工業(yè)機(jī)器人技術(shù)體系

1、精品工業(yè)機(jī)器人技術(shù)體系梳理分析隨著我國生產(chǎn)力的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深入，相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)（尤其是信息技術(shù)）研究的巨大進(jìn)步，電機(jī)、IC、工業(yè)計(jì)算機(jī)等機(jī)器人基礎(chǔ)部件的性能不斷提高，成本不斷降低，機(jī)器人的發(fā)展正面臨重大發(fā)展機(jī)遇。大力發(fā)展智能機(jī)器人的核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國在制造業(yè)方面的成本優(yōu)勢，鼓勵和扶持一批大中型企業(yè)發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，早日成為智能機(jī)器人的研發(fā)和制造大國，對于提升國家競爭力具有重要的戰(zhàn)略意義。對工業(yè)機(jī)器人的定義各國并不統(tǒng)一。GB/T12643-1997認(rèn)為：“（操作型）工業(yè)機(jī)器人是自動控制的，可重復(fù)編程，多用途，并可對三個和三個以上軸進(jìn)行編程?？梢允枪潭ㄊ交蛞苿邮?，在工業(yè)自動

2、化中使用”?？梢?，工業(yè)機(jī)器人多指面向工業(yè)領(lǐng)域的，可編程并實(shí)現(xiàn)多種用途的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用是我國裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要手段和內(nèi)容，這對于上海地區(qū)更具有現(xiàn)實(shí)意義。工業(yè)機(jī)器人可以在以下幾方面發(fā)揮重要作用：產(chǎn)品的復(fù)雜化、多樣化，生產(chǎn)的周期縮短要求產(chǎn)品的可靠性、精度等得到更有效的控制，避免人為因素的干擾；“以人為本”和人力成本的提高要求把勞動力從單調(diào)、枯燥、有危害的環(huán)境中解放出來；市場經(jīng)濟(jì)要求企業(yè)不斷提高勞動生產(chǎn)率，增強(qiáng)核心競爭力；用戶的個性化需求要求不斷降低生產(chǎn)調(diào)整時間，提高生產(chǎn)過程的“柔性”。1 工業(yè)機(jī)器人行業(yè)現(xiàn)狀工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)可分成幾種類型：（ 1）國際機(jī)器人

3、公司及合資公司跨國企業(yè)：發(fā)那科、庫卡、ABB、安川電機(jī)、川崎等。合資企業(yè)：首鋼莫托曼等。（ 2）已形成產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)骨干機(jī)器人企業(yè)沈陽新松機(jī)器人公司、海爾機(jī)器人公司、奇瑞機(jī)器人公司等。（ 3）機(jī)床企業(yè)的機(jī)器人（設(shè)備）部門沈陽機(jī)床、華中數(shù)控、大連機(jī)床、友嘉等機(jī)床企業(yè)都在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人研發(fā)，初步形成產(chǎn)業(yè)化的只有廣州數(shù)控。（ 4）小型機(jī)器人專業(yè)公司生產(chǎn)某些類型或系列的機(jī)器人產(chǎn)品或從事集成、應(yīng)用開發(fā)。2 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)器人主要產(chǎn)銷國日本2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用在：裝配（普通裝配、貼片、釬焊、涂膠等）、焊接（弧焊、點(diǎn)焊、氣焊等）、凈室（平板顯示、半導(dǎo)體等）、原料輸送、注塑、涂裝、機(jī)

4、械加工（上下料、切割等）及其它領(lǐng)域（按銷售額遞減排序）。08、09年資料也表明，中國工業(yè)機(jī)器人的主要種類為搬運(yùn)、焊接和凈室，應(yīng)用行業(yè)為汽車及零部件、電子電器和化工（塑料和橡膠）等。和全球工業(yè)機(jī)器人情況類似，所占比例略有不同。3 工業(yè)機(jī)器人主流產(chǎn)品（ 1）焊接機(jī)器人包括點(diǎn)焊、弧焊、激光焊等。主要用于汽車整車、零部件的焊接工作。（ 2）搬運(yùn)機(jī)器人用于機(jī)床上下料、碼垛搬運(yùn)、沖壓自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線等。（ 3）裝配機(jī)器人用于普通裝配、貼片工藝、釬焊、鉆孔和連接（鉚接、螺栓連接、粘接）等。（ 4）噴涂機(jī)器人用于汽車、馬達(dá)、箱體、工程機(jī)械等的噴涂生產(chǎn)線。（ 5）凈室機(jī)器人在潔凈環(huán)境中使用的機(jī)器人，

5、多用于電子電器行業(yè)。（ 6）真空機(jī)器人多用于半導(dǎo)體工業(yè)中，實(shí)現(xiàn)晶圓在真空環(huán)境中的傳輸。4 上海在工業(yè)機(jī)器人方面的技術(shù)水平上海市已成功研制了“上海一號”、“上海二號”、“上海三號”、“上海四號”等工業(yè)機(jī)器人，在機(jī)器人優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)及驅(qū)動系統(tǒng)等積累了多年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，已掌握多關(guān)節(jié)、橋架、碼垛等工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)及周邊自動化設(shè)備集成技術(shù)，具備搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等機(jī)器人工作單元成套、成線能力。5 未來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的要求（ 1）注重功能組件核心技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化開展面向應(yīng)用的機(jī)器人核心部件的國產(chǎn)化開發(fā)（機(jī)器人用伺服系統(tǒng)、機(jī)器人控制器、機(jī)器人智能控制技術(shù)、高精度減

6、速機(jī)等），把企業(yè)行為提升為國家行為；深入開展機(jī)器人控制技術(shù)的研究。提升機(jī)器人的高速平穩(wěn)性、動態(tài)跟蹤精度、智能控制等方面的性能。（ 2）著力提升機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性和產(chǎn)業(yè)體系的建立。從樣機(jī)到成熟產(chǎn)品要通過長時間應(yīng)用驗(yàn)證和不斷改進(jìn)，需要由企業(yè)牽頭開展國產(chǎn)機(jī)器人穩(wěn)定性、可靠性等問題的研究和應(yīng)用測試；加強(qiáng)研發(fā)、加工、裝配、檢測、維護(hù)、管理等機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系的建立。（ 3）瞄準(zhǔn)未來，支持研發(fā)智能型工業(yè)機(jī)器人技術(shù)（1） 主流產(chǎn)品體系架構(gòu)及研發(fā)重點(diǎn)產(chǎn)品分類體系、功能模塊分解1 產(chǎn)品分類體系工業(yè)機(jī)器人的分類方法眾多，可以按照運(yùn)動機(jī)構(gòu)分（直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型、移動型），按照驅(qū)動方式分（電力、

7、液壓、氣動驅(qū)動），按照運(yùn)動方式分（點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制），按程序輸入方式分（編程輸入、示教輸入）及按照完成功能（操作、移動）等。根據(jù)1990年工業(yè)機(jī)器人國際標(biāo)準(zhǔn)大會的文件，把工業(yè)機(jī)器人按控制方式分為四類2：（ 1）順序型。這類機(jī)器人擁有規(guī)定的程序動作控制系統(tǒng)；（ 2）沿軌跡作業(yè)型。這類機(jī)器人執(zhí)行某種移動作業(yè)，如焊接。噴漆等；（ 3）遠(yuǎn)距作業(yè)型。比如在月球上自動工作的機(jī)器人；（ 4）智能型。這類機(jī)器人具有感知、適應(yīng)及思維和人機(jī)通信機(jī)能；能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；能按照人的指令自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動完成更為復(fù)雜的工作。目前，機(jī)器人強(qiáng)國日本的工業(yè)機(jī)器人已在第發(fā)展（3）、（4）類工業(yè)機(jī)器人

8、的路上取得了舉世矚目的成就。國內(nèi)應(yīng)用大多局限在（1）、（2）類上，某些大公司的產(chǎn)品中部分單元模塊（如視覺）體現(xiàn)出智能化，但整體智能化水平不高。2 產(chǎn)品功能模塊工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品主要由本體、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)等部分組成。（ 1）本體，即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即機(jī)械殼體部分）包括機(jī)械臂、腕部和手部，有的機(jī)器人還有移動機(jī)構(gòu)；機(jī)械主體占全部成本的15%左右，國產(chǎn)化程度最高，很多國外機(jī)器人的本體也叫國內(nèi)工廠代工。（ 2）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)動作的裝置。國產(chǎn)伺服電機(jī)、驅(qū)動器、減速器等與歐洲和日本的產(chǎn)品還有較大差距。主要表現(xiàn)在對運(yùn)動控制核心技術(shù)和制造工藝的掌握上；高精度減速

9、機(jī)的國產(chǎn)化也是影響工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的難題，其它大部份關(guān)鍵部件則要依賴進(jìn)口，使國內(nèi)機(jī)器人成本居高不下。（ 3）控制系統(tǒng)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。主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動作的時間等，我國缺少機(jī)器人控制器和相應(yīng)機(jī)器人控制器硬件平臺。（ 4）感知系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與人、環(huán)境互操作的人機(jī)接口，也是工業(yè)機(jī)器人智能化以完成更復(fù)雜操作的必備條件。由各種傳感器和接口組成。3 智能型工業(yè)機(jī)器人研究的重要領(lǐng)域（ 1）面向與人類近距離或有接觸作業(yè)的高負(fù)載自重比機(jī)械臂的安全性、輕型化、靈巧性技術(shù)；（ 2）基于新材料（如碳纖維材

10、料）機(jī)構(gòu)輕量化、模塊化設(shè)計(jì)、加工工藝，基于力反饋的安全性控制和柔順控制等方法；（ 3）面向運(yùn)動的核心部件，包括電機(jī)總成、驅(qū)動器、控制器、傳感器及大載荷、高功率比密度結(jié)構(gòu)與驅(qū)動集成設(shè)計(jì)等，制定各硬件模塊互聯(lián)的接口標(biāo)準(zhǔn)；（ 4）提高工業(yè)機(jī)器人安全防護(hù)性及系統(tǒng)可靠性的措施；（ 5）控制與規(guī)劃；（ 6）高精度和健壯性的傳感器；（ 7）人機(jī)接口方式；（ 8）機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)；（ 9）自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)性；（ 10）建模仿真及分析；（ 11）低成本技術(shù)。區(qū)域重點(diǎn)產(chǎn)品或方向根據(jù)上海市“兩個中心”的定位和產(chǎn)業(yè)布局，建議：重點(diǎn)發(fā)展面向汽車、電子電器行業(yè)、飛機(jī)制造、光伏、風(fēng)電設(shè)備制造等產(chǎn)業(yè)需求的工業(yè)機(jī)器人；著力提高傳統(tǒng)

11、汽車行業(yè)國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的可靠性；長期、持續(xù)投入，深入開展新一代智能型工業(yè)機(jī)器人的研究。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，日、韓等國近年來在電子電器行業(yè)銷售額增長迅速，而在汽車焊接等傳統(tǒng)領(lǐng)域有所下降。長三角地區(qū)是中國電子電器行業(yè)的心臟，也是勞動密集型企業(yè)的聚集地，在此行業(yè)大力推廣工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品具有特殊意義。該行業(yè)對應(yīng)的機(jī)器人類型主要有：小型裝配機(jī)器人（裝配、貼片、釬焊等）、凈室加工機(jī)器人、真空機(jī)器人等。積極探索面向飛機(jī)制造、新能源汽車、太陽能發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等新興產(chǎn)業(yè)的工業(yè)機(jī)器人和柔性自動化生產(chǎn)線的開發(fā)。目前，庫卡等機(jī)器人國際巨頭已經(jīng)開始面向這些新興產(chǎn)業(yè)所需產(chǎn)品的研發(fā)和布局。汽車及零部件生產(chǎn)是上海的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)

12、業(yè)，也是工業(yè)機(jī)器人使用量最大的行業(yè)。典型類型有：點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、涂裝機(jī)器人等。在此應(yīng)著力開展國產(chǎn)機(jī)器人運(yùn)行可靠性的研究和測試，大力推廣國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人及相關(guān)設(shè)備。加大投入，開展新一代智能化工業(yè)機(jī)器人長期、持續(xù)的研發(fā)和應(yīng)用測試。爭取在高起點(diǎn)上與主要機(jī)器人生產(chǎn)大國的技術(shù)水平同步，避免始終走重復(fù)研究、追趕國外技術(shù)的老路。（2） 關(guān)鍵技術(shù)體系分析關(guān)鍵技術(shù)體系框架1 整機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)2 機(jī)器人控制技術(shù)3 可重構(gòu)裝配技術(shù)4 末端執(zhí)行器5 機(jī)器人協(xié)作6 人機(jī)合作7 非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的信息感知8 建模及仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案和路徑：主流的、潛在的1 整機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)以往工業(yè)機(jī)器人的研究方法主要在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)

13、的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，造成自身創(chuàng)新技術(shù)少，基礎(chǔ)零部件制造能力和關(guān)鍵技術(shù)落后，制約了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。應(yīng)著力解決工業(yè)機(jī)器人的整機(jī)設(shè)計(jì)制造能力，大力支持高性能伺服電機(jī)、基于高速總線的新型控制器、高精度減速器、健壯性高精度傳感器等機(jī)器人關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)的研發(fā)，加速機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化和高端制造業(yè)發(fā)展步伐。通過5-15年的長期研究開發(fā)，下列目標(biāo)可能得到突破：短期（2015）：初步解決關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)汽車、電子工業(yè)中常用主流型號的機(jī)器人，具備機(jī)器人整機(jī)設(shè)計(jì)及制造能力。中期（2020）：解決機(jī)器人關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，電子、汽車等主流行業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品系列化、產(chǎn)業(yè)化，在飛機(jī)制造、太陽能發(fā)電、風(fēng)電

14、設(shè)備制造等新興產(chǎn)業(yè)開發(fā)出亟需的典型產(chǎn)品和配套自動化生產(chǎn)線。短期（2025）：完全掌握代表世界先進(jìn)水平的機(jī)器人關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)制造，成為相關(guān)產(chǎn)品的主要研發(fā)、制造基地之一。智能型工業(yè)機(jī)器人及配套生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)制造能力達(dá)到國際同類水平2 機(jī)器人控制技術(shù)機(jī)器人控制技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)的核心，直接影響著機(jī)器人性能。為提高機(jī)器人的動態(tài)響應(yīng)、軌跡跟蹤精度、抑制運(yùn)動中的振動等，除了關(guān)注機(jī)器人控制器，還要注重機(jī)器人控制方法和相關(guān)軟件的研究和開發(fā)。加強(qiáng)對與人類近距離或有接觸作業(yè)的“人機(jī)合作”環(huán)境中控制技術(shù)的研究。經(jīng)過不斷的研究工作，希望在5-15年內(nèi)在以下方面實(shí)現(xiàn)突破：短期（2015）：為電子、汽車工業(yè)中常用主流型號機(jī)器

15、人及其組成的自動化生產(chǎn)線控制提供技術(shù)支持和配套的控制軟件，在基于力反饋的安全性控制、柔順控制和多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制方面取得明顯進(jìn)展。中期（2020）：提供滿足主流行業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)中工業(yè)機(jī)器人控制要求的控制技術(shù)，開發(fā)具有預(yù)測功能、分布式、自調(diào)整的自整定控制器。長期（2025）：為智能型工業(yè)機(jī)器人及配套生產(chǎn)線提供技術(shù)支撐，開展容錯、自動可重組控制器的研究。3 末端執(zhí)行器國內(nèi)使用的機(jī)械手等機(jī)器人末端執(zhí)行器在力量和速度上已獲得很大發(fā)展，但在完成抓取細(xì)小物體等靈巧操作任務(wù)時與國外產(chǎn)品差距很大。因?yàn)橐_(dá)到的操作性能往往受到機(jī)器視覺、運(yùn)動規(guī)劃、高性能傳感器、數(shù)據(jù)處理方法等諸多條件的限制。經(jīng)過5-15年長期研發(fā)后，

16、希望未來的末端執(zhí)行器能夠達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：應(yīng)用具有幾個關(guān)節(jié)、復(fù)雜程度較低的專用末端執(zhí)行器在特定的工業(yè)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)抓、拾、放等簡單操作，能完成一般經(jīng)濟(jì)精度的裝配工作。中期（2020）：用中等復(fù)雜程度的多關(guān)節(jié)末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對工業(yè)環(huán)境下典型工件、工具的抓取和實(shí)現(xiàn)一定的靈巧動作，對典型零部件完成精度較高的裝配。長期（2025）：用具有類似人的觸覺傳感器和高性能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器進(jìn)行復(fù)雜程度很高的抓取，實(shí)現(xiàn)工業(yè)環(huán)境下需要的各種靈巧動作，完成復(fù)雜的裝配工作。4 可重構(gòu)的裝配生產(chǎn)線目前從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品推出的開發(fā)周期仍然過長，大量的時間花費(fèi)在新產(chǎn)品生產(chǎn)前的設(shè)備調(diào)整、調(diào)試上，要求未來設(shè)備應(yīng)具有自適應(yīng)性

17、強(qiáng)的可重構(gòu)生產(chǎn)能力，體現(xiàn)設(shè)備的“柔性”。在未來5-15年間希望通過持續(xù)的研發(fā)，達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：在較短的時間內(nèi)完成包括工業(yè)機(jī)器人、刀具安裝到附屬設(shè)備安裝在內(nèi)的典型新產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線的安裝、調(diào)配、編程、調(diào)試等工作。中期（2020）：在24小時內(nèi)完成包括工業(yè)機(jī)器人、刀具安裝到附屬設(shè)備安裝在內(nèi)的典型新產(chǎn)品生產(chǎn)線的安裝、調(diào)配、編程、調(diào)試等工作。長期（2025）：在5-8小時內(nèi)完成包括工業(yè)機(jī)器人、刀具安裝到附屬設(shè)備安裝在內(nèi)的典型新產(chǎn)品生產(chǎn)線的安裝、調(diào)配、編程、調(diào)試等工作，包括工業(yè)機(jī)器人、工具和其它外部設(shè)備等。5 機(jī)器人協(xié)作機(jī)器人協(xié)作是多個機(jī)器人共同完成或分工完成復(fù)雜任務(wù)，工作過程涉及多臺機(jī)器

18、人的任務(wù)規(guī)劃、協(xié)調(diào)控制等，是分布式人工智能理論的典型應(yīng)用。目前，協(xié)作中控制任務(wù)通常預(yù)先人工設(shè)定和劃分，在中央控制單元控制下由各臺機(jī)器人分別執(zhí)行。經(jīng)過5-15年的長期研發(fā)，未來的機(jī)器人協(xié)作希望達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：能夠協(xié)作完成如汽車焊接、噴涂、裝配等系列工作，采用集中控制、通信和公共地圖，為各臺機(jī)器人分別劃分任務(wù)。中期（2020）：為團(tuán)隊(duì)確定明確的任務(wù)，采用分布式控制和內(nèi)部智能通信實(shí)現(xiàn)任務(wù)協(xié)作。粒子群理論和規(guī)則得到應(yīng)用。長期（2025）：由機(jī)器人自主進(jìn)行任務(wù)的獲取和分配，完成協(xié)作任務(wù)。6 人機(jī)合作感謝下載載人與機(jī)器人共存、合作共處的工作環(huán)境是未來工廠的普遍場景，在這種生產(chǎn)線中，工業(yè)機(jī)器

19、人以人類助手或智能機(jī)器等多種方式與人合作。因此需要在人機(jī)接口、安全性等方面進(jìn)行深入研究。經(jīng)過5-15年的長期的研發(fā)，未來的人-機(jī)器人合作（co-robot）希望達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：機(jī)器人能夠理解人的自然語言、肢體語言等，能根據(jù)人的要求，在一段不需要人干預(yù)的時間（5個小時）完成生產(chǎn)線上的簡易裝配。中期（2020）：機(jī)器人有效理解人的自然語言、肢體語言等，根據(jù)人的要求要求完成生產(chǎn)線上較復(fù)雜的裝配任務(wù)，維持10-20小時不需要人的干預(yù)。長期（2025）：機(jī)器人有效理解理解人的自然語言、肢體語言等，根據(jù)人的要求與人共處，完成生產(chǎn)線的復(fù)雜裝配任務(wù)，維持40-60小時不需要人干預(yù)。7 非結(jié)構(gòu)化

20、環(huán)境下的信息感知面向小批量、多樣化客戶需求的柔性自動化生產(chǎn)線需要工業(yè)機(jī)器人的智能化水平更高，能夠在與人近距離接觸的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中安全運(yùn)行，這就要求工業(yè)機(jī)器人的信息感知能力大幅提升。信息感知能力與傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，它們?yōu)闄C(jī)器人的信息獲取提供保障。經(jīng)過5-15年的深入研究，在機(jī)器人信息感知方面希望達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：三維視覺、力覺及其它傳感技術(shù)獲得長足發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化典型工作環(huán)境下（針對典型產(chǎn)品）可利用感知到的三維信息完成批量操作任務(wù)。中期（2020）：利用信息感知技術(shù)完成小規(guī)模、成批生產(chǎn)任務(wù)，使工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用到小型加工企業(yè)；長期（

21、2025）：利用信息感知技術(shù)，使工業(yè)機(jī)器人可以完成單件個性化生產(chǎn)需求。8 建模及仿真建立數(shù)學(xué)模型的是對現(xiàn)實(shí)世界的一種描述方式。雖然在很多領(lǐng)域都會用到這種方法，但由于工業(yè)機(jī)器人的多自由度機(jī)電一體化系統(tǒng)的特點(diǎn)和運(yùn)動形態(tài)，決定其在設(shè)計(jì)制造過程中對實(shí)際對象及組件進(jìn)行建模、仿真顯得格外重要。在數(shù)學(xué)建模方面我國有較好的理論基礎(chǔ)和人才儲備，希望經(jīng)過5-15年的深入研究，在這方面不斷取得進(jìn)展，達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）:探索建立描述機(jī)器人模型的標(biāo)準(zhǔn)語言；中期（2020）:形成描述機(jī)器人模型的標(biāo)準(zhǔn)語言，采用優(yōu)化算法建立了可互換的模型。長期（2025）:完成對機(jī)器人和環(huán)境狀態(tài)的精確判斷，實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)建模。（三

22、）技術(shù)體系圖表1智能機(jī)器人總體技術(shù)體系圖：上海的優(yōu)勢技術(shù)：共性技術(shù)：能突破的技術(shù)：能沖擊市場的技術(shù)：必要的基礎(chǔ)技術(shù)：必要的安全性技術(shù)：標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)核心零部件技術(shù)土技術(shù)現(xiàn)狀和課題今后的舉措技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑技木評價機(jī)機(jī)器現(xiàn)階段技術(shù)：現(xiàn)在：針對新興產(chǎn)業(yè)和器人本結(jié)構(gòu)、功能相對單對機(jī)器人本體開中小企業(yè)需求，人體優(yōu)一；執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載展新結(jié)構(gòu)、功能和開展機(jī)器人本體“/“/“/“/“/本化設(shè)自重比有待提高；設(shè)計(jì)方法的研究；的研究工作VVVVV體計(jì)；末端執(zhí)行器的柔高負(fù)性和靈巧性不強(qiáng)載自下階段技術(shù)：3-5年：依托材料科學(xué)等重比功能拓展和結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高執(zhí)行相關(guān)學(xué)科的發(fā)執(zhí)行優(yōu)化；高負(fù)載自重機(jī)構(gòu)的負(fù)載自重展，探索新的高VVVV

23、V機(jī)構(gòu)比執(zhí)行機(jī)構(gòu)剛度、比；對機(jī)構(gòu)的模塊強(qiáng)度輕質(zhì)材料的安安全性；末端執(zhí)行化、可重構(gòu)技術(shù)作全器的輕型、精密性研究性、輕型化和長遠(yuǎn)技木：5-10年推動企業(yè)研發(fā)團(tuán)靈巧靈巧型機(jī)械手靈巧型機(jī)械手的隊(duì)和專業(yè)研究機(jī)性研究構(gòu)在智能、靈巧VVVV型機(jī)械手方面的長期合作相諧波現(xiàn)階段技術(shù)：現(xiàn)在：制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展的密減速有技術(shù)積累和國開展高精密諧波引導(dǎo)政策減器、內(nèi)替代產(chǎn)品，在輸減速器、FA減速速FA擺出扭矩高度、精器制造工藝的研VVVV器線針度、效率、壽命上究輪減差距較大速下階段技術(shù)：3-5年：激勵重點(diǎn)科研機(jī)器、提高制作工藝水構(gòu)、企業(yè)界合作VVVVRV平，降低成本研發(fā)渦輪長遠(yuǎn)技木：5-10年加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化減速開發(fā)進(jìn)程器制V

24、VVV造技術(shù)伺伺服現(xiàn)階段技術(shù)：現(xiàn)在：繼續(xù)推進(jìn)大功率服電機(jī)同步交流伺服電全數(shù)字交流伺服交流永磁同步電電及驅(qū)機(jī)、直接驅(qū)動進(jìn)電驅(qū)動控制和絕對機(jī)及驅(qū)動部分的VV機(jī)動器機(jī)及驅(qū)動器的制位置反饋基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)和的設(shè)造技術(shù)化驅(qū)計(jì)、下階段技術(shù)3-5年：動制造發(fā)展機(jī)器人專用研究高效控制驅(qū)器技的伺服電機(jī)和驅(qū)動算法，提高響應(yīng)VV術(shù)；動器，米用高速通速度和控制精度；訊總線；長遠(yuǎn)技木：5-10年高效、低能耗、安智能材料應(yīng)用；高全、高扭矩執(zhí)行元效氣動、液壓執(zhí)行VV件（電、氣、液）元件開發(fā)及驅(qū)動器嵌控制現(xiàn)階段技術(shù)：現(xiàn)在：入器設(shè)用運(yùn)動控制卡、嵌研發(fā)機(jī)器人控制式計(jì)、入式控制系統(tǒng)、以器硬件平臺，提高控開放工控機(jī)和實(shí)時系控制精度，降

25、低控VV制式標(biāo)統(tǒng)為核心的機(jī)器制器成本，提高人器準(zhǔn)化人控制軟件系統(tǒng)，機(jī)界面的友好性；的體可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字協(xié)系構(gòu)控結(jié)、制調(diào)運(yùn)動控制方式下階段技術(shù)3-5年：制定硬件模塊互和算開放性、模塊化的基于力反饋的安聯(lián)的接口標(biāo)準(zhǔn)法體系結(jié)構(gòu)；模塊全性控制和柔順VVVVV化、層次化的通用控制；多機(jī)器人和軟件包；網(wǎng)絡(luò)化控操作者之間的協(xié)制器技術(shù)調(diào)控制長遠(yuǎn)技木：5-10年提高智能化控制機(jī)器人控制器的水平標(biāo)準(zhǔn)化；基于PCVVVVV機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化控制器；傳傳感現(xiàn)階段技術(shù)：現(xiàn)在：感器的視覺、力覺等主要集成電機(jī)、驅(qū)動器器可靠傳感器得到使用；和傳感器的驅(qū)動VVV性提高現(xiàn)有傳感器單元；視覺圖像識新型的精度和可靠性；別傳感下階段技術(shù)3

26、-5年：器開實(shí)用性的多傳感三維視覺傳感器VVV發(fā)器信息融合算法信息長遠(yuǎn)技木：5-10年融類皮膚的多傳感生物信號和肢體合器陣列；人機(jī)交互運(yùn)動信號采集、識智能中的智能感知技另1、理解的算法及VV傳感術(shù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)器表2工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品體系圖產(chǎn)品類別產(chǎn)品領(lǐng)域主要用途研究開發(fā)的方向工業(yè)機(jī)器焊接（電焊、汽車及零部件?焊縫實(shí)時智能跟蹤及反饋人弧焊、氣焊、工程機(jī)械?計(jì)算機(jī)離線示教和仿真激光焊等）飛機(jī)制造?非線性非平穩(wěn)情形下的多傳感器融合算法?焊縫識別和導(dǎo)引技術(shù)?焊縫成形質(zhì)量控制方法?多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)?特殊環(huán)墉下的焊接機(jī)器人技術(shù)裝配（普通裝電子電器?機(jī)器人裝配系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)技術(shù)配、貝占片技金屬制品及機(jī)械?低成本可

27、重構(gòu)柔性工裝技術(shù)術(shù)、釬焊、制孔及連接、密封涂膠等）飛機(jī)裝配?多功能末端執(zhí)行器技術(shù)?裝配系統(tǒng)集成控制技術(shù)?數(shù)字化測量輔助高精度定位技術(shù)?離線編程與仿真技術(shù)?多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)搬運(yùn)（物料運(yùn)金屬制品及機(jī)械?路徑規(guī)劃輸、上下料）電子電器?自動導(dǎo)航技術(shù)汽車及零部件?避障?多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制?非結(jié)構(gòu)化環(huán)境卜的信息感知潔凈電子電器（半導(dǎo)體?潔凈潤滑技術(shù)加工）?高速平穩(wěn)控制技術(shù)?控制器的小型化技術(shù)?非接觸晶圓檢測技術(shù)噴涂汽車及零部件?路徑規(guī)劃工程機(jī)械?位姿精度與標(biāo)定飛機(jī)制造?噴涂機(jī)器人的控制算法電器?離線編程與仿真技術(shù)搪瓷表3工業(yè)機(jī)器人技術(shù)體系圖產(chǎn)品領(lǐng)域功能分類技術(shù)要素技術(shù)現(xiàn)狀和課題今后的舉措技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑技木評價

28、電工整現(xiàn)階段技術(shù)：現(xiàn)在：國家主導(dǎo)，VVVVVV子業(yè)機(jī)創(chuàng)新技術(shù)少，基礎(chǔ)零部件外購關(guān)鍵零部產(chǎn)、學(xué)、研、電機(jī)設(shè)制造能力和關(guān)鍵技術(shù)落后件，進(jìn)行系統(tǒng)集用合作開發(fā)器器計(jì)成和應(yīng)用研究機(jī)器人關(guān)鍵人制下階段技術(shù)：3-5年：設(shè)計(jì)開部件、主流VVVVVV汽及造解決關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)制造發(fā)電子、汽車工型號機(jī)器人車配技技術(shù),具備機(jī)器人整機(jī)設(shè)業(yè)中常用主流型及配套生產(chǎn)及套術(shù)計(jì)及制造能力號的機(jī)器人線令生長遠(yuǎn)技木：5-10年VVVVVV配產(chǎn)徹底解決工業(yè)機(jī)器人整機(jī)主流行業(yè)機(jī)器人件線及配套生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)系列化、產(chǎn)業(yè)化飛控機(jī)現(xiàn)階段技術(shù)：現(xiàn)在：國家主導(dǎo)，VVVVV機(jī)制器在運(yùn)動控制和伺服電機(jī)的繼續(xù)開發(fā)具后高產(chǎn)、學(xué)、研、制系人控制理論與制造工藝上與速總線接口的嵌用合作開發(fā)造統(tǒng)控歐美日差距較大入式控制器、同機(jī)器人關(guān)鍵、制步交流伺服電部件、主流太技機(jī)、集成式伺服型號機(jī)器人：上海的優(yōu)勢技術(shù)：共性技術(shù)：能突破的技術(shù)：能沖擊市場的技術(shù)：必要的基礎(chǔ)技術(shù)：必要的安全性技術(shù)：標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)陽能發(fā)電術(shù)驅(qū)動控制器及配套生產(chǎn)線、下階段技術(shù)：3-5年：VVVVVV風(fēng)在基于力反饋的安全性控開發(fā)開放的機(jī)器電制、柔順控制和多機(jī)器人人控制器硬件平協(xié)調(diào)控制方面取得進(jìn)展臺，為主流型號設(shè)備機(jī)器人提供控制等技術(shù)支持和配套等控制軟件新長遠(yuǎn)技木：5-10年VVVVVV興開發(fā)具有預(yù)測功能、分布提供主流行業(yè)和式的、能自調(diào)整的自整定新興產(chǎn)業(yè)中工業(yè)廣業(yè)控制器