工业机器人专题报告

摘要：工业机器人的应用越来越广泛，需求越来越大，其技术研究与发展越来越深入。这将提高社会生产率与产品质量，为社会创造巨大的财富！

关键词：工业机器人、发展现状、未来走向

引言

工业机器人诞生于20 世纪60 年代,在20 世纪90 年代得到迅速发展,是最先产业化的机器人技术。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

一、

工业机器人

工业机器人是将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的机构联接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人还可以接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现”。

1962年美国推出的一些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形主要由类似人的手和臂组成。后来，出现了具有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。

工业机器人最显著的特点有以下几个：

(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。

(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。

(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。

二、

我国工业机器人发展现状

我国的工业机器人研究开始于20世纪70年代，大体可分为4个阶段，即理论研究阶段、样机研发阶段、示范应用阶段和初步产业化阶段。

前期理论研究开始于20世纪70年代至80年代初期，研究单位分布在国内部分高校。这一阶段由于当时国家经济条件等因素的制约，主要从事工业机器人基础理论的研究，在机器人运动学、机构学等方面取得了一定的进展，为后续工业机器人的研究奠定了基础。

进入20世纪80年代中期，随着工业发达国家开始大量应用和普及工业机器人，我国工业机器人的研究得到政府的重视和支持。国家组织了对工业机器人需求行业的调研，投入大量的资金开展工业机器人的研究，进入了样机开发阶段。

20世纪90年代为工业机器人示范应用阶段。为促进高技术发展与国民经济主战场的密切衔接，确定了特种机器人与工业机器人及其应用工程并重、以应用带动关键技术和基础研究的发展方针。这一阶段共研制出平面关节型装配机器人、直角坐标机器人、弧焊机器人、点焊机器人及自动引导车等7种工业机器人系列产品，102种特种机器人，实施了100余项机器人应用工程。其中58项关键技术和应用基础技术研究成果达到国际先进水平，先后获得国家科技进步奖2l项，省部级科技进步奖116项，发明专利38项，实用新型专利125项。同时为了促进国产机器人的产业化，90年代末，建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地，包括沈阳自动化研究所的新松机器人公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、北京机械工业自动化研究所机器人开发中心等，为发展我国机器人产业奠定了基础。

进入21世纪，国家中长期科学和技术发展规划纲要突出增强自主创新能力这一条主线，着力营造有利于自主创新的政策环境，加快促进企业成为创新主体，大力倡导企业为主体，产学研紧密结合。国内一大批企业或自主研制或与科研院所合作，进入工业机器人研制和生产行列，我国工业机器人进入了初步产业化阶段。

综上，我国工业机器人的发展经历了一系列国家攻关。计划支持的应用工程开发，奠定了我国独立自主发展机器人产业的基础。但是，我国工业机器人在总体技术上与国外先进水平相比还有很大差距，仅相当于国外90年代中期的水平。目前工业机器人的生产规模仍然不大，多数是单件小批生产，关键配套的单元部件和器件始终处于进口状态，工业机器人的性价比较低。伴随我国经济的高速增长，以汽车等行业需求为牵引，我国对工业机器人需求量急剧增加，国际工业机器人知名企业如ABB、FANAC等纷纷在中国建厂，国外知名品牌工业机器人价格逐年下降，制约了我国工业机器人产业的形成和实现规模化的发展，我国工业机器人新装机量近90%仍依赖进口。

三、

工业机器人的未来走向

从近几年国外知名企业推出和正在研制的产品来看，新一代工业机器人正在向智能化、柔性化、网络化、人性化、编程图形化发展。

（1）结构的模块化、可重构化。

研究机构、控制与感知的可重构技术，通过快速重构生成适应新环境、新任务的机器人系统，体现出良好的作业柔性。

（2）控制系统的开放化、网络化。

研究控制系统的可扩展性、互操作性、可移植性、可裁减性，机器人由独立系统向群体系统发展。

（3）驱动系统的数字化、分散化。

通过分布式控制、远程联网和现场控制，实现机器人驱动系统的数字化和网络化的运动控制。

（4）多传感器融合的实用化。

协同感知系统的实用化及高效可行（特别是针对非线性、非平稳、非正态分布的现实信息）的多传感器融合算法。

（5）机器人作业的人性化、集成化。

研究以人为核心的作业系统，实现作业过程中机器人群体协调、群智能和人机和谐共存。

（6）人机交互的图形化、三维全息化。

全浸入式图形化环境、三维全息环境建模、真三维虚拟现实装置以及力、温度、振动等多物理作用效应人机交互装置。

美国、欧洲、日本等国分别在未来工业机器人的研发中强调了新型人机合作的重要性。奥巴马宣布美国国家机器人计划：创造可与人类操作员密切配合的下一代机器人，使机器人更聪明、更安全，作为人类合作者（Co-robot），使工厂工人有能力完成难以实现的关键任务。欧洲提出了未来十年建设“欧洲机器人技术平台EUROP”的战略规划，力图构造出产业工人的Co-Worker，以图重振欧洲制造业。实现机器人与人共用工具、设备及工作空间，以助手等更为自然的方式为人类提供服务等功能。达到机器人与人类生活行为环境以及人类自身和谐共处的目标。这需要解决多个关键问题，包括：机器人本质安全问题，保障机器人与人、环境间的绝对安全共处；任务环境的自主适应问题，自主适应个体差异、任务及生产环境；多样化器具的操作问题，灵活使用各种器具完成复杂操作；人-机高效协同问题，准确理解人的需求并主动协助。

四、

结束语

工业机器人的诞生和机器人学的建立，无疑是21世纪人类科学技术的重大成就。工业机器人市场竞争越来越激烈,中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战,加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的主要途径。工业机器人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径,政府要对国产工业机器人有更多的政策与经济支持,参考国外先进经验,加大技术投入与改造。工业机器人产业和技术的发展必将大大加速我国制造业的崛起。

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