1工业机器人导论

课程名称工业机器人导论题目名称工业机器人导论学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化（机电工程方向)年级班别2009级提高（1）班学号3109000383学生姓名罗佳彬指导教师刘建群2013年5月工业机器人导论一、工业机器人技术概念工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。

特别适合于多品种、变批量的柔性生产。

它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

机器人技术是综合了计算机、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。

机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。

机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

二、工业机器人技术发展现状在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人已占有一定比重（占日本1998年安装台数的10%，销售额的36%）（1）机械结构：1）已关节型为主流，80年代发明的使用于装配作业的平面关节机器人约占总量的1/3。

90年代初开发的适应于窄小空间、快节奏、360度全工作空间范围的垂直关节机器人大量用于焊接和上、下料。

2）应3K和汽车、建筑、桥梁等行业需求，超大型机器人应运而生。

如焊接树10米长、10吨以上大构件的弧焊机器人群，采取蚂蚁啃骨头的协作机构。

3）CAD、CAE 等技术已普遍用于设计，仿真和制造中。

（2）控制技术：1)大多数采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大量采用。

2)协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制，正逐步实现多智能体的协调控制。

3)采用基于PC的开放结构的控制系统已成为一股潮流，其成本低、具有标准现场网络功能。

（3）驱动技术：1)80年代发展起来的AC侍服驱动已成为主流驱动技术用于工业机器人中。

DD驱动技术则广泛地用于装配机器人中。

2)新一代的侍服电机与基于微处理器的智能侍服控制器相结合已由FANUC等公司开发并用于工业机器人中，在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。

（4）应用智能化的传感器：装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种传感器，有些机器人留了多种传感器接口。

（5）通用机器人编程语言：在ABB公司的20多个小型号产品中，采用了通用模化块语言RAPID。

最近美国“机器人工作空间技术公司”开发了RobotScriptV.10通用语言，运行于该公司的通用机器人控制器URC的Win NT/95环境。

该语言易学医用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS 软件产品兼容。

（6）网络通用方式：大部分机器人采用了Ether网络通讯方式，占总量的41.3，其它采用RS-232、RA-422、RS-485等通讯接口。

（7）高速、高精度、多功能化：目前，最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s。

位置重复精度为正负0.01mm。

但有一种速度竞达到80m/s；而另一种并连机构的NC机器人，其位置重复精度大1微秒。

（8）集成化与系统化：当今工业机器人技术的另一特点是应用从单机、单元向系统发展。

百台以上的机器人群与微机及周边智能设备和操作人员形成一个大群体（多智能体）。

跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品连接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。

三、技术发展趋势随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化以及在系统（FMS、CIMS）中的群体应用，工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”（AgileManufacturing），满足多样化、个性化的需要，并适应多变的非结构环境作业，向非制造领域进军。

（1）感觉功能：感觉功能方面将实现多传感器信息的融合，以检测多变的外部环境，做出判断和决策，其实质类似于人的五官和身体的综合感觉功能，包括视觉、触觉、力觉、滑觉、接近觉、压觉、听觉、味觉、臭觉、温觉等。

研究包括各类传感信息的采集及融合处理、传感器与驱动器一体化技术、感觉功能继承模块等。

（2）控制智能化：由引导教向NC，离线编程发展，进而发展到进一步应用。

随着系统化、集成化生产的发展，基于PC的开放式控制系统将机器人控制和车间一级控制的发展方向，国外专家预测，2007年它将占30％。

（3）移动功能的智能化：为解决长距离搬运作业、大作业对象、多作业对象及极限作业等问题，需开发自主移动系统（包括滑动、滚动、行走、爬行、跳跃、飞行等）。

（4）系统应用与集成化：支持以人为核心的生产系统，实现生产系统中机器人群体协调功能、群智能和多机通讯协议，开发能理解人的意志的“同事机器人”。

国外专家预测，2000你后有可能IMS要走向MA(R)S（多智能体系统），而该系统中的“同事机器人”（Cobot）将成为操作人员不可或缺的伙伴。

围绕着各种机器人与人共存的诸多课题，正在兴起一门新学科“软机器人学”。

（5）安全可靠性：由于大量不确定因素的存在，要实现智能化的安全可靠性，机器人必须具有对各种意外情况的应变能力，及时采取预防措施和安全对策，包括硬件级、软件级、应用级和人机系统级的自诊断和自修复故障。

（6）微型化：向微型化发展，开发毫米级机器人，用于微加工、医学、宇宙和海洋开发等领域。

就使用性和成本来看，毫米级最可行。

（7）多传感器信息融合与配置技术：①机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用包括面向工艺过程的多传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；面向工艺要求的新型传感器研制。

②机电一体化智能传感器：包括具有感知、自主运动、自清污（自调整、自适应）的机电一体化传感器研究；面向工艺要求的运动机构设计、实现检测和清污的自主运动；调节控制系统；机器人机构和控制技术在传感器设计中的应用。

四、国外工业机器人现状机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。

国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的新的大型高技术产业。

据国际机器人联合会（IFR）统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。

进入90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10%左右，2000年增长率上升到15%，预计21世纪初，工作在各领域的工业机器人将突破100万台。

正如《2l世纪日本创建机器人社会技术发展战略报告》指出，“机器人技术（RT）与信息技术（IT）一样，在强化产业竞争力方面是极为重要的战略高技术领域。

培育未来机器人产业是支撑2l世纪日本产业竞争力的产业战略之一，具有非常重要的意义。

”最近，韩国也将智能机器人作为十大战略产业之一列入国家发展规划（2003～2007年），现正在实施中。

机器人广泛应用于各行各业。

主要进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。

目前，全球现役工业机器人83万台。

过去10年，机器人的价格降低约80%，现在继续下降，而欧美劳动力成本上涨了40%。

现役机器人的平均寿命在10年以上，可能高达15年，它们还易于重新使用。

由于机器人及自动化成套装备对提高制造业自动化水平，提高产品质量和生产效率、增强企业市场竞争力、改善劳动条件等起到了重大的作用，加之成本大幅度降低和性能的迅速提高，其增长速度较快。

据国际机器人联合会及联合国欧洲经济委员会（UCENE）统计，如表l所示，2001年机器人安装量为7.8万台套，年增长率9%。

机器人的应用主要有两种方式，一种是机器人工作单元，另一种是带机器人的生产线，并且后者在国外已经成为机器人应用的主要方式。

以机器人为核心的自动化生产线适应了现代制造业多品种、少批量的柔性生产发展方向，具有广阔的市场发展前景和强劲生命力，已开发出多种面向汽车、电气机械等行业的自动化成套装备和生产线产品。

在发达国家，机器人自动化生产线已形成一个巨大的产业，年市场容量约为1000亿美元。

像国际上著名公司ABB、Comau、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。

据日本工业机器人协会统计，早期的日本工业机器人产业年产值约为50亿日元，经过70年代的应用期和80年代的普及期，1981年产值达到1000亿日元，到1991年提高到6000亿日元，到2000年，其产值达到10800亿日元，2005年将达到18500亿日元。

据国际机器人协会统计，2003年工业机器人发货量呈现强劲增长势头。

与2002年相比，2003年全球范围内机器人的订货量增长约10%以上。

预计，工业机器人的世界市场将从2002年的68600台套增长到2006年的91100多台套，年平均增长7.4%。

五、国内工业机器人现状我国的机器人研究开发工作始于20世纪70年代初，到现在已经历了30年的历程。

前10年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。

1985年后开始列入国家有关计划，发展比较快。

特别是在“七五”、“八五”、“九五”机器人技术国家攻关、“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展。

在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发，具有多传感器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用。

在机器人的单元技术和基础元部件的研究开发方面：诸如交直流伺服电机及其驱动系统、测速发电机、光电编码器、液压（气动）元部件、滚珠丝杠、直线滚动导轨、谐波减速器、RV减速器、十字交叉滚子轴承、薄壁轴承等均开发出一些样机或产品。

但这些元部件距批量化生产还有一段距离。

在机器人控制装置的研制方面：已开发出具有双CPU、多CPU和分级分层控制的机器人控制装置多台，主控计算机的档次也逐渐升级。

在机器人操作机研制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如AGV（自动导引车），壁面爬行机器人，重复定位精度为±O.024mm的装配机器人，可潜入海底6000m的水下机器人，移动机器人，移动遥控机器人，主从操作机器人等，有些已达实用化水平并用于实际工程。