工业机器人的发展现状与趋势

文传奇20111029工业机器人的发展现状与趋势文传奇(20111029)西南交大机械工程学院机械8班【摘要】：工业机器人从六十年代投人应用至今已有二十年左右的历史,目前在许多领域已得到广泛的应用.随着机器人传感技术和人工智能科学的发展,它们除了继续在简单重复的大批量生产中广泛得到应用外,将向高难度领域扩大它们的应用范围.本文着重介绍工业机器人在发展现状，趋势两个方面的动态.【关键词】:工业，机器人，发展，技术，智能【引言】：工业机器人是种对生产条件和生产环境适应性和灵活性很强的柔性自动化设备。自从60年代初世界第一台机器人在美国问世以后,机器人便表现出很大的生命力，30年来机器人扭术发展非常迅速，工业机器人已在生产中得到了广泛的应用、工业机器人的应用使产品质量及产量都得到很大提高。并且由于机器人是种能适所产品迅速更新换代的柔性自动化设备。所以,它的应用大大缩短了新产品的换产周期,从而提高了产品在市场上的竟争力。目前全世界已拥有二十多万台工业机器人，预计在本世纪末，世界上机器人拥有量可能达到二百万台。在当代工业技术革命中,工业生产日趋向柔性自动化方向发展,工业机器人技术已成为现代工业技术革命中的一个组成部分。许多国家都已将机器人技术列入高技术发展计划。工业机器人技术的发展必将对社会经冬和生产力的发展产生更加深远的形晌。当今工业机器人姗展趁势主要有两个突出的特点：一个是工业机器人的应用领域在迅速地扩大,机器人的种类日趋增多；另一个是工业机器人的性能不断的提高,并逐步向智能化方向发展。1.世界工业机器人的发展概括：虽然机器人已经历了30多个春秋,繁衍了三代,是一个拥有几十万台机器人的大家族,可是至今还没有统一的定义。什么叫做机器人?在世界范围内,对于什么是机器人,以及什么不属护机器人,在看法上存在着很大的差差别。为此在第18届ISIR(国际机器人学术讨论会)期间,专门成立了一个工作小组,它的任务是制定机器人分类的标准,并确定机器人数量的原则。总之,不管机器人的定义如何,现在的工业机器人已从原来概念的“纲领工人”或“通用自动机”逐步演进为从事专门任务的柔性机械。进入80年代以后,机器人的发展十分迅速。1980年,全世界工业机器人仅有1万多台,可是到1984年,除了中国、前苏联和东欧国家之外,全世界已有工业机器人102444台,其中以日本为最多,高达4.4万台,其次是美国,共有1.3万台,以下依次是:德国6600台、法国3380台、瑞典2400台。联合国欧洲经济委员会于1992年2月21日发表的报告表明,到1990年底止,世界上共有机器人46万台为1984年的4倍多,其中日本高达27.4万台,仍高踞世界榜首,其次是除独联体以外文传奇20111029的欧洲国家,共有工业机器人7.6万台,其中德国占37%,达2.8万台,美国为4万台。其它接受调查的大多数国家地区,1990年的工业机器人数量增长幅度都达到了两位数。Brighamyoung大学的Red博士在其1999年SME的国际机器人会议上所作关于技术发展趋势的报告中也强调了开放式结构和插人式问题。他说,数字控制技术正在推动着允许采用分布式结构的运动方法和控制,以及用于数字驱动的高速网络,使工业机器人正在运动得更快,并实现其关节和曲线运动及它们的传动的优化。校准技术在控制器中筛选路径和位置的数据,可以调整机器人对现实位置的不精确运动。更高的机器人精度意味着机器人的性能与仿真研究之间的关系更为接近.。据世界未来学预测,世纪初,第三代智能机器人将大量投放市场,今后50年内,智能机器人将可获得广泛的应用,人工智能与机器人的结合,将会使机器人科学带来革命性的变化。随着微电脑技术的发展,机器人的总体结构与控制方式发生了新的变化,机器人的设计已越来越新颖,其主要趋势是:智能强、精度高、速度快、强度大、能适应多种工作要求。它比一般机器人具有更大的灵活性,能排除人为的不可控因素,可实现高节奏、高效率和高质量的生产。如美国西屋电气公司的电机机器人装配系统,可进行8种小型电机装配;日本研制的智能机器人可用于电机组装、集成电路压焊和电刷电路检查等。近几年来,随着微型机器的发展,新一代微型机器人异军突起。麻省理工学院声称,无需人类监督并能迅速完成工作的微型机器人是他们近儿年内的奋斗目标。目前美、日、德竟相研制的智能跳蚤机器人,将比蚊子机器人具有更大的本领,它既可捉虫,充当清洁工,又可作为武器扫一击敌人,还可上天充当太空机器人。2.工业机器人的应用情况:目前机器人在生产中已是一支不可忽视的力量,对几个主要的西方国家的研究表明,它们主要用在四个领域囚:1工件或材料的搬运、装卸或堆码;2机械零文传奇20111029件的加工制造,包括材料切割、挤压成型和表面处理等;3机械和电器装配,包括焊接、粘接和机械、电器零件的装配;4生产过程中的或成品的质量检查.早年的工业机器人主要应用在机械加工行业,从事简单的装卸、传送材料等工作.目前点焊、弧焊和表面处理已上升为主要的应用领域.这种状况和汽车工业的迅速发展有直接的关系.在世界范围内,汽车工业中使用的机器人最多,其次是电子电器工业、机械加工装配工业和橡胶塑料工业.就国家而言,日本拥有的机器人最多,在汽车和电子电器行业应用最广.但就技术水平而言,美国处于领先的地位。这里以英国为例了解工业机器人在不同领域和工业部门中的应用情。图3是截至1984年12月止英国机器人在各个领域里的分布情况。3.向智能化方向发展的机器人技术：（1）工业机器人机械系统性能的提高○1进一步提高工业机器人的运动精度。主要办法是：提高机器人的加工精度与装文传奇20111029配精度,采用无隙传动的减速机构,采用直接驱动电机,通过标定进行机器人的误差补偿,通过实时检侧对机器人运动误差进行实时修正。○2提高机器人手有的灵活度和进障能力。主要是采用具有冗余自由度的机器人手臂和在机器人手臂机构上采用膨铰关节及可双向弯曲的手臂。○3提高机器人的运动速度和响应频率。一方面可以通过采用高强度材料或轻质材料（如碳纤维复合材料）制造机器人手臂,以达到减轻手臂重量和提高手臂动态特性的目的,另一方面,也可以通过采用直接驱动电机或其它高性能驱动电机,从控制和驱动方面提高机器人系统的运动速度与响应频率。○4提高机器人手爪或手腕的操作能力、灵活性与快速反应能力：为了使机器人能像人一样进行各种复杂作业,如装配作业、维修作业及设备操作,机器人就必须有一个运动灵活和动作灵敏的手腕和手爪。这一点对装配作业机器人、核工业机器人和在空间站上作业的空间机器人来说是特别重要的。○5采用模块化组合式机器人结构,提高机器人快速维修性能：根据优化设计,制造出多种不同尺寸和规格的手臂和连接器模块。用少量的模块可组合成多种机器人配置。这种机器人能进行快速维修,可以实现自动修复。○6丰富和加强机器人移动功能：随着生产技术的发展,一些特殊环境作业和自动化生产系统,对各种移动机器人都提出了迫切的要求。于是,各种遥控移动机器人、自动导航移动机器人、爬壁机器人、爬管机器人及水下机器人等都相继发展起来（2）机器人智能控制系统的发展第一代示教再现型机器人,在生产中已得到广泛的应用。示教再现型机器人可以按照示教程序重复工作,但由于它对外界环境的变化役有感知功能,因此,它不可能根据外界环境变化而改变自身的运动功能和作业能力。因此,在复杂多变的作业环境下,这种示教再现型机器人,显然就不能胜任工作了。具有感知功能的第二代机器人,通过传感器系统（如视觉、触觉、接近觉）可以及时地了解到外界环境的变化,并根据外界的变化,对机器人的运动进行实时的修正。这种感知功能不仅能从环境中获取和处理多种信息,而且还能通过这些信息去识别、理解环境的变化。因此,这种具有感知功能的第二代机器人,可以完成例如偶件装配、打毛刺、曲面及焊缝跟踪等更为复杂的任务。4.我国建设机器人发展的现状：我国从70年代起在一些高科技领域开始引进机器人，80年代开始研制机器人1986年在我国高科技发展计划（即863计划）的自动化领域更是专门设置了智能机器人课题，开始跟踪国际上机器人先进技术的研究。根据国内外发展机器人的经验、教训和我国的实际情况，我国为机器人发展制定的发展战略是：4个方向，即工业机器人、特种机器人、关键技术和应用基础研究；重点是工业机器人和特种机器人。在工业机器人和特种机器人这两个方面，又特别强调产品开发和实用化工程，实用化工程的主要内容之一是“机器人化的机器”，如机器人化工程机械等，从1986年起，更向目标产品开发及实用化工程倾斜。（1）我国工业机器人技术发展趋势文传奇20111029○1感觉功能：在感觉功能方面，将实现多传感器信息的融合，以检测多变的外部环境，作出判断，决策行动，其实质类似于人的五官和身体的综合感觉功能，包括视觉，触觉，力觉，滑觉，接近觉，压觉，听觉，嗅觉，温觉等。研究包括各类传感信息的采集及融合处理，传感器与驱动器的一体化技术，感觉功能集成模块等。○2控制智能化：由引导示教NC，离线变成发展，进而发展到适应控制和学习控制。模糊控制，人工神经网络等技术将得到进一步应用。随着系统化，集成化生产的发展，基于PC的开放式控制系统将是机器人控制和车间一级控制的发展方向。○3移动功能的智能化：为解决长距离搬运作业，大作业对象，多作业对象及极限作业等问题，需开发自主移动系统（包括滑动，滚动，行走，爬行，跳跃，飞行等）○4系统应用与集成化：支持以人为核心的生产系统，实现生产系统中机器人群体协调功能，群智能和多机通信协议，开发能理解人的意志的“同事机器人”。○5安全可靠性：由于大量不确定因素的存在，要实现智能化的安全可靠性，机器人必须具有对各种意外情况的应变能力，及时采取预防措施额安全对策，包括硬件级，软件级，应用级和人机系统的自我诊断和自我修复故障。○6微型化：向微型化发展，开发毫米级机器人，用于微加工，医学，宇宙和海洋开发学等领域，就适用性和成本来看，毫米级最为可行。参考文献1.高铁生：国外机器人的发展概况和动向2.周锡驹：国外工业机器人发展与应用状态1987年5月第13卷第3期3.蔡鹤皋：工业机器人的发展趋势1994年第2一3期4.周友行，何清华：国内建设机器人的发展应用前景2002年8月