工业机器人的应用与发展.docx

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工业机器人的应用与发展

工业机器人的应用与发展

机器人技术基础结课论文

题目：

工业机器人的应用与发展

姓名：

指导老师：

专业：

机械设计制造及其自动化

班级：

2011级2班

学号：

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工业机器人的应用与发展

【摘要】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，工业机器人已成为一种高新技术产业，为工业自动化水平发挥了巨大作用，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。

【关键词】工业机器人特点发展问题

一、机器人是什么

机器人是自动控制机器（Robot）的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗，机器猫等）。

狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人。

在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作。

理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物，目前科学界正在向此方向研究开发。

二、为什么要发展工业机器人

那么简单说，机器人有三个方面是我们必要去发展的理由:

一个是机器人干人不愿意干的事，把人从有毒的、有害的、高温的或危险的，这样的环境中解放出来，同时机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳,一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低；另一方面机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。

上述方面的三个问题，也就是说机器人发展的三个理由。

三、工业机器人的特点

　　戴沃尔提出的工业机器人有以下特点:

将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的连杆工业机器人机构联接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就可以离开人的辅助而独立运行。

这种机器人还可以接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现”。

　　1962年美国推出的一些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形主要由类似人的手和臂组成。

后来，出现了具有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。

　　当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。

当前，对全球机器人技术的发展最有影响的国家是美国和日本。

美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位。

四、机器人技术在工业中的应用

　　工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。

　　20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。

此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。

由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。

五、我国工业机器人的发展

我国工业机器人起步于20世纪70年代初期,经过30多年发展,大致经历了3个阶段:

70年代萌芽期,80年代的开发期和90年代的应用化期。

随着20世纪70年代世界科技快速发展，工业机器人的应用在世界掀起了一个高潮,在这种背景下,我国于1972年开始研制自己的工业机器人。

进入20世纪80年代后,随着改革开放的不断深入,在高技术浪潮的冲击下,我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持,"七五"期间,国家投入资金,对工定机器人及零部件进行攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发,研制出了喷漆,点焊,弧焊和搬运机器人。

1986年,国家高技术研究发展计划开始实施,经过几年研究,取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特种机器人。

从20世纪90年代初期起,我国的国民经济进入实现两个根本转变期,掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮,我国的工业机器人又在实践中迈进了一大步,先后研制了点焊,弧焊,装配,喷漆,切割,搬运,码垛等各种用途的工业机器人,并实施了一批机器人应用工程,形成了一批工业机器人产业化基地,为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。

但是与发达国家相比，我国工业机器人还有很大差距。

依赖进口是我国工业机器人之阵痛。

目前，我国进口的工业机器人主要来自日本，2004年日本对华出口的机器人占我国进口的工业机器人的一半，其他如欧洲品牌机器人，如ABB、KUKA、COMAU，占据市场的另一半。

　　2005年，我国工业机器人拥有量达到7000台，年销增长到28.7亿元。

近年来，随着我国经济快速增长，特别是汽车业的高速发展，每年新增工业机器人的台数和总量都在快速增长。

2006年，我国工业机器人新安装台数达5770台、2007年为6581台，2008年则达到7500台。

截止2008年年末，我国已有工业机器人31400台。

　　随着我国从劳动密集型向现代化制造业方向发展，虽然机器人保有量达到一定的规模，但与发达国家相比仍然有不少差距。

仅从汽车工业每百万名生产工人占有的机器人来讲，（日本1710台、意大利1600台、美国770台、英国610台、瑞典630台，而我国还不到90台），中国仍然是世界上相对比较落后的国家。

面对中国这样庞大的市场，每一个机器人供应商都有着非常大的用武之地。

　　产业化不足是我国工业机器人发展的一个弊端。

20世纪90年代末，我国建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地。

产业化基地的建设给产业化带来了希望，为发展我国机器人产业奠定了基础。

目前，我国已经能够生产具有国际先进水平的平面关节型装配机器人、直角坐标机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运码垛机器人等一系列产品，不少品种已经实现了小批量生产。

目前，我国工业机器人公司主要有中国新松机器自动化股份有限公司和首钢莫托曼机器人有限公司。

六、国内在工业机器人领域存在的问题

中国目前在工业机器人领域虽然在部分方面达到了世界先进水准，但是总体上依旧远远落后于国际领先水平。

其原因我认为有如下几点：

1）中国在工业机器人领域起步较晚。

工业机器人的概念的提出是在1954年，美国日本在那之后几年就开始进行工业机器人的开放和研究，而中国是知道8O年代才刚刚开始起步，这里就已经落后了30年左右。

不仅如此，在80年代起步时期，中国由于缺乏资金，在工业机器人领域的研发一直进展缓慢，导致落后更加严重。

2）由于历史原因，中国在工业机器人的技术上落后于世界先进水平，生产的工业机器人可靠性较低，先进的工业机器人主要还是依靠从国外进口，进口的工业机器人成本偏高，大部分企业单位无法承受这么高的成本。

因此中国的工业机器人销售市场并不发达，没有市场的推动，中国工业机器人的研发必然进展缓慢。

3）直到今日，中国也没有大规模的工业机器人制造商，产业规模比较小，没有形成自己的产业链，这在国际竞争中会使国产的工业机器人处于劣势地位，制约我国工业机器人的发展。

4）中国的精加行业比较薄弱，无法满足生产先进的工业机器人所需要的加工精度，这严重制约了国产工业机器人的发展。

5）中国工业机器人的研究无统一标准，导致大量重复低水平的研究，极大的浪费了科研力量。

6）从国家角度来说，中国目前待业人口比较多，农民工偏多。

他们主要在工厂从事一些体力劳动，如果大量引入工业机器人会增加失业人口，失业人口过多会严重影响到社会安定团结。

要缩短我国工业机器人与国外的差距，必须利用自己的优势走产业化的发展道路。

因此，我国工业机器人行业在发展的道路上要认识到以下几点情况：

第一：

工业机器人技术是我国工厂自动化发展的必然趋势，国家要对国产工业机器人有更多的政策与经济支持，吸引高新技术人才，加大技术投入与建设。

第二：

在国家的科学技术发展计划中,应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持，形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面。

第三：

部分国产工业机器人已经与国外相当，企业采购工业机器人时不要盲目进口，应该综合评估，大力弘扬国产工业机器人。

七、工业机器人技术的发展趋势

　　工业机器人技术是一门涉及机械学、电子学、计算机科学、控制技术、传感器技术、仿生学、人工智能甚至生命科学等学科领域的交叉性科学，机器人技术的发展依赖于这些相关学科技术的发展和进步。

　　归纳起来，工业机器人技术的发展趋势有以下几个方面。

（1）机器人的智能化

　　智能化是工业机器人一个重要的发展方向。

目前，机器人的智能化研究可以分为两个层次，一是利用模糊控制、神经元网络控制等智能控制策略，利用被控对象对模型依赖性不强的特点来解决机器人的复杂控制问题，或者在此基础上增加轨迹或动作规划等内容，这是智能化的最低层次；二是使机器人具有与人类类似的逻辑推理和问题求解能力，面对非结构性环境能够自主寻求解决方案并加以执行，这是更高层次的智能化。

使机器人能够具有复杂的推理和问题求解能力，以便模拟人的思维方式，目前还很难有所突破。

智能技术领域有很多的研究热点，如虚拟现实、智能材料（如形状记忆合金）、人工神经网络、专家系统、多传感器集成和信息融合技术等。

（2）机器人的多机协调化

　　由于生产规模不断扩大，对机器人的多机协调作业要求越来越迫切。

在很多大型生产线上，往往要求很多机器人共同完成一个生产过程，因而每个机器人的控制就不单纯是自身的控制问题，需要多机协调动作。

此外，随着CAD／CAM／CAPP等技术的发展，更多地把设计、工艺规划、生产制造、零部件储存和配送等有机地结合起来，在性制造、计算机集成制造等现代加工制造系统中，机器人已经不再是一个个独立的作业机械，而是成为了其中的重要组成部分，这些都要求多个机器人之间、机器人和生产系统之间必须协调作业。

多机协调也可以认为是智能化的一个分支。

　　（3）机器人的标准化

　　机器人的标准化工作是一项十分重要而又艰巨的任务。

机器人的标准化有利于制造业的发展，但目前不同厂家的机器人之间很难进行通信和零部件的互换。

机器人的标准化问题不是技术层面的问题，而主要是不同企业之间的认同和利益问题。

　　（4）机器人的模块化

　　智能机器人和高级机器人的结构力求简单紧凑，其高性能部件甚至全部机构的设计已向模块化方向发展。

其驱动采用交流伺服电动机，并向小型和高输出方向发展；其控制装置向小型化和智能化方向发展；其软件编程也在向模块化方向发展。

　　（5）机器人的微型化

微型机器人是21世纪的尖端技术之一。

目前已经开发出手指大小的微型移动机器人，预计将生产出毫米级大小的微型移动机器人和直径为几百微米甚至更小（纳米级）的医疗和军事机器人。

微型驱动器、微型传感器等是开发微型机器人的基础和关键技术，它们将对精密机械加工、现代光学仪器、超大规模集成电路、现代生物工程、遗传工程和医学工程等产生重要影响。

介于大中型机器人和微型机器人之间的小型机器人也是机器人发展的一个趋势。

八、结束语

随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。

广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机（飞行器）、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。

和计算机、网络技术一样，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方式。

机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。

鉴于此，工业机器人可以说是节约劳动生产力，提高产量的尤物，是人类机械化提高的一个重要标志，工业机器人的未来发展是十分乐观的。

在新的世纪，机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。

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