工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)作者：日期 :?工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1 引言機(jī)器人學(xué)是一門綜合性的新興學(xué)科 ,它涉及機(jī)械工程學(xué)、 電氣工程學(xué)、 微電了工程學(xué)、計(jì)算機(jī)工程學(xué)、控制工程學(xué)、信息傳感工程學(xué)、聲學(xué)工程學(xué)、仿生學(xué)以及人工智能工程學(xué)等多門尖端學(xué)科。工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)的一個(gè)分支 ,它代表了機(jī)電一體化的最高成就。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,工業(yè)機(jī)器人己成為柔性制造系統(tǒng) ( m )、自動(dòng)化工廠（ f)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) (c s)的自動(dòng)化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人， 不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量， 而目對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境 ,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材

2、料消耗以及降低生產(chǎn)成本 ,對(duì)促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)的崛起，有著十分重要的意義。2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2國(guó)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀自 1962 年美國(guó)推出世界上第一臺(tái) m te 型和 vers ta 型工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到了迅速發(fā)展。 根據(jù)國(guó)際工業(yè)機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(ifr)前兒年的預(yù)測(cè)，到 2000 年全世界工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)將達(dá)到 82 萬臺(tái)，比 1 6 年增加 24 。其中 ,日本將擁有 42 萬臺(tái) ,占全世界機(jī)器人總數(shù)的 0% 左右 , 繼續(xù)保持“機(jī)器人王國(guó)”地位。除日本外 ,世界上還有許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、前蘇聯(lián)和西歐一些國(guó)家的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也發(fā)展得很快。例如,在美國(guó)， 97 -

3、980 年間的機(jī)器人臺(tái)數(shù)增加 20 倍以上。盡管美國(guó)所擁有的機(jī)器人在臺(tái)數(shù)上不如日本 ,但其技術(shù)水平較高 ,占有一定的優(yōu)勢(shì)。到 998 年，美國(guó)擁有 8 萬多臺(tái)機(jī)器人，德國(guó)為 7 萬多臺(tái)，分別占世界機(jī)器人總數(shù)的 15 和 13% 左右 ,排名世界第2 位和第 3 位。在亞洲 ,韓國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,現(xiàn)排名世界第 5 位;而日本、韓國(guó)和新加坡的機(jī)器人密度 (即制造業(yè)中每萬名雇員占有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量 )居世界第 1-3 位 ,包攬了前三名。西歐的意大利、法國(guó)、英國(guó)和東歐的匈牙利、波蘭、南斯拉夫以及北美的加拿大等， 機(jī)器人制造業(yè)及應(yīng)用機(jī)器人的情況都有很大發(fā)展。表顯示了世界現(xiàn)役機(jī)器人臺(tái)數(shù)和預(yù)測(cè)臺(tái)數(shù)，

4、 從中可以看出近幾年世界工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r。2國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于 20 世紀(jì) 70 年代初期，經(jīng)過 0 多年的發(fā)展，大致可分為 3 個(gè)階段 :70 年代的萌芽期， 80 年代的開發(fā)期， 0 年代的實(shí)用化期。 在高技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下， 隨著改革開放方針的實(shí)施， 我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展得到政府的重視和支持。 在 8年代中期 ,國(guó)家組織了對(duì)工業(yè)機(jī)器人需求的行業(yè)調(diào)研， 結(jié)果表明，對(duì)第一代工業(yè)機(jī)器人的需求主要集中在汽車行業(yè) (占總需求的 60% 一0% )。在眾多專家的建議和規(guī)劃下，于“七五”期間，由機(jī)電部主持 ,中央各部委、中科院及地方科研院所和大學(xué)參加 ,國(guó)家投入相當(dāng)資金，進(jìn)

5、行了工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)元器件、 幾類工業(yè)機(jī)器人整機(jī)及應(yīng)用工程的開發(fā)研究。 經(jīng)過五年攻關(guān) ,完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù) (包括機(jī)械手、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)單元、測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和小批量生產(chǎn)的工藝技術(shù)等 )的開發(fā) ,研制出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊和搬運(yùn)等作業(yè)機(jī)器人整機(jī) ,幾類專用和通用控制系統(tǒng)及幾類關(guān)鍵元部件的主要性能指標(biāo)達(dá)到8 年代初國(guó)外同類產(chǎn)品的水平,并且形成小批量生產(chǎn)能力。 經(jīng)過 8 年代尤其是后 5 年的努力， 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展基本上可以立足于國(guó)內(nèi)。 90 年代中期 ,國(guó)家己選擇以焊接機(jī)器人的工程應(yīng)用為重點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)研究 ,從而迅速掌握焊接機(jī)器人應(yīng)用工程成套開發(fā)技術(shù)、關(guān)

6、鍵設(shè)備制造、工程配套、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行等技術(shù)。日前己有00 臺(tái)左右的焊接機(jī)器人分布于大陸各大中城市的汽車、摩托車、工程機(jī)械等制造業(yè)，其中55% 左右為弧焊淚 l 器人， 45% 左右為點(diǎn)焊機(jī)器人，己建成的機(jī)器人焊接柔性生產(chǎn)線5 條，機(jī)器人焊接工作站 3 個(gè)。 90 年代后半期是實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的商品化，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)的時(shí)期。日前，我國(guó) (指大陸地區(qū) ,不包括港、臺(tái)、澳 )工業(yè)機(jī)器人數(shù)量只有約 00 臺(tái)，還沒達(dá)到 1 9 年新加坡 ( 0 多臺(tái) )不 i i 我國(guó)臺(tái)灣省 ( 00 多臺(tái) )的水平。3 產(chǎn)業(yè)化是我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的必由之路從國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀分析可以看出 ,我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人的裝機(jī)臺(tái)數(shù)和技術(shù)水平與

7、國(guó)外還有一定的差距。 隨著我國(guó)加入世界貿(mào)易組織 (w o,我國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將面臨著新的發(fā)展機(jī)遇和來自國(guó)外的挑戰(zhàn)。要把握這一機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn) ,取得快速發(fā)展的必由之路是走產(chǎn)業(yè)化道路。3. 產(chǎn)業(yè)化的影響因素1)市場(chǎng)方面我國(guó)大力推行國(guó)企改革， 推行市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)， 工業(yè)企業(yè)大都在進(jìn)行重組， 并用先進(jìn)制造技術(shù)來改造傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，提高基層的柔性生產(chǎn)水平是技術(shù)改造的重點(diǎn)。大量的企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品轉(zhuǎn)型生產(chǎn)改造與擴(kuò)建為機(jī)器人提供了市場(chǎng) ,企業(yè)可毫無顧慮的在人與機(jī)器人之間做出選擇，以獲得高質(zhì)量、高效率、低成本的產(chǎn)品。同時(shí) ,生產(chǎn)的全球化和競(jìng)爭(zhēng)的國(guó)際化以及產(chǎn)品的個(gè)性化和不斷發(fā)展創(chuàng)新 ,要求許多行業(yè)必須使用機(jī)器人和機(jī)械手才能參

8、與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng) ,包括汽車、工程機(jī)械、摩托車、電了、電機(jī)、金屬加工、家用電器制造業(yè)等行業(yè)。這些行業(yè)日前使用的機(jī)器人太少，將成為機(jī)器人未來潛在的巨大市場(chǎng)。另外 ,機(jī)器人價(jià)格將大幅度降低。最近幾年，機(jī)器人本身的價(jià)格下降了 3% ,隨著高速處理器、 大功率晶體管和永磁電機(jī)的高速發(fā)展，機(jī)器人同計(jì)算機(jī)一樣 ,功能越來越強(qiáng) ,結(jié)構(gòu)越來越簡(jiǎn)單 ,而價(jià)格越來越低 ,機(jī)器人日益成為大眾化的具有廣泛用途的機(jī)器 ,低價(jià)高性能使機(jī)器人在我國(guó)將具有非常廣泛的前景。同時(shí)也應(yīng)注意到 ,世界機(jī)器人公司高度關(guān)注中國(guó)市場(chǎng)。 日前進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的機(jī)器人公司主要為日本 fanuc 、安川、川崎重工和歐洲的 kuka,ai3i3 等世

9、界名牌 ,但所有機(jī)器人公司均對(duì)中國(guó)市場(chǎng)保持著高度注意力，都希望來開拓中國(guó)的機(jī)器人市場(chǎng)。 這既是機(jī)遇 ,也是挑戰(zhàn)，對(duì)此必須加以研究 ,制定相應(yīng)的發(fā)展策略。2)技術(shù)方面我國(guó)于 19 年開始研究工業(yè)機(jī)器人， 上海、天津、北京、沈陽、哈爾濱、廣州、昆明等研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序、 組合式、液壓伺服型通用機(jī)器人 ,并開始了機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)控制和應(yīng)用技術(shù)的研究。我國(guó)的機(jī)器人研究開發(fā)工作雖然起步較晚 ,但在國(guó)家有關(guān)部門的支持和廣大機(jī)器人學(xué)科技和教育工作者的努力下，進(jìn)展較快。己在工業(yè)機(jī)器人、 特種機(jī)器人和智能機(jī)器人各方面取得明顯成績(jī) ,其中 ,國(guó)家“ 863 ”計(jì)劃智能機(jī)器人卞題的研究更是令人矚日 ,成

10、果層出。這些成就己為發(fā)展工業(yè)機(jī)器人和智能機(jī)器人儲(chǔ)備了許多重要的技術(shù) ,跟蹤了國(guó)際先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù) ,將大大加快中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。3)人員方面隨著國(guó)內(nèi)外淚 l 器人學(xué)的快速發(fā)展 ,國(guó)內(nèi)許多大學(xué)開設(shè)了機(jī)器人學(xué)課程,很多碩士研究生和博士研究生在從事機(jī)器人的開發(fā)和研究工作。同時(shí),國(guó)家“ 863 ”計(jì)劃從 1987 年開始實(shí)施以來 ,組織和培養(yǎng)了一支20 0 多人的機(jī)器人研究開發(fā)隊(duì)伍。另外，國(guó)家正逐步制定必要的政策，吸引在機(jī)器人技術(shù)方面學(xué)有所長(zhǎng)的留學(xué)人員回國(guó)服務(wù)。雖然這支隊(duì)伍還不夠大、也不夠強(qiáng),需要繼續(xù)鍛煉 ,發(fā)展壯大，但他們將成為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的卞力軍。4)觀念方面機(jī)器人能提供穩(wěn)定的高效率與高質(zhì)量

11、的產(chǎn)品，是人無法提供的，尤其在生產(chǎn)節(jié)拍高的自動(dòng)化生產(chǎn)線和惡劣的環(huán)境中,人無法取代機(jī)器人， 市場(chǎng)日益全球化，不使用機(jī)器人，難以提高競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)人日眾多，勞動(dòng)力廉價(jià),不需要機(jī)器人的觀念正在改變。3. 2 產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展策略1)政府給予支持開拓國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)的一個(gè)重要舉措是出臺(tái)扶植機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的優(yōu)惠政策。這些政策包括在新生產(chǎn)線建設(shè)、 舊設(shè)備技術(shù)改造、貸款和稅收方面的政策和法規(guī)，這樣機(jī)器人的推廣應(yīng)用環(huán)境就會(huì)寬松得多。同時(shí) ,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的地方政府應(yīng)加強(qiáng)在機(jī)器人技術(shù)方面的宣傳和引導(dǎo)， 普及機(jī)器人的知識(shí)， 以便更多的企業(yè)了解機(jī)器人的作用，更多的采用機(jī)器人來提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 注意讓那些希望采用機(jī)器人的企業(yè)得到政

12、策和技術(shù)咨詢，以避免花高昂的代價(jià)買來不合適的設(shè)備 ,讓現(xiàn)有的淚器人發(fā)揮更好的作用。2）建立示范工程我國(guó)日前的機(jī)器人市場(chǎng)不大，但其潛在市場(chǎng)很大。建立幾個(gè)具有代表性的工業(yè)機(jī)器人示范工程 ,真正起到示范和引導(dǎo)的作用。只要用得成功 ,就比較容易推廣應(yīng)用。打一大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域是開拓國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)的必要舉措之一。3)國(guó)際技術(shù)合作北京、上海、沈陽等與國(guó)外的工業(yè)機(jī)器人制造商己經(jīng)有了實(shí)質(zhì)性的合作，這種合作的深度和廣度還有很大的潛力。通過國(guó)際合作， 能夠提高我國(guó)開發(fā)和生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人及其系統(tǒng)的能力， 提高國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的性能和可靠性，降低生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格，建立國(guó)際水準(zhǔn)的我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè),讓高性能低成本的國(guó)產(chǎn)機(jī)器人

13、占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。4)重視基礎(chǔ)研究為加大技術(shù)儲(chǔ)備 ,要加強(qiáng)機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)研究，重視基礎(chǔ)件的開發(fā)。在跟蹤國(guó)際先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的同時(shí),要注意自卞創(chuàng)新 ,建立知識(shí)產(chǎn)權(quán)。把重點(diǎn)放在工業(yè)機(jī)器人上，先進(jìn)行應(yīng)用和推廣,再進(jìn)行簡(jiǎn)單有市場(chǎng)的產(chǎn)品開發(fā)，對(duì)一切都考慮經(jīng)濟(jì)效益 ,用機(jī)器人市場(chǎng)去帶動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè),機(jī)器人產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)機(jī)器人研究。5）形成規(guī)模生產(chǎn)我國(guó)應(yīng)選擇工業(yè)發(fā)達(dá)、交通方便和技術(shù)密集的一些地區(qū)，重點(diǎn)扶植在機(jī)器人開發(fā)和生產(chǎn)方面有優(yōu)勢(shì)的單位，建立幾個(gè)機(jī)器人工程公司， 從事工業(yè)機(jī)器人的批量生產(chǎn)和實(shí)施機(jī)器人應(yīng)用工程 ,使我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)和應(yīng)用向產(chǎn)業(yè)化、集團(tuán)化方向發(fā)展。4 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)敏捷制造策略的提出， 為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)

14、展提供了新的機(jī)遇。敏捷制造的基本思想是企業(yè)能迅速將其組織和裝備重組，快速響應(yīng)市場(chǎng)變化 ,生產(chǎn)出滿足用戶需求的個(gè)性化產(chǎn)品。 敏捷制造要求企業(yè)底層的生產(chǎn)設(shè)備具有柔性和可動(dòng)態(tài)重組的能力。機(jī)器人是一種具有高度柔性的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。如果我們站在更高的層次 ,將機(jī)器人視為一種有“感知、思維和行動(dòng)”的機(jī)器 ,那么 ,敏捷生產(chǎn)設(shè)備就應(yīng)當(dāng)是新一代機(jī)器人化的機(jī)器。這將為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提出更高的要求。4. 1 朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度，減輕重量和減少安裝占用空間，必將導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化 (它可以分為機(jī)械模塊、信息檢測(cè)模塊、控制模塊等） ,以降低制造成本和提高可靠性。近年來

15、,世界各國(guó)注意發(fā)展組合式機(jī)器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合件拼裝而成的。日前 ,國(guó)外己經(jīng)研制和生產(chǎn)了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組件。除了機(jī)器人用的各種伺服電機(jī)、傳感器外 ,手臂、手腕和機(jī)身的結(jié)構(gòu)也己經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了 ,如臂仲縮軸、臂升降軸、臂俯仰軸、臂擺動(dòng)軸 ;手腕旋轉(zhuǎn)軸、擺動(dòng)軸、固定臺(tái)身、機(jī)座、移動(dòng)軸等。 . 2 研究新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)隨著工業(yè)機(jī)器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化，應(yīng)開發(fā)新型微動(dòng)機(jī)構(gòu)保證動(dòng)作精度； 開發(fā)多關(guān)節(jié)、 多自由度的手臂和手指， 研制新型的行走機(jī)構(gòu)等以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)的需要。 . 3 朝著智能化方向發(fā)展在多品種 ,小批量生產(chǎn)的柔性制造自動(dòng)化技術(shù)中 ,特別是機(jī)器人自動(dòng)裝配技術(shù)中，要求工業(yè)機(jī)器人對(duì)外部

16、環(huán)境和對(duì)象物體有自適應(yīng)能力， 即具有一定的 “智能” ,機(jī)器人的智能化是指機(jī)器人具有感覺、知覺等 ,即有很強(qiáng)的檢測(cè)功能和判斷功能。為此 ,必須開發(fā)類似人類感覺器官的傳感器 (如觸覺傳感器、視覺傳感器、測(cè)距傳感器等 )，發(fā)展多傳感器的信息融合技術(shù)。通過各種傳感器得到關(guān)于工作對(duì)象和外部環(huán)境的信息，以及信息庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)、規(guī)劃的資料，以完成模式識(shí)別 ,用“專家系統(tǒng)”等智能系統(tǒng)進(jìn)行問題求解 ,動(dòng)作規(guī)劃。4. 4 研究機(jī)器人協(xié)作控制先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)協(xié)作機(jī)器人學(xué)的研究與發(fā)展起著積極的促進(jìn)作用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展， 工業(yè)機(jī)器人己從當(dāng)初的柔性上、下料裝置正在成為高度柔性、高效率和可重組的裝配、 制造和加工系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。在這樣的生產(chǎn)線上，機(jī)器人是作為一個(gè)群體工作的，不論每個(gè)機(jī)器人在生產(chǎn)線上起什么作用，它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在。因此，要從組成敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā) , 來研究工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。 而面