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《机器人技术与应用》双月刊第２期
０ 引言
随着机器人研究的深入和各方面需求的巨大增长，机器人的应用领域在不断地扩大，概念也在不断地拓展，不再局限于搬运、焊接以及大批量作业的工业机器人，人类已经研制成功或正在研制用于危险环境作业、海洋资源探测、核能利用、军事侦察以及空间探测中的特种机器人。机器人已经从小说素材和科幻电影中发展为广泛应用于各领域的由计算机控制的智能机电装置系统。在机器人获得巨大发展的同时，机器人关键部件之一的机器人手爪也获得了长足的进步。
作为机器人与环境相互作用的最后环节和执行部件，机器人手爪既是一个主动感知工作环境信息的
感知器，又是最后的执行器，是一个高度集成的、具有多种感知功能和智能化的机电系统，涉及机构学、仿生学、自动控制、传感器技术、计算机技术、人工智能、通讯技术、微电子学、材料学等多个研究领域和交叉学科。机器人手爪正由简单发展到复杂，由笨拙发展到灵巧，其中的仿人灵巧手已经发展到可以与人手媲美，它能捏住一支花，握住一枚鸡蛋，抓取任意一件东西，还能进行一些简单的操作。
由于机器人手爪的重要性，美国、德国、日本、俄罗斯等机器人研究强国研制成功了多种通用和专用的机器人手爪，手爪的灵活性和可靠性得到很大的提高，加上先进的感知系统，具备一定的自
［摘 要］机器人手爪既是一个主动感知工作环境信息的感知器，又是机器人末端的执行器，是一个高度集成的、具有多种感知功能和智能化的机电系统，涉及多个研究领域和交叉学科。本文综合分析了现有通用和专用机器人手爪的设计优缺点，以及手爪上应用的传感器和控制的研究现状，并总结提出了今后机器人手爪的研究重点，最后对未来的发展方向做出了展望。［关键词］机器人；传动系统；传感器；抓取控制
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｈａｎｄ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ａｎ ａｃｔｉｖｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｂｕｔ ａｌｓｏ ａｎ ｅｎｄ－ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ，ｉｔ ｉｓ ｈｉｇｈ－ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ， ｍｕｌｔｉ－ ｐｅｒｃｅｐｔｉｖｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈｉｎｖｏｌｖｅｓ ｍａｎｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｉｅｌｄｓ ａｎｄ ｃｒｏｓｓ－ｓｕｂｊｅｃｔｓ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｓｕｍｍａｒｉｌｙ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆ ｓｔｕｄｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ， ａｐｐｌｉｅｄ ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ａｎｄ ｓｐｅｃｉａｌ ｒｏｂｏｔｈａｎｄ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｓｔｕｄｙ ｅｍｐｈａｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｆｉｅｌｄ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ Ｒｏｂｏｔ； Ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ； Ｓｅｎｓｏｒ； Ｇｒａｓｐ ｃｏｎｔｒｏｌ；
骆敏舟１
杨秀清
１，２
梅 涛
１
１ 中国科学院合肥智能机械研究所仿生感知与控制研究中心 ２ 中国科学技术大学精密仪器和精密机械系
机器人手爪的研究现状与进展
栏目主持：王 伟
［作者简介］ 骆敏舟（１９７２－），男，博士，副研究员，研究领域：特种机器人，机器人手爪。
杨秀清（１９８０－），女，博士研究生，研究领域：机器人，虚拟样机。
梅 涛（１９６２－），男，博士，研究员，研究领域：特种机器人，信息获取，ＭＥＭＳ。＊基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０２７５１４１）和安徽省重点实验室
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栏目主持：王 伟
主能力，为机器人的灵活抓取和操作奠定了坚实的基础。我国的机器人的研究开始于７０年代，起步较晚，手爪研究也相对落后。从８０年代至今，在国家８６３计划和国家自然基金的大力支持下，机器人的研究被列入重点发展的主题，得到大力的发展，手爪的研究也步入了一个良好的发展时期。
１ 手爪的研究内容
手爪的应用环境千差万别，抓取可靠、环境适应性好、控制简单、自适应性强、自主能力高是衡量机器人手爪设计水平的重要标志。性能优良的机器人手爪可以实现可靠、快速和精确地抓取。研究和开发一个性能优良的机器人手爪是一项艰巨的任务，包括技术实现和理论研究两个方面。根据机器人手爪已有的研究成果，结合研制的经验，并参阅大量的相关文献［１－９］，总结出机器人手爪主要的研究内容包括以下几个方面：
１．１ 驱动和传动系统
机器人手爪在体积、重量、灵活性和可操作性等各项性能指标上都存在很大的区别，造成这些区别的主要原因是由于手爪采用的驱动和传动方式不同。手爪按照驱动源的方式可以分为电机、液压、气动以及形状记忆合金等，机器人灵巧手传动系统把驱动器产生的运动和力以一定的方式传递到手指关节，从而使关节做相应的运动，动系统的设计与驱动器密切相关。虽然驱动源是影响手爪体积重量的重要因素，但是抓取稳定性和灵活性等重要指标取决于传动系统，这里按照传动和驱动的方式，将灵巧手分为以下几种类型：
１．１．１ 腱传动方式
第一类是由腱（钢丝绳、绳索等）加上滑轮或者软管实现传动，其特点是：腱一般具有很高的抗拉强度和很轻的重量，容易实现多自由度和远距离动力传输，节省空间和成本，是一种零回差的柔顺传动方式。但是，腱本身的刚度有限，影响位置精度；控制时需要一定的预紧力，容易产生摩擦；腱的布局容易产生力矩和运动的耦合。这些因素都增加了手爪抓取控制的难度和复杂性。１．１．２ 连杆传动方式
除了腱传动以外，另外一类是采用连杆的传动方式。其特点是采用平面连杆机构传动，优点是刚度好、出力大、负载能力强、加工制造容易、易获得较高的精度，构件之间的接触可以依靠几何封闭来实现，能够较好实现多种运动规律和运动的轨迹的要求，但是设计复杂。
１．１．３ 其他传动方式
手爪驱动器通过螺纹将旋转变成直线运动，拉动驱动器和手指之间的弹簧来驱动手指产生动作，手指部分采用杠杆连接，各个手指动作相互独立，具有多种的抓取构形，和别的多指灵巧手相比，驱动更加灵活，但是手指的闭合时间较长，手指的结构比较复杂，容易出现故障。
１．１．４ 人工肌肉的驱动方式
液压驱动和气动的驱动方式是近年来兴起的一种重要的驱动方式，是模拟人肌肉的一种驱动方式，由于材料和技术的限制，这些“人工肌肉”技术还远远不能满足机器人手爪实现可靠、快速和精确地抓取功能。
１．１．５ 形状记忆合金驱动方式
除液压和气动驱动的手爪外，还有一种是形状记忆合金驱动方式的手爪［１０］。有四个手指，每个手指需要１２个驱动器。特点是负载能力强，但存在疲劳和寿命问题，手指反应速度也不高。
１．１．６ 欠驱动方式
从机器人手爪的研究进展来看，多指灵巧手仍然是研究最多的，但是多指灵巧手基于腱和滑轮（或是软管）的传动方式导致出力小、负载能力差、控制复杂，制约着其在服务机器人上的应用。尽管采用了一些新的技术，例如直线电机等，但是其根本的驱动
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和传动方式并未发生改变，本身的弱点仍然无法克服。对于空间机器人来说，欠驱动手爪是目前空间机器人研究的一个重要的方向。通过欠驱动手指机构、机械限位和弹簧实现无动力关节对被抓取形状的被动自适应，具有驱动元件少，抓取范围广泛、控制简单、出力大、负载能力好等特点。
１．２ 智能感知系统
１．２．１ 传感器的研制
传感器是空间机器人手爪获取内部和外部环境信息的主要手段，丰富的感知是提高机器人作业水平和自主能力的必要条件。研究内容包括传感器的选择与配置，新型传感器设计，多传感器集成和信息融合。手爪上配置的传感器包括力觉和视觉传感器，此外还有接近觉传感器，距离传感器等。视觉和力觉是空间机器人手爪最重要的信息。
一般手爪将手眼系统集成在一起，并且具有丰富的力传感器信息，通过视觉信息，可以得到手爪的全局的状态，并且根据信号处理和数据融合的结果判断手爪各个部分的当前运行状态和可靠抓取。在机器人自主抓取的研究中，大多进行基于视觉的控制，例如视觉定位和伺服。比较有代表性的工作有文献［１１－１２］。但是他们在视觉不起作用的情况下无法在线调整位姿。
１．２．２ 信息融合和处理
如今，智能机器人在发展中面临的一个重要问题是所处的非结构化环境以及自身模型的不精确性所带来的不确定性。解决这种不确定性的关键就是要发展智能传感系统。同时，增强机器人在复杂环境下的感知能力也是提高机器人自主能力和适应性的主要方法。而对传感信息的处理是实现机器人自主功能中最为重要的条件之一［１３］。
在机器人的研制中，一个关键的未解决的问题是发展机器人所需的传感和感知系统，使其能在未知的复杂环境下动作。但由于各种传感器本质上是不同的，它们的有效性在时空上都存在着差别，这意味着有些传统的传感器集成和融合方法不是很合适，为此Ｂｒａｄｌｅｙ Ｊ．Ｎｅｌｓｏｎ 和Ｐｒａｄｅｅｐ Ｋ．Ｋｈｏｓｌａ对传统的传感器集成方法做出了改进，提出了力分解和视觉分解的概念使机器人能在不同的控制方式下根据不同的传感模块进行切换［１４］。
１．３ 抓取控制和决策系统
１．３．１ 抓取稳定性研究
研究机器人手爪多指抓取的目的是通过探索人类的抓取机理，最终开发出一种能够抓取任意形状物体，操作和使用工具，完成多种抓取任务，模拟人手抓取行为的拟人手。到目前为止，机器人手爪的多指协调操作与控制技术还不能满足细微操作的要求，离真正实用化还有一定的距离。抓取稳定性研究在很大程度上是探索多指抓取的机理，分析多指抓取细微运动和力的作用， 稳定性分析是抓取控制的基础工作。具体的工作是进行理论分析，总结出能够适应一般条件下的算法。
１．３．２ 规划和决策系统
自主抓取规划是手爪根据各种传感器的信息，不需要和主机进行通讯，自主进行规划和决策。例如，舱外专用手爪传感器的本地自主能力，根据传感器的信息自主判断手爪和目标之间的姿态和位置。服务机器人手爪遇到一个不规则形状的物体，自主决策采用何种方式进行抓取等。自主规划决策可以提高手爪的智能，减少手爪和主控计算机之间的通讯限量和大延时带来的不便，减少出错的可能性。规划抓取的轮廓布局与力的分布，制定多指抓取的协调控制策略。１．３．３ 抓取控制
在稳定性分析和抓取规划研究的基础上，需要研究的是手爪的控制策略。由于目前手爪采用腱和连杆等传动方式，因此，控制仍然比较复杂。复杂的控制策略是机器人采用多指灵巧手遇到的一个最大障碍，其本身具有闭链多环特征，存在控制的不
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唯一性、运动的协调性等问题。目前手爪的主要控制方法为：阻抗控制，力控制和阻尼控制，位置控制等。
１．４ 其他研究
对于特殊环境下的机器人如空间机器人或水下手爪设计，每一个细节都需要在模拟的环境下做大量的试验，验证整个手爪系统的可靠性，包括机械结构和控制系统的试验，防辐射试验，高低温试验，机械润滑试验，电路冗余备份以及微重力环境试验。对于空间舱外工作的手爪来说，这种重要性是可想而知的。可靠抓取是所有设计的前提条件，涉及整个手爪分系统乃至整个机器人系统。研究内容包括手爪的机械结构的适应性；控制系统的精确性；空间环境的安全性等。结构和控制的简单化是增加手爪安全可靠性的一个重要措施。一些手爪还采用先捕获后抓取的结构，以增加抓取的可靠性。空间机器人手爪在设计前，需要通过仿真软件对抓取过程的每一个细节进行模拟，发现可能存在的问题。
２ 手爪的研究进展
２．１ 通用手爪的研究进展
通用手爪分为拟人和非拟人两种，其中，拟人的多指灵巧手是通用手爪的一个重要的研究方向。人类与动物相比，除了拥有理性的思维、准确的语言表达外，还拥有一双灵巧的双手。人手是经过世世代代劳动的演变进化而成，结构小巧紧凑，抓取操作灵活稳定，给人类创造了巨大的财富。让机器人也拥有一双灵巧的手成了许多科研人员的梦想。 多指灵巧手最早的研究是为失去手臂的人安装假肢［１５］。之后，随着机器人技术的飞速发展，一些研究者试图研制出更加精巧的灵巧手，于是研究的方法和手段层出不穷，主要包含四个方面：人手基本生理结构的研究；手爪模拟人手的结构和功能；手爪感知系统的研究；手爪控制方法的研究，取得了一些有重要的研究成果，相继有一批著名的多关节多指灵巧手问世。
２．１．１ 腱传动的机器人手爪
１９７４年，日本成功研制了Ｏｋａｄａ多指灵巧手［１６］，如图１所示。Ｏｋａｄａ手爪是第一个真正意义上的多指灵巧手。该手具有三个手指，有一个手掌，拇指有３个自由度，另两个手指各有４个自由度。各自由度都由电机驱动，并由钢丝和滑轮完成运动和动力的传递。这种手爪的灵巧性比较好，自身重量也比较小。但是，各个手指在结构上细长而单薄，难以实现校大的
抓取力和操作力。
美国麻省理工学院和犹他大学于１９８０年联合研制成功了Ｕｔａｈ／ＭＩＴ［１７］手爪，如图２所示。手爪采用模块化结构设计，手指的配置方式类似于人手，有四个手指： 拇指、食指、中指和无名指，四个手指结构完全相同，每个手指有４个自由度。手指关节采用伺服气动缸作为驱动元件，由腱和滑轮传动。为了实现最大的可操作度，
采用了２Ｎ型腱驱动
图１ Ｏｋａｄａ
多指灵巧手
图２ Ｕｔａｈ／ＭＩＴ多指灵巧手
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系统，每个关节通过一对运动相反的腱进行驱动，由气动操作的“膜”及其所驱动的１６个活动连杆、１８４个低摩擦滑轮拉动手指产生动作。此外，手上装有１６个传感器、３２个张力传感器，大体上能够像人手一样对物体进行抓持和操作，通过手指表面安装的触觉传感器对物体进行初步的特征获取，以实现控制握力的大小。
美国斯坦福大学１９８３年研制成功Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ多指灵巧手
［１８］
，如图３所示。该手爪采用模块
化设计，没有手掌，有三个手指，每个手指有３个自由度，拇指和其他两个手指相对放置，体积和重量较大。关节一和二有９０ｏ
的运动范围，末关节有１３５
ｏ
的运动范围。手指由１２个直流伺服电机作为关节驱动元件，采用腱和滑轮的传动方法，采用２Ｎ型和Ｎ型折中的Ｎ＋１型的腱驱动系统传递运动和力。手指关节和滑轮由钢衬套铝管制成。 １９９８年Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔé ｄｅ Ｐｏｉｔｉｅｓ大学研制成功了ＬＭＳ多指灵巧手
［１９］
，如
图４所示。该手有四个手指，由１６个连
杆组成，具有１６个可控自由度，能够包络抓取和用指间捏取，同样采用腱和滑轮传输的方式，尺寸接近于人手，该手的特点是传动设计的布局比较合理，结构相对紧凑。不足之处是虽然具有冗余的自由度，但实现的抓取功能不理想。
意大利Ｂｏｌｏｇｎａ大学先后研制成功了ＵＢ－Ｉ和ＵＢ－ＩＩ手
［２０］
。其中，１９９２年研制的ＵＢ－ＩＩ手爪如图５所
示。该手爪有三个手指，采用绳索（腱）和滑轮的方式进行驱动，手指１１个自由度，加上２个腕部自由度共有１３个自由度。手的中心具有手掌，尺寸接近于人手。在ＵＢ－ＩＩ手上装有９个内置式触觉传感器，可以检测作用在已知表面的力和力矩，并且在进行适
当假设的情况下，可以计算给定表面的接触点的位置。
ＤＩＳＴ手也是意大利研究人员在１９９８年研制成功的
［２１］
，是由１７个连
杆组成具有１６个自由度的四指灵巧手，如图６所示。为了减轻重量，手指
的关节采用连杆组合，关
节中部是中空的，因此，抓取物体时不适合采用关节指面的接触方式，每个手指有４个自由度，通过５个直流电机驱动６根腱和滑轮的方式进行驱动，具有体积小，重量轻等优点。
在国内，通用手爪的研究最早是在张启先院士的主持下，由北京航空航天大学机器人研究所于８０年代末开始的灵巧手研究与开发。最初研究出来的ＢＨ－１灵巧手是一种仿
ＪＰＬ的灵巧手，功能相对简
图４ ＬＭＳ
多指灵巧手图３ Ｓｔａｎｆｏｒｄ／ＪＰＬ
多指灵巧手
图５ ＵＢ－ＩＩ
多指灵巧手
图６ ＤＩＳＴ多指灵巧手
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单，但填补了当时国内空白。在随后的几年中又不断改进，研制出ＢＨ－３型灵巧手
［２２］
，如图７所示。该手
爪有三个手指，每个手指有三个关节，共９个自由度。微电机放在灵巧手的内部，各关节装有关节角度传感器，指端配有三维力传感器，采用两级分布式计算机实时控制系统。ＢＨ－３手爪能灵巧地抓取和操作不同材质、不同形状的物体，它能够完成装配、搬运等操作，可以用来抓取鸡蛋，既不会使鸡蛋掉下，也不会捏碎鸡蛋。
哈尔滨工业大学和德国宇航中心合作，２００３年研制成功ＨＩＴ／ＤＬＲ多指灵巧手，如图８所示，大大促进了我国在灵巧手技术方面的发展。该手爪有四
个相同结构的手指，共有１３个自由度，手的尺寸略大于人手，手的每个手指能提起１ｋｇ的重物，整体重量１．６ｋｇ。灵巧手涵盖数量众多的传感器，该手能够实现基于数据手套的远程遥控作业。由于沿用了德国宇航中心ＤＬＲ四指灵巧手的设计思路，因此，ＨＩＴ／ＤＬＲ的优缺点基本上和ＤＬＲ手爪相同。
为了执行复杂的舱内空间机器人操作任务，继ＲＯＴＥＸ手爪之后，德国宇航中心研制又研制出三指灵巧手和第一代、第二代四指灵巧手
［２３－２４］
，其研制的
第二代四指灵巧手，如图９所示。该手具有１２个自由度，每个手指的３个独立关节由无刷直流电机、谐波齿轮和基关节锥齿轮组成。不同的关节具有不同的结构，２自由度的基关节采用差分锥齿轮驱动方式。同时，由于尺寸原因，谐波齿轮与电机结合在一起，关节差分方式可以在弯曲或伸展时完全利用两个驱动器的输出，这种方式减轻了每个电机的负担。手爪装备先进的智能传感系统，具有指尖五维力／力矩、位置、温度、类皮肤触觉、关节扭矩、速度传感器。第二代
灵巧手比第一代能够进行更加精确的操作，协调性更好。图中进行抓取协调实验：抓取一个茶杯。
２．１．２ 连杆传动的机器人手爪
前南斯拉夫贝尔格莱德大学与美国南加州大学在１９８４年联合研制成功了Ｂｅｌｇｒａｄｅ／ＵＳＣ手爪［２５］，手爪的轮廓如图１０所示。该手爪是由直流电机通过涡
轮、涡杆带动驱动杠杆来驱动。相应地，其结
构比较复杂，体积较大，能够操作处理较精细的物体，每个手指在同一个平面运动。
美国宇航局（ＮＡＳＡ）科学家们也在致力于空间机器人用多指灵巧手
［２６－２７］
的研究，在１９９９年研制出
具有多种抓取功能的ＮＡＳＡ多指灵巧手，如图１１所示。
该手爪包括两个部分：一是用于操作的灵巧部分；
图７ ＢＨ－３多指灵巧手图８ ＨＩＴ／ＤＬＲ多指灵巧手
图９ ＤＬＲ－Ｈａｎｄ ＩＩ多指灵巧手图１０ Ｂｅｌｇｒａｄｅ／ＵＳＣ多指灵巧手
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另一部分用于在操作中保持抓取的稳定。手爪形状和人手相似，共有五个手指和一个手腕，具有１４个自由度，手腕２个自由度，拇指、食指和中指各有３个自由度，末端的两个关节通过连杆传递运动。共有１２个无刷电机来驱动整个手爪，具有冗余关节。除了触觉传感器以外，共有４３个传感器。整个手爪非常灵巧，
可以拿着镊子夹住小金属垫圈，还可以通过改
变用力的大小来调
节电钻的转速。
加拿大Ｔｏｒｏｎｔｏ大学在２００１年研制成功了被动自适应多指灵巧手ＴＭＢ，如图１２所示。该手爪驱动器通过螺纹将旋转变成直线运动，拉动驱动器和手指之间的弹簧来驱动手指产生动作，手指部分采用杠杆连接，各个手指动作相互独立，具有多种的抓取构形，和别的多指灵巧手相比，驱动更加灵活，但是手指的闭合时间较长，手指抓取的力量仍然较小。２．１．３ 欠驱动的机器人手爪
加拿大ＭＤ ＲＯＢＯＴＩＣＳ公司与Ｌａｖａｌ大学合作
研制了非拟人手通用欠驱动手爪ＳＡＲＡＨ（Ｓｅｌｆ－Ａｄａｐｔｉｎｇ ＲｏｂｏｔｉｃＡｕｘｉｌｉａｒｙ Ｈａｎｄ）
［２８－３
０］
， 并且作为一种自适应
辅助空间换出工具，被放置在称为特殊作用的灵巧操作手臂上，手指的两
个任务（开合和换向）由强力和可控的力矩电机控制，可以用来执行多种空间抓取任务，手爪的结构如图１３所示。该手爪共１０个自由度，３个手指，每个手指有３个关节，另
外附加１个转动自由度，整个手爪只用两个电机驱
动，一个电机负责手爪的开合，另一个负责手指的转向。采用平面直齿轮差动方式，形成一路输入三路输出，分别去驱动三个手指开合。通过槽轮机构对三个手指中的两个进行位置调整，进行转向，以适合不同形状物体的抓取。
在国内，清华大学研究出一种具有被动关节的欠驱动仿人型手爪ＴＨ－１
［３１］
，结构如图１４所示。该
手爪追求拟人手的效果，采用片簧和压力传感器实现的变抓取力手指，可使手爪以不同抓取力抓取不同物体。这种变抓取力机构能够应用于各种驱动类型
的手指上，采用增速齿轮传动实现手指的驱动。虽
图１１ ＮＡＳＡ多指灵巧手
图１２ ＴＭＢ
多指灵巧手
图１３ 加拿大研制的欠驱动手爪
图１４ ＴＨ－１欠驱动手爪
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技术应用
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然这种手爪具有欠驱动的概念，但是除了大拇指以外，其余手指的关节被固定在一起，手爪的自由度非常少，因此，在包络或者捏取时，对物体的接触约束点变少，因此，抓取不规则物体时的稳定性变差，适应物体形状的能力不强。
中国科学院合肥智能机械研究所在２００４年研制出舱内服务机器人形状自适应手爪
［３２－３３］
，手爪的结构
如图１５所示，依靠欠驱动的手指，只需要一个电机或四个电机就可以控制九个关节，手爪在舱内完成多种抓取任务。
２．２ 专用手爪的研究进展
在一些特定的应用场合，或是特定产品的工业流水线，研究人员设计了一些构思巧妙的手爪，以提高手爪的抓取效率。由于应用对象专一，这些手爪被称之为专用手爪或夹持器。这些手爪的抓取力量较大，多以两指平行对捏为主，一般具有柔顺的功能，使用的传感器也不多。由于自由度少，结构简单，一些手爪便设计了特殊指面和结构来增强适应物体形状的能力，扩大抓取的范围。下面列举的是一些很有特色的专用手爪：
１９９７年，日本宇宙事业开发团（ＮＡＳＤＡ）发射的技术试验卫星ＥＴＳ－ＶＩＩ（Ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ Ｔｅｓｔ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ），星上搭载一大一小两个机械臂。小机械臂的前端带有三指的多传感器手爪，称为“先进机器人手”（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｈａｎｄ，简称ＡＲＨ）
［３４－３５］
，长
约０．５ｍ，重约４５ｋｇ，结构如图１６所示。手爪上装
有五种传感器，包括一台摄像机、三个接近觉传感器、一对夹持力传感器、一个柔顺传感器和一个力／力矩传感器，具备高度的可靠性和自主能力。手爪能够完成燃料加注、更换电池、浮游物体、螺钉的拧紧和松开等精密抓取和操作任务。
ＡＲＨ手爪是一只半灵巧（Ｓｅｍｉｄｅｘｔｅｒｏｕｓ）的手爪，共有３个自由度，由混合手指和柔性指面构成。混合手指包括一个由直流电机驱动的平动手指和两个由步进电机驱动的转动手指，完成基本的目标抓取功能。柔性指面采用了可重构形手爪的类似结构，在手指的表面安装一组弹簧压紧的针状物阵列，这些针状物阵列随着物体的表面起伏，具有较强适应物体形状的能力，并且对物体的约束是形封闭方式，防止物体滑落到空间中去。 文献
［３６－３８］
研究了一种应用于工业零件抓取的两指
平动手爪，手爪指面由梯形模块组成，依靠四个斜面的作用，手爪能够引导零件对齐，调整到需要的方向，做到对抓取零件的线接触最大化，对于特定的光滑零件，能形成抓取方向上的形封闭，对于工业手爪设计具有一定的借鉴作用。
图１７中是手爪抓取物体时姿态
图１５
一个电机驱动的和四个电机驱动的欠驱动手爪
图１６ ＥＴＳ－ＶＩＩ
三指多传感器手爪
图１７ 特殊指面的平行两指手爪
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的变化过程。该手爪最大的优点是对于特定形状的物体，能够牢固稳定抓取，缺点就是适应性差，抓取时物体的初始姿势都需要设定，只适合在特定的场合使用。
加拿大Ｓｉｍｏｎ Ｆｒａｓｅｒ 大学工程学院１９９７年设计了一种可重构形的手爪
［３９］
，如图１８所示。每个手
指面由弹簧压紧的针状物阵列构成，具有一定的被动柔顺能力。手爪依靠接触的针状物弹性变形，形成可重构形来适应不同形状的物体，利用没有接触的针状物形成部分形封闭，对物体进行约束，抓取的适应性和稳定性好，但当超过弹簧的变形范围时，手爪的适应能力变差，仍然属于专用手爪。尽管
手爪的被动适应能力有限，却是提高专用手爪通用性的一种有益尝试。 １９９６年，张玉
茹等在文献
［４０］
中设
计和分析了一种具
有高度稳定性和包络强力抓取能力的专用手爪ＥＰＧ（Ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒａｓｐ），如图１９所示，并研究了手爪的形封闭稳定抓取。这种手爪采用封闭的五边形连杆作为手爪关节，在抓取平面内物体没有运动的自由度，形成形封闭抓取，抓取的稳定性较高。文中提出了抓取稳定的估算标准，采用图形几何的方法，根据物体的尺寸估算连杆的尺寸，具有一定的柔顺性。尽管如此，手爪对抓取物体的形状和尺寸仍然有很大的限制，只适用于柱状物体等的专用对象。 ２００３年，荷兰Ｄｅｌｆｔ大学的
Ａ． Ｊ．Ｇ．Ｎｕｔｔａｌｌ等研究了图２０中专用手爪
［４１］
的柔顺性。该
手爪具有较大的抓取范围，能够产生较大的夹持力，通过液压驱动齿条和齿轮，带动两个对称的平行四边形手指机构，产生对捏动作。该手爪的
最大特点是通过平行四边形机构，可以使得手指在对捏过程中夹持面和手掌面始终保持垂直，这种结构为我们设计形状自适应手爪的精确捏取机构奠定了基础。
加拿大ＳＰＡＲ公司与美国宇航局从１９７５年开始联合研制大型的遥控机械臂ＳＲＭＳ（Ｓｈｕｔｔｌｅ ＲｅｍｏｔｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ，ＳＲＭＳ）［４２］
，后来以加拿大臂著称，见图２１。１９８４年，ＳＲＭＳ正式被用于协助宇航员进行舱外活动，标志着空间机器人进入使用阶段。ＳＲＭＳ被安装在航天飞机的货舱口上，具有６个自由度，中间两臂长达７米，采用主从操作和局部自主操作。ＳＲＭＳ已在空间多次成功地进行了轨道飞行器的组装、维修、回收、释放等操作，并将承担国际空间站初始组装阶段的主要装配任务。
中国科学院合肥智能机械研究所在２００３年研制出平行两指舱外移动机器人手爪ＥＭＲ／ＩＩＭ
［３２－３３］
，
手爪
图１８
具有可重构形的平行两指手爪
图１９ 稳定程度较高的柔性专用手爪图２０
具有平行四边形机构的两指手爪
图２１ ＳＲＭＳ末端执行器与结构体
Technique and Application
技术应用
２００８
年３月３０日 《机器人技术与应用》 ３３
栏目主持：王 伟
的结构如图２２所示，依靠两个相同的手爪在舱外的工字梁上交替行走和抓取，完成抓取任务。手爪由一对平行指面构成，只有一个对捏的夹持自由度。该手爪具有以下几个特点：具有自锁功能，在断电情况下能够保持抓紧状态；手指作平行运动，手指中心位置在夹持过程中保持不变；手爪至腕部距离较短，有
利于提高刚度和承载能力；具有一定的被动柔顺功能，依靠两个
特殊的微动指面调
整和吸收一定范围内的机械臂姿态偏差，自适应能力强；具有视觉、力觉、接近觉等多种感知功能。目前，该手爪已经应用到我国空间机器人舱外行走的地面演示系统中。
３ 手爪的关键问题和未来发展
机器人手爪研究的关键在于：安全可靠性、自适应性和更高的智能。安全可靠性研究确保整个机器人系统工作万无一失，因此，要求其手爪结构和控制系统要简单化。对于舱外专用手爪，需要设计机械柔顺结构弥补自由飞行机器人控制系统精度误差，吸收存在的微小位置和角度偏差，有利于自动对接或捕获目标。对于服务机器人手爪，需要提高通用性，使得手爪具备适应各种被抓物体形状的能力。由于受到遥操作通讯大延时和限量影响，手爪智能化研究可以提高手爪决策的本地化，减少通讯量，减少地面干预，减少出错的可能性。 机器人手爪的未来发展具有以下几个趋势：１）小型化，集成化技术的发展；
目前手爪的体积和重量是制约手爪应用的一个重
要的指标，如何缩小手爪的尺寸和重量是摆在世人面前的一个重要研究内容。２）仿生技术的发展；
制造出像人手一样的机器人手爪是研究人员不懈的追求，因此无论是驱动和传动系统，还是制造类皮肤传感器，人们都试图从仿生的角度进行模拟，比如对于皮肤传感器的模拟，对于人工肌肉的模拟等。
３）主动信息获取技术的发展；
机器人传感器的研究正从被动感知向着主动感知的转变，被动感知的信息是局部的信息，而盲人对环境信息的感受是通过手臂，大脑记忆等协同完成的，从而使人们认识到主动式的感知过程是一种更好地获取外部环境和内部信息的方式。４）信息的融合技术的发展。
４ 结论
本文总结了国内外在多指灵巧手研究方面的成果分析及其特点和不足，从而推断出多指灵巧手的设计正日趋复杂化、精巧化和控制的精确化，并逐步接近人类手的造型和功能。机器人灵巧手的灵巧程度取决于其驱动系统，而驱动系统的组成部分驱动器和传动系统正在不断创新与发展。人工肌肉驱动器及新型的气压驱动器将是今后发展的热点，具有多种感知功能的仿人机器人灵巧手将有很好的应用前景。例如：依靠空间机器人从事空间站物品搬运、装配及空间站维修等工作，而机器人智能手对于空间机器人的工作能力具有重要意义，仿人机器人灵巧手将用于战场探雷和排雷、核工业设备的检测和修理等危险作业及水下机器人的水下作业。此外，仿人机器人灵巧手还可以应用于残疾人假手、老人院生活服务等领域。
参考文献
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图２２ ＥＭＲ／ＩＩＭ专用手爪
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技术应用
栏目主持：王 伟
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Technique and Application 技术应用
３４ 《机器人技术与应用》双月刊第２期
栏目主持：王 伟
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ｉｎ Ｚｈａｏ． Ｕｎｄｅｒ－Ａｃｔｕａｔｅｄ Ｐａｓｓｉｖｅ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｇｒａｓｐ Ｈｕｍ－
ａｎｏｉｄ Ｒｏｂｏｔ Ｈａｎｄ ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｇｒａｓｐｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ．
Ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，
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［３２］ Ｔａｏ Ｍｅｉ， Ｃｈｕａｎｆｅｎ Ｘｉｅ，ｅｔａｌ．Ａ ｒｏｂｏｔ ｇｒｉｐｐｅｒ
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美科学家
研制出能表达常见表情的
类人机器人
这是一款由美国麻省理工学院媒体实验室牵头开发的新一代类人机器人。与过去的类人机器人单纯模仿人类躯体动作不同，这款定位于ＭＤＳ——Ｍｏｂｉｌｅ／Ｄｅｘｔｅｒｏｕｓ／Ｓｏｃｉａｌ（移动／灵活／社交）的新颖机器人还增加有表情功能，它能够利用面部表情的变化来表达高兴、兴奋、难过等常见的表情。它还内置有三维摄像机，能够以立体的方式对周围环境进行识别，更增强了其互动性。
另外，与本田阿西莫机器人和丰田伙伴机器人相比，这款机器人在动作的灵活性方面丝毫不逊色，其灵活性甚至足以与真人媲美。其双手可以灵活地抓
取最多４．５ｋｇ的物体。
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Technique and Application 技术应用
２００８年３月３０日 《机器人技术与应用》３５
第36卷第6期 上海师范大学学报(自然科学版)Vol.36,No.6 2007年12月 Journal of Shanghai Nor mal University(Natural Sciences)2007,Dec. 仿生机器人的研究现状及其发展方向 王丽慧,周 华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘 要:随着机器人智能化技术的进步,机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注.主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望. 关键词:仿生机器人;研究现状;发展方向 中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:100025137(2007)0620058205 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史,人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作.1959年,第一台工业机器人在美国诞生,近几十年,各种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变成了现实.随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求.在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天,仿人及仿生物机器人相继被研制出来,仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员. 1 仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人.仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类.仿生机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动. 2 仿生机器人的国内外研究现状 2.1 水下仿生机器人 水下机器人由于其所处的特殊环境,在机构设计上比陆地机器人难度大.在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑.以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形,用涡轮机驱动,具有坚硬的外壳以抵抗水压.由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展.鱼类在水下的行进速度很快,金枪鱼速度可达105k m/h,而人类最快的潜艇速度只有84km/h.所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的,鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象.仿鱼推进器效率可达到70%～ 收稿日期:2007209222 基金项目:上海师范大学理工科校级项目(SK200733). 作者简介:王丽慧(1972-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
文章编号 10042924X (2001)022******* 多机器人协调与合作系统的研究现状和发展 高志军,颜国正,丁国清,颜德田,陈忠泽 (上海交通大学电子信息学院820所,上海 200030) 摘要:随着机器人的应用方式正在由部件式单元应用向系统式应用方向发展,提出了由多机器人构成的群体或社会的组织与控制问题。说明了多机器人协调与合作系统中,协调与合作的区别与联系,对多机器人协调与合作系统的研究现状进行了综述,并就基于M A S (M u lti 2A gen t 2System )的多机器人协调与合作系统的发展提出了一些看法,指出基于M A S 的多机器人协调与合作系统是多机器人学发展的一个重要方向。 关 键 词:多机器人;协调系统;合作系统;多智能体系统中图分类号:T P 242.6 文献标识码:A 1 引 言 机器人技术的发展使机器人的能力不断提 高,机器人应用的领域和范围正不断扩展。从自动化工厂的装配工作到深海作业乃至核工业的故障处理、太空中操作任务等都迫切需要机器人进入角色。一方面,由于任务的复杂性,在单机器人难以完成任务时,人们希望通过多机器人之间的协调与合作来完成。另一方面,人们也希望通过多机器人间的协调与合作,来提高机器人系统在作业过程中的效率,进而当机器人工作环境发生变化或系统局部发生故障时,多机器人之间仍可通过本身具有的协调与合作关系完成预定的任务。多机器人协调与合作作为一种新的机器人应用形式日益引起国内外学术界的兴趣与关注。 本文首先说明了多机器人协调与多机器人合作系统的发展、主要研究的问题以及它们之间的区别与联系,接着说明了以M A S (M u lti 2A gen t 2System )为基础的多机器人系统,并就它的发展提出了一些看法。 2 多机器人协调和合作系统 2.1 多机器人协调系统的主要研究问题 80年代以来,多机器人协调作为一种新的机 器人应用形式日益引起国内外学术界的兴趣与关注,1987年在美国圣地亚哥召开的多机器人协调研讨会上,着重提出了多机器人协调研究的主要问题。1989年,国际杂志《Robo tics and A u 2 tonom ou s System 》 专门推出了多机器人协调研究专辑,此外,IEEE 的机器人与自动化国际会议 从1986年起已将多机器人协调研究列为一个专题组,足见对该问题的重视。在过去的10多年里,人们对多机器人协调控制中的协调和集中、负载分配、运动分解、避碰轨迹规划、操作柔性体等问题进行了大量的研究[1-3]。由于多机器人(主要是多机器人臂)操作物体时形成的闭链系统,存在受限运动以及冗余度控制问题,因此多机器人协调控制问题十分复杂,但它基本上不涉及系统组织与合作机制等高层的控制问题。在多机器人协调控制中,机器人之间的组织与合作关系已经人为的事先确定了。 从研究的角度看,多机器人协调研究比单机器人来说出现了许多本质上全新的问题,主要有[4-5]: (1)复杂协调任务的描述 (2)同一工作空间中多机器人协调和集中(3)多机器人协调系统的自适应控制 (4)多机器人协调系统的负载分配 (5)以多传感器为基础的数据检测和障碍描 述 收稿日期:2000211213;修订日期:2000212205 第9卷 第2期 光学 精密工程 Vol .9,No .22001年4月 O PT I CS AND PR EC IS I ON EN G I N EER I N G A p r.,2001
智能移动机器人的现状和发展 姓名 学号 班级：
智能移动机器人的现状及其发展 摘要：本文扼要地介绍了智能移动机器人技术的发展现状，以及世界各国智能移动机器人的发展水平，然后介绍了智能移动机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能移动机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能移动机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能移动机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能移动机器人；发展现状；应用；趋势 1引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能移动机器人则是一个在感知 - 思维 - 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能移动机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能 力。智能移动机器人与工业机器人的根本区别在于，智能移动机器人具有感知功 能与识别、判断及规划功能[1] 。 随着智能移动机器人的应用领域的扩大，人们期望智能移动机器人在更多领 域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能移动机器人所处的环境 往往是未知的、很难预测。智能移动机器人所要完成的工作任务也越来越复杂; 对智能移动机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。目前，国内外对 智能移动机器人的研究不断深入。 本文对智能移动机器人的现状和发展趋势进行了综述，分析了国内外的智能 移动机器人的发展，讨论了智能移动机器人在发展中存在的问题，最后提出了对 智能移动机器人发展的一些设想。 1
工业机器人发展现状与趋势 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(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。 一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势 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(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)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90年代，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%，如图1所示。
各区域用户工业机器人定购指数（以1996年作为100） 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可*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10．3万美元降至97年的6．5万美元。 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*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。
机器人发展历史、现状、应用、及发展 趋势 院系：信息工程学院 专业：电子信息工程 姓名：王炳乾
机器人发展历史、现状、应用、及发展趋势 摘要：随着计算机技术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,机器人已成为一种高新技术产业,为工业自动化发挥了巨大作用,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了机器人的国内国外的发展历史、状况、应用、并对机器人的发展趋势作了预测。 关键词：机器人;发展；现状；应用；发展趋势。 1．机器人的发展史 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶并公开表演。 1738年，法国技师杰克·戴·瓦克逊发明了机器鸭，它会嘎嘎叫、进食和游泳。 1773年，瑞士钟表匠杰克·道罗斯发明了能书写、演奏的玩偶，其体内全是齿轮和发条。它们手执画笔、颜料、墨水瓶，在欧洲很受青睐。 保存至今的、最早的机器人是瑞士的努萨蒂尔历史博物馆里少女形象的玩偶，有200年历史。她可以用风琴演奏。 1893年，在机械实物制造方面，发明家摩尔制造了“蒸汽人”，它靠蒸汽驱动行走。 20世纪以后，机器人的研究与开发情况更好，实用机器人问世。 1927年，美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”。它是电动机器人，装有无线电发报机。 1959年第一台可以编程、画坐标的工业机器人在美国诞生。 现代机器人 有关现代机器人的研究始于20世纪中期，计算机以及自动化技术的发展、原子能的开发利用是前提条件。1946年，第一台数字电子计算机问世。随后，计算机大批量生产的需要推动了自动化技术的发展。1952年，数控机床诞生，随后相关研究不断深入；同时，各国原子能实验室需要代替人类处理放射性物质的机械。
国外机器人发展现状及发展动向 一、全球机器人行业现状 (一)全球机器人行业现状 1、行业发展：增长态势延续 (1)预计2017年全球工业机器人销售量25万台 从2008年第四季度起，全球金融风暴导致工业机器人的销量急剧下滑。2010年全球工业机器人市场逐渐由2009年的谷底恢复。 2011年是全球工业机器人市场自1961年以来的行业顶峰，全年销售达16.6万台。2012年全球工业机器人销量为15.9万台，略有回落，主要原因是电气电子工业领域的销量有所下滑，但汽车工业机器人销量延续增长态势。 随着全球制造业产能自动化水平提升，特别是中国制造业升级，我们估计到2017年全球工业机器人销量达到25万台，年复合增长率9.5%. (2)预计到2017年全球工业机器人市场容量2700亿 2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场容量按本体大约三倍算，估计1600亿元。 估计2013年至2017年，包含本体和集成在的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年全球工业机器人市场容量将达到2700亿元。 (3)预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿 根据IFR数据，2012年全球个人(或家庭)用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。目前看公共服务机器人产业化走在前面，市场容量更大。 预计2013-2017年个人(或家庭)用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。如果智能家居算是广义的服务机器人，服务机器人市场容量会大很多。 2、全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大 (1)工业机器人市场销量与存量 全球工业机器人本体市场以中欧美日为主。日、美、德、韩、中五国存量占全球比例达71.24%，销量达69.92%。 截至2012年底，全球机器人累计销量达到247万台。机器人平均使用寿命为12年，最长15年。估计现在全球机器人存量在120万台-150万台之间。 分区域看，亚洲/澳洲增幅达到9%。亚洲增幅主要由中国需求拉动，因为中国2012年工业机器人销量增幅达到30%。 分生产地和消费地看，日本是唯一的工业机器人净出口国，拥有全球最大的机器人产能，占据全球机器人产量的66%。机器人消费地最大的区域是除日本以外的亚洲地区，占比约34%，而且是以中国市场为主。 (2)全球工业机器人与机床行业销量的对比 工业机器人销量占机床销量比反映各国机器人使用情况。这个比例的上升在一定程度上代表着这个国家机器人普及水平的提升。我们给出美日德中四国的机器人销量占机床销量比，从这个数据和历年的变化趋势看各国机器人行业的发展状况。 美日德三国的机器人销量占机床销量比稳定在一定区间(15%-25%)，表明这
2011／2 机械制造49卷第558期 纵观历史研究文献，国内外对工业机器人的研究热点问题主要分为3个方面：仿生机器人与新型机构、机器人的定位与地图创建、机器人-环境交互。本文将分别就以上3方面对研究现状进行简要分析，并对工业机器人的发展趋势作了预测。 1工业机器人的发展历程 自1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的 概念以来，工业机器人就得以不断地发展。概括起来，工业机器人的发展历程为3代： 第1代：示教再现型机器人，但不具备反馈能力。如郭勇等人[1]研制的挖掘机手柄自动操作机构，该机构结构简单，能够实现动作示教再现。 第2代：有感觉的机器人，不仅具有内部传感器，而且具有外部传感器，能获得外部环境信息。如P.l Liljeb.ck 等人研制的蛇形机器人就装有内部测转速的 传感器，以及外部测力的传感器，该机器人能够在不规则环境中具有一定的运动能力。 第3代：智能机器人。定义为“可自动控制的装置，能理解指示命令，感知环境，识别对象，规划自身操作程序来完成任务”。如John Vannoy 等人采用实时可适应性的运动规划（RAMP ）算法的PUMA560机械臂，它能在复杂动态环境中自动识别来自不同方向的移动或静止的障碍物，主动规划路径，进而完成预定任务。 2 国外工业机器人的研究现状 2.1 仿生机器人与新型机构 对人的研究，国外侧重于对人行走时的步态分析， 通过对人脚形状的分析，得出具有圆形截面的脚趾和脚后跟以及具有扁平截面的连接脚趾和脚后跟的中间 部分具有最佳的动力学性能。对人形机器人步态规划问题，Xia Zeyang 等人提出了一种基于样品的决定性的脚步规划方法，该方法综合考虑了自身独特的运动能力和稳定性。对于在不同类型障碍的复杂环境中脚步规划，Yasar Ayaz 采用与人走近障碍物时绕过的方法，通过脚步实时的生成成功避开障碍物。此外，对于双足步行机器人的复杂地面运动的研究也有新的进展，研究出一种新型的双足机构，能实现不平区域稳定地行走，该足由4个分别带光学传感器的鞋钉组成，总重1.5kg 。对动物的研究则表现为对诸如蛇、鱼的结构以及运动性能的研究。仿蛇机器人不仅可以作为管道检测装置，也可以作为地震或矿难探索装置，更可以当作极地探测器来进行科研活动。Shigeo 和Hiroya Yamada 就将仿蛇机器人的机械结构分为5种类型：活 动的弯曲关节式；活动的弯曲和拉伸关节式；活动的弯曲关节和活动的车轮式；被动弯曲关节和活动车轮式；活动的弯曲关节和履带式。Aksel Andreas Transeth 等采用摩擦力模型方法建立了一蛇形机器人模型，该机器人能与包括地面的障碍物以外的物体接触，对地震或矿区救援很有帮助。Kristin Y.Pettersen 等人对蛇形机器人在存在障碍物环境中运动进行了复合建模，仿真结构证明该模型能实现不规则环境中的一般运动。但蛇形机器人目前要真正达到在复杂环境中畅通无阻地运动，还有待进一步研究。对海洋的开发，相对于其它的水下自动化装置，仿生鱼具有更好的推进力和流体适应性。其研究主要体现在结构和运动特性上。Jun Gao 和K.H.Low 等人对胸鳍驱动和尾鳍驱动鱼形机器 人进行了分析，讨论了鱼结构和运动各参数的关系。 Yu Zhong 等人对由阀体与尾鳍构成的机器人鱼的运 动性能进行了研究，采用量纲分析方法，建立了一种能预测运动的机器鱼模型。Giuseppe Tortora 等人设计了 工业机器人研究现状及发展趋势 □ 曹文祥 □ 冯雪梅 武汉理工大学机电工程学院 武汉 430070 摘 要：作为最典型的机电一体化的高科技装备，工业机器人得到了非常广泛的应用。综述了国内外工业机器人的 研究热点现状，并预测了其发展趋势。 关键词：工业机器人现状 发展趋势 中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1000－4998(2011)02－0041－03 Abstract:As the typical high-tech equipment of mechanoelectronic integration,industrial robots have been widely used.The current situation of research hot points of IR is presented and the developing trend forecasted. Key Words:Industrial Robot (IR)Current Situation Developing Trend 收稿日期：2010年9月 41
协作机器人与传统机器人有何区别？ 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 协作机器人只是整个工业机器人产业链中一个非常重要的细分类别，有它独特的优势， 但缺点也很明显：为了控制力和碰撞能力，协作机器人的运行速度比较慢，通常只有传统机 器人的三分之一到二分之一。本文将尝试解答以下问题：为什么需要协作机器人？协作机器 人的起源？协作机器人与传统机器人有什么区别？ 为什么需要协作机器人？ 协作机器人的兴起意味着传统机器人必然有某种程度的不足，或者无法适应新的市场需 求。 总结一下，主要有三点： 1.传统机器人部署成本高 其实相对来讲，工业机器人本身的价格并不高。主流场合使用的机器人，根据负载能力 不同，售价区间在￥10w~￥40w。一般情况下一台机器人的使用使用寿命在5~8年，作 为比较高端的工业设备来讲并不算贵。 传统机器人贵在其部署（将机器人安装到工厂并正常运行）成本上，原因有两个：目前 的工业机器人主要负责工厂中重复性的工作，这依赖于其非常高的重复定位精度（重复到达 空间某些固定位置的能力，一般机器人可以做到0.02mm以下），以及依赖固定的外界环境。 为了保证这一点，除了机器人本身的设计要求之外，还需要待加工的产品放在固定的位置， 以便机器人每次都可以到同一个地方准确的拿取或者执行某项操作。对于现代复杂的流水线
作业来讲，在整个产线上为每一个使用机器人的工序都设计这些固定的外界环境需要耗费大量的资源，占用大片宝贵的车间面积以及长达数月的实施时间。机器人的使用难度较高，只有经过培训的专业人士才能熟练使用机器人完成配置、编程以及维护的工作，普通用户很少具备这样的能力。 将之前以工人操作为主的流水线，变为由机器人和自动化设备为主的生产线，是一个系统工程，绝大多数终端工厂客户并不具备这样的能力，因此就需要一个第三方的角色来完成这部分工作，这个第三方即系统集成商，来根据客户现场的实际情况，来完成机器人的最终部署。 系统集成商的工作至少包括：生产线的自动化改造方案（流程、设备布局、人员配置等）机器人外围支持设备的设计、制造、安装。符合工艺要求的机器人编程、调试。客户技术团队的培训。以及后续的售后维护工作。 根据很多业内机构和前辈统计的数字，整个机器人部署/集成应用的费用大概是机器人售价的3~4倍。近几年随着国内集成商的迅速扩军，竞争越来越激烈，整体价格有所下滑，但也基本在2~3倍。 以常见的弧焊工作站为例，采购一台进口品牌的弧焊机器人价格约在11~15w之间，但是经过系统集成商这一层之后，整体报价不会低于30w，个别夸张的甚至能报到100w。在工资相对较高的长三角和珠三角地区，一名熟练焊工的工资大概在5k~7k，1台机器人代替1~2名工人，ROI不会少于2年，很多中小企业主对机器人会选择犹豫和观望。 如果使用机器人的机器人比较多，则大部分情况下需要对原有的生产线进行改造，甚至重新建设，不仅需要巨大的投资，可能还涉及到停产改造，这也是很多工厂迟迟不上机器人的原因之一。 除此之外，因为每一条生产线上的大部分设备（末端工具、非标机械、控制流程等）都
试论工业机器人国内外发展现状与趋势 发表时间：2016-05-24T14:01:30.360Z 来源：《电力设备》2016年第2期作者：孔玲爽陈颖超 [导读] （湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲 412007）机器人是人类发展高级阶段的高科技产物，工业机器人的诞生和机器人学的建立无疑是21 世纪人类科学技术的重大成就。 （湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲 412007） 摘要：机器人是人类发展高级阶段的高科技产物，工业机器人的诞生和机器人学的建立无疑是21 世纪人类科学技术的重大成就。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。本文结合国内外机器人发展的经验及近几年的动态，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，探讨了我国机器人发展的方向及策略。 关键词：工业机器人；自动化产业化；发展趋势 工业机器人是综合了计算机科学技术、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，从而也形成了一批在国际上较有影响力的工业机器人公司，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。 工业机器人原理及分类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。 1. 1 工业机器人工作原理 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。其系统构成如图1 所示。 由图1 可知，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。其控制系统原理流程图如图2所示。 由图2 可知，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。 1. 2 工业机器人分类 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。这类机器人通常采用点
协作机器人项目可行性报告 xxx投资公司
摘要 该协作机器人项目计划总投资6001.59万元，其中：固定资产投 资4650.88万元，占项目总投资的77.49%；流动资金1350.71万元， 占项目总投资的22.51%。 达产年营业收入12827.00万元，总成本费用10020.13万元，税 金及附加117.75万元，利润总额2806.87万元，利税总额3311.77万元，税后净利润2105.15万元，达产年纳税总额1206.62万元；达产 年投资利润率46.77%，投资利税率55.18%，投资回报率35.08%，全部投资回收期4.35年，提供就业职位262个。 本报告是基于可信的公开资料或报告编制人员实地调查获取的素 材撰写，根据《产业结构调整指导目录（2011年本）》（2013年修正）的要求，依照“科学、客观”的原则，以国内外项目产品的市场需求 为前提，大量收集相关行业准入条件和前沿技术等重要信息，全面预 测其发展趋势；按照《建设项目经济评价方法与参数（第三版）》的 具体要求，主要从技术、经济、工程方案、环境保护、安全卫生和节 能及清洁生产等方面进行充分的论证和可行性分析，对项目建成后可 能取得的经济效益、社会效益进行科学预测，从而提出投资项目是否
值得投资和如何进行建设的咨询意见，因此，该报告是一份较为完整的为项目决策及审批提供科学依据的综合性分析报告。
协作机器人项目可行性报告目录 第一章项目概况 一、项目名称及建设性质 二、项目承办单位 三、战略合作单位 四、项目提出的理由 五、项目选址及用地综述 六、土建工程建设指标 七、设备购置 八、产品规划方案 九、原材料供应 十、项目能耗分析 十一、环境保护 十二、项目建设符合性 十三、项目进度规划 十四、投资估算及经济效益分析 十五、报告说明 十六、项目评价 十七、主要经济指标
国内机器人技术研究现状分析 王守龙 摘要：随着经济全球化对工农业生产提出越来越高的要求，计算机技术向着智能化发展，机器人越来越普遍的被工农业应用，其在提高工农业产品质量，增加经济效益方面发挥着重大作用。本文又介绍分析了移动机器人和小口径管内机器人及其在我国的技术研究现状。中国的机器人事业面临着新的机遇和挑战。 关键词：机器人；技术研究；移动机器人；小口径管内机器人
前言 有人认为, 应用机器人只是为了节省劳动力, 而我国劳动力资源丰富, 发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国, 会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益, 而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。 1 工农业机器人 1.1 工业机器人研究现状分析 机器人产业是近30年发展起来的新型产业。我国政府早在“七·五”期间就开始组织了对工业机器人的攻关,到了1987年，国家高技术研究开发计划就把智能机器人作为七大重点领域之一进行集中研究。经过十几年的艰苦奋斗，我国在水下、空间、核领域等特殊机器人方面取得了令人欣慰的成果，一批机器人产品和机器人应用工程应运而生。到20世纪90年代末，我国共完成了l00多项工业机器人应用工程，建成了20个机器人产业化基地，从事机器人研究、开发和应用工程单位200多家，专业从事机器人产业开发的50家左右，全国工业机器人用户近800家，拥有工业机器人约4000台。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》前沿技术中，我国将智能服务机器人列为重点方向，提出加大科技投入与科技基础条件平台建设。 然而，由于主要依靠科技部门研究开发计划的支持，从资金到产业的支持力度不够，在机器人关键技术方面，我国与国外的差距并没有明显缩小，在关键部件、产品产业化以及基础研究方面的差距还在拉大。到1998年，863计划推动的几个机器人产业化基地产值仅仅1亿元。然而，国外各大机器人公司认识到高速发展中的中国机器人市场的巨大潜力，凭借其技术和资金的优势纷纷进入了中国市场。可以说，目前的中国机器人市场仍然是外国企业一统天下，我国机器人发展尚未进入规模开发利用和产业化的阶段。 我国经过几十年来的研究与引进, 在机器人运动学仿真、动力学仿真和某些典型工业机器人机构分析软件方面取得了一些成果，但总的看来, 我国机器人机械技术的研究状况与国外相比还有较大的差距, 目前既没有建立一种多功能的机器人系统, 也缺乏利用技术对机器人机械学的很多专门问题进行深人研究。我国目前研制的几种工业机器人机型结构主要是直接仿制日本90年代初的样机, 一些主要关键元器件依赖国外进口。虽然国家“七五”期间安排了一些单项研究课题, 但这些课题一时还难于直接用于国产工业机器人, 还远不能从理论及实际技术上建立起我国机器人的完整设计体系, 这与国外相比差距较大。国内利用国产机器人开展应用工程的研究工作刚刚起步。我国对移动机器人研究, 近年来在步行机基础理论方面的成果较多, 而步行机实物模型或样机较少，与国外先进水平相比也存在较大的差距。
工业机器人发展现状及趋势 1国内工业机器人得发展现状 1、1发展概述 我国得工业机器人研究开始于20世纪80年代中期．在国家得支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关．已经基本实现了实验、引进到自主开发得转变。促进了我国制造业、勘探等行业得发展。但随着我国门户得逐渐开放．国内得工业机器人产业面临着越来越大得竞争与冲击。虽然我国机器人得需求量逐年增加，但目前生产得机器人还很难达到所要求得质量．很多机器人得关键部件还需要进口。所以目前来说。我国还处在一个机器人消费型得同家。 现在，我国从事机器人研发得单位有200多家，专业从事机器人产业开发得企业有50家以上。在众多专家得建议与规划下，“七五”期间由机电部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所与大学参加，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、工业机器人整机及应用工程得开发研究。“九五”期间，在国家“863”高技术计划项目得支持下，沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、上海机电一体化工程公司、北京机械工业自动化所、四川绵阳思维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业基地。此外，还有上海富安工厂自动化公司、哈尔滨焊接研究所、国家机械局机械研究院及北京机电研究所、首钢莫托曼公司、安川北科公司、奇瑞汽车股份有限公司等都以其研发生产得特色机器人或应用工程项目而活跃在当今我国工业机器人市场上。 1、2机器人分类 随着科学技术得不断进步，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得里程碑按照工业机器人得关键技术发展过程其可分为三代：第一代就是示教再现机器人，主要由机器人本体、运动控制器与示教盒组成，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得示教程序，使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动，连续轨迹再现得控制方法，可以完成直线与圆弧得连续轨迹运动，然而复杂曲线得运动则由多段圆弧与直线组合而成。由于操作得容易性、可视性强，所以在当前工业中应用最多。
温室园艺产业化生产在西方发达国家的水平很高、规模很大。由于受到农业用地狭小的条件限制，荷兰、以色列、日本等国家发展温室园艺产业具有明显的特征：重视种苗培育、建设现代化大型温室、大量采用智能化计算机控制、生产流程高度自动化。这种“植物工厂”的专业模式和分工方式能产生非常高的生产效率，大幅提高优质蔬菜、花卉的质量和产出率，能取得很好的经济效益。在信息化时代到来的今天，依托自动控制技术和信息技术的温室精准农业是备受关注的焦点，世界各国都在该领域开展研究，取得一系列很有特色的成果，极大地推动了温室精准农业生产技术的进步。其中，温室园艺生产机器人无疑是最具代表性的。 由于设施生产是在全封闭的设施内周年生产园艺作物的高度自动化控制的生产体系，可以最大限度地规避外界不良环境影响，具有技术密集型的特点，而温室园艺机器人能够满足这种精细管理和精准控制的需求，并且能够解决温室园艺生产的劳动密集和时令性较强的瓶颈问题，大幅提高劳动生产率，改善设施生产劳动环境，避免温室密闭环境施药施肥对人体的危害，保证作业的一致性和均一性等。王树才(2005)指出，目前全世界已经开发出了耕耘机器人、移栽机器人、施肥机器人、喷药机器人、蔬菜嫁接机器人、蔬菜水果采摘机器人、苗盘播种机器人、苗盘覆土消毒机器人等相对比较成熟的可用于设施园艺生产的农业机器人。机器人技术尤其以日本最为代表性，日本作为最早研究机器人的国家之一，由于其老龄化提前到来引发劳动力缺乏以及人力成本高等问题，从20世纪70年代开始，日本的工业机器人开始快速发展，在经过对汽车焊接、汽车喷漆等工业领域的成功应用之后，日本的农业机器人也开始不断取得进展。 佟玲(1 995)指出，日本在20世纪末已经在技术密集型的设施园艺领域开发了多种生产机器人，如嫁接机器人、扦插机器人和采摘机器人等。荷兰花卉生产非常发达，温室园艺产业具有高度工业化的特征，每年花卉产业可创造50亿欧元的价值。由于温室园艺产品生产摆脱了土地约束和天气影响，可以实现按工业方式进行生产和管理，其种植过程可以安排特定的生产节拍和生产周期，产后包装、销售也能够做到与工业生产如出一辙。因此，荷兰的机器人技术得到快速发展。很多温室使用机器人实现不分白昼的连续工作，极大地降低了劳动成本。周增产(2001)
《协作机器人市场分析报告》 前言 2020年中国协作机器人行市场现状和发展前景分析 ——协作机器人是未来—— 协作机器人（collaborative robot）简称cobot或co-robot，是一种被设计成能与人在共同工作空间、近距离、协同工作的机器人。市面上出现很多六轴桌面机器人，就是协作机器人的典型产品。 协作机器人独立性很强，它代替的是单独的人，二者之间可以互换，一个协作机器人坏了，可以找人代替，整个生产流程的灵活性非常高。中小企业是目前协作机器人市场的主要客户。 说起传统工业机器人，一般会联想到大型工厂内、围栏区域保护的、庞大且笨重的机器人。传统工业机器人，一般与人类需隔离开独立工作区域，主要用在大型工厂特定场景，优点是快速、精度高、自动化成程度高；缺点也很明显，投资高，部署成本高，灵活性不足，也无法满足中小企业对成本的控制需求，一般也只有大厂才用得起。 随着以3C行业为代表的多样化、定制化生产对机器人需求的显著增长，柔性生产是必然趋势，传统工业机器人无法满足市场需求，协作机器人应运而生。 协作机器人的四大优势 一、灵活部署 分两个层面：一方面，不需要像工业机器人对厂区专门施工改造，可以快速部署，部署灵活且成本低，所需的空间小；另一方面，应用协作机器人的自动化生产线可随时调整，可根据工厂生产需求重新部署，迅速改变生产任务和方式。 二、低成本 一是机器人本体价格低，投资回报周期短，如果价格做到一个工人一年工资（约6万元，ROI=1年）将极具竞争力；二是部署成本低，节约了一大笔传统工业机器人所需改造部署工厂的费用；三是可根据工厂生产需求重新部署，进一步提高投资回报率。 三、安全 操作安全，采用先进的传感器，主动感知和适应变化的环境，保证与人交互的安全，人与协作机器人在共同的空间内工作，不需要防护栏等隔离措施。 四、易于使用 分两个方面：一、不需要不需要专门的集成团队，可快速连接到其他自动化设备；二、不需要传统机器人编程，可实现人机交互，降低使用门槛，减少时间和成本；
智能机器人的现状及其发展趋势 摘要：本文扼要地介绍了智能机器人技术的发展现状，以及世界各国智能机器人的发展水平，然后介绍了智能机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能机器人；发展现状；应用；趋势 The status and trends of intellectual robot Abstract: This paper briefly discusses the development, status of intellectual robot, development of intellectual robot in many countries. And then it presents the categories of intellectual robot, talks about the extensive applications in all works of life from several typical aspects and trends of intellectual robot. After that, it puts forward prospects for future technology, suggestion and a tentative idea of myself, and analyses the development of intellectual robot in China. Finally, it raises expectations of intellectual robot in China. Key words: intellectual robot; development status; application; trend 1 引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能机器人则是一个在感知- 思维- 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。智能机器人与工业机器人的根本区别在于，智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能[1]。 随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替
国内外工业机器人发展现状 近年，随着劳动力成本不断上涨，工业领域“机器换人”现象普遍工业机器人市场与产业也因此逐渐发展起来，高成本劳动力施压下，利用工业机器人转型智能制造成为发展趋势。同时，对于打造中国制造新优势，推动工业转型升级，加快制造强国建设，改善人民生活水平具有重要意义。 一、中国工业机器人的发展 目前，机器人产业正在全球范围内加速发展，2017年的全球工业机器人销量仍然以两位数大幅增长，销量全年或将达到28.5万台。2015年全球工业机器人销量同比增长12％，而全球正在使用的工业机器人已超过150万台。到2018年，其使用量将突破230万台，其中，140万台在亚洲，占比超过一半。 自2013年以来，中国已成为全球最大的机器人消费国。2014年消费5.6万台机器人，同比增长超55％，占全球总消费量的1／4，相较于2006年的5800台，猛增近10倍。2016年全年产量达7.2万台累计增长34.3％。中国的制造业正面临着向高端转变的挑战，工业机器人的发展成为其中非常关键的一个环节。在政策上，2016年推出了多个利好行业发展的新政法规，将工业机器人作为一大重要发展方向。 2017年中国工业机器人市场发展前景在政策等多方面的推动下，
预计到年末，中国机器人保有量将有超过40万台。未来将有越来越多的中国机器人供应商进入市场。外资和中国本土机器人供应商之间竞争将会越来越激烈。未来中国市场各种机器人的增长潜力巨大。另外，随着我国工业转型升级、劳动力成本不断攀升及机器人生产成本下降，未来“十三五”期间，机器人是重点发展对象之一，国内机器人产业正面临加速增长拐点。相对于服务机器人和商用机器人在国内市场还处于探索期，工业机器人有了一定的发展基础，目前正进入全面普及的阶段。预计到2021年末，我国工业机器人产量将达到11.15万台；销售量将达到23.04万台以及保有量将达到136.04万台。工业机器人未来在中国的发展潜力将是相当可观。 二、国内外工业机器人发展情况对比 在2008 年全球金融危机之后，工业机器人作为高端装备制造业的代表，再次受到了各国普遍重视。各国为提振本国制造业的竞争力，纷纷推出了机器人产业发展战略，加速布局及推动本国工业机器人产业发展。接下来从多个角度对美国、日本、德国、韩国、中国等5 个国家的工业机器人发展战略进行对比分析，梳理五国工业机器人产业发展战略的思路。 （1）五国机器人发展情况介绍 美国是工业机器人的诞生地，机器人研发历史最长，市场竞争充分，拥有许多创新能力强的机器人公司。美国《机器人商业评论》公布的2016 年度全球最具影响力50家机器人公司名单中，美国公司有