优质实用文档精选——机器人技术发展与应用.doc
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1、机器人技术的发展与应用 调研名称:机器人技术的发展与应用 调研时间:2018年7月29日止 调研人: 曹桐滔 目录一、 机器人的发展状况21.1国外发展概况21.2国内发展概况31.3机器人技术的发展历程3二、 机器人组成机构42.1执行机构52.2驱动装置52.3检测装置62.4控制系统6三、 机器人的分类应用63.1机器人在工业上的应用73.1.1机器人自动化装配线73.1.2搬运机器人83.1.3打磨抛光机器人93.1.4移动式工业机器人93.1.5码垛机器人103.2非工业机器人应用举例103.2.1教育机器人103.2.2炒菜机器人113.2.3医疗机器人123.2.4军事机器人12
2、四、 机器人的发展中存在问题134.1机器人发展的安全问题134.2机器人发展的法律问题134.3机器人发展的技术问题144.4机器人发展的伦理问题14五、 机器人未来发展解决措施155.1建立和完善法律法规155.2建立安全评估和使用机制155.3加强技术研发和人才培养151、 机器人的发展状况1.1国外发展概况日本具有国际上最先进的机器人技术,就全世界范围来看,全球工业机器人约有 4 成在日本。不论在技术方面,还是在市场规模方面, 日本可以称得上是“机器人大国”。日本在 2004 年 5 月发布的“新产业发展战略”中所指出的 7 个产业领域,机器人产业也是其中之一,同时, 在进一步实施“新
3、产业发展战略”的“新经济成长战略”报告中也把机器人放在使日本成为“世界技术创新中心”的支柱地位上,并在近两年开始重新审视机器人产业政策。美国是机器人的诞生地, 早在 1962 年就研制出世界上第一台工业机器人,比起号称机器人王国的日本起步至少要早五、六年。经过 40 多年的发展,美国现已成为世界上的机器人强国之一,基础雄厚,技术先进。据统计, 截止到 2009 年底,美国运行工业机器人大约有 194 万台。目 前,美国工业机器人供应商有 Adept Technology、Americanobot、Emerson Industrial Automation 等公司。 德国引进机器人的时间比英国和
4、瑞典大约晚了五、六年,但战争所导致的劳动力短缺, 国民的技术水平较高等社会环境,却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。此外,20 世纪 70 年代中后期, 德国政府采用的积极行政手段也为工业机器人的推广开辟了道路。如在“改善劳动条件计划”中规定,对于一些危险、有毒、有害的工作岗位,必须由机器人来代替。这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场, 并推动了工业机器人技术的发展。据统计,截止到 2009 年底,德国运行的工业机器人为 14 58 万台。目 前, 德 国 工 业 机 器 人 供 应 商 有 KUKA、CLOOS 等。国际上一些大的工业机器人制造厂家,品牌主要分成两大体系,以日本为代表
5、的日韩系,以德国为代表的欧系,其中 ABB、安川、发那科三大品牌占据了全球 51% 的市场,KUKA、OTC、川崎、松下等 几 大 品 牌 占 市 场 份 额 的40% 以上。 1.2国内发展概况我国的工业机器人研究开发工作始于 20 世纪 70 年代初, 到现在已经历了 30 年的历程。前 10 年处于研究单位自行开展研究的状态, 发展比较缓慢。1985 年后开始列入国家有关计划, 发展比较快。特别是在“七五”、“八五”、“九五”机器人技术国家攻关、“863”高技术发展计划的重点支持下, 我国的机器人技术取得了重大发展。我国近几年工业机器人自动化生产线不断出现,并给用户带来显著效益。机器人自
6、动化生产线装备的市场刚刚起步,而国内装备制造业正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期,这就给机器人自动化生产线研究开发者带来巨大商机。目前正在逐步建立上海、沈阳、北京、昆山、唐山、成都、徐州等工业机器人产业基地, 开发出一批有市场前景的,具有自主知识产权的工业机器人及其自动化生产线产品。 1.3机器人技术的发展历程科学的发展带动着机器人产业的发展,现今很多前沿技术在机器人产业均有应用,可以说机器人的发展史也是世界科技发展史的体现。机器人技术的发展大体可概括为三个阶段。第一阶段的机器人只有“手”,即以固定程序工作,对外界的信息没有反馈互动能力;第二阶段的机器人具有了一定的反馈能力,即有了感觉,
7、如力觉、触觉、视觉等;第三阶段,即“智能机器人”阶段,这一阶段的器人已具有如自行学习、推理、决策、规划等自主处理事物的能力。第一代机器人一般可以根据编程人员所固化的程序,完成一些简单的重复性工作。这一带机器人从 20 世纪 60年代后半期开始投入使用,由于其操作简单,可靠性高,成本低廉,现已在很多中小型工厂中得到了普遍应用。第二代是感知机器人,即自适应机器人,该类型机器人在前一代机器人机械结构,电气结构的基础上增加了“感知”的能力。目前,在汽车、航空、船舶等自动化生产线中具有广泛的应用。 其工作效率、工作能力较第一代机器人有明显提升。第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制,它可以把
8、感知和行动智能化结合起来,因此能在非特定的环境下作业,故称之为智能机器人。目前,这类机器人处于试验阶段,将向实用化方向发展。在过去 30- 40 年间,机器人学和机器人技术获得引人注目的发展,具体体现在:(1)机器人产业在全世界迅速发展;(2)机器人的应用范围遍及工业、科技和国防的各个领域;(3)形成了新的学科机器人学;(4)机器人向智能化方向发展;(5)服务机器人成为机器人的新秀。2、 机器人组成机构机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。图1高科技机器人2.1执行机构即机器人本体,其臂部一般采用空间开链连杆机构,其中的运动副(转动副或移动副)常称为关节,关节个数
9、通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同,机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑,常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部(夹持器或末端执行器)和行走部(对于移动机器人)等。2.2驱动装置是驱使执行机构运动的机构,按照控制系统发出的指令信号,借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号,输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置,如步进电机、伺服电机等,此外也有采用液压、气动等驱动装置。2.3检测装置是实时检测机器人的运动及工作情况,根据需要反馈给控制系统,与设定信息进行比较后,对
10、执行机构进行调整,以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类:一类是内部信息传感器,用于检测机器人各部分的内部状况,如各关节的位置、速度、加速度等,并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器,形成闭环控制。一类是外部信息传感器,用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息,以使机器人的动作能适应外界情况的变化,使之达到更高层次的自动化,甚至使机器人具有某种“感觉”,向智能化发展,例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息,利用这些信息构成一个大的反馈回路,从而将大大提高机器人的工作精度。2.4控制系统一种是集中式控制,即机器人的全部控制由一台微型计
11、算机完成。另一种是分散(级)式控制,即采用多台微机来分担机器人的控制,如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时,主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算,并向下级微机发送指令信息;作为下级从机,各关节分别对应一个CPU,进行插补运算和伺服控制处理,实现给定的运动,并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同,机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力(力矩)控制。3、 机器人的分类应用机器人是先进制造技术及自动化装备的典型代表,是人类制造机器的终极形式。其需要的理论及实践知识包罗万象,涉及机械、电子、液压、自动控制原理、计算机、人工智能、传感器及其应用、通信技术、网络技术等多
12、个学科及领域,是多种高科技技术理论的集成成果,其应用的领域主要分为两方面,制造业领域和非制造业领域。本文以制造业机器人(即工业机器人)和非制造业机器人两类进行简述。3.1机器人在工业上的应用“工业机器人”一词由 美国金属市场报于1960 年提出,经美国机器人协会定义为:“用来进行搬运机械部件或工件的、可编程序的多功能操作器,或通过改变程序可以完成各种工作的特殊机械装置”这一定义现已被国际标准化组织所采纳。随着工业机器人发展深度和广度的延伸及其智能水平的提高,工业机器人已在众多领域得到了应用。目前,工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业
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