機(jī)器人發(fā)展論文

1、(南京大學(xué)金陵學(xué)院2013020202002 曹潮)摘要： 機(jī)器人的制造及應(yīng)用水平，代表了一個國家的制造業(yè)水平，發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)上升到國家戰(zhàn)略高度。機(jī)器人的廣泛使用是我國從制造業(yè)大國走向制造業(yè)強(qiáng)國的重要手段和途徑。 本文分析了現(xiàn)階段國外工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢。通過實例說明了目前我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，中國先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人大批量生產(chǎn)制造時代到來。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人、發(fā)展現(xiàn)狀、廣泛應(yīng)用、應(yīng)用領(lǐng)域一 . 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用情況經(jīng)過五十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得

2、到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。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)用范周還在不斷地擴(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器人、 噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。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。國外專家預(yù)測，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)

3、委員會(UNECE)和國際機(jī)器人聯(lián)合會(IFR) 的統(tǒng)計，世界機(jī)器人市場前景看好，從20 世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代， 機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長率平均在10左右。2004年增長率達(dá)到創(chuàng)記錄的20。其中，亞洲機(jī)器人增長幅度最為突出，高達(dá)43%。二 . 國內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀1、國外機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀在國外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。從而，相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機(jī)器人公司，它們包括：瑞典的 ABB Robotics ，日本的FANUC、 Yaskawa ， 德 國 的 KUKA Robo

4、ter ， 美 國 的 Adept Technology 、Automation 、 S-T Robotics ，這些公司已經(jīng)成American Robot、 Emerson Industrial為其所在地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(UNECE)和國際機(jī)器人聯(lián)合會(IFR) 的統(tǒng)計，世界機(jī)器人市場前景看好，從20 世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭 1 。國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢1 ：工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可* 性、便于操作和維修)，而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從

5、91 年的 10 3 萬美元降至97 年的6 5 萬美元。機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可* 性、易操作性和可維修性。機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳

6、感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。2、國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀我國的工業(yè)機(jī)器人從80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、 “八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人2 ；其中有130 多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。

7、但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如： 可行性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200 臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求， “一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可行性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。. 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)過多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在

8、越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造（沖壓、壓鑄、鍛造等）、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。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)用范周還在不斷地擴(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

9、類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。. 國內(nèi)外主要的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)廠商在國外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。從而，相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機(jī)器人公司，它們包括：瑞典的abb Robotics ，日本的 fanuc 、 Yaskawa， 德國的 kuka Roboter ， 美國的 Adept Technology 、 American Robot、 Emerson Industrial Automation 、 S-T Robotics ， 意大利comau， 英國的 AutoTech Robotics ，加拿大的Jcd International Ro

10、botics ，以色列的Robogroup Tek 公司，這些公司已經(jīng)成為其所在地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)。在國內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)剛剛起步，但增長的勢頭非常強(qiáng)勁。如中國科學(xué)院沈陽自動化所投資組建的新松機(jī)器人公司，年利潤增長在40%左右3 。. 國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢工業(yè)機(jī)器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關(guān)注。1、國外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢日本將機(jī)器人列為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，韓國將機(jī)器人作為“增長發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)”， 各發(fā)達(dá)國家政府早通過制定政策，采取一系列措施鼓勵企業(yè)應(yīng)用機(jī)器

11、人，設(shè)立科研基金鼓勵機(jī)器人的研發(fā)設(shè)計，從政策上、資金上給予大力支持，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用和研究走在世界的前列。世界工業(yè)機(jī)器人市場普遍看好，各國都在期待機(jī)器人的應(yīng)用研究有技術(shù)上的突破。從近幾年世界機(jī)器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC 化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實用化；工作環(huán)境設(shè)計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面4 。 國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高，而單機(jī)價格不斷下降。機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中

12、的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，裝配、焊接機(jī)器人采用了位置、速度、加速度視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置

13、身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實驗室進(jìn)入實用化階段。2、國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢中國工業(yè)機(jī)器人在“七五”、“九五”、“十五”期間研究取得了較大進(jìn)展，我國在關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，但還缺乏整體核心技術(shù)的突破，應(yīng)用遍及各行各業(yè)，但進(jìn)口機(jī)器人占了絕大多數(shù)。科學(xué)院機(jī)器人“十二五”規(guī)劃研究目標(biāo)：開展高速、高精、智能化工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究工作，建立并完善新型工業(yè)機(jī)器人智能化體系結(jié)構(gòu)；研究高速，高精度工業(yè)機(jī)器人控制方法并研制高性能工業(yè)機(jī)器人控制器，實現(xiàn)高速

14、，高精度的作業(yè)；針對焊接，噴涂等作業(yè)任務(wù)，研究工業(yè)機(jī)器人的智能化作業(yè)技術(shù)，研制自動焊接工業(yè)機(jī)器人，自動噴涂工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)，并在汽車制造行業(yè)，焊接行業(yè)開展應(yīng)用示范。國家下一步的發(fā)展思路，將發(fā)展以工業(yè)機(jī)器為代表的智能制造，以高端裝備制造業(yè)重大產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展工程為平臺和載體，系統(tǒng)推進(jìn)智能技術(shù)、智能裝備和數(shù)字制造的協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)我國高端裝備制造的重大跨越。具體分兩步進(jìn)行：第一步，20122020 年，基本普及數(shù)控化，在若干領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)智能制造裝備產(chǎn)業(yè)化，為我國制造模式轉(zhuǎn)變奠定基礎(chǔ)；第二步，20212030 年，全面實現(xiàn)數(shù)字化，在主要領(lǐng)域全面推行智能制造模式，基本形成高端制造業(yè)的國際競爭優(yōu)勢。工業(yè)機(jī)器人市場競

15、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)器人的研究開發(fā)與生產(chǎn)是使我國從制造業(yè)大國走向制造業(yè)強(qiáng)國的重要手段和途徑。未來幾年，國內(nèi)機(jī)器人研究人員將重點研究工業(yè)機(jī)器人智能化體系結(jié)構(gòu)，高速高精度控制， 智能化作業(yè)，形成新一代智能化工業(yè)機(jī)器人的核心關(guān)鍵技術(shù)體系，并在相關(guān)行業(yè)開展應(yīng)用示范和推廣。工業(yè)機(jī)器人智能化體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)研究開放式，模塊化的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計方法，形成切實可行的系統(tǒng)設(shè)計行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)，以便于系統(tǒng)的集成，應(yīng)用與改造。工業(yè)機(jī)器人新型控制器技術(shù)研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人控制器。研究具有高實時性的，多處理器并

16、行工作的控制器硬件系統(tǒng)；針對應(yīng)用需求，設(shè)計基于高性能，低成本總線技術(shù)的控制和驅(qū)動模式。深入研究先進(jìn)控制方法，策略在工業(yè)機(jī)器人中的工程實現(xiàn)，提高系統(tǒng)高速，重載，高追蹤精度等動態(tài)性能，提高系統(tǒng)開放性。通過人機(jī)交互方式建立模擬仿真環(huán)境，研究開發(fā)工業(yè)機(jī)器人自動/ 離線編程技術(shù)，增強(qiáng)人機(jī)交互和二次開發(fā)能力。工業(yè)機(jī)器人智能化作業(yè)技術(shù)實現(xiàn)以傳感器融合，虛擬現(xiàn)實與人機(jī)交互為代表的智能化技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人上的可靠應(yīng)用，提升工業(yè)機(jī)器人操作能力。除采用傳統(tǒng)的位置，速度，加速度等傳感器外，裝配，焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺，力覺等傳感器來進(jìn)行實現(xiàn)協(xié)調(diào)和決策控制，基于視覺的噴涂機(jī)器人姿態(tài)反饋控制；研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)與人機(jī)交互環(huán)境

17、建模系統(tǒng)。成線成套裝備技術(shù)針對汽車制造業(yè)，焊接行業(yè)等具體行業(yè)工藝需求，結(jié)合新型控制器技術(shù)和智能化作業(yè)技術(shù)的研究，研究與行業(yè)密切相關(guān)的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)，以工業(yè)機(jī)器人為核心的生產(chǎn)線上的相關(guān)成套裝備設(shè)計技術(shù)，開發(fā)弧焊機(jī)器人用激光視覺焊縫跟蹤裝置，噴涂線的噴涂設(shè)備的研制以及相關(guān)功能部件并加以集成，形成我國以智能化工業(yè)機(jī)器人為核心的成線成套自動化制造裝備。系統(tǒng)可靠性技術(shù)可靠性技術(shù)是與設(shè)計、制造、 測試和應(yīng)用密切相關(guān)的。建立工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性保障體系是確保工業(yè)機(jī)器人實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。在產(chǎn)品的設(shè)計環(huán)節(jié)、制造環(huán)節(jié)和測試環(huán)節(jié)，研究系統(tǒng)可靠性保障技術(shù)，從而為工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用提供保證。我國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化必須由市場來拉動。機(jī)器人作為高技術(shù)，它的發(fā)展與社會的生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)狀況密切相關(guān)。機(jī)器人的研制、開發(fā)只有從技術(shù)上實現(xiàn)可能性大為原則選擇機(jī)器人優(yōu)先應(yīng)用的領(lǐng)域，并以此為突破口，向其他領(lǐng)域滲透、擴(kuò)散至為重要。綜合國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，工業(yè)機(jī)器人的研究正在超智能