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19．4万台。

目前，美国工业机器人供应商有AdeptTechnology、AmericanＲobot、EmersonIndustrialAutomation等公司。

德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五、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，并给用户带来显着效益。

机器人自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,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。

二、机器人组成机构机器人一般由执行机构、、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，关节个数通常即为机器人的。

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）和行走部（对于）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，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、等，此外也有采用、气动等驱动装置。

2.3检测装置是实时检测机器人的及工作情况，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、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完成。

另一种是分散（级）式控制，即采用多台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，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，进行插补运算和处理，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。

三、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、木材与家具制造业等领域中。

在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用，并从传统的制造领域向非制造领域延伸:如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。

在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域，工业机器人的应用也越来越多。

现将其典型应用举例如下：机器人自动化装配线由于机器人的智能化，精度高，效率高等特点。

其在发动机，变速箱等车辆核心部件装配生产线上的应用日益广泛。

马丁路德公司的摩托车发动机装配线如图1所示。

装配工作台由2台FANUC机器人组成，实现了连杆、曲轴、活塞、缸盖、缸体的自动化传送和装配，采用视觉系统与力控软件，以适当的力度不断轻推零件，使其以很小的接触力滑入就位，保持工件不受损伤。

图2摩托车发动机装配线为了提高自动化程度和生产效率，制造企业通常需要快速高效的物流线来贯穿整个产品的生产及包装的过程，搬运机器人在物流线中发挥着举足轻重的作用。

其一方面具有人难以达到的精度和效率，另一方面可以承担大重量和高频率的搬运作业，因此被广泛应用在搬运、码垛、装箱、包装和分拣作业中。

图3搬运机器人机械零件形状不断向复杂化、多样化发展，实现打磨抛光工艺的机器人少有统一的方案。

在打磨抛光加工中，机器人的工作方式有两种，一是机器人夹持被加工工件贴近加工工具，如砂轮、砂带等，进行打磨抛光加工；另一种方法是机器人夹持打磨抛光加工工具贴近工件进行加工。

图4打磨抛光机器人对于大尺寸工件的制造，如航空航天产品，传统的工业机器人无法胜任。

首先，大尺寸工件由于重量和尺寸巨大，不易移动；其次，工业机器人相对工件而言尺寸不足，如果单纯地按比例放大，机器人制造和控制成本将十分高昂，因此，移动式工业机器人是一个很好的解决方案。

图5移动式工业机器人最早将工业机器人技术用于物体的码放和搬运的国家是日本和瑞典。

20世纪70年代末日本第一次将机器人技术用于码垛作业。

1974年，瑞典ABB公司研发了全球第一台全电控式工业机器人IRB6，主要应用于工件的取放和物料的搬运。

此外，德国、意大利、韩国等国家工业机器人的研发水平也相当高，如德国的KUKA，瑞典的ABB，日本的FANUC等。

图6码垛机器人3.2非工业机器人应用举例由于技术进步，制造成本下降，机器人正悄无声息的进入到平常人的生活、学习和工作中。

它们可以做家务，在战场上侦查，甚至还可以自主进行精细的手术。

在教育、医疗、军事和服务行业中，小型的非工业机器人正发挥着重要的作用。

下文仅列举几个典型实例。

教育机器人是以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件。

它除了机器人机体本身之外，还有相应的控制软件和教学课本等。

近年来，教育机器人逐步成为中小学技术课程和综合实践课程的良好载体。

目前常见的教育机器人既有类人形的教育机器人，也有非人形的机器人。

青少年可以与机器人实现基本的互动交流，并可以对机器人的结构功能进行改装扩展。

如图2所示，该学生操控的机器人属于可进行拆解、重组、功能扩展的机器人。

通过了解机器人的结构部件和所需知识等，操控者可较为便捷地掌握机器人的基础功能，并开拓思维进行创新。