工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1、目 錄摘要10 引言11 工業(yè)機器人概念、組成、分類、技術(shù)前景1 1.1工業(yè)機器人的概念1 1.2工業(yè)機器人的組成2 1.3工業(yè)機器人的分類2 1.4工業(yè)機器人帶來的效益22 我國機器人技術(shù)的發(fā)展3 2.1國內(nèi)工業(yè)機器人的現(xiàn)狀3 2.2制約我國工業(yè)機器人的因素3 2.3如何解決制約我國工業(yè)機器人的因素4 2.4我國工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢43 對未來工業(yè)工業(yè)機器人的展望44 目前研究熱點及發(fā)展趨勢55 結(jié)語6參考文獻(xiàn)6工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢王茀德摘要工業(yè)機器人的應(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)機器人技術(shù) 發(fā)展現(xiàn)

2、狀 發(fā)展趨勢0引言工業(yè)機器人誕生于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、控制論、機構(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)機器人市場的實際情況,把握我國工業(yè)機器人研究的相關(guān)進(jìn)展,顯得十分重要。

3、1.工業(yè)機器人概念、組成、分類、技術(shù)前景1.1工業(yè)機器人的概念工業(yè)機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械裝置；由計算機控制，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)行人機聯(lián)系?？梢酝ㄋ椎睦斫鉃椤皺C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?！?.2工業(yè)機器人的組成工業(yè)機器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機座和執(zhí)行機構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機器人有36個運動自由度，其中腕部通常有13

4、個運動自由度；驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構(gòu)，用以使執(zhí)行機構(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)行機構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。1.3工業(yè)機器人的分類工業(yè)機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)機器人按執(zhí)行機構(gòu)運動的控制機能，又可分點位型和連續(xù)軌跡型。點位型控制執(zhí)行機構(gòu)由一點到另一點的準(zhǔn)確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機構(gòu)按給定軌跡運動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。 工業(yè)機器人按程序輸入方式區(qū)分有

5、編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業(yè)程序文件，通過RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機器人控制柜。1.4工業(yè)機器人帶來的效益工業(yè)機器人是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備，它屬于自動化制造系統(tǒng)的物理層次。機器人的過去、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)機器人使用經(jīng)驗表明:使用工業(yè)機器人可以降低廢品率和產(chǎn)品成本,提高了機床的利用率,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、減少機床損耗、加快技術(shù)創(chuàng)新速度、提高企業(yè)競爭力等。機器人具有執(zhí)行各種任務(wù)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

6、加先進(jìn)。采用工業(yè)機器人還有如下優(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,降低工人的勞動強度,減少勞動風(fēng)險;第六,提高機床;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)機器人自動化生產(chǎn)將是推動業(yè)務(wù)發(fā)展的有效手段。2.我國機器人技術(shù)的發(fā)展2.1國內(nèi)工業(yè)機器人的現(xiàn)狀我國工業(yè)機器人起步比較晚技術(shù)與國外的

7、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)機器人則很少。目前我國工業(yè)機器人技術(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)展的機器人技術(shù)有:數(shù)控機床關(guān)鍵技術(shù)與裝備、隧道掘進(jìn)機器人相關(guān)技術(shù)、工程機械智能化機器人相關(guān)技術(shù)、裝配自動化機器人相關(guān)技術(shù)。現(xiàn)已開發(fā)出金屬焊接、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)機器人產(chǎn)品,主要應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機械、家電等行業(yè)。2.2制約我國工業(yè)機器人的因素制約我國機器人技術(shù)發(fā)展的瓶頸是市場,換句話說,就是對機器人

8、的應(yīng)用需求。工業(yè)機器人發(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%左右,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。無論是企業(yè)還是社會都認(rèn)識到必須采取從改善機器設(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

9、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器人的使用環(huán)境,工業(yè)機器人及技術(shù)在中國已逐步得到了政府和企業(yè)的重視。隨著機器人知識的廣泛普及,人們對于各種機器人的了解與認(rèn)識逐步深化,利用機器人技術(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)機器人的因素一是隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,中國機器人界要能提供質(zhì)量穩(wěn)定可靠,價格適宜的各類機器人商品,要做到這一點,產(chǎn)業(yè)化是提高質(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

10、部門和企業(yè)界)要加深工業(yè)機器人對穩(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)機器人這一高新技術(shù)領(lǐng)域采取“高投人高產(chǎn)出”的戰(zhàn)略措施。三是要解決用好機器人的問題,主管部門除繼續(xù)鼓勵機器人研制生產(chǎn)單位和用戶緊密結(jié)合,堅持以實際應(yīng)用帶動機器人技術(shù)發(fā)展的方向,使機器人發(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)用機器人的企業(yè)提供支持。2.4我國工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢我國機器人技術(shù)主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是:根據(jù)2l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)機器人

11、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)機器人:主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機器人;第二,醫(yī)用機器人:主要有腦外科手術(shù)輔助機器人,遙控操作輔助正骨等;第三,仿生機器人:主要有移動機器人,網(wǎng)絡(luò)遙控操作機器人等。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)機器人的展望隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應(yīng)用范圍還在不斷地擴(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器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機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

12、服務(wù)等領(lǐng)域機器人的應(yīng)用也越來越多，如無人偵察機(飛行器)、警備機器人、醫(yī)療機器人、家政服務(wù)機器人等均有應(yīng)用實例。機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，是人類機械化提高的一個重要標(biāo)志，工業(yè)機器人的未來發(fā)展是十分樂觀的。4.目前研究熱點及發(fā)展趨勢目前國際機器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機器人共性技術(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個方面：(1)工業(yè)機器人操作機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：探索新的高強度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比，同時機構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。(2)機器人控制技術(shù)：重點研究開放式，模

13、塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機網(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。另一問題就是傳感系統(tǒng)的實用化。(4)機器人的結(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)機器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機器人半自主和自主技術(shù)，多機器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大

14、范圍內(nèi)的機器人遙控系統(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)機器人的虛擬遙操作和人機交互。(7)多智能體（multi-agent）調(diào)控制技術(shù)：這是目前機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)、相互間的通信與磋商機理，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)微型和微小機器人技術(shù)（micro/miniature robotics）:這是機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

15、面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機器人技術(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。(9)軟機器人技術(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)材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的。5.結(jié)語工業(yè)機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遇的主要途徑。因此我國工業(yè)機器人行業(yè)要認(rèn)識到以下幾點情況:第一,工業(yè)機器人技術(shù)是我國由制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變的主要手段和途徑,政府要對國產(chǎn)工業(yè)機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,加大技術(shù)投入與改造;第二,在國家的科技發(fā)展計劃