工业机器人技术论文8

工业机器人技术论文

机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而在西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。进入

20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些适用化的机器人相继问

世。1959年第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。工业机器人是集

机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要

的自动化装备。机器人技术及其产品已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计

算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,而且保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以

及降低生产成本有着十分重要的意义。工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和

生活的方式。

机器人是一个在三维空间，具有角度自由度的并能实现众拟人动作和功能的机器；工业机器人是能模拟人手臂.手腕和手功能的机电一体化产品，它可以把任意物体或工具按空间位置的识辨要求进行移动可实现工业生产的要求。它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的加工工具，以及能够执行搬运操作与加工

制造的任务。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体

即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。驱动系

统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照

输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

机器人控制系统通常包括控制计算机、示教盒、操作面板、存储器检测、传感器输入输出接口、通信接口等组成部分。由于机器人的类型较多控制系统的形式也是多种多样的；（1）

按照控制回路的不同可将机器人控制系统分为开环系统和闭环系统。（2）按照控制系统的

硬件分有机械控制、液压控制、顺序控制、计算机控制等。（3）按自动化控制程度分为顺

序控制系统、程序控制系统、自适应控制系统、人工智能系统。（4）按编程方式分为物理

设置编程控制系统、示教编程控制系统、离线编程控制系统（5）按机器人末端运动控制轨

迹分为有点位控制和连续轮廓控制。

工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是以穿孔卡、穿孔带或磁带等信息载体，输入已编好的程序。示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。

具有触觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别

功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照

人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。

20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的

许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及的过程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。

1.驱动方式的改变20世纪70年代后期，日本安川电动机公司研制开发出了第

一台全电动的工业机器人，而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。与采

用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动的机器人在响应速度、精度、灵

活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液压驱动的机器人，成为工

业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、RV减速器等高性能减

速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服

驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。

2.信息处理速度的提高

机器人的动作通常是通过机器人各个关节的驱动电动机的运动而实现的。为了使

机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算，并在此基础上向机

器人的各个关节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，

CPU的计算能力有了很大提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机

器人控制器甚至可以同时控制20多个关节。机器人控制器性能的提高也进一步

促进了工业机器人本身性能的提高，并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，

随着信息技术和网络技术的发展，已经出现了多台机器人通过网络共享信息，并

在此基础上进行协调控制的技术趋势。

3.传感器技术的发展

机器人技术发展初期，工业机器人只具备检测自身位置、角度和速度的内部传感器。近年来，随着信息处理技术和传感器技术的迅速发展，触觉、力觉、视觉等外部传感器已经在工业机

器人中得到广泛应用。各种新型传感器的使用不但提高了工业机器人的智能程度，也进一步拓宽了工业机器人的应用范围。

工业机器人进入人类历史舞台从事生产活动已近半个世纪，经历了示教再现型机

器人、具有感觉功能的第二代机器人和智能型第三代机器人的发展过程，已从机

械制造领域扩展到电子电器、冶金、化工、轻工、建筑、电力、邮电、军事、

海洋、医疗、家庭及服务等行业。

（1）20世纪50年代——萌芽期，1954年美国发表《通用重复性机器人》专利论文，第一次提出“工业机器人”和“示教再现”的概念；1959年推出第一台工业机器人。

（2）20世纪60年代——黎明期，1962年美国机床铸造公司生产出圆柱坐标机器人，稍后又有公司推出球坐标结构机器人。1967年日本率先引进用于制造业。

（3）20世纪70年代——实用化期，到70年代末全世界已拥有万台以上机器人，日本已

成为拥有机器人最多的国家。

（4）20世纪80年代——普及期，随着制造业的发展，使工业机器人再发达国家走向普及，并向高速、高精度、轻量化、成套系统化和智能化发展，以满足多品种少批量的需要。（5）20世纪90年代——扩展渗透期，随着计算机技术、智能技术的进步和发展，第二代具有一定感觉功能的机器人已经实用化并开始推广，具有视觉、触觉、高灵巧手指、能行走的第三代机器人相继出现并开始走向应用。工业机器人应用领域从制造业向非制造业发展，其应用地域也从发达国家向发展中国家扩展渗透。

中国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支

持已经取得了较大进展,工业机器人市场也已经成熟,应用上已经遍及各行各业,

但进口机器人占了绝大多数。我国在某些关键技术上有所突破,但还缺乏整体核

心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人则很少。目前我国机器人技术相

当于国外发达国家20世纪80年代初的水平,特别是在制造工艺与装备方面,不能

生产高精密、高速与高效的关键部件。我国目前取得较大进展的机器人技术有:

数控机床关键技术与装备、隧道掘进机器人相关技术、工程机械智能化机器人相

关技术、装配自动化机器人相关技术。现已开发出金属焊接、喷涂、浇铸装配、

搬运、包装、激光加工、检验、真空、自动导引车等的工业机器人产品,主要应

用于汽车、摩托车、工程机械、家电等行业。