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1、工業(yè)機器人課程論文 工 業(yè) 器 人 課 程 論 文 了 解 工 業(yè) 機 器 人 班級: 1050111 學號: 41 姓名: 王亞斌 成績: ＿＿＿＿ 第 16 頁 共 16 頁 1.什么是工業(yè)機器人 工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器人。工業(yè)機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置，

2、是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業(yè)機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。 戴沃爾提出的工業(yè)機器人有以下特點:將數控機床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機構聯接在一起，預先設定的機械手動作經編程輸入后，系統(tǒng)就可以離開人的輔助而獨立運行。這種機器人還可以接受示教而完成各種簡單的重復動作，示教過程中，機械手可依次通過工作任務的各個位置，這些位置序列全部記錄在存儲器內，任務的執(zhí)行過程中，機器人的各個關節(jié)在伺服驅動下依次再現上述位置，故這種機器人的主要技術功能被稱為“可編程”和“示教再現”。 1962年美國推出的一些工

3、業(yè)機器人的控制方式與數控機床大致相似，但外形主要由類似人的手和臂組成。后來，出現了具有視覺傳感器的、能識別與定位的工業(yè)機器人系統(tǒng)。 當今工業(yè)機器人技術正逐漸向著具有行走能力、具有多種感覺能力、具有較強的對作業(yè)環(huán)境的自適應能力的方面發(fā)展。目前，對全球機器人技術的發(fā)展最有影響的國家應該是美國和日本。美國在工業(yè)機器人技術的綜合研究水平上仍處于領先地位，而日本生產的工業(yè)機器人在數量、種類方面則居世界首位。 2.工業(yè)機器人的應用 隨著高新技術的發(fā)展，各種類型的軍用機器人已經大量涌現，一些技術發(fā)達的國家相繼研制了智能程度高、動作靈活、應用廣泛的軍用機器人。目前軍用機器人主要是作為作戰(zhàn)武器和保障

4、武器使用。在惡劣的環(huán)境下，機器人的承受能力大大超過載人系統(tǒng)，并且能完成許多載人系統(tǒng)無法完成的工作，如運輸機器人可以在核化條件下工作，也可以在炮火下及時進行戰(zhàn)場救護。在地面上，機器人為聯合國維和部隊排除爆炸物、掃除地雷；在波黑戰(zhàn)場上，無人機大顯身手；在海洋中，機器人幫助人清除水雷、探索海底秘密；在宇宙空間，機器人成了火星考察的明星?，F在世界上正在研制或已投入使用的軍用機器入主要有以下幾種。本次軍事機器人介紹周將每周介紹一種軍用機器人。歡迎觀注。 2004年10月26日 第一天 地面機器人 地面軍用機器人主要分為智能機器人和遙控機器人。按其功能可分為：排雷(彈)機器人、偵察機器人、保安機器人，甚至

5、還研制有地面微型軍用機器人。 全自主機器人美國于1984年開始研制第一臺地面自主車輛，可以在人不干預的情況下自己在道路上行駛。992年美國研制出時速75公里的自主車。目前仍有許多技術難題未解決。但地面自主車的研制大大推動了遙控機器人的發(fā)展。 排雷(彈)機器人使用排雷機器人不僅可以加快掃雷破障的速度，而且還大大降低了人員的傷亡。如美國研制的"交通警察"戰(zhàn)場機器人，它安裝了多種傳感器，可用于探測建筑物、掩體、隧道等處的地雷；"蜜蜂"式控雷器則具有較快的飛行速度，可以迅速而準確地發(fā)現地雷的位置，并通過自身攜帶的炸藥對地雷進行引爆。在1982年爆發(fā)的馬島戰(zhàn)爭中，英國海軍就曾用法國研制的的機器人

6、，清除阿根廷布設的水雷。而英國陸軍的排彈機器人在拆除恐怖分子放的各種類型的炸彈工作中屢建奇功，備受歡迎。 排爆機器人英國研制的"手推車"排除爆炸物機器人是世界上最有名的排除爆炸物機器人。目前，最新研制的 SuperM(超級手推車)的攝像機可以在距地面65毫米處工作，因此它可以用來檢查可疑車輛的底部。SuperM機器人采用橡膠履帶，最大速度為55米／分，它有一整套的無線電控制系統(tǒng)及各種設備，其中包括一部彩色電視攝像機、一支獵槍和兩個爆炸物排除裝置；該車由兩組耐用的12伏電池驅動，并裝有一個電動制動系統(tǒng)，使其在通過陡坡時能準確地動作。 偵察機器人高技術條件下的戰(zhàn)場環(huán)境更加復雜，使用機器人不

7、僅可以進入難以涉足的惡劣環(huán)境中偵察，而且一旦機器人不幸被"俘"，則可以通過預先設置的程序自動引爆"以身殉職"。美國海軍陸戰(zhàn)隊的GSR偵察機器人是由M114裝甲人員輸送車改裝的，上面裝有15臺微處理器、衛(wèi)星導航接收機、聲學臨近傳感器、激光測距機、磁羅盤和一臺高分辨率的攝像機等。攝像機裝在一個由計算機控制的平臺上。如果沒有外部導航，該車可以自主地跟蹤其它車輛越過障礙物。 保安機器人保安機器人可用于軍事基地等重要設施的保衛(wèi)工作。具有代表性的保安機器人是由美國研制的"徘徊者"，它是一輛重1．8噸的6輪全地形車，它可以按照預編程序的路線，沿著這些設施的外部邊界進行巡邏。當發(fā)現入侵者時，操作者通過聲音

8、傳輸系統(tǒng)使機器人與入侵者對話，若入侵者不合作，懷有敵意，操作者就可命令機器人攻擊入侵者。當該地區(qū)受到大規(guī)模進攻時，操作者就可調動多臺機器人進行阻擊，以便為保安人員爭取時間。 地面微型機器人專家們對微型機器人備加青睞，認為它們體積小，生存能力強，具有廣泛的用途?，F已研制出一種只有昆蟲大小的名叫"扁虱"的機器人，它可附在敵人裝備的部件上，混入敵人防線，偵察敵人的目標，也可向敵人的通信系統(tǒng)中注入一個功率脈沖進行干擾，或鉆到敵人的裝備中去，破壞發(fā)動機等關鍵部位?，F在許多國家都非常重視微型軍用機器人的研究，隨著發(fā)展，軍用微型機器人有可能改變21世紀的戰(zhàn)場。 步兵支攝機器人"突擊隊員"遙控車是由格

9、魯曼航空公司與美國陸軍訓練與條令司令部共同研制的。它是一個重約160千克的菱形車輛，由電動機驅動。能以16 公里／時的速度在崎嘔地形上行駛。該車采用光纖通信，可將車載電視攝像機的圖像傳送給操作員，同時將操作員的指令傳送給它，裝上機槍時，其總高度也只略高于1米。它能完成步兵通常所能完成的各種任務，包括反坦克任務。車上可以配備反坦克導彈發(fā)射器、機槍、催淚性毒氣彈等。 2000年11月29日，中央電視臺《新聞聯播》報道：我國首臺類人型機器人研制成功。11月30日，全國各大報都在顯著位置發(fā)表了這一消息。許多人問：何為仿人型機器人？仿人型機器人的問世標志了什么？世界及中國仿人型機器人發(fā)展到什么水平？

10、 從前面幾篇可以看出，大多數的機器人并不像人，有的甚至沒有一點人的模樣，這一點使很多機器人愛好者大失所望，很多人問為什么科學家不研制像人一樣的機器人呢？其實，科學家和愛好者的心情是一樣的，一直致力于研制出有人類外觀特征、可模擬人類行走與其基本操作功能的機器人。 由于仿人型機器人集機、電、材料、計算機、傳感器、控制技術等多門學科于一體，是一個國家高科技實力和發(fā)展水平的重要標志，因此，世界發(fā)達國家都不惜投入巨資進行開發(fā)研究。日、美、英等國都在研制仿人形機器人方面做了大量的工作，并已取得突破性的進展。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形機器人P3，美國麻省理工學院研制出了仿人形機器人科戈（

11、COG），德國和澳洲共同研制出了裝有52個汽缸，身高2米、體重150公斤的大型機器人。本田公司最新開發(fā)的新型機器人“阿西莫”，身高120厘米，體重43公斤，它的走路方式更加接近人。我國也在這方面作了很多工作，國防科技大學、哈爾濱工業(yè)大學研制出了雙足步行機器人，北京航空航天大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京科技大學研制出了多指靈巧手等。 工業(yè)機器人在工業(yè)生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。 20世紀50年代末，美國

12、在機械手和操作機的基礎上，采用伺服機構和自動控制等技術，研制出有通用性的獨立的工業(yè)用自動操作裝置，并將其稱為工業(yè)機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業(yè)機器人，并很快地在工業(yè)生產中得到應用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業(yè)機器人組成了焊接轎車車身的自動生產線。此后，各工業(yè)發(fā)達國家都很重視研制和應用工業(yè)機器人。 由于工業(yè)機器人具有一定的通用性和適應性，能適應多品種中、小批量的生產，70年代起，常與數字控制機床結合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。 3.工業(yè)機器人構造與分類 工業(yè)機器人由主體、驅動系統(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，包括臂部、腕部和

13、手部，有的機器人還有行走機構。大多數工業(yè)機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構，用以使執(zhí)行機構產生相應的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序對驅動系統(tǒng)和執(zhí)行機構發(fā)出指令信號，并進行控制。 工業(yè)機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；關節(jié)型的臂部有多個轉動關節(jié)。 工業(yè)機器人按執(zhí)行機構運動的控制機能，又可分點位型和連續(xù)軌跡型。點位型只控制執(zhí)行機構由一點到另一點的準確定位，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

14、構按給定軌跡運動，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串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。 示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領動執(zhí)行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執(zhí)行機構再現示教的各種動作。示教輸入

15、程序的工業(yè)機器人稱為示教再現型工業(yè)機器人。 具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業(yè)機器人，能在較為復雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業(yè)機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環(huán)境，并自動完成更為復雜的工作。 4.世界先進工業(yè)機器人代表——庫卡機器人簡介 德國庫卡公司成立于1898年，自1977年開始系列化生產各種用途的機器人，是目前國際上最大的機器人制造商之一。 庫卡機器人最顯著的特點是采用PC BASED控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在微軟的Windows界面下操作。PC BASED控制系統(tǒng)的設計，再加上標準化的個人電腦硬件，以及簡單的規(guī)劃和

16、設置，使其MTBF(平均故障間隔時間)超越7萬5干小時。而機器人平均使用壽命更長達10-15年。 機器人應用于包裝機械行業(yè)已有多年歷史，現在最新型的庫卡卸碼垛機器人采用了精巧的"聚碳纖維"材料制造，令機器人在非常輕巧的同時具有更高強度，使其尤其適用于高負載作業(yè)。該機器人的卸碼垛過程采用了FEM的最優(yōu)化操作方式，而四軸傾斜式的設計降低了維護保養(yǎng)的成本。 2001年，KUKA開發(fā)的“Robocoaster”是世界上第一臺客運工業(yè)機器人。該機可提供兩名乘客的類似于過山車式的運動序列，其行使實現了程序化。目前進行的“Robocoaster”開發(fā)針對軌道行程，開發(fā)目的是實現過山車，以及其它如主題

17、公園與娛樂等沿預定路徑運行的目標。 5.中國的工業(yè)機器人 5.1中國工業(yè)機器人的發(fā)展歷程 我國工業(yè)機器人起步于70年代初期，經過20多年的發(fā)展，大致經歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。 70年代是世界科技發(fā)展的一個里程碑：人類登上了月球，實現了金星、火星的軟著陸。我國也發(fā)射了人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機器人應用掀起一個高潮，尤其在日本發(fā)展更為迅猛，它補充了日益短缺的勞動力。在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機器人。 進入80年代后，在高技術浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機器人技術的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持?！捌呶?/p>

18、”期間，國家投入資金，對工業(yè)機器人及其零部件進行攻關，完成了示教再現式工業(yè)機器人成套技術的開發(fā)，研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人。1986年國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人。 從90年代初期起，我國的國民經濟進入實現兩個根本轉變時期，掀起了新一輪的經濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業(yè)機器人又在實踐中邁進一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產業(yè)化基地，為我國機器人產業(yè)的騰飛

19、奠定了基礎。 雖然中國的工業(yè)機器人產業(yè)在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業(yè)機器人很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。 中國工業(yè)機器人發(fā)展長期以來受限于成本較高與國內勞動力價格低廉的狀況,隨著中國經濟持續(xù)快速的發(fā)展,近幾年的國民生產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,勞動力供應格局已經逐步從“買方”市場轉為“賣方”市場、由供遠大于求轉向供求平衡。作為制造業(yè)主力的農民工也從早期的僅解決溫飽問題到現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)為了提高勞動生產率所

20、采用的增加工人數量、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)還是社會都認識到必須采取從改善機器設備入手,提高技術和資金的密集度來減少用工量以應對這種改變?？傊?勞動力過剩程度降低、單個工人成本上升、對產品質量更高的要求、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識逐步深化,利用機器人技術提升我國工業(yè)發(fā)展水平、從制造業(yè)大國向強國轉變,提高人民生活質量成為全社會的共識。 5.2國內工業(yè)機器人的市場特征 以汽車制造業(yè)為主的制造業(yè)發(fā)展促進了工業(yè)

21、機器人的發(fā)展。汽車制造業(yè)屬于技術、資金密集型產業(yè),也是工業(yè)機器人應用最廣泛的行業(yè)。在我國,工業(yè)機器人的最初應用是在汽車和工程機械行業(yè),主要用于汽車及工程機械的噴涂及焊接。2000年開始,受國家宏觀政策調控及居民消費水平提高的影響,我國汽車工業(yè)進入了一個高速增長期。面對這種局面,國際汽車巨頭紛紛進入中國市場并與我國企業(yè)合資設廠或擴大原有生產規(guī)模,國內企業(yè)也紛紛轉型或加大對汽車行業(yè)的投資,整個行業(yè)增產擴能增加了對工業(yè)機器人需求。據不完全統(tǒng)計,最近幾年國內廠家所生產的工業(yè)機器人有超過一半是提供給汽車行業(yè)的,海關進出口增長數據與汽車行業(yè)增長數據具有較高的相關度。可知,汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國工業(yè)機器

22、人增長的原動力之一。 沿海經濟發(fā)達地區(qū)是工業(yè)機器人的主要市場。我國工業(yè)機器人的使用集中在廣東、江蘇、上海、北京等地,工業(yè)機器人的擁有量占全國的一半以上,這種分布態(tài)勢和增長趨勢符合我國現階段經濟發(fā)展狀況。我國經濟最具活力的地區(qū)已經從珠江三角洲地區(qū)擴展到長江三角洲地區(qū),而且長江三角洲地區(qū)在制造業(yè)中所占的比重越來越大。 外商獨資企業(yè)、中外合資企業(yè)和國有企業(yè)是工業(yè)機器人的主要客戶。工業(yè)機器人屬于技術含量高,價格相對昂貴的制造裝備,采用工業(yè)機器人較多的企業(yè),一般對產品的質量要求較高,企業(yè)在市場上具有更高的影響力?，F階段,工業(yè)機器人使用量最多的仍是外商獨資或中外合資企業(yè)。國有企業(yè)也在加大對工業(yè)機器人的

23、采購用于技術改造,如汽車行業(yè)中的一汽、二汽、上汽等,它們的產品在市場上已經具有了相當強的競爭力,它們對工業(yè)機器人有著較大的需求,同時采購上它們能夠得到國家和政府的支持,因此制造業(yè)中的大中型國有企業(yè)的工業(yè)機器人使用量一直很大,而且在未來相當長的時間內仍將保持這種增長勢頭。另外,我國的民營企業(yè)正逐漸認識到工業(yè)機器人的優(yōu)勢,對工業(yè)機器人的采用量也在逐步增加,雖然裝備的數量上與以上企業(yè)仍存在較大差距,但是增長的速度驚人,將很快成為工業(yè)機器人市場的重要客戶。 國內進口工業(yè)機器人的國家和地區(qū)分布。2001～2004年我國進口的工業(yè)機器人主要來自日本與臺灣,2004年日本對華出口金額占我國進口工業(yè)機器人金

24、額的一半。 6.我國機器人技術應用研究進展及發(fā)展趨勢 中國工業(yè)機器人經過“七五”攻關計劃、“九五”攻關計劃和863計劃的支持已經取得了較大進展,工業(yè)機器人市場也已經成熟,應用上已經遍及各行各業(yè),但進口機器人占了絕大多數。我國在某些關鍵技術上有所突破,但還缺乏整體核心技術的突破,具有中國知識產權的工業(yè)機器人則很少。目前我國機器人技術相當于國外發(fā)達國家20世紀80年代初的水平,特別是在制造工藝與裝備方面,不能生產高精密、高速與高效的關鍵部件。我國目前取得較大進展的機器人技術有:數控機床關鍵技術與裝備、隧道掘進機器人相關技術、工程機械智能化機器人相關技術、裝配自動化機器人相關技術?，F已開發(fā)出金屬

25、焊接、噴涂、澆鑄裝配、搬運、包裝、激光加工、檢驗、真空、自動導引車等的工業(yè)機器人產品,主要應用于汽車、摩托車、工程機械、家電等行業(yè)。 中國的工業(yè)機器人還沒有形成自己的品牌。目前，盡管已經有一批企業(yè)在從事工業(yè)機器人技術的開發(fā)，但是都沒有形成較大的規(guī)模，缺乏市場品牌的認知度，在機器人的市場方面一直面臨國外品牌的競爭壓力。國外機器人作為成熟的產業(yè)，采用降低整機價格，吸引國內的企業(yè)購買、而后續(xù)的維護備件費用卻很高的策略，逐步占領中國的市場。 我國機器人技術主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標是:根據2l世紀初我國國民經濟對先進制造及自動化技術的需求,瞄準國際前沿高技術發(fā)展方向創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機器人技術領域的基

26、礎技術、產品技術和系統(tǒng)技術。未來工業(yè)機器人技術發(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,網絡遙控操作機器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 市場有了，但多是國外的，擁有了自主知識產權的機器人還很少，這一點要引起我們的高度重視。一方面國家要對國產工業(yè)機器人給予更多的扶持；另一方面也望企業(yè)使用國產機器人給國產工業(yè)機器人行業(yè)一個機會。 由于國產工業(yè)機器人的功能已經與國外相當，機器人是一個在三維空間，具有角度自由度的并能

27、實現眾擬人動作和功能的機器；工業(yè)機器人是能模擬人手臂.手腕和手功能的機電一體化產品，它可以把任意物體或工具按空間位置的識辨要求進行移動可實現工業(yè)生產的要求。它們通常配備有機械手、刀具或其他可裝配的加工工具，以及能夠執(zhí)行搬運操作與加工制造的任務。工業(yè)機器人由主體、驅動系統(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，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。驅動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構，用以使執(zhí)行機構產生相應的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序對驅動系統(tǒng)和執(zhí)行機構發(fā)出指令信號，并進行控制。 機器人控制系統(tǒng)通常包括控制計算機、示教盒、操作面板、存儲器檢測、傳感器輸入輸出接口、通信接

28、口等組成部分。由于機器人的類型較多控制系統(tǒng)的形式也是多種多樣的；（1）按照控制回路的不同可將機器人控制系統(tǒng)分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。（2）按照控制系統(tǒng)的硬件分有機械控制、液壓控制、順序控制、計算機控制等。（3）按自動化控制程度分為順序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)。（4）按編程方式分為物理設置編程控制系統(tǒng)、示教編程控制系統(tǒng)、離線編程控制系統(tǒng)（5）按機器人末端運動控制軌跡分為有點位控制和連續(xù)輪廓控制。 　 　工業(yè)機器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是以穿孔卡、穿孔帶或磁帶等信息載體，輸入已編好的程序。示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手

29、動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領動執(zhí)行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執(zhí)行機構再現示教的各種動作。示教輸入程序的工業(yè)機器人稱為示教再現型工業(yè)機器人。 　具有觸覺或簡單的視覺的工業(yè)機器人，能在較為復雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業(yè)機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環(huán)境，并自動完成更為復雜的工作。 20

30、世紀80年代以來，工業(yè)機器人技術逐漸成熟，并很快得到推廣，目前已經在工業(yè)生產的許多領域得到應用。在工業(yè)機器人逐漸得到推廣和普及的過程中，下面三個方面的技術進步起著非常重要的作用。 1. 驅動方式的改變 20世紀70年代后期，日本安川電動機公司研制開發(fā)出了第一臺全電動的工業(yè)機器人，而此前的工業(yè)機器人基本上采用液壓驅動方式。與采用液壓驅動的機器人相比，采用伺服電動機驅動的機器人在響應速度、精度、靈活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液壓驅動的機器人，成為工業(yè)機器人驅動方式的主流。在此過程中，諧波減速器、R V減速器等高性能減速機構的發(fā)展也功不可沒。近年來，交流伺服驅動已經逐

31、漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅動方式，直線電動機等新型驅動方式在許多應用領域也有了長足發(fā)展。 2. 信息處理速度的提高 機器人的動作通常是通過機器人各個關節(jié)的驅動電動機的運動而實現的。為了使機器人完成各種復雜動作，機器人控制器需要進行大量計算，并在此基礎上向機器人的各個關節(jié)的驅動電動機發(fā)出必要的控制指令。隨著信息技術的不斷發(fā)展，CPU的計算能力有了很大提高，機器人控制器的性能也有了很大提高，高性能機器人控制器甚至可以同時控制20多個關節(jié)。機器人控制器性能的提高也進一步促進了工業(yè)機器人本身性能的提高，并擴大了工業(yè)機器人的應用范圍。近年來，隨著信息技術和網絡技術的發(fā)展，已經出現了多臺機器人通過網絡共

32、享信息，并在此基礎上進行協(xié)調控制的技術趨勢。 3. 傳感器技術的發(fā)展 機器人技術發(fā)展初期，工業(yè)機器人只具備檢測自身位置、角度和速度的內部傳感器。近年來，隨著信息處理技術和傳感器技術的迅速發(fā)展，觸覺、力覺、視覺等外部傳感器已經在工業(yè)機器人中得到廣泛應用。各種新型傳感器的使用不但提高了工業(yè)機器人的智能程度，也進一步拓寬了工業(yè)機器人的應用范圍。 工業(yè)機器人進入人類歷史舞臺從事生產活動已近半個世紀，經歷了示教再現型機器人、具有感覺功能的第二代機器人和智能型第三代機器人的發(fā)展過程，已從機械制造領域擴展到電子 電器、冶金、化工、輕工、建筑、電力、郵電、軍事、海洋、醫(yī)療、家庭及服務等行業(yè)。 （1）2

33、0世紀50年代——萌芽期，1954年美國發(fā)表《通用重復性機器人》專利論文，第一次提出“工業(yè)機器人”和“示教再現”的概念；1959年推出第一臺工業(yè)機器人。 （2）20世紀60年代——黎明期，1962年美國機床鑄造公司生產出圓柱坐標機器人，稍后又有公司推出球坐標結構機器人。1967年日本率先引進 用于制造業(yè)。 （3）20世紀70年代——實用化期，到70年代末全世界已擁有萬臺以上機器人，日本已成為擁有機器人最多的國家。 （4）20世紀80年代——普及期，隨著制造業(yè)的發(fā)展，使工業(yè)機器人再發(fā)達國家走向普及，并向高速、高精度、輕量化、成套系統(tǒng)化和智能化發(fā)展，以滿足多品種少批量的需要。 （5）20世

34、紀90年代——擴展?jié)B透期，隨著計算機技術、智能技術的進步和發(fā)展，第二代具有一定感覺功能的機器人已經實用化并開始推廣，具有視覺、觸覺、高靈巧手指、能行走的第三代機器人相繼出現并開始走向應用。工業(yè)機器人應用領域從制造業(yè)向非制造業(yè)發(fā)展，其應用地域也從發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展?jié)B透。 中國工業(yè)機器人經過“七五”攻關計劃、“九五”攻關計劃和863計劃的支持已經取得了較大進展,工業(yè)機器人市場也已經成熟,應用上已經遍及各行各業(yè),但進口機器人占了絕大多數。我國在某些關鍵技術上有所突破,但還缺乏整體核心技術的突破,具有中國知識產權的工業(yè)機器人則很少。目前我國機器人技術相當于國外發(fā)達國家20世紀80年代初的水平,

35、特別是在制造工藝與裝備方面,不能生產高精密、高速與高效的關鍵部件。我國目前取得較大進展的機器人技術有:數控機床關鍵技術與裝備、隧道掘進機器人相關技術、工程機械智能化機器人相關技術、裝配自動化機器人相關技術。現已開發(fā)出金屬焊接、噴涂、澆鑄裝配、搬運、包裝、激光加工、檢驗、真空、自動導引車等的工業(yè)機器人產品,主要應用于汽車、摩托車、工程機械、家電等行業(yè)。 我國機器人技術主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標是:根據2l世紀初我國國民經濟對先進制造及自動化技術的需求,瞄準國際前沿高技術發(fā)展方向創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機器人技術領域的基礎技術、產品技術和系統(tǒng)技術。未來工業(yè)機器人技術發(fā)展的重點有:第一,危險、惡劣環(huán)境作業(yè)

36、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,網絡遙控操作機器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 工業(yè)機器人發(fā)展長期以來受限于成本較高與國內勞動力價格低廉的狀況,隨著中國經濟持續(xù)快速的發(fā)展,近幾年的國民生產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,勞動力供應格局已經逐步從“買方”市場轉為“賣方”市場、由供遠大于求轉向供求平衡。作為制造業(yè)主力的農民工也從早期的僅解決溫飽問題到現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

37、業(yè)為了提高勞動生產率所采用的增加工人數量、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)還是社會都認識到必須采取從改善機器設備入手,提高技術和資金的密集度來減少用工量以應對這種改變?？傊?勞動力過剩程度降低、單個工人成本上升、對產品質量更高的要求、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識逐步深化,利用機器人技術提升我國工業(yè)發(fā)展水平、從制造業(yè)大國向強國轉變,提高人民生活質量成為全社會的共識。 目前，工業(yè)機器人有很大一部分應用于制造業(yè)的物流搬運

38、中。極大的促進物流自動化，隨著生產的發(fā)展，搬運機器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。氣動機械手大量的應用到物流搬運機器人領域。在手爪的機械結構方面根據所應用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求，采取了多種形式的機械結構來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。在針對同樣的目標任務，采取多種運動方式相結合的方式來達到預定的目的。驅動方面采用了一臺工業(yè)機器人多種驅動方式的情況，有液壓驅動，氣壓驅動，步進電機驅動，伺服電機驅動等等。愈來愈多的搬運機器人是采用混合驅動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅動方式的優(yōu)點，避免缺點。并且在它的控制精度方面和搬運效率方面有了很大的提高。在搬運機械手的控制方面

39、，出現了多種控制方式。在物料搬運方面近年來呈現出的趨勢就是系統(tǒng)化。無論是我國還是國外，物料搬運的發(fā)展都是由單一設備走向成套設備，由單機走向系統(tǒng)。在制造業(yè)方面，隨著現代制造技術的發(fā)展，對物料搬運系統(tǒng)也提出了新的要求。其特點是力求減少庫存、壓縮等待和輔助時間，使多品種、少批量的物料準時到達要求的地點。這一趨勢在機械工業(yè)方面得到了很大的應用。其中采用了機器人等先進的物料搬運技術，促進了機械工業(yè)的技術進步和生產水平提高。 當代工業(yè)機器人技術發(fā)展一方面表現在工業(yè)機器人應用領城的擴大和機器人種類的增多。另一方面表現在機器人機械系統(tǒng)性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化。前者是指應用領域的橫向拓寬，后者是在性能及水

40、平上的縱向提高。機器人應用領城的拓寬和性能水平的提高二者相輔相承、相互促進。應用領城的擴大對機器人不斷提出斷的要求，推動機器人技術水平的提高.反過來，機器人性能與智能水平的提高，又使擴大機器人應用領域成為可能。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術及其產品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。 廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產品的質量與產量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動

41、生產率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產成本，有著十分重要的意義。和計算機、網絡技術一樣，工業(yè)機器人的廣泛應用正在日益改變著人類的生產和生活方式 隨著計算機技術的不斷向智能化方向發(fā)展，機器人應用領域的不斷擴展和深化，工業(yè)機器人已成為一種高新技術產業(yè)，為工業(yè)自動化發(fā)揮了巨大作用，將對未來生產和社會發(fā)展起越來越重要的作用。文章介紹了工業(yè)機器人的國內國外的發(fā)展狀況和應用趨勢，以及帶來的經濟效益。 　　工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產業(yè)，將對未來生產和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預測，機器人產業(yè)是繼汽車、計算機

42、之后出現的一種新的大型高技術產業(yè)。據聯合國歐洲經濟委員會(UNECE)和國際機器人聯合會(IFR)的統(tǒng)計，世界機器人市場前景看好，從20世紀下半葉起，世界機器人產業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入20世紀90年代，機器人產品發(fā)展速度加快，年增長率平均在10％左右。2004年增長率達到創(chuàng)記錄的20％。其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，高達43%。 　　廣泛的應用工業(yè)機器人，可以逐步改善勞動條件，更強與可控的生產能力，加快產品更新換代。提高生產效率和保證產品質量，消除枯燥無味的工作，節(jié)約勞動力，提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動強度，減少勞動風險，提高機床，減少工藝過程中的工作量及降低停產時

43、間和庫存，提高企業(yè)競爭力。 　　隨著科技的不斷進步，工業(yè)機器人的發(fā)展過程可分為三代，第—代，為示教再現型機器人，它主要由機器手控制器和示教盒組成，可按預先引導動作記錄下信息重復再現執(zhí)行，當前工業(yè)中應用最多。第二代為感覺型機器人，如有力覺觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進行反饋調整的能力，目前已進入應用階段。第三代為智能型機器人它具有感知和理解外部環(huán)境的能力，在工作環(huán)境改變的情況下，也能夠成功地完成任務，它尚處于實驗研究階段。 第一、國外工業(yè)機器人的的發(fā)展 　　美國是機器人的誕生地，早在1961年，美國的ConsolidedControlCorp和AMF公司聯合研制了第一臺實用的示教再現

44、機器人。經過40多年的發(fā)展，美國的機器人技術在國際上仍一直處于領先地位。其技術全面、先進，適應性也很強。 　　日本在1967年從美國引進第一臺機器人，1976年以后，隨著微電子的快速發(fā)展和市場需求急劇增加，日本當時勞動力顯著不足，工業(yè)機器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎，使其日本工業(yè)機器人得到快速發(fā)展，現在無論機器人的數量還是機器人的密度都位居世界第一，素有“機器人王國”之稱。德國引進機器人的時間比英國和瑞典大約晚了五六年，但戰(zhàn)爭所導致的勞動力短缺，國民的技術水平較高等社會環(huán)境，卻為工業(yè)機器人的發(fā)展、應用提供了有利條件。此外，在德國規(guī)定，對于一些危險、有毒、有害的工作崗位，必須以機器人來代

45、替普通人的勞動。這為機器人的應用開拓了廣泛的市場，并推動了工業(yè)機器人技術的發(fā)展。目前，德國工業(yè)機器人的總數占世界第二位，僅次于日本。 　　法國政府一直比較重視機器人技術，通過大力支持一系列研究計劃，建立了一個完整的科學技術體系，使法國機器人的發(fā)展比較順利。在政府組織的項目中，特別注重機器人基礎技術方面的研究，把重點放在開展機器人的應用研究上。而由工業(yè)界支持開展應用和開發(fā)方面的工作，兩者相輔相成，使機器人在法國企業(yè)界得以迅速發(fā)展和普及，從而使法國在國際工業(yè)機器人界擁有不可或缺的一席之地。 　　英國紀70年代末開始，推行并實施了一系措施列支持機器人發(fā)展的政策，使英國工業(yè)機器人起步比當今的機器人

46、大國日本還要早，并曾經取得了早期的輝煌。然而，這時候政府對工業(yè)機器人實行了限制發(fā)展的錯誤。這個錯誤導致英國的機器人工業(yè)一蹶不振，在西歐幾乎處于末位。近些年，意大利、瑞典、西班牙、芬蘭、丹麥等國家由于自身國內機器人市場的大量需求，發(fā)展速度非常迅速。目前，國際上的工業(yè)機器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC、松下、 FANLUC、不二越、川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的CO毗U及奧地利的工GM公司。 第二、國內工業(yè)機器人的發(fā)展 　　我國工業(yè)機器人起步于20世紀70年代初期，經過30多年發(fā)展，大致經歷了3個階段：70年代萌芽期，80年

47、代的開發(fā)期和90年代的應用化期。隨著 20世紀70年代世界科技快速發(fā)展，工業(yè)機器人的應用在世界掀起了一個高潮，在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機器人。進入20世紀80 年代后，隨著改革開放的不斷深入，在高技術浪潮的沖擊下，我國機器人技術的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持，“七五”期間，國家投入資金，對工定機器人及零部件進行攻關，完成了示教再現式工業(yè)機器人成套技術的開發(fā)，研制出了噴漆，點焊，弧焊和搬運機器人。，國家高技術研究發(fā)展計劃開始實施，經過幾年研究，取得了一大批科研成果。成功地研制出了一批特種機器人。 　　從2O世紀9O年代初期起，我國的國民經濟進入實現兩個根本轉變期，掀

48、起了新一輪的經濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業(yè)機器人又在實踐中邁進了一大步，先后研制了點焊，弧焊，裝配，噴漆，切割，搬運，碼垛等各種用途的工業(yè)機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批工業(yè)機器人產業(yè)化基地，為我國機器人產業(yè)的騰飛奠定了基礎。但是與發(fā)達國家相比，我國工業(yè)機器人還有很大差距。 　　目前，我國工業(yè)機器人公司主要有中國新松機器自動化股份有限公司和首鋼莫托曼機器人有限公司。隨著工業(yè)機器人發(fā)展的深度和廣度以及機器人智能水平的提高，工業(yè)機器人已在眾多領域得到了應用。從傳統(tǒng)的汽車制造領域向非制造領域延伸。如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)用于維護維修的機器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)

49、生、食品加工、生活服務等領域工業(yè)機器人的應用也越來越多。汽車制造是一個技術和資金高度密集的產業(yè)，也是工業(yè)機器人應用最廣泛的行業(yè)，幾乎占到整個工業(yè)機器人的一半以上。在我國，工業(yè)機器人最初也是應用于汽車和工程機械行業(yè)中。在汽車生產中工業(yè)機器人是一種主要的制動化設備，在整車及零部件生產的弧焊、點焊、噴涂、搬運、涂膠、沖壓等工藝中大量使用。據預測我國正在進入汽車擁有率上升時期，在未來幾年里，汽車仍將每年15％左右的速度增長。所以未來幾年工業(yè)機器人的需求將會呈現出高速增長趨勢，年增幅達到50％左右，工業(yè)機器人在我國汽車行業(yè)的應用將得到快速發(fā)展。 　　工業(yè)機器人除了在汽車行業(yè)的廣泛應用，在電子，食品加工

50、，非金屬加工，日用消費品和木材家具加工等行業(yè)對工業(yè)機器人的需求也快速增長。在亞洲，2005年安裝工業(yè)機器人72，600臺，與2004年相比，增長了40％，而應用在電子行業(yè)的就占了31％左右。在歐洲地區(qū)，據統(tǒng)計2005年與 2004年相l(xiāng)：tI業(yè)機器人在食品加工行業(yè)的應用增長了17％左右，在非金屬加工行業(yè)的應用增長了20％左右，在日用品消費行業(yè)增長了32％，在木材家具加工行業(yè)增長了18％左右。工業(yè)機器人在石油方面也有廣泛的應用，如海上石油鉆井、采油平臺、管道的檢測、煉油廠、大型油罐和儲罐的焊接等均可使用機器人來完成。在未來幾年，傳感技術，激光技術，工程網絡技術將會被廣泛應用在工業(yè)機器人工作領域，

51、這些技術會使工業(yè)機器人的應用更為高效，高質，運行成本低。據預測，今后機器人將在醫(yī)療、保健、生物技術和產業(yè)、教育、救災、海洋開發(fā)、機器維修、交通運輸和農業(yè)水產等領域得到應用。 　　在我國，工業(yè)機器人市場份額大部分被國外工業(yè)機器人企業(yè)占據著。在國際強手面前，國內的工業(yè)機器人企業(yè)面臨著相當大的競爭壓力。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，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)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，政府務必會加大對機器人的資金投入和政策支持，將會給工業(yè)機器人產業(yè)發(fā)展注入新的動力。 7工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢 工業(yè)機器人在許多生產領域的使用實踐證明，它在提高

52、生產自動化水平，提高勞動生產率和產品質量以及經濟效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關注。在新的世紀，機器人工業(yè)必將得到更加快速的發(fā)展和更加廣泛的應用。 1、 工業(yè)機器人的技術發(fā)展趨 從近幾年世界機器人推出的產品來看，工業(yè)機器人技術正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結構的模塊化和可重構化；控制技術的開放化、PC化和網絡化；伺服驅動技術的數字化和分散化；多

53、傳感器融合技術的實用化；工作環(huán)境設計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網絡化和智能化等方面。 2、工業(yè)機器人的產業(yè)發(fā)展趨勢 據UNECE/IFR預測，至2007年，全球新安裝裝機器人的數量將從2003年的81800套增至2007年的106000套，年平均增長7%。其中，日本2003-2007年工業(yè)機器人的銷售將從2003年的31600增長至2007年的41000套；歐洲2003-2007年工業(yè)機器人將從2003年的27100套增長至2007年的34000套；北美2003-2007年工業(yè)機器人市場每年平均增長5.8%，至2007年將增長到16000套。 8.工業(yè)機器人產業(yè)發(fā)展模式的

54、探討 縱觀世界各國在發(fā)展工業(yè)機器人產業(yè)過程，可歸納為三種不同的發(fā)展模式，即日本模式、歐洲模式和美國模式： 1、日本模式 此種模式的特點是：各司其職，分層面完成交鑰匙工程。即機器人制造廠商以開發(fā)新型機器人和批量生產優(yōu)質產品為主要目標，并由其子公司或社會上的工程公司來設計制造各行業(yè)所需要的機器人成套系統(tǒng)，并完成交鑰匙工程； 2、歐洲模式 此種模式的特點是：一攬子交鑰匙工程。即機器人的生產和用戶所需要的系統(tǒng)設計制造，全部由機器人制造廠商自己完成； 3、美國模式 此種模式的特點是：采購與成套設計相結合。美國國內基本上不生產普通的工業(yè)機器人，企業(yè)需要時機器人通常

55、由工程公司進口，再自行設計、制造配套的外圍設備，完成交鑰匙工程。 我國從上世紀80年代開始在高校和科研單位全面開展工業(yè)機器人的研究，近20年來取得不少的科研成果。但是由于沒有和企業(yè)有機地進行聯合，至今仍未形成具有影響力的產品和有規(guī)模的產業(yè)。目前國內除了一家以組裝為主的中日合資的機器人公司外，具有自主知識產權的工業(yè)機器人尚停留在高?；蚩蒲袉挝唤M織的零星生產，未能形成氣候。近10年來，進口機器人的價格大幅度降低，對我國工業(yè)機器人的發(fā)展造成了一定的影響，特別是我國自行制造的普通工業(yè)機器人在價格上根本無法與之競爭。特別是我國在研制機器人的初期，沒有同步發(fā)展相應的零部件產業(yè)，使得國內企業(yè)在生產的機器

56、人過程中，只能依賴配套進口的零部件，更削弱了我國企業(yè)的價格競爭力。 9. 結論 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)機器人技術的研究開發(fā)與生產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)要認識到以下幾點情況:第一,工業(yè)機器人技術是我國由制造大國向制造強國轉變的主要手段和途徑,政府要對國產工業(yè)機器人有更多的政策與經濟支持,參考國外先進經驗,加大技術投入與改造;第二,在國家的科技發(fā)展計劃中,應該繼續(xù)對智能機器人研究開發(fā)與應用給予大力支持,形成產品和自動化制造裝備同步協(xié)調的新局面;第三,部分國產工業(yè)機器人已經與國外相當,企業(yè)采購工業(yè)機器人時不要盲目進口,應該綜合評估,立足國產。