工業(yè)機器人問世30年

機器人被發(fā)明的30多年來，SCARA機器人和知名的大型焊接和噴涂機器人不斷發(fā)展。PC-based技術和通信，如火線（FireWire）和以太網，以及精密元件帶給設計人員更多新的開發(fā)方案。

提起機器人，甚至連工程師都會聯(lián)想到SONY的Aibo寵物狗，或者是Jetson的機器人家務助手。iRobot Corp公司，近期也推出了一些機器人產品，可幫助軍隊在阿富汗巡視巖洞，或者幫助考古學家在埃及沙漠中尋找古墓。也許，一些人還會想到Roomba自動吸塵器機器人。同時，許多應用實例正在解決不斷增長的制造業(yè)的需要。

在SCARA機器人被發(fā)明的30多年來， 工業(yè)機器人已經成為制造業(yè)的主力軍。大型工業(yè)6軸機器人在汽車制造中正發(fā)揮重要的作用，如點焊、重物卸貨，像引擎支架；或者是將零件裝入危險的設備中。包括Fanuc Robotics模具 在Honda引擎工廠，還集成了DVT視覺系統(tǒng)。同時，SCARA機器人也能應用于小型的自動化裝配設備的裝卸和其他半導體行業(yè)中的小型裝配任務。

對于那些不熟悉SCARA機器人的人來說，機器人僅僅是些鉸接的抓取設備。抓取設備一般可進行兩軸運動，里外兩個方向的x軸和上下兩個方向的z軸， 這種機器人結合了一個或2個軸心點，加上z軸，可覆蓋更廣范圍。再加上一個功能強大的控制器，就能實現高速而精確度的功能。

gantry或笛卡兒式機器人在固定的x、y和z軸上移動，他們能足夠應付將大的器件從一個傳送帶移動到另一個，或從一個機器移動到另一個。使用商業(yè)技術，如FireWire網絡，改良的編碼器和并聯(lián)處理控制器，可使他們應用在一個更小、更高速和精確度更高的應用中，如元件裝配和包裝。

“Delta”機器人，一個最近開發(fā)的機器人，采用太空時代的材料，并結合了新的高速控制，不僅能實現高速，而且能保證其靈活性，解決抓取、分檢和其他相似的應用。不是所有的機器人的創(chuàng)新都是時尚炫目的商業(yè)玩具或產品。對于工業(yè)而言，它具有巨大的發(fā)展空間。

Bosch Rexroth的市場服務經理Kevin Gingrich稱，30年前，Bosch發(fā)明了SCARA機器人。在那個時候，我們一直致力于使控制和操作員界面在使用起來更為簡單。為了實現這一目的，1998年，我們開始采用PC-based控制。我們在上層系統(tǒng)中使用Wind River的VxWorks實時操作系統(tǒng)（RTOS）和Microsoft Windows NT。這一結合為我們提供了可靠的控制性能，加上能夠集成操作員界面、可視性和其他Windows應用。

系統(tǒng)集成商總是在尋求某種方式，為其客戶的商業(yè)系統(tǒng)增加價值，機器人產品也不例外。Gingrich指出，相關的集成商尋找方式能接進RTOS，這樣特們能夠存取dlls，OPC服務器，定位指令和I/O訪問。以太網連接能實現當地或遠程的故障診斷和程序的升級。而且，Bosch已經在其SCARA系列中集成了完全編碼器，這可消除在啟動時對一個自動的歸位指令的需求。考慮到適當的程序和安全性，開發(fā)商能建立一個單元，剛好足夠運行而不浪費空間，這樣機器人能在歸位循環(huán)中觸及到所有的區(qū)域。

除了SCARA機器人之外，還有許多其他的機器人。在傳送裝置上建立一個矩形結構，在x和y軸增加運動，建立一個z軸設置鉸接端受動器和控制以及與運動，產生gantry或笛卡兒機器人。他們即使在高速下也能保證高精確度。應用范圍包括在傳輸裝置上抓取隨意散落的部件，并進行裝運、固定或小部件的裝配。建立這樣的設備的要解決如下問題，包括控制的集成、伺服放大器與各種運動元件，元件尺寸和控制與伺服的通信。

Adept科技公司的副總裁Joe Campbell指出，可靠性，快速的通信連接允許采用分布式放大器。他指出，增加伺服放大器的智能、通信和功率，使得更小的設備能分布于機械的設計能實現，可以大大降低控制范圍。我們不斷向小結構方向發(fā)展，通過網絡重新架構電源倍數，推出小型的伺服套件。這個小的套件是一個一體化的控制，包括完整的運動，這樣工程師能搭建他們自己的機器人。

構建一個客制化的工業(yè)機器人聽起來挺遙遠的，但是有了某些機器人公司，如Adept公司，這一計劃就不在遙不可及。另一個公司提供硬件和軟件平臺，它們允許工程師為OEM或特殊的機器人應用搭建一個定制的機器人方案。New Micros的小型控制器板卡IsoPod包括一個內嵌的高級語言和并聯(lián)處理運行系統(tǒng)。它的12脈寬調制（PWM）輸出能單獨控制每一個伺服，或能編組控制兩個無刷DC電機。在經過編程，提供控制的坐標軸。其配套的編程語言，IsoMax，是基于state machines的概念。編寫一個實時的任務，必須描述虛擬機械 能監(jiān)測狀態(tài)、運行，以及移動。虛擬并聯(lián)機床結構（Virtually Parallel Machine Architecture，VPMA）允許不止一個固態(tài)機床在一個虛擬的并聯(lián)形式中進行安裝和獨立運行。其效果類似于20個郵票大小的微電腦，每個控制一個單獨的任務，并采用并聯(lián)模式。

如果說還存在什么爭論，（至少在供應商到控制工程師之間），那就是“開放控制”。討論哪個平臺能為OEM和最終用戶提供更多價值，開放的還是專有的平臺。開放的平臺通常建立在商用PC技術之上，它能為供應商之間的產品提供界面。在這個結構之間，最終控制設計人員只能粗淺地搭建一個系統(tǒng)。另外，在一個廠商專有系統(tǒng)中，必須要保證所有的系統(tǒng)部分都能正常共同工作。公司逐步開放一些內部的數據用以與自動化系統(tǒng)通信。一些公司從地層開始建立開放的機器人控制器。

基于PC技術的開放系統(tǒng)的一個重要的方面是可靠性。Cimetrix公司的CTO，Steve Sorensen認為，包裝OEM的成功之處在于建立一個高速、delta-style包裝機器人，采用其基于PC的控制技術，具有軟PLC邏輯。SigPak的機械顯示，開放的控制也能保證其可靠性。