机器人发展概况

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"（一）、机器人运动系统的组成、基本结构 1\o"CurrentDocument"1、驱动系统 2\o"CurrentDocument"2、感受系统 2\o"CurrentDocument"3、机器人——环境交互系统 3\o"CurrentDocument"4、人机交互系统 3\o"CurrentDocument"5、控制系统 3\o"CurrentDocument"6、机械传动结构 3\o"CurrentDocument"（二）、国内外机器人厂家的对比 4\o"CurrentDocument"1、技术差距 4\o"CurrentDocument"2、品牌厂家 5\o"CurrentDocument"3、产品系列 5\o"CurrentDocument"4、产品价格及成本 8\o"CurrentDocument"（三）机器人控制的智能化、网络化发展 9\o"CurrentDocument"1、国产机器人的发展状况 9\o"CurrentDocument"2、应用市场和产品类型的变化 10\o"CurrentDocument"3、高端智能化机器人将成重点 11智能机器人运动控制系统的综述及发展摘要：本文简述了机器人控制系统，讨论了该系统的分类。综述了机器人控制系统最新的研究内容和成果，调研了机器人控制系统的市场应用。发现，机器人在工业、国防、科研、教育以及人们的日常生活等诸多领域都已广泛应用，并向着标准化、模块化、智能化不展。关键词：机器人控制系统研究市场（一）、机器人运动系统的组成、基本结构如图1和图2所示，机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成。这三大部分可以分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统六个子系统。1

图1机器人的基本结构示意图图2机器人基本组成示意图感受系统图1机器人的基本结构示意图图2机器人基本组成示意图感受系统驱动系统机器人一环境交互系统1、驱动系统要使机器人运作起来，各需各个关节即每个运动自由度安置传动装置。这就是驱动系统。驱动系统可以是液压传动、气压传动、电动传动、或者把它们结合起来应用综合系统，可以是直接驱动或者通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接传动。2、感受系统它由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境状态中有意义的信息。智能化传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水准。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的，然而，对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效。3、机器人一一环境交互系统机器人一一环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、转配单元等。4、人机交互系统人机交互系统是人与机器人进行联系和参与机器人控制的装置：指令给定装置和信息显示装置，例如，计算机的标准终端，指令控制台，信息显示板，危险信号报警器等。5、控制系统控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。如果机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。根据控制原理可分为程序控制系统，适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运动的形式可分为点为控制和连续轨迹控制。6、机械传动结构工业机器人的机械结构系统由机座、手臂、末端操作器三大部分组成，每一个大件都有若干个自由度的机械系统。若基座不具备行走机构，则构成行走机器人；若基座不具备行走及弯腰机构，则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。机械传动结构图如图3所示图3机械传动结构图(二)、国内外机器人厂家的对比1、技术差距.科研水平。国内研究机器人大都集中在高校和个别研究所，而国外有实力的机器人都是有雄厚实力的企业做的。因此国内的机器人大都比较山寨，而国外有很多非常出色。比如日本的人形机器人和服务机器人，美国的bigdog，shadowhand等。.研究方向。国内的机器人研究的也比较广泛，机器人的关键技术都在做，但是没有特别有特色的方向和领域。比如工业机器人，在国外都已经是很成熟的技术，国内都是买，国内有也很简单，还没有有实力和企业敢做大做强。如果没有政府的支持，那么几乎不可能赶上国外。.机器人技术涉及机械、制造、材料、控制、计算机、网络、传感器、视觉等多个学科。要想搞好，必须有足够的资金和人力投入才可能做好。中国人不是不够聪明，是缺乏把事情做好，做到极致的精神。这其实是和我们的很多产业相通的，比如汽车、大飞机、先进制造等，要想发展好，还有很长的路要走。2、品牌厂家品牌厂家目前，国内市场的机器人应用主要分日系、欧系和国产三种。日系机器人主要以安川MOTOMAN、OTC、松下、FANUC等机器人为主，欧美系以德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB以及奥地利的IGM等，国产机器人主要以沈阳新松机器人、安徽埃夫特、广州数控、哈工博大实、昆山华恒还有南京埃斯顿为主。3、产品系列1977年，安川电机运用最擅长运动控制技术开发生产出了日本第一台全电动的工业用机器人一莫托曼1号。此后相继开发了焊接，装配，喷漆，搬运等各种各样的自动化用工业机器人，并一直引领着全球工业用机器人市场。安川机器人有VA、MA系列；MS、ES系列；MH、HP、UP系列；MPP、MPK系列、MPL系列和SDA、SIA等系列。以MA1440型号为例，它由6轴垂直关节组成，可搬重量6KG,动作范围1440mm,搭配的控制柜型号为DX200。可用于弧焊、激光加工和搬运等工作。其他系列的机器人还可以用于点焊、码垛、液晶搬运、取件、半导体、组装、冲压机间搬运、喷涂等。德国COOLS工业机器人的手臂采用旋转关节设计，主要应用于焊接工作，一直在焊接制造工艺的机械自动化方面保持着自己的成功。主要专注于熔化极惰性气体/活性气体保护焊和鸨极惰性气体保护焊机以及成套ROMAT®机器人系统的生产，是一家整套焊接系统的单一货源供应商。对于客户而言，其受益之处在于所有的机械手系统部件，从机械手控制、工件、定位器、传感器到电源和焊枪，都是由一家供应商开发和制造的。而诸如熔化极惰性气体/活性气体保护双丝焊接技术、等离子（焊剂）和扁丝焊接等新的有效工艺技术使机械手的使用更加经济实惠。CLOOS主要有ROMAT®320，350，410等系列的工业机器人。应用范围:所有焊接工艺，例如：TANDEM双丝焊接、等离子（粉末）焊接、冷处理焊接等，有快速抓持等优点。以ROMAT®320型号为例，由6轴组成，驱动单元是数字控制交流伺服电机，最大承重15KG,重复精度W±0.1mm。国产机器人品牌如新松机器人，隶属中国科学院，是一家以机器人技术为核心,致力于数字化智能制造装备的高科技上市企业，是全球机器人产品线最全的厂商之一，国内最大的机器人产业化基地，在沈阳、上海、杭州、青岛建有机器人产业园，在北京、深圳等城市设立多家控股子公司。新松现拥有1600余人的研发创新团队，形成以自主核心技术、核心零部件、领先产品及行业系统解决方案为一体的完整产业价值链，并将产业战略提升到涵盖产品全生命周期的数字化、智能化制造全过程。新松机器人公司始终以超前的技术和独特的软硬件综合实力，一直引领中国机器人产业发展。主导业务涵盖机器人核心零部件、系列机器人产品、行业系统解决方案、工业4.0等四大业务板块：新松机器人产品线包括工业机器人、移动机器人、洁净机器人、特种机器人和服务机器人五大类80余种机器人产品。其中，工业机器人产品性能达到国际同类产品技术水平；洁净机器人是国内唯一的产品和解决方案供应商，彻底打破被日本、韩国、欧美国家等发达国家垄断的局面，大量替代进口；移动机器人占据国内汽车市场、电力市场份额90%以上，产品批量出口国外，核心竞争力国际领先；服务机器人成为公司新经济增长点。为了让用户能够享受到更便捷与更全面的智能化服务，通过创新的软硬一体化技术的整合应用，新松数字化工厂业已打造成为中国数字化工厂领域行业龙头。新松机器人产品有工业机器人系列、洁净机器人系列、并联机器人系列和只能服务型机器人等。涵盖了只能物流装备、AGV自动引导车、轨道交通装备、激光装备、自动化装备检测生产线、节能环保装备、能源装备和机械加工自动化等方面。以10kg机器人SR10A型为例：支持中空式和外置式两种类型加长型手臂设计，最大负载能力达10kg，作用半径长达约1957mm。机械结构紧凑，精致。工作空间范围更广。同时还具备极高的精确度，性能稳定可靠。防护等级IP65,可以毫无问题地应对恶劣的外部生产条件。灵巧腕部及超强扭矩的完美融合，缩短了运动的作业时间，实现多样性和灵活性的最大化，可以轻松到达2m半径内结构件腔体内部完成焊接。同时在打磨、搬运、装配等低负载、高精度、高速度应用领域也毫不逊色。4、产品价格及成本从目前国内机器人生产模式来看，其单价如果不降低，产业化形成将面临挑战。机器人共4大组成部分，本体成本占22%，伺服系统占224%，减速器占36%，控制器占12%。三大关键零部件决定了产品的性能、质量及价格，因此是机器人产业发展必不可少的一个环节。但3大关键部件进口比例较高，特别是减速器基本被日本2家公司垄断。因此现在国内制造工业机器人成本较高。企业年产量1000台规模难以形成价格优势，只有年产量上500-1000台，才有一定的规模效应。因此，中国如果想要形成机器人产业化，必须要核心零部件国产化加速提上日程。表一单体机器人的成本占比零部件造价占比减速机36%伺服系统24%本体22%控制器12%其他6%8工业机器人关键零部件指构成机器人传动系统、控制系统和人机交互系统，对机器人性能起到关键影响作用，并具有通用性和模块化的部件单元。主要包括精密减速机、高性能交直流伺服电机和驱动器及高性能控制器等。其中，国内外技术差距最大的是速机和伺服电机。一台日本安川焊接或码垛工业机器人手臂价格在20万至30万之间。国产新松工业机器人价格大约在15万至20万；服务类机器人普遍在20万元以下。中国社会科学院工业经济研究所工业发展研究室主任吕铁曾撰文称，零部件占到整体生产成本70%以上。其中，精密减速器75%市场份额被日本垄断，国内高价购买占到生产成本的45%，在日本仅为25%，“中国采购核心零部件的成本已经高于国外同款机器人的整体售价，在高端机器人市场上根本无法与国外品牌竞争。”（三）机器人控制的智能化、网络化发展1、国产机器人的发展状况我国工业机器人发展由于起步较晚，基本还处在产业化的初期阶段，市场相对比较小。虽然在近两年我国工业机器人取得长足发展，但是外资品牌仍占有绝大部分的市场。目前工业机器人已经初步形成以市场换技术的局面。在应用的可靠性和性价比上，自主品牌与国际品牌相比均处于劣势，国外品牌的利润空间巨大，具有大幅下降的空间，所以自主品牌的前景面临激烈的挑战。图4：2010-2015年中国工业机器人市场销量与增长率（台）中国正在服役的机器人已占全球总量的9%左右，2015年中国市场工业机器人将达7500台，同比增长36.6%，整体而言，机器人市场需求只增不降。在多种因素的引诱下，工业机器人产业的发展速度将再次提速，步入历史上的第二个繁荣发展期，或将比第一次浪潮还将巨烈。2、应用市场和产品类型的变化2015年工业机器人除了在汽车行业的广泛应用外，在电子，食品加工，非金属加工，日用消费品和木材家具加工等行业对工业机器人的需求增长较快。随着工业机器人发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，工业机器人已在众多领域得到了应用。从传统的汽车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。2015年工业机器人在产品类型发展赚足了眼球，随着人机协作10趋势的发展，那么小型的机器人几乎成为各家企业发展的核心产品，四大巨头纷纷发布新型工业机器人，以协作机器人为主，市场基本都瞄准3C电子制造业。国产机器人本体企业也纷纷推出新型的机器人，小六轴关节机器人、scara机器人成为企业的新卖点和市场增长点。3、高端智能化机器人将成重点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。目前机器人可分为一般机器人和智能机器人。一般机器人是指不具有智能，只具有一般编程能力和操作功能的机器人。我们从广泛意义上理解的所谓的智能机器人，它给人最深刻的印象是一个独特的自我控制的“活物”。其实，这可自控“活物”的主要器官并没有像真正的人那样微妙而复杂。到目前为止，在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少具备以下三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态；二是运动要素，对外界做出反应性动作；三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。感觉要