機(jī)器人發(fā)展概況

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"（一）、機(jī)器人運(yùn)動系統(tǒng)的組成、基本結(jié)構(gòu) 1\o"CurrentDocument"1、驅(qū)動系統(tǒng) 2\o"CurrentDocument"2、感受系統(tǒng) 2\o"CurrentDocument"3、機(jī)器人——環(huán)境交互系統(tǒng) 3\o"CurrentDocument"4、人機(jī)交互系統(tǒng) 3\o"CurrentDocument"5、控制系統(tǒng) 3\o"CurrentDocument"6、機(jī)械傳動結(jié)構(gòu) 3\o"CurrentDocument"（二）、國內(nèi)外機(jī)器人廠家的對比 4\o"CurrentDocument"1、技術(shù)差距 4\o"CurrentDocument"2、品牌廠家 5\o"CurrentDocument"3、產(chǎn)品系列 5\o"CurrentDocument"4、產(chǎn)品價(jià)格及成本 8\o"CurrentDocument"（三）機(jī)器人控制的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 9\o"CurrentDocument"1、國產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r 9\o"CurrentDocument"2、應(yīng)用市場和產(chǎn)品類型的變化 10\o"CurrentDocument"3、高端智能化機(jī)器人將成重點(diǎn) 11智能機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的綜述及發(fā)展摘要：本文簡述了機(jī)器人控制系統(tǒng)，討論了該系統(tǒng)的分類。綜述了機(jī)器人控制系統(tǒng)最新的研究內(nèi)容和成果，調(diào)研了機(jī)器人控制系統(tǒng)的市場應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人在工業(yè)、國防、科研、教育以及人們的日常生活等諸多領(lǐng)域都已廣泛應(yīng)用，并向著標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、智能化不展。關(guān)鍵詞：機(jī)器人控制系統(tǒng)研究市場（一）、機(jī)器人運(yùn)動系統(tǒng)的組成、基本結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，機(jī)器人由機(jī)械部分、傳感部分、控制部分三大部分組成。這三大部分可以分成驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人一環(huán)境交互系統(tǒng)六個(gè)子系統(tǒng)。1

圖1機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)示意圖圖2機(jī)器人基本組成示意圖感受系統(tǒng)圖1機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)示意圖圖2機(jī)器人基本組成示意圖感受系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)器人一環(huán)境交互系統(tǒng)1、驅(qū)動系統(tǒng)要使機(jī)器人運(yùn)作起來，各需各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動自由度安置傳動裝置。這就是驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)可以是液壓傳動、氣壓傳動、電動傳動、或者把它們結(jié)合起來應(yīng)用綜合系統(tǒng)，可以是直接驅(qū)動或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接傳動。2、感受系統(tǒng)它由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。智能化傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動性、適應(yīng)性和智能化水準(zhǔn)。人類的感受系統(tǒng)對感知外部世界信息是極其靈巧的，然而，對于一些特殊的信息，傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效。3、機(jī)器人一一環(huán)境交互系統(tǒng)機(jī)器人一一環(huán)境交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元，如加工制造單元、焊接單元、轉(zhuǎn)配單元等。4、人機(jī)交互系統(tǒng)人機(jī)交互系統(tǒng)是人與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系和參與機(jī)器人控制的裝置：指令給定裝置和信息顯示裝置，例如，計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)終端，指令控制臺，信息顯示板，危險(xiǎn)信號報(bào)警器等。5、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號，支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動和功能。如果機(jī)器人不具備信息反饋特征，則為開環(huán)控制系統(tǒng)；具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)，適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制運(yùn)動的形式可分為點(diǎn)為控制和連續(xù)軌跡控制。6、機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機(jī)座、手臂、末端操作器三大部分組成，每一個(gè)大件都有若干個(gè)自由度的機(jī)械系統(tǒng)。若基座不具備行走機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成行走機(jī)器人；若基座不具備行走及彎腰機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成單機(jī)器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端操作器是直接裝在手腕上的一個(gè)重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是噴漆槍、焊具等作業(yè)工具。機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)圖如圖3所示圖3機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)圖(二)、國內(nèi)外機(jī)器人廠家的對比1、技術(shù)差距.科研水平。國內(nèi)研究機(jī)器人大都集中在高校和個(gè)別研究所，而國外有實(shí)力的機(jī)器人都是有雄厚實(shí)力的企業(yè)做的。因此國內(nèi)的機(jī)器人大都比較山寨，而國外有很多非常出色。比如日本的人形機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人，美國的bigdog，shadowhand等。.研究方向。國內(nèi)的機(jī)器人研究的也比較廣泛，機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)都在做，但是沒有特別有特色的方向和領(lǐng)域。比如工業(yè)機(jī)器人，在國外都已經(jīng)是很成熟的技術(shù)，國內(nèi)都是買，國內(nèi)有也很簡單，還沒有有實(shí)力和企業(yè)敢做大做強(qiáng)。如果沒有政府的支持，那么幾乎不可能趕上國外。.機(jī)器人技術(shù)涉及機(jī)械、制造、材料、控制、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、傳感器、視覺等多個(gè)學(xué)科。要想搞好，必須有足夠的資金和人力投入才可能做好。中國人不是不夠聰明，是缺乏把事情做好，做到極致的精神。這其實(shí)是和我們的很多產(chǎn)業(yè)相通的，比如汽車、大飛機(jī)、先進(jìn)制造等，要想發(fā)展好，還有很長的路要走。2、品牌廠家品牌廠家目前，國內(nèi)市場的機(jī)器人應(yīng)用主要分日系、歐系和國產(chǎn)三種。日系機(jī)器人主要以安川MOTOMAN、OTC、松下、FANUC等機(jī)器人為主，歐美系以德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB以及奧地利的IGM等，國產(chǎn)機(jī)器人主要以沈陽新松機(jī)器人、安徽埃夫特、廣州數(shù)控、哈工博大實(shí)、昆山華恒還有南京埃斯頓為主。3、產(chǎn)品系列1977年，安川電機(jī)運(yùn)用最擅長運(yùn)動控制技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)出了日本第一臺全電動的工業(yè)用機(jī)器人一莫托曼1號。此后相繼開發(fā)了焊接，裝配，噴漆，搬運(yùn)等各種各樣的自動化用工業(yè)機(jī)器人，并一直引領(lǐng)著全球工業(yè)用機(jī)器人市場。安川機(jī)器人有VA、MA系列；MS、ES系列；MH、HP、UP系列；MPP、MPK系列、MPL系列和SDA、SIA等系列。以MA1440型號為例，它由6軸垂直關(guān)節(jié)組成，可搬重量6KG,動作范圍1440mm,搭配的控制柜型號為DX200?？捎糜诨『?、激光加工和搬運(yùn)等工作。其他系列的機(jī)器人還可以用于點(diǎn)焊、碼垛、液晶搬運(yùn)、取件、半導(dǎo)體、組裝、沖壓機(jī)間搬運(yùn)、噴涂等。德國COOLS工業(yè)機(jī)器人的手臂采用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于焊接工作，一直在焊接制造工藝的機(jī)械自動化方面保持著自己的成功。主要專注于熔化極惰性氣體/活性氣體保護(hù)焊和鴇極惰性氣體保護(hù)焊機(jī)以及成套ROMAT?機(jī)器人系統(tǒng)的生產(chǎn)，是一家整套焊接系統(tǒng)的單一貨源供應(yīng)商。對于客戶而言，其受益之處在于所有的機(jī)械手系統(tǒng)部件，從機(jī)械手控制、工件、定位器、傳感器到電源和焊槍，都是由一家供應(yīng)商開發(fā)和制造的。而諸如熔化極惰性氣體/活性氣體保護(hù)雙絲焊接技術(shù)、等離子（焊劑）和扁絲焊接等新的有效工藝技術(shù)使機(jī)械手的使用更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。CLOOS主要有ROMAT?320，350，410等系列的工業(yè)機(jī)器人。應(yīng)用范圍:所有焊接工藝，例如：TANDEM雙絲焊接、等離子（粉末）焊接、冷處理焊接等，有快速抓持等優(yōu)點(diǎn)。以ROMAT?320型號為例，由6軸組成，驅(qū)動單元是數(shù)字控制交流伺服電機(jī)，最大承重15KG,重復(fù)精度W±0.1mm。國產(chǎn)機(jī)器人品牌如新松機(jī)器人，隸屬中國科學(xué)院，是一家以機(jī)器人技術(shù)為核心,致力于數(shù)字化智能制造裝備的高科技上市企業(yè)，是全球機(jī)器人產(chǎn)品線最全的廠商之一，國內(nèi)最大的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，在沈陽、上海、杭州、青島建有機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園，在北京、深圳等城市設(shè)立多家控股子公司。新松現(xiàn)擁有1600余人的研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，形成以自主核心技術(shù)、核心零部件、領(lǐng)先產(chǎn)品及行業(yè)系統(tǒng)解決方案為一體的完整產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈，并將產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略提升到涵蓋產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化、智能化制造全過程。新松機(jī)器人公司始終以超前的技術(shù)和獨(dú)特的軟硬件綜合實(shí)力，一直引領(lǐng)中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。主導(dǎo)業(yè)務(wù)涵蓋機(jī)器人核心零部件、系列機(jī)器人產(chǎn)品、行業(yè)系統(tǒng)解決方案、工業(yè)4.0等四大業(yè)務(wù)板塊：新松機(jī)器人產(chǎn)品線包括工業(yè)機(jī)器人、移動機(jī)器人、潔凈機(jī)器人、特種機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人五大類80余種機(jī)器人產(chǎn)品。其中，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品性能達(dá)到國際同類產(chǎn)品技術(shù)水平；潔凈機(jī)器人是國內(nèi)唯一的產(chǎn)品和解決方案供應(yīng)商，徹底打破被日本、韓國、歐美國家等發(fā)達(dá)國家壟斷的局面，大量替代進(jìn)口；移動機(jī)器人占據(jù)國內(nèi)汽車市場、電力市場份額90%以上，產(chǎn)品批量出口國外，核心競爭力國際領(lǐng)先；服務(wù)機(jī)器人成為公司新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。為了讓用戶能夠享受到更便捷與更全面的智能化服務(wù)，通過創(chuàng)新的軟硬一體化技術(shù)的整合應(yīng)用，新松數(shù)字化工廠業(yè)已打造成為中國數(shù)字化工廠領(lǐng)域行業(yè)龍頭。新松機(jī)器人產(chǎn)品有工業(yè)機(jī)器人系列、潔凈機(jī)器人系列、并聯(lián)機(jī)器人系列和只能服務(wù)型機(jī)器人等。涵蓋了只能物流裝備、AGV自動引導(dǎo)車、軌道交通裝備、激光裝備、自動化裝備檢測生產(chǎn)線、節(jié)能環(huán)保裝備、能源裝備和機(jī)械加工自動化等方面。以10kg機(jī)器人SR10A型為例：支持中空式和外置式兩種類型加長型手臂設(shè)計(jì)，最大負(fù)載能力達(dá)10kg，作用半徑長達(dá)約1957mm。機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，精致。工作空間范圍更廣。同時(shí)還具備極高的精確度，性能穩(wěn)定可靠。防護(hù)等級IP65,可以毫無問題地應(yīng)對惡劣的外部生產(chǎn)條件。靈巧腕部及超強(qiáng)扭矩的完美融合，縮短了運(yùn)動的作業(yè)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)多樣性和靈活性的最大化，可以輕松到達(dá)2m半徑內(nèi)結(jié)構(gòu)件腔體內(nèi)部完成焊接。同時(shí)在打磨、搬運(yùn)、裝配等低負(fù)載、高精度、高速度應(yīng)用領(lǐng)域也毫不遜色。4、產(chǎn)品價(jià)格及成本從目前國內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)模式來看，其單價(jià)如果不降低，產(chǎn)業(yè)化形成將面臨挑戰(zhàn)。機(jī)器人共4大組成部分，本體成本占22%，伺服系統(tǒng)占224%，減速器占36%，控制器占12%。三大關(guān)鍵零部件決定了產(chǎn)品的性能、質(zhì)量及價(jià)格，因此是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。但3大關(guān)鍵部件進(jìn)口比例較高，特別是減速器基本被日本2家公司壟斷。因此現(xiàn)在國內(nèi)制造工業(yè)機(jī)器人成本較高。企業(yè)年產(chǎn)量1000臺規(guī)模難以形成價(jià)格優(yōu)勢，只有年產(chǎn)量上500-1000臺，才有一定的規(guī)模效應(yīng)。因此，中國如果想要形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化，必須要核心零部件國產(chǎn)化加速提上日程。表一單體機(jī)器人的成本占比零部件造價(jià)占比減速機(jī)36%伺服系統(tǒng)24%本體22%控制器12%其他6%8工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵零部件指構(gòu)成機(jī)器人傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)，對機(jī)器人性能起到關(guān)鍵影響作用，并具有通用性和模塊化的部件單元。主要包括精密減速機(jī)、高性能交直流伺服電機(jī)和驅(qū)動器及高性能控制器等。其中，國內(nèi)外技術(shù)差距最大的是速機(jī)和伺服電機(jī)。一臺日本安川焊接或碼垛工業(yè)機(jī)器人手臂價(jià)格在20萬至30萬之間。國產(chǎn)新松工業(yè)機(jī)器人價(jià)格大約在15萬至20萬；服務(wù)類機(jī)器人普遍在20萬元以下。中國社會科學(xué)院工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所工業(yè)發(fā)展研究室主任呂鐵曾撰文稱，零部件占到整體生產(chǎn)成本70%以上。其中，精密減速器75%市場份額被日本壟斷，國內(nèi)高價(jià)購買占到生產(chǎn)成本的45%，在日本僅為25%，“中國采購核心零部件的成本已經(jīng)高于國外同款機(jī)器人的整體售價(jià)，在高端機(jī)器人市場上根本無法與國外品牌競爭。”（三）機(jī)器人控制的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展1、國產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展由于起步較晚，基本還處在產(chǎn)業(yè)化的初期階段，市場相對比較小。雖然在近兩年我國工業(yè)機(jī)器人取得長足發(fā)展，但是外資品牌仍占有絕大部分的市場。目前工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)初步形成以市場換技術(shù)的局面。在應(yīng)用的可靠性和性價(jià)比上，自主品牌與國際品牌相比均處于劣勢，國外品牌的利潤空間巨大，具有大幅下降的空間，所以自主品牌的前景面臨激烈的挑戰(zhàn)。圖4：2010-2015年中國工業(yè)機(jī)器人市場銷量與增長率（臺）中國正在服役的機(jī)器人已占全球總量的9%左右，2015年中國市場工業(yè)機(jī)器人將達(dá)7500臺，同比增長36.6%，整體而言，機(jī)器人市場需求只增不降。在多種因素的引誘下，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度將再次提速，步入歷史上的第二個(gè)繁榮發(fā)展期，或?qū)⒈鹊谝淮卫顺边€將巨烈。2、應(yīng)用市場和產(chǎn)品類型的變化2015年工業(yè)機(jī)器人除了在汽車行業(yè)的廣泛應(yīng)用外，在電子，食品加工，非金屬加工，日用消費(fèi)品和木材家具加工等行業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的需求增長較快。隨著工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的深度和廣度以及機(jī)器人智能水平的提高，工業(yè)機(jī)器人已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。從傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)用于維護(hù)維修的機(jī)器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用也越來越多。2015年工業(yè)機(jī)器人在產(chǎn)品類型發(fā)展賺足了眼球，隨著人機(jī)協(xié)作10趨勢的發(fā)展，那么小型的機(jī)器人幾乎成為各家企業(yè)發(fā)展的核心產(chǎn)品，四大巨頭紛紛發(fā)布新型工業(yè)機(jī)器人，以協(xié)作機(jī)器人為主，市場基本都瞄準(zhǔn)3C電子制造業(yè)。國產(chǎn)機(jī)器人本體企業(yè)也紛紛推出新型的機(jī)器人，小六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人、scara機(jī)器人成為企業(yè)的新賣點(diǎn)和市場增長點(diǎn)。3、高端智能化機(jī)器人將成重點(diǎn)機(jī)器人是靠自身動力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。目前機(jī)器人可分為一般機(jī)器人和智能機(jī)器人。一般機(jī)器人是指不具有智能，只具有一般編程能力和操作功能的機(jī)器人。我們從廣泛意義上理解的所謂的智能機(jī)器人，它給人最深刻的印象是一個(gè)獨(dú)特的自我控制的“活物”。其實(shí)，這可自控“活物”的主要器官并沒有像真正的人那樣微妙而復(fù)雜。到目前為止，在世界范圍內(nèi)還沒有一個(gè)統(tǒng)一的智能機(jī)器人定義。大多數(shù)專家認(rèn)為智能機(jī)器人至少具備以下三個(gè)要素：一是感覺要素，用來認(rèn)識周圍環(huán)境狀態(tài)；二是運(yùn)動要素，對外界做出反應(yīng)性動作；三是思考要素，根據(jù)感覺要素所得到的信息，思考出采用什么樣的動作。感覺要