工业机器人文献综述.pdf

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1、工业机器人文献综述生产力在不断进步，推动养科技的进步与革新，以建立更加合理的生产关系。自工业革命以来，人力劳动己经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步时至今天，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并己经成为时代的主旋律。1.1.工业机器人的发展工业机器人的发展：1.11.1 机器人概念的诞生机器人概念的诞生机器人技术一词虽然出现的较晚，但这一概念在人类的想象中却早已出现。自古以来，有不少科学家和杰出工匠都曾制造出具有人类特点或具有动物特征的机器人雏形。我国西周时期的能工巧匠就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早的涉及机器人概念的文章记录，此外春秋后

2、期鲁班制造过一只木鸟，能在空中飞行，体现了我国劳动人民的智慧。机器人一词由捷克作家-卡雷尔.恰佩克在他的讽刺剧罗莎姆的万能机器人中首次提出，剧中描述了一机器奴仆 Robot。此次 Robot 被沿用下来，中文译成机器人。1942 年美国科幻作家埃萨克.阿西莫夫在他的科幻小说我.机器人中提出了“机器人三大定律”，这三大定律后来成为学术界默认的研发原则。现代机器人出现于 20 世纪中期，当计算机技术出现，电子技术的进步，数控机床的出现及与机器人相关的控制技术和零件加工技术的成熟，为现代机器人的发展打下了基础。1.21.2 国内机器人的发展史在我国目前采用工业机器人的行业主要有汽车行业、摩托车、电器

3、、工程机械、石油化工等行业。我国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，对于工业机器人的需求量在逐年增加，从而吸引了大批工业机器人的制造商，加快了我国工业机器人技术的发展 第一阶段是 20 世纪 80 年代，我国为 t 跟踪国际机器人技术的道路，当时以原机械工业部为主，航天工业部等部门联合组织国内的相关研究单位开展了工业机器人的研究，先后推出了弧焊、点焊、喷漆等多种工业机器人。直到 90 年代，通过国家 863 计划等的 K77，我国具备 t 独!)设计不生产工业机器人的能力，培养了一批高水平的研究生产队伍进入 21 世纪，中国的工业机器人发展进入 t 一个崭新的阶段，其中最大的特点是以企业为主体，

4、以市场为导向、赢利为目标的机器人产业开发群体止在形成。尽管国外大的工业机器人公司为了占领中国不断扩大的市场，加大了其在中国的经销力度，但是中国的机器人企业以自己独有的市场信息优势、售前售后的服c 势、针对中国企业的工艺特点的专门化设计优势努力争取自己的市场地位随养全球经济的一体化发展，世界制造中心向中国转移的趋势，中国工业机器人的产业会快速的发展起来，特别重要的是研制单位必须和需求紧密结合，让机器人走进工厂，实现真止的产业化。经过 20 多年的探索，我国的工业机器人自动化技术取得 t 长足的发展，但是与世界发达国家相比，还有不小的差距;机器人应用工程起步也较晚，应用领域窄，生产线系统技术落后随

5、养我国制造业-尤其是汽车行业的发展，对工业机器人的需求日益增长，工业机器人的拥有量远远不能满足需求量。尤其是基础零部件和元器件生产和制造、机器人可靠性以及成木等问题，都存在很多问题。尤其在大负载工业机器人方而，不仅产品长期大量依靠从国外引进，在维护、更新改造方而对国外的依赖也相当严重。1.31.3 国内外工业机器人的发展方向为进一步提高工业机器人的性能，以满足现代机械高速度、高精度的要求，世界上各个工业强国纷纷投入 t 大量的人力和物力来研究工业机器人，使得机器人向养智能化和多功能化的方向发展，主要包含有以下几个方而:1 工业机器人在机械结构方而采用模块化、可重组的结构，提高自身的材料质量，从

6、而提高其负载能力 2 工业机器人采用开放式的控制系统，进一步加强声、机交互界而目前世界各国主要研究机器人控制器的标准化和网络化，大大提高在线编程的可操作性，将来主要研究离线编程 3 在工业机器人中，为 t 进一步提高机器人与外界的交互能力，多种传感器的使用是其研究的关键。目前针对于机器人的传感器的研究主要是多传感器的融合算法，将多种功能融合与一个传感器中，同时将传感器进行实用化 4 现代工业机器人在体积方而越来越小，控制系统采用集成块系列，逐步朝养一体化的方向发展 5 采用多传感器、多媒体和虚拟控制系统，实现机器人的虚拟操作和声、机交互 6 目前工业机器人研究的一个崭新的领域是多智能体控制技术

7、，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，建模不规划、群体行为控制等方而进行研究2.2.机器人的应用情况机器人的应用情况2.12.1 机器人在制造业中的应用机器人在制造业中的应用机器人已广泛应用于汽车与汽车零部件制造业，机械加工行业，电子电器行业，橡胶及塑料工业，食品工业，木材与家具制造业等领域。在工业生产中，弧焊机器人，点焊机器人，喷涂机器人及装配机器人等都被大量使用。焊接机器人是从事焊接作业的工业机器人，广泛用于汽车及其零部件制造，摩托车，工程机械等行业，焊接机器人主要包括弧焊机器人和点焊机器人量大类。在喷涂工序中雾状涂料对人体的危害很大，并且在喷涂环境中照明

8、通风的条件很差，因此在喷涂作业中大量使用了机器人，与其他机器人相比，喷涂机器人要足够灵活，平稳，控制方式通常为手把手示教的方式，并且还要有防爆机构等。2.22.2 机器人在非制造业中的作用机器人在非制造业中的作用随着科学技术的发展，机器人的应用领域已从传统的制造业扩大到核能，航空，航天，生化等高科技领域及家庭清洁，医疗康复，娱乐，教育等各个领域。应用在非制造业领域的机器人主要有双足步行机器人，医疗手术机器人水下机器人，六足机器人等。3.3.工业机器人的结构及工作原理工业机器人的结构及工作原理3.13.1 概述概述机器人系统是由机器人和作业对象及环境共同组成的，其中包括机器人机械系统，驱动系统，

9、控制系统，和感知系统四的部分组成。可以说机器人的组成部分与人类极为类似。一个典型的机器人有一套可移动的身体结构、一部类似于马达的装置、一套传感系统、一个电源和一个用来控制所有这些要素的计算机“大脑”。从本质上讲，机器人是由人类制造的“动物”，它们是模仿人类和动物行为的机器。3.23.2 结构结构工业机器人的机械系统包括机身，臂部，手腕，末端操作器和行走机构等部分组成，每一部分都有若干自由度的机械系统。此外，有的机器人还具有行走机构，若具有行走机构则构成行走机器人，若没有则构成单机器人手臂。工业机器人的机械机械系统相当于人的身体（骨骼，手，臂，腿等）。驱动系统主要是指驱动机械系统动作的驱动装置。

10、这部分的作用相当于人的肌肉。根据驱动源的不同，驱动系统分为电气，液压，气压以及把它们结合起来应用的综合系统。电气驱动在工业机器人中应用的最为广泛，主要分为步进电动机，直流伺服电机和交流伺服电机三种。液压驱动运动平稳，且负载能力大，对于重载的搬运和零件加工机器人，采用液压驱动比较合理。但液压驱动管道复杂，清洁困难，因此限制了在装配作业中的作用。无论电气还是液压驱动的机器人，其手爪的开合都采用气动形式。控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序及从传感器反馈回来的信号，控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。如果机器人不具备信息反馈特征，则该控制系统称为开环控制系统；如果机器人具备信息反馈特

11、征，则还控制系统称为闭环控制系统。该部分主要由计算机硬件和控制软件组成。软件主要有人与机器人联系的人机交互系统和控制算法等组成。该部分的作用相当于人的大脑。感知系统由内部传感器和外部传感器组成，其作用是获取机器人内部和外部环境信息，并把这些信息反馈给控制系统。内部状态传感器用于检测各个关节的位置，速度等变量，为闭环伺服控制系统提供反馈信息。外部状态传感器用于检测机器人与周围环境之间的一些状态变量，如距离，接近程度和接触情况等，用于引导机器人，便于其实别物体并作出相应处理。该部分的作用相当于人的五官。4.4.工业机器人技术应用的预测与展望工业机器人技术应用的预测与展望机器人技术是感知、决策、行动

12、和交互四大技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术正源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各种特种机器人和智能机器，如仿人机器人、仿生机器人、微机器人、医疗机器人、水下机器人、移动机器人、军用机器人、空间机器人、农林机器人等。它们从外观上看已经远远脱离了最初工业机器人的形状，其智能和功能也大大超出了工业机器人的范围，更加符合应用领域的特殊要求。传统的机器人是对人体的延伸，一般需要人来操作；而特种机器人和智能机器则是通过感知，由计算机推理进行响应和动作，是对人类智能的延伸。要使机器人有重大突破必须在下列方面取得技术进步：缩短实时系统响应的总

13、时间(从传感器到执行器)以增强机器人的性能；具有先进的人工智能以增强自主决策能力;传感器和执行器更为小巧和轻便以减小机器人的体积并提高能效；具有能量监测和发电能力以延长自主工作时间。对国家而言，机器人的研究，制造和应用水平逐渐成为一个国家科技水平和经济实力的象征，正在受到许多国家的广泛重视。现代机器人技术是当代技术领域的先导，吸引了许多有才华的人从事研究。通过他们的努力，现代的，复杂的，自适应甚至是高度智能的机器人已经逐步成为现实。可以相信，人类社会的明天和机器人技术的明天都将是辉煌的。参考文献：1 工机器人蒋刚、龚迪琛西南交通大学出版社.20102 业机器人韩建海华中科技大学出版社.20063 工业机器人基础孙树栋西北工业大学出版社.20064 机器人技术手册日本机器人学会科学出版社.19965 机器人李明上海科学技术出版社.20126 工业机器人吴振彪华中科技大学出版社.20067 世界机器人发展历程工握文.国防科技大学出版社8 我国工业机器人技术发展的历史现状与展望陈佩云.1994.9.高技术研究前沿展望马俊如，余翔林中国科技大学出版社，1995.