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关于发展现状机器人论文
工业机器人课程论文
系部：
机械工程系
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摘要：
生产力在不断进步，推动着科技的进步与革新，以建立更加合理的生产关系。
自工业革命以来，人力劳动已经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步。
时至今天，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并已经成为时代的主旋律。
人类充分发挥主观能动性，进一步增强对机械的利用效率，使之为我们创造出愈加巨大的生产力，并在一定程度上维护了社会的和谐。
而工业机器人的出现是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑。
在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。
国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。
全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段
关键字：
机器人智能技术微处理技术中国plc技术
正文：
一．机器人的概况
1．1前言
生产力在不断进步，推动着科技的进步与革新，以建立更加合理的生产关系。
自工业革命以来，人力劳动已经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步。
时至今天，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并已经成为时代的主旋律。
人类充分发挥主观能动性，进一步增强对机械的利用效率，使之为我们创造出愈加巨大的生产力，并在一定程度上维护了社会的和谐。
而工业机器人的出现是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑。
在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。
国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。
全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。
对于中外关于机器人的描述最早的有：
古希腊的青铜人"太罗斯"，日本的自动灌溉玩偶等，但真正实用的机器人，是美国生产的第一台工业机器 人（尤尼梅特），后来，1962年美国机器与铸造公司又生产出"沃萨特兰"（意思是万能搬运）工业机器人，接着，日本、前苏联及西欧各国也相继研制成功多 种工业机器人，到70年代末，机器人技术才得到巨大发展。
80年代，计算机技术和传感器的发展推动了机器人的发展。
第一代有感觉的机器人陆续研制成功。
如：
美国1989年出现的能为老人和病人服务的机器人；能拨打电话、打印文件的秘书
机器人。
它们都具有一定的识别判断能力。
进入90年代，小型轻型机器人开始出现，1991年日本生产出一种擦窗玻璃机器人，它仅有410毫米长，200毫米宽，125毫米高，而前苏联则生产出一种很轻的自由移动机器人，这类机器人能在特殊的环境中完成给定的任务。
目前世界机器人数量已超过75万台。
21世纪，人们需求的变化和技术的发展必将加快更多、更先进机器人的诞生，而机器人研究开发工作将更具吸引力和挑战性。
1.2机器人的概念
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。
1．3机器人的发展过程
机器人的诞生地在美国，1962年美国研制出世界上第一台工业机器人，经过30多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。
综观它的发展史，道路是曲折不平坦的。
由于美国政府从60年代到70年代中的十几年期间，并没有把工业机器人列入重点发展项目，只是在几所大学和少数公司开展了一些研究工作。
对于企业来说，在只看到眼前利益，政府又无财政支持的情况下，宁愿错过良机，固守在使用刚性自动化装置上，也不愿冒着风险，去应用或制造机器人。
加上当时美国失业率高达6．65％，政府担心发展机器人会造成更多人失业，因此不予投资，也不组织研制机器人，这不能不说是美国政府的战略决策错误。
70年代后期，美国政府和企业界虽有所重视，但在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，致使日本的工业机器人后来居上，并在工业生产的应用上及机器人制造业上很快超过了美国，产品在国际市场上形成了较强的竞争力。
进入80年代之后，美国才感到形势紧迫，政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国再次工业化的特征，使美国的机器人迅速发展。
80年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国60％的机器人市场。
尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。
其技术全面、先进，适应性也很强。
一直被我们与美国相提并论的英国则发展迥然不同。
虽然1967年英国HallAutomation公司研制出自己的机器人RAMP。
但70年代初期，由于英国政府科学研究委员会颁布了否定人工智能和机器人的Lighthall报告，对工业机器人实行了限制发展的严厉措施，因而机器人工业一蹶不振，在西欧差不多居于末位。
但是，国际上机器人蓬勃发展的形势很快使英政府意识到：
机器人技术的落后，导致其商品在国际市场上的竞争力大为下降。
于是，从70年代末开始，英国政府转而采取支持态度，推行并实施了一系列支持机器人发展的政策和措施，如广泛宣传使用机器人的重要性、在财政上给购买机器人企业以补贴、积极促进机器人研究单位与企业联合等，使英国机器人开始了在生产领域广泛应用及大力研制的兴盛时期。
这说明新技术的发展是不以人的意志为转移的，谁顺应它努力发展它谁就能获得发展，而谁一味的闭关锁国排斥它限制它就会因为跟不上时代的发展而落后。
相对英国的教训而言法国由于很早就接受了人工智能技术并努力发展它，从而获得了很大的发展。
法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。
这主要归功于法国政府一开始就比较重视机器人技术，特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。
法国机器人的发展比较顺利，主要原因是通过政府大力支持的研究计划，建立起一个完整的科学技术体系。
即由政府组织一些机器人基础技术方面的研究项目，而由工业界支持开展应用和开发方面的工作，两者相辅相成，使机器人在法国企业界很快发展和普及。
法国的邻国德国，其工业机器人的总数占世界第三位，仅次于日本和美国。
但它比英国和瑞典引进机器人大约晚了五六年，其所以如此，是因为德国的机器人工业一起步，就遇到了国内经济不景气。
但是德国的社会环境却是有利于机器人工业发展的。
因为战争，导致劳动力短缺，以及国民技术水平高等因素都是实现使用机器人的有利条件。
到了70年代中后期，政府采用行政手段为机器人的推广开辟道路；在"改善劳动条件计划"中规定，对于一些有危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替普通人的劳动。
这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。
日尔曼民族是一个重实际的民族，他们始终坚持技术应用和社会需求相结合的原则。
除了像大多数国家一样，将机器人主要应用在汽车工业之外，突出的一点是德国在纺织工业中用现代化生产技术改造原有企业，报废了旧机器，购买了现代化自动设备、电子计算机和机器人，使纺织工业成本下降、质量提高，产品的花色品种更加适销对路。
到1984年终于使这一被喻
为"快完蛋的行业"重新振兴起来。
与此同时，德国看到了机器人等先进自动化技术对工业生产的作用，提出了1985年以后要向高级的、带感觉的智能型机器人转移的目标。
经过近十年的努力，其智能机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位。
与西方对立的前苏联（主要是在俄罗斯）在机器人技术上也是很先进的。
前苏联从理论和实践上探讨机器人技术是从50年代后半期开始的。
到了50年代后期开始了机器人样机的研究工作。
1968年成功地试制出一台深水作业机器人。
1971年研制出工厂用的万能机器人。
早在前苏联第九个五年计划（1970年一1975年）开始时，就把发展机器人列入国家科学技术发展纲领之中。
到1975年，已研制出30个型号的120台机器人，经过20年的努力，前苏联的机器人在数量、质量水乎上均处于世界前列地位。
国家有目的地把提高科学技术进步当作推动社会生产发展的手段，来安排机器人的研究制造；有关机器人的研究生产、应用、推广和提高工作，都由政府安排，有计划、按步骤地进行。
前苏联的技术虽然先进，但其实行的是计划经济。
计划经济的一个通病是脱离市场，从而使其技术应用没有像其他西方资本主义国家那样出现飞跃。
而与此相对取得了巨大成功的则是我们一衣带水的邻国日本。
日本在60年代末正处于经济高度发展时期，年增长率达11％。
第二次世界大战后，日本的劳动力本来就紧张，而高速度的经济发展更加剧了劳动力严重不足的困难。
为此，日本在1967年由川崎重工业公司从美国Unimation公司引进机器人及其技术，建立起生产车间，并于1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。
正是由于日本当时劳动力显著不足，机器人在企业里受到了“救世主”般的欢迎。
日本政府一方面在经济上采取了积极的扶植政策，鼓励发展和推广应用机器人，从而更进一步激发了企业家从事机器人产业的积极性。
尤其是政府对中、小企业的一系列经济优惠政策，如由政府银行提供优惠的低息资金，鼓励集资成立“机器人长期租赁公司”，公司出资购入机器人后长期租给用户，使用者每月只需付较低廉的租金，大大减轻了企业购入机器人所需的资金负担；政府把由计算机控制的示教再现型机器人作为特别折扣优待产品，企业除享受新设备通常的40%折扣优待外，还可再享受13％的价格补贴。
另一方面，国家出资对小企业进行应用机器人的专门知识和技术指导等等。
这一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年，到80年代中期，已一跃而为“机器人王国”，其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。
按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：
“日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期，70年代的实用期，到80年代进人普及提高期。
”并正式把1980年定为“产业机器人的普及元年”，开始在各个领域内广泛推广使用机器人。
日本政府和企业充分信任机器人，大胆使用机器人。
机器人也没有辜负人们的期望，它在解决劳动力不足、提高生产率、改进产品质量和降低生产成本方面，发挥着越来越显著的作用，成为日本保持经济增长速度和产品竞争能力的一支不可缺少的队伍。
日本在汽车、电子行业大量使用机器人生产，使日本汽车及电子产品产量猛增，质量日益提高，而制造成本则大为降低。
从而使日本生产的汽车能够以价廉的绝对优势进军号称“汽车王国”的美国市场，并且向机器人诞生国出口日本产的实用型机器人。
此时，日本价廉物美的家用电器产品也充斥了美国市场……这使“山姆大叔”后悔不已。
日本由于制造、使用机器人，增大了国力，获得了巨大的好处，迫使美、英、法等许多国家不得不采取措施，奋起直追。
1.3机器人的分类
随着人们对机器的研究，机器人也在进步，按其发展过程机器人可分为三代：
第一代是示教再现型机器人：
"尤尼梅特"和"沃尔萨特兰"这两种最早的工业机器人是示教再现型机器人的典型代表。
它由人操纵机械手做一遍应当完成的动作或通过控制器发出指令让机械手臂动作，在动作过程中机器人会自动将这一过程存入记忆装置。
当机器人工作时，能再现人教给它的动作，并能自动重复的执行。
这类机器人不具有外界信息的反馈能力，很难适应变化的环境。
第二代是有感觉的机器人：
它们对外界环境有一定感知能力，并具有听觉、视觉、触觉等功能。
机器人工作时，根据感觉器官（传感器）获得的信息，灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。
如：
有触觉的机械手可轻松自如地抓取鸡蛋，具有嗅觉的机器人能分辨出不同饮料和酒类。
第三代是具有智能的机器人：
智能机器人是靠人工智能技术决策行动的机器人，它们根据感觉到的信息，进行独立思维、识别、推理，并作出判断和决策， 不用人的参与就可以完成一些复杂的工作。
日本研制的能演奏数首曲目?
quot;瓦伯特"2号机器人，已达到5岁儿童的智能水平。
目前，智能机器人已在许多 方面具有人类的特点，随着机器人技术不断发展与完善，机器人的智能水平将越来越接近人类。
二．机器人的发展现状
2.1机器人在各国的分布情况
UNECE估计，2004年全球至少安装了10万台新的工业机器人。
其中：
欧盟31100台（比2003年增加15％，但比2001年的记录仅增加1％）；北美16100台（比2003年增加27％，比2000年的记录高24％）；亚洲51400台，主要在日本，但中国市场增长迅速（比2003年增长24％）。
据美国电气和电子工程师协会（IEEE）统计，至2008年底，世界各地已经部署了100万台各种工业机器人。
其中，日本机器人数量据世界首位。
他们的算法基于制造工人与机器人的比例，即每万名工人拥有多少台制造机器人。
其中日本的工业机器人密度达到了世界平均水平的10倍，也比排在第二位的新加坡多出了一倍。
其中日本每万名工人拥有295台工业机器人，新加坡169台，韩国164台，德国163台。
虽然排在前三位的国家都在亚洲，不过欧洲却是世界上工业机器人密度最大的地区。
欧洲国家工业机器人密度为每万名工人50台，美洲为平均31台，亚洲平均27台。
2.2机器人在各国的发展状况
工业机器人在日本发展：
与此同时，十九世纪七十年代的日本正面临着严重的劳动力短缺，这个问题已成为制约其经济发展的一个主要问题。
毫无疑问，在美国诞生并已投入生产的工业机器人给日本带来了福音。
1967年日本川崎重工业公司首先从美国引进机器人及技术，建立生产厂房，并于1968年试制出第一台日本产unimate机器人。
经过短暂的摇篮阶段，日本的工业机器人很快进入实用阶段，并由汽车业逐步扩大到其它制造业以及非制造业。
1980年被称为日本的“机器人普及元年”，日本开始在各个领域推广使用机器人，这大大缓解了市场劳动力严重短缺的社会矛盾。
再加上日本政府采取的多方面鼓励政策，这些机器人收到了广大企业的欢迎。
1980年~1990年日本的工业机器人处于鼎盛时期，后来国际市场曾一度转向欧洲和北美，但日本经过短暂的低迷期又恢复其昔日的辉煌。
1993年末，全世界安装的工业机器人有61万台，其中日本占60%，美国占8%，欧洲占17%，俄罗斯和东欧占12%。
是什么使得日本的工业机器人产业有如此快速的发展，现理出几点原因：
（1）根本原因是日本的基本国情，人口少，劳动力严重短缺。
日本每年的人口增长率在1.1%左右，而日本人都想接受高等教育导致其劳动力的增长速度却始终停留在0.7%。
为了满足国民经济3%的增长要求，必须提高生产效率。
（2）1973年十月爆发的第一次石油危机提高了劳动力成本，日本政府不得不鼓励私营企业向自动化领域投资，提高生产效率，以抑制由石油危机带来的成本型通货膨胀。
（3）工业机器人可以代替劳动者从事可能危害身体健康的劳动，避免了大量的工伤事故和职业病，受到了人们的欢迎。
（4）日本自80年代起就采用推动工业机器人的普及和促进研究与发展的政策。
日本的鼓励政策：
日本工业机器人产业迅速发展有其根本的刺激动力----人口资源短缺，但更是因为政府的鼓励政策才使得这种快速的发展成为现实。
其早起的鼓励政策有三方面内容：
1.普及促进政策
（1）创建财政投融资租赁制度。
（2）对于重要复杂机械装置的特别折旧制度中高性能电子计算机控制工业机器人的新规定。
（3）对于工业安全卫生设施等贷款制度（中小企业金融公案、国民金融公库）追加劳动安全工业机器人的新规定。
（4）中小企业设备现代化贷款制度及设备贷款制度。
（5）FMS及其租赁制度。
（6）中小企业新技术体化投资促进税制（机电一体化税制）。
（7）省力化设备投资促进融资制度。
2.研究开发促进政策
（1）极限作业机器人研究开发。
（2）基础技术研究开发促进税制（高技术税制）。
（3）设立（财）国际机器人.FA技术中心。
（4）微机器技术研究开发。
3.其它振兴政策
《技术政策税制中的工业机器人设备等的特别折旧制度（1984年创建）》
日本工业协会JIRA:
日本工业机器人协会成立于1972年10月,是世界上第一个工业机器人组织。
它的宗旨是加速发展工业机器人制造业,推动工业自动化和安全生产。
1992年,日本工业机器人协会欢度了它的20岁生日。
在过去的20年中,它得到了政府和大专院校的支持和帮助,与工业机器人制造商及用户进行了合作。
正是这一切使日本工业机器人协会有效地推动了工业机器人的生产,使自己站在提高工业各个领域的生产率及雇员福利的前列。
JIRA从事以下的活动：
1.就制定有利于工业的财税制的各种政策问题,向政府提出建议。
2.编辑出版双月刊《JIRA机器人消息》、《JIRA机器人》杂志及《日本工业机器人规范及应用》等。
协会的公务活动有组织学术讨论会、电影节以及机器人展览会等。
3.通过对机器人数量和增长情况进行市场调查,有利于利用“政策宣传计划”来扶植系统工程公司。
4.通过技术调研、预测及标准化活动,推动技术的发展。
5.通过设计采用机器人的安全自动化系统,推动研究与发展。
6.通过组织国际技术会议,例如“国际工业机器人研讨会”、“国际先进机器人学会议,和国际工业合作研讨会等,加强国际技术交流。
7.阐明有关加强研究、开发、制造和个人拥有机器人的基本政策。
为了进行这些活动,已成为一个拥有8个常务委员会及其下属的12个分委员会、以及大约30个专业委员会的机构。
工业机器人在世界其他主要国家的发展：
美国是工业机器人的诞生地，基础雄厚，技术先进。
现今美国有着一批具有国际影响力的工业机器人供应商，像AdeptTechnologe、AmericanRobot、EmersomIndustrialAutomation等。
德国工业机器人的数量占世界第三，仅次于日本和美国，其智能机器人的研究和应用在世界上处于领先地位。
目前在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人经推广应用成为主流安装机型，而第三代智能机器人已占有一定比重并成为发展的方向。
世界上的机器人供应商分为日系和欧系。
瑞典的ABB公司是世界上最大机器人制造公司之一。
1974年研发了世界上第一台全电控式工业机器人IRB6，主要应用于工件的取放和物料搬运。
1975年生产出第一台焊接机器人。
到1980年兼并Trallfa喷漆机器人公司后，其机器人产品趋于完备。
ABB公司制造的工业机器人广泛应用在焊接、装配铸造、密封涂胶、材料处理、包装、喷漆、水切割等领域。
德国的KUKARoboterGmbh公司是世界上几家顶级工业机器人制造商之一。
1973年研制开发了KUKA的第一台工业机器人。
年产量达到一万台左右。
所生产的机器人广泛应用在仪器、汽车、航天、食品、制药、医学、铸造、塑料等工业，主要用于材料处理、机床装备、包装、堆垛、焊接、表面休整等领域。
（KUKAKR100，用于高速、高精度焊接、切割和测量的机器人）
意大利COMAU公司从1978年开始研制和生产工业机器人，至今已有30多年的历史。
其机器人产品包括Smart系列多功能机器人和MASK系列龙门焊接机器人。
广泛应用于汽车制造、铸造、家具、食品、化工、航天、印刷等领域。
（TheComauSmartNS1）
2.3日系机器人的简介
日系是工业机器人制造的主要派系，其代表有FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等国际知名公司。
FANUC是世界上最大的机器人制造商之一。
FANUC的前身致力于数控设备和伺服电机系统的研制和生产。
1972年从日本富士通公司的计算机控制部门独立出来成立了FANUC公司。
FANUC公司的主要业务分为两部分：
工业机器人和工厂自动化。
据统计，截至2008年6月末，其生产的机器人突破20万台。
FANUC最新研发的工业机器人产品有：
R-2000iA系列多功能智能机器人。
具有独特的视觉和压力传感器，可以将随意堆放的工件捡起并完成装配；Y44CCLDiA高功率LDYAG激光机器人。
研制安装的4.4kwLDYAG激光振荡器，提高了效率和可靠性。
（美国FANUCRobotics举重机器人：
KR1000TITAN售价在22.5－23万美元之间；M-2000iA/1200）
安川公司于1977年研制出第一台全自动工业机器人，旗下拥有Motoman美国、瑞典、德国以及SyneticsSolutions美国公司等子公司。
其核心的工业机器人有点焊和弧焊机器人，油漆和处理机器人，LCD玻璃板传输机器人和半导体晶片传输机器人等。
近年来安川生产的新型液晶玻璃板搬运机器人受到市场欢迎。
此外，安川还是将工业机器人应用于半导体领域最早厂商之一。
（安川电机公司生产：
SDA10，可做早餐的新型人性化机器人）
川崎公司生产出了日本第一台工业机器人，对工业机器人产业做出了不可磨灭的贡献。
川崎生产的喷涂机器人、焊接和组装机器人、半导体工业用机器人也很受市场欢迎
（日本川崎公司成产的工业机器人）
三．几种主要技术在机器人的应用
3.1plc在机器人中的应用
一．机器人控制器可定义为完成机器人控制功能的结构实现，
可见机器人控制器是机器人的核心部分，它决定机器人性能的
优劣，也决定机器人使用的方便程度，它从一定程度上影响着机
器人的发展，高性能工业机器人的动态特性包括其工作精度、重
复能力、稳定度和空间分辨度等。
不但要实现PTP控制（point
topointcontrol），而且还要实现CP控制（continuouspath
control）。
虽然采用基于PC的运动控制器和基于DSP运动控制
器能够实现机器人的运动控制，但很难满足高性能工业机器人
的各种要求，同时电路设计及编程复杂，需要有较高的理论基
础。
而采用PLC的控制接线简单，只需通过运动控制指令便可
实现对机器人的运动控制，同时由于PLC在多轴运动协调控
制、网络通讯方面功能的强大，对机器人的控制成为现实。
由
PLC构成机器人控制器，硬件配置的工作量较小，无需作复杂的
电路板，只需在端子之间接线。
因此本文选用PLC为工业机器
器。
因此本文选用plc为工业机器人的控制器高性能工业机器人主要是各关节的驱现
其PTP、CP控制，而且在多轴协调控制、速度、加速度、运动精度
等方面对PLC提出了更高的要求，在PLC中日本立石（OMR
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