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工業(yè)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，它對(duì)于提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平、勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件等方面的作用日益顯著，工業(yè)機(jī)器人代替人力勞動(dòng)是必然的發(fā)展。現(xiàn)在汽車工業(yè)仍然是工業(yè)機(jī)器人最主要的應(yīng)用市場(chǎng)，沒有其它哪一個(gè)工業(yè)領(lǐng)域像汽車行業(yè)一樣與工業(yè)機(jī)器人在創(chuàng)新、設(shè)計(jì)和質(zhì)量等相互激勵(lì)達(dá)成共同進(jìn)步。
縱觀工業(yè)機(jī)器人在汽車制造領(lǐng)域的發(fā)展，技術(shù)的領(lǐng)先性是其它行業(yè)無法比擬的。在當(dāng)今。具有視覺傳感和柔軟控制功能的現(xiàn)代化自動(dòng)化技術(shù)成為目前研究的最新動(dòng)向。
機(jī)器人的熱門技術(shù)介紹：
機(jī)器視覺產(chǎn)品溶入汽車制造
隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的汽車制造中已經(jīng)開始采用機(jī)器視覺來提高制造的精度和自動(dòng)化程度。視覺傳感器是一種相當(dāng)于人的視覺的傳感器，有2維和3維兩種形式。2維視覺傳感器的原理是：當(dāng)自然光或照明光照射在目標(biāo)物體上時(shí)，用CCD照相機(jī)等攝取其反射光線，得到物體的2維圖像，從而得到物體在平面上的位置和旋轉(zhuǎn)角度。最近，由于處理算法的高級(jí)化和處理速度的提高，增強(qiáng)了傳感器對(duì)照明變化和圖像劣化等的適應(yīng)性，使之能夠在工廠嚴(yán)酷的條件下工作。3維視覺傳感器采用結(jié)構(gòu)化光投影法和立體法。結(jié)構(gòu)化光投影法是將狹縫光或模式圖板光等結(jié)構(gòu)化光照射在物體上．用CCD照相機(jī)攝取從物體反射來的光線得到物體的圖像。利用這種方法可以精確地計(jì)算出物體3維位置或姿勢(shì)。
立體法是采用2臺(tái)照相機(jī)照像，通過左右圖像上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的映像，對(duì)物體進(jìn)行3維位置和姿勢(shì)的測(cè)量。雖然映像處理需要時(shí)間計(jì)算，但是，因?yàn)椴恍枰Y(jié)構(gòu)化光投影法中的補(bǔ)助照射光，所以對(duì)移動(dòng)機(jī)器人識(shí)別環(huán)境時(shí)是非常有用的。
最近，有的視覺傳感器將控制部分安裝在機(jī)器人的控制裝置內(nèi)，這大大提高了視覺傳感器適應(yīng)工廠現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)酷環(huán)境的可靠性。
機(jī)器視覺在車輛幾何尺寸測(cè)量中的應(yīng)用
利用機(jī)器視覺原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車尺寸參數(shù)的快速、準(zhǔn)確及自動(dòng)化測(cè)量。其實(shí)現(xiàn)過程如下：首先將各測(cè)量儀器空間位置固定，主要是攝像機(jī)的位置和車輛停放位置的確定；接下來要進(jìn)行空間三維坐標(biāo)的標(biāo)定，確定各攝像機(jī)及車輛在空間系統(tǒng)中的坐標(biāo)。測(cè)量過程中，將試驗(yàn)車輛停放在指定區(qū)域，然后開啟攝像機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行圖像采集。一般系統(tǒng)中均采用多臺(tái)CCD 攝像機(jī)從不同角度對(duì)車輛進(jìn)行拍攝。圖像采集完成之后，由計(jì)算機(jī)中的圖像處理軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，得到車輛的各“興趣”點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算就能準(zhǔn)確的得到車輛的相關(guān)尺寸參數(shù)。圖像處理軟件的核心及難點(diǎn)是三維圖像的重構(gòu)，一般采用雙目立體視覺的原理對(duì)平面圖像進(jìn)行重構(gòu)。雙目立體視覺指的是采用2 個(gè)CCD 攝像機(jī)從不同角度對(duì)同一物體進(jìn)行拍攝，得到2 幅圖片，然后進(jìn)行空間坐標(biāo)變換。圖1 是雙目立體視覺的示意圖。從被測(cè)量物的三維世界坐標(biāo)( ,
,
) 到計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)(
，
) 的變換過程如下：
機(jī)器人臂的柔軟控制功能
在給車床的夾頭或加工夾具上安裝鑄件時(shí)，由于鑄件尺寸大小不一引起位置或姿勢(shì)的偏差，用原來的機(jī)器人準(zhǔn)確地安裝相當(dāng)困難。同時(shí)．在壓鑄時(shí)從壓模中取出工件，用原來的機(jī)器人可能要把工件和壓模先撬開。機(jī)器人臂的柔軟控制功能能夠把機(jī)器人臂柔軟地控制到指
定直角坐標(biāo)系中指定的軸線方向，這樣，就能像人一樣正確地把工件安裝上去，壓鑄時(shí)不需要把工件撬開就能從壓模中取出工件。
柔性機(jī)械手具有質(zhì)量輕、速度快、能耗低和操作空間大等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)器人研究的一大熱點(diǎn)，然而由于其結(jié)構(gòu)上具有柔性，在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生形變和振動(dòng)，給機(jī)械手末端位置控制帶來了一系列的難題，如難于建立精確數(shù)學(xué)模型、存在非最小相位特性、存在強(qiáng)非線性耦合等．
現(xiàn)在對(duì)柔性連桿機(jī)械手末端位置控制問題進(jìn)行上的深入研究，基于輸入／輸出線性化的控制方法存在兩個(gè)主要問題，一是需要對(duì)象精確模型，二是輸入，輸出子系統(tǒng)控制含矩陣求逆，使控制解具有局部特性．為了解決這些問題，現(xiàn)行的常用方法引入了神經(jīng)滑模控制算法，即利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性逼近能力使控制器不需要精確模型和矩陣求逆運(yùn)算。同時(shí)由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠在線調(diào)整控制器參數(shù)，使控制算法具有自適應(yīng)能力。
機(jī)器人柔性系統(tǒng)在汽車涂膠系統(tǒng)中的應(yīng)用
機(jī)器人涂膠系統(tǒng)屬于復(fù)雜的多智能體系統(tǒng)，它在構(gòu)建時(shí)是建立多個(gè)智能體，在多個(gè)智能體資源共享和各個(gè)智能體自主性的基礎(chǔ)上，找到并協(xié)調(diào)各個(gè)智能體的關(guān)系，共同完成整個(gè)系統(tǒng)的作業(yè)任務(wù)川。工業(yè)機(jī)器人必須聯(lián)絡(luò)其他各種設(shè)備、裝置的有關(guān)信息，通過程序的處理與協(xié)調(diào)，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，工業(yè)機(jī)器人除具有基本的示教再現(xiàn)的功能之外，與各智能體的聯(lián)系就成為應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。
系統(tǒng)控制流程：
系統(tǒng)有2種工作狀態(tài):自動(dòng)、手動(dòng)。手動(dòng)用于系統(tǒng)調(diào)試，在手動(dòng)狀態(tài)下，操作人員可針對(duì)不同玻璃進(jìn)行示教編程，同時(shí)可進(jìn)行工件原位復(fù)歸、工件選擇，真空吸緊、涂膠/測(cè)試、故障復(fù)位等動(dòng)作;在自動(dòng)狀態(tài)下檢測(cè)各個(gè)Agent的狀態(tài)無異常后，系統(tǒng)開始自動(dòng)運(yùn)行，首先完成對(duì)工件的裝夾(玻璃對(duì)中、吸緊、轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)等)，然后系統(tǒng)根據(jù)線性編碼器狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別工件類型，選擇機(jī)器人程序并執(zhí)行(同時(shí)機(jī)器人工作區(qū)外轉(zhuǎn)臺(tái)上玻璃完成裝夾)，涂膠完成后，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)180°以使已涂敷玻璃處于機(jī)器人工作區(qū)外并且未涂敷玻璃進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)，翻轉(zhuǎn)架將玻璃翻起，人工將其卸下。
系統(tǒng)如遇故障停止，人工清除故障后再恢復(fù)運(yùn)行。系統(tǒng)故障主要有:系統(tǒng)控制報(bào)警、機(jī)械夾具故障、機(jī)器人報(bào)警和安全系統(tǒng)報(bào)警。
該機(jī)器人工作站在設(shè)計(jì)過程中采用了模塊化設(shè)計(jì)方法，節(jié)省了大量設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)也使系統(tǒng)更可靠。在設(shè)計(jì)過程中充分考慮到系統(tǒng)的柔性化，使工件類型改變時(shí)，只要修改相應(yīng)的系統(tǒng)控制程序與機(jī)器人程序就可適應(yīng)產(chǎn)品變化。
加工機(jī)器人生產(chǎn)單元即智能機(jī)器人和機(jī)床的融合
一般情況下，機(jī)械加工系統(tǒng)長時(shí)問連續(xù)運(yùn)行可以降低加工成本。這里先簡(jiǎn)單地回顧一下機(jī)械加工發(fā)展過程
(1)上世紀(jì)80年代，由于采用了裝備有隨行工件料斗的CNC機(jī)床系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。
(2)L世紀(jì)90年代．采用了裝備有大規(guī)模立體隨行工件料斗的機(jī)械加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了包括星期六星期日在內(nèi)的72小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。
(3)進(jìn)入2000年以來，開發(fā)了能夠用機(jī)器人直接將加工坯料送給自動(dòng)換刀機(jī)床的工件夾具上、并能長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械加工系統(tǒng)——機(jī)器人生產(chǎn)單元，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)月720小時(shí)，即每天24小時(shí)，30日連續(xù)不停頓運(yùn)行。
在機(jī)器人生產(chǎn)單元中，智能機(jī)器人通過3維視覺傳感器修正每一個(gè)鑄件因?yàn)槌叽绮灰欢鸬募?xì)微偏差同時(shí)在往加工夾具上裝坯料時(shí)，通過機(jī)器人臂的柔性控制系統(tǒng)自動(dòng)尋找加工面．坯料可以正確地裝在加工夾具上。由于減少了人工費(fèi)用、加工費(fèi)用和前期設(shè)各費(fèi)用機(jī)器人生產(chǎn)單元大幅度地降低了加工成本。
例如：一個(gè)小型機(jī)器人生產(chǎn)單元．在兩臺(tái)CVC鉆床中，智能機(jī)器人完成坯料安裝、加工成品收取、去b邊作業(yè)。工作人員只需將數(shù)個(gè)裝有工件的塑料盒子撂起來用臺(tái)車運(yùn)到工作機(jī)床前面放好即可。智能機(jī)器人通過視覺傳感器和夾縣發(fā)現(xiàn)并取出散裝在塑料盒于里的工件，供給工作機(jī)床。這樣就不再需要專門的工件供給裝置．而且．也不需要用人將工件整齊排列起來的工作。塑料盒子里的工件拿空了，智能機(jī)器人就會(huì)把空盒子移到其他地方去，從下一個(gè)盒子里取出工件，
在小型機(jī)器人生產(chǎn)單元中．其配置可以由一臺(tái)機(jī)床和一臺(tái)智能機(jī)器人構(gòu)成，由智能機(jī)器人完成工件的裝卸等作業(yè)，或由多臺(tái)己怍機(jī)床和多臺(tái)料能機(jī)器人構(gòu)成，按照用戶的需要可以組成多種多樣的構(gòu)成方式。也有由數(shù)臺(tái)工作機(jī)床對(duì)一個(gè)工件進(jìn)行不同加工工藝．具有線性導(dǎo)軌的智能機(jī)器人行走在各個(gè)工作機(jī)床之間，來回傳遞工件的機(jī)器人生產(chǎn)單元系統(tǒng)。
今后技術(shù)展望
由于傳感器技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人的作業(yè)能力不斷提高，其適應(yīng)范圍也在不斷地?cái)U(kuò)人。今后隨著智能機(jī)器人功能的提高，有待改進(jìn)的技術(shù)主要將會(huì)是簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)的難度和提高茹操作性能。
相信通過對(duì)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)改進(jìn)，更多的新的，前沿的技術(shù)將會(huì)應(yīng)用到機(jī)器人中，包括機(jī)器人的人體化，光柵技術(shù)的應(yīng)用，使機(jī)器人更加靈活、精確地完成各種復(fù)雜的工作，為企業(yè)帶來更大的效益。
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