工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1、摘要111111111111111111111111111111110 引言 111111111111111111111111111111工業(yè)機(jī)器人概念、組成、分類、技術(shù)前景111111111.1 工業(yè)機(jī)器人的概念1111111111111111111111.2 工業(yè)機(jī)器人的組成1111111111111111111121.3 工業(yè)機(jī)器人的分類1111111111111111111121.4 工業(yè)機(jī)器人帶來的效益1111111111111111122 我國機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展 1111111111111111132.1 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀1111111111111111132.2 制約我國工業(yè)機(jī)

2、器人的因素11111111111111132.3 如何解決制約我國工業(yè)機(jī)器人的因素111111111142.4 我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢11111111111111143對未來工業(yè)工業(yè)機(jī)器人的展望1111111111111144目前研究熱點及發(fā)展趨勢1111111111111111155 結(jié)語 111111111111111111111111111116參考文獻(xiàn)67I V 1111111111111111111111111111工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢王茹德摘要工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，需求量也越來越大，則很有必要對其進(jìn)行深 入研究。這將大打地提高社會生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。關(guān)鍵字：工業(yè)機(jī)

3、器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展趨勢0引言工業(yè)機(jī)器人誕生于20世紀(jì)60年代，在20世紀(jì)90年代得到迅速發(fā)展。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。它的出現(xiàn)是為 了適應(yīng)制造業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，解決單調(diào)、重復(fù)的體力勞動和提高生產(chǎn)質(zhì)量而代替人 工作業(yè)。在我國，工業(yè)機(jī)器人的真正使用到現(xiàn)在已經(jīng)接近 20多年了，已經(jīng)基本實 現(xiàn)了試驗、引進(jìn)到自主開發(fā)的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了我國制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。 隨著我國門戶的逐漸開放，國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將面對越來越大的競爭與沖擊 因此，掌握國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場的實際情況 ，把握我國工業(yè)機(jī)器人研

4、究的相關(guān)進(jìn) 展，顯得十分重要。1. 工業(yè)機(jī)器人概念、組成、分類、技術(shù)前景1.1工業(yè)機(jī)器人的概念工業(yè)機(jī)器人是一種可以搬運物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機(jī) 械裝置；由計算機(jī)控制，是無人參與的自主自動化控制系統(tǒng)； 他是可編程、具有 柔性的自動化系統(tǒng)，可以允許進(jìn)行人機(jī)聯(lián)系?？梢酝ㄋ椎睦斫鉃椤皺C(jī)器人是技術(shù) 系統(tǒng)的一種類別，它能以其動作復(fù)現(xiàn)人的動作和職能；它與傳統(tǒng)的自動機(jī)的區(qū)別 在于有更大的萬能性和多目的用途，可以反復(fù)調(diào)整以執(zhí)行不同的功能。”1.2工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。 主體即機(jī)座和 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。 大多數(shù)

5、工業(yè)機(jī)器 人有36個運動自由度，其中腕部通常有13個運動自由度；驅(qū)動系統(tǒng)包括動 力裝置和傳動機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程 序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。1.3工業(yè)機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人按臂部的運動形式分為四種。 直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個直角坐 標(biāo)移動；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、 俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的控制機(jī)能，乂可分點位型和連續(xù)軌跡型。點位 型控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點到另一點的準(zhǔn)確定位， 適用于機(jī)床上下料、點焊和一般搬 運、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運

6、動， 適用于連續(xù)焊接 和涂裝等作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件， 通過RS232申口或者以太網(wǎng)等通信方式 傳送到機(jī)器人控制柜。1.4工業(yè)機(jī)器人帶來的效益工業(yè)機(jī)器人是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備，它屆于自動化制造系統(tǒng)的物理層次。機(jī)器人的過去、現(xiàn)在和未來都與制造業(yè)發(fā)展密切相關(guān)。多年的工業(yè)機(jī)器人使用經(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。機(jī)器 人具有執(zhí)行各種任務(wù)

7、特別是高危任務(wù)的能力，平均故障間隔期達(dá)60000小時以上, 比傳統(tǒng)的自動化工藝更加先進(jìn)。采用工業(yè)機(jī)器人還有如下優(yōu)點：第一，改善勞動條 件，逐步提高生產(chǎn)效率；第二，更強(qiáng)與可控的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代；第三， 提高零件的處理能力與產(chǎn)品質(zhì)量；第四，消除枯燥無味的工作，節(jié)約勞動力；第五， 提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動強(qiáng)度，減少勞動風(fēng)險；第六，提高機(jī)床；第 七，減少工藝過程中的工作量及降低停產(chǎn)時間和庫存;第八，提高企業(yè)競爭力。在面臨全球性競爭的形勢下,制造商們正在利用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)來幫助生產(chǎn) 價格合理的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。一個公司想要獲得一個或多個競爭優(yōu)勢，實現(xiàn)機(jī)器人自動化生產(chǎn)將是推動業(yè)務(wù)發(fā)展的有效手

8、段。2. 我國機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展2.1國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀我國工業(yè)機(jī)器人起步比較晚技術(shù)與國外的相比還是有著一定的差距。雖然我國在某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，但還是缺乏整體核心技術(shù)的突破，具有中國知識 產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人則很少。目前我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)水平不是很高，特別是在制造工藝與裝備方面，不能生產(chǎn)高精密、高速與高效的關(guān)鍵部件。我國目前取得較 大進(jìn)展的機(jī)器人技術(shù)有：數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)與裝備、隧道掘進(jìn)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)、 工程機(jī)械智能化機(jī)器人相關(guān)技術(shù)、 裝配自動化機(jī)器人相關(guān)技術(shù)?，F(xiàn)已開發(fā)出金屆 焊接、噴涂、澆鑄裝配、搬運、包裝、激光加工、檢驗、真空、自動導(dǎo)引車等的 工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，主要應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機(jī)

9、械、家電等行業(yè)。2.2制約我國工業(yè)機(jī)器人的因素制約我國機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的瓶頸是市場 ，換句話說，就是對機(jī)器人的應(yīng)用需 求。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展長期以來受限于成本較高與國內(nèi)勞動力價格低廉的狀況，隨著中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展，近幾年的國民生產(chǎn)總值年平均增長率更是保持在 9外右，人民生活水平不斷地提高，勞動力供應(yīng)格局已經(jīng)逐步從“買方”市場轉(zhuǎn)為 “賣方”市場、由供遠(yuǎn)大于求轉(zhuǎn)向供求平衡。作為制造業(yè)主力的農(nóng)民工也從早期 的僅解決溫飽問題到現(xiàn)在對薪資和工作條件提出了更高的要求。這些情況使得許多勞動密集型企業(yè)為了提高勞動生產(chǎn)率所采用的增加工人數(shù)量、延長工人勞動時間的方法變得成本高昂，同時也受到法律的限制和政策的阻礙。無

10、論是企業(yè)還是 社會都認(rèn)識到必須采取從改善機(jī)器設(shè)備入手，提高技術(shù)和資金的密集度來減少用 工量以應(yīng)對這種改變?？傊?，勞動力過剩程度降低、單個工人成本上升、對產(chǎn)品 質(zhì)量更高的要求、國家對裝備制造業(yè)的重視等變化改善了機(jī)器人的使用環(huán)境，工 業(yè)機(jī)器人及技術(shù)在中國已逐步得到了政府和企業(yè)的重視。 隨著機(jī)器人知識的廣泛 普及，人們對于各種機(jī)器人的了解與認(rèn)識逐步深化 ，利用機(jī)器人技術(shù)提升我國工 業(yè)發(fā)展水平、從制造業(yè)大國向強(qiáng)國轉(zhuǎn)變,提高人民生活質(zhì)量成為全社會的共識。2.3如何解決制約我國工業(yè)機(jī)器人的因素一是隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,中國機(jī)器人界要能提供質(zhì)量穩(wěn)定可靠，價格 適宜的各類機(jī)器人商品，要做到這一點，產(chǎn)業(yè)化是提

11、高質(zhì)量、降低成本的必由之路 是擴(kuò)大市場銷售（包括出口）量的前提，而現(xiàn)時，中國機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化還有一段路 程要走。二是有關(guān)各方（包括主管部門和企業(yè)界）要加深工業(yè)機(jī)器人對穩(wěn)定提高工業(yè) 產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率、快速滿足商品更新?lián)Q代要求的突出作用的認(rèn)識。才能有 決心在工業(yè)機(jī)器人這一局新技術(shù)領(lǐng)域米取“局投人周產(chǎn)出”的戰(zhàn)略措施。三是要解決用好機(jī)器人的問題，主管部門除繼續(xù)鼓勵機(jī)器人研制生產(chǎn)單位和 用戶緊密結(jié)合，堅持以實際應(yīng)用帶動機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的方向，使機(jī)器人發(fā)展從經(jīng)濟(jì)方面走上良性循環(huán)的道路，為建立中國自己的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)做好準(zhǔn)備外 ，在有關(guān) 策上，還應(yīng)該向應(yīng)用機(jī)器人的企業(yè)提供支持。2.4我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢我國

12、機(jī)器人技術(shù)主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是：根據(jù)21世紀(jì)初我國國民經(jīng)濟(jì)對先 進(jìn)制造及自動化技術(shù)的需求，瞄準(zhǔn)國際前沿高技術(shù)發(fā)展方向創(chuàng)新性地研究和開發(fā) 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)、產(chǎn)品技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)。未來工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā) 展的重點有：第一，危險、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人：主要有防暴、高壓帶電活掃、星 球檢測、油汽管道等機(jī)器人；第二，醫(yī)用機(jī)器人：主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人， 遙控操作輔助正骨等；第三，仿生機(jī)器人：主要有移動機(jī)器人，網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器 人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。3. 對未來工業(yè)工業(yè)機(jī)器人的展望隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范圍還在不

13、斷地擴(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)， 進(jìn)而推廣到諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人等各種非制造行 業(yè)。此外，在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來越多， 如無人偵察機(jī)(飛行器)、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用 實例。機(jī)器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。鑒于此，工業(yè)機(jī)器人可以說是節(jié)約勞動生產(chǎn)力，提高產(chǎn)量的尤物，是人類機(jī)械化提高的一個重要標(biāo) 志，工業(yè)機(jī)器人的未來發(fā)展是十分樂觀的。4. 目前研究熱點及發(fā)展趨勢目前國際機(jī)器人界都在加大科研力度， 進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究，并朝著 智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究內(nèi)容集中在以下10個

14、方面：(1) 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比，同時機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。(2) 機(jī)器人控制技術(shù)：重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。 機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化， 以及基于 PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作 性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。(3) 多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題解決的關(guān)鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線 性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。 另一問

15、題就是傳感系統(tǒng) 的實用化。(4) 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。(5) 機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。(6) 虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術(shù)，實現(xiàn) 機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。 多智能體(multi-agent )調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個嶄新領(lǐng)域。 主要對多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互問的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法， 建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。(8)微型和微小機(jī)器人技術(shù)(mic

16、ro/miniature robotics ):這是機(jī)器人研究的一 個新的領(lǐng)域和重點發(fā)展方向。過去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究 的進(jìn)展將會引起機(jī)器人技術(shù)的一場革命，并且對社會進(jìn)步和人類活動的各個方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運動方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。軟機(jī)器人技術(shù)(soft robotics ):主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂場合。 傳統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屆或硬性材料，軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰 撞時是安全的，機(jī)器人對人是友好的。5. 結(jié)語工業(yè)機(jī)器人市場競爭越來越激烈，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際 分工的巨大挑戰(zhàn)，加快工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究開發(fā)與生產(chǎn)是我們抓住這個歷史機(jī) 遇的主要途徑。因此我國工業(yè)機(jī)器人行業(yè)要認(rèn)識到以下幾點情況 ：第一，工業(yè)機(jī)器 人技術(shù)是我國由制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的主要手段和途徑，政府要對國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人有更多的政策與經(jīng)濟(jì)支持，參考國外先進(jìn)經(jīng)驗，加大