 、 换 刀 机 器 人 ， 已 在 多 条 生 产 线 上 应 用 。4) 装 配 机 器 人 及 视 觉 、 力 觉 等 传 感 技 术 继 续 得 到 高 技 术 计 划 的 支 持 ， 研 制 了 高 挡 样 机 ， 开 始 了 应 用 工 程 。5) 矿 山 、 建 筑 、 管 道 作 业 等 一 些 特 种 工 业 机 器 人 开 始 开 发 ， 并 与 应 用 相 结 合 。f

19、i丨 于 资 金 缺 乏 和 科 研 院 所 大 蛰 人 头 费的 沉 重 负 担 ， 一 些 带 有 方 网 性 的 实 用 技 术 如 机 器 人 的 可 靠 性 设 计 、 交 流 饲 服 、 离 线 编 程 、 焊 缝 跟 踪 、 大 负 载 机 器 人 的 设 计 、 机 器 人 CAD及 仿 萁 、 应 用 工 程 成 弈 技 术 等 尚 未 得 到 充 分 研 究 ， 产 品 也 未 进 行 宛 型 和 商 品 化 。在 “八 五 ”末 期 （ 90年 代 中 期 ） ， 国 家已 选 择 以 焊 接 机 器 人 的 工 程 应 用 为 重 点 进 行 开 发 研 究 ， 从 而

20、 迅 速 掌 握 焊 接 机 器 人 应 用 工 程 成 套 开 发 技 术 、 关 键 设 备 制 造 、 工 程 配 套 、 现 场 运 行 等 技 术 。 即 以 机 器 人 焊 接 工 艺 为 龙 头 ， 开 展 焊 装 线 总 体 设 计 、 线 体 总 控 及 多 机 通 信 、 新 型 焊 接 机 器 人 用 焊 接 电 源 、 送 丝 机构 、 焊 缝 跟 踪 系 统 、 机 电 精 度 、 控 制 技 术 等 的 开 发 及 完 善 化 ， 以 几 条 焊 装 生 产 线 的 全 奄 应 用 及 其 可 靠 性 作 为 主 攻 H标 。90年 代 后 半 期 九 五 ”期 间

21、 ） ， 应 是 实现 国 产 机 器 人 的 商 品 化 ， 为 产 业 化 奠 定 基 础 的 时 期 。 国 内 机 器 人 专 家 已 作 过 一 邺 预 研 ， 认 为 九 五 ”应 继 续 开 发 和 完 辨 喷 涂 、 点 焊 、 弧 焊 、 搬 运 等 机 器 人 系 统 应 用 成 套 技 术 ， 形 成 交 钥 匙 工 程 。 在 掌 握 机 器 人 开 犮 技 术 和 应 用 技 术 的 基 础 上 ， 进 一 步 开 拓 市 场 ， 扩 大 应 用 领 域 ， 从 汽 车 制 造 业 逐 步 扩 展 到 其 它 制 造 业 并 渗 透 到 非 制 造 业 领 域 开 发

22、 第 二 代 工 业 机 器 人 及 各 类 适 合 国 情 的 经 济 型 机 器 人 ， 以 满 足 不 同 行 业 多 层 次 的 需 求 开 展 机 器 人 化 柔 性 装 配 系 统 的 研 究 ， 充 分 发 挥 工 业 机 器 人 在 未 来 CMS (计 算 机 集 成 制 造 系 统 ） 中 的 核 心 技 术 作 川 。 在 此 过 程 中 ， 嫁 接 国 外 技 术 ， 促 进 国 际 合 作 ， 以 使 我 国 工 业 机 器 人 发 展 站 在 巨 人 的 苊 上 ， 为 以 后 的 普 及 和 腾 飞 奠 定 坚 实 的 基 础 。四、高技术转移的5M与我国工业机器

23、人的产业化国 外 专 家 认 为 * 一 个 国 家 要 引 入 高 技 术 并 将 其 转 移 为 产 业 技 术 （ 产 业 化 ） ， 必 须 起码 具 备 5个 要 素 即 5M: Machine、 Materials、Manpower、Management 、Market。结 合我 国 的 工 业 机 器 人 产 业 化 ， 谈 点 个 人 浅 见， 提 出 需 探 讨 的 问 题 。1 ) Machine (机 器 ） 即 生 产 设 备 和 手 段 。 要 实 现 我 国 工 业 机 器 人 的 产 业 化 ， 起 码 应 有 几 个 生 产 基 地 ， 提 供 必 耍 的 设

24、备 和 手 段 ， 以 达 到 规 模 生 产 。 丨 -丨 前 我 国 只 耵 儿 家 研 制 单 位 能 进 行 小 批 量 （ 儿 台 到 儿 十 台 的 年 产 量 ） 生 产 。 要 实 现 产 业 化 转 移 ， 或 是 将 技 术 转 让 给 产 业 部 门 ， 或 足 身 扩 展 成 规 模 产 S 的 企 业 ， 或 是 与 产 业 部 门 结 合 形 成 规 模 。(下 转 第 31页 ）公 司 机 构 介 绍 _机械部北京自动化所机器人及智能技术研究开发中心机 械 工 业 部 北 京 n动 化 所 机 器 人 及 智 能 技 术 研 究 开 发 中 心 M我 国 工 业

25、机 器 人 研 究 开 发 的 重 点 尔 位 ， 现 耵 职 工 87人 ， 技 术 人 员 80 人 ， 其 中 髙 级 工 程 师 25人 ， =1:程 师 37人 ； 办 公 室 、 实 验 室 及 实 验 大 厅 的 总 而 积 4000mS 有 很 强 的 技 术 力 M及 很 优 越 的 科 研 条 件 和 科 研 开 发 能 力 。 主 耍 从 事 芥 种 工 业 机 器 人 整机 及 周 边 配 奋 设 备 的 开 发 研 制 和 承 接 机 器 人应 用 工 程 。 中 心 还 设 立 了 尖 围 Graco公 自 动 喷 涂 系 统 技 术 中 心 ， IG M弧 焊 机

26、 器 人 维 修 中 心 。该中心设计制造的工业机器人集成了 M/l 代先进技术，以具有不同用途的系列化、标 准化产品而叼市场，以工业机器人庖川工裎 成套技术为用户提供最佳服务。(上 接 第 3页 ）2) Matcrials(i 类原材料）。操作机原 材料国产化应没问题，控制系统、驱动系统 某呰关键部件处否企部0彳产化，包括技术、 工业基础、成本M 杏合釘等等问题，值得进一 步探讨，也许可以通过W际合作来解决。3 ) Manpower (人力），主要指产业化 的技术人员和熟练工。在我闲从事机器人研 制的人员不少，但从亊实际生产的工程技术 人员和熟练工人很缺乏，耑加紧培训。4 ) Alanage

27、mant (竹理），仅姑技术 管理与管理技术。：H:闪涵如何；机器人生产 厂与其它企业娃杏一样；;竹理校式、体 制、方式应如何；筲理者应具备何等的尜 质、知识及才能与被符现者的关系如何 要不要讲究行为科学等等，都忠要探讨。儿 年 来 开 发 应 用 的 肉 动 化 装 备 布 ：EFM 系 列 动 喷 涂 机 ， EPPM400龙 门 式 仿 形 喷 涂 设 备 ， EP500S系 列 小 型 电 动 喷 涂 机 器 人 ， P系 列 和 EPR系 列 喷 涂 机 器 人 ， 系 列 搬 运 机 器 人 ， AR系 列 装 配 机 器 人 ， AI系 列 丨 丨 动 插 装 机 ， WR系 列

28、 焊 接 机 器 人 以 及 龙 门 式 髙 压 水 切 刺 机 器 人 等 。 到 H前 为 止 ， 机 器 人 屮 心 已 承 接 了 中 M第 二 汽 车 车 舟 厂 自 动 喷 漆 生 产 线 等 19条 机 器 人 自 动 生 产 线 ， 累 计 提 供 了 1 氽 台 各 种 类 型 的 工 业 机 器 人 。机 器 人 屮 心 能 提 供 成 套 全 自 动 柔 性 生 产 线 技 术 及 设 备 （ 包 括 W动 识 别 技 术 ， 同 步 跟 踪 技 术 及 装 置 ） 。 为 W户 提 供 交 钥 匙 工 程 及 后 期 服 务 。 ,3 劳 - 於 妇 20 於 労 。

29、- 并 拍 的 労 穷 拍 労5 ) Market(市 场 ） ， 其 主 要 意 思 是 技 术 本 毋 要 成 为 商 品 。 应 当 说 丨 丨 前 我 _机 器 人 市 场 还 很 小 ， 一 年 也 就 几 十 合 或 上 百 台 ， 这 与我 们 的 工 业 机 器 人 还 米 商 品 化 很 苻 关 系 。 我 们 在 调 研 市 场 耑 求 时 ， 不 少 用 户 不 知 什 么 菇 机 器 人 。 耑 耍 通 过 宣 传 将 技 术 （ 成 为 商 品 的 技 术 ） 推 向 市 场 。 另 一 方 而 ， 如 果 国 家 能 仿 效 日 本 等 国 以 政 策 规 定 某 些 艰 苦 作 业 必 须 用 机 器 人 ， 以 政 策 开 辟 市 场 ， 宜 传 、 培 育 、 推 行 相 结 合 ， 相 信 中 国 的 机 器 人 市 场 会 打 开 的 。经 过 一 段 产 业 化 的 过 程 ， 可 以 预 见 ， 随 淠 我 国 的 经 济 发 展 和 科 技 进 步 ， 到 跨 入 小 康 水 平 的 2000年 ， 我 国 的 工 业 机 器 人 将 迈 入 第 四 阶 段 赀 及 期 。(注 ： 作 者 感 谢 安 永 辰 教 授 提 供 了 部 分 历 史 资 料 。 ） 31