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黑龙江科技学院

《特种加工》结课论文

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学期：2011～2012学年第一学期

机械工程学院

2011年11月

工业机器人的关键技术及应用趋势

摘要：我国工业机器人的市场主要集中在汽车、汽车零部件、摩托车、电器、工程机械、石油化工等行业。中国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，市场发展稳定，2007年共装配了约6,581台工业机器人，较2006年上升了百分之十四点零五，汽车及其零部件制造仍然是工业机器人的主要应用领域，随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移，我国的机器人市场会进一步加大，市场扩展的速度也会进一步提高。本文就当前工业机器人的关键技术及其应用进行了归纳和总结，为从事机器人学习和研究工作者提供借鉴。

关键词 工业机器人；机械手；控制系统；AGV

一、引言

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工

智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。

自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人

技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工

厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。工业机器人

是广泛适用的能够自主动作的机械设备。广泛采用工业机器人，

不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动

环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降

低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，

工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式

二、国内外工业机器人技术的发展趋势

工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值

很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后

出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会

(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，世界机器人市场前景

看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长

的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，

年增长率平均在10％左右。2004年增长率达到创记录的20％。

其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%.目前，国际上工

业机器人技术在制造业应用范围越来越广阔，现已从传统制造业

推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿、建筑、农业、灾难救

援等各种非制造行业。但汽车工业仍是工业机器人的主要应用领

域。据了解，美国60%的工业机器人用于汽车生产；全世界用于

汽车工业的工业机器人已经达到总用量的37%，用于汽车零部件

的工业机器人约占24%。

在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备

被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名

的工业机器人公司，它们包括：瑞典的ABB Robotics ，日本的

FANUC 、Yaskawa ，德国的KUKA Roboter ，美国的Adept

Technology 、American Robot 、Emerson Industrial Automation 、S-T

Robotics ，意大利COMAU ，英国的AutoTech Robotics ，加拿大的

Jcd International Robotics ，以色列的Robogroup Tek 公司，这些公

司已经成为其所在地区的支柱性产业。

我国工业机器人是从20世纪80年代开始起步，经过二十年余年的努力，已经形成了一些具有竞争力的工业机器人研究机构和企业。先后研发出弧焊、点焊、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。近几年，我国工业机器人及含工业机器人的自动化生产线相关产品的年产销额已突破十亿元。目前国内市场年需求量在3000台左右，年销售额在20亿元以上。统计数据显示，中国市场上工业机器人总共拥有量近万台，占全球总量的0.56%，其中完全国产工业机器人（行业内规模比较大的前三家工业机器人企业）行业集中度占30%左右，其余都是从日本、美国、瑞典、德国、意大利等20多个国家引进的。总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、规模化设计，积极推进产业化进程。目前，我国研究机器人的单位很多，许多高校成立了机器人研究组或研究室，比如哈工大、上海交大、北京航空航天大学、上海大学、北京理工大学等；研究单位比如中科院北京自动化所、沈阳自动化所等等。不过，真正生产机器人的企业不太多，主要都是一些高校研究单位的下属公司，当然也有一些厂家生产小型机器人、比赛用机器人等等，不过生产规模和产值都非常小。

新时期，机器人技术的发展呈现出了以下5方面的新趋势。

1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。

2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。

3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

5．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中

的感觉来操纵机器人。

三、工业机器人的应用领域及其关键技

术

1、机器人控制技术

机器人控制系统是机器人的大脑，

是决定机器人功能和性能的主要因素。

工业机器人控制技术的主要任务就是控

制工业机器人在工作空间中的运动位

置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时

间等。具有编程简单、软件菜单操作、

友好的人机交互界面、在线操作提示和

使用方便等特点。