工業機器人、jixieshouzaixianjinzhizaojishulingyuzhongbanyanzhejiqizhongyaodejiaose

，shijinjishinianfazhanqilaideyizhonggaokejizidonghuashengchanshebei，shiyizhongnengzidonghuadingweikongzhibingkezhongxinbianchengxuyibiandongdeduogongnengjiqi，tayouduogeziyoudu

，keyonglaibanyunwutiyiwanchengzaigegebutonghuanjingzhonggongzuo。工業機械手的是工業機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務， 在zai構gou造zao和he性xing能neng上shang兼jian有you人ren和he機ji器qi各ge自zi的de優you點dian


，尤you其qi體ti現xian了le人ren的de智zhi能neng和he適shi應ying性xing。機ji械xie手shou作zuo業ye的de準zhun確que性xing和he各ge種zhong環huan境jing中zhong完wan成cheng作zuo業ye的de能neng力li
，在zai國guo民min經jing濟ji各ge領ling域yu有you著zhe廣guang闊kuo的de發fa展zhan前qian景jing。機ji械xie手shou技ji術shu涉she及ji到dao力li學xue
、機械學
、電氣液壓技術、自動控製技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。

　　1 國內外設計狀況

　　1.1 機器人領域

　　機器人技術與信息技術一樣
，在強化產業競爭力方麵是極為重要的戰略技術領域。機器人是先進製造技術和自動化裝備的典型代表， 是人造機器的“終極”形式。它涉及到機械、電子、自動控製、計算機
、人工智能、傳感器
、通訊與網絡等多個學科和領域，是多種高新技術發展成果的綜合集成
，因此它的發展與眾多學科發展密切相關。一方麵

， 機器人在製造業應用的範圍越來越廣闊，其標準化、模塊化、網絡化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強
，並向著成套技術和裝備的方向發展；lingyifangmian，jiqirenxiangzhefeizhizaoyeyingyongfazhanyijiweixiaoxingfangxiangfazhan，bingjiangfuwuyurenleihuodongdegegelingyu。zongtiqushishi，congxiayidejiqirengainianxiangguangyidejiqirenjishugainianzhuanyi，conggongyejiqirenchanyexiangjiejuefanganyewudejiqirenjishuchanyefazhan。jiqirenjishudeneihanyibianwei“靈活應用機器人技術的、具有在實世界動作功能的智能化係統”。

　　工業機器人由操作機(機械本體) 、控製器、伺服驅動係統和檢測傳感裝置構工成，是一種仿人操作、自動控製
、可重複編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生產設備。特別適合於多品種
、變批量的柔性生產。它對穩定
、提高產品質量，提高生產效率， 改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。

　　機器人並不是在簡單意義上代替人工的勞動

， 而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置， 既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力， 又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力， 從某種意義上說它也是機器的進化過程產物， 它是工業以及非產業界的重要生產和服務性設備， 也是先進製造技術領域不可缺少的自動化設備．

　　1.2 機械手領域

　　工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。工業機械手的是工業機器人的一個重要分支。它的特 點是可通過編程來完成各種預期的作業任務
， 在構造和性能上 兼有人和機器各自的優點， 尤其體現了人的智能和適應性。機 械手作業的準確性和各種環境中完成作業的能力， 在國民經濟 各領域有著廣闊的發展前景。機械手技術涉及到力學、機械學、 電氣液壓技術、自動控製技術
、傳感器技術和計算機技術等科 學領域， 是一門跨學科綜合技術。

　　2 工業機器人的研究趨勢

　　目前， 國外機器人技術正在向智能機器和智能係統的方向發展， 其現狀及發展趨勢主要體現在以下幾個方麵：

　　(1) 工業機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠 性、便於操作和維修)，而單機價格不斷下降

，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97 年的6.5萬美元。

　　(2)機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測係統三位一體化；由關節模塊
、連杆模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人 產品問市。

　　(3)工業機器人控製係統向基於PC機的開放型控製器方向發展，便於標準化、網絡化；器件集成度提高
，控製櫃日見小巧，且采用模塊化結構； 大大提高了係統的可靠性
、易操作性和 可維修性。

　　(4)虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用於過程控製，如使遙控機器人操作者產生置身於遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。

　　(5)機器人化機械開始興起。從94年美國開發出“虛擬軸機床”以來

， 這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一， 紛紛探索開拓其實際應用的領域。

　　3 有關工業機械手的設計技術

　　3.1 機器人機構技術

　　目前已經開發出了多種類型機器人機構， 運動自由度從3自由度到7或8自由度不等，其結構有串聯、並聯及垂直關節和平麵關節多種。目前研究重點是機器人新的結構
、功能及可實現性，其目的是使機器功能更強、柔性更大、滿足不同目的的需求。另外研究機器人一些新的設計方法
， 探索新的高強度輕質材料，進一步提高負載/自重比。同時機器人機構向著模塊化
、可重構方向發展。

　　3.2 機器人控製技術

　　現已實現了機器人的全數字化控製，控製能力可達21軸的協調運動控製
；基於傳感器的控製技術已取得了重大進展。目前重點研究開放式、模塊化控製係統
，人機界麵更加友好
，具有良好的語言及圖形編輯界麵。同時機器人的控製器的標準化和網絡化以及基於Pc機網絡式控製器已成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外
， 離線編程的實用化將成為重點研究內容。

　　3.3 數字伺服驅動技術

　　jiqirenyijingshixianlequanshuzijiaoliusifuqudongkongzhi，jueduiweizhifankui。muqianzhengyanjiuliyongjisuanjijishu
，tansuogaoxiaodekongzhiqudongsuanfa
，tigaoxitongdexiangyingsudu 和控製精度
；同時利用現場總線(PROFIBUS)技術，實現的分布式控製。

　　3.4 多傳感係統技術

　　為進一步提高機器人的智能和適應性， 多種傳感器的應用是其問題解決的關鍵。目前視覺傳感器、激光傳感器等已在機器人中成功應用。下一步的研究熱點集中在有效可行的(特別是在非線性及非平穩非正態分布的情形下)多傳感器融合算法
， 以及解決傳感係統的實用化問題。

　　3.5 機器人應用技術

　　機器人應用技術主要包括機器人工作環境的優化設計和智能作業。優化設計主要利用各種先進的計算機手段
， 實現設計的動態分析和仿真， 提高設計效率和優化。智能作業則是利用傳感器技術和控製方法
， 實現機器人作業的高度柔性和對環境的適應性
， 同時降低操作人員參與的複雜性。目前
， 機器人的作業主要靠人的參與實現示教， 缺乏自我學習和自我完善的能力。這方麵的研究工作剛剛開始。

　　3.6 機器人網絡化技術

　　網絡化使機器人由獨立的係統向群體係統發展， 使遠距離操作監控、維護及遙控腦型工廠成為可能， 這是機器人技術發展的一個裏程碑。目前， 機器人僅僅實現了簡單的網絡通訊和控製
， 網絡化機器人是目前機器人研究中的熱點之一。

　　3.7 機器人靈巧化和智能化發展

　　機器人結構越來越靈巧， 控製係統愈來愈小， 其智能也越來越高， 並正朝著一體化方向發展。

　　3.8 工業機器人的技術發展趨勢

　　jiqirenshizuidianxingdejidianyitihuazhuangbei，jishufujiazhihengao
，yingyongfanweihenguang
，zuoweixianjinzhizaoyedezhichengjishuhexinxihuashehuidexinxingchanye，jiangduiweilaishengchanheshehuifazhanqiyuelaiyuezhongyaodezuoyong。congjinjinianshijiejiqirentuichudechanpinlaikan
，gongyejiqirenjishuzhengzaixiangzhinengjiqihezhinengxitongdefangxiangfazhan
，qifazhanqushizhuyaoweijiegoudemokuaihuahekezhonggouhua，kongzhijishudekaifanghua、PChuahewangluohua
，sifuqudongjishudeshuzihuahefensanhua
，duochuanganqironghejishudeshiyonghua，gongzuohuanjingshejideyouhuahezuoyederouxinghua，yijixitongdewangluohuahezhinenghuadengfangmian。

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　　4 新興技術在機器人上的應用

　　4.1 微機在機器人上的應用

　　微操作係統作為MEMS研究領域的一個重要分支受到各發達國家的高度重視， 紛紛投入大量資金進行微操作機器人係統的研究， 現已研製出多種各具特色的微操作機器人實驗樣機係統。大多數工業機器人是按照給定的程序做簡單重複的動作（如焊接、裝配、搬運等）， 不需要太強的智能。而對於微操作機器人來說
，情況就有很大不同。因為被操作對象十分微小， 操作人員不可能十分清楚它們的精確位置， 況且外界環境的變化使得它們的相對位置不定，微觀世界裏的物理法則及力學特性與宏觀世界也大相徑庭

， 這就要求機器人有很強的自動識別能力和決策能力。

　　4.2 藍牙在機器人上的應用

　　機(ji)器(qi)人(ren)智(zhi)能(neng)技(ji)術(shu)中(zhong)最(zui)為(wei)重(zhong)要(yao)的(de)相(xiang)關(guan)領(ling)域(yu)是(shi)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)多(duo)感(gan)覺(jiao)係(xi)統(tong)和(he)多(duo)傳(chuan)感(gan)信(xin)息(xi)的(de)集(ji)成(cheng)與(yu)融(rong)合(he)。藍(lan)牙(ya)技(ji)術(shu)是(shi)用(yong)於(yu)替(ti)代(dai)電(dian)纜(lan)或(huo)連(lian)線(xian)的(de)短(duan)距(ju)離(li)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)。機(ji)器(qi)人(ren)采(cai)集(ji)信(xin)號(hao)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)在(zai)智(zhi)能(neng)機(ji)器(qi)人(ren)上(shang)安(an)裝(zhuang)一(yi)個(ge)帶(dai)有(you)藍(lan)牙(ya)模(mo)塊(kuai)的(de)探(tan)測(ce)器(qi)作(zuo)為(wei)接(jie)收(shou)設(she)備(bei)來(lai)完(wan)成(cheng)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)之(zhi)間(jian)的(de)轉(zhuan)換(huan)和(he)信(xin)息(xi)共(gong)享(xiang)以(yi)及(ji)同(tong)外(wai)部(bu)通(tong)信(xin)之(zhi)間(jian)的(de)數(shu)據(ju)交(jiao)換(huan)功(gong)能(neng)， 同時還負責對各個從設備的管理和控製。

　　5 我國工業機器人的發展前景

　　有人認為， 應(ying)用(yong)機(ji)器(qi)人(ren)隻(zhi)是(shi)為(wei)了(le)節(jie)省(sheng)勞(lao)動(dong)力(li)，而(er)我(wo)國(guo)勞(lao)動(dong)力(li)資(zi)源(yuan)豐(feng)富(fu)，發(fa)展(zhan)機(ji)器(qi)人(ren)不(bu)一(yi)定(ding)符(fu)合(he)我(wo)國(guo)國(guo)情(qing)。這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)誤(wu)解(jie)。在(zai)我(wo)國(guo)，社(she)會(hui)主(zhu)義(yi)製(zhi)度(du)的(de)優(you)越(yue)性(xing)決(jue)定(ding)了(le)機(ji)器(qi)人(ren)能(neng)夠(gou)充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)其(qi)長(chang)處(chu)。它(ta)不(bu)僅(jin)能(neng)為(wei)我(wo)國(guo)的(de)經(jing)濟(ji)建(jian)設(she)帶(dai)來(lai)高(gao)度(du)的(de)生(sheng)產(chan)力(li)和(he)巨(ju)大(da)的(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)
，而(er)且(qie)將(jiang)為(wei)我(wo)國(guo)的(de)宇(yu)宙(zhou)開(kai)發(fa)、海洋開發、核能利用等新興領域的發展做出卓越的貢獻。

　　我國機器人學研究起步較晚
， 但進步較快， 已經在工業機器人、特種機器人和智能機器人各個方麵區的了明顯的成就。近年來我國的機器人自動化技術也取得了長足的發展， 但是與世界發達國家相比， 還有一定的差距， 如可靠性低於國外產品
；機器人應用工程起步較晚， 應用領域窄， 生產線係統技術與國外比有差距。我國目前從事機器人研發和應用工程的單位相對較少
， 工業機器人的擁有量遠遠不能滿足需求量
， 長期大量依靠從國外引進。

　　我國的工業機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步
，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計製造技術
、控製係統硬件和軟件設計技術
、運動學和軌跡規劃技術， 生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊
、裝配、搬運等機器人；其中有130多台套噴漆機器人在二十餘家企業的近30條自動噴漆生產線(站)上獲得規模應用， 弧焊機器人已應用在汽車製造廠的焊裝線上。但總的來看
， 我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離
， 如： 可靠性低於國外產品
； 機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線係統技術與國外比有差距
； 在應用規模上
， 我國已安裝的國產工業機器人約200台
，約占全球已安裝台數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業。當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶
，一次重新設計”
， 品種規格多
、批量小

、零部件通用化程度低
、供貨周期長、成本也不低

，而且質量、可靠性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術， 對產品進行全麵規劃， 搞好係列化、通用化
、模化設計， 積極推進產業化進程。