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还记得过去几十年的“缺口”吗?六十年代开始于导弹缺口，结束于代沟。对更多“空当”的探索在20世纪80年代得到了回报，发现了一个“机器人空当”。美国工业被认为注定要失败，因为日本制造商拥有的机器人比其他任何地方都多。好吧，日本还有更多的机器人。尽管如此，美国和欧洲的制造业仍然具有竞争力，而且所有领域都在扩大机器人的应用(见侧栏)。

机器人通常有三种类型:关节臂、SCARA和龙门架。铰接式手臂机器人最常出现，例如，在长长的汽车装配点焊线上。SCARA机器人是快速，多轴，拾取和放置机器，通常用于小零件的包装和组装。龙门机器人有时覆盖大面积，通常能够精确处理重型有效载荷。这些通常是在加工线上发现的，处理进出自动铣床和磨床的零件。它们对于某些零件挑选操作也很有用。

机器人仍未得到充分利用

机器人有未来吗?机器人工业协会(Robotic Industry Association)援引分析人士的话说，有可能受益于机器人的制造工厂中，只有10%安装了机器人。Patricia E. Moody和Richard E. Morley在他们的新书《技术机器:制造业在2020年的样子》(The Free Press, new York, 1999)中说，机器人技术是热门技术领域之一，将继续对制造业产生重要影响。很明显，控制工程师如果不把机器人作为自动化工具集的一部分，就有失去竞争优势的风险。

在制造过程中负责安装和维护plc和CNC设备的控制工程师通常也负责采购、安装和维护机器人设备。这是一个挑战，因为每个控制器的编程方式不同，不同的编辑器的行为也不同，而且通常使用完全不同的语言。然而，随着越来越多的编辑器在Microsoft Windows上运行，并附带了Windows工具的补充，比如多窗口打开、拖放、复制和粘贴以及可视化界面，情况开始发生变化。许多程序要么是图形化的，要么非常像Basic，越来越多的工程师熟悉它。

使用像Windows这样的通用基础还有另一个好处——沟通。像OPC这样的标准和像COM、DCOM和ActiveX对象这样的工具意味着机器人现在可以更容易地集成到更大的工厂流程中。正如cnc现在使用PC技术来实现更好的用户界面和更快、更容易的通信(见控制工程， 1998年11月，第121页)，机器人技术越来越多地结合PC和网络技术来获得同样的优势。

摩托曼(代顿，O.)副总裁迪恩·埃尔金斯(Dean Elkins)表示，由于精密运动控制需要复杂的运动学计算，机器人系统通常都有一个“黑匣子”部分。用户要求更好的人机界面——与工厂车间的其他机器更一致。他们还希望通过条形码等设备链接到数据输入和输出。

他还看到了通过在电机中放置控制器来缩小硬件控制器的努力。光纤电缆和网络将进一步缩小硬件，使安装更容易、更快捷。通过个人电脑技术、以太网和其他开放设备网络实现的消费化运动将有助于降低成本并增强通信。微软Windows CE等新兴技术可能会给用户带来标准化教学挂件等好处。”

Adept Technology公司(San Jose, california)副总裁乔•坎贝尔指出，机器人系统与运动控制系统没什么不同，它由控制器、伺服模块、驱动放大器和带反馈的电机组成。运动学是不同的。机器人控制通常涉及复杂的运动，需要协调多达6个或更多的运动轴。有时在工作空间中引导工具是具有挑战性的。视觉系统与机器人控制的集成已经使用了很多年，但随着两种技术变得更容易集成和应用变得更具挑战性，使用正在增加。工程师们熟悉用于检测的视觉系统，但它们在零件定位、夹具灵活性以及检测方面的应用使两人成为一个强大的团队。它们的力量可以在应用中看到，如将密封剂应用于复杂的表面或包装软或柔性产品。

所需的灵活性

坎贝尔先生补充说，制造业的趋势——比如更短的产品生命周期，对灵活的生产过程的需求，以及由此产生的保持低资本投资的需求——正在推动小型伺服系统的发展，以取代凸轮、齿轮和分布式控制。这些趋势促使Adept公司推出了一款新产品——SmartModules。

这种模块化的机器人工具具有线性运动模块，由标准的现成组件构建成2轴和3轴机器人，用于拾取和材料处理应用。每个线性运动模块都有一个智能放大器。这些包含一个板载伺服控制器，以及伺服放大器，电源控制器和IEEE 1394(火线)串行数据总线。火线是硬件确定性的，理想地用于所有放大器到控制器的通信。通过使用总线拓扑减少导线和连接，提高了可靠性并降低了成本。

ABB柔性自动化机器人产品部运营总监Mike Calardo指出:“在过去的三四年里，我们一直在推出一种带有现场总线连接到I/O模块的控制器。这为集成商和最终用户提供了很大的设计灵活性，因为他们可以轻松地使用我们的I/O模块或连接到任何与DeviceNet兼容的设备。这是一次无缝的手术。”

他补充说，管制员比过去开放得多。“开放接口可以将整个机器人环境暴露给PC。使用WebWare这样的产品，用户可以将机器人数据暴露给任何支持网络的设备，这些设备可能不是PC。启用网络是一条双向的道路。在机器人车间工作的技术人员可以从中央服务器下载手册或故障排除指南，以便更快地启动生产。

卡拉多认为未来的应用将会扩大。在机械运动特征建模方面不断增强的软件能力将使未来的应用变得令人兴奋——机器人像机床一样精确，无论是切割还是测量都能更加精确。

软件掌权

发那科机器人公司的控制器软件开发总监克劳德·丁斯莫尔(Claude Dinsmoor)指出，由于动作复杂，机器人技术一直都是软件密集型的。过去，一个硬件设计师可以让几个软件设计师满意，但现在更像是10个软件设计师和1个硬件设计师。很多设计时间都花在了图形用户界面的开发上，尤其是在为操作人员提供更多功能和灵活性的教学挂件上。”

丁斯莫尔还认为，未来属于“有线机器人”。他还说，目前，连接个人电脑是工厂车间的一项要求。问题将变成与整套互联网工具的连接。连接到互联网的设备可能不是PC机。我们使用以太网连接FTP和其他互联网工具已经有一段时间了。我们遇到过工程师在家通过网络连接帮助解决问题的情况。”

Trellis软件与控制公司(Trellis Software and Controls, Rochester Hills, michigan)的市场经理布赖恩•德莫(Brian Demoe)表示，在过去五年中，软件与硬件的比例从50:50上升到了80:20。随着硬件变得更加标准化，越来越少的定制硬件被开发出来。另一方面，软件的进步意味着从机器控制到企业信息系统的过程的更紧密集成。他还说，从控制器到零部件，从工厂到企业，软件是把所有东西粘合在一起的粘合剂。

德莫继续说，用户和集成商都对软件的进步感兴趣，但各自的侧重点不同。“用户希望提高易用性。这包括更容易和更快的培训，以及帮助指导维护和故障排除的接口。由于很多人都熟悉Microsoft Windows界面，因此业界对Windows工具(如下拉菜单和对话框)的接受程度满足了这一目标。同时，集成商需要能够定制产品以增加其独特的价值。再一次，基于Windows架构的开放界面允许集成商为用户增加价值。”

库卡北美公司(Kuka North America)总裁吉姆•德根(Jim Degen)说，基于Windows平台的强大软件优势对运营商有利。除了文本之外，Visual Basic还可以使用图形元素开发更多信息丰富的屏幕。Kuka的手册以HTML页面的形式存储在控制器中，减少了故障排除时间。在PC硬件上构建使网络更容易。事实上，集成商和支持人员现在使用常见的远程终端工具来执行非现场诊断，在节省差旅费用的同时保持客户流程的运行。同时，通过开放接口的软件控制不仅可以驱动库卡六轴关节臂机器人，还可以控制别人的龙门机器人或XYZ直角机器人。

Commotion Technology(位于加州旧金山)是另一家专注于机器人应用软件的公司。总裁John Tenney指出:“软件的主要作用是降低自动化的生命周期成本——从开发到操作。依赖于行业标准(如Windows NT、PC硬件、Java、c++和基于web的接口)的灵活、易于使用的软件显著缩短了上市时间、开发成本、操作维护和系统升级成本。

一杯机器人Java

例如，Commotion Technology的控制软件control Factory可以在多种操作系统上运行，包括Windows NT和风河系统公司的VxWorks。它有一个图形化的编程界面来加速开发，或者程序员可以使用Java (Tenney先生指出，到2000年Java程序员的数量将超过c++程序员)。Control Factory实际上是用Java编写的，运行在VxWorks上的“黑盒”或安装Windows NT的PC上。

Tenney先生介绍了另一个强大的新软件工具——3d模拟。在《控制工厂》中，一名技术人员在3D模拟中展示机器人。这不仅是“虚拟现实”，而且可以看到机器实际运行的情况。它在开发过程中非常有用，也可用于故障排除。

另一家拥有仿真工具的公司是Deneb Robotics(密歇根州特洛伊市)。总裁鲍勃·布朗主张从项目的设计阶段就开始使用它的工具。项目的过程通常在机器的运动和机械组件的设计中详细描述，然后将其传递给软件设计和编程的控制。如果机械和软件能更早地沟通，这个过程会好得多。通过将CAD图纸放入模拟包中，控制工程师可以更好地了解操作顺序。初始顺序编程实际上可以自动完成，因此程序员可以强调异常处理例程，通信等。

机器人已经从缓慢但有条不紊的自动化孤岛中走了很长一段路。仿真软件、通信和嵌入式pc肯定是它们的未来。

机器人行业迎来了最好的一年

根据机器人工业协会(RIA, Ann Arbor, michigan .)的数据，1999年是北美机器人行业销售最好的一年。

根据1999年1月至9月的统计数据，总共订购了13368台机器人，价值11.1亿美元。以单位计算比去年增长62%，以美元计算增长40%。此前的全年订单记录是在1997年，当时有12,149份订单，价值11亿美元。

RIA执行副总裁唐•文森特(Don Vincent)将部分增长归因于该行业的新客户，尤其是非汽车行业的新客户。文森特说，例如，美国邮政服务公司(United States Postal Service)最近宣布订购了价值约6,600万美元的机器人。食品、消费品和塑料等行业的使用量也有所增加，而汽车制造商及其供应商的需求依然强劲。

材料处理应用已成为机器人的主要用途，其次是点焊、弧焊、装配、材料去除、涂层、点胶和检查。

出货量也创下了新高，截至9月份，出货量为10755台，价值8.46亿美元。与1998年相比，单位增长了32%，美元增长了13%。

RIA估计，目前在美国使用的机器人有98000台。根据一些行业分析师的说法，只有不到10%的制造业公司可以从机器人中受益，这提供了一个巨大的潜在市场。

文森特还说，机器人技术将成为帮助各种规模的制造企业提高生产率的有力因素，它将在太空和海底勘探、外科手术和环境清理等领域发挥更重要的作用。随着我们25周年的临近，我们期待下一个25年。”

〇机器人产业协会

机器人开放系统

像政治和宗教一样，开放系统可能是礼貌场合不能讨论的话题。不仅开放系统的支持者经常将市场视为“我们对他们”(他们是专有系统的供应商)，而且“开放”的定义也经常存在争议。(参见“开放系统意味着选择的自由”，CE9月。’99，第56页，关于开放系统的更长的讨论。)与此同时，专有系统的供应商已经随着市场力量而行动，并开始使系统更加开放。

大多数人都认为开放系统与PC技术有关。最常被引用的原因包括利用个人电脑微处理器和软件不断增强的能力。再加上个人电脑市场的规模经济——销售额比工业市场大得多——这些更大的市场通常意味着芯片和网络设备的价格更低。另一个原因在于企业的信息需求。经理们要求尽快获得准确的生产信息。当然，最好的信息直接来自机器控制器。由于工厂现在通常通过以太网与PC客户机-服务器网络连接，因此与该网络的机器控制连接变得强制性。

本文中提到的每个制造商都已经在其控制器中添加了一些标准连接-实际上是将其开放给更大的工厂环境。

一些制造商将运动学算法的复杂性作为保持机器人控制自身处理器的要求。先进的技术正在缩小芯片尺寸，并在更小的印刷电路板上封装更多的组件，这使得PCI板上的完整控制器成为可能。有几家公司拥有控制机器人运动的计算机插件卡，而PC则处理所有人机界面、数据收集和通信杂事。

库卡公司(Sterling Heights, michigan)已经用基于个人电脑的控制系统翻新了它的机器人生产线。总裁吉姆•德根(Jim Degen)认为，该生产线的主要优势在于，每项具体工作都可以使用第三方软件，而且可以用Visual Basic定制人机界面。

Walt Weisel是机器人工作空间技术公司(RWT, Fort Meyers Beach, florida)的总裁，他是基于pc的机器人控制的支持者。他说:“通过采用一个开放的硬件和软件架构平台，集成问题已经成功地简化了，实施成本也大大降低了。最重要的是，最终用户在选择控件方面有广泛的选择，可以使用市售产品实现高度的“定制”。最后，在不浪费资本设备投资的情况下，可以很容易地升级甚至更换旧机器人的控制装置。”

然而，另一项技术正潜伏在地平线上。嵌入式系统开始出现在制造业中。这些设备有时被称为“应用计算”，是建立在标准PC硬件和软件平台上的特定应用设备。微软Windows CE从家庭用户的“机顶盒”到工业控制的演变已经引起了很多关注。该操作系统利用了常用的技术，如以太网连接、COM和DCOM进行数据通信，以及在小尺寸中使用ActiveX对象的能力。

微软发布了嵌入式配置的Windows NT。CRS Robotics公司(Vurlington, Ontario, Canada)在9月于加州圣何塞举行的嵌入式系统会议上展示了一个运行在Windows NTE上的机器人。

我们期待在未来看到更多嵌入式计算的发展。这可能会首先出现在Windows CE驱动的智能教学挂件上。

机器人安全标准现在是ANSI标准

尽管控制工程师在所有控制系统中都建立了安全机制，但机器人的安全似乎更受关注。一个由来自用户、供应商、集成商和技术开发人员的技术和安全专家组成的委员会进行了密集的努力，形成了一个新的标准。ANSI/RIA R15.06-1999机器人安全标准被批准为新的美国国家标准。

机器人工业协会(RIA)标准开发经理Jeff Fryman表示，

RIA提供安全培训，主题包括风险评估、危害分析、R15.06标准符合性、安全设计和机器人安全基础。

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