工业机器人调研报告

一、工业机器人的概念

机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，它是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。工业机器人可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

二、工业机器人的发展史及优点

工业机器人诞生于20 世纪60 年代,在20 世纪90 年代得到迅速发展,是最先产业化的机器人技术。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。自从20世纪60年代初人类制造出第一台工业机器人以后，机器人就显示出了极强的生命力。经过四十年的迅速发展，在工业发达国家中，工业机器人已经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诸多领域中。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。

工业机器人是现代制造业的基础设备，它属于自动化制造系统的物理层次。机器人的过去、现在和未来都与制造业发展密切相关。使用工业机器人可以降低废品率和产品成本,提高了机床的利用率,降低了工人误操作带来的残次零件风险等,其带来的一系列效益也是十分明显的,例如减少人工用量、减少机床损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。机器人具有执行各种任务特别是高危任务的能力,平均故障间隔期达60000小时以上,比传统的自动化工艺更加先进。

采用工业机器人有以下优点：

（1）改善劳动条件,逐步提高生产效率；

（2）更强与可控的生产能力,加快产品更新换代；

（3）提高零件的处理能力与产品质量；

（4）消除枯燥无味的工作,节约劳动力；

（5）提供更安全的工作环境,降低工人的劳动强度,减少劳动风险；

（6）减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存；

（7）提高企业竞争力。

三、工业机器人的分类

工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。

工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。

工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。

四、工业机器人的特点

20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及的过程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。

（1）驱动方式的改变

采用液压驱动的机器人逐渐被伺服电动机驱动的机器人所取代，其在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大提高，成为工业机器人驱动方式的主流。

（2）信息处理速度的提高

随着信息技术的不断发展，CPU的计算能力有了很大提高，机器人控制器的性能也有了很大提高。机器人控制器性能的提高也进一步促进了工业机器人本身性能的提高，并扩大了工业机器人的应用范围。

（3）传感器技术的发展

近年来，随着信息处理技术和传感器技术的迅速发展，触觉、力觉、视觉等外部传感器已经在工业机器人中得到广泛应用。各种新型传感器的使用不但提高了工业机器人的智能程

度，也进一步拓宽了工业机器人的应用范围。

工业机器人最显著的特点有以下几个：

（1）可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。

（2）拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

（3）通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。

（4）工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。

五、工业机器人的发展历程

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。国际上工业机器人产业中，著名的公司有瑞典的ABB Robotics，日本的FANUC、Yaskawa，德国的KUKA Roboter GmbH，美国的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation ，意大利的COMAU，英国的AutoTech Robotics，加拿大的Jed 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企业。

在国内，工业机器人产业刚刚起步，但增长的势头非常强劲，如中国科学院沈阳自动化所投资组建的新松机器人公司，年利润增长在40％左右。不过相对于全球机器人产业来说，我国机器人产业差距还是非常大的。以2006 年为例：来自我国权威部门的统计数据（参阅表）显示，全年我国进口工业机器人数量超过 1 万台，合计 3.2 亿美元；其中，外商独资企业，合计进口工业机器人6669 台，近1.6 亿美元，占进口额的50%，这从侧面反映出外资字企业依然处在制造业高端的主力位置。和进口产品相比，我国出口的工业机器人则