工业机器人技术的应用及其发展毕业论文.doc

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1、 工业机器人技术的应用及其发展摘要：随着计算机科学技术的不断发展,工业机器人应用领域也随之不断扩展和深化。工业机器人已成为一种高新技术产业,正为工业自动化发挥着巨大作用。本文简要介绍了国内外工业机器人的主要应用及发展现状。指出了我国工业机器人产业化发展的影响因素和实施策略,阐述了工业机器人技术的发展趋势提出若干面向产业化的机器人技术发展建议。关键词：工业机器人 自动化 产业化 发展趋势Abstract:with the continuous development of computer science and technology, industrial robots application

2、s has been expanding and deepening. Industrial robot has become a kind of new and high technology industries, play an important role for industrial automation. This paper briefly introduces the main application and current situation of the development of industrial robots at home and abroad. Industr

3、ial robots in China is pointed out the influence factors of industrial development and the implementation strategy elaborated the development trend of the industrial robot technology puts forward some robot technology development Suggestions for industrialization.Keywords:industrial robot automation

4、 industrial development trend 机器人学是一门综合性的新兴学科,它是综合了机械工程技术、电子工程技术、信息传感器技术、控制理论、机构学、人工智能学、仿生学等多学科而形成的高新技术。在国外工业机器人技术日趋成熟, 其己经成为一种标准设备而在工业自动化行业广泛应用,它代表了机电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展,工业机器人技术的发展水平也成为一个国家工业自动化水平的重要标志。工业机器人是机器人学的一个分支,工业机器人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

5、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,对促进我国制造业的崛起,有着十分重要的意义。1、 工业机器人的组成及原理 20世纪中期, 随着计算机技术、自动化技术和原子能技术的发展,工业机器人开始在美国得到研究和发展,使其在工业生产中得以广泛使用。工业机器人的最初出现是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物,如今工业机器人是综合了多学科而形成的高新技术产物,是当代十分活跃的研究开发领域。为了跟上社会进步、经济发展的步伐,工业机器人以不同的种类正逐步应用在到各行各业,对国民经济发展有着举足轻重的作用。 一个机器人系统一般由操作机（机械本体）、驱动单

6、元、控制器和为机器人进行作业而连接的外部设备组成。操作机是机器人完成作业的实体,它具有与人手臂相似的动作功能；驱动单元是用来为操作机及各部件提供动力和运动的装置；控制器是对机器人的起动、停止等进行操作的装置,它指挥机器人按规定的要求动作；人工智能系统是智能机器人所具有的，它包括了感觉系统和决策、规划智能系统。 现代工业自动化领域中应用的各种操作机器人是目前工业机器人技术中最成熟的一类，这种工业机器人实质上是一类能根据预先将程序编制在存储装置中，然后操作程序自动重复执行，进行完全代替人工作业的自动化机器。工业机器人构成是个闭环系统，通过运动控制器、伺服驱动器、机器人本体、传感器等部件可以完成人们

7、需要的功能。工厂中高性能通用型工业机器人一般采用关节型的机械结构，每个关节由独立的驱动电机控制，通过计算机对驱动单元的功率放大电路进行控制，实现机器人的运动控制操作。关节型工业机器人的组成由人机界面( 示教器) 、伺服驱动器、运动控制器( 下位机)、机器人本体等组成，通过机器人末端带不同的夹具来实现不同的功能。示教器是对机器人状态的监控及发出运动指令部分，是人跟机器人信息交互的唯一窗口; 伺服驱动器是对伺服电机的控制，是机械手臂运动的动力源; 运动控制器是各个关节的位姿运算单元，正解和逆解程序的执行、运行都在其中计算。机器人本体是执行机构，是实现要求功能的最直接部件。2、 工业机器人的分类及应

8、用 随着科学技术的不断进步, 我国工业机器人已经走上了自主研发阶段, 这样标志着我国工业自动化走向了新的里程碑。按照工业机器人的关键技术发展过程其可分为三代:第一代是示教再现机器人,主要由机器人本体、运动控制器和示教盒组成,操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程,并保存示教信息。当机器人自动运行时,由运动控制器解析并执行存储的示教程序, 使机器人实现预定动作。第二代是离线编程机器人, 该机器人编程系统是采用离线式计算机实体模型仿真技术,首先建立起机器人及其工作环境的实体模型, 再采用实际的正逆解算法,通过对实体模型的控制和操作。第三代是智能机器人,它除了具有第一代和第二代的特点以

9、外可带有各种传感器,这类机器人对外界环境不但具有感觉能力, 而且具有独立判断的能力等。 机器人技术应用非常广泛，不同的机器人的应用领域不同，尤其是工业机器人，在制造业和其他行业中广泛应用。（1）点焊、弧焊机器人 应用在汽车、摩托车、工程机械、锅炉等领域，如点焊汽车底盘、车体等其他部件，弧焊也可用于装配。（2）喷涂机器人 应用于汽车、建材、家电、机械行业。如汽车整车自动喷漆，汽车发动机、保险杠、弹簧、板簧、驾驶室等自动喷漆，卫生陶瓷等自动喷釉，玻璃纤维加强水泥预制板的喷涂，电视机、电冰箱、洗衣机、电脑、手机等外壳自动喷漆，减速器等自动喷漆，汽车灯、车门防水帘、车身底板、塑料件等自动涂胶等。（3）

10、搬运机器人 应用于机械、汽车制造业，用以完成产品和物料的自动输送。（4）网络机器人 应用在通信和远距离控制，承担环境观测等工作，通过网架实现动作等。（5）其他机器人 如军用机器人，爆炸物处理机器人，检测航路和障碍物机器人，加汽油机器人- 定量加注汽油、柴油、润滑油、清洁液、防冻液等，水下机器人、探月车等。3、 世界工业机器人发展现状 早在1954年美国乔治德沃尔设计出第一台电子可编程序的工业机器人,并于1961年发表了该项专利,1962年美国通用汽车公司投入使用,标志着第一代机器人诞生。从此,机器人开始成为人类生活中的现实,随后日本使工业机器人得到迅速的发展。如今,日本已经成为世界上工业机器人

11、产量和拥有量最多的国家。20世纪80年代,世界工业生产技术上的高度自动化和集成化高速发展,同时也使工业机器人得到进一步发展,并在这个时期工业机器人对世界整个工业经济的发展起到了关键性作用。 机器人作为一种具有高度柔性的自动化装备,对提高制造生产线的柔性具有特别重要的意义,它作为现代制造业的主要自动化装备在制造业中广泛应用,工业机器人及其自动化成套设备的拥有量和水平是衡量一个国家制造业综合实力的重要标志之一,机器人及其自动化成套装备已成为目前国内外极受重视的高新技术应用领域。目前,国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系

12、中主要有德国的KUKA、CLOOS,瑞典的ABB,意大利的COMAU 及奥地利的IGM 公司。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计,19602006年底,全球已累计安装175 万多台,从20 世纪下半叶开始,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头,世界工业机器人市场前景非常看好。 工业机器人己成为柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、工厂自动化(FA)的自动工具, 据专家预测, 工业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。2002年至 2004 年, 根据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)

13、的统计, 世界工业机器人市场前景看好,年增长率平均在10%左右。2005年增长率达到创记录的 30% ,其中亚洲工业机器人增长幅度最为突出,高达45%。2007年,全球新安装工业机器人的数量将超过十万套。 全球现役工业机器人98万台,过去的10年工业机器人的技术水平取得了惊人的进步,传统的功能型的工业机器人已趋于成熟,各国科学家正在致力于研制具有完全自主能力的、拟人化的智能机器人。机器人的价格降低约 80%,现在仍继续下降,而欧美劳动力成本上涨了 40% 。现役机器人的平均寿命在10年以上,还可能高达 15 年以上,它们还易于重新使用。由于机器人及自动化成套装备对提高制造业自动化水平,提高产品

14、质量、生产效率、增强企业市场竞争力和改善劳动条件等起到了重大的作用, 加之成本大幅度降低和性能的高速提升, 其增长速度较快。在国际上,工业机器人技术在制造业应用范围越来越广阔, 其标准化、模块化、智能化和网络化的程度也越来越高,功能越来越强, 正向着成套技术和装备的方向发展, 工业机器人自动化生产线成套装备己成为自动化装备的主流及未来的发展方向。与此同时, 随着工业机器人向更深更广的方向发展以及智能化水平的提高,工业机器人的应用已从传统制造业推广到其他制造业, 进而推广 到诸如采矿、农业、建筑、灾难救援等非制造行业, 而且在国防军事、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

15、机( 飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家用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越来越重要的作用, 己经成为世界各国抢占的高科技制高点。 4、 国内工业机器人发展现状 我国工业机器人起步于20世纪70年代初期,经过30多年的发展,大致可分为3个阶段:70 年代的萌芽期,80年代的开发期,90年代的实用化期。在高技术发展的推动下,随着改革开放方针的实施,我国机器人技术的发展得到政府的重视和支持。在80年代中期,国家组织了对工业机器人需求的行业调研,结果表明,对第一代工业机器人的需求主要集中在汽车行业(占总需求的60% 70% )。在众多专家的建议和规划下,于七五期间,由

16、机电部主持,中央各部委、中科院及地方科研院所和大学参加,国家投入相当资金,进行了工业机器人基础技术、基础元器件、几类工业机器人整机及应用工程的开发研究。经过五年攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术( 包括机械手、控制系统、驱动转动单元、测试系统的设计、制造、应用和小批量生产的工艺技术等)的开发,研制出喷漆、弧焊、点焊和搬运等作业机器人整机,几类专用和通用控制系统及几类关键元部件的主要性能指标达到80年代初国外同类产品的水平, 并且形成小批量生产能力。 经过80年代尤其是后5年的努力,我国的工业机器人技术发展基本上可以立足于国内。90年代中期,国家已选择以焊接机器人的工程应用为重点进行开发研

17、究,从而迅速掌握焊接机器人应用工程成套开发技术关键设备制造、工程配套、现场运行等技术。目前已有500台左右的焊接机器人分布于大陆各大中城市的汽车、摩托车、工程机械等制造业, 其中55%左右为弧焊机器人,45%左右为点焊机器人,已建成的机器人焊接柔性生产线5 条,机器人焊接工作站300个。90年代后半期是实现国产机器人的商品化,为产业化奠定基础的时期。目前,我国( 指大陆地区, 不包括港、台、澳)工业机器人数量只有约2500台,还没达到1997年新加坡( 3000 多台)和我国台湾省( 5000 多台) 的水平。 总体来看,我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,如:可靠性

18、低于国外产品;机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外有差距;在应用规模上,我国已安装的国产工业机器人,约占全球已安装台数的0.5%。以上原因主要是没有形成机器人产业,当前我国的机器人生产都是应用户的要求,“一客户,一次重新设计”,品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低,而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术问题,对产品进行全面规划,搞好标准化、系列化、通用化、模块化设计,积极推进产业化进程。纵观目前经济发展现状,我国机器人市场增长非常迅猛,从销售量上更是充分说明了这个不争的事实。在中国市场上占有35%的市场份额的ABB公司2004

19、年在中国卖出了600台机器人。而该公司在过去9年中一共才在中国大陆市场销售2000 台机器人。专家预测,中国机器人到2010年拥有量将达到17300台,到2015年,市场容量将达到十几万台(套)。汽车制造、工程机械及电机、电子等行业的企业是中国今后对机器人需求最大的产业,其中所需机器人的品种以点焊、弧焊、喷漆、装配、搬运、冲压等为主。5、 工业机器人的未来发展趋势 敏捷制造策略的提出，为工业机器人的发展提供了新的机遇。敏捷制造的基本思想是企业能迅速将其组织和装备重组，快速响应市场变化生产出满足用户需求的个性化产品。敏捷制造要求企业底层的生产设备具有柔性和可动态重组的能力。机器人是一种具有高度柔

20、性的自动化生产设备。如果我们站在更高的层次，将机器人视为一种有感知、思维和行动的机器，那么敏捷生产设备就应当是新一代机器人化的机器。这将为工业机器人的发展提出更高的要求。5.1朝着标准化方向发展 提高运动速度和运动精度,减轻重量和减少安装占用空间, 必将导致工业机器人功能部件的标准化和模块组合化(它可以分为机械模块、信息检测模块、和控制模块等),以降低制造成本和提高可靠性。近年来,世界各国注意发展组合式机器人。它是采用标准化的组合件拼装而成的。5.2研究新型机器人结构 随着工业机器人作业精度的提高和作业环境的复杂化,应开发新型微动机构保证动作精度。开发多关节、多自由度的手臂和手指,研制新型的行

21、走机构等以适应复杂的作业的需要。5.3朝着智能化方向发展 在多品种,小批量生产的柔性制造自动化技术中,特别是机器人自动装配技术中,要求工业机器人对外部环境和对象物体有自适应能力，即具有一定的“智能”,机器人的智能化是指机器人具有感觉、知觉等,即有很强的检测功能和判断功能。为此,必须开发类似人类感觉器官的传感器(如触觉传感器、视觉传感器、测距传感器等),发展多传感器的信息融合技术等5.4研究机器人协作控制 先进制造技术的发展对协作机器人学的研究与发展起着积极的促进作用。随着先进制造技术的发展工业机器人已从当初的柔性上、下料装置正在成为高度柔性、高效率和可重组的装配、制造和加工系统中的生产设备。在

22、这样的生产线上，机器人是作为一个群体工作的，不论每个机器人在生产线上起什么作用，它总是作为系统中的一员而存在。因此要从组成敏捷制造生产系统的观点出发，来研究工业机器人的进一步发展。而面向先进制造环境的机器人柔性装配系统和机器人加工系统中，不仅有多机器人的集成，还有机器人与生产线、周边设备、生产管理系统以及人的集成。因此 以系统的观点来发展新的机器人控制系统有大量的理论与实践的工作要做。待添加的隐藏文字内容26、结语 工业机器人的诞生和机器人学的建立,无疑是20世纪人类科学技术的重大成就。机器人是人类发展高级阶段的高科技产物。在国内,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

23、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,依靠自身优势,提高自主创新,寻求发展道路,是中国工业机器人生产企业在激烈市场竞争中需面对的问题,力争在新的世纪里,工业机器人技术大发展的新技术时代,使我国的工业机器人产业在世界上占有一席之地。参考文献1 王越超,谈大龙.多智能体机器人系统的研究进展.中国第五届机器人学术会议论文集, 1997: 17 232 刘海波.21 世纪智能机器人发展预测.机器人,1991,13( 4) : 39 463 廖鹏凯,张帅恒,廖鹏志.机器人在中国有广阔的市场,1998( 20):165 1684 刘国栋. 我国的机器人研究

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25、.机器人技术与应用 2007, (3):7-9.11 Makoto Mizukawa. Robot Technology (RT) Trend andStandardization C, 2005 IEEE Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts, Nagoya, Japan, 2005, 249-253.12 Shalfan A,Khalid A. Development of autonomous navigation wheel-chairs based on fuzzy control. Neural Network World,2009; 19(2):223233