工业器人课程论文工业机器人技术概述及其应用
班级: 2012031B01
学号: 2012031B0134
姓名: 秦健凯
成绩:＿＿＿＿
摘要: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。机器人的应用越来越广泛,需求越来越大,其技术研究与发展越来越深入，这将提高社会生产率与产品质量,为社会创造巨大的财富。本文将从工业机器的发展历史，现状及未来趋势进行阐述。机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，经历了近50年的发展已取得显著成果。走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人的实用化，昭示着机器人技术灿烂的明天。
引言：工业机器人是机器人的一种。机器人可以代替或者协助人类完成各种工作，凡是枯燥的、危险的、有毒的、有害的工作，都可由机器人大显身手。机器人除了广泛应用于制造业领域外，还应用于资源勘探开发、救灾排险、医疗服务、家庭娱乐、军事和航天等其他领域。机器人是工业和非产业界的重大生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。工业机器人作为一种特殊的自动化设备，具备智能技术，所以工业机器人在传统产业的应用将大大的提升企业产品的竞争力，促进产品的更新换代，对国家经济产生巨大的推动作用。而在科学研究，资源勘探方面，工业机器人可替代人的大部分工作，因此促进了国家的可持续发展，并增强了国家的国际地位。在国防领域工业机器人的研究更是层出不穷，特别是在强调零伤亡战争的今天，机器人可替代士兵前往危险的前沿地区，而且没有人性的一些弱点，增强了战斗力，为国家创造了一个和平安定的环境。
1.工业机器人的概念
工业机器人是面向工业领域多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工做的机器装置，是靠自身动力和控制能力去实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也能按照预先编排的程序运行[1]。现代的工业机器人还可根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
戴沃尔提出的工业机器人有以下特征:将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的连杆机构联接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就能离开人的辅助而独立运行。这种机器人还可接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手能依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再次实现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现” [2]。
1963年美国推出一些工业机器人控制的方式与数控机床大致相似，但是其外形主要由类似人手和臂来组成。后来，出现了有视觉传感器、能识别且定位的工业机器人系统。
当今的工业机器人技术正在逐步向着拥有行走能力、拥有许多感觉能力、拥有较强作业环境的自适应能力方面发展[3]。现在，对全球机器人技术发展最有影响力的应该就是美国与日本。美国在技术的综合研究水平仍处领先的地位，而日本产的工业机器人在总量、种类方面则居世界首位。
2.工业机器人构造与分类
工业机器人由主体、驱动系统及控制系统三个部分组成。主体为机座和执行机构，包括了臂部、腕部及手部，有些机器人还具行走机构[4]。多数工业机器人具有3～6个运动自由度，腕部一般有1～3个运动自由度；驱动系统包括了动力装置与传动装置，用于使执行机构发生相应动作；控制系统按照输入程序对驱动系统及执行机构发出的指令信号，且进行控制。
工业机器人按臂部运动的形式可分成四种。直角坐标型臂部可沿三个直角坐标进行移动；圆柱坐标型的臂部可用作升降、回转及伸缩动作；球坐标型的臂部可以回转、俯仰与伸缩；关节形的臂部具多个转动关节。
工业机器人按照执行机构的运动控制机能，又可分作点位型与连续轨迹型。点位型只可控制执行机构由一点至另一点的精准定位，适用于机床上下料、点焊及一般搬运和装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按照给定的轨迹运动，用于连续焊接及涂装作业等。
工业机器人按照程序输入方式可分为有编程输入型与示教输入型两类。编程输入型即用于计算机上已编辑好的作业程序文件，再通过RS232串口或者以以太网等通信方式传输到机器人的控制柜。
示教输入型示教方法有以下两种：一种是由操作者用手动控制器(即示教操纵盒)，将指令信号传输到驱动系统，再让执行机构按要求动作的顺序和运动轨迹再操演一遍；另一
种则是操作者直接来领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹演示一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息自动存入程序储存器中自动工作时，控制系统将会从程序储存器中检查相应的信息，再将指令信号传输到驱动机构，使得执行机构再演示示教的各种动作。示教输入程序工业机器人称为示教再现形工业机器人。
有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，可在较为复杂的环境下工作；如拥有识别功能或更进一步增强自适应、自学习功能，即可成为智能型工业机器人。它可以按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并且自动完成更复杂的工作[5]。
3.应用
随着高新技术发展，各类军用机器人已大量涌现，有些技术发达的国家已经相继研制出了智能程度高、动作灵活和应用广泛的军用机器人[6]。现在军用机器人主要作为作战武器及保障武器来使用。在恶劣环境下，机器人的承受能力大大超过了载人系统，且能完成很多载人系统完成不了的工作，例如运输机器人可在核化条件下工作，也可在炮火中及时的进行战场救护。而在地面上，机器人可为联合国维及部队排除爆炸物和扫除地雷；在波黑的战场上，无人机已大显身手；在海洋之中，机器人可帮助人清除水雷及探索海底秘密；在宇宙空间中，机器人成为了火星考察的明星。目前世界上正在研制或者已投入使用的军用机器人主要是以下几种。2004年10月26日第一天地面机器人地面军用机器人主要分为智能机器人和遥控机器人[7]。按其功能可以分为：排雷(弹)机器人、侦察机器人和保安机器人，甚至研制有地面微型的军用机器人。
美国于1985年开始研制的第一台地面自主车辆，可在人不进行干预的情况下在道路上行驶。1993年美国研制出了时速为75公里的自主车[8]。现在依然有许多技术难题尚未解决。但是地面自主车的研制成功大大推动了遥控机器人的发展。
使用排雷机器人不但可加快扫雷破障的速度，还大大降低了人员伤亡。如美国研制出的"交通警察"战场机器人，其安装了多种传感器，可以用于探测建筑物、掩体以及隧道等处的地雷；"蜜蜂"式的控雷器具有较快的飞行速度，可迅速并且准确地发现地雷的位置，且通过携带的炸药对地雷进行引爆。在1981年爆发的马岛战争，英国海军就曾经用法国研发的的机器人，清除了阿根廷布设的水雷[8]。英国陆军的排弹机器人于拆除恐怖分子放置的各类的炸弹的工作中屡建奇功，使其备受欢迎。
侦察机器人在高技术条件下的战场环境更为复杂，使用机器人不仅仅可以进入很难涉足的恶劣环境中去侦察，而且机器人一旦不幸被"俘"，就可以通过预先的设置程序来自动引爆"以身殉职"。海军陆战队的GPR侦察机器人由M114装甲人员输送上车改装的，装有16台微处理器、卫星导航接收机、声学传感器、激光测距机和磁罗盘以及一台高分辨率摄像机等。而摄像机是装在一个由计算机控制的平台中。如若无外部导航，该车可自主的跟踪其它车越过障碍物[9]。
保安机器人可以用于军事基地等重要场所的保卫工作。最具代表性的保安机器人则为由美国研制的"徘徊者"，其为一辆重1．8吨的6轮全地形车，它不仅可以按照预编的路线沿着这些设施外部的边界进行巡逻。当其发现入侵者时，操作者可通过声音传输系统机器人与入侵者进行对话，如若入侵者不合作，操作者就可以命令机器人进行攻击。且当该地区受到大规模的进攻时，操作者可调动多台机器人同时进行阻击，以便争取时间。
专家们对微型机器人更备加青睐，它们体积小，生存能力较强，具有很广泛的用途。现
在已研制成功一种只有昆虫大小的名叫"扁虱"的微型机器人，它可以附在敌人的装备部件上，并混入敌人防线，还可侦察敌人的目标和向敌人的通信系统里注入一个功率脉冲以进行干扰，或者钻到敌人的装备中以破坏发动机等关键的部位。目前很多国家都非常重视微型军用机器人的研发，随着发展，军用微型机器人很可能会改变21世纪的战场。
2000年11月29日，中央电视台《新闻联播》报道：我国首台类人型机器人研制成功[10]。11月30日，全国各大报都在显著位置发表了这一消息。很多人问：何为仿人型机器人？仿人型机器人的问世标志了什么？世界及中国仿人型机器人发展到什么水平？从前面几篇可以看出，大多数机器人并不像人，有些甚至没一点人的模样，这一点让很多机器人爱好者大失所望，许多人问为什么科学家不研发像人一样的机器人呢？事实上，科学家和爱好者的心情是相同的，一直致力于研发出有人类外观特征、可以模拟人类行走或其基本操做功能的机器人。
由于仿人型的机器人集机电、材料、计算机、传感器和控制技术等多门学术学科于一体，是国家的高科技实力和发展水平的重要标致，所以，世界很多发达国家都不惜投入巨资以进行开发和研究。日、美、英等国家都在研制仿人形的机器人方面做了巨大的工作，并且已取得了突破性的进展。
工业机器人在生产中可替代人做一些单调、频繁和重复的长时间作业[11]，或者危险、恶劣环境的作业，像在冲压、压力铸造、涂装、塑料制品成形和机械加工和简单装配等工序中，及在原子能工业等部门之中，完成对人体有害的物料搬运或者工艺操作。
20世纪70年代末，英国在机械手和操作机的基础上，再采用了伺服机构和自动控制等高技术，研制出了有通用性的独立工业用自动操作装置，并且将它称为工业机器人；60年代，美国研制出了两种工业机器人，并能很快地在工业生产中得以应用；1968年，美国的通用汽车公司用20多台工业机器人组成了焊接车身的自动生产线[12]。之后，其它工业发达国家都非常重视研制与应用工业机器人。
由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。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，世界机器人的市场前景被看好，从20世纪上半叶起，世界机器人产业一直保持稳步增长的良好势头[13]。
4.世界先进工业机器人代表——库卡机器人简介
德国库卡.公司成立于1898年，自1977年开始系列化生产各种用途的机器人，是目前国际上最大的机器人制造商之一。
库卡.机器人最显著的特点是采用PC BASED控制系统，该系统在微软的Windows界面下操作[14]。PC BASED控制系统的设计，再加上标准化的个人电脑硬件，以及简单的规划和设置，使其MTBF(平均故障间隔时间)超越7万5干小时。而机器人平均使用寿命更长达10-15年。
机器人应用于包装机械行业已有多年历史，现在最新型的库卡.卸码垛机器人采用了精巧的"聚碳纤维"材料制造，令机器人在非常轻巧的同时具有更高强度，使其尤其适用于高负载作业。该机器人的卸码垛过程采用了FEM的最优化操作方式，而四轴倾斜式的设计降
低了维护保养的成本。
2002年，KUKA开发的“Rororoadter”是世上第一台客运工业机器人。这个机器人可提供两名乘客的类似过山车式的运动序列，它行使实现了程序化。现在进行的“Rororoadter”开发针对于轨道行程，开发的目的是实现过山车，和其它例如主题公园和娱乐等沿预定路径运行目标。
5.中国的工业机器人
5.1中国工业机器人的发展历程
我国工业机器人起步于70年代初，经过了20多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代开发期以及90年代适用化期。
70年代是世界科技的一个里程碑：人类登上月球，实现金星和火星软着陆。我国也成功发射了人造卫星。世界上的工业机器人应用掀起了一个高潮，尤为在日本的发展最为迅猛，其补充了日益短缺的劳动力。在此背景下，我国于1973年正式开始研制属于自己的工业机器人。
进入了80年代后，在高技术浪潮冲击下，伴随改革开放不断深入，我国机器人技术的研发得到政府的重视和支持。“七五”期间，国家投入了大笔资金，对工业机器人及它的零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，且研制出喷涂、电焊、弧焊及搬运机器人。19.86年国家高技术的研究和发展计划（863计划）开始正式得以实施[15]，智能型机器人的主题跟踪世界的机器人技术前沿，经过了几年的研究，已经取得了一大批的科研成果，成功的研制出了一大批特种机器人。
从90年代初起，我国国民经济进入了实现两个根本的转变时期，掀起了新一轮经济体制改革和科学技术进步热潮，我国工业机器人又在实践中迈进了一大步，先后研发出了点焊、弧焊、装佩、喷漆、切割、运输、包装码垛等各种用途工业机器人，并且实施一批机器人的应用工程，形成了一大批机器人产业化基地，并为我国机器人产业腾飞奠定了坚实的基础。
虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核.心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。
中国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.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[16]。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[17],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。
5.2国内工业机器人的市场特征
以汽车制造业为主的制造业的发展促进了工业机器人发展。汽车制造业属技术和资金密集型产业,也为工业机器人应用最为广泛的行业。在中国,工业机器人最初的应用是在汽车与工程机械行业,一般用于汽车以及工程机械的喷涂与焊接。2001年开始,受到国家宏观政策调控以及居民消费水平的提高的影响,我国的汽车工业进入了一个高速的增长期。面对此局面,国际汽车巨头们纷纷涌入中国的市场并与我国的企业合资设厂或者扩大原有的生产规模,国内企业也相继纷纷转型或加大对于汽车行业的投资,整个行业的增产扩能增加了对工业机器人的需求[18]。不完全统计,最近国内厂家生产的工业机器人有超一半是提供于汽车行业的,海关进出口的增长数据及汽车行业增长的数据具有较为高的相关度。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。
沿海经济的发达地区是工业机器人主要的市场。我国的工业机器人的使用集中于广东、江苏、上海和北京等地,工业机器人拥有量占了全国的一半以上,这分布态势及增长趋势符合了我国现在阶段经济的发展状况。我国经济最有活力的地区已从珠江三角洲地区扩展到了长江三角洲地区,且长江三角洲地区在制造业里所占的比重变得越来越大。
外商独资的企业和中外合资的企业和国有企业是工业机器人的最为主要的客户。工业机器人属于技术量高,价格较为昂贵的制造设备,采用工业机器人比较多的企业,一般来说对产品质量要求比较高,企业在市场中具有更高影响力[19]。现在阶段,工业机器人用量最多的仍为外商独资或中外合资的企业。国有企业也在增大对工业机器人的采购用来技术的改造,如汽车行业中一汽、二汽和上汽等,其产品在市场上已具有较强的竞争力,其对工业机器人有较大需求,同时采购方面它们能够获得国家和政府的支持,所以制造业中大中型国企的工业机器人用量一直很大,且在未来很长的时间内依然保持这种增长势头。另外我国民营企业正慢慢认识到工业机器人的优势,对于工业机器人的采用也逐步增长,虽然装备的量上和以上企业依然具有较大差距,但是增长速度非常惊人,将会很快成为工业机器人的市场重要客户。
国内进口的工业机器人的国家和地区分布。2000～2004年我国的进口工业机器人主要是来自于日本和台湾,2005年日本对华出口的金额占我国进口工业机器人的金额一半[20]。
6.国内外机器人技术应用研究进展及发展趋势
国外发展趋势
日本将机器人列为战略产业，韩国将机器人作为“增长发动机产业”，各发达国家政府早年通过制定政策，采取一系列措施鼓励企业应用机器人，设立科研基金鼓励机器人的研发设计，从政策上、资金上给予大力支持，工业机器人的应用和研究走在世界的前列。世界工业机器人市场普遍看好，各国都在期待机器人的应用研究有技术上的突破。从最近几年世界机器人推出产品来看，工业机器人技术正向智能化、模块化以及系统化的方向发展[21]，它的发展趋势主要是：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。
国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：
（a）工业机器人的性能不断提高，但单机价格却不断下降。
（b）机械的结构向模块化、可重构化发展。如关节模块中伺服电机、减速机以及检测系统的三位一体化；由关节模块和连杆模块用重组的方式构造了机器人整机；国外已经有模块化装配机器人产品问世。
（c）工业机器人的控制系统是基于PC机开放型控制器方向发展，有利于标准化和网络化；器件的集成度提高，控制柜的日益小巧，并且采用了模块化的结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性以及维修性。
（d）机器人的传感器作用日益重要，装配以及焊接机器人都已经采用位置、速度、加速度视觉以及力觉等传感器[22]，且遥控机器人采用了视觉、声觉、力觉及触觉等多传感器的融合技术进行环境的建模及决策的控制；多传感器的融合配置技术在产品化系统中已有了成熟的应用。
（e）虚拟的现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用过程控制，例如使得遥控机器人操作者产生在远端作业环境的感觉来操纵机器人。
（f）当代遥控机器人的系统发展特点并不是追求全自治系统，而是操作者和机器人的人机交互控制，也就是遥控与局部自主系统以构成完整监控遥控操作系统，使得智能型的机器人走出实验室并且进入实用化阶段。英国发射到火星上的索杰呐机器人即为这种系统最为成功应用的著名实例。
（g）机器人化机械已开始兴起。从94年美国开发成功虚拟轴机床以来，此新型装置已成为国际研究热点之一，纷纷开始探索开拓其实际应用领域。
2、国内发展趋势
中国工业机器人在“七五”、“九五”、“十五”期间研究取得了较大进展，我国在关
键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突破，应用遍及各行各业，但进口机器人占了绝大多数[23]。科学院机器人“十二五”规划研究目标：开展高速、高精、智能化工业机器人技术的研究工作，建立并完善新型工业机器人智能化体系结构；研究高速，高精度工业机器人控制方法并研制高性能工业机器人控制器，实现高速，高精度的作业；针对焊接，喷涂等作业任务，研究工业机器人的智能化作业技术，研制自动焊接工业机器人，自动喷涂工业机器人样机，并在汽车制造行业，焊接行业开展应用示范。
国家的下一步发展思路，将是发展以工业机器人为代表的智能制造，以高端的装备制造业重大产业为长期发展工程为平台和载体，而系统推进智能技术、智能装备以及数字制造的相对协调发展，以实现我国高端的装备制造的重大跨越。其具体分为两步进行：第一，2012～2020年，大致普及数控化，在一些领域实现智能制造的装备产业化，为中国制造模式转变奠定相应的基础；第二，2021～2030年，开始全面实现数字化，在主要的领域全面推行智能化制造模式，并基本形成高端制造业的国际竞争优势[24]。
工业机器人市场的竞争日益激烈，中国制造业面临与国际接轨和参与国际分工的巨大挑战，加快工业机器人的研究开发与生产速度是我国由制造业大国走向制造业强国的重要手段与途径[25]。未来的几年，国内机器人的研究人员将重点放在研究工业机器人的智能化体系结构，高精度控制和智能化作业，形成新型智能化工业机器人核心关键的技术体系，并且在相关行业应用示范及推广。
（1）工业机器人的智能化体系结构标准
研究开放式以及模块化的工业机器人系统结构与工业机器人系统的软硬件设计方法，将形成实际可行的系统设计行业标准、国家标准以及国际标准，便于系统的集成，应用和改造。
（2）工业机器人的新型控制器技术
研发具有自主知识产权先进的工业机器人控制器。研究具有高实时性和多处理器并行工作的控制器的硬件系统；针对市场应用需求，设计基于高性能与低成本总线技术的控制及驱动模式并深入地研究先进控制方法，在工业机器人中的工程实现，提高系统高速，重载以及高追踪精度等的动态性能，并提高系统开放性。通过人机交互建立仿真环境，研究和开发工业机器人的自动离线编程技术，加强人机交互与二次开发能力[26]。
（3）工业机器人的智能化作业技术
实现以传感器融合，模拟现实与人机交互为代表的智能型技术在工业机器人上可靠的应用，用于提升工业机器人的操作能力。除了采用传统的位置，速度与加速度等传感器外，装佩，焊接机器人还应用了视觉与力觉等传感器进行实现的协调和决策的控制，基于视觉喷涂机器人的姿态反馈控制[27]；研究虚拟现实技术和人机交互的环境建模系统。
（4）成线成套装备技术
针对于汽车制造业和焊接行业等具体的行业工艺需求，结合新型的控制器技术和智能化作业技术的深入研究，研究和行业实际相关的工业机器人应用技术，并以工业机器人为核心的生产线的相关成套的装备设计技术，开发出弧焊机器人用于激光视觉焊缝跟踪装置，喷涂线的设备的研制及相关功能部件并且加以集成，形成中国以智能化工业机器人为主要核心的成线成套自动化制造装备。
（5）系统的可靠性技术
可靠性技术与设计、制造、测试及应用是密切相关的。建立系统的可靠性保障体系为确保工业机器人实现产业化的关键所在。在产品的设计环节、制造环节以及测试环节，研究系统的可靠性保障技术，将为工业机器人广泛应用提供保证。
我国机器人产业化必须由市场拉动。机器人作为高技术产业，它的发展和社会生产、经济状态密切相关。机器人研究和开发只能由技术上实现的可能性大为原则选择机器人优先的应用的区域，且以此为突破口，再向其他的领域渗透、扩散最为重要。
7工业机器人的发展趋势
工业机器人在很多的生产领域的使用实践证明，其在提高生产自动化的水平，提高劳动的生产率和产品质量及经济效益，改善工人劳动的条件等方面，有令人瞩目的作用，引起了各国和各层人士广泛关注。在新世纪，机器人工业必会得到更为快速的发展和更为广泛的应用。
1、工业机器人的技术发展趋势
从近几年世界推出的机器人产品来看，机器人技术正向智能化、模块化及系统化方向快速发展，其发展的趋势主要是：结构模块化及可重构化；控制技术开放化、PC化及网络化；伺服驱动技术数字化和分散化；多传感器的融合技术的实用化[28]；工作的环境设计优化和作业柔性化及系统网络化和智能化等一些方面。
2、工业机器人的产业发展趋势
据UNECE/IFR预测，至2008年，全球新安装的机器人数量将从2004年的81900套上升至2008年的107000套，年均增长率为7%]。其中，日本2004-2007年的工业机器人销售量将会由2003年的31700增长至2007年的42000套；欧洲2004-2007年的工业机器人将由2004
年的27200套增长至2007年的35000套；北美2004-2007年的工业机器人市场每年均增长率为5.8%，至2007年将增长至16000套[29]。
8.工业机器人产业发展模式的探讨
纵观世界上各国在发展工业机器人的产业过程，归纳为三种不同的发展模式，即为日本模式、欧洲模式以及美国模式：
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年代以来在高校及科研单位的全面开展工业机器人研究，近20年来取得了不少科研成果。但由于没有与企业有机的进行联合，至今依然没有形成具有影响力的产品及有规模的产业。现在国内除了一家组装为主的中日合资的公司外，有自主知识产权的工业机器人依然停留在高校或科研单位组织的生产，并未能形成气候。近20年来，进口机器人的价格大幅度的降低，对我国工业机器人发展造成了一定影响，特别是我国自主制造的普通机器人在价格上无法与之竞争[30]。特别是我国于研制机器人初期，没同步发展对应的零件产业，因此国内的企业在生产机器人过程当中，只能依赖进口的零部件，更为削弱了我国的价格竞争力。
9.结论
工业机器人市场竞争日益激烈,我国制造业面临与国际接轨和参与国际分工的巨大挑战,加快工业机器人的技术研究开发与生产是抓住这个历史机遇最为主要的途径。所以我国工业机器人行业要认识到以下情况:一,工业机器人技术是中国从制造大国向制造强国转变的最主要手段与途径,政府更要对国产工业机器人有更多的政策和经济的支持,多参考国外先进的经验,并加大技术投入与改造;二,在国家科技发展计划中,应继续对智能机器人的研究开发与应用予大力支持,形成产品与自动化制造装备的同步协调的新局面;三,部分国产工业机器人已与国外有相当水平,企业采购工业机器人应不要盲目进口,要综合评估,立足国产。
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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。
工业机器人技术专业人才需求调研报告 《中国制造2025》站在历史的新高度，从战略全局出发，明确提出了我国实施制造强国战略的第一个十年的行动计划，将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一。2014年全球工业机器人销量创下历史新高，达到22.5万台，同比增长27%。中国机器人市场需求快速增长，并已成为全球机器人重要市场。2014年，中国工业机器人销量达到5.6万台，同比增长52%，再次成为全球最大工业机器人市场。用户已从外商独资企业、中外合资企业为主，向内资企业、乃至中小企业发展。国内沿海工业发达地区不少企业产品用来出口，对产品质量要求高，越来越多的企业采用机器人代替产业工人。在珠三角地区，使用工业机器人的年均增长速度已达到30%，尤其在装配、点胶、搬运、焊接等领域，已经掀起了一股机器人使用热潮。 工业机器人的应用程度是一个国家工业自动化水平的重要标志。自2013年中国已经是全球工业机器人最大市场，但制造业工业机器人密度仍然很低，2013年中国工业机器人密度仅为30台/万名产业工人，不足全球平均水平的一半，与工业自动化程度较高的韩国（437台/万名产业工人）、日本（323台/万名产业工人）和德国（282台/万名产业工人）相比差距更大。为此，机电工程系专业教师通过实施每学期一次的专业调研制度，深入各晋东南地区企业、兄弟院校进行
调研，从多个角度、多层面对工业机器人技术行业的发展和人才需求情况进行了深入调查，对《工业机器人技术》专业人才的需求情况进行深入了解。 工业机器人技术专业人才需求调研基本方法以《中国制造2025》、《智能制造发展规划（2016-2020年）》和《山西省“十三五”装备制造业发展规划》为支撑,从宏观上把握行业的人才需求现状。 一、行业规模与发展趋势 根据国际机器人联合会(IFR)于2018年的最新报告，全球制造行业的工业机器人使用密度已达到74台/万人(每万名工人使用工业机器人数量)，而在2015年，全球平均机器人密度为66台/万人。中国，工业机器人密度全球增速最快的国家。在2013～2016年，机器人装机量显著增长，由2013年的25台/万人增长到2016年的68台/万人。在最新数据统计中，中国的工业机器人密度位于全球排名第23名，政府也不断通过政策扶持，欲在2020年之前，将中国打造为全球自动化程度前十的国家，在产业政策《机器人产业发展规划(2016～2020年) 》中，规划到2020年实现工业机器人密度达到150以上，2016年中国工业机器人安装量达87000台，占全球整体市场的30%，较2015年上升3%，接近欧洲与美洲的安装总量97300台。2017年我国工业机器人安装量为13.8万套。据工信部的统计数据显示，据调研，工业机器人
工业机器人发展现状及趋势 1国内工业机器人的发展现状 1.1发展概述 我国的工业机器人研究开始于20世纪80年代中期．在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关．已经基本实现了实验、引进到自主开发的转变。促进了我国制造业、勘探等行业的发展。但随着我国门户的逐渐开放．国内的工业机器人产业面临着越来越大的竞争与冲击。虽然我国机器人的需求量逐年增加，但目前生产的机器人还很难达到所要求的质量．很多机器人的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的同家。 现在，我国从事机器人研发的单位有200多家，专业从事机器人产业开发的企业有50家以上。在众多专家的建议和规划下，“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、工业机器人整机及应用工程的开发研究。“九五”期间，在国家“863”高技术计划项目的支持下，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的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到点运动，连续轨迹再现的控制方法，可以完成直线和圆弧的连续轨迹运动，然而复杂曲线的运动则由多段圆弧和直线组合而成。由于操作的容易性、可视性强，所以在当前工业中应用最多。
使生产更高 效工业机器人在工业生产中能代替人从事频繁和重复的作业，或是完成危险、恶劣环境下的作业任务，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。 ■ A1 玻璃生产线堆垛系统 ■ A2 光伏玻璃、光伏电池组件线 ■ A3 立体雕刻工作站 ■ A4 物流堆垛 ■ A5 PLC控制柜 ■ A6 工业生产线控制 A1 A5A6A2 A3A4Kawasaki FANUC KUKA
冷端机器人堆垛 我们机器人堆垛系统的优点： ■ 采用先进的机器视觉及工业机器人。动态追踪、同步飞行抓取玻璃，实现了 在相对静止的情况下抓取运动中的玻璃板，缩短玻璃产线冷端主线长度。 ■ 采用柔性吸盘结构，解决了薄板玻璃易碎，生产速度快的堆垛难题。 ■ 采用机器视觉检测技术，提高了产品质量和成品率。 ■ 实行工作组任务统筹分配管理，能够混合处理不同规格及等级的玻璃产 品，实现准确分级和堆垛。 ■ 可在线安装竣工不影响正常生产，是运行中的生产线及冷修改造最佳方 案，与同类产品具有最高的性价比。 ■ 我们独有的双机热备技术，使得视觉检测及生产机器人指挥系统工作机故障后，可以在秒级自动切换到备份机上，不影响生产。■ 光源系统对视觉检测的稳定性有极大的影响，我们采用专业的视觉检测用LED光源，亮度稳定均匀，长寿命设计，易于维护。■ 机器人单元根据检测的玻璃尺寸来调整吸盘组，不用手工改变吸盘位置。■ 每个机器人单元都设有触摸屏，便于本机状态监控及就地操作。■ 机器人单元具有应急盲抓功能，可以在检测及指挥系统故障时临时应急。■ 可选择含视频功能的远程维护，更快速的诊断与解决问题。 与市场上同类产品的对比: 冷端机器人堆垛系统主要技术和性能指标◎丰富的自动化系统集成经验 ◎多年机器视觉技术应用经验积累 ◎在计算机软件与工业控制结合上的技术优势 ◎在冷端堆垛方面的产品优势 ◎国内领先的机器人堆垛设备 本产品荣获：2008年上海创新基金支持、2009年国家创新基金支持 堆垛精度：±3mm 堆垛工作周期：7-15s
调研报告 1 工业机器人的概念 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。 2 工业机器人展现状与前景展望 2.1工业机器人的发展简史 1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。它是最早的工业机器人设想。 20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如图0.2所示，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。 1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1959年第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。 2.2工业机器人的特点 戴沃尔提出的工业机器人有以下特点:将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的 连杆机构联接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人还可以接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现”。 1962年美国推出的一些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形主要由类似人的手和臂组成。后来，出现了具有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。
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
机械工程专业2014版 “卓越工程师教育培养计划”本科阶段培养方案机械工程专业是中国矿业大学具有矿山机械工程特色、办学实力很强和办学水平国内领先的专业，为国家级特色专业建设点，江苏省品牌专业。本专业紧密围绕国家经济社会发展的重大需求，追踪矿山机械大型机电装备前沿理论与技术，依托机械设计及理论国家重点学科，机械工程江苏省一级学科国家重点学科培育建设点，机械工程江苏省一级学科重点学科，机械工程博士后科研流动站，机械工程一级学科博士点，国家能源煤矿采掘机械装备研发（实验）中心，机械工程、机械基础与CAD 2个江苏省实验教学示范中心，矿山机械工程国家煤炭工业重点实验室，以及混凝土机械、矿山机械电液控制、特种电梯、矿用特种车辆等4个江苏省工程技术研究中心，着眼于未来经济社会发展对矿山机械领域卓越工程师的人才需求，制定应用型卓越工程师人才培养方案。 一、培养目标 本专业培养基础宽、能力强、素质高，德、智、体、美全面发展，具有社会责任感和国际视野，秉承“好学力行、求是创新”精神，能为国家富强和社会进步做出贡献的、具有较强的工程实践能力和动手能力、跨文化交流能力、以及创新意识和创新能力，能在机械工程领域特别是矿山机械重大装备领域从事制造、运行维护、管理、设计及科学研究等方面工作的高级机械工程师和矿山机械管理人才。 二、基本要求 1．热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，掌握马列主义、毛泽东思想和邓小平理论和“三个代表”重要思想的基本原理；具有高尚的人格、强烈的民族使命感和社会责任感，有为祖国富强、民族昌盛而奋斗的志向和责任感。 2．具有宽厚的人文社会科学、现代科技、经济管理、法律、国防和自然科学知识。 3．掌握扎实的机械工程专业基础理论及必要的专业技术知识。 4．熟练运用英语进行听、说、读、写；具有现代信息获取及处理能力。 5．具备初步的跨文化交流能力、熟悉国际规则、具有一定的国际竞争能力。 6．具备团队合作、协调、管理、竞争与合作的初步能力，能够在工程实施中进行协调、管理与合作，并在团队中发挥骨干和领导作用。 7．掌握科学的思维方法和终身学习能力，具有创新意识和创新能力。 8．具有健康的身体和良好的心理素质，了解体育运动的基本知识，掌握必要的体育锻炼技能。 三、培养模式 中国矿业大学机械工程专业“卓越工程师教育培训计划”本科阶段采用3+1校企联合培养、双导师制的模式。即校内前3年是本科课程学习阶段，与四年制本科的模块共用，第四年到企业实践学习，完成毕业设计。“卓越工程师教育培训计划”本科班计划2个班，60人左右规模。在大学三年级上半学年（即2.5学年）结束前，选定校内指导老师（每3名学生配备一位指导老师），三年级学期末选定企业指导教师。 四、学制、学分与授予学位 学制：标准学制4年，修业年限3-7年 学分：最低修读189学分，其中课内教学环节必须修满138学分，实践教学环节必须修满51学分。
2018年我国工业机器人行业现状及发展趋势分析 2017年全球工业机器人销量34.6万台，同比+17.6%，预计至2020年达到52.1万台。2017年中国销量占比30%以上。全球工业机器人销量保持加速增长，中国占比逐步提高。 数据来源：公开资料整理 相关报告：智研咨询发布的《2018-2024年中国工业机器人行业市场深度调研及未来发展趋势报告》 2017年中国机器人产量13.1万台，同比+81%，预期2018-2020年中国工业机器人产量年化增速20%-30%。3C消费电子需求占比提高明显，预期近两年将代替汽车成为工业机器人销量第一大领域。
全球专业服务机器人销量及增速 数据来源：公开资料整理 2016年全球专业服务机器人销量59706台，同比+24％，销售额47亿美元，同比+2％。2017年全球专业服务机器人约销量78700台，预计2018-2020年40万台销量空间，268亿美元销售额空间，销量与销售额增速保持年均20%-25%。 “量看物流机器人+价看医疗机器人” 数据来源：公开资料整理
数据来源：公开资料整理 2016年，物流机器人销量2.54万台，占比42.5%销量最大，销售额9.92亿，占销售额21.1％；预计2018-2020年销量18.97万台，对应58.45亿美元市场空间。2016年，医疗机器人销量1600台，销售额16.12亿美元最大，占比34.3%，单价超100万美元；预计2018-2020年将有约77.48亿美元市场空间。 对于工业机器人，中国总体上是净进口国，依赖进口国际高端品牌以满足国内市场需求。国内机器人企业在上游核心零部件、中游本体及下游集成应用等方向正多点寻求突破，我们认为专业化的集成应用领域有望成为突破口。
自动化实验室实习参观报告 自动化2班朱晓彤在开学后不久，学校便组织了我们大一新生进行实验室的参观，让大家进一步了解了学校设备装置以及各种实验仪器的相关属性。这次参观，虽然见到的只是些机械，但让我增长的见识却比一次旅游都要大的多。 大学自动化实验课是高等理工科院校学生进入大学后的第一门实践课程，是理工科学生系统学习基本实验知识、实验方法和实验技能的开端，是专业实验和毕业设计的基础。大学自动化实验课对提高学生素质具有举足轻重的作用。通过实验课的教学要达到提高学生的科学实验素质，培养具有创新精神和良好科学作风的目的。 自动化实验中心根据教育部精神，在教学改革中作了大量的探索和实践。为加强培养学生的自主性实验和研究性学习的能力，配合开放式自动化实验教学，中心树立了以学生为根本，以创新为目标，确立了以“人才培养为中心任务，教学工作为中心地位”的指导思想和以“以培养学生为本、以实践教学为主、以科研促进教学”的改革思路。将实验教学的定位与人才培养目标、培养模式、培养计划等相结合，保持相互间的协调一致。 按照学校和学院的总体部署，经过多方面的努力和改革，完成原定建设目标，构建了逐步提高学生创新能力的实践教学体系。 （1）已构建了由专业基础型实验、设计综合型实验和创新型实验三个层次分明、比例结构科学合理的与理论教学有机结合的实验教学体
系。合理调整实验项目，安排验证性实验、综合性实验和设计性实验的比例。通过独立设置实验课程，使实验课程系统化和规范化。增加开放实验内容，鼓励和引导学生自行设计实验、参与教师科研课题。鼓励学生利用实验室积极参与科研或学科竞赛活动，培养学生的创新能力。 （2）中心在充分利用第一课堂的基础上，合理利用第二课堂，拓展实验教学空间和途径，延长实践教学时间，解决实验教学时间不足的矛盾，提高学生实验动手能力和科学创新能力。注重引入新的实验技术和手段，采用启发式、探究式、开放式实验教学模式，拓展学生的知识领域，鼓励学生个性发展，培养学生创新能力，锻炼学生意志作风。 （3）实现了资源优化整合，加强统筹管理，面向全校11个相关专业以及校外兄弟院校，对校内外科学研究提供服务，发挥了实验中心的最大效益，促进了实验中心的建设和高水平师资的培养。 近两年来，中心先后投入750多万元新增建设机器人实验室、数控装备实验室，虚拟现实实验室，信息系统实验室、中央控制实验室、动力模型实验室、创新实验室等。包括原有的自控原理与计算机控制实验室、电力电子与电机拖动实验室、网络化运动实验室、网络化过程控制实验室、现代测试技术实验室、继电保护与数字调速实验室实验室、电力系统分析软件实验室、电力系统综合自动化实验室等共计15个实验室组成。 下面简单介绍一下我觉得与我们自动化相关性较强的实验室
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
《工业机器人技术》专业人才需求调研报告 一、工业机器人技术发展现状 1. 工业机器人正向全球范围内普及 生产力在不断进步，推动着科技的进步与革新。自工业革命以来，人力劳动已经逐渐被机械所取代，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。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。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(飞行器)、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。 “工业4.0”两大主题，“智慧工厂”重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；“智能生产”主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。工业机器人属于上述信息物理融合系统（CPS）或"物理计算"理念或课题（Physical Computing）。据统计，目前全世界大约有100万机器人在世界各个角落辛勤工作，特别是在人类难以胜任的危险环境里。日本是机器人密度最高的国家，每10万人中就有295个机器人。目前，全球工业机器人装机总量已达到100多万台，主要分布在日本、美国、德国等发达国家。机器人新增的需求主要来自中国等新兴市场，日本等发达国家的保有量较为平稳。 在我国，工业机器人的最初规模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。工业机器人主要以点焊、弧焊、装配和搬运机器人为主，我国的工业机器
1.1工业机器人发展现状 自从20世纪60年代初发明第一台工业机器人到现在，短短50多年的发展时间，工业机器人技术和周边配套应用得到了迅速的发展，工业机器人系统在高自动化、高智能化、高定制化生产制造领域得到广泛应用。目前在汽车装配及零部件制造业、机械加工业、电子电气行业、橡胶及塑料行业、食品工业、木材与家具制造业等行业中，工业机器人已经大面积取代人工完成相关作业；随着工艺应用技术发展，工业机器人不再只局限于简单的搬运和码垛，弧焊、点焊、喷涂、自动装配、数控加工、去毛刺等复杂工艺工业机器人正在被大量应用；同时工业机器人的应用领域也不断扩大，核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域都在尝试应用工业机器人。可以说，在不久的将来，工业机器人将无处不在。 随着人口红利的逐渐下降，企业用工成本不断上涨，工业机器人正逐步走进公众的视野。各界专家认为，人口红利的持续消退，给机器人产业带来了重大的发展机遇；在国家政策支持下，产业有望迎来爆发期。而我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人才，打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策，我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。 同时，“中国制造2025”提出了我国在制造强国建设的三个十年的“三步走”战略，应对新一轮科技革命和产业变革，立足我国转变经济发展方式实际需要，围绕创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展、人才为本等关键环节，以及先进制造、高端装备等重点领域，提出了加快制造业转型升级、提升增效的重大战略任务和重大政策举措。工业机器人产业在其中发挥了不可替代的作用。 随着“工业4.0”概念在德国的提出，以“智能工厂、智能制造”为主导的第四次工业革命已经悄然来临。工业4.0是一个高科技战略计划，制造业将由
创业者:一定要搞懂经营得本质 作者:清雨2017年9 陈春花教授就是华南理工大学、北京大学得管理学教授,原新希望六与集团董事长、CEO。陈教授有深厚得理论功底与实践经验,在华南理工大学担任MBA教授时,深度研究中国企业得经营管理问题,从不同角度与视角来剖析企业及企业家们遇到得管理问题。 《经营得本质》从“客户价值”“成本”“规模”“利润”四个企业经营得基本元素来解析日常经营过程中得种种问题。 客户价值就是客户能感知并获得得价值总合,就是产品、服务、品牌得最终成效。产品就是企业与客户沟通与价值联系得媒介与桥梁,传递了企业对客户需求得理解,并以客户希望得方式呈现出来。服务就是一个强有力得客户关系与价值纽带。企业提供得服务不能就是企业产品瑕疵得弥补,更不就是普通得社会社交性拜访。服务应当以客户愿意付费为标准,提供客户真正想要得解决方案。 服务应当以客户为中心,深入了解客户得需求,从客户当前得短期需要,到中长期得需要都要考虑。企业应当综合分析客户得产品需求、决策体系、客户得竞争对手、客户得客户、客户得价值链得需求传递机制几个方面来深入分析,提出长期得解决方案,为客户提供额外得价值,帮助客户获得独特得竞争优势。 以客户为中心得服务体系建立,第一步就就是要从销售部门开始。重新调整销售策略,指导全体销售人员与管理层,树立倾听客户心声,梳理客户价值链条,提供客户超额价值得营销战略。在当前得买方市场中,仅仅依靠价格就是很难获得客户长期得认可得。我们必须先人一步得构建适应市场环境与客户变化得运营机制,这才就是客户愿意服务,也愿意长期深度合作得根本原因,这样,企业就从供应商
转变为战略性合作伙伴,共同分享成长带来得长期利益。 关于“成本”,就是企业从始至终都关注得核心元素。成本就是企业得基石,也就是企业价格与利润得分界线。企业经营过程中,成本应当定义为:为提供客户所需得产品及服务所需支付得所有代价之与。这个成本包含了原材料、生产过程得损耗、人力资源、管理支出、隐形得支出、声誉、时间成本、机会成本等。成本包含可测算与不可测算得两部分,有可变成本与固定成本之分,而且与企业得经营规模有强相关性。 企业经营过程中,不能无限制得追求最低成本,我们应当追求合理得成本。最低成本必然导致产品与服务得质量喝效率低下,形成企业经营得恶性循环。只有合理得成本,提供高质量得产品与服务,这样得策略才就是正向得,积极得经营策略。 规模就是大多数企业家都在追求得。规模得合理性十分重要,企业必须坚持合理得增长,在细分市场领域,保持竞争力,但就是不盲目得扩大生产、销售、服务得规模。规模得扩大必然导致成本得增加,削弱利润率,甚至威胁企业得现金流稳定。中国有很多企业都就是因为非理性得扩张,扩大营销支出,特别就是广告费用支出,企业现金流断流,导致整个企业崩盘。这就是一定要引起警惕得事情。规模得合理性,还体现在企业在生态链中,所处得位置与上下游得关系紧密程度;更重要得就是企业本身得管理能力与财务支撑力,能否保证企业获取健康得增长:即保持技术、产品、服务、经营模式得领先,获取行业较高水平得投资回报率。 利润就是企业得血液。每个行业得利润水平就是跟竞争程度直接相关,也跟该行业得发育阶段相关。一个行业从新兴到成熟,再到衰败,利润率就就是一个斜率不同得抛物线。
《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 2014 年10 月1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15)
一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，
报告题目：工业机器人技术基础及应用 学院：信息工程与自动化学院 专业班级：测控技术与仪器 学号：201210402116 姓名：何亚琦 2015年12月26日
摘要：工业机器人的应用越来越广泛，需求越来越大，其技术研究与发展越来越深入。 这将提高社会生产率与产品质量，为社会创造巨大的财富！ 关键词：工业机器人、发展现状、未来走向 引言 工业机器人诞生于20 世纪60 年代,在20 世纪90 年代得到迅速发展,是最先产业化的机器人技术。自问世以来，就一直备受瞩目。40余年来，有关它的研究取得了长足的进展。各种形态、功能的机器人相继面世，而未来的机器人将是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。 一、工业机器人 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。 1962年美国推出的一些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形主要由类似人的手和臂组成。后来，出现了具有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。作为人类二十世纪最伟大的发明之一，机器人在短短的几十年内发生了日新月异的变化。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。目前机器已经走进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们已经越来越离不开机器人帮助。 工业机器人最显著的特点有以下几个： (1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。
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
我国工业机器人现状和发展趋势研究 发表时间：2016-03-30T10:03:37.880Z 来源：《基层建设》2015年21期供稿作者：杨曼琴 [导读] 珠海和佳医疗设备股份有限公司工业机器人的应用已经普及到各个领域，尤其在制造业的应用越来越广泛。 珠海和佳医疗设备股份有限公司广东珠海 519000 摘要：工业机器人的应用已经普及到各个领域，尤其在制造业的应用越来越广泛。本文分析了国内外工业机器人市场需求及其技术的现状及发展趋势。 关键词：工业机器人；核心技术；研究现状；发展趋势 前言： 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器和人工智能等多学科先进技术于一体的重要现代制造业自动化装备。美国于1962年研制出世界上第1台示教型工业机器人，从此引领了机器人技术及相关产品的飞速发展。经过多年发展，国外工业机器人技术日趋成熟，而国内由于相关研究展开得比较晚，虽然取得了一定的成绩，但技术基础仍然很薄弱。 工业机器人的产生引起了生产和生活方式的剧变，带来了巨大的便利，如提高了劳动生产率及加工精度，降低了丁作人员的工作强度，可以在工人难以适应的环境下工作等。随着近些年机器人研究广泛而又深入的开展，工业机器人不再仅仅局限于制造业，还被推广到采矿、救援和水电系统维修等非制造业领域。工业机器人及其成套产品成为自动化产业的主要方向，逐渐构成国家产业的重要组成部分，不断推动其他支柱产业的升级，成为推动国家社会和经济发展的重要力量。 1 国内外发展现状 1．1 国外发展现状 1962年，美国通用汽车公司将第1台示教工业机器人投入使用，标志着工业机器人的诞生，之后经过数十年的发展，美国已经成为最顶尖的机器人强国之一。起步晚于美国5年的日本在这一领域得到了更为快速的发展，无论在机器人拥有数目还是密度上都在世界处于领先地位，成为名副其实的机器人王国。2O世纪9O年代中期开始，欧洲和北美的工业机器人产业在日本机器人发展的短暂低潮期强大了起来。随着机器人技术的日趋成熟，其标准化、模块化和智能化程度越来越高，工业机器人自动化成套装备已经成为自动化作业的主流方向，工业机器人的装机数和销售营业额都有了极大的提升；同时，工业机器人被推广到了建筑、采矿和救援等非制造领域。当前，国际上知名的工业机器人公司有日系的安川、OTC、FANUC、松下和川崎等，以及欧系中瑞典的ABB，德国的KUKA、CLOOS，意大利的COMAU及奥地利的IGM 公司等。日本安川电机公司于1977年研制出了第1台全电动工业机器人，公司的核心产品还包括半导体晶片传输机器人，其最早将工业机器人应用到半导体领域。日本FANUC公司成立于1972年，致力于工业机器人与工厂自动化的研究。公司所研制的R一2000iA 系列多功能智能机器人上安装有视觉传感器和压力传感器，能够将无序放置的工件捡起并正确装配起来。瑞典ABB公司于1974年研制的用于搬送物料的工业机器人IRB6是世界上第1台能够实现全电控的机器人。德国KUKA 公司生产的机器人种类繁多，负荷为5～1 300 kg，工作领域可小到部件检测、小部件装配或打磨等作业，大到汽车车身侧面加工或货盘堆垛等较重的作业。 1．2 国内发展现状 工业机器人可以降低制造成本，减轻劳动强度，同时我国又是世界制造业大国，因此对工业机器人的研究与推广显得十分迫切。在此背景下，我国于2O世纪7O年代对工业机器人开始展开研究，“七五”期间，我国对基础技术、基础元器件、几类工业机器人整机及应用工程进行了开发研究，实现了我国机器人产业从无到有的跨越。经过“八五”和“九五”科技攻关，我国工业机器人开始进入实际应用阶段，而且，“九五”期间在国家“863”项目的支持下，建立了沈阳新松机器人自动化股份有限公司、上海机电一体化工程公司和北京机械工业自动化所等9个智能机器人主题产业基地和7个科研基地。90年代后期，我国实现了机器人的商品化，为工业机器人产业化发展奠定了基础。“十五”期间国内工业机器人的需求以每年15％～20%的速度增长，应用领域也不断扩大。 国内知名机器人企业与科研机构取得了突出的研究成果。首钢莫托曼机器人有限公司作为国内最主要的机器人生产基地，引进安川UP 系列机器人生产技术生产了“SG—MO～TOMAN”机器人，并且研制出适用于工业领域的焊接、装配、搬运等机器人和机器人工作站。 目前，我国工业机器人主要是满足国内市场，只有小部分用于出口，并且机器人主要应用于国内汽车行业，包括弧焊、点焊、检测、搬运、研磨抛光和装配等复杂作业，在其他领域仍有广阔的发展空间与市场前景。虽然我国发展水平跟国外仍有一定差距，但是总体而言已经基本掌握了工业机器人设计、制造及应用中的多项关键技术，工业机器人产业得到了长足发展，在世界工业机器人领域占有了一席之地。 2 工业机器人的发展方向 为了推动工业机器人的进一步发展，适应新时代的产业化需求，提出了“敏捷制造”策略。“敏捷制造”的基本思想是企业能迅速以多种形式实现竞争环境下的敏捷性，主要包括个性化需求满足、快速反应性、低成本、生产系统重组与资源重用等。为此，工业机器人的发展呈现出3个方向，即模块化、结构创新和智能化。 1）模块化。所谓模块化就是为实现产品（系统）的总功能，在功能分析的基础上，将整个产品分解为若干特定模块，然后通过模块的不同组合得到不同品种、不同功能的产品，以满足市场的各种需求。模块化设计具有下述几个优点：能够使机器人便于拆卸，减小安装空间，方便组件的运送；便于组件的替换，方便维修；通过组件的不同搭配，既可以满足不同用户群体的诸多需求，又可以降低制造成本。 2）结构创新。随着工业机器人技术的日益成熟，机器人不再仅被应用于制造业领域，其也被广泛地应用于非制造业的各个领域。由于工作环境复杂多变，因此对机器人的环境适应性提出了更高的要求，为了适应各种恶劣的作业环境，需要对机器人的结构进行改进和创新，例如为了服务于抢险救援场所，仿生足式机器人等新型行走机构成为机器人研究的热点。固定作业机器人中，为了提高动作灵活度，多关节、多自由度的机械臂等直杆机构开始出现。 3）智能化。在柔性制造自动化及特殊作业中，要求机器人要有一定的智能，即检测功能和判断功能。为了实现该功能要求，需要大