工业机器人技术的发展与应用综述_计时鸣

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工业机器人技术的发展和应用

工业机器人技术的发展和应用随着科技的不断进步，工业机器人技术也在快速地发展。

工业机器人是指可以代替人类完成一系列生产任务的机器人，它们被广泛应用于制造、装配、包装、搬运等生产领域。

在现代工业生产中，工业机器人已经成为不可或缺的重要角色。

本文将从工业机器人技术的历史发展、技术特点、应用领域、发展趋势等方面进行探讨。

一、工业机器人技术的历史发展工业机器人最早出现于1961年，是由美国的一家航空公司发明的。

这种机器人主要用于在制造飞机的过程中取代工人完成一些单调、危险、繁重的工作。

接着，日本公司在20世纪70年代开始大力研发工业机器人，并成为了全球领导者。

随着电子技术的成熟和控制技术的进步，工业机器人的功能不断得到扩展和提升。

目前，工业机器人已经实现了高精度、高速度、高稳定性、高灵活性等多种功能。

二、工业机器人技术的特点工业机器人技术的特点包括以下几点：1. 高度自动化：工业机器人可以实现自动编程、自动操作、自动修正等功能，大大降低了人工干预的需求。

2. 重复性好：工业机器人可以高效、精准地重复操作，从而可以提高产品品质和生产效率。

3. 可编程性强：工业机器人内置的控制系统可以对机器人进行编程，使其完成各种不同的任务。

4. 灵活性高：工业机器人可以完成多种操作，可以自由调整姿态和位置，适应多种不同的生产需求，提高生产的灵活性。

5. 安全性高：工业机器人可以完成危险、繁重、高温、低温等环境下的工作，降低了工作人员的伤害风险。

三、工业机器人技术的应用领域工业机器人可以应用于多个领域，主要包括以下几个方面：1. 汽车制造：工业机器人可以完成汽车的点焊、弧焊、喷涂、装配等工作，提高了生产效率和产品质量。

2. 电子制造：工业机器人可以完成半导体芯片的组装、测试、贴片等工作，提高了生产效率和产品质量。

3. 医疗器械：工业机器人可以完成医疗器械的生产、组装、包装等工作，提高了工作效率和产品质量。

4. 包装和物流：工业机器人可以完成包装、搬运、装卸等工作，提高了物流效率和产品的出库率。

工业机器人技术的发展与应用综述_计时鸣

第32卷第1期2015年1月机电工程Journal of Mechanical ＆Electrical EngineeringVol．32No．1Jan．2015收稿日期：2014－09－01基金项目：国家自然科学基金资助项目（51175471）；浙江省科技厅创新团队资助项目（2011Ｒ50011-07）．作者简介：计时鸣（1957－），男，浙江温州人，博士，教授，博士生导师，主要从事精密制造和机器人技术方面的研究．E-mail ：jishiming@zjut．edu．cn DOI ：10．3969/j．issn．1001－4551．2015．01．001工业机器人技术的发展与应用综述*计时鸣，黄希欢（浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室，浙江杭州310014）摘要：工业机器人具有工作效率高、稳定可靠、重复精度好、能在高危环境下作业等优势，在传统制造业、特别是劳动密集型产业的转型升级中将发挥重要作用。

通过回顾工业机器人的发展背景和起源，介绍了本体与主要核心部件的骨干生产企业；总结了机器人的机械结构、感知系统、驱动系统、操作系统、手把手示教等关键技术的研究进展情况；给出了基于PDA 示教的船舶焊接机器人、双臂装配机器人、装配/拆卸双功能机器人、移动式工业机器人、打磨抛光机器人和缝纫机器人等新型工业机器人的应用案例。

关键词：机器换人；机器人操作系统；手把手示教；双臂机器人；装配/拆卸双功能机器人中图分类号：TP242．2；TH39文献标志码：A文章编号：1001－4551（2015）01－0001－13Ｒeview of development and application of industrial robot technologyJI Shi-ming ，HUANG Xi-huan（Key Laboratory of E＆M ，Ministry of Education ＆Zhejiang Province ，Zhejiang University of Technology ，Hangzhou 310014，China ）Abstract ：Industrial robots have a lot of advantages such as high efficiency ，stable and reliable ，good repeatability and adapting to operate in high-risk environment．They will play important roles in traditional manufacturing industries ，especially the labor-intensive industries．The development background and origin of industrial robots were reviewed and the present main production enterprises of industrial robot main bodies and its core parts were introduced．The recent developments of some industrial robot key technologies were summarized about the robot mechanical structure ，perception system ，driving system ，operating system and step-by-step teaching．Some newer industrial robots and their applications were given such as shipbuilding welding robot using a PDA teach pendant ，dual arm assembly robot ，double function robot for assembly /disassembly ，mobile industrial robot ，polishing robot and sewing robot ，etc．Key words ：by machine instead of human ；robot operating system （ＲOS ）；step-by-step teaching ；dual arm robot ；robot for assembly /disas-sembly0引言得益于政府政策支持、廉价劳动力、稳定的汇率和发达国家的生产过程外包，在过去的十余年里中国的制造业得到了快速发展。

工业机器人技术的发展与应用综述

工业机器人技术的发展与应用综述作者：王浩来源：《中国新技术新产品》2018年第03期摘要：工业机器人主要是指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机械装置。

它能够借助自身动力及控制能力来实现各种功能，可按照预设程序运行，完成各种工业生产活动。

工业机器人技术的快速发展及不断成熟对传统制造业等劳动密集产业升级具有重要的意义。

可以说，工业机器人技术解放了生产力，进一步提升了工业生产效率及质量，也在一定程度上降低了人力资源成本，有利于创造更多的经济效益。

基于此，本文对工业机器人技术发展及应用进行了探讨，并提出了相关观点，以供参考。

关键词：工业机器人；技术；发展中图分类号：TP242 文献标志码：A1 工业机器人发展概述工业机器人是多种先进技术共同结合所获得综合技术产物，所涉及的技术包括机械、电子、计算机、传感器、信息通信等等。

工业机器人源于20世纪60年代，Victor Scheinman在1969年发明了斯坦福机械。

这个全电动 6 轴铰接式机器人，能够在可达空间内完成任意运动路径。

至20世纪70年代初，ABB 与 KUKA公司将工业机器人全面推向市场，其中ABB公司所推出的IRB6是世界上第一款由微处理器控制的商业化工业机器人。

现阶段，瑞典 ABB公司、德国 KUKA公司、日本 FANUC 公司及日本安川电机公司是工业机器人领域的标杆，在全球市场范围内占据了极大的市场份额，是行业中的佼佼者。

在相关技术不断成熟的情况下，工业机器人的应用领域也在不断拓展，包括汽车、金属加工、金属锻造、塑料制造、石化、电子等行业均有工业机器人涉足。

工业机器人基本上能够替代人工完成装配、焊接、喷涂等多项工作，进一步提升了工业生产效率及质量。

与欧美、日本等国家相比，我国工业机器人起步较晚，整体技术水平存在着一定差距。

随着工业4.0概念的提出，我国初步制定了《机器人产业“十三五”发展规划》，这标志着未来一段时间内我国工业机器人技术将迎来巨大的发展，工业机器人产业也将成为新的蓝海。

工业机器人技术的发展与应用综述

工业机器人技术的发展与应用综述近年来，随着科技的不断进步和工业化的不断深入，工业机器人技术成为了现代制造业中的重要组成部分。

本文将对工业机器人技术的发展与应用进行综述，以期更好地了解其在生产制造领域中的作用和意义。

一、工业机器人技术的发展历程工业机器人技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时的工业机器人主要采用传感器和程序控制的方式进行操作。

随着时间的推移，工业机器人技术从单一的重复操作向多样化、灵活化的方向发展。

现如今，工业机器人已经实现了传感器融合、自主决策、自我学习等高级功能，极大地提高了生产效率和产品质量。

二、工业机器人技术的应用领域1. 制造业：工业机器人在制造业中的应用广泛。

例如，汽车制造业中的焊接、喷涂、装配等工序都可以通过工业机器人完成，不仅提高了生产效率，还降低了劳动强度和人为错误的发生率。

2. 化工行业：在化工行业中，工业机器人可以承担危险和高温等工艺环境下的操作任务，能够确保工作人员的安全，并提高生产效率。

3. 食品加工业：由于工业机器人具有高精度和高速度的特点，因此在食品加工业中的分拣、包装和装卸等环节中广泛应用，大大提高了食品加工的效率和质量。

4. 医疗行业：工业机器人技术在医疗行业中也得到了应用。

例如，手术辅助机器人可以帮助医生进行精细的手术操作，提高手术准确性和安全性。

5. 物流行业：随着电子商务的飞速发展，物流行业对快速、准确地完成订单处理的要求越来越高。

工业机器人在物流行业中的应用可以大幅提高分拣、装卸和仓储等环节的效率。

三、工业机器人技术的优势和挑战1. 优势：工业机器人具有高精度、高速度和高重复性的特点，能够在短时间内完成大量的操作任务，提高生产效率。

此外，工业机器人还可以承担高危、高温和高精尖等工作环境下的操作任务，确保工作人员的安全。

2. 挑战：工业机器人技术的普及与推广面临一些挑战。

首先，高昂的价格限制了一部分中小企业的采用；其次，工业机器人的操作与维护需要专业人员，对企业员工的素质要求较高；最后，工业机器人在处理复杂、不确定性较高的任务时仍存在一定的局限性。

工业机器人的技术发展及其应用

工业机器人的技术发展及其应用随着人们对机器人技术的深入研究，工业机器人已逐渐成为制造业中不可或缺的重要装备。

对于工业生产线而言，机器人能够提升生产效率、降低人工成本、保证生产质量等多种优势，因此在各个行业得到广泛应用。

工业机器人的发展历程可以追溯到19世纪末期，当时人们开始决定采用机器代替人力。

20世纪50年代，第一台工业机器人诞生于美国，从此工业机器人得以迅速发展。

近几十年来，工业机器人技术得到了快速的发展，其主要的技术路线如下：一、机器人感知技术。

感知技术是工业机器人实现自主控制的重要基础。

感知技术的发展使得机器人能够自主完成一些较为复杂的工作，如手眼协调、环境感知、自主规划等。

目前，机器人感知技术主要包括图像识别、视觉测量、激光雷达等。

二、机器人控制技术。

对于工业机器人的控制，目前主要采用传统的控制策略和高级控制策略。

其中，传统的控制方法包括PID 控制、模糊控制和自适应控制，这些方法已在工程上得到广泛应用。

而高级控制方法包括神经网络控制和模型预测控制等，这些方法能够更好地为机器人提供自主控制能力。

三、机器人执行技术。

机器人执行技术是工业机器人完成动作的核心技术，主要包括机械结构、电机驱动和速度控制等。

目前，工业机器人执行技术已逐渐成熟，凭借着其精湛的技术，使得机器人能够更准确、更高效地完成各种动作。

工业机器人的应用范围非常广泛，主要包括以下几个方面：一、汽车制造业。

在汽车制造业中，工业机器人主要用于焊接、涂装、组装和检测等工作。

由于工业机器人具有高度的自动化和重复性，能够满足大规模、高质量的汽车生产要求，因此被广泛应用于汽车生产线上。

二、电子制造业。

在电子制造业中，工业机器人主要用于精密组装、印刷、贴装、焊接等工作。

电子制造业的生产批量较小且产品种类繁多，需要高度的灵活性，因此工业机器人成为提高生产效率的不可或缺的装备。

四、医疗行业。

工业机器人在医疗行业中的应用主要包括手术机器人、生产医疗器械等，让医生能够进行更小型化手术、提高手术的精度，而医疗器械生产的自动化也能够保证器械的质量和规格。

工业机器人的技术发展及其应用

工业机器人的技术发展及其应用工业机器人是一种能够自动执行各种任务的机械设备，它通常被应用在制造业中，以取代人力进行重复性、繁琐的工作。

工业机器人的发展历经了不断的技术革新和进步，逐渐成为了现代制造业中不可或缺的一部分。

本文将重点探讨工业机器人的技术发展和其应用领域。

一、工业机器人的技术发展工业机器人的发展可以追溯到20世纪60年代，当时最早的工业机器人问世，被应用在汽车制造业中。

这些机器人主要是用来进行焊接、涂漆和装配等重复性工作。

早期的工业机器人主要依靠固定程序进行操作，无法灵活适应不同的工作环境和任务需求。

随着计算机技术和传感技术的不断进步，工业机器人经历了从固定程序控制到灵活智能化控制的转变。

先进的传感器技术使得工业机器人能够感知和理解周围的环境，以及与人类进行安全合作。

计算机视觉和人工智能的快速发展，为工业机器人的智能化和自主化提供了技术支持，使得机器人能够根据不同的情况做出智能的决策和执行任务。

工业机器人的运动控制技术和机械结构设计也得到了不断的改进和优化，使得工业机器人在执行任务时具有更高的精度和效率。

新材料和新工艺的应用，也为工业机器人的轻量化和柔性化提供了可能，使得机器人能够更好地适应不同的生产场景和需求。

工业机器人的技术发展经历了从单一、固定的机械设备到智能、柔性化的自动化系统的转变，为现代制造业的发展和提升生产效率提供了重要支持和保障。

二、工业机器人的应用领域工业机器人的应用领域非常广泛，它可以应用在各种各样的制造业中，包括汽车制造、电子设备制造、医疗器械制造等。

下面将重点介绍工业机器人在几个典型领域的应用情况。

1.汽车制造汽车制造是工业机器人的主要应用领域之一。

在汽车制造过程中，工业机器人可以完成车身焊接、涂漆、装配等一系列重要工艺环节。

工业机器人不仅可以提高制造效率，还可以保证产品质量的稳定性和一致性，同时减少对人力的依赖，确保生产环境的安全。

2.电子设备制造在电子设备制造领域，工业机器人主要应用在电子产品的组装和检测环节。

试论工业机器人技术的应用及发展

试论工业机器人技术的应用及发展摘要随着社会经济的发展，我国的科学技术有了很大进展，工业机器人的应用越来越广泛。

工业机器人是衡量国家制造水平与科技水平的关键标志，是先进制造业中无法替代的手段与装备。

目前，机器人应用越来越广泛，在工业发展中占据了重要的位置，不仅需求越来越大，技术研究也越来越深入，是提高社会生产率，提升产品质量的直接手段，可以为社会创造巨大的财富，因此，研究工业机器人技术的应用与发展十分重要，有助于促进机器人技术的发展。

关键词工业机器人；技术；应用；发展前言随着我国周边国家制造业的不断崛起，我国在制造业方面不再占据优势，因此，面对新的发展形势与发展任务，建立一个集标准化、模块化、网络化和智能化为一体的新型的制造体系已经迫在眉睫，所以说，对于工业机器人技术产业技术的研究具有十分重要的现实意义，相信在不远的未来，工业机器人必将成为推动我国制造业转型升级的重要力量。

1 机器人发展现状分析早在20世纪50年代，美国就已经研制出了第一台工业机器人，作为在研发技术遥遥领先的科技强国，美国在长达四十年的时间里始终在工业机器人关键技术领域占据领先地位。

与美国相比，素有机器人王国之称的日本工业机器人发展速度十分迅速，全世界大概有70%的机器人生产于日本，日本的工业机器人核心技术在世界上取得了领先优势。

半个多世纪以来，伴随着自动化技术，传感器技术以及计算机网络技术的不断发展，许多国家都已经建立了完善的工业机器人产业体系，我国为了缩小与发达国家之间的距离，逐漸将机器人产业提升到了国家战略层面，特别是在新一轮的科技浪潮背景下，我国政府加大了对工业机器人的投资力度，到2013年为止，我国工业机器人的销量第一次超过日本，一跃成为工业机器人产销大国，近年来，我国加大了对工业机器人的关注力度，在生产和研发环节上逐渐形成了一套完善的体系，截止到目前，北京以及上海等城市已经率先掌握了具有自主知识产权的工业机器人产品，这些产品的发展与市场投放使我国工业机器人产业的发展迈向了新的台阶[1]。

工业机器人技术的发展与应用综述

Internal Combustion Engine & Parts• 193 •工业机器人技术的发展与应用综述陈探(四川一诺创赢科技有限公司，成都610200)摘要：随着科学技术水平的不断提升，机器人已经成为人类最伟大的发明之一，尤其是其中的工业机器人，机电一体化的快速发展使其成为制造业中的核心装备，并为推动制造产业的健康发展产生了积极的影响。

本研究首先介绍了工业机器人的发展及其主要技术;其次，阐述了工业机器人技术在我国的应用现状;最后，总结了工业机器人技术未来的发展趋势，期望以此来推动我国工业化进程的发展。

关键词院工业机器人;机器人技术;制造业0引言工业机器人作为一种现代化的科学技术结晶，其具有高稳定性、可靠性和高精度等主要特点，可以在高危的环境下进行作业，既减轻了工作人员的工作强度，同时也提高了作业的效率和质量，是推动制造产业发展的核心力量。

目前，国内的工业机器人主要应用于制造业当中，大量研究学者针对其目前的应用现状进行了研究，并形成了较为完善的理论体系。

基于此，本研究主要对近年来国内有关工业机器人技术发展与应用相关文献资料进行了整合，现将综述报道如下。

1工业机器人及其主要技术1972年，我国开始加强了对工业机器人的研制，在政府部门的高度重视和支持下，于1986年实施了国家高技术研究发展计划，并在多年的研究后取得了大量的研究成果，成为了我国工业机器人发展的开端。

截止至2016年，我国已经成为全球最大的机器人市场，机器人的销量也达到了 87000台，市场占有率提高至31%。

工业机器人所采用的主要技术包括以下几种：①开放性模块化控制技术，工业机器人采用了分布式的CPU计算机结构，通过利用机器人的控制器主计算机，以此来实现对机器人运动的有效规划，同时也具有主控逻辑、数字I/O以及传感器处理等功能，在对其进行编程的基础上，采取开放性模块化的控制方式11]。

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但是，今天的全球化经济模式已明显改变了制造业的整体格局。

随着劳动力成本的提高，我国大量劳动密集型产业面临转型升级和区域性转移的挑战。

美国及一些发达国家的传统制造业外移已经导致了这些国家经济的空心化，也促使这些国家进行了深刻反思。

通过工业机器人的推广应用，已然成为这些曾经的发达国家再工业化的重要砝码。

谷歌公司一举收购8家机器人公司并将进军物流/仓储机器人的动向，已引起工业界的广泛关注［1］。

我国目前的情况与发达国家几十年前类似，如果不能解决劳动密集型产业机器换人问题，则必然导致整个产业的外移，直接影响国家经济的发展。

为避免重蹈发达国家传统制造业没落的覆辙，必须重视以机器人革命为切入点的“第三次工业革命”。

工业机器人具有工作效率高、稳定可靠、重复精度好、能在高危环境下作业等优势，在传统制造业，特别是劳动密集型产业的转型升级中可发挥重要作用。

基于上述背景，本研究对面向制造业的工业机器人进行调研，介绍工业机器人的起源、关键技术以及最新的应用进展等，以期为工业机器人研究提供有借鉴价值的参考。

1工业机器人概述“工业机器人”一词由《美国金属市场报》于1960年提出，经美国机器人协会定义为：“用来进行搬运机械部件或工件的、可编程序的多功能操作器，或通过改变程序可以完成各种工作的特殊机械装置［2］。

”这一定义现已被国际标准化组织所采纳［3］。

1．1早期的工业机器人1938年3月，The Meccano Magazine 报道了一款搬运机器人模型，这是最早的关于以工业应用为目标的机器人模型的报道。

Meccano 的工业机器人模型如图1所示［4］。

它由Griffith P．Taylor 于1935年设计，可以通过一个电动机实现5个轴的运动［5］。

图1Meccano 的工业机器人模型随后，一件标题为“Pollard's Positional spray paint-ing robot ”的专利被授权，这是一款真正符合当前意义上的工业机器人，该专利如图2所示［6］。

1．2第一台数字化可编程的工业机器人George Charles Devol 于1954年申请了一款机器人专利，Joseph F．Engelberger 基于该专利于1956年创立了世界上首个机器人制造公司Unimation ，并制造出称为“Unimate ”的机器人。

这是全球第一台数字化可编程的现代工业机器人，它使用液压驱动，采用图2“Positional spray painting robot ”专利示教再现形式生成程序，程序可记忆和重复，定位精度达到万分之一英寸，并首先被应用于GM 公司的装配线，完成工件的搬运工作［7］。

Unimation 的工业机器人后来被允许由川崎重工和GKN 分别在日本和英国生产。

1．3工业机器人的应用Victor Scheinman 于1969年发明了“斯坦福机械臂”。

这是一款全电动6轴铰接式机器人，在可达空间内可以设计机械臂的任意运动路径。

随后，Victor Scheinman 在MIT AI Lab．设计了被称为“MIT arm．”的第二款机械臂，并在Unimation 和GM 公司支持下开发了人们熟知的PUMA 机器人［8］。

1973年，ABB 和KUKA 将工业机器人推向市场。

ABB 的IＲB 6是世界上第一款微处理器控制全电动的商业化工业机器人。

最初的两台IＲB 6在瑞典Mag-nusson 公司被用于衬管弯头的磨抛加工。

KUKA 的第一代机器人称为FAMULUS ，具有6个驱动轴［9］。

在1970s 后期，许多美国公司进入了工业机器人制造领域，例如GE 和GM ，GM 与FANUC 公司合资成立了FANUC Ｒobotics 公司。

目前，国际工业机器人领域四大标杆企业分别是瑞典ABB 、德国KUKA 、日本FANUC 和日本安川电机，它们的工业机器人本体销量占据了全球市场的半壁江山。

另外，美国Adept Technology 、瑞士Staubli 、意大利Comau 、日本的川崎、爱普生、那智不二越和中国新松机器人自动化股份有限公司也是国际工业机器人的重要供应商。

·2·机电工程第32卷据国际机器人联合会统计，2013年全球工业机器人的销量达到了16．8万台［10］。

目前，全球工业机器人的保有量已经超过150万台［11］。

工业机器人的应用领域不断得到拓展，所能够完成的工作日趋复杂。

其主要应用行业是汽车和摩托车制造、金属冷加工、金属铸造与锻造、冶金、石化、塑料制品等。

工业机器人已经可替代人工完成装配、焊接、浇铸、喷涂、打磨、抛光等复杂工作。

2工业机器人的技术进展一般来说，工业机器人由3大部分6个子系统组成。

3大部分是机械部分、传感部分和控制部分。

6个子系统可分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统。

工业机器人的结构框图如图3所示［12］。

图3工业机器人的结构框图2．1机器人的机械结构从机械结构来看，工业机器人总体上分为串联机器人和并联机器人。

串联机器人的特点是一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点，而并联机器人所采用的并联机构，其一个轴运动则不会改变另一个轴的坐标原点。

早期的工业机器人都是采用串联机构。

并联机构定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。

1978年，Hunt 首次提出把六自由度并联机构作为机器人操作器，由此拉开了并联机器人研究的序幕［13］。

与串联机器人相比较，并联机器人具有刚度大、结构稳定、承载能力大、微动精度高、运动负荷小的优点。

在位置求解上，串联机器人的正解容易，但反解十分困难；而并联机器人则相反，其正解困难反解却非常容易。

串联机器人和并联机器人如图4所示［14］。