机器人技术概述

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1、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

2、， 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

3、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 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 靠性、易操作性和可维修性。4、机器人中

4、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

5、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

6、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

7、 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

8、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

9、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、

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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