机器人技术概述

机器人技术概述目录一工业机器人概述二.工业机器人概念与组成、三工业机器人的发展趋势 四工业机器人的需求与前景 五致谢六参考文献工业机器人概述机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又 可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它 的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。 有些人认为，最高级的机器人要做的和人一模一样，其实非也。实际上，机器人 是利用机械传动、现代微电子技术组合而成的一种能模仿人某种技能的机械电子 设备，他是在电子、机械及信息技术的基础上发展而来的。然而，机器人的样子 不一定必须像人，只要能独立完成一些人类的技能或有一定危险性的工作，就属 于机器人大家族的成员。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。一 工业机器人的现状1、工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维 修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91 年的 103万美元降至 97 年的 65 万美元。2、机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速 机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机； 国外已有模块化装配机器人产品问市。3、工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、 网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系 统的可靠性、易操作性和可维修性。4、机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等 传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采 用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制； 多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。5、虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制， 如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。6、当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作 者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳” 机器人就是这种系统成功应用的最着名实例。7、机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种 新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。二工业机器人的发展趋势目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着 智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下10个方面：1、工业机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进 一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。2、机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友 好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，以及 基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可 操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。3、多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用 是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在 非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感 系统的实用化。4、机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。5、机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者 之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下， 建立预先显示进行遥控等。6、虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术， 实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。7、多智能体(multi-agent)调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新 领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习 方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。8、微型和微小机器人技术(micro/miniature robotics):这是机器人研究 的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域 研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个 方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动 方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。9、软机器人技术(soft robotics):主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场 合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料， 软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人 碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。10、仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面 进行一些基础研究。总之，21 世纪将会是机器人蓬勃发展的时代。三 工业机器人控制技术机器人的控制方法有位置控制、轨迹控制、力控制、力矩控制、柔顺控制、 力位置混合控制、分解运动控制、变结构控制、自适应控制以及递阶控制、模 糊控制、学习控制、神经控制和进化控制等智能控制。其中，有些控制方法已比 较熟悉，另一些控制方法则较为新颖，并有待进一步开发与完善!作为先进制造 业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和 科技水平的重要标志。据相关统计数据表明，工业机器人主要用于汽车工业及汽 车零部件工业，占整个机器人市场的 61%，金属制品业占8%、橡胶及塑料工业和 电子电气行业分别占 7%，食品工业占2%，其他工业占 15%。工业机器人的概念与组成、分类一 工业机器人的概念工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用机 械装置；由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；他是可编程、具有 柔性的自动化系统，可以允许进行人机联系。可以通俗的理解为“机器人是技术 系统的一种类别，它能以其动作复现人的动作和职能；它与传统的自动机的区别 在于有更大的万能性和多目的用途，可以反复调整以执行不同的功能。”二 工业机器人的组成工业机器人由主体、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。大多数工业机器 人有36个运动自由度，其中腕部通常有13个运动自由度；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。三 工业机器人的分类工业机器人 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。大多数工业机器人有 36个运动自由度，其中腕部通常有 13 个运动自由度；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。工业机器人按臂部的运动形式分为四 种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转 和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型 只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床 上下料、点焊和一般搬运、 装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装 等作业。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 是将计算机上已编好的作业程序文件，通过 RS232 串口或者以太网等通信方式传送 到机器人控制柜。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、力觉或简 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工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐 标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、 俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位 型控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬 运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接 和涂装等作业。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 型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过 RS232 串口或者以太网等通信方式 传送到机器人控制柜。四 工业机器人带来的效益工业机器人是现代制造业的基础设备，它属于自动化制造系统的物理层次。 机器人的过去、现在和未来都与制造业发展密切相关。多年的工业机器人使用经 验表明:使用工业机器人可以降低废品率和产品成本,提高了机床的利用率,降低 了工人误操作带来的残次零件风险等,其带来的一系列效益也是十分明显的,例 如减少人工用量、减少机床损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。机器 人具有执行各种任务特别是高危任务的能力,平均故障间隔期达 60000 小时以上, 比传统的自动化工艺更加先进。采用工业机器人还有如下优点: 第一,改善劳动条件,逐步提高生产效率;第二,更强与可控的生产能力,加快产品更新换代; 第三,提高零件的处理能力与产品质量; 第四,消除枯燥无味的工作,节约劳动力; 第五,提供更安全的工作环境,降低工人的劳动强度,减少劳动风险; 第六,提高机床;第七,减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存;第八,提高企业竞争 力。在面临全球性竞争的形势下,制造商们正在利用工业机器人技术来帮助生产 价格合理的优质产品。一个公司想要获得一个或多个竞争优势,实现机器人自动 化生产将是推动业务发展的有效手段。工业机器人的发展趋势一 工业机器人的发展现状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。自从 1962年美国研制出世界上 第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统、 自动化工厂、计算机集成制造系统的自动化工具。 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。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。(1) 工业机器人的发展现状工业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着越来越重要的作用国外专家预测,机器人 产业是继汽车.计算机之后出现的一种新的大型高技术产业.据联合国欧洲经济 委员会和国际机器人联合会的统计,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 20世纪，机器人产品 发展速度加快,年增长率平均在 10左右.2004年增长率达到创记录的 20。其 中,亚洲机器人增长幅度最为突出,高达 43%。(2) 工业机器人的应用领域日渐广泛 经过四十多年的发展，工业机器人已在 越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得 到了广泛的应用。如在毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、 装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。 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。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、 警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高 人类的生活质量发挥着重要的作用。(3) 国内外主要的工业机器人生产厂商 在国外，工业机器人技术日趋成熟， 已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、 著名的工业机器人公司，它们包括:瑞典的ABB Robo tics,日本的FANUC、Yaskawa, 德国的 KUKA Robo ter，美国的 Adep t Technology、American Robo t、Emerson Indus trial Au toma tion、S-T Robo tics，意大利 COMAU，英国的 Aut oTech Robo ti cs，加拿大的 Jcd Int erna tional Robo tics，以色列的 Robogroup Tek 公司，这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。在国内，工业机器人产业刚 刚起步，但增长的势头非常强劲。如中国科学院沈阳自动化所投资组建的新松机 器人公司，年利润增长在40%左右。(4) 工业机器人的发展趋势 工业机器人在许多生产领域的使用实践证明，它 在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳 动条件等方面，有着令世人瞩目的作用，引起了世界各国和社会各层人士的广泛 关注。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。 1、 工业机器人的技术发展趋势从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人 技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为:结构的模 块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化 和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以 及系统的网络化和智能化等方面。2、工业机器人的产业发展趋势 据UNECE/IFR 预测，至2007年，全球新安装装机器人的数量将从2003年的81800套增至2007 年的106000套，年平均增长7%。其中，日本2003-2007年工业机器人的销售将 从2003年的31600增长至2007年的41000套；欧洲2003-2007年工业机器人将 从2003年的27100套增长至2007年的34000套；北美2003-2007年工业机器人 市场每年平均增长5.8%，至2007年将增长到16000套。(5) 工业机器人产业发展模式的探讨 纵观世界各国在发展工业机器人产业 过程，可归纳为三种不同的发展模式，即日本模式、欧洲模式和美国模式: 1、 日本模式此种模式的特点是:各司其职，分层面完成交钥匙工程。即机器人制 造厂商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标，并由其子公司或社会 上的工程公司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统，并完成交钥匙工程；2、欧洲模式 此种模式的特点是:一揽子交钥匙工程。即机器人的生产和用户所 需要的系统设计制造，全部由机器人制造厂商自己完成； 3、美国模式 此种模 式的特点是:采购与成套设计相结合。美国国内基本上不生产普通的工业机器人， 企业需要时机器人通常由工程公司进口，再自行设计、制造配套的外围设备，完 成交钥匙工程。我国从上世纪80年代开始在高校和科研单位全面开展工业机器人的研究，近20年来取 得不少的科研成果。但是由于没有和企业有机地进行联合，至今仍未形成具有影响力的产品 和有规模的产业。目前国内除了一家以组装为主的中日合资的机器人公司外，具有自主知识 产权的工业机器人尚停留在高校或科研单位组织的零星生产，未能形成气候。近10年来， 进口机器人的价格大幅度降低，对我国工业机器人的发展造成了一定的影响，特别是我国自 行制造的普通工业机器人在价格上根本无法与之竞争。特别是我国在研制机器人的初期，没 有同步发展相应的零部件产业，使得国内企业在生产的机器人过程中，只能依赖配套进口的 零部件，更削弱了我国企业的价格竞争力。中国的机器人产业应走什么道路，如何建立自 己的发展模式，确实值得探讨。中国工程院在2003年12月完成并公开的我国制造业焊接 生产现状与发展战略研究总结报告中认为，我国应从美国模式”着手，在条件成熟后逐步 向“日本模式”靠近。二 我国工业机器人遇到的问题与挑战机器人技术是高技术的重要组成部分，其产业化的进程在我国刚刚起步，虽 然取得了一定的成绩，但仍然存在很多困难和不足，因此更需要多方面的关心和 支持。 国家政策支持，是加速高新技术产业化的重要前提。根据我国政府有关 部门应组织力量进行充分地调查研究，在此基础上，制定切实可行的推广、应用 机器人和促进机器人研究开发的倾斜政策。如在税收、投资和贷款方面对机器人 产业实行扶持政策。日本政府通过制定政策，采取一系列措施鼓励企业应用机器 人，为日本机器人在国内开拓市场的经验值得我们借鉴。另外，对机器人用户， 可以考虑给予一定的资金补贴，以鼓励购买为了避免危险恶劣的工作环境导致 的工伤事故和职业病，保护工人的身心安全，对一些特殊工种，如喷涂，铸造等 通过劳动法强制采用工业机器人来代替这样可以大大增加工业机器人的需求数 量。我国的机器人产业化必须由市场来拉动。机器人作为高技术，它的发展与社 会的生产、经济状况密切相关。机器人的研制、开发只有从技术上实现可能性大 为原则选择机器人优先应用的领域，并以此为突破口，向其他领域渗透、扩散至 为重要。我国机器的应用人要顺利走上市场，实现产业化，还是需要各方面的共 同努力。目前，我国进口的工业机器人主要来自日本，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。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。尽管如此，我国工业机器人产业化却存在着巨大的问题。除了 众多历史原因造成制造业水平低下的原因外，更多的是对工业机器人产业的认识 和定位上存在着不同的观点。首先，我国基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了一定的 基础，但是无论从质量、产品系列全面，还是批量化供给方面都与国外存在较大 的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显，因此 造成关键零部件的进口，影响了我国机器人的价格竞争力。第二，中国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有一批企业从事机 器人的开发，但是都没有形成较大的规模，缺乏市场的品牌认知度，在机器人市 场方面一直面临国外机器人品牌的打压。国外机器人作为成熟的产业采用整机降 价，吸引国内企业购买，而在后续的维护备件费用很高的策略，逐步占领中国市 场。第三，国家认识不到位，在鼓励工业机器人产品方面的政策少。工业机器人 的制造及应用水平，代表了一个国家的制造业水平，我们必须从国家高度认识发 展中国工业机器人产业的重要性，这是我国从制造大国向制造强国转变的重要手 段和途径。第四,政策扶持我国工业机器人之推进剂。日本战后对机器人采取的一 系列相关政策，极大地推动了机器人产业的发展，目前，日本已是世界上工业机 器人的第一生产大国。工业机器人作为高新技术产品，应该比照新能源中的电动 汽车，出台相应的扶植政策。中国机器人产业化正处于关键的转折点，如果政府的扶植力度再向前推进一 步，中国的机器人产业将会越过目前的“临界期”，跨上一个新的台阶，进入快 速发展阶段。同时，如何适应快速变化的国内外市场需求，如何以高质量、低成 本和快速反应的手段在市场中取得生存和发展，已是我国企业不容回避的问题。 这些问题为我国工业机器人提供了不同的市场需求，促进我国工业机器人的应用 市场日趋成熟。以市场需求为导向抓住几个重点产品集中突破；通过国家行业来专项立项，发展我国自己的机器人产业；以企业为主体，推动产学研联盟建设，形成强大的研发、生产、销售 应用队伍；国家的政策是加速机器人产业化的重要前提。我们必须在民族产业链上应用自己的机器人产品，摆脱国外的垄断。特别是 新一代的工业机器人要我们自己的器件来做，降低成本。在未来，为应对国际挑 战，我国应从如下几个方面对新一代工业机器人的技术进行研究。机器人本体优化设计技术 新一代智能控制机器人技术关键机器人单元部件制造技术 机器人离线编程和仿真技术基于外部传感器技术的机器人运动控制工业机器人产业化制造技术工业机器人故障远程诊断与修复技术工业机器人与成套装备协同作业技术复杂机电系统机构优化设计技术及对系统性能的影响具有柔性、高度加速，大负载机器人机构动力学建模、模型简化、辨识及 控制方法三 国内工业机器人市场(1) 国内工业机器人的需求情况工业机器人发展长期以来受限于成本较高与国内劳动力价格低廉的状况,随 着中国经济持续快速的发展,近几年的国民生产总值年平均增长率更是保持在 9%左右,人民生活水平不断地提高,劳动力供应格局已经逐步从“买方”市场转 为“卖方”市场、由供远大于求转向供求平衡。作为制造业主力的农民工也从早 期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出了更高的要求。这些情况使得 许多劳动密集型企业为了提高劳动生产率所采用的增加工人数量、延长工人劳动 时间的方法变得成本高昂,同时也受到法律的限制和政策的阻碍。无论是企业还 是社会都认识到必须采取从改善机器设备入手,提高技术和资金的密集度来减少 用工量以应对这种改变。总之,劳动力过剩程度降低、单个工人成本上升、对产 品质量更高的要求、国家对装备制造业的重视等变化改善了机器人的使用环境, 工业机器人及技术在中国已逐步得到了政府和企业的重视。随着机器人知识的广 泛普及,人们对于各种机器人的了解与认识逐步深化,利用机器人技术提升我国 工业发展水平、从制造业大国向强国转变,提高人民生活质量成为全社会的共识。(2) 国内工业机器人的销售情况国家863 机器人技术主题自成立以来一直重视机器人技术在产业中的推广 和应用,长期以来推进机器人技术以提升传统产业,利用机器人技术发展高新产 业。目前,政府正在使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额,并提 供优惠措施鼓励更多企业使用机器人及技术以提升技术水平。国内越来越多的企 业在生产中采用了工业机器人,各种机器人生产厂家的销售量都有大幅度的提 高。根据我国海关统计,最近 4年来许多企业在华的销售量甚至是前面十几年销 售量的几倍,年平均增长率超过 40%。2001年我国工业机器人海关进出口数量不 过是3774 台,国内生产数量约 700 台左右。2004 年市场规模已经增长到万台左 右,数量和金额相对于2001年都增长了两倍。2004年国产工业机器人数量突破 了1400台,产值突破8亿元人民币。进口机器人数量超过9000台,其中多功能机 器人约1700台，简易机器人7500台，进口额约25亿美元。德国CLOOS公司在华 焊接机器人销售量2000年以前为47台,2000年以后已经突破121台,销售量翻 了近3倍。可以预见，中国的工业机器人产业不久后将会作为一种在国民经济中 占据重要地位的产业而存在。(3) 国内工业机器人的市场特征1. 以汽车制造业为主的制造业发展促进了工业机器人的发展。汽车制造业属 于技术、资金密集型产业，也是工业机器人应用最广泛的行业。在我国，工业机器 人的最初应用是在汽车和工程机械行业，主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊 接。2000年开始，受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响，我国汽车工 业进入了一个高速增长期。面对这种局面，国际汽车巨头纷纷进入中国市场并与 我国企业合资设厂或扩大原有生产规模，国内企业也纷纷转型或加大对汽车行业 的投资，整个行业增产扩能增加了对工业机器人需求。据不完全统计，最近几年国 内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业的，海关进出口增长数 据与汽车行业增长数据具有较高的相关度。可知，汽车工业的发展是近几年我国 工业机器人增长的原动力之一。2. 沿海经济发达地区是工业机器人的主要市场。我国工业机器人的使用集中 在广东、江苏、上海、北京等地，工业机器人的拥有量占全国的一半以上，这种分 布态势和增长趋势符合我国现阶段经济发展状况。我国经济最具活力的地区已经 从珠江三角洲地区扩展到长江三角洲地区，而且长江三角洲地区在制造业中所占 的比重越来越大。3. 外商独资企业、中外合资企业和国有企业是工业机器人的主要客户。工业 机器人属于技术含量高，价格相对昂贵的制造装备，采用工业机器人较多的企业， 一般对产品的质量要求较高，企业在市场上具有更高的影响力。现阶段，工业机器 人使用量最多的仍是外商独资或中外合资企业。国有企业也在加大对工业机器人 的采购用于技术改造，如汽车行业中的一汽、二汽、上汽等，它们的产品在市场上 已经具有了相当强的竞争力，它们对工业机器人有着较大的需求，同时采购上它 们能够得到国家和政府的支持，因此制造业中的大中型国有企业的工业机器人使 用量一直很大，而且在未来相当长的时间内仍将保持这种增长势头。另外，我国的 民营企业正逐渐认识到工业机器人的优势，对工业机器人的采用量也在逐步增加， 虽然装备的数量上与以上企业仍存在较大差距，但是增长的速度惊人，将很快成 为工业机器人市场的重要客户。4. 国内进口工业机器人的国家和地区分布。20012004年我国进口的工业 机器人主要来自日本与台湾，2004年日本对华出口金额占我国进口工业机器人 金额的一半。(4) 我国机器人技术应用研究进展及发展趋势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。我国机器人技术主题发展的战略目标是:根据 2l 世纪初我国国民经济对先 进制造及自动化技术的需求,瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发 工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发 展的重点有:第一,危险、恶劣环境作业机器人:主要有防暴、高压带电清扫、星 球检测、油汽管道等机器人;第二,医用机器人:主要有脑外科手术辅助机器人, 遥控操作辅助正骨等;第三,仿生机器人:主要有移动机器人,网络遥控操作机器 人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。(5) 结语工业机器人市场竞争越来越激烈,中国制造业面临着与国际接轨、参与国际 分工的巨大挑战,加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机 遇的主要途径。因此我国工业机器人行业要认识到以下几点情况:第一,工业机器 人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径,政府要对国产工业 机器人有更多的政策与经济支持,参考国外先进经验,加大技术投入与改造;第二, 在国家的科技发展计划中,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,立足国产。四 我国工业机器人产业化发展战略工业机器人作为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 社会发展起着越来越重要的作用。随着企业自动化水平的不断提高，机器人自动 化生产线的市场肯定会越来越大，将逐渐成为自动化生产线的主要形式。自从20 世纪 60 年代初人类制造了第一台工业机器人以后，机器人就显示出 了极强的生命力。日本政府对工业机器人产业和应用实施了积极的扶植政策，率 先从美国引进了机器人技术，仅用十几年的时间，在日本就实现了工业机器人的 产业化和推广应用。现在，在工业发达国家中，工业机器人已经广泛应用于汽车 及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工 业、物流等诸多领域中。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机 器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。我国的工业机器人研究开始于 20世纪 70 年代，由于当时经济体制等因素的 制约，发展比较缓慢，研究和应用水平也比较低。1985 年，随着工业发达国家 开始大量应用和普及工业机器人，我国在“七五”科技攻关计划中将工业机器 人列入了发展计划，由当时的机械工业部牵头组织了点焊、弧焊、喷漆、搬运等 型号的工业机器人攻关，其他部委也积极立项支持，形成了中国工业机器人第一 次高潮。进入20世纪90年代后，为了实现高技术发展与国家经济主战场的密切衔接，863 计划确定了特种机器人与工业机器人及其应用工程并重、以应用带动关键技 术和基础研究的发展方针。经过广大科技工作者的辛勤努力，开发了 7 种工业机 器人系列产品，102 种特种机器人，实施了 100 余项机器人应用工程。在20世纪90年代末期，我国建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地， 包括沈阳自动化研究所的新松机器人公司、哈尔滨工业大学的博实自动化设备有 限公司、北京机械工业自动化研究所机器人开发中心、海尔机器人公司等。产业 化基地的建设带来了产业化的希望，为发展我国机器人产业奠定了基础。经过广 大科技人员的不懈努力，我国目前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、搬运码垛机器人和 AGV 自动导引车等一系列产品，其中一些品种实现了小批量生产。一批企业根据 市场的需求，自主研制或与科研院所合作，进行机器人产业化开发。如奇瑞汽车 与哈工大合作进行点焊机器人的产业化开发、西安北村精密数控与哈工大合作进 行机床上下料搬运机器人的产业化开发、昆山华恒与东南大学等合作开发弧焊机 器人、广州数控开发焊接机器人、盐城宏达开发弧焊机器人。但是，我国目前还没有像日本的FANUC和德国的KUKA那样的形成规模的工 业机器人制造厂，工业机器人产业目前在我国还仅仅处于萌芽阶段。随着我国现 代制造业的发展，我国工业机器人的需求量在快速增长。工业机器人作为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 社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机 之后出现的一种新的大型高技术产业。随着我国工业企业自动化水平的不断提 高，工业机器人市场也会越来越大，这就给工业机器人的研究、开发、生产商带 来巨大商机。然而机遇也意味着挑战，目前全球各大工业机器人供应商都已大力 开拓中国市场，因此中国必须大力发展机器人产业，通过发挥中国生产制造优势， 提高自主创新能力，寻求有特色的发展道路，在国家相关政策的支持下扶持和鼓 励一大批民族的机器人产业成长壮大。工业机器人的需求与前景我国目前正从劳动密集型向现代化制造业方向发展，振兴制造业、实现工业 化是我国经济发展的重要任务。从制造业的发展历程看，生产手段必然要经历机 械化、自动化、智能化、信息化的变革。随着国民经济的快速发展以及生产技术 的不断进步和劳动力成本的不断上升，如何进一步提高生产率、提高产品质量、 降低劳动强度、改善劳动条件已经成为不少企业不得不考虑的问题。作为先进制 造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人的应用和普及自然成为企业较理 想的选择。机器人工作站，特别是机器人自动化生产线的不断出现，不仅大大增 强了企业竞争力，也给用户带来了显著效益，随着企业自动化水平的不断提高， 机器人自动化生产线的市场肯定会越来越大，将逐渐成为自动化生产线的主要形 式。目前，世界工业机器人装机总量已达到一百多万台，主要分布在日本、美国、 德国等技术发达国家的制造业中。在中国现在已有 3 万多台工业机器人在运行使 用，但与工业发达国家相比仍然有很大的差距。汽车业是工业机器人应用大户， 从汽车制造业每万名生产工人占有机器人的数量来看，日本 1710 台、意大利 1600 台，法国1120 台，西班牙 950台，美国 770台，英国 610台，瑞典 630 台，而 我国还不到90 台（汽车产业职工人数约为 356万，参见汽车工业协会 2008 年 11 月数据）。由此可见，我国汽车工业的工业机器人市场远未饱和。仅我国汽 车工业就存在一个庞大的工业机器人市场，如果考虑到我国整个制造业的需要， 工业机器人市场则更加庞大。长期以来，由于我国人口众多、劳动力价格低廉、生产技术水平又相对落后， 工业机器人的应用受到了很大限制。改革开放后，随着大量外资、合资企业的出 现以及国内企业技术水平的不断提高，特别是汽车业的快速发展，我国工业机器 人应用情况发生了相当大的变化。据统计，“九五”期间，我国工业机器人的 需求量以每年30%以上的速度快速增长。至 2000 年时，我国工业机器人的拥有 量已达3500 台左右，主要包括点焊、弧焊、喷漆、注塑、装配、搬运、冲压等 各类机器人；至2005 年拥有量达到 7000 台。近几年来，随着经济的快速境长， 特别是汽车业的高速发展，我国每年新增的工业机器人台数以及总拥有量都在快 速增长。广泛采用工业机器人，不仅可以有效提高产品质量，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、节约材料消耗以及降低生 产成本都具有十分重要的意义。中国是最需要又最不需要机器人的国家。中国人口众多，劳动力资源丰富且 廉价，从这一层面说用一个贵而笨重的机器人还不如雇一个人来的便宜，但是我 国要做世界强国就必须用最少的资源作更多的事，我们的企业必须尽可能的采用 高新技术来更高效率的生产，以高竞争力取胜，这就需要很多的机器人，人是没 有机器人那样的精确率，准确率和高效率的。可能会有人失业，但创造的就业机 会更多，社会所得的利益会更多。我相信在不久将来，机器人产业会如同汽车一 样成为国家的经济支柱产业，美国是“汽车上的国度”，中国可以成为“站在机 器人肩膀上的国家”。致谢本次毕业设计，是田静老师考虑到学生日后的研究方向而特意为我安排的。通过 这次训练，提高了自己的动手能力、设计能力和编程水平，为学生日后顺利进入 机器人这一深邃的科研领域作下了铺垫。本次毕业设计，学生收获颇多，这与于 老师的悉心指导是分不开的。田老师身体状况欠佳，且公务繁忙，但是还是经常 抽时间来视察学生毕业设计进度，就毕业设计过程中遇到的问题给予耐心指导， 敦敦教诲，身体力行，实在令学生钦佩感动不已！特此，学生郑重向于老师表示感谢！另外，学生还要感谢田静老师和同学们，他们在学生毕业设计的过程中给 出了许多有益的建议，特此表示感谢！参考文献1 Craig, John J. Introduction to robotics.北京机械工业出版社，20062 Basilio Bona and Aldo Curatella. Identification of Industrial RobotParameters for Advanced Model-Based Controllers Design Proceedings of the2005 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation. Barcelona, Spain,April 20053 索罗门采夫. 工业机器人图册. 北京机械工业出版社，19934 周伯英. 工业机器人设计. 北京机械工业出版社，19955 郭洪红贺继林 田宏宇席巍.工业机器人技术.西安电子科技大学出版社，20066 三浦宏文.机电一体化实用手册.科学出版社OHM社，20017 陈国联王建华 夏建生. 电子技术. 西安交通大学出版社，20028 沈裕康严武升 杨庚辰. 电机与电器. 北京理工大学出版社，20029 罗建军朱丹军顾刚刘路放.大学C+程序设计教程.北京：高等教育出版社，200410 罗建军崔舒宁杨琦.大学Visual C+程序设计案例教程.北京：高等教 育出版社，2004