工業(yè)機(jī)器人技術(shù)體系

1、.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)體系梳理分析隨著我國生產(chǎn)力的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深入，相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)（尤其是信息技術(shù)）研究的巨大進(jìn)步，電機(jī)、IC、工業(yè)計算機(jī)等機(jī)器人基礎(chǔ)部件的性能不斷提高，成本不斷降低，機(jī)器人的發(fā)展正面臨重大發(fā)展機(jī)遇。大力發(fā)展智能機(jī)器人的核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國在制造業(yè)方面的成本優(yōu)勢，鼓勵和扶持一批大中型企業(yè)發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，早日成為智能機(jī)器人的研發(fā)和制造大國，對于提升國家競爭力具有重要的戰(zhàn)略意義。對工業(yè)機(jī)器人的定義各國并不統(tǒng)一。GB/T 12643-1997認(rèn)為：“（操作型）工業(yè)機(jī)器人是自動控制的，可重復(fù)編程，多用途，并可對三個和三個以上軸進(jìn)行編程?？梢允枪潭ㄊ交蛞苿邮?，在工業(yè)自動

2、化中使用”?？梢姡I(yè)機(jī)器人多指面向工業(yè)領(lǐng)域的，可編程并實現(xiàn)多種用途的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用是我國裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要手段和內(nèi)容，這對于上海地區(qū)更具有現(xiàn)實意義。工業(yè)機(jī)器人可以在以下幾方面發(fā)揮重要作用：產(chǎn)品的復(fù)雜化、多樣化，生產(chǎn)的周期縮短要求產(chǎn)品的可靠性、精度等得到更有效的控制，避免人為因素的干擾；“以人為本”和人力成本的提高要求把勞動力從單調(diào)、枯燥、有危害的環(huán)境中解放出來；市場經(jīng)濟(jì)要求企業(yè)不斷提高勞動生產(chǎn)率，增強(qiáng)核心競爭力；用戶的個性化需求要求不斷降低生產(chǎn)調(diào)整時間，提高生產(chǎn)過程的“柔性”。1 工業(yè)機(jī)器人行業(yè)現(xiàn)狀 工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)可分成幾種類型：（1） 國際機(jī)器

3、人公司及合資公司跨國企業(yè)：發(fā)那科、庫卡、ABB、安川電機(jī)、川崎等。合資企業(yè)：首鋼莫托曼等。（2） 已形成產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)骨干機(jī)器人企業(yè)沈陽新松機(jī)器人公司、海爾機(jī)器人公司、奇瑞機(jī)器人公司等。（3） 機(jī)床企業(yè)的機(jī)器人(設(shè)備)部門沈陽機(jī)床、華中數(shù)控、大連機(jī)床、友嘉等機(jī)床企業(yè)都在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人研發(fā)，初步形成產(chǎn)業(yè)化的只有廣州數(shù)控。（4） 小型機(jī)器人專業(yè)公司 生產(chǎn)某些類型或系列的機(jī)器人產(chǎn)品或從事集成、應(yīng)用開發(fā)。2 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)器人主要產(chǎn)銷國日本2010年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用在：裝配（普通裝配、貼片、釬焊、涂膠等）、焊接（弧焊、點焊、氣焊等）、凈室（平板顯示、半導(dǎo)體等）、原料輸送、注塑、涂裝

4、、機(jī)械加工（上下料、切割等）及其它領(lǐng)域（按銷售額遞減排序）。08、09年資料也表明，中國工業(yè)機(jī)器人的主要種類為搬運、焊接和凈室，應(yīng)用行業(yè)為汽車及零部件、電子電器和化工（塑料和橡膠）等。和全球工業(yè)機(jī)器人情況類似，所占比例略有不同。3 工業(yè)機(jī)器人主流產(chǎn)品（1） 焊接機(jī)器人 包括點焊、弧焊、激光焊等。主要用于汽車整車、零部件的焊接工作。（2） 搬運機(jī)器人 用于機(jī)床上下料、碼垛搬運、沖壓自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線等。（3） 裝配機(jī)器人 用于普通裝配、貼片工藝、釬焊、鉆孔和連接（鉚接、螺栓連接、粘接）等。（4） 噴涂機(jī)器人 用于汽車、馬達(dá)、箱體、工程機(jī)械等的噴涂生產(chǎn)線。（5） 凈室機(jī)器人 在潔凈環(huán)境中

5、使用的機(jī)器人，多用于電子電器行業(yè)。（6） 真空機(jī)器人 多用于半導(dǎo)體工業(yè)中，實現(xiàn)晶圓在真空環(huán)境中的傳輸。4 上海在工業(yè)機(jī)器人方面的技術(shù)水平上海市已成功研制了“上海一號”、“上海二號”、“上海三號”、“上海四號”等工業(yè)機(jī)器人，在機(jī)器人優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)及驅(qū)動系統(tǒng)等積累了多年的研發(fā)經(jīng)驗。在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，已掌握多關(guān)節(jié)、橋架、碼垛等工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)及周邊自動化設(shè)備集成技術(shù)，具備搬運、點焊、弧焊、噴漆、裝配等機(jī)器人工作單元成套、成線能力。5 未來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的要求（1） 注重功能組件核心技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化開展面向應(yīng)用的機(jī)器人核心部件的國產(chǎn)化開發(fā)（機(jī)器人用伺服系統(tǒng)、機(jī)器人控制器、機(jī)器人智能控

6、制技術(shù)、高精度減速機(jī)等），把企業(yè)行為提升為國家行為；深入開展機(jī)器人控制技術(shù)的研究。提升機(jī)器人的高速平穩(wěn)性、動態(tài)跟蹤精度、智能控制等方面的性能。（2） 著力提升機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性和產(chǎn)業(yè)體系的建立。從樣機(jī)到成熟產(chǎn)品要通過長時間應(yīng)用驗證和不斷改進(jìn)，需要由企業(yè)牽頭開展國產(chǎn)機(jī)器人穩(wěn)定性、可靠性等問題的研究和應(yīng)用測試；加強(qiáng)研發(fā)、加工、裝配、檢測、維護(hù)、管理等機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系的建立。（3） 瞄準(zhǔn)未來，支持研發(fā)智能型工業(yè)機(jī)器人技術(shù)（一） 主流產(chǎn)品體系架構(gòu)及研發(fā)重點產(chǎn)品分類體系、功能模塊分解1 產(chǎn)品分類體系工業(yè)機(jī)器人的分類方法眾多，可以按照運動機(jī)構(gòu)分（直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型、移動型），按照驅(qū)

7、動方式分（電力、液壓、氣動驅(qū)動），按照運動方式分（點位控制、連續(xù)軌跡控制），按程序輸入方式分（編程輸入、示教輸入）及按照完成功能（操作、移動）等。根據(jù)1990年工業(yè)機(jī)器人國際標(biāo)準(zhǔn)大會的文件，把工業(yè)機(jī)器人按控制方式分為四類2：（1） 順序型。這類機(jī)器人擁有規(guī)定的程序動作控制系統(tǒng)；（2） 沿軌跡作業(yè)型。這類機(jī)器人執(zhí)行某種移動作業(yè)，如焊接。噴漆等；（3） 遠(yuǎn)距作業(yè)型。比如在月球上自動工作的機(jī)器人；（4） 智能型。這類機(jī)器人具有感知、適應(yīng)及思維和人機(jī)通信機(jī)能；能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；能按照人的指令自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動完成更為復(fù)雜的工作。目前，機(jī)器人強(qiáng)國日本的工業(yè)機(jī)器人已在第發(fā)展（3）、（

8、4）類工業(yè)機(jī)器人的路上取得了舉世矚目的成就。國內(nèi)應(yīng)用大多局限在（1）、（2）類上，某些大公司的產(chǎn)品中部分單元模塊（如視覺）體現(xiàn)出智能化，但整體智能化水平不高。2 產(chǎn)品功能模塊工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品主要由本體、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)等部分組成。（1） 本體，即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即機(jī)械殼體部分）包括機(jī)械臂、腕部和手部，有的機(jī)器人還有移動機(jī)構(gòu)；機(jī)械主體占全部成本的15%左右，國產(chǎn)化程度最高，很多國外機(jī)器人的本體也叫國內(nèi)工廠代工。（2） 驅(qū)動系統(tǒng)，包括動力裝置和傳動機(jī)構(gòu)用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)動作的裝置。國產(chǎn)伺服電機(jī)、驅(qū)動器、減速器等與歐洲和日本的產(chǎn)品還有較大差距。主要表現(xiàn)在對運動控制核心技術(shù)和制造工藝的掌

9、握上；高精度減速機(jī)的國產(chǎn)化也是影響工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的難題，其它大部份關(guān)鍵部件則要依賴進(jìn)口，使國內(nèi)機(jī)器人成本居高不下。（3） 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動作的時間等，我國缺少機(jī)器人控制器和相應(yīng)機(jī)器人控制器硬件平臺。（4） 感知系統(tǒng)是實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與人、環(huán)境互操作的人機(jī)接口，也是工業(yè)機(jī)器人智能化以完成更復(fù)雜操作的必備條件。由各種傳感器和接口組成。3 智能型工業(yè)機(jī)器人研究的重要領(lǐng)域（1） 面向與人類近距離或有接觸作業(yè)的高負(fù)載自重比機(jī)械臂的安全性、輕型化、靈巧性技術(shù)；（2） 基于新

10、材料（如碳纖維材料）機(jī)構(gòu)輕量化、模塊化設(shè)計、加工工藝，基于力反饋的安全性控制和柔順控制等方法；（3） 面向運動的核心部件，包括電機(jī)總成、驅(qū)動器、控制器、傳感器及大載荷、高功率比密度結(jié)構(gòu)與驅(qū)動集成設(shè)計等，制定各硬件模塊互聯(lián)的接口標(biāo)準(zhǔn)；（4） 提高工業(yè)機(jī)器人安全防護(hù)性及系統(tǒng)可靠性的措施；（5） 控制與規(guī)劃；（6） 高精度和健壯性的傳感器；（7） 人機(jī)接口方式；（8） 機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)；（9） 自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)性；（10） 建模仿真及分析；（11） 低成本技術(shù)。區(qū)域重點產(chǎn)品或方向根據(jù)上海市“兩個中心”的定位和產(chǎn)業(yè)布局，建議：重點發(fā)展面向汽車、電子電器行業(yè)、飛機(jī)制造、光伏、風(fēng)電設(shè)備制造等產(chǎn)業(yè)需求的工業(yè)機(jī)器

11、人；著力提高傳統(tǒng)汽車行業(yè)國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人運行的可靠性；長期、持續(xù)投入，深入開展新一代智能型工業(yè)機(jī)器人的研究。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，日、韓等國近年來在電子電器行業(yè)銷售額增長迅速，而在汽車焊接等傳統(tǒng)領(lǐng)域有所下降。長三角地區(qū)是中國電子電器行業(yè)的心臟，也是勞動密集型企業(yè)的聚集地，在此行業(yè)大力推廣工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品具有特殊意義。該行業(yè)對應(yīng)的機(jī)器人類型主要有：小型裝配機(jī)器人（裝配、貼片、釬焊等）、凈室加工機(jī)器人、真空機(jī)器人等。積極探索面向飛機(jī)制造、新能源汽車、太陽能發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等新興產(chǎn)業(yè)的工業(yè)機(jī)器人和柔性自動化生產(chǎn)線的開發(fā)。目前，庫卡等機(jī)器人國際巨頭已經(jīng)開始面向這些新興產(chǎn)業(yè)所需產(chǎn)品的研發(fā)和布局。汽車及零部件生產(chǎn)是

12、上海的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，也是工業(yè)機(jī)器人使用量最大的行業(yè)。典型類型有：點焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、涂裝機(jī)器人等。在此應(yīng)著力開展國產(chǎn)機(jī)器人運行可靠性的研究和測試，大力推廣國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人及相關(guān)設(shè)備。加大投入，開展新一代智能化工業(yè)機(jī)器人長期、持續(xù)的研發(fā)和應(yīng)用測試。爭取在高起點上與主要機(jī)器人生產(chǎn)大國的技術(shù)水平同步，避免始終走重復(fù)研究、追趕國外技術(shù)的老路。（二） 關(guān)鍵技術(shù)體系分析關(guān)鍵技術(shù)體系框架1 整機(jī)設(shè)計制造技術(shù)2 機(jī)器人控制技術(shù)3 可重構(gòu)裝配技術(shù)4 末端執(zhí)行器5 機(jī)器人協(xié)作6 人機(jī)合作7 非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的信息感知8 建模及仿真技術(shù)實現(xiàn)方案和路徑：主流的、潛在的1 整機(jī)設(shè)計制造技術(shù)以往工業(yè)機(jī)器人的研究方法主要在

13、借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，造成自身創(chuàng)新技術(shù)少，基礎(chǔ)零部件制造能力和關(guān)鍵技術(shù)落后，制約了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。應(yīng)著力解決工業(yè)機(jī)器人的整機(jī)設(shè)計制造能力，大力支持高性能伺服電機(jī)、基于高速總線的新型控制器、高精度減速器、健壯性高精度傳感器等機(jī)器人關(guān)鍵部件設(shè)計制造技術(shù)的研發(fā)，加速機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化和高端制造業(yè)發(fā)展步伐。通過5-15年的長期研究開發(fā)，下列目標(biāo)可能得到突破：短期（2015）：初步解決關(guān)鍵部件的設(shè)計制造技術(shù)，設(shè)計開發(fā)汽車、電子工業(yè)中常用主流型號的機(jī)器人，具備機(jī)器人整機(jī)設(shè)計及制造能力。中期（2020）：解決機(jī)器人關(guān)鍵部件的設(shè)計制造技術(shù)，電子、汽車等主流行業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品系列化、產(chǎn)業(yè)化，在飛機(jī)制造、

14、太陽能發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等新興產(chǎn)業(yè)開發(fā)出亟需的典型產(chǎn)品和配套自動化生產(chǎn)線。短期（2025）：完全掌握代表世界先進(jìn)水平的機(jī)器人關(guān)鍵部件的設(shè)計制造，成為相關(guān)產(chǎn)品的主要研發(fā)、制造基地之一。智能型工業(yè)機(jī)器人及配套生產(chǎn)線的設(shè)計制造能力達(dá)到國際同類水平2 機(jī)器人控制技術(shù)機(jī)器人控制技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)的核心，直接影響著機(jī)器人性能。為提高機(jī)器人的動態(tài)響應(yīng)、軌跡跟蹤精度、抑制運動中的振動等，除了關(guān)注機(jī)器人控制器，還要注重機(jī)器人控制方法和相關(guān)軟件的研究和開發(fā)。加強(qiáng)對與人類近距離或有接觸作業(yè)的“人機(jī)合作”環(huán)境中控制技術(shù)的研究。經(jīng)過不斷的研究工作，希望在5-15年內(nèi)在以下方面實現(xiàn)突破：短期（2015）：為電子、汽車工業(yè)中

15、常用主流型號機(jī)器人及其組成的自動化生產(chǎn)線控制提供技術(shù)支持和配套的控制軟件，在基于力反饋的安全性控制、柔順控制和多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制方面取得明顯進(jìn)展。中期（2020）：提供滿足主流行業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)中工業(yè)機(jī)器人控制要求的控制技術(shù)，開發(fā)具有預(yù)測功能、分布式、自調(diào)整的自整定控制器。長期（2025）：為智能型工業(yè)機(jī)器人及配套生產(chǎn)線提供技術(shù)支撐，開展容錯、自動可重組控制器的研究。 3 末端執(zhí)行器國內(nèi)使用的機(jī)械手等機(jī)器人末端執(zhí)行器在力量和速度上已獲得很大發(fā)展，但在完成抓取細(xì)小物體等靈巧操作任務(wù)時與國外產(chǎn)品差距很大。因為要達(dá)到的操作性能往往受到機(jī)器視覺、運動規(guī)劃、高性能傳感器、數(shù)據(jù)處理方法等諸多條件的限制。經(jīng)過5-

16、15年長期研發(fā)后，希望未來的末端執(zhí)行器能夠達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：應(yīng)用具有幾個關(guān)節(jié)、復(fù)雜程度較低的專用末端執(zhí)行器在特定的工業(yè)環(huán)境下實現(xiàn)抓、拾、放等簡單操作，能完成一般經(jīng)濟(jì)精度的裝配工作。中期（2020）：用中等復(fù)雜程度的多關(guān)節(jié)末端執(zhí)行器實現(xiàn)對工業(yè)環(huán)境下典型工件、工具的抓取和實現(xiàn)一定的靈巧動作，對典型零部件完成精度較高的裝配。長期（2025）：用具有類似人的觸覺傳感器和高性能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器進(jìn)行復(fù)雜程度很高的抓取，實現(xiàn)工業(yè)環(huán)境下需要的各種靈巧動作，完成復(fù)雜的裝配工作。4 可重構(gòu)的裝配生產(chǎn)線目前從設(shè)計到產(chǎn)品推出的開發(fā)周期仍然過長，大量的時間花費在新產(chǎn)品生產(chǎn)前的設(shè)備調(diào)整、調(diào)試上，要求未來

17、設(shè)備應(yīng)具有自適應(yīng)性強(qiáng)的可重構(gòu)生產(chǎn)能力，體現(xiàn)設(shè)備的“柔性”。在未來5-15年間希望通過持續(xù)的研發(fā)，達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：在較短的時間內(nèi)完成包括工業(yè)機(jī)器人、刀具安裝到附屬設(shè)備安裝在內(nèi)的典型新產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線的安裝、調(diào)配、編程、調(diào)試等工作。中期（2020）：在24小時內(nèi)完成包括工業(yè)機(jī)器人、刀具安裝到附屬設(shè)備安裝在內(nèi)的典型新產(chǎn)品生產(chǎn)線的安裝、調(diào)配、編程、調(diào)試等工作。長期（2025）：在5-8小時內(nèi)完成包括工業(yè)機(jī)器人、刀具安裝到附屬設(shè)備安裝在內(nèi)的典型新產(chǎn)品生產(chǎn)線的安裝、調(diào)配、編程、調(diào)試等工作，包括工業(yè)機(jī)器人、工具和其它外部設(shè)備等。5 機(jī)器人協(xié)作機(jī)器人協(xié)作是多個機(jī)器人共同完成或分工完成復(fù)雜任務(wù)，工

18、作過程涉及多臺機(jī)器人的任務(wù)規(guī)劃、協(xié)調(diào)控制等，是分布式人工智能理論的典型應(yīng)用。目前，協(xié)作中控制任務(wù)通常預(yù)先人工設(shè)定和劃分，在中央控制單元控制下由各臺機(jī)器人分別執(zhí)行。經(jīng)過5-15年的長期研發(fā)，未來的機(jī)器人協(xié)作希望達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：能夠協(xié)作完成如汽車焊接、噴涂、裝配等系列工作，采用集中控制、通信和公共地圖，為各臺機(jī)器人分別劃分任務(wù)。中期（2020）：為團(tuán)隊確定明確的任務(wù)，采用分布式控制和內(nèi)部智能通信實現(xiàn)任務(wù)協(xié)作。粒子群理論和規(guī)則得到應(yīng)用。長期（2025）：由機(jī)器人自主進(jìn)行任務(wù)的獲取和分配，完成協(xié)作任務(wù)。6 人機(jī)合作人與機(jī)器人共存、合作共處的工作環(huán)境是未來工廠的普遍場景，在這種生產(chǎn)線中，

19、工業(yè)機(jī)器人以人類助手或智能機(jī)器等多種方式與人合作。因此需要在人機(jī)接口、安全性等方面進(jìn)行深入研究。經(jīng)過5-15年的長期的研發(fā)，未來的人-機(jī)器人合作（co-robot）希望達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：機(jī)器人能夠理解人的自然語言、肢體語言等，能根據(jù)人的要求，在一段不需要人干預(yù)的時間（5個小時）完成生產(chǎn)線上的簡易裝配。中期（2020）：機(jī)器人有效理解人的自然語言、肢體語言等，根據(jù)人的要求要求完成生產(chǎn)線上較復(fù)雜的裝配任務(wù)，維持10-20小時不需要人的干預(yù)。長期（2025）：機(jī)器人有效理解理解人的自然語言、肢體語言等，根據(jù)人的要求與人共處，完成生產(chǎn)線的復(fù)雜裝配任務(wù)，維持40-60小時不需要人干預(yù)。7

20、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的信息感知面向小批量、多樣化客戶需求的柔性自動化生產(chǎn)線需要工業(yè)機(jī)器人的智能化水平更高，能夠在與人近距離接觸的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中安全運行，這就要求工業(yè)機(jī)器人的信息感知能力大幅提升。信息感知能力與傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，它們?yōu)闄C(jī)器人的信息獲取提供保障。經(jīng)過5-15年的深入研究，在機(jī)器人信息感知方面希望達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：三維視覺、力覺及其它傳感技術(shù)獲得長足發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化典型工作環(huán)境下（針對典型產(chǎn)品）可利用感知到的三維信息完成批量操作任務(wù)。中期（2020）：利用信息感知技術(shù)完成小規(guī)模、成批生產(chǎn)任務(wù)，使工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用到小型加工企業(yè)

21、；長期（2025）：利用信息感知技術(shù)，使工業(yè)機(jī)器人可以完成單件個性化生產(chǎn)需求。8 建模及仿真建立數(shù)學(xué)模型的是對現(xiàn)實世界的一種描述方式。雖然在很多領(lǐng)域都會用到這種方法，但由于工業(yè)機(jī)器人的多自由度機(jī)電一體化系統(tǒng)的特點和運動形態(tài)，決定其在設(shè)計制造過程中對實際對象及組件進(jìn)行建模、仿真顯得格外重要。在數(shù)學(xué)建模方面我國有較好的理論基礎(chǔ)和人才儲備，希望經(jīng)過5-15年的深入研究，在這方面不斷取得進(jìn)展，達(dá)到如下目標(biāo)：短期（2015）：探索建立描述機(jī)器人模型的標(biāo)準(zhǔn)語言；中期（2020）：形成描述機(jī)器人模型的標(biāo)準(zhǔn)語言，采用優(yōu)化算法建立了可互換的模型。長期（2025）：完成對機(jī)器人和環(huán)境狀態(tài)的精確判斷，實現(xiàn)實時動態(tài)建

22、模。（三） 技術(shù)體系圖表1智能機(jī)器人總體技術(shù)體系圖: 上海的優(yōu)勢技術(shù) : 共性技術(shù) ：能突破的技術(shù) ：能沖擊市場的技術(shù) ：必要的基礎(chǔ)技術(shù) ：必要的安全性技術(shù) ：標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)核心零部件技術(shù)要素技術(shù)現(xiàn)狀和課題今后的舉措技術(shù)實現(xiàn)路徑技術(shù)評價 機(jī)器人本體機(jī)器人本體優(yōu)化設(shè)計；高負(fù)載自重比執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安全性、輕型化和靈巧性現(xiàn)階段技術(shù)：結(jié)構(gòu)、功能相對單一；執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載自重比有待提高；末端執(zhí)行器的柔性和靈巧性不強(qiáng)現(xiàn)在：對機(jī)器人本體開展新結(jié)構(gòu)、功能和設(shè)計方法的研究；針對新興產(chǎn)業(yè)和中小企業(yè)需求，開展機(jī)器人本體的研究工作 下階段技術(shù)：功能拓展和結(jié)構(gòu)優(yōu)化；高負(fù)載自重比執(zhí)行機(jī)構(gòu)剛度、安全性；末端執(zhí)行器的輕型、精密性3-5年

23、：進(jìn)一步提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載自重比；對機(jī)構(gòu)的模塊化、可重構(gòu)技術(shù)作研究依托材料科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料長遠(yuǎn)技術(shù)：靈巧型機(jī)械手5-10年靈巧型機(jī)械手的研究推動企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊和專業(yè)研究機(jī)構(gòu)在智能、靈巧型機(jī)械手方面的長期合作精密減速器諧波減速器、FA擺線針輪減速器、RV渦輪減速器制造技術(shù)現(xiàn)階段技術(shù)：有技術(shù)積累和國內(nèi)替代產(chǎn)品，在輸出扭矩高度、精度、效率、壽命上差距較大現(xiàn)在：開展高精密諧波減速器、FA減速器制造工藝的研究制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引導(dǎo)政策下階段技術(shù)：提高制作工藝水平，降低成本3-5年： 激勵重點科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)界合作研發(fā)長遠(yuǎn)技術(shù)：開發(fā)5-10年加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程伺服電機(jī)和驅(qū)動器伺服電機(jī)及

24、驅(qū)動器的設(shè)計、制造技術(shù)；現(xiàn)階段技術(shù)：同步交流伺服電機(jī)、直接驅(qū)動進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器的制造技術(shù)現(xiàn)在：全數(shù)字交流伺服驅(qū)動控制和絕對位置反饋繼續(xù)推進(jìn)大功率交流永磁同步電機(jī)及驅(qū)動部分的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化下階段技術(shù)發(fā)展機(jī)器人專用的伺服電機(jī)和驅(qū)動器，采用高速通訊總線；3-5年：研究高效控制驅(qū)動算法，提高響應(yīng)速度和控制精度； 長遠(yuǎn)技術(shù)：高效、低能耗、安全、高扭矩執(zhí)行元件（電、氣、液）及驅(qū)動器5-10年智能材料應(yīng)用；高效氣動、液壓執(zhí)行元件開發(fā)嵌入式控制器控制器設(shè)計、開放式標(biāo)準(zhǔn)化的體系結(jié)構(gòu)、控制方式和算法現(xiàn)階段技術(shù)：用運動控制卡、嵌入式控制系統(tǒng)、以工控機(jī)和實時系統(tǒng)為核心的機(jī)器人控制軟件系統(tǒng)，可實現(xiàn)全數(shù)字協(xié)調(diào)運動控制現(xiàn)在

25、：研發(fā)機(jī)器人控制器硬件平臺，提高控制精度，降低控制器成本，提高人機(jī)界面的友好性； 下階段技術(shù)開放性、模塊化的體系結(jié)構(gòu)；模塊化、層次化的通用軟件包；網(wǎng)絡(luò)化控制器技術(shù)3-5年：基于力反饋的安全性控制和柔順控制；多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制制定硬件模塊互聯(lián)的接口標(biāo)準(zhǔn)長遠(yuǎn)技術(shù)：提高智能化控制水平5-10年機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化；基于PC機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化控制器； 傳感器傳感器的可靠性；新型傳感器開發(fā)；信息融合；智能傳感器現(xiàn)階段技術(shù)：視覺、力覺等主要傳感器得到使用；提高現(xiàn)有傳感器的精度和可靠性；現(xiàn)在： 集成電機(jī)、驅(qū)動器和傳感器的驅(qū)動單元；視覺圖像識別下階段技術(shù)實用性的多傳感器信息融合算法3-5年：三維視

26、覺傳感器長遠(yuǎn)技術(shù)：類皮膚的多傳感器陣列；人機(jī)交互中的智能感知技術(shù)5-10年生物信號和肢體運動信號采集、識別、理解的算法及實現(xiàn)技術(shù)表2工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品體系圖產(chǎn)品類別產(chǎn)品領(lǐng)域主要用途研究開發(fā)的方向工業(yè)機(jī)器人焊接（電焊、弧焊、氣焊、激光焊等）l 汽車及零部件l 工程機(jī)械l 飛機(jī)制造 焊縫實時智能跟蹤及反饋 計算機(jī)離線示教和仿真 非線性非平穩(wěn)情形下的多傳感器融合算法 焊縫識別和導(dǎo)引技術(shù) 焊縫成形質(zhì)量控制方法 多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù) 特殊環(huán)境下的焊接機(jī)器人技術(shù)裝配（普通裝配、貼片技術(shù)、釬焊、制孔及連接、密封涂膠等）l 電子電器l 金屬制品及機(jī)械l 飛機(jī)裝配 機(jī)器人裝配系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù) 低成本可重構(gòu)柔性工裝技

27、術(shù) 多功能末端執(zhí)行器技術(shù) 裝配系統(tǒng)集成控制技術(shù) 數(shù)字化測量輔助高精度定位技術(shù) 離線編程與仿真技術(shù) 多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)搬運（物料運輸、上下料）l 金屬制品及機(jī)械l 電子電器l 汽車及零部件 路徑規(guī)劃 自動導(dǎo)航技術(shù) 避障 多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制 非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的信息感知潔凈l 電子電器（半導(dǎo)體加工） 潔凈潤滑技術(shù) 高速平穩(wěn)控制技術(shù) 控制器的小型化技術(shù) 非接觸晶圓檢測技術(shù)噴涂l 汽車及零部件l 工程機(jī)械l 飛機(jī)制造l 電器l 搪瓷 路徑規(guī)劃 位姿精度與標(biāo)定 噴涂機(jī)器人的控制算法 離線編程與仿真技術(shù)表工業(yè)機(jī)器人技術(shù)體系圖：上海的優(yōu)勢技術(shù)：共性技術(shù)：能突破的技術(shù)：能沖擊市場的技術(shù)：必要的基礎(chǔ)技術(shù)：必要的安全性技

28、術(shù)：標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)產(chǎn)品領(lǐng)域功能分類技術(shù)要素技術(shù)現(xiàn)狀和課題今后的舉措技術(shù)實現(xiàn)路徑技術(shù)評價 電子電器汽車及零配件 飛機(jī)制造、太陽能發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備等等新興產(chǎn)業(yè)工業(yè)機(jī)器人及配套生產(chǎn)線整機(jī)設(shè)計制造技術(shù)現(xiàn)階段技術(shù)：創(chuàng)新技術(shù)少，基礎(chǔ)零部件制造能力和關(guān)鍵技術(shù)落后現(xiàn)在：外購關(guān)鍵零部件，進(jìn)行系統(tǒng)集成和應(yīng)用研究國家主導(dǎo)，產(chǎn)、學(xué)、研、用合作開發(fā)機(jī)器人關(guān)鍵部件、主流型號機(jī)器人及配套生產(chǎn)線下階段技術(shù)：解決關(guān)鍵部件的設(shè)計制造技術(shù), 具備機(jī)器人整機(jī)設(shè)計及制造能力3-5年：設(shè)計開發(fā)電子、汽車工業(yè)中常用主流型號的機(jī)器人長遠(yuǎn)技術(shù)：徹底解決工業(yè)機(jī)器人整機(jī)及配套生產(chǎn)線的設(shè)計制造技術(shù)5-10年主流行業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品實現(xiàn)系列化、產(chǎn)業(yè)化控制系統(tǒng)機(jī)器人控制技術(shù)現(xiàn)階段技術(shù)：在運動控制和伺服電機(jī)的控制理論與制造工藝上與歐美日差距較大現(xiàn)在：繼續(xù)開發(fā)具有高速總線接口的嵌入式控制器、同步交流伺服電機(jī)、集成式伺服驅(qū)動控制器國家主導(dǎo)，產(chǎn)、學(xué)、研、用合作開發(fā)機(jī)器人關(guān)鍵部件、主流型號機(jī)器人及配套生產(chǎn)線下階段技術(shù)：在基于力反饋的安全性控制、柔順控制和多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制方面取得進(jìn)展3-5年：開發(fā)開放的機(jī)器人控制器硬件平臺，為主流型號