淺談工業(yè)機(jī)器人.doc

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1、 蘇 州 市 職 業(yè) 大 學(xué) 課程報(bào)告 名 稱(chēng)　　 現(xiàn)代制造技術(shù) 院 　系　　 機(jī)電工程學(xué)院 班 級(jí)　　 12機(jī)電3班 姓 名　 戴 亮 學(xué) 號(hào)　　 125307306 淺談工業(yè)機(jī)器人 戴 亮 （蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè) 機(jī)電一體化12級(jí)3班） 【摘要】： 本文對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定義和所涉及到的技術(shù)進(jìn)行了概述，然后從其組成及分類(lèi)、控制技術(shù)、發(fā)展歷程、現(xiàn)狀、發(fā)展

2、前景、產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式以及主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，最后分析了其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：發(fā)展 現(xiàn)狀 前景 應(yīng)用 序言 工業(yè)機(jī)器人是生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，可用于安裝、制造、檢測(cè)、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車(chē)及汽車(chē)零部件、電氣電子、化工、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。 近年來(lái)，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，種種跡象表明工業(yè)自動(dòng)化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，工業(yè)機(jī)器人極有可能成為下一個(gè)迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)的新興產(chǎn)業(yè)。另一方面，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于前所未有的機(jī)遇期，政策紅利、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求釋放等機(jī)遇

3、疊加，但中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展卻不盡如人意，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程發(fā)展緩慢。 一、 工業(yè)機(jī)器人的定義及技術(shù)概述 1.定義 工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多自由度的自動(dòng)控制操作機(jī)，是涉及機(jī)械學(xué)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。 2.技術(shù)概述 機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)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)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度

4、高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。 二、工業(yè)機(jī)器人的組成及分類(lèi) 1.工業(yè)機(jī)器人的組成 工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成。 （1）執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一組具有與人手腳功能相似的機(jī)械機(jī)構(gòu)，俗稱(chēng)操作機(jī)，通常由手部、腕部、臂部、機(jī)身、機(jī)座及行走機(jī)構(gòu)組成。 （2）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，控制與支配機(jī)器人按給定的程序動(dòng)作，并記憶人們示教的指令信息，如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度等，可

5、再實(shí)現(xiàn)控制所儲(chǔ)存的示教信息。 （3）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)器人執(zhí)行作業(yè)的動(dòng)力源，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成規(guī)定的作業(yè)。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有機(jī)械式、液壓式、氣動(dòng)式以及電氣驅(qū)動(dòng)等不同的驅(qū)動(dòng)形式。 （4）位置檢測(cè)裝置 通過(guò)附設(shè)的力、位移、觸覺(jué)、視覺(jué)等不同的傳感器，檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置和工作狀態(tài)，并隨時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，以便執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度和速度達(dá)到設(shè)定的位置。 2.工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi) 機(jī)器人的分類(lèi)方法有很多，這里僅按機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及系統(tǒng)功能進(jìn)行分類(lèi)。 （1）按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi) ①直角坐標(biāo)機(jī)器人 ②圓柱坐標(biāo)機(jī)器人 ③球坐標(biāo)機(jī)器人 ④關(guān)節(jié)機(jī)器人 （2）按驅(qū)動(dòng)

6、方式分類(lèi) ①氣壓傳動(dòng)機(jī)器人 ②液壓傳動(dòng)機(jī)器人 ③電氣傳動(dòng)機(jī)器人 （3）按系統(tǒng)功能分類(lèi) ①專(zhuān)用機(jī)器人 ②通用機(jī)器人 ③示教再現(xiàn)式機(jī)器人 ④智能機(jī)器人 三、工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù) 1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類(lèi) （1）按照控制回路的不同分，可分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。 （2）按照控制系統(tǒng)的硬件分，可分為機(jī)械控制、液壓控制、射流控制、順序控制、計(jì)算機(jī)控制。 （3）按自動(dòng)化程度分，可分為順序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)。 （4）按編程方式分，可分為物理設(shè)置編程控制系統(tǒng)、示教編程控制系統(tǒng)、離線編程控制系統(tǒng)。 （5）按機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)控制軌跡分，可分為點(diǎn)位

7、控制和連續(xù)輪廓控制。 2.工業(yè)機(jī)器人的位置伺服控制 （1）關(guān)節(jié)伺服控制 關(guān)節(jié)伺服控制是以大多數(shù)非直角坐標(biāo)機(jī)器人為控制對(duì)象，它把每一個(gè)關(guān)節(jié)作為單獨(dú)的單輸入單輸出系統(tǒng)來(lái)處理，且獨(dú)立構(gòu)成一個(gè)個(gè)伺服系統(tǒng)。這種關(guān)節(jié)伺服結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，目前大部分關(guān)節(jié)機(jī)器人都由這種關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)來(lái)控制。以前這種伺服系統(tǒng)通常采用模擬電路構(gòu)成，而隨著微電子和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)已普遍采用了數(shù)字電路形式。 （2）坐標(biāo)伺服控制 由于關(guān)節(jié)伺服控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被較多的機(jī)器人所采用，但在三維空間對(duì)手臂進(jìn)行控制時(shí)，很多場(chǎng)合都要求直接給定手臂末端運(yùn)動(dòng)的位置和姿態(tài)，而關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)中的各個(gè)關(guān)節(jié)是獨(dú)立進(jìn)行控制的，難以預(yù)測(cè)有各個(gè)

8、關(guān)節(jié)實(shí)際控制結(jié)果所得到的末端位置狀態(tài)的響應(yīng)，且難以調(diào)節(jié)各個(gè)關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的增益。因而，將末端位置矢量作為指令目標(biāo)值所構(gòu)成的伺服控制系統(tǒng)，稱(chēng)為作業(yè)坐標(biāo)伺服系統(tǒng)。 3.工業(yè)機(jī)器人的自適應(yīng)控制 （1）模型參考自適應(yīng)控制 這種方法控制器的作用是使得系統(tǒng)的輸出響應(yīng)趨近于某指定的參考模型，因而必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的參數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。Dubowsky等人在這個(gè)參考系統(tǒng)中采用二維弱衰減模型，然后采用最陡下降法調(diào)整局部比例和微分伺服可變?cè)鲆妫箤?shí)際系統(tǒng)的輸出和參考模型的輸出之差為最小。然而該方法從本質(zhì)上忽略了實(shí)際機(jī)器人系統(tǒng)的非線性項(xiàng)和耦合項(xiàng)，是對(duì)單自由度的單輸出系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。此外，該方法也不能保證適用于實(shí)際系統(tǒng)時(shí)調(diào)整

9、律的穩(wěn)定性。 （2）自校正適應(yīng)控制 自校正適應(yīng)控制由表現(xiàn)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)離散時(shí)間模型各參數(shù)的估計(jì)機(jī)構(gòu)與用其結(jié)果來(lái)決定控制器增益或控制輸入的部分組成，采用輸入輸出數(shù)與機(jī)器人自由度相同的模型，把自校正適應(yīng)控制法用于機(jī)器人。 四、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 1. 工業(yè)機(jī)器人的誕生至今 （1）工業(yè)機(jī)器人的誕生 日本是當(dāng)今的工業(yè)機(jī)器人王國(guó)，既是工業(yè)機(jī)器人的最大制造國(guó)也是最大消費(fèi)國(guó)，但實(shí)際上工業(yè)機(jī)器人的誕生地是美國(guó)。機(jī)器人的啟蒙思想其實(shí)很早就出現(xiàn)了，1920年捷克作家卡雷爾恰佩克發(fā)表了劇本《羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人》，劇中敘述了一個(gè)叫做羅薩姆的公司將機(jī)器人作為替代人類(lèi)勞動(dòng)的工業(yè)品推向市場(chǎng)的故事，引起了世人的廣

10、泛關(guān)注。于是在1959年美國(guó)的一家汽車(chē)公司，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。美國(guó)人英格伯格和德奧爾制造出了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，他們發(fā)現(xiàn)可以讓機(jī)器人去代替工人一些簡(jiǎn)單重復(fù)的勞動(dòng)，而且不需要報(bào)酬和休息，任勞任怨。接著他們兩人合辦了世界上第一家機(jī)器人制造工廠，生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人。 （2）工業(yè)機(jī)器人在日本發(fā)展 與此同時(shí)，十九世紀(jì)七十年代的日本正面臨著嚴(yán)重的勞動(dòng)力短缺，這個(gè)問(wèn)題已成為制約其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)主要問(wèn)題。毫無(wú)疑問(wèn)，在美國(guó)誕生并已投入生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人給日本帶來(lái)了福音。1967年日本川崎重工業(yè)公司首先從美國(guó)引進(jìn)機(jī)器人及技術(shù)，建立生產(chǎn)廠房，并于1968年試制出第一臺(tái)日本產(chǎn)機(jī)器人。經(jīng)過(guò)短暫的搖籃階段，日本的工業(yè)

11、機(jī)器人很快進(jìn)入實(shí)用階段，并由汽車(chē)業(yè)逐步擴(kuò)大到其它制造業(yè)以及非制造業(yè)。1980年被稱(chēng)為日本的“機(jī)器人普及元年”，日本開(kāi)始在各個(gè)領(lǐng)域推廣使用機(jī)器人，這大大緩解了市場(chǎng)勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺的社會(huì)矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓勵(lì)政策，這些機(jī)器人收到了廣大企業(yè)的歡迎。1980-1990年日本的工業(yè)機(jī)器人處于鼎盛時(shí)期，后來(lái)國(guó)際市場(chǎng)曾一度轉(zhuǎn)向歐洲和北美，但日本經(jīng)過(guò)短暫的低迷期又恢復(fù)其昔日的輝煌。 1993年末，全世界安裝的工業(yè)機(jī)器人有61萬(wàn)臺(tái)，其中日本占60%，美國(guó)占8%，歐洲占17%，俄羅斯和東歐占12%。是什么使得日本的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)有如此快速的發(fā)展，現(xiàn)理出幾點(diǎn)原因： ① 根本原因是日本的基本國(guó)情，人口

12、少，勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺。日本每年的人口增長(zhǎng)率在1.1%左右，而日本人都想接受高等教育導(dǎo)致其勞動(dòng)力的增長(zhǎng)速度卻始終停留在0.7%。為了滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)3%的增長(zhǎng)要求，必須提高生產(chǎn)效率。 ② 1973年十月爆發(fā)的第一次石油危機(jī)提高了勞動(dòng)力成本，日本政府不得不鼓勵(lì)私營(yíng)企業(yè)向自動(dòng)化領(lǐng)域投資，提高生產(chǎn)效率，以抑制由石油危機(jī)帶來(lái)的成本型通貨膨脹。 ③ 工業(yè)機(jī)器人可以代替勞動(dòng)者從事可能危害身體健康的勞動(dòng)，避免了大量 的工傷事故和職業(yè)病，受到了人們的歡迎。 ④ 日本自80年代起就采用推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的普及和促進(jìn)研究與發(fā)展的政策。 （3）工業(yè)機(jī)器人在世界其他主要國(guó)家的發(fā)展 美國(guó)是工業(yè)機(jī)器人的誕生地，基礎(chǔ)雄厚，技

13、術(shù)先進(jìn)?，F(xiàn)今美國(guó)有著一批具有國(guó)際影響力的工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商，像Adept Technologe 、American Robot 、Emersom Industrial Automation 等。 德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量占世界第三，僅次于日本和美國(guó)，其智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用在世界上處于領(lǐng)先地位。目前在普及第一代工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，第二代工業(yè)機(jī)器人經(jīng)推廣應(yīng)用成為主流安裝機(jī)型，而第三代智能機(jī)器人已占有一定比重并成為發(fā)展的方向。 世界上的機(jī)器人供應(yīng)商分為日系和歐系。瑞典的ABB公司是世界上最大機(jī)器人制造公司之一。1974年研發(fā)了世界上第一臺(tái)全電控式工業(yè)機(jī)器人IRB6，主要應(yīng)用于工件的取放和物料

14、搬運(yùn)。1975年生產(chǎn)出第一臺(tái)焊接機(jī)器人。到1980年兼并traflla噴漆機(jī)器人公司后，其機(jī)器人產(chǎn)品趨于完備。ABB公司制造的工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用在焊接、裝配鑄造、密封涂膠、材料處理、包裝、噴漆、水切割等領(lǐng)域。 德國(guó)的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上幾家頂級(jí)工業(yè)機(jī)器人制造商之一。1973年研制開(kāi)發(fā)了KUKA的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。年產(chǎn)量達(dá)到一萬(wàn)臺(tái)左右。所生產(chǎn)的機(jī)器人廣泛應(yīng)用在儀器、汽車(chē)、航天、食品、制藥、醫(yī)學(xué)、鑄造、塑料等工業(yè)，主要用于材料處理、機(jī)床裝備、包裝、堆垛、焊接、表面休整等領(lǐng)域。 意大利COMAU公司從1978年開(kāi)始研制和生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，至今已有30多年的歷史。其

15、機(jī)器人產(chǎn)品包括Smart系列多功能機(jī)器人和MASK系列龍門(mén)焊接機(jī)器人。廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、鑄造、家具、食品、化工、航天、印刷等領(lǐng)域。 日系是工業(yè)機(jī)器人制造的主要派系，其代表有FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等國(guó)際知名公司。 2. 工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀 聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)局（UNECE）估計(jì)，2004年全球至少安裝了10萬(wàn)臺(tái)新的工業(yè)機(jī)器人。其中：歐盟31100臺(tái)(比2003年增加15％ ，但比2001年的記錄僅增加1％)；北美16100臺(tái)(比2003年增加27％ ，比2000年的記錄高24％)；亞洲51400臺(tái)，主要在日本，但中國(guó)市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速(比2003年增長(zhǎng)24％)。據(jù)電氣和電子

16、工程師協(xié)會(huì)（IEEE）統(tǒng)計(jì)，至2008年底，世界各地已經(jīng)部署了100萬(wàn)臺(tái)各種工業(yè)機(jī)器人。其中，日本機(jī)器人數(shù)量據(jù)世界首位。他們的算法基于制造工人與機(jī)器人的比例，即每萬(wàn)名工人擁有多少臺(tái)制造機(jī)器人。其中日本的工業(yè)機(jī)器人密度達(dá)到了世界平均水平的10倍，也比排在第二位的新加坡多出了一倍。其中日本每萬(wàn)名工人擁有295臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，新加坡169臺(tái)，韓國(guó)164臺(tái)，德國(guó)163臺(tái)。雖然排在前三位的國(guó)家都在亞洲，不過(guò)歐洲卻是世界上工業(yè)機(jī)器人密度最大的地區(qū)。歐洲國(guó)家工業(yè)機(jī)器人密度為每萬(wàn)名工人50臺(tái)，美洲為平均31臺(tái)，亞洲平均27臺(tái)。 3. 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景 在發(fā)達(dá)國(guó)家中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自

17、動(dòng)化裝備的主流及未來(lái)的發(fā)展方向。國(guó)外汽車(chē)行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了大量的工傷事故。全球諸多國(guó)家近半個(gè)世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實(shí)踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普及是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高社會(huì)生產(chǎn)效率，推動(dòng)企業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。 機(jī)器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。電氣和電子工程師協(xié)會(huì) （IEEE）的科學(xué)家在對(duì)未來(lái)科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè)中提出了4個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。1990年10月，國(guó)際機(jī)器人工業(yè)人士在丹麥?zhǔn)锥几绫竟匍_(kāi)了一次工業(yè)機(jī)器人國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)，并在這次大會(huì)上通過(guò)了一個(gè)文件，把

18、工業(yè)機(jī)器人分為四類(lèi)：⑴順序型。這類(lèi)機(jī)器人擁有規(guī)定的程序動(dòng)作控制系統(tǒng)；⑵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；⑶遠(yuǎn)距作業(yè)型。比如在月球上自動(dòng)工作的機(jī)器人；⑷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。 4. 工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式 縱觀世界各國(guó)發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的過(guò)程，可歸納為三種不同的發(fā)展模式，即日本模式、歐洲模式和美國(guó)模式。 （1）日本模式 日本模式的特點(diǎn)是：各司其職，分層面完成交鑰匙工程。即機(jī)器人制造廠商以開(kāi)發(fā)新型機(jī)器人和批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為主要目標(biāo)，并由其子公司或社會(huì)上的工程公司來(lái)設(shè)計(jì)制造各行業(yè)所需要的機(jī)器人成套系統(tǒng)，并完成交鑰匙工程。 （2）歐洲

19、模式 歐洲模式的特點(diǎn)是：一攬子交鑰匙工程。即機(jī)器人的生產(chǎn)和用戶(hù)所需要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造，全部由機(jī)器人制造廠商自己完成。 （3）美國(guó)模式 美國(guó)模式的特點(diǎn)是：采購(gòu)與成套設(shè)計(jì)相結(jié)合。美國(guó)國(guó)內(nèi)基本上不生產(chǎn)普通的工業(yè)機(jī)器人，企業(yè)需要機(jī)器人通常由工程公司進(jìn)口，再自行設(shè)計(jì)、制造配套的外圍設(shè)備，完成交鑰匙工程。 （4）中國(guó)模式的走向 中國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)走什么道路、如何建立自己的發(fā)展模式確實(shí)值得探討。中國(guó)工程院在《我國(guó)制造業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略研究總結(jié)報(bào)告》中認(rèn)為，我國(guó)應(yīng)從“美國(guó)模式”著手，在條件成熟后逐步向“日本模式”靠近。 五、工業(yè)機(jī)器人的主要研究?jī)?nèi)容 1. 示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研

20、究 （1）關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門(mén)式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)。 （2）柔性仿形噴涂機(jī)器人開(kāi)發(fā)：柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，整機(jī)安全防爆、防護(hù)技術(shù)開(kāi)發(fā)，高速?lài)姳瓏娡抗に囇芯俊? （3）焊接機(jī)器人（把弧焊與點(diǎn)焊機(jī)器人作為負(fù)載不同的一個(gè)系列機(jī)器人，可兼作弧焊、點(diǎn)焊、搬運(yùn)、裝配、切割作業(yè)）產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)。 （4）弧焊機(jī)器人用激光視覺(jué)焊縫跟蹤裝置的開(kāi)發(fā)：激光發(fā)射器的選用，CCD成象系統(tǒng)，視覺(jué)圖象處理技術(shù)，視覺(jué)跟蹤與機(jī)器人協(xié)調(diào)控制。 （5）焊接機(jī)器人的離線示教編程及工作站系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。 （6）電子行業(yè)用裝配機(jī)器

21、人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)。 （7）批量生產(chǎn)機(jī)器人所需的專(zhuān)用制造、裝配、測(cè)試設(shè)備和工具的研究開(kāi)發(fā)。 2. 智能機(jī)器人開(kāi)發(fā)研究 （1）遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略研究 包括建模－遙控機(jī)器人模型，人行為模型，人控制動(dòng)態(tài)建模，圖形仿真建模，虛擬工具和虛擬傳感器建模；以人為主體的人機(jī)共享規(guī)劃與控制；局部自治控制；多傳感融合技術(shù)；雙向力反應(yīng)控制；知識(shí)庫(kù)的建立，學(xué)習(xí)與推理方法；人機(jī)交互的高級(jí)控制技術(shù)；虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）控制與真實(shí)世界控制的相互關(guān)系；監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 （2）智能移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航和定位技術(shù)研究 包括導(dǎo)航和定位系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；在結(jié)構(gòu)環(huán)境或非結(jié)構(gòu)環(huán)境中導(dǎo)航和定位方法研究

22、；感知系統(tǒng)的傳感器和信息處理系統(tǒng)的構(gòu)成；根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)建立環(huán)境模型的方法；模糊邏輯的推理方法用于移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的研究。 （3）面向遙控機(jī)器人的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 包括人機(jī)交互圖形生成及其程序設(shè)計(jì)；遙控機(jī)器人（載體和機(jī)械手）幾何動(dòng)態(tài)圖形建模；遙控操作環(huán)境圖形建模；遙控機(jī)器人操作與數(shù)據(jù)的獲?。惶摂M傳感器及基于虛擬傳感器的雙向力反應(yīng)、反饋控制；面向任務(wù)的虛擬工具；基于虛擬現(xiàn)實(shí)的遙控操作的理論與方法；基于VR模型操作和真實(shí)世界操作的可切換、相容性和可交換性；VR監(jiān)控系統(tǒng)。 （4）人機(jī)交互環(huán)境建模系統(tǒng) 包括CAD建模中的人機(jī)交互技術(shù)；求知模型工件的反示過(guò)程中的交互技術(shù)；機(jī)器人與環(huán)境的布

23、局及功能驗(yàn)證中的交互技術(shù)；傳感器數(shù)據(jù)處理中的交互技術(shù)；機(jī)器人標(biāo)定、運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、動(dòng)力學(xué)建模中的交互技術(shù)。 （5）基于計(jì)算機(jī)屏幕的多機(jī)器人遙控技術(shù) 包括三維立體視覺(jué)建模；模型的計(jì)算機(jī)顯示；遙控機(jī)器人模型的控制；人機(jī)接口；網(wǎng)絡(luò)通訊。 3. 機(jī)器人化機(jī)械研究開(kāi)發(fā) （1）并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床（VMT）與機(jī)器人化加工中心（RMC）開(kāi)發(fā)研究 包括VMT與RMC智能化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)技術(shù)；VMT與RMC關(guān)鍵傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)；VMT與RMC加工、裝配、擺放、涂膠、檢測(cè)作業(yè)技術(shù)；VMT與RMC監(jiān)控檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)；VMT與MRC智能化開(kāi)式CMC控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)；系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)；智能化機(jī)構(gòu)、材料機(jī)電一體化技術(shù)；作業(yè)狀態(tài)變量智

24、能化傳感技術(shù)；機(jī)電一體化的多功能及靈巧作業(yè)終端；通用智能化開(kāi)式CNC控制硬軟件系統(tǒng)；并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)理論；RMC智能控制理論；VMT與RMC典型應(yīng)用工程開(kāi)發(fā)。 （2）機(jī)器人化無(wú)人值守和具有自適應(yīng)能力的多機(jī)遙控操作的大型散料輸送設(shè)備 包括散料輸送系統(tǒng)監(jiān)控和遙控操作的傳感器融合和配置技術(shù)；采用智能傳感器的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃在等量堆取料、自主操作中的應(yīng)用；基于廣域網(wǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)通訊；具有監(jiān)測(cè)和管理功能的故障診斷系統(tǒng)。 4. 以機(jī)器人為基礎(chǔ)的重組裝配系統(tǒng) （1）開(kāi)放式模塊化裝配機(jī)器人 包括通用要素的提??；專(zhuān)用件標(biāo)準(zhǔn)化；裝配機(jī)器人模塊CAD設(shè)計(jì)；通用主流計(jì)算機(jī)構(gòu)造的控制器；人機(jī)界

25、面方式；網(wǎng)絡(luò)功能。 （2）面向機(jī)器人裝配的設(shè)計(jì)技術(shù) 包括數(shù)字化裝配與CAD集成技術(shù)；產(chǎn)品機(jī)器人化裝配規(guī)劃生成技術(shù)；產(chǎn)品可裝配性模糊評(píng)價(jià)。 （3）機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 其中單元技術(shù)：供料系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)、末端執(zhí)行器快速執(zhí)行、物流傳輸及其控制與通訊；集成技術(shù)：柔性裝配線仿真軟件、管理系統(tǒng)。 （4）可重構(gòu)機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 開(kāi)展基于任務(wù)和環(huán)境的動(dòng)態(tài)重構(gòu)機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)理論研究；系統(tǒng)基于自治體（Agent）的分布式控制技術(shù)及系統(tǒng)各單元體間的協(xié)作規(guī)劃。 （5）裝配力覺(jué)、視覺(jué)技術(shù) 包括高精度、高集成化六維腕力傳感技術(shù)；視覺(jué)識(shí)別與定位技術(shù)。 （6）智能裝配策略及其控制 包括

26、裝配狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控；裝配順序和路徑智能規(guī)劃及控制技術(shù)。 5.多傳感器信息融合與配置技術(shù) （1）機(jī)器人的傳感器配置和融合技術(shù)在水泥生產(chǎn)過(guò)程控制和污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 包括面向工藝過(guò)程的多傳感器融合和配置技術(shù)；采用智能傳感器的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；面向工藝要求的新型傳感器研制。 （2）機(jī)電一體化智能傳感器 包括具有感知、自主運(yùn)動(dòng)、自清污（自調(diào)整、自適應(yīng)）的機(jī)電一體化傳感器研究；面向工藝要求的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和清污的自主運(yùn)動(dòng)；調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；機(jī)器人機(jī)構(gòu)和控制技術(shù)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 六、工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用 所謂工業(yè)機(jī)器人，就是具有簡(jiǎn)單記憶和可變控制程序的自動(dòng)機(jī)械。它

27、是在機(jī)械手的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，國(guó)外稱(chēng)為industrial robot。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)將人類(lèi)從繁重單一的勞動(dòng)中解放出來(lái)，而且它還能夠從事一些不適合人類(lèi)甚至超越人類(lèi)的勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，避免工傷事故和提高生產(chǎn)效率。隨著世界生產(chǎn)力的發(fā)展，必然促進(jìn)相應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人能夠極大地提高生產(chǎn)效率，已經(jīng)廣泛地進(jìn)入人們的生活生產(chǎn)領(lǐng)域。 1.提高自動(dòng)化生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度：據(jù)美國(guó)J.B Day通過(guò)大量的定后發(fā)現(xiàn)：在生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)器人在機(jī)床或其它設(shè)備上做上下料工作，以及在設(shè)備之間做短途搬運(yùn)工作所花時(shí)間占了整個(gè)生產(chǎn)時(shí)間的80%以上，搬運(yùn)費(fèi)占了加工費(fèi)的30%-40%，而且有85%的生產(chǎn)事故發(fā)生在

28、搬運(yùn)上，因此工業(yè)機(jī)器人的使用解決了很多難題。 2.直接從事廣泛的生產(chǎn)勞動(dòng)：例如噴漆、焊接、熱處理、冶煉、電鍍、沖壓、注塑成型、砂型鑄造以及鍛造等。比如我國(guó)灘坊磚廠制造了一只有260個(gè)指頭的機(jī)械手。 3.進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锲费b配：通過(guò)圖紙識(shí)別零件并加以組裝，首先取得成功的是美國(guó)加利福尼亞的斯坦福大學(xué)。此外還有日本日立制作的Hivip，列寧格勒的“變壓器裝配小組”。 4.倉(cāng)庫(kù)管理自動(dòng)化：最早出現(xiàn)在法國(guó)，現(xiàn)已遍及世界各地，例如芬蘭的漢基亞公司（漢基亞倉(cāng)庫(kù)是歐洲十大倉(cāng)庫(kù)之一）。 5.從事特殊環(huán)境下的勞動(dòng)：核輻射、無(wú)毒氣氛、強(qiáng)噪聲、超低溫或高溫環(huán)境等不合適人工作的環(huán)境，甚至超越人能力范

29、圍的環(huán)境。比如用于發(fā)現(xiàn)輸油管裂縫的機(jī)器人，日本生產(chǎn)了一種用于救火的“神奈川”機(jī)器人。 6.從事教育衛(wèi)生等服務(wù)：例如美國(guó)Centurion公司生產(chǎn)的“機(jī)器人教師”已成功為學(xué)生開(kāi)設(shè)了“邏輯學(xué)”、“概率論”等課程，美國(guó)德克薩斯儀表公司制造的微型翻譯機(jī)器人，日本稻田大學(xué)研究出的“乳腺檢診機(jī)器人”。 參考文獻(xiàn)： 【1】 王握文. 世界機(jī)器人發(fā)展歷程[J] . 國(guó)防科技, 2001, (01) 【2】 陳愛(ài)珍. 日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀[J] . 機(jī)械工程師, 2008, (07) 【3】 陳愛(ài)珍. 國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J] . 機(jī)械工程師, 2008, (07) 【4】 陳佩云. 日本振興工業(yè)機(jī)器人的政策[J] . 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用, 1994, (01) 【5】 陳佩云. 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的歷史_現(xiàn)狀與展望[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用, 1994