工業(yè)機器人技術(shù)課程論文

1、工業(yè)機器人技術(shù)課程論文 班級：機械1105 學(xué)號：A07110065 姓名：于鴻飛 指導(dǎo)教師：孫偉 工業(yè)機器人技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展摘要：隨著計算機科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域也隨之不斷擴展和深化。工業(yè)機器人已成為一種高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),正為工業(yè)自動化發(fā)揮著巨大作用。本文簡要介紹了國內(nèi)外工業(yè)機器人的主要應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀。指出了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的影響因素和實施策略,闡述了工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢提出若干面向產(chǎn)業(yè)化的機器人技術(shù)發(fā)展建議。關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人 自動化 產(chǎn)業(yè)化 發(fā)展趨勢Abstract:with the continuous development of computer scie

2、nce and technology, industrial robots applications has been expanding and deepening. Industrial robot has become a kind of new and high technology industries, play an important role for industrial automation. This paper briefly introduces the main application and current situation of the development

3、 of industrial robots at home and abroad. Industrial robots in China is pointed out the influence factors of industrial development and the implementation strategy elaborated the development trend of the industrial robot technology puts forward some robot technology development Suggestions for indus

4、trialization.Keywords:industrial robot automation industrial development trend 機器人學(xué)是一門綜合性的新興學(xué)科,它是綜合了機械工程技術(shù)、電子工程技術(shù)、信息傳感器技術(shù)、控制理論、機構(gòu)學(xué)、人工智能學(xué)、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。在國外工業(yè)機器人技術(shù)日趨成熟, 其己經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而在工業(yè)自動化行業(yè)廣泛應(yīng)用,它代表了機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)機器人技術(shù)的發(fā)展水平也成為一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。工業(yè)機器人是機器人學(xué)的一個分支,工業(yè)機器人已成為柔性制造系統(tǒng)( FMS)、自動化工廠(FA)、

5、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(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量,而且對保障人身安全,改善勞動環(huán)境,減輕勞動強度,提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本,對促進我國制造業(yè)的崛起,有著十分重要的意義。1、 工業(yè)機器人的組成及原理 20世紀(jì)中期, 隨著計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和原子能技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)機器人開始在美國得到研究和發(fā)展,使其在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛使用。工業(yè)機器人的最初出現(xiàn)是傳統(tǒng)的機構(gòu)學(xué)與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,如今工業(yè)機器人是綜合了多學(xué)科而形成的高新技術(shù)產(chǎn)物,是當(dāng)代十分活躍的研究開發(fā)領(lǐng)域。為了跟上社會進步、經(jīng)濟發(fā)展的步伐,工業(yè)機器人以不同的種類正逐步應(yīng)

6、用在到各行各業(yè),對國民經(jīng)濟發(fā)展有著舉足輕重的作用。 一個機器人系統(tǒng)一般由操作機（機械本體）、驅(qū)動單元、控制器和為機器人進行作業(yè)而連接的外部設(shè)備組成。操作機是機器人完成作業(yè)的實體,它具有與人手臂相似的動作功能；驅(qū)動單元是用來為操作機及各部件提供動力和運動的裝置；控制器是對機器人的起動、停止等進行操作的裝置,它指揮機器人按規(guī)定的要求動作；人工智能系統(tǒng)是智能機器人所具有的，它包括了感覺系統(tǒng)和決策、規(guī)劃智能系統(tǒng)。 現(xiàn)代工業(yè)自動化領(lǐng)域中應(yīng)用的各種操作機器人是目前工業(yè)機器人技術(shù)中最成熟的一類，這種工業(yè)機器人實質(zhì)上是一類能根據(jù)預(yù)先將程序編制在存儲裝置中，然后操作程序自動重復(fù)執(zhí)行，進行完全代替人工作業(yè)的自動化

7、機器。工業(yè)機器人構(gòu)成是個閉環(huán)系統(tǒng)，通過運動控制器、伺服驅(qū)動器、機器人本體、傳感器等部件可以完成人們需要的功能。工廠中高性能通用型工業(yè)機器人一般采用關(guān)節(jié)型的機械結(jié)構(gòu)，每個關(guān)節(jié)由獨立的驅(qū)動電機控制，通過計算機對驅(qū)動單元的功率放大電路進行控制，實現(xiàn)機器人的運動控制操作。關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人的組成由人機界面( 示教器) 、伺服驅(qū)動器、運動控制器( 下位機)、機器人本體等組成，通過機器人末端帶不同的夾具來實現(xiàn)不同的功能。示教器是對機器人狀態(tài)的監(jiān)控及發(fā)出運動指令部分，是人跟機器人信息交互的唯一窗口; 伺服驅(qū)動器是對伺服電機的控制，是機械手臂運動的動力源; 運動控制器是各個關(guān)節(jié)的位姿運算單元，正解和逆解程序的執(zhí)

8、行、運行都在其中計算。機器人本體是執(zhí)行機構(gòu)，是實現(xiàn)要求功能的最直接部件。2、 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步, 我國工業(yè)機器人已經(jīng)走上了自主研發(fā)階段, 這樣標(biāo)志著我國工業(yè)自動化走向了新的里程碑。按照工業(yè)機器人的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展過程其可分為三代:第一代是示教再現(xiàn)機器人,主要由機器人本體、運動控制器和示教盒組成,操作過程比較簡單。第一代機器人使用示教盒在線示教編程,并保存示教信息。當(dāng)機器人自動運行時,由運動控制器解析并執(zhí)行存儲的示教程序, 使機器人實現(xiàn)預(yù)定動作。第二代是離線編程機器人, 該機器人編程系統(tǒng)是采用離線式計算機實體模型仿真技術(shù),首先建立起機器人及其工作環(huán)境的實體模型, 再采用

9、實際的正逆解算法,通過對實體模型的控制和操作。第三代是智能機器人,它除了具有第一代和第二代的特點以外可帶有各種傳感器,這類機器人對外界環(huán)境不但具有感覺能力, 而且具有獨立判斷的能力等。 機器人技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，不同的機器人的應(yīng)用領(lǐng)域不同，尤其是工業(yè)機器人，在制造業(yè)和其他行業(yè)中廣泛應(yīng)用。（1）點焊、弧焊機器人 應(yīng)用在汽車、摩托車、工程機械、鍋爐等領(lǐng)域，如點焊汽車底盤、車體等其他部件，弧焊也可用于裝配。（2）噴涂機器人 應(yīng)用于汽車、建材、家電、機械行業(yè)。如汽車整車自動噴漆，汽車發(fā)動機、保險杠、彈簧、板簧、駕駛室等自動噴漆，衛(wèi)生陶瓷等自動噴釉，玻璃纖維加強水泥預(yù)制板的噴涂，電視機、電冰箱、洗衣機、電

10、腦、手機等外殼自動噴漆，減速器等自動噴漆，汽車燈、車門防水簾、車身底板、塑料件等自動涂膠等。（3）搬運機器人 應(yīng)用于機械、汽車制造業(yè)，用以完成產(chǎn)品和物料的自動輸送。（4）網(wǎng)絡(luò)機器人 應(yīng)用在通信和遠(yuǎn)距離控制，承擔(dān)環(huán)境觀測等工作，通過網(wǎng)架實現(xiàn)動作等。（5）其他機器人 如軍用機器人，爆炸物處理機器人，檢測航路和障礙物機器人，加汽油機器人- 定量加注汽油、柴油、潤滑油、清潔液、防凍液等，水下機器人、探月車等。3、 世界工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀 早在1954年美國喬治·德沃爾設(shè)計出第一臺電子可編程序的工業(yè)機器人,并于1961年發(fā)表了該項專利,1962年美國通用汽車公司投入使用,標(biāo)志著第一代機器人誕生

11、。從此,機器人開始成為人類生活中的現(xiàn)實,隨后日本使工業(yè)機器人得到迅速的發(fā)展。如今,日本已經(jīng)成為世界上工業(yè)機器人產(chǎn)量和擁有量最多的國家。20世紀(jì)80年代,世界工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)上的高度自動化和集成化高速發(fā)展,同時也使工業(yè)機器人得到進一步發(fā)展,并在這個時期工業(yè)機器人對世界整個工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展起到了關(guān)鍵性作用。 機器人作為一種具有高度柔性的自動化裝備,對提高制造生產(chǎn)線的柔性具有特別重要的意義,它作為現(xiàn)代制造業(yè)的主要自動化裝備在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用,工業(yè)機器人及其自動化成套設(shè)備的擁有量和水平是衡量一個國家制造業(yè)綜合實力的重要標(biāo)志之一,機器人及其自動化成套裝備已成為目前國內(nèi)外極受重視的高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。目前,國際上

12、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、FANUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS,瑞典的ABB,意大利的COMAU 及奧地利的IGM 公司。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(UNECE)和國際機器人聯(lián)合會(IFR)的統(tǒng)計,19602006年底,全球已累計安裝175 萬多臺,從20 世紀(jì)下半葉開始,世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭,世界工業(yè)機器人市場前景非?？春?。 工業(yè)機器人己成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)、工廠自動化(FA)的自動工具, 據(jù)專家預(yù)測, 工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型

13、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。2002年至 2004 年, 根據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(UNECE)和國際機器人聯(lián)合會(IFR) 的統(tǒng)計, 世界工業(yè)機器人市場前景看好,年增長率平均在10%左右。2005年增長率達(dá)到創(chuàng)記錄的 30% ,其中亞洲工業(yè)機器人增長幅度最為突出,高達(dá)45%。2007年,全球新安裝工業(yè)機器人的數(shù)量將超過十萬套。 全球現(xiàn)役工業(yè)機器人98萬臺,過去的10年工業(yè)機器人的技術(shù)水平取得了驚人的進步,傳統(tǒng)的功能型的工業(yè)機器人已趨于成熟,各國科學(xué)家正在致力于研制具有完全自主能力的、擬人化的智能機器人。機器人的價格降低約 80%,現(xiàn)在仍繼續(xù)下降,而歐美勞動力成本上漲了 40% ?，F(xiàn)役機器人的平均壽命在10年

14、以上,還可能高達(dá) 15 年以上,它們還易于重新使用。由于機器人及自動化成套裝備對提高制造業(yè)自動化水平,提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、增強企業(yè)市場競爭力和改善勞動條件等起到了重大的作用, 加之成本大幅度降低和性能的高速提升, 其增長速度較快。在國際上,工業(yè)機器人技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用范圍越來越廣闊, 其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的程度也越來越高,功能越來越強, 正向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展, 工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套裝備己成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。與此同時, 隨著工業(yè)機器人向更深更廣的方向發(fā)展以及智能化水平的提高,工業(yè)機器人的應(yīng)用已從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè), 進而推廣 到諸如采礦、農(nóng)

15、業(yè)、建筑、災(zāi)難救援等非制造行業(yè), 而且在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域,機器人的應(yīng)用也越來越多,如無人偵察機( 飛行器)、警備機器人、醫(yī)療機器人、家用服務(wù)機器人等均有應(yīng)用實例。機器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著越來越重要的作用, 己經(jīng)成為世界各國搶占的高科技制高點。 4、 國內(nèi)工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀 我國工業(yè)機器人起步于20世紀(jì)70年代初期,經(jīng)過30多年的發(fā)展,大致可分為3個階段:70 年代的萌芽期,80年代的開發(fā)期,90年代的實用化期。在高技術(shù)發(fā)展的推動下,隨著改革開放方針的實施,我國機器人技術(shù)的發(fā)展得到政府的重視和支持。在80年代中期,國家組織了對工業(yè)機器人需求的行業(yè)調(diào)研,結(jié)果表明,對第

16、一代工業(yè)機器人的需求主要集中在汽車行業(yè)(占總需求的60% 70% )。在眾多專家的建議和規(guī)劃下,于七五期間,由機電部主持,中央各部委、中科院及地方科研院所和大學(xué)參加,國家投入相當(dāng)資金,進行了工業(yè)機器人基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)元器件、幾類工業(yè)機器人整機及應(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)機器人成套技術(shù)( 包括機械手、控制系統(tǒng)、驅(qū)動轉(zhuǎn)動單元、測試系統(tǒng)的設(shè)計、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、點焊和搬運等作業(yè)機器人整機,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80年代初國外同類產(chǎn)品的水平, 并且形成小批量生產(chǎn)能力。 經(jīng)過80年代尤其是后5年的努力

17、,我國的工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展基本上可以立足于國內(nèi)。90年代中期,國家已選擇以焊接機器人的工程應(yīng)用為重點進行開發(fā)研究,從而迅速掌握焊接機器人應(yīng)用工程成套開發(fā)技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備制造、工程配套、現(xiàn)場運行等技術(shù)。目前已有500臺左右的焊接機器人分布于大陸各大中城市的汽車、摩托車、工程機械等制造業(yè), 其中55%左右為弧焊機器人,45%左右為點焊機器人,已建成的機器人焊接柔性生產(chǎn)線5 條,機器人焊接工作站300個。90年代后半期是實現(xiàn)國產(chǎn)機器人的商品化,為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)的時期。目前,我國( 指大陸地區(qū), 不包括港、臺、澳)工業(yè)機器人數(shù)量只有約2500臺,還沒達(dá)到1997年新加坡( 3000 多臺)和我國臺灣省(

18、5000 多臺) 的水平。 總體來看,我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離,如:可靠性低于國外產(chǎn)品;機器人應(yīng)用工程起步較晚,應(yīng)用領(lǐng)域窄,生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外有差距;在應(yīng)用規(guī)模上,我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人,約占全球已安裝臺數(shù)的0.5%。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè),當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求,“一客戶,一次重新設(shè)計”,品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低,而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)問題,對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃,搞好標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、模塊化設(shè)計,積極推進產(chǎn)業(yè)化進程?？v觀目前經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀,我國機器人

19、市場增長非常迅猛,從銷售量上更是充分說明了這個不爭的事實。在中國市場上占有35%的市場份額的ABB公司2004年在中國賣出了600臺機器人。而該公司在過去9年中一共才在中國大陸市場銷售2000 臺機器人。專家預(yù)測,中國機器人到2010年擁有量將達(dá)到17300臺,到2015年,市場容量將達(dá)到十幾萬臺(套)。汽車制造、工程機械及電機、電子等行業(yè)的企業(yè)是中國今后對機器人需求最大的產(chǎn)業(yè),其中所需機器人的品種以點焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運、沖壓等為主。5、 工業(yè)機器人的未來發(fā)展趨勢 敏捷制造策略的提出，為工業(yè)機器人的發(fā)展提供了新的機遇。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)市場變化生

20、產(chǎn)出滿足用戶需求的個性化產(chǎn)品。敏捷制造要求企業(yè)底層的生產(chǎn)設(shè)備具有柔性和可動態(tài)重組的能力。機器人是一種具有高度柔性的自動化生產(chǎn)設(shè)備。如果我們站在更高的層次，將機器人視為一種有感知、思維和行動的機器，那么敏捷生產(chǎn)設(shè)備就應(yīng)當(dāng)是新一代機器人化的機器。這將為工業(yè)機器人的發(fā)展提出更高的要求。5.1朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展 提高運動速度和運動精度,減輕重量和減少安裝占用空間, 必將導(dǎo)致工業(yè)機器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化(它可以分為機械模塊、信息檢測模塊、和控制模塊等),以降低制造成本和提高可靠性。近年來,世界各國注意發(fā)展組合式機器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合件拼裝而成的。5.2研究新型機器人結(jié)構(gòu) 隨著工業(yè)機器人作

21、業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化,應(yīng)開發(fā)新型微動機構(gòu)保證動作精度。開發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走機構(gòu)等以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)的需要。5.3朝著智能化方向發(fā)展 在多品種,小批量生產(chǎn)的柔性制造自動化技術(shù)中,特別是機器人自動裝配技術(shù)中,要求工業(yè)機器人對外部環(huán)境和對象物體有自適應(yīng)能力，即具有一定的“智能”,機器人的智能化是指機器人具有感覺、知覺等,即有很強的檢測功能和判斷功能。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、測距傳感器等),發(fā)展多傳感器的信息融合技術(shù)等5.4研究機器人協(xié)作控制 先進制造技術(shù)的發(fā)展對協(xié)作機器人學(xué)的研究與發(fā)展起著積極的促進作用。隨著先進制造技術(shù)的

22、發(fā)展工業(yè)機器人已從當(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，機器人是作為一個群體工作的，不論每個機器人在生產(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)的觀點出發(fā)，來研究工業(yè)機器人的進一步發(fā)展。而面向先進制造環(huán)境的機器人柔性裝配系統(tǒng)和機器人加工系統(tǒng)中，不僅有多機器人的集成，還有機器人與生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及人的集成。因此 以系統(tǒng)的觀點來發(fā)展新的機器人控制系統(tǒng)有大量的理論與實踐的工作要做。6、結(jié)語 工業(yè)機器人的誕生和機器人學(xué)的建立,無疑是20世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)的重大成就。機器人是人類發(fā)展高級階段的高科技產(chǎn)物。在國內(nèi),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(shù)的研究開發(fā)與生產(chǎn)是我們抓住這個歷史機遇的主要途徑,依靠自身優(yōu)勢,提高自主創(chuàng)新,尋求發(fā)展道路,是中國工業(yè)機器人生產(chǎn)企業(yè)在激烈市場競爭中需面對的問題,力爭在新的世紀(jì)里,工業(yè)機器人技術(shù)大發(fā)展的新技術(shù)時代,使我國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在世界上占有一席之地。參考文獻1 王越超,談大龍.多智能體機器人系統(tǒng)的研究進