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工業機器人范文1
2、主要課程
專業核心課程：
《機器人機械系統》、《機器人控制技術》、《機器人視覺與傳感技術》、《工業機器人應用與編程》、《現場總線技術及其應用》。
主要實踐環節：
工業機器人范文2
關鍵詞：機器人；光電一體化；人工智能
前言
2013年，由于工資成本上漲和新興經濟提競爭加劇，曾經的體力勞動“世界工廠”中國成工業機器人最大買家。據總部設在德國的國際機器人聯合會（IFR）的最新數據顯示，2013年中國購買了36560臺工業機器人，較2012年增長近60%。2013年日本購買了26015臺機器人，排名第三的美國則購買了23679臺。中國工業機器人需求激增，預計到2022年中國投入運行的工業機器人數量將超過170萬臺。至2012年底，全球家務用機器人將達到610萬臺，娛樂休閑用機器人將達到900萬臺。30年前，個人電腦的出現，將人類帶入了信息時代，人腦得到了極大地解放。今天，隨著先進制造技術的發展、微電子硬件的飛速發展、人工智能的進步，機器人時代即將到來。正如微軟董事長比爾?蓋茨所說：“機器人將對人類的工作、交流、學習及娛樂等產生深遠的的影響，就如同過去30年間個人電腦給我們帶來的一樣”。
1 機器人的定義
“機器人”（Robot）――國際標準化組織（ISO）給出的定義是：“一種可以反復編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或者為了執行不同的任務而具有可改變的和可編程動作的專門系統”。機器人主要分為工業機器人和服務機器人兩類。工業機器人（industrial robot）指：自動控制的、可重復編程、多用途的操作機，可對三個或三個以上軸進行編程。它可以是固定式或移動式。在工業自動化中使用。典型的工業機器人：如自動機械臂。服務機器人（service robot）指：除工業自動化應用外，能為人類或設備完成有用任務的機器人。典型的服務機器人：如家用機器人、醫療機器人（達芬奇系統）
工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備。自從1961年美國研制出世界上第一臺工業機器人以來，機器人技術及其產品發展很快，已成為柔性制造系統（FMS）、自動化工廠（FA）、計算機集成制造系統（CIMS）的自動化工具。故機器人是最高意義上的自動化。工業機器人在工業生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業，或是危險、惡劣環境下的作業，如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。過去機器人主要應用在汽車制造行業、焊接、檢測及倉庫堆垛等作業中，未來在食品、醫療、搬運等領域，機器人作為一種標準設備將得到廣泛應用。
2 機器人設備在制藥工業中的應用
制藥工業作為近代崛起的重要工業及關系人類健康的朝陽行業，中國現有3900多家企業。隨著制造工業的發展和裝備技術的進一步提高，制藥機械設備向機電一體化、全自動化發展。傳感器、水力學、機動性和人工智能技術的進步使機器人變得更加靈活、精密和獨立，機器人在制造業的應用范圍也因此擴大了。代替人工的人工智能化高、精、尖設備、無人化車間在制藥工業中得到廣泛應用，如葛蘭素史克、輝瑞等在中國的工廠及天士力、揚子江等制藥廠，大量使用自動化設備代替人工，一個車間只有1-2人控制。
2.1 全自動裝盒機（如圖1）
該機裝盒速度：260盒/分鐘，完全代替人工在輸送線上自動將藥品及說明書裝入包裝盒，對缺藥品、缺說明書的包裝成品自動檢測并剔除，不僅節約人工5-8人/臺，提高生產效率，還能避免人工出錯缺藥品或缺說明書的藥品流入市場。
2.2 粉針生產線自動包裝機（如圖2）
該機是生產粉針、凍干藥品的一種大規模生產用自動裝盒機，自動一次性裝入50支抗生素瓶，自動投入說明書，速度達到：40盒/分鐘，大幅節省人力和提高包裝效率。
3 TIVS-A40型水針、凍干劑智能燈檢機（如圖3）
該機是水針、粉針生產最后自動檢測有無異物及包裝缺陷的智能設備，速度達到：800瓶/分鐘。該機安裝大量伺服器、伺服電機，通過軟件設計，自動旋轉攝像，與設計的標準要求比較，檢測外觀、液位及有無雜質、異物，能完全代替人工檢測，效率大幅提高，避免了人工誤差（人工長時間會產生疲勞），可24小時連續生產，節約人工10人/臺以上。該機已大量使用于各針劑、凍干劑制藥企業。
4 7500型軟袋大輸液自動生產線（如圖4）
該機是軟袋輸液生產從包裝膜自動成形、自動灌裝加閥蓋、自動焊接成成品的一條全自動流水生產線，滿足藥品GMP生產要求，速度達到：7500袋/小時。該機大量采用伺服器、伺服電機及機械手自動轉運，PLC自動控制，自動卷膜成形、自動輸送、自動定位灌裝、自動加閥蓋、自動焊接，是目前光電一體化的大型制藥高精尖自動設備。
還有自動制丸機、提取濃縮生產線、各種大型藥品檢驗設備，無不大量通過自動化軟件、機械手、伺服電機控制、自動轉運、自動控制來完成各種高精度、高質量或危險的生產工藝及檢驗要求。其設計原理、操作過程、精度要求已超過一般的機器人。
另一方面，大型制藥企業在打包、倉儲運輸、倉庫管理等方面已大量利用工業機器人（機器臂）代替人工，來完成繁重的簡單的搬運、包裝工作，如圖5。
工業機器人范文3
關鍵詞：工業機器人；發展歷程；現狀；發展趨勢
1 工業機器人的發展歷程
自1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念以來，工業機器人就得以不斷地發展。概括起來，工業機器人的發展歷程為3代：
第1代：示教再現型機器人，但不具備反饋能力。如郭勇等人研制的挖掘機手柄自動操作機構，該機構結構簡單，能夠實現動作示教再現。
第2代：有感覺的機器人，不僅具有內部傳感器，而且具有外部傳感器，能獲得外部環境信息。如P.lLiljeb.ck等人研制的蛇形機器人就裝有內部測轉速的傳感器，以及外部測力的傳感器，該機器人能夠在不規則環境中具有一定的運動能力。
第3代：智能機器人。定義為“可自動控制的裝置，能理解指示命令，感知環境，識別對象，規劃自身操作程序來完成任務”。如John Vannoy等人采用實時可適應性的運動規劃（RAMP）算法的PUMA560機械臂，它能在復雜動態環境中自動識別來自不同方向的移動或靜止的障礙物，主動規劃路徑，進而完成預定任務。
2 工業機器人的研究現狀
2.1 仿生機器人與新型機構
對人的研究，國外側重于對人行走時的步態分析，通過對人腳形狀的分析，得出具有圓形截面的腳趾和腳后跟以及具有扁平截面的連接腳趾和腳后跟的中間部分具有最佳的動力學性能。對人形機器人步態規劃問題，Xia Zeyang等人提出了一種基于樣品的決定性的腳步規劃方法，該方法綜合考慮了自身獨特的運動能力和穩定性。對于在不同類型障礙的復雜環境中腳步規劃，Yasar Ayaz采用與人走近障礙物時繞過的方法，通過腳步實時的生成成功避開障礙物。
2.2 機器人的定位與環境地圖的創建
隨著工業機器人技術的發展，其應用范圍日趨廣泛。由室內到室外，由結構環境到非結構的復雜環境，使機器人創建環境地圖的同時進行自主定位和導航成為當今機器人研究領域的一大熱點問題。機器人的同時定位與建圖（SLAM）可以描述為：在未知的環境中移動的機器人，根據傳感器獲得的環境信息，采用某些算法對信息進行處理，最后經控制器進行自身位置估計與環境地圖的創建。
機器人的定位可分為相對定位和絕對定位兩種。前者是根據機器人本身或從環境中提取某些特征信息，如物體外部幾何結構點、里程信息等，結合上一次的位置和姿態來判斷出機器人的當前位姿，該方法靈活性高，有利于機器人的導航與定位，但誤差累積較大會造成定位精度降低。而后者是通過人們在環境中預先設置的路標或顯眼節點等來計算機器人實時的位姿，此法快速可靠，但適用范圍較窄，在無法設置路標場合難以工作。通常將以上兩種方法相結合來提高機器人的定位精度，目前對環境圖像的獲取可通過不同的視覺系統，有學者提出了不同的方法，主要分為3類：第1類是可旋轉的相機，可提供高分辨率圖片但每一幀需要8s，實時性并不高，同時也無法很好地嵌入微小型自動機器人中；第2類是相機網絡，能獲得環境的全景，主要的問題是各相機獲得圖片的同步性以及較多的照片處理；第3類是兼反射和折射的相機，它是由朝向同一旋轉對稱鏡的一個透視攝像機構成，無活動件，一次對焦能提供 360°的高分辨率的全視野。
2.3 機器人-環境交互
隨著民用、應急響應、災難控制、環境監測等場合對機器人的需求不斷增大， 機器人與環境的交互成為機器人領域的又一研究熱點。主要表現為機器人作用對象的識別，路徑規劃，最后實現自主導航完成任務。
3 國內工業機器人的研究現狀
我國對工業機器人的研究始于20世紀70年代，通過“七五”的起步，“八五”、“九五”的科技攻關，已經基本掌握了工業機器人的設計制造技術、控制系統和驅動系統的設計技術和機器人軟件和編程等關鍵技術。形成了一批具有較強機器人科研實力的公司和院校，如中科院沈陽自動化研究所、沈陽新松機器人自動化有限公司、清華大學、哈爾濱工業大學、北航等。
仿生機器人一直是我國機器人領域的研究熱點。對機器人魚的研究集中在它的驅動單元上，因機器魚有較高的液體推進性能，其推進方法可以是尾鰭或者胸鰭推進。尾鰭推進機器魚游動速度快，但靈活性較差，胸鰭推進則使機器魚游動速度慢，但穩定性高、機動性好。國防科技大學采用胸鰭推進驅動實現機器魚的設計；哈爾濱工業大學采用形狀記憶合金驅動對仿生魚進行了設計，但是，機器魚很難實現柔性的仿生運動。與其它輪式、履帶式、爬行式移動機器人相比，雙足機器人因能在復雜的非結構化環境中能行走，因而具有更高的靈活性和適應性。清華大學設計了動態步行雙足機器人THBIP-II，哈爾濱工程大學設計了雙足機器人HEUBR_1，但仿生程度都還有待提高。
我國對機器人同時定位與建圖（SLAM）研究取得了可喜的成果。具有代表性的是梁志偉等人采用基于分布式傳感器感知的方法，周武等人采用遺傳快速SLAM算法，張文玲等人采用自適應SLAM算法同時進行自身定位與環境地圖的創建。針對以往速度障礙法在動態避碰應用中的不足，朱齊丹等人采用雙障礙檢測窗口進行動態避碰規劃的改進，有效提高了機器人運動的安全性。伍明和牛長鋒等人對目標跟蹤方法進行了研究，分別提出了基于擴展卡爾曼濾波和基于SIFT特征和粒子濾波的方法，都適用于未知環境中動態目標的跟蹤問題。
經過30多年的發展，我國工業機器人數量也達到了一定的規模，機器人的研究在一些方面也已經達到了世界先進水平，但與發達國家相比仍然有很大差距。不難發現的現實是：我國在工業機器人的研究方面采取的方法主要是借鑒外國的先進技術，然后再進行二次開發，這就造成了我國自身創新技術較少，制約了工業機器人產業化的發展。主要表現在：基礎零部件制造能力差；缺少自己的工業機器人品牌；認識還不夠到位，鼓勵工業機器人產業化發展的政策少。為打破國外對工業機器人的技術壟斷，我國必須從以下方面努力：以市場需求為導向，重點攻關一些具有核心競爭力的產品；國家應對發展工業機器人專門立項，解決工業機器人中的具有核心競爭力的關鍵技術，加速我國機器人邁向產業化的步伐；國家應該加大對工業機器人的宣傳力度，采取多種形式的優惠政策鼓勵企業研發、采購、應用、發展工業機器人，普及工業機器人在現代工業中的應用；以企業為主體，以產學研為重要的發展模式，密切關注社會對工業機器人的實際需求，快速推進工業機器人的研發、生產和銷售人才的建設。
4 工業機器人的研究趨勢
隨著工業機器人的應用范圍的擴大，建筑、農業、采礦、災難救援等非制造業行業、國防軍事領域、醫療領域、日常生活領域等對機器人的需求越來越大。因此，適合應用的更為智能的機器人技術必將成為未來的研究熱點。對機器人的研究趨勢如下：
1）機械電子結構的標準化、模塊化、微型化及具有可重構性；
2）新型傳感器和多傳感器融合技術；
3）伺服驅動技術的數字化、集成化及分散化；
4）新型智能技術，如虛擬技術；
5）控制技術的開放化、網絡化及PC化?！?/p>
參考文獻
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工業機器人范文4
隨著“中國制造2025”和大量扶持政策的推進，未來工業機器人產業發展動力十足。工業機器人的應用領域越來越廣泛，在制造業中大量代替人工是不可逆轉的潮流。受制于人口紅利弱化、人工成本高等因素，以東莞加工基地為代表的制造業將使用智能化、自動化生產設備視為轉型方向。如果說2015年是中國機器人產業發展的元年，那么，在2016年它可謂又獲得了另一個有力的支撐臂膀。這一年，《機器人產業發展規劃（2016～2020年）》帶著對“智能制造”的使命火熱出爐。
工業機器人與“中國制造2025”的這種天作之合，為處于焦灼中的中國制造業帶來了爬上國際產業鏈頂端的可能。
工業機器人產業爆發
有資料稱，我國工業機器人行業用10年的時間，走完了機器人強國日本20年的發展歷程，并于2013年躍居全球最大機器人增量市場。不久前，中投顧問了《2016～2020年中國工業機器人產業深度調研及投資前景預測報告（上下卷）》（以下簡稱“調研報告”），其中指出，工業機器人“四大家族”――瑞士ABB、日本發那科及安川電機、德國庫卡，它們的全球市場份額已從2013年的60%下降到了目前的約50%。這意味著國內工業機器人企業將面臨更多機會。
調研報告顯示，2015年我國國產機器人產值規模達到16.4億元，產值增速達55%。其中，中型負載、輕型負載的機器人增速比較快。2015年，我國工業機器人銷量為7.5萬臺，同比增長23.7%，增速較2014年同期略有放緩（見圖1）。中投顧問研究員認為，這反映出在歷經2012～2014年的首輪高增長后，國內機器人產業遇到階段性瓶頸，需要短期去庫存。
從工業機器人的密度來看，中國制造業工業機器人密度仍然很低。工信部提出，2020年中國機器人密度達到每萬名產業工人100臺。而現有的工業機器人總量遠遠達不到這種要求（見圖2），目前至少還需要110萬臺機器人才能彌補巨大的市場缺口。
中投顧問調研報告認為，我國機器人產業開始跨入全面普及期，并呈現4個特點：產業高速發展，隨著市場培育完成和下游需求激活，仍將保持年均25%以上的高增速；形成了完整的產業規劃體系，行業發展由政策導向開始轉向市場導向；已初步形成完整的機器人產業鏈，并出現與下游需求相匹配的產業集群；由量的增長開始轉變為質的增長，未來2～3年內是產業整合和洗牌期。
下游制造業對機器人的需求被激活
2015年5月，國務院了《中國制造2025》規劃，其中提出：圍繞汽車、機械、電子、化工和輕工等工業機器人、特種機器人，以及醫療健康、家庭服務和教育娛樂等服務機器人應用需求，積極研發新產品，擴大市場應用；2020年、2025年和2030年工業機器人銷量目標分別是15萬臺、26萬臺和40萬臺。未來將大規模在制造業中使用機器人，由機器人代替人工。這樣的政策支持，一方面刺激工業機器人產業爆發式增長，另一方面，引導制造業向“智能制造”轉型。
中投顧問研究認為，在補貼刺激下，工業機器人市場將迅速拓展，下游制造業用戶對機器人的理解和需求被激活。2015年，國產機器人進入了33個工業領域，其中在黑色金屬冶煉和壓延工業、教育、橡膠和塑料制品業、醫藥制造業、專用設備制造業、家具制造、3C、服裝和服飾業及飲料和精制茶制造業中的應用增速較快。
事實上，自2013年起，我國就已成為全球第一大工業機器人應用市場，機器人密度也不斷增加。如今，制造業正掀起一股“機器換人”的熱潮。
說到工業機器人在制造業領域的應用，東莞常常被拿來作為案例。而其中不得不提的是，東莞政府對機器人產業不遺余力的支持。2016年1月，東莞市出臺了被業內稱為“1號文”的《關于大力發展機器人智能裝備產業，打造有全球影響力的先進制造基地的意見》。其中提到，到2018年年底，東莞80%的工業企業要實現“機器換人”。也就是說，未來3年內，大批工業機器人將進入這個老牌制造業基地的廠房。
工業機器人范文5
工業和信息化部國際經濟技術合作中心電子商務研究所所長
新一代信息通信技術的發展，催生了移動互聯網、大數據、云計算和工業可編程控制器的創新和應用，推動了制造業生產方式和發展模式的深刻變革。德國“工業4.0”戰略，旨在通過深度應用信息技術和網絡物理系統等技術手段，推動制造業向智能化轉型。
伴隨德國工業4.0 時代的到來，一方面生產制造領域的工業機器人將成為智能制造的主力軍，因為制造業才是機器人的主要應用領域。在生產過程自動化中，工廠大量采用了機器人，比如汽車、電子制造產業的大規模量產技術中就大量應用各種各樣的機器人；另一方面，Google、Facebook 等互聯網巨頭開始涉足機器人產業，這也將給機器人產業的發展環境帶來劇變。這些變化將使機器人更多地應用于大數據實現自律化，使機器人之間實現網絡化。物聯網時代也將真正隨之到來，機器人將不斷升級為下一代智能機器人。
目前，日本在機器人生產、應用、主要零部件供給、研究等方面在全世界處于遙遙領先的位置，依然保持著“機器人大國”地位。我國若想從核心零部件入手實現對日本等國的技術反超，實現難度較大，短期內難以形成規模，我國相關企業正面臨較大壓力。探索創新發展模式是目前我國工業機器人產業發展的有效途徑。
工業機器人范文6
【關鍵詞】工業機器人 非線性系統 滑?？刂?/p>
1 引言
隨著世界科技水平的不斷提高，工業機器人技術的強大生命力越來越顯著。它綜合人和機器特長，形成的一種智能化機械裝置。
機器人可重復編程、仿人操作、自動控制，并能在三維空間實現各種作用的多自由度定位裝置。由于很難精確得到機器人系統的運動模型，且其控制的實現也十分復雜，如何對存在不確定性的機器人系統實現有效地控制，成為當前機器人技術的研究熱點。
目前，機器人控制問題面臨的主要問題就是機器人動力學模型的復雜性和系統自身具有的不確定性。
2 機器人的控制問題概述
2.1 機器人控制系統構成
機器人系統主要由三大部分組成：執行部分、檢測部分和控制系統，主要構成如圖1所示，機器人的執行部分主要有機械臂、手腕和手指以及它們的執行機構等具有運動機能的部分；檢測部分是指獲取被控對象、機器人自身動態信息和周圍工作環境信息的各類傳感器；控制系統作為機器人系統的核心，是根據檢測部分的反饋信息，經過一定的控制算法處理，來控制執行機構完成期望的操作而發出命令的部分。
機器人是一種強耦合、高度非線性且含有極大不確定性的復雜系統，對機器人實現成功控制的難度非常大，通常機器人控制技術的優良好壞直接影響到機器人系統的先進與否及其功能的強弱，因此，控制系統的設計是體現機器人技術水平高低的重要環節。
2.2 機器人的主要控制方法研究現狀
針對具有建模誤差和外界干擾的機器人控制問題，機器人的主要控制方法主要有：
2.2.1 傳統控制
機器人控制問題中一般采用的傳統控制方法有PID控制、前饋控制和計算力矩等，這些方法大都設計簡單且易于實現。傳統的控制方法發展比較成型，在實際應用中也占據了重要地位。
2.2.2 現代控制
該方法的控制算法主要以魯棒控制和滑模變結構控制為代表。魯棒控制是一種能夠保證不確定系統的穩定性且達到滿意控制效果的控制方法。滑?？刂剖且环N特殊的非線性控制，其基本思想為在誤差系統的狀態空間里，找一個超平面，且使超平面里的所有狀態軌跡最終都收斂于零。
2.2.3 智能控制
智能控制方面，目前比較流行的方法主要有自適應控制、神經網絡控制、模糊控制、遺傳算法控制等。
上述三種控制方法，優勢顯著，但在機器人系統的控制問題中，多與其他控制方法相結合，優勢互補，從而出現了一些混合的控制方法。
3 滑模變結構控制概述
變結構控制最初是由前蘇聯學者Emeleyano等人于20世紀50年代提出，當時主要研究的是二階線性系統和單輸入高階系統。隨后許多學者也提出了多種變結構控制的設計方案。
3.1 滑模控制的主要特點
滑模變結構控制歷經60余年的發展后成為了一個相對獨立的研究分支，并成為自動控制系統中一種常用的設計方法?？偟膩碚f，滑?？刂浦饕幸韵绿攸c：
（1）算法簡單，控制器響應速度較快，較容易實現。它適用于多種控制系統，如線性與非線性系統、連續與離散系統等各種控制系統。
（2）變結構控制本質上是將一個高階系統分解成兩個低階系統。這兩個子系統各自擁有獨特的性質。這樣，滑動模態運動方程就可以從原系統中解耦出來，形成獨立的動力學系統，并與控制無關；而對于另一個子系統，不需要求解微分方程組，只需根據到達條件就能確定其控制量。
（3）變結構控制的滑動模態對系統的干擾和攝動，具有完全自適應性。在變結構控制中，系統中的攝動對滑動模態不產生絲毫影響，這樣，一些復雜系統的鎮定問題就得到了解決。
（4）滑?？刂葡到y可以在確保穩定性的同時還具有快速響應的特性。
變結構控制理論的出現，顛覆了經典線性控制系統中的性能限制，很好的解決了動靜態性能指標之間的矛盾。
3.2 滑?？刂葡到y的抖振問題及其原因
從理論上來說，滑?？刂葡到y的魯棒性會比一般普通的連續系統強。但是，滑?？刂票举|上的不連續開關特性以及慣性等因素的存在，運動點不是馬上停留在滑模面上，而是進行快速反偷拇┰皆碩，從而導致系統發生抖振。因此，實際系統中，抖振現象是必然存在的，它也進而成為滑?？刂葡到y在實際系統中應用的明顯障礙。抖振現象產生的原因主要有時間滯后開關、空間滯后開關、系統慣性等。
綜上所述，在實際的控制系統中，抖振現象可以看作是在光滑的滑模面s=0上，疊加了一種持續運動的波形軌跡。抖振現象不僅影響控制的精確度，還會增加能量的消耗，而且易使系統的某些性能遭到破壞，甚至導致系統發生振蕩或失穩，對系統的部件造成一定損壞。所以，削弱或消除抖振，是我們研究滑模變結構控制的關鍵問題。
4 結論
本文針對當前廣泛應用的工業機器人系統的特點，考慮到其系統的復雜性，難以得到精確的數學模型的問題，在研究其系統構成、主要控制方法的基礎上，提出并分析了一種當前備受關注的滑?？刂品椒?，并指出該系統具有的抖振問題及其原因。
參考文獻
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