机器人课程报告

课程体会

工业机器人的认知和发展

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前言

工业机器人是一种可以搬运物料、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。

第1章目前我国工业机器人产业存在的问题

1.1通用性

工业机器人可编程，支持多自由度运动，因此应用较灵活。虽然不及人类，但相对于很多工业自动化常见的专机(专为一类工业应用或一家客户定制的机电集成方案)，工业机器人还是灵活多了。工业应用改动不太大时，是可以通过机器人重新编程来满足新的需求，而无需在硬件上再做大量投资。但相应的，它的相对不足会是效率。毕竟专机是为一个应用定制的，因此虽牺牲通用性但实现了效率优化，在产量这个客户非常关心的指标上能完成地很好。

1.2机电性能

工业机器人普遍能达到低于0.1毫米的运动精度(指重复运动到点精度)，抓取重达一吨的物体，伸展也可达三四米。这样的性能虽不一定能轻易完成苹果手机上一些“疯狂”的加工要求，但对绝大部分的工业应用来说，是足以圆满完成任务。随着机器人的性能逐渐提升，以前一些不可能的任务也变得可行起来(如激光焊接或切割，曾需要专门的高精度设备来指导激光的走向，但随着机器人精度的提升，现在也变得可依赖机器人本身的准确运动来代替了)。但相比传统高端设备，如高精度数控机床，激光校准设备，或特殊环境(高温或特低温)设备等，工业机器人尚力不能及。

1.3人机合作

传统的工业机器人是关在笼子里工作的，因为它实在危险(想象一个抓着几十或几百公斤的家伙以四米每秒的速度甩着，谁也不想靠近吧)。主要原因是一般机器人，基于成本与技术的考虑，不会集成额外的传感器去感知外部的特殊情况(如突然有人触碰)，它只会“傻傻”得照着人类编好的程序日复一日的动着，除非有外部信号告诉它停止。所以常见的方案就是为机器人配备笼子，当笼子门打开时，机器人收到信号便自动暂停。对安全的考虑，自然给机器人集成带来了很多额外的成本，笼子可能并不贵，但毕竟要为此仔细考虑产线排布，增加产线面积，改变人机合作方式等，从而影响生产效率。所以最近比较受关注的工业机器人都以能安全地和人一起工作“为荣”，如RethinkRobotics的Baxter，UniversalRobots的PR系列，以及很多传统工业机器人巨头(ABB，kuka，Yaskawa

等)的半概念半成品的机器人。而从产业需求看来，已通过传统工业机器人解决了对精度速度重量等自动化需求后，也的确是时候开始满足人机安全合作了。

1.4成本

机器人的成本从小型号的几万RMB到大型的上百万RMB都有。这个成本自然低于高端专业制造设备，但也可能会高于国内小集成商们拼凑出的自动化方案来。但从一直来西方工业界及近几年国内制造业对机器人的欢迎程度看来，说明机器人自动化的经济优势普遍到了一个临界点，超过了其他替代方案(人工，或专机)，看来这个成本还是值得的。

其实要走传统机器人的老路，那硬件成本降低空间不大。工业机器人基本是一个开环的运动机构，靠的就是电机和齿轮箱的高精度配合。而大部分领先厂商的这些关键零部件都是从日本几家厂商那买的，(这也是国内公司自己制造的机器人，买同样的零部件，也不会便宜多少，因为日本厂商不会为了你这点量给多少折扣)。除非中国零部件制造商能静下心来，努力追赶上日本人的技术，从而以价格优势打破多年来的垄断，才能真正促进国内机器人厂商的发展。

另一个就是另辟蹊径，追求其他技术和市场。如RethinkRobotics当时甚至考虑用塑料的齿轮箱来降低成本，而通过视觉来弥补运动精度损失，就像人的眼睛来辅助手的精微操作一样。但毕竟不能一步登天，所以Baxter机器人暂时在精度和速度上完全无法与传统机器人相比，但在它能处理的物料抓放的应用中，却也足够了。也许随着Rethink的努力，会在硬件较差的情况下，通过软件的智能化弥补，来达到与传统工业机器人竞争的程度(那就是真颠覆这些传统大厂商了)。

1.5智能性

之所以将智能型放在最后一点，因为相对现在市场对机器人的主流需求(即强，快，准)，它暂时还不是最迫切的。这也体现了传统工业机器人的优势(任劳任怨，保质保量，是个“干活”的好手)和不足(但很“笨”，老得让人教)。但不代表智能型不重要，相反企业已经开始做技术投资了。比如怎么让机器人更好的理解人的指挥意图，相对自主的去理解并规划任务，而不需一个点一个点得让人告诉它怎么走;如何让机器人在外围环境发生变化下(光线变暗影响图像识别，传

送带上物品有损坏需要特殊处理)自动适应;如何通过触觉视觉听觉等感知判断零部件的装配质量，等等。

这方面美国人做的比较好(当然他们也是避实击虚，因为传统工业机器人硬件上的技术和市场已基本被日本欧洲企业统治)，ROSIndustrial，RethinkRobotics等都在做有领先的尝试。

1.6人才匮乏

工业机器人顺应时代发展，行业前景广阔，然而，该领域人才供需失衡的矛盾正日益凸显。一方面是机器人厂商、系统集成商以及汽车加工制造业求贤若渴，另一方面是人才供给不足，难以满足企业用人需求。、究其原因，主要是相对近年来国内机器人产业所表现出来的爆发性发展态势，高校、职校等培训机构的课程设置仍然滞后，尽管一些机器人厂商提供相关培训，却存在品牌针对性过强，推广力度不足、配套设施不足以及培训网点有限等短板，难以达成系统的教学流程，尚不能与全国各地求学者的需要很好地契合，导致众多有志投身机器人行业者求学无门。

第2章我国未来工业机器人产业发展趋势和方向

2.1大力发展机器人关键零部件

针对6自由度及以上工业机器人用关键零部件性能、可靠性差，使用寿命短等问题，从优化设计、材料优选、加工工艺、装配技术、专用制造装备、产业化能力等多方面入手，全面提升高精密减速器、高性能机器人专用伺服电机和驱动器、高速高性能控制器、传感器、末端执行器等五大关键零部件的质量稳定性和批量生产能力，突破技术壁垒，打破长期依赖进口的局面。

2.2强化产业创新能力

加强共性关键技术研究。针对智能制造和工业转型升级对工业机器人的需求和智慧生活、现代服务和特殊作业对服务机器人的需求，重点突破制约我国机器人发展的共性关键技术。积极跟踪机器人未来发展趋势，提早布局新一代机器人技术的研究。

建立健全机器人创新平台。充分利用和整合现有科技资源和研发力量，组建面向全行业的机器人创新中心，打造政产学研用紧密结合的协同创新载体。重点聚焦前沿技术、共性关键技术研究。

加强机器人标准体系建设。开展机器人标准体系的顶层设计，构建和完善机器人产业标准体系，加快研究制订产业急需的各项技术标准，支持机器人评价标准的研究和验证，积极参与国际标准的制修订。

建立机器人检测认证体系。建立并完善以国家机器人检测与评定中心为代表的机器人检验与认证机构，推动建立机器人第三方评价和认证体系,开展机器人整机及关键功能部件的检测与认证工作。

2.3着力推进应用示范

为满足国家战略和民生重大需求，加强质量品牌建设，积极开展机器人的应用示范。围绕制造业重点领域，实施一批效果突出、带动性强、关联度高的典型行业应用示范工程，重点针对需求量大、环境要求高、劳动强度大的工业领域以及救灾救援、医疗康复等服务领域，分步骤、分层次开展细分行业的推广应用，培育重点领域机器人应用系统集成商及综合解决方案服务商，充分利用外包服务、新型租赁等模式，拓展工业机器人和服务机器人的市场空间。