工業(yè)機(jī)器人技術(shù)體系

1、.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)體系梳理分析隨著我國(guó)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(guó)在制造業(yè)方面的成本優(yōu)勢(shì)， 鼓勵(lì)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(guó)，對(duì)于提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的戰(zhàn)略意義。對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定義各國(guó)并不統(tǒng)一。 GB/T 12643-1997認(rèn)為：“（操作型）工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)控制的， 可重復(fù)編程， 多用途，并可對(duì)三個(gè)和三個(gè)以上軸進(jìn)行編程?？梢允枪潭ㄊ交?/p>

2、移動(dòng)式，在工業(yè)自動(dòng)化中使用”?？梢?jiàn)，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(guó)裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段和內(nèi)容，這對(duì)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(dòng)力從單調(diào)、枯燥、有危害的環(huán)境中解放出來(lái)；市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)要求企業(yè)不斷提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力； 用戶(hù)的個(gè)性化需求要求不斷降低生產(chǎn)調(diào)整時(shí)間， 提高生產(chǎn)過(guò)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

3、成幾種類(lèi)型：（1） 國(guó)際機(jī)器人公司及合資公司跨國(guó)企業(yè)：發(fā)那科、庫(kù)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(guó)內(nèi)骨干機(jī)器人企業(yè)沈陽(yáng)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(mén)沈陽(yáng)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(zhuān)業(yè)公司生產(chǎn)某些類(lèi)型或系列的機(jī)器人產(chǎn)品或從事集成、應(yīng)用開(kāi)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(xiāo)國(guó)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、

4、半導(dǎo)體等）、原料輸送、注塑、涂裝、機(jī)械加工（上下料、切割等）及其它領(lǐng)域（按銷(xiāo)售額遞減排序）。08、09年資料也表明，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的主.要種類(lèi)為搬運(yùn)、焊接和凈室，應(yīng)用行業(yè)為汽車(chē)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(lèi)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(chē)整車(chē)、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(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)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(chē)、馬達(dá)、箱體、工程機(jī)械等的噴涂生產(chǎn)線。（5

5、） 凈室機(jī)器人在潔凈環(huán)境中使用的機(jī)器人，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(hào)”、“上海二號(hào)”、“上海三號(hào)”、“上海四號(hào)” 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(dòng)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(dòng)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(lái)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(kāi)展面向應(yīng)用的機(jī)器人核心部件的國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)（機(jī)器人用伺服系統(tǒng)

6、、機(jī)器人控制器、機(jī)器人智能控制技術(shù)、高精度減速機(jī)等），把企業(yè)行為提升為國(guó)家行為；深入開(kāi)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(dòng)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用驗(yàn)證和不斷改進(jìn)，需要由企業(yè)牽頭開(kāi)展國(guó)產(chǎn)機(jī)器人穩(wěn)定性、 可靠性等問(wèn)題的研究和應(yīng)用測(cè)試； 加強(qiáng)研發(fā)、加工、裝配、檢測(cè)、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(lái)，支持研發(fā)智能型工業(yè)機(jī)器人技術(shù)（一） 主流產(chǎn)品體系架構(gòu)及研發(fā)重點(diǎn)產(chǎn)品分類(lèi)體系、功能模塊分解1產(chǎn)品分類(lèi)體系.工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)方法眾多，可以按照運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分（直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球

7、坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型、移動(dòng)型），按照驅(qū)動(dòng)方式分（電力、液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)），按照運(yùn)動(dòng)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(dòng)）等。根據(jù)1990年工業(yè)機(jī)器人2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)的文件，把工業(yè)機(jī)器人按控制方式分為四類(lèi)：（2） 沿軌跡作業(yè)型。這類(lèi)機(jī)器人執(zhí)行某種移動(dòng)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(dòng)工作的機(jī)器人；（4） 智能型。這類(lèi)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(dòng)完成更為復(fù)雜的工作。目前，機(jī)器人強(qiáng)國(guó)日本的工業(yè)機(jī)器人已在第發(fā)展（ 3）、（ 4）類(lèi)工業(yè)機(jī)器

8、人的路上取得了舉世矚目的成就。國(guó)內(nèi)應(yīng)用大多局限在（ 1）、（2）類(lèi)上，某些大公司的產(chǎn)品中部分單元模塊 （如視覺(jué)）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(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)；機(jī)械主體占全部成本的 15%左右，國(guó)產(chǎn)化 程度最高，很多國(guó)外機(jī)器人的本體也叫國(guó)內(nèi)工廠代工。（2） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作的裝置。國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)控制核心技術(shù)和制造工藝的掌握

9、上；高精度減速機(jī)的國(guó)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(lài)進(jìn)口，使國(guó)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(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，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(dòng)位置、 姿態(tài)和軌跡、 操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等，我國(guó)缺少機(jī)器人控制器和相應(yīng)機(jī)器人控制器硬件平臺(tái)。（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(lèi)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

10、新材料（如碳纖維材料） 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(dòng)的核心部件，包括電機(jī)總成、驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(gè)中心”的定位和產(chǎn)業(yè)布局，建議：重點(diǎn)發(fā)展面向汽車(chē)、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)

11、器人；著力提高傳統(tǒng)汽車(chē)行業(yè)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的可靠性；長(zhǎng)期、持續(xù)投入，深入開(kāi)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(guó)近年來(lái)在電子電器行業(yè)銷(xiāo)售額增長(zhǎng)迅速，而在汽車(chē)焊接等傳統(tǒng)領(lǐng)域有所下降。 長(zhǎng)三角地區(qū)是中國(guó)電子電器行業(yè)的心臟， 也是勞動(dòng)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(duì)應(yīng)的機(jī)器人類(lèi)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(chē)、太陽(yáng)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(dòng)化生產(chǎn)線的開(kāi)發(fā)。 目前，庫(kù)卡等機(jī)器人國(guó)際巨頭已經(jīng)開(kāi)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(chē)及

12、零部件生產(chǎn)是上海的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，也是工業(yè)機(jī)器人使用量最大的行業(yè)。典型類(lèi)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(kāi)展國(guó)產(chǎn)機(jī)器人運(yùn)行可靠性的研究和測(cè)試，大力推廣國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人及相關(guān)設(shè)備。加大投入，開(kāi)展新一代智能化工業(yè)機(jī)器人長(zhǎng)期、持續(xù)的研發(fā)和應(yīng)用測(cè)試。爭(zhēng)取在高起點(diǎn)上與主要機(jī)器人生產(chǎn)大國(guó)的技術(shù)水平同步，避免始終走重復(fù)研究、追趕國(guó)外技術(shù)的老路。.（二） 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

13、鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)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(guò) 5-15 年的長(zhǎng)期研究開(kāi)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(kāi)發(fā)汽車(chē)、電子工業(yè)中常用主流型號(hào)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(chē)等主流行業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品系列化、

14、產(chǎn)業(yè)化，在飛機(jī)制造、太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等新興產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)出亟需的典型產(chǎn)品和配套自動(dòng)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(guó)際同類(lèi)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(dòng)態(tài)響應(yīng)、軌跡跟蹤精度、抑制運(yùn)動(dòng)中的振動(dòng)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(kāi)發(fā)。 加強(qiáng)對(duì)與人類(lèi)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(guò)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

15、期（ 2015）：為電子、汽車(chē)工業(yè)中常用主流型號(hào)機(jī)器人及其組成的自動(dòng)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(mǎn)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(kāi)發(fā)具有預(yù)測(cè)功能、分布式、自調(diào)整的自整定控制器。長(zhǎng)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(kāi)展容錯(cuò)、自動(dòng)可重組控制器的研究。3末端執(zhí)行器國(guó)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(shí)與國(guó)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(jué)、 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、高性能傳

16、感器、 數(shù)據(jù)處理方法等諸多條件的限制。經(jīng)過(guò) 5-15 年長(zhǎng)期研發(fā)后，希望未來(lái)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(gè)關(guān)節(jié)、復(fù)雜程度較低的專(zhuān)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(jiǎn)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(duì)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(dòng)作， 對(duì)典型零部件完成精度較高的裝配。長(zhǎng)期（ 2025）：用具有類(lèi)似人的觸覺(jué)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(dòng)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(kāi)發(fā)周期仍然過(guò)

17、長(zhǎng)，大量的時(shí)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(lái)設(shè)備應(yīng)具有自適應(yīng)性強(qiáng)的可重構(gòu)生產(chǎn)能力，體現(xiàn)設(shè)備的“柔性”。在未來(lái) 5-15 年間希望通過(guò)持續(xù)的研發(fā)，達(dá)到如下目標(biāo)：短期（ 2015）：在較短的時(shí)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(shí)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(zhǎng)期（ 2025）：在 5-8 小時(shí)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

18、外部設(shè)備等。5機(jī)器人協(xié)作機(jī)器人協(xié)作是多個(gè)機(jī)器人共同完成或分工完成復(fù)雜任務(wù)，工作過(guò)程涉及多臺(tái)機(jī)器人的任務(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(tái)機(jī)器人分別執(zhí)行。經(jīng)過(guò) 5-15 年的長(zhǎng)期研發(fā)，未來(lái)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(chē)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(tái)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(zhǎng)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

19、任務(wù)。6人機(jī)合作人與機(jī)器人共存、合作共處的工作環(huán)境是未來(lái)工廠的普遍場(chǎng)景，在這種生產(chǎn)線中，工業(yè)機(jī)器人以人類(lèi)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(guò) 5-15 年的長(zhǎng)期的研發(fā)，未來(lái)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(yǔ)言、肢體語(yǔ)言等，能根據(jù)人的要求，在一段不需要人干預(yù)的時(shí)間（ 5個(gè)小時(shí)）完成生產(chǎn)線上的簡(jiǎn)易裝配。中期（ 2020）：機(jī)器人有效理解人的自然語(yǔ)言、肢體語(yǔ)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(shí)不需要人的干預(yù)。長(zhǎng)期（ 2025）：機(jī)器人有效理解

20、理解人的自然語(yǔ)言、肢體語(yǔ)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(shí)不需要人干預(yù)。7非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的信息感知面向小批量、多樣化客戶(hù)需求的柔性自動(dòng)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(guò) 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(jué)、力覺(jué)及其它傳感技術(shù)獲得長(zhǎng)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(duì)典型產(chǎn)品） 可

21、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(zhǎng)期（ 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(gè)性化生產(chǎn)需求。8建模及仿真建立數(shù)學(xué)模型的是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一種描述方式。雖然在很多領(lǐng)域都會(huì)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(dòng)形態(tài)，決定其在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中對(duì)實(shí)際對(duì)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(guó)有較好的理論基礎(chǔ)和人才儲(chǔ)備， 希望經(jīng)過(guò) 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(yǔ)言

22、；.中期（ 2020）：形成描述機(jī)器人模型的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，采用優(yōu)化算法建立了可互換的模型。長(zhǎng)期（2025）：完成對(duì)機(jī)器人和環(huán)境狀態(tài)的精確判斷，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)建模。（三） 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(shì)技術(shù) : 共性技術(shù) ：能突破的技術(shù) ：能沖擊市場(chǎng)的技術(shù) ：必要的基礎(chǔ)技術(shù)核心技 術(shù)技術(shù)現(xiàn)狀和課題今后的舉措技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑零部要素件機(jī)機(jī) 器現(xiàn)階段技術(shù)：現(xiàn)在：針對(duì)新興產(chǎn)業(yè)和器人 本結(jié)構(gòu)、功能相對(duì)單對(duì)機(jī)器人 本體開(kāi)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(kāi)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

23、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，探索新的高機(jī) 構(gòu)比執(zhí)行機(jī)構(gòu)剛度、比；對(duì)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 、長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)：5-10 年推動(dòng)企業(yè)研發(fā)團(tuán)輕 型靈巧型機(jī)械手靈巧型機(jī) 械手的隊(duì)和專(zhuān)業(yè)研究機(jī)化 和研究構(gòu)在智能、靈巧靈 巧型機(jī)械手方面的性長(zhǎng)期合作精諧 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(guó)開(kāi)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 藝的研器線 針度、效率、壽命上究輪 減差距較大

24、速下階段技術(shù)：3-5 年：激勵(lì)重點(diǎn)科研機(jī)器 、提高制作工藝水構(gòu)、企業(yè)界合作RV 渦平，降低成本研發(fā)輪 減長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)：5-10 年加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化速 器開(kāi)發(fā)進(jìn)程制 造技術(shù)：必要的安全性技術(shù)：標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)技術(shù)評(píng)價(jià).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(dòng)進(jìn)電驅(qū)動(dòng)控制 和絕對(duì)機(jī)及驅(qū)動(dòng)部分的機(jī)動(dòng) 器機(jī)及驅(qū)動(dòng)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(dòng)制 造發(fā)展機(jī)器人專(zhuān)用研究高效 控制驅(qū)器技的伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)算法，提高響應(yīng)術(shù)；動(dòng)器，采用高速通速度和控制精度；訊總線；長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)：5-10 年高效、低能耗、安智能材

25、料應(yīng)用； 高全、高扭矩執(zhí)行元效氣動(dòng)、液壓執(zhí)行件（電、氣、液）元件開(kāi)發(fā)及驅(qū)動(dòng)器嵌控 制現(xiàn)階段技術(shù)：現(xiàn)在：入器 設(shè)用運(yùn)動(dòng)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(tái)， 提高控開(kāi) 放工控機(jī)和實(shí)時(shí)系控制精度， 降低控制式 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 結(jié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制構(gòu) 、下階段技術(shù)3-5 年：制定硬件模塊互控 制開(kāi)放性、模塊化的基于力反 饋的安聯(lián)的接口標(biāo)準(zhǔn)方 式體系結(jié)構(gòu)；模塊全性控制 和柔順和 算化、層次化的通用控制；多機(jī)器人和法軟件包；網(wǎng)絡(luò)化控操作者之 間的協(xié)制器技術(shù)調(diào)控制長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)：5-10 年提高智能化控制機(jī)器人控

26、制器的水平標(biāo)準(zhǔn)化；基于 PC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(jué)、力覺(jué)等主要集成電機(jī)、 驅(qū)動(dòng)器器可 靠傳感器得到使用；和傳感器 的驅(qū)動(dòng)性 ；提高現(xiàn)有傳感器單元；視覺(jué)圖像識(shí)新 型的精度和可靠性；別傳 感下階段技術(shù)3-5 年：器 開(kāi)實(shí)用性的多傳感三維視覺(jué)傳感器發(fā) ；器信息融合算法信 息長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)：5-10 年融.合 ；類(lèi)皮膚的多傳感生物信號(hào) 和肢體智 能器陣列；人機(jī)交互運(yùn)動(dòng)信號(hào)采集、 識(shí)傳 感中的智能感知技別、理解的算法及器術(shù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)品類(lèi)別產(chǎn)品領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器焊接（電焊、人弧焊、氣焊、激光焊等）表 2工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品體系圖主要用途研究開(kāi)發(fā)的方向汽車(chē)及零部件?焊縫實(shí)時(shí)智能跟蹤

27、及反饋工程機(jī)械?計(jì)算機(jī)離線示教和仿真飛機(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(shí)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)境下的焊接機(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、貼片技金屬制品及機(jī)械?低成本可重構(gòu)柔性工裝技術(shù)術(shù)、釬焊、 制飛機(jī)裝配?多功能末端執(zhí)行器技術(shù)孔及連接、 密?裝配系統(tǒng)集成控制技術(shù)封涂膠等）?數(shù)字化測(cè)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(dòng)導(dǎo)航技術(shù)汽車(chē)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)境下的信息感知潔凈電子電器（半導(dǎo)體?潔凈潤(rùn)

28、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(cè)技術(shù)噴涂汽車(chē)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.表工業(yè)機(jī)器人技術(shù)體系圖：上海的優(yōu)勢(shì)技術(shù)：共性技術(shù)：能突破的技術(shù)：能沖擊市場(chǎng)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)產(chǎn)功技技術(shù)現(xiàn)狀和課題品能術(shù)領(lǐng)分要域類(lèi)素電工整現(xiàn)階段技術(shù)：子業(yè)機(jī)創(chuàng)新技術(shù)少，基礎(chǔ)零部件電機(jī)設(shè)制造能力和關(guān)鍵技術(shù)落后器器計(jì)人制下階段技術(shù)：汽及造解決關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)制造車(chē)配技技術(shù) , 具備機(jī)器人整機(jī)設(shè)及套術(shù)計(jì)及制造能力零生配產(chǎn)長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)：件線徹底解決工業(yè)機(jī)器人整機(jī)及配套生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)制造飛技術(shù)機(jī)控機(jī)現(xiàn)階

29、段技術(shù)：制制器在運(yùn)動(dòng)控制和伺服電機(jī)的造系人控制理論與制造工藝上與、統(tǒng)控歐美日差距較大太制陽(yáng)技能術(shù)發(fā)電下階段技術(shù)：、在基于力反饋的安全性控風(fēng)制、柔順控制和多機(jī)器人電協(xié)調(diào)控制方面取得進(jìn)展設(shè)備等等長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)：新開(kāi)發(fā)具有預(yù)測(cè)功能、分布興式的、能自調(diào)整的自整定產(chǎn)控制器業(yè)機(jī)末現(xiàn)階段技術(shù)：器端國(guó)產(chǎn)化程度較高，在力量人執(zhí)和速度上獲得發(fā)展本行體器下階段技術(shù)應(yīng)用具有幾個(gè)關(guān)節(jié)、復(fù)雜今后的舉措技術(shù)實(shí)現(xiàn)路技術(shù)評(píng)價(jià)徑現(xiàn)在：國(guó)家主導(dǎo)，外購(gòu)關(guān)鍵零部產(chǎn)、學(xué)、研、件，進(jìn)行系統(tǒng)集用合作開(kāi)發(fā)成和應(yīng)用研究機(jī)器人關(guān)鍵3-5 年：設(shè)計(jì)開(kāi)部件、主流型號(hào)機(jī)器人發(fā)電子、汽車(chē)工業(yè)中常用主流型及配套生產(chǎn)線號(hào)的機(jī)器人5-10 年主流行業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)系列化、產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)在：國(guó)家主導(dǎo)，繼續(xù)開(kāi)發(fā)具有高產(chǎn)、學(xué)、研、速總線接口的嵌用合作開(kāi)發(fā)入式控制