工业机器人技术体系

1、.工业机器人技术系统的梳理分析随着我国生产力发展和经济结构调整的不断深化，相关基础科学技术(尤其是信息技术)研究的巨大进展，电机、IC、工业计算机等机器人基础零部件的性能不断提高，费用不断减少，机器人发展面临着重大的发展机遇。积极开发智能机器人的核心技术和产业标准，结合我国制造业成本优势，鼓励和支持大中型企业机器人产业发展，成为智能机器人的研发和制造大国，对尽快提高国家竞争力具有重要的战略意义。对工业机器人的定义在每个国家都不统一。GB/T 12643-1997认为，“(操纵型)工业机器人可以自动控制、可重复编程、多用途、可编程三个或更多轴。可以是固定的，也可以是移动的，用于工业自动化。”工业

2、机器人主要面向工业领域，是指多关节机器人或多自由度机器人，可以编程和实现多种用途。工业机器人的广泛应用是我国装备制造业转型升级的重要手段和内容对上海地区具有更实用的意义工业机器人为缩短产品的复杂、多样化、生产周期，更有效地控制产品的可靠性、准确性等，对防止人为因素的干扰具有重要作用。“以人为本”和增加人力成本的要求将劳动力从单调、枯燥、危险的环境中解放出来。市场经济要求企业不断提高劳动生产率，增强核心竞争力。应根据用户的个人需要，不断减少生产调整时间，提高生产流程的“灵活性”。1.工业机器人产业现状工业机器人制造商可以分为多种类型：(1)国际机器人公司和合资公司跨国公司：瓦尔纳科、库卡、ABB

3、、安川电机、川崎等。合资企业：首钢摩托曼等。(2)已经形成产业的国内骨干机器人企业沈阳新松机器人公司，海尔机器人公司，奇瑞机器人公司等。(3)机床企业的机器人(设备)部门沈阳机床、华中数控、大连机床、优佳等机床企业进行工业机器人研发，初期形成产业化只有广州数控。(4)小型机器人专业公司生产或集成特定类型或系列的机器人产品，从事应用开发。工业机器人应用领域日本2010年的统计数字，是机器人的主要生产和营销国家，工业机器人主要包括组装(一般组装、补丁、钎焊、黏胶涂层等)、焊接(弧焊、点焊、气体焊接等)、洁净室(平板显示器、半导体等)、原料运输、注射、涂层等。2008，09年的数据也表明，中国工业机

4、器人的主要种类包括搬运、焊接和洁净室，应用产业包括汽车和零件、电子和化学(塑料和橡胶)。与全球工业机器人相似，所占的比例略有不同。工业机器人主流产品(1)焊接机器人包括点焊、弧焊、激光焊接等。主要用于汽车车辆、零件焊接工作。(2)搬运机器人用于机床上下材料、码垛处理、冲压自动化生产线、自动装配线等。(3)装配自动机用于常规装配、修补工艺、钎焊、钻孔和连接(铆接、螺栓连接、粘接)。(4)喷涂机器人是用于汽车、电动机、箱子、工程机械等的喷涂生产线。(5)洁净室机器人在清洁环境中使用的机器人在电子产品行业中被广泛使用。(6)真空机器人主要用于半导体产业，在真空环境中实现晶片的传输。工业机器人的上海技

5、术水平上海已经成功开发了“上海一号”、“上海二号”、“上海三号”、“上海四号”等工业机器人，在机器人优化设计制造技术、机器人控制技术、驱动系统等方面积累了多年的研发经验。在工业机器人应用领域，已掌握了多关节、托盘、码垛等工业机器人系统和周边自动化设备集成技术，具有搬运、点焊、弧焊、涂漆、装配等机器人工作单位集，线材形成能力。5.未来工业化发展要求(1)重视功能组件的关键技术研究和产业化进行面向应用的机器人核心部件的国产化开发(机器人用伺服系统、机器人控制器、机器人智能控制技术、高精度减速器等)，将企业动作提升到国家行为。深入开展机器人控制技术研究。提高机器人的高速稳定性、动态跟踪精度和智能控制

6、等性能。(2)努力建立机器人系统的可靠性和产业系统。从原型到成熟的产品，通过长期的应用验证和持续的改进，企业应该主导国内机器人的稳定性、可靠性等方面的研究和应用测试。加强研发、加工、装配、检查、维护、管理等机器人产业系统的建立。(3)面向未来，支持智能工业机器人技术的研发(a)主流产品体系结构和研发优先事项产品分类体系，功能模块分解1.产品分类体系工业机器人可以按运动机构(笛卡尔、柱、球、关节、气动、驱动)、运动方式(点控制、连续轨迹控制)、程序输入方式(编程输入、培训输入)和完成功能(操作、移动)分类1990年，工业机器人国际标准会议的文档表明，工业机器人以受控方式分为四类2:(1)顺序类型

7、。这些机器人有规定的程序行为控制系统。(2)沿轨迹的操作类型。这些机器人执行某种移动操作，例如焊接。油漆等；(3)远程工作型。例如，在月球上自动工作的机器人；(4)智能。这些机器人具有识别、适应和思维以及人机通信功能。可以在更复杂的环境中工作。按照人的指示适应环境，自动执行更复杂的任务。目前，机器人强国日本的工业机器人在第三开发(3)、(4)级工业机器人的旅程中取得了举世瞩目的成果。国内应用程序大部分限于(1)、(2)类，在一些大企业的产品中，某些单元模块(如远景)反映了智能，但总体智能水平不高。2.产品功能模块工业机器人产品主要由主体、驱动系统、控制系统、地壳系统等组成。(1)主体，即支架和

8、执行器(即机器外壳部分)机器人手臂、手腕、手、移动机器人。机器主体占总成本的约15%，国产化水平最高，许多海外机器人的主体也被称为国内工厂代理。(2)驱动系统，包括动力装置和变速器使执行机构产生适当作业的装置。国产伺服电动机、驱动器、减速器等与欧洲或日本产品有很大区别。主要出现在体育控制关键技术及制造过程的掌握上。高精度减速器的国产化也是影响工业机器人开发的难题，其他主要部件大部分要依靠进口，使国内机器人成本高。(3)控制系统控制系统按照输入的程序发送和控制驱动系统和执行机构的命令信号。主要任务是在工作空间中控制工业机器人的动作位置、姿势和轨迹、动作顺序、动作的时间，我国缺乏机器人控制器和相应

9、的机器人控制器硬件平台。(4)识别系统工业机器人与人和环境之间互操作性的人机界面，也是智能工业机器人完成更复杂任务的必备条件。由各种传感器和接口组成。智能工业机器人研究的重要领域(1)安全、轻量化、灵巧技术，适用于与人近距离或接触工作的高负荷自重比率机械手；(2)基于碳纤维材料等新材料的轻量化、模块化设计、加工技术、基于力反馈的安全控制和合规控制等：(3)面向运动的核心组件，为电机组件、驱动器、控制器、传感器和大负载、高输出结构和驱动器集成设计等各种硬件模块互连制定接口标准；(4)提高工业机器人安全性和系统可靠性的措施；(五)控制和规划；(6)高精度和鲁棒性传感器；(7)人机界面；(8)机器人

10、合作系统；(9)自我学习和适应能力；(10)建模仿真和分析；(11)低成本技术。地区重点产品或方向根据上海“两个中心”的位置和产业布局提出建议：开发侧重于汽车、电子电气产业、飞机制造、太阳能、风力发电设备制造等产业需求的工业机器人；重点提高传统汽车产业国内工业机器人的可靠性。通过长期、持续的投资，深入开展下一代智能工业机器人的研究。据调查，日本、韩国等电子电气行业近几年的销售额急剧上升，而汽车焊接等传统领域的销售额下降。长三角地区是中国电子电气产业的心脏，也是劳动密集型企业的聚集地，在这个行业积极宣传工业机器人产品具有特殊的意义。该行业对应的机器人种类主要有小型装配机器人(组装、修补、钎焊等)

11、、洁净室加工机器人、真空机器人等。积极探索开发面向飞机制造、新能源汽车、太阳能发电、风力发电设备制造等新兴产业的工业机器人和灵活的自动化线路。目前，库卡等机器人国际巨头正在着手开发和部署这些新兴产业所需的产品。汽车及零部件生产是上海的传统优势产业，也是工业机器人使用量最高的产业。典型类型包括点焊机器人、弧焊机器人、涂层机器人等。为了对国内机器人操作的可靠性进行研究和测试，要积极宣传国内工业机器人及相关设备。为下一代智能工业机器人的长期持续研发和应用测试增加投资。在高起点上与主要机器人生产大国的技术水平同步，始终重复研究，避免赶上外国技术的老路。(b)核心技术系统分析核心技术系统框架1.整体机械

12、设计与制造技术机器人控制技术可重构装配技术4.末端效应器5.机器人侠盗猎车手6.人机合作。非结构化环境中的信息识别8.建模和仿真技术实施计划和路径：主流、潜在1.整体机械设计与制造技术过去工业机器人的研究方法主要是在国外先进技术的基础上进行二次开发，限制了自身创新技术少、基本零件制造能力和核心技术落后等工业机器人的发展。要致力于解决工业机器人的设计和制造能力，加快开发高性能伺服电动机、基于高速总线的新型控制器、高精度减速器、健壮性和高精度传感器等机器人核心部件设计和制造技术，加快机器人产业化和高端制造业的发展速度。通过5-15年的长期研究和开发，以下目标可以取得突破：短期(2015):初步解决

13、关键部件的设计和制造技术，设计和开发汽车、电子行业常用主流模型的机器人，具有机器人总体设计和制造能力。中期(2020):开发解决机器人核心部件的设计和制造技术、电子、汽车等主流产业的机器人产品系列化、产业化、飞机制造、太阳能发电、风力设备制造等新兴产业迫切需要的代表性产品和支持自动化线路。短期(2025):全面掌握代表世界先进水平的机器人核心部件的设计和制造，成为相关产品的主要研发、制造基地之一。智能工业机器人及附件生产线的设计和制造能力处于世界水平机器人控制技术机器人控制技术是机器人技术的核心，直接影响机器人性能。为了实现机器人的动态响应、跟踪精度、运动中的振动抑制等，除了关注机器人控制器外

14、，还必须关注机器人控制方法及相关软件的研究与开发。在接近人类或有接触工作的“人机合作”环境下，加强控制技术的研究。经过持续的研究工作，希望在5-15年内从以下方面取得突破：短期(2015):为电子、汽车行业常用的主流模型机器人及其配置的自动化生产线控制提供技术支持和支持控制软件，在基于力反馈的安全控制、合规控制和多机器人协调控制方面取得了重大进展。中期(2020):提供满足主流和新兴行业工业机器人控制要求的控制技术，开发具有预测功能、分布式、自调整功能的自调整控制器。长期(2025):通过对智能工业机器人和支持生产线的技术支持，对容错、自动可重构控制器进行研究。3.末端效应器国内使用的机器人等

15、机器人末端操作机在力和速度方面取得了很大进展。但是，在抓小物体等进行灵巧操作时，与外国产品的差异很大。这是因为要实现的操作性能往往受机器视觉、运动计划、高性能传感器、数据处理方法等诸多条件的限制。经过5-15年的长期研究和开发，希望未来的末端效应器能够实现以下目标。短期(2015):应用具有几个关节、复杂性低的专用终端效应器，在特定行业环境下，通过抓取、抓取、释放等简单操作即可完成典型的经济准确度装配任务。中期(2020):使用中等复杂性的多关节末端执行器，在工业环境中实现典型工件、工具捕获和特定灵巧动作，完成典型组件精度高的装配。长期(2025):具有触觉传感器和高性能执行机构的末端效应器，

16、实现复杂的抓取，在工业环境中所需的各种灵巧性，执行复杂的组装任务。4.可重构装配线从设计到产品推出的开发周期仍然太长，在新产品生产前设备的调整、调试上花费了很多时间，未来设备必须具备反映设备“灵活性”的适应性强、可重构的生产能力。我想在未来5-15年内进行持续的研发，实现以下目标：短期(2015):可在短时间内完成典型新产品装配线的安装、布置、编程、调试等，包括工业机器人、工具设备中安装工具等。中期(2020):可在24小时内完成典型新产品系列(包括工业机器人、工具设备)的安装、配置、编程、调试工作。长期(2025):可在5-8小时内完成典型新产品系列的安装、配置、编程、调试等工作，包括工业机

17、器人、工具和其他外部设备5.机器人侠盗猎车手机器人协作是多个机器人一起执行或通过分工进行复杂的工作，工作过程涉及多个机器人的工作计划、协调控制等，是分布式人工智能理论的典型应用。在当前协作中，控制操作通常是预先手动设置和拆分的，在中央控制单元控制下由每个机器人单独执行。经过5-15年的长期研究和开发，未来机器人协作希望实现以下目标：短期(2015):可以协同完成汽车焊接、喷涂、装配等一系列任务，可以使用集中控制、通信和公共地图分别为每个机器人划分任务。中期(2020):为团队确定明确的工作，通过分布式控制和内部智能通信进行工作协作。粒子群理论和规则适用。长期(2025):机器人自主获取和分配工作，完成协作。6.人机合作。人和机器人共存、合作生活的工作环境是未来工厂的典型场景，在这条生产线上，工业机器人以人类帮手或智能机器等多种方式与人合作。因此，需要对人机界面、安全等进行深入的研究。经过5-15年的长期研究和开发，未来的