工業(yè)機(jī)器人專題報告

1、 報告題目：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用學(xué) 院：信息工程與自動化學(xué)院專業(yè)班級：測控技術(shù)與儀器學(xué) 號：2姓 名：何亞琦2015年 12 月 26 日摘要：工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，需求越來越大，其技術(shù)研究與發(fā)展越來越深入。這將提高社會生產(chǎn)率與產(chǎn)品質(zhì)量，為社會創(chuàng)造巨大的財富！關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人、發(fā)展現(xiàn)狀、未來走向引言工業(yè)機(jī)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,是最先產(chǎn)業(yè)化的機(jī)器人技術(shù)。自問世以來，就一直備受矚目。40余年來，有關(guān)它的研究取得了長足的進(jìn)展。各種形態(tài)、功能的機(jī)器人相繼面世，而未來的機(jī)器人將是一種能夠代替人類在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下從事危險、復(fù)雜勞動的自動化機(jī)器，是集

2、機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、控制論、計算機(jī)、人工智能和系統(tǒng)工程等多學(xué)科知識于一身的高新技術(shù)綜合體。一、 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)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。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。19

3、62年美國推出的一些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相似，但外形主要由類似人的手和臂組成。后來，出現(xiàn)了具有視覺傳感器的、能識別與定位的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。作為人類二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，機(jī)器人在短短的幾十年內(nèi)發(fā)生了日新月異的變化。從自動化生產(chǎn)線到海洋資源的探索，乃至太空作業(yè)等領(lǐng)域，機(jī)器人可謂是無處不在。目前機(jī)器已經(jīng)走進(jìn)人們的生活與工作，機(jī)器人已經(jīng)在很多的領(lǐng)域代替著人類的勞動，發(fā)揮著越來越重要的作用，人們已經(jīng)越來越離不開機(jī)器人幫助。工業(yè)機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)有以下幾個：(1)可編程。生產(chǎn)自動化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性啟動化。工業(yè)機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔

4、性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)中的一個重要組成部分。(2)擬人化。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業(yè)機(jī)器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。(3)通用性。除了專門設(shè)計的專用的工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機(jī)器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。(4)工業(yè)機(jī)器技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，歸納起來是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合-機(jī)

5、電一體化技術(shù)。第三代智能機(jī)器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器，而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。因此，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展必將帶動其他技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平也可以驗證一個國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平。二、 我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀我國的工業(yè)機(jī)器人研究開始于20世紀(jì)70年代， 進(jìn)入21世紀(jì)，國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要突出增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力這一條主線，著力營造有利于自主創(chuàng)新的政策環(huán)境，加快促進(jìn)企業(yè)成為創(chuàng)新主體，大力倡導(dǎo)企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合。國內(nèi)一大批企業(yè)或自主研制或與科研院

6、所合作，進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人研制和生產(chǎn)行列，我國工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入了初步產(chǎn)業(yè)化階段。我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了一系列國家攻關(guān)。計劃支持的應(yīng)用工程開發(fā)，奠定了我國獨(dú)立自主發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。但是，我國工業(yè)機(jī)器人在總體技術(shù)上與國外先進(jìn)水平相比還有很大差距，僅相當(dāng)于國外90年代中期的水平。目前工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)規(guī)模仍然不大，多數(shù)是單件小批生產(chǎn)，關(guān)鍵配套的單元部件和器件始終處于進(jìn)口狀態(tài)，工業(yè)機(jī)器人的性價比較低。伴隨我國經(jīng)濟(jì)的高速增長，以汽車等行業(yè)需求為牽引，我國對工業(yè)機(jī)器人需求量急劇增加，國際工業(yè)機(jī)器人知名企業(yè)如ABB、FANAC等紛紛在中國建廠，國外知名品牌工業(yè)機(jī)器人價格逐年下降，制約了我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的形

7、成和實(shí)現(xiàn)規(guī)?；陌l(fā)展，我國工業(yè)機(jī)器人新裝機(jī)量近90%仍依賴進(jìn)口。三、 工業(yè)機(jī)器人的未來走向從近幾年國外知名企業(yè)推出和正在研制的產(chǎn)品來看，新一代工業(yè)機(jī)器人正在向智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、編程圖形化發(fā)展。目前國際、國內(nèi)機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)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機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比，同時機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。2機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機(jī)網(wǎng)

8、絡(luò)式 控制器已成為研究熱點(diǎn)。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(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。3多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)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(diǎn)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(shí)用化。4機(jī)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(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)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(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬

9、現(xiàn)實(shí)以及臨場感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。7多智能體（multi-agent）調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)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(jī)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(jī)器人技術(shù)（micro/miniaturerobotics）:這是機(jī)器人研究的一個新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)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(jī)器人技術(shù)（softrobotics）:主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機(jī)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

10、或硬性材料，軟機(jī)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(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機(jī)器人對人是友好的。10仿人和仿生技術(shù)：這是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究。四、 結(jié)束語 工業(yè)機(jī)器人的誕生和機(jī)器人學(xué)的建立，無疑是21世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)的重大成就。工業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)遇的主要途徑。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是我國由制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的主要手段和途徑,政府要對國產(chǎn)工業(yè)機(jī)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。工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展必將大大加速我國制造業(yè)的崛起。參考文獻(xiàn)：1. 吳瑞詳機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19942. 徐元宣工業(yè)機(jī)器人北京：中國輕工業(yè)出版社，19993. 朱世強(qiáng)，王宣銀機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用杭州：浙江大學(xué)出版社，20004. 21世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢 - 南京化工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） - 200