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工业机器人市场调研报告
江苏省交通技师学院 电气信息系 张xx
一、我国工业机器人发展历程与现状
机器人是人类二十世纪的一项重要发明。1959年美国的英伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，之后，世界各国都在争相开展机器人研究，机器人的的功能和应用领域一直在不断地拓展。
我国机器人的研起步究较晚。先后经历了二十世纪70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的实用化期。1972年，中国科学院沈阳自动化所开始了机器人的研究工作。1977年，南开大学机器人与信息自动化研究所研制出我国第一台用于生物试验的微操作机器人系统。1985年12月12日，我国第一台重达2000公斤的水下机器人“海人一号”在辽宁旅顺港下潜60米，首潜成功，开创了机器人研制的新纪元。随后，我国研制的机器人相继问世：中国科学院沈阳自动化所研制成功了体重36公斤，身高1米的缆浮游作业轻型“金鱼二号”水下机器人；中科院长春光机所发明的“四足遥控仿生载重步行机器人”，在1986年中国第二届发明展览会上获金牌奖；1987年又获第15届日内瓦国际发明与新技术展览会银牌奖。
中国机器人示范工程中心从1987年开始，先后制造了三台“水下机器人”，它们分别是：（1）1987年3月制造的身高4.7米，体重1200公斤的“老大瑞康四号机器人”；（2）1989年6月制造的“老三水下机器人”；（3）1990年9月制造的“老二中型机器人”。
1988年初，中国船舶总公司702所，研制成功了身高3.1米，体重650公斤的载人式“水下机器人”；1988年2月，国防科技大学研制成功六关节平面运动型“两足步行机器人”。
1994年10月，中科院沈阳自动化所研制成功的我国第一台无缆水下机器人“探索者号”长4.4米，宽0.8米，高1.5米，载体重2.2吨，最大潜水深度为1000米。它的研制成功，标志着我国水下机器人技术已走向成熟。
1995年5月，我国第一台高性能精密装配智能型机器人“精密一号”在上海交通大学诞生，它的诞生标志着我国已具有开发第二代工业机器人的技术水平。
1997年中科院沈阳自动化所研制成功的“6000米无缆自治水下机器人”，是我国863计划中的重中之重项目，获得2000年国家十大科技成果奖。2005年4月，中科院沈阳自动化所又研制成功星球探测机器人。2006年，我国又研制成功世界最大潜深载人潜水器“海极一号”，7000米的工作潜深，可以达到世界99.8%的海底，比世界上另外5台同类产品深500米。
经过30多年的发展，我国机器人的研究，有了长足的发展，有的方面已经达到了世界先进水平。但与先进的国家相比，还有恨大距离，从总体上来看，我国机器人研究仍然任重道远。
产业化不足——我国工业机器人之弊端
20世纪90年代末，我国建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地。产业化基地的建设给产业化带来了希望，为发展我国机器人产业奠定了基础。目前，我国已经能够生产具有国际先进水平的平面关节型装配机器人、直角坐标机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运码垛机器人等一系列产品，不少品种已经实现了小批量生产。
“机器人产业化已呈星火燎原之势！”
尽管如此，我国工业机器人产业化却存在着巨大的问题。除了众多历史原因造成制造业水平低下的原因外，更多的是对工业机器人产业的认识和定位上存在着不同的观点。
首先，我国基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了一定的基础，但是无论从质量、产品系列全面，还是批量化供给方面都与国外存在较大的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显，因此造成关键零部件的进口，影响了我国机器人的价格竞争力。
第二，中国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有一批企业从事机器人的开发，但是都没有形成较大的规模，缺乏市场的品牌认知度，在机器人市场方面一直面临国外机器人品牌的打压。国外机器人作为成熟的产业采用整机降价，吸引国内企业购买，而在后续的维护备件费用很高的策略，逐步占领中国市场。
第三，国家认识不到位，在鼓励工业机器人产品方面的政策少。工业机器人的制造及应用水平，代表了一个国家的制造业水平，我们必须从国家高度认识发展中国工业机器人产业的重要性，这是我国从制造大国向制造强国转变的重要手段和途径。
据了解，日本战后对机器人采取的一系列相关政策，极大地推动了机器人产业的发展，目前，日本已是世界上工业机器人的第一生产大国。工业机器人作为高新技术产品，应该比照新能源中的电动汽车，出台相应的扶植政策。
李教授说：“如今，已经有一批机器人企业根据市场需求，自行研制或与科研院所合作，进行机器人产业化开发。可以预见，我国的工业机器人产业不久后将会作为一种在国民经济中占据重要地位的产业而存在。”
奇瑞已经制定了2010年年产100台焊接机器人产业化目标。
政策扶持——我国工业机器人之推进剂
李教授指出，中国机器人产业化正处于关键的转折点，如果政府的扶植力度再向前推进一步，中国的机器人产业将会越过目前的“临界期”，跨上一个新的台阶，进入快速发展阶段。
同时，如何适应快速变化的国内外市场需求，如何以高质量、低成本和快速反应的手段在市场中取得生存和发展，已是我国企业不容回避的问题。这些问题为我国工业机器人提供了不同的市场需求，促进我国工业机器人的应用市场日趋成熟。
二、我国工业机器人研发历程与现状
刚才谈到了日本在20世纪60年代和美国都在开始进行机器人的研究，由于我们国家存在很多其他的各种因素、问题。我们国家在机器人的研究，在20世纪70年代后期，当时我们在国家北京举办一个日本的工业自动化产品展览会，在这个会上有两个产品，一个是数控机床，一个是工业机器人，这个时候，我们国家的许多学者，看到了这样一个方向，开始进行了机器人的研究，但是这时候研究，基本上还局限于理论的探讨阶段，那么真正进行机器人研究的时候，是在七五、八五、九五、十五将近这二十年的发展，发展最迅速的时候，是在1986年我们国家成立了863计划是高技术发展计划，就将机器人技术作为一个重要的发展的主题，国家投入将近几个亿的资金开始进行了机器人研究，使得我们国家在机器人这一领域得到很快地、迅速地发展。
目前主要单位像中科院沈阳自动化所，原机械部的北京自动化所，像哈尔滨工业大学，北京航空航天大学，清华大学，还包括中科院北京自动化所等等的一些单位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前这几年来看，我们国家在高校里边，有很多单位从事机器人研究，很多研究生和博士生都在从事机器人方面的研究，目前我们国家比较有代表性的研究，有工业机器人，水下机器人，空间机器人，核工业的机器人，都在国际上应该处于领先水平，总体上我们国家与发达国家相比，还存在很大的差距，主要表现在，我们国家在机器人的产业化方面，目前还没有固定的成熟的产品，但是在上述这些水下、空间、核工业，一些特殊机器人方面，我们取得了很多有特色的研究成就。
三、我国工业机器人主要应用领域分析
目前，工业机器人已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领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。
图1 国内各主要行业对工业机器人需求比例
汽车制造业是工业机器人最大的应用领域，对工业机器人发展的带动作用最强。在工业机器人全部的需求中，汽车行业的占比普遍在20%以上。
中国汽车市场经过几年快速增长以后，快速发展趋势、速度、效益、质量都超过了我们的预期。根据中国汽车工业协会公布的统计数据表明2012年1-9月份我国汽车累计产销1409.23万辆。
除了汽车行业，对机器人的需要大大提高的是电子行业。在亚洲应用在电子行业的工业机器人，占了总数的30％以上，是工业机器人的最大用户，这与全球范围内汽车工业是工业机器人的最大用户有所不同。
2012年1-6月，电子工业生产保持较快增长，增速比上年同期加快。电子元、器件生产加快增长，通信设备、电子计算机增速继续放缓。1-6月，电子工业累计完成工业总产值（现价）17372亿元，同比增长17.1%，增速比上年同期回落10个百分点，比上月加快1.3个百分点。工业增加值增长16.5%，增速比上年同期回落9.2个百分点，比上月加快1.2个百分点。其中，电子计算机、通讯设备、电子元件、电子器件等产品产值保持两位数增长。产销率为96.75%，比上年同期降低0.68个百分点，处于近年来较低水平。
工业机器人还广泛应用于金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业和食品工业等领域。
除传统制造业如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域，工业机器人同时也已开始扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服务业领域中。如，水下机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、擦玻璃机器人、高压线作业机器人、服装裁剪机器人、制衣机器人、管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人、作战机器人、侦察机器人、哨兵机器人、排雷机器人、布雷机器人等军用机器人都广泛应用于各行各业。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场将繁荣兴旺。
四、国内工业机器人市场销售情况
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。
它的出现是为了适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人工作业。
发达国家的使用经验表明: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。
目前，我国进口的工业机器人主要来自日本，2004年日本对华出口的机器人占我国进口的工业机器人的一半，其他如欧洲品牌机器人，如ABB、KUKA、COMAU，占据市场的另一半。
2005年，我国工业机器人拥有量达到7000台，年销增长到28.7亿元。近年来，随着我国经济快速增长，特别是汽车业的高速发展，每年新增工业机器人的台数和总量都在快速增长。2006年，我国工业机器人新安装台数达5770台、2007年为6581台，2008年则达到7500台。截止2008年年末，我国已有工业机器人31400台。
随着我国从劳动密集型向现代化制造业方向发展，虽然机器人保有量达到一定的规模，但与发达国家相比仍然有不少差距。
仅从汽车工业每百万名生产工人占有的机器人来讲，（日本1710台、意大利1600台、美国770台、英国610台、瑞典630台，而我国还不到90台），中国仍然是世界上相对比较落后的国家。面对中国这样庞大的市场，每一个机器人供应商都有着非常大的用武之地。
五、国内工业机器人市场特征分析
我国机器人市场的九大特点
一、市场需求增长速度快：有关专家预测，我国机器人到2010年拥有量为17300台，年销售额为93.1亿元。根据发达国家产业发展与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势，机器人的需求每年将以40%的速度增长，到2015年我国机器人市场的容量约达十几万台套。
二、从事机器人研发和制造的单位多：目前我国从事机器人研究与制造的技术力量相对分散，企业生产规模小，产品质量不稳定，没有形成一个研发中心、产业集群、规模企业与知名品牌。我国的工业机器人从20世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，目前，我国从事机器人研发和制造的单位200多家。由于人事管理体制的束缚，机器人研发的技术力量相对分散，难以形成合力。由于技术、市场、政策等多方面的不确定性，企业也不愿投入巨资，进行机器人的规模化生产。
三、机器人市场容量大：据预测，目前我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源电池行业等，年需求机器人自动化生产线装备线就达300多条，产值约为60多亿元，这些自动化生产线需要配套大量的工业机器人。
四、使用机器人的工种、行业、地区、企业相对集中：就使用的工种而言，弧焊、点焊、装配、喷涂机器人应用的最多；其次是搬运、上下料（冲压、压铸、铸锻、注塑等用的大多是上下料机器人）；就使用的行业而言，大机械行业（机械制造和汽车工业）占用户的65％，电子电器和邮电通讯占用户的13％，工业机器人主要应用在汽车、机械制造等行业；就使用的地区而言，我国工业机器人的使用主要集中在广东、江苏、上海、北京等地,拥有量占全国的一半以上；就使用的企业而言，外商独资企业、中外合资企业和大型国有企业是工业机器人的主要客户。
五、国家支持机器人产业力度有待加强：目前，国家对于机器人研发的资金援助与政策支持不够强。机器人充分体现了人和机器的各自优长，它比传统机器具有更大的灵活性和更广泛的应用范围，机器人的出现和应用是人类生产和社会进步的需要，是科学技术发展和生产工具进化的必然。在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后而出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具。
机器人及其自动化成套装备已成为目前国内外极受重视的高新技术应用领域，它是先进制造装备的典型代表，是发展先进制造技术实现生产线的数字化、网络化和智能化的重要手段。机器人及其成套设备的应用将使现代制造业产生变革，对改变传统生产模式，全面提升企业的综合竞争力具有重大作用。机器人及其自动化成套装备的拥有量和水平，是衡量一个国家制造综合实力的重要标志之一。因此，国家重视并加大对机器人研发的支持力度是必然趋势。
六、机器人进口比例高：目前我国所拥有的机器人，国产占20％，其余都是从日本、美国、瑞典等40多个国家引进的。现在工业生产所用的机器人大多数是在生产线上使用，组成机器人化的生产系统，单台机器人很少使用。由于我国还不能自主设计和生产先进的大型自动化成套装备，更形不成整体配套能力，目前的状况是几乎全部依赖于进口，被国外公司所垄断，因此与大型自动化成套设备配套的工业机器人也就大部分从国外（特别是日本）进口。国外机器人产品不仅价格昂贵，而且使用效果不理想，这为我们自主生产机器人，满足国内市场需求，发展中国机器人及其自动化成套装备产业提供了良好的机遇。
七、进口机器人“水土不服”严重：在我国花大量外汇引进的“洋”机器人自动化生产设备中，问题较大的占33％，而根本不能用的竟然高达16％，“洋”机器人自动化生产线在我国 “水土不服” 严重，主要原因是国外系统不适合中国企业的工艺现状；国内人员素质较低，培训跟不上；系统选型不合理，配臵不当；缺乏足够的售前、售中和售后服务。
八、独立知识产权缺乏。我国虽然在机器人某些关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人则很少,不能生产高精密、高速与高效的关键部件。
九、机器人产业化步伐缓慢：我国机器人研究和制造的单位多，还没有一家大规模进行机器人生产的企业，致使我国工业机器人长期大量依赖进口，仅1992年至1995年（调查统计68家用户）的３年时间，我国就从国外进口工业机器人566台、机器人自动化生产线11条，耗资1.5亿美元。
六、我国工业机器人市场需求
长期以来，由于我国人口众多、劳动力价格低廉、生产技术水平又相对落后，工业机器人的应用受到了很大限制。但是，随着工业机器人价格的不断降低和性能的不断提高，劳动力成本不断上升，尤其是汽车业的快速发展，我国工业机器人应用情况将发生质的变化。
国家863机器人技术主题自成立以来一直重视机器人技术在产业中的推广和应用,长期以来推进机器人技术以提升传统产业,利用机器人技术发展高新产业。目前,政府正在使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额,并提供优惠措施鼓励更多企业使用机器人及技术以提升技术水平。国内越来越多的企业在生产中采用了工业机器人,各种机器人生产厂家的销售量都有大幅度的提高。根据我国海关统计,最近4年来许多企业在华的销售量甚至是前面十几年销售量的几倍,年平均增长率超过40%。2001年我国工业机器人海关进出口数量不过是3774台,国内生产数量约700台左右。2004年市场规模已经增长到万台左右,数量和金额相对于2001年都增长了两倍。2004年国产工业机器人数量突破了1400台,产值突破8亿元人民币。进口机器人数量超过9000台,其中多功能机器人约1700台,简易机器人7500台,进口额约25亿美元。德国CLOOS公司在华焊接机器人销售量2000年以前为47台,2000年以后已经突破121台,销售量翻了近3倍。可以预见,中国的工业机器人产业不久后将会作为一种在国民经济中占据重要地位的产业而存在。
据统计，“九〃五”期间，我国工业机器人的需求量以每年30％以上的速度快速增长。至2000年时，我国工业机器人的拥有量已达3500台左右，主要包括点焊、弧焊、喷漆、注塑、装配、搬运、冲压等各类机器人，销售额为6．7亿元。2005年时拥有量达到7OOO台，年销售额增长至28．7亿元。近几年来，随着经济的快速增长，特别是汽车业的高速发展，我国每年新增的工业机器人台数以及总安装量都在快速增长。例如，2006年我国工业机器人新安装台数为5770台，2007年为6581台，2008年为7900台，2009年为5000台，截至2009年末，我国工业机器人安装量为36800台。根据国际机器人联合会和美国国家机器人协会最新推测数据数据，2012年我国工业机器人年安装台数将达10000，届时安装量将达60400台。
从工业机器人密度（汽车制造业中，每万名生产工人占有的机器人数量）分析，我国的汽车市场远未饱和。从汽车工业协会会2008年11月提供的具体数据看，日本和意大利分别达到1710和1600，德国为1180，法国1120台，西班牙950台，美国770台，英国610台，瑞典630台，我国还不到90台(08年我国汽车从业工人约为356万)，即使我国达到600台的密度，则拥有213600台的市场潜力。
归纳起来，国内工业机器人市场具有如下特征： 一是国内汽车业的高速发展有力促进了工业机器人市场的发展，自2000年，我国汽车行业进入高速增长期，作为自动化程度高、技术资金密集型产业，汽车行业的增产扩能拉动了工业机器人的需求。
二是沿海经济发达地区是工业机器人的主要市场。我国工业机器人的使用主要集中在广东、江苏、上海、北京等地，其工业机器人拥有量占全国一半以上。
三是外商独资企业、中外合资企业是目前工业机器人的主要用户。外商独资或中外合资企业自动化程度一般比较高，也导致工业机器人的需求量较大。
四是国内一些现代化水平比较高的企业开始越来越多地应用工业机器人。国内一些汽车厂家如奇瑞等为了提高产品竞争力，开始较多地应用工业机器人，军工企业特别是坦克装甲车等开始应用焊接机器人，特种船舶，如液化石油气运输船舶也开始采用焊接机器人，焊接速度和焊接质量得到明显提高。
五是劳动力成本的不断提高促使工业机器人不断进入企业。随着经济的发展，制造业工人从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出更高要求，像焊接、喷涂等恶劣工作条件的岗位将会被机器人代替。
六是我国日益增长的工业机器人市场以及巨大的市场潜力吸引世界著名机器人生产厂家的目光。目前，我国进口的工业机器人主要来自日本，2004年日本对华出口金额占我国进口工业机器人金额的一半。中国是ABB在全球的第一大市场和意大利机器人的第一大进口国。
七、国外工业机器人发展模式
日本模式：各司其职，分层面完成交钥匙工程，即政府制定相应政策，机器人制造厂商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标，由其子公司或社会工程公司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统。
欧洲模式：一揽子交钥匙工程，即机器人的生产和用户所需要的系统设计制造全部由机器人制造厂商自己完成。
美国模式：采购与成套设计相结合。美国国内基本不生产普通工业机器人，企业需要的机器人通常由工程公司进口，再自行设计制造配套的外围设备，完成交钥匙工程。
中国工程院在2003年12月完成并公开的《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究总结报告》指出，我国应从“美国模式”着手，在条件成熟后逐步向“日本模式”靠拢，同时欧洲的经验也值得我们学习。
八、工业机器人产业化的几个条件
工业机器人是先进制造业中不可替代的重要装备和手段，是衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。我国已经是世界公认的制造业大国，但随着劳动力成本的不断提高，经济发展模式必须进行调整，生产自动化、发展高科技产业已经成为必由之路。
一是国家政策支持，是加速高新技术产业化的重要前提，机器人属于国家战略性高技术，是多项前沿技术和综合实力的体现，国家应该制定长远政策加以规划和发展。国家在资金、税收等各个方面给予一定的优惠政策，把机器人产业发展纳入到重要产业政策中，鼓励企业采用国产机器人。
二是推动产学研联盟建设，形成强大的研究，开发和应用队伍。工业机器人涉及机械、自动化、计算机、人工智能等诸多学科，只有将国内所有力量组织起来，群策群力，才能将技术研究搞上去，并与国外大公司进行竞争。
三是尽快改变关键元器件主要依赖进口的局面。成本和整体解决方案己成为企业选择工业机器人的首要因素，成本居高不下是制约国产机器人进一步发展的关键因素之一，除了受到批量较小影响外，国产机器人发展主要受到关键元器件价格的制约。
四是除了努力提高工业机器人性能外，我国还要大力加强大型、专业应用工程软件开发工作。在工业机器人作业系统中，周边装备和控制单元占总成本的80％，这些装臵的研发与集成决定着整个作业系统的开发周期，其技术性能直接影响系统的生产效率和产品质量，机器人作业系统开发已成为制约工业机器人推广应用的关键因素之一。
五是努力进入汽车领域，并积极开拓新的应用市场。汽车业是工业机器人应用太户，我国将汽车业作为支柱产业加以发展，虽然国外工业机器人厂家在此领域具有较明显优势，但仍可以避实就虚，在众多中小企业中大显身手。
六是加强人才队伍建设。给高技术人才创造发挥聪明才智的长效机制，吸引人才，培养人才，留住人才，高新技术企业的竞争是人才的竞争，没有人才，何谈发展。
七是机器人知识的普及程度对机器人产业化的进程起着很大的制约作用，因此，要进一步加大工业机器人宣传力度。
第二篇：工业机器人调研报告
调研报告
一、本课题的来源及意义
本课题研究的是直角坐标电力控制机械手升降、伸缩部分的设计。机械手是机器人的一个重要组成部分，它是随着机器人技术和传感器技术的不断成熟而不断发展的。而机器人在现代生产中应用日益广泛，作用越来越重要，工业机械手尤其如此，因此设计实用高效的机械手对于机械设计者来说是个富有意义和挑战的课题。
通常机械手由多自由度机械臂和末端夹持器组成。机械手通过多自由度机械臂的姿态调整和末端夹持器的动作完成操作任务。球坐标机械手突出特点是具有较强的机动性、灵活性，机构承载能力强，具有较好的通用性，重复定位精度高，动作速度快，能够成功的应用于包装、上下料以及工业生产等广泛领域；而电力控制中步进电机可直接实现数字控制，控制结构简单，控制性能好，通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制，位置误差不会累积；在机器人中，机械手起着连接和承受外力的作用，机械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其结构、工作范围、灵活性以及抓重大小、定位精度等对机械手性能影响很大。综上所述，设计球坐标步进电机驱动的机械手是个很有意义的课题。
二、国内外发展状况
专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的年代。通用机械手的应用和发展又促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用了一些电子技术、电视技术、通信技术、计算技术无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视。几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断修改，品种在不断增加，应用领域也在不断扩大。
早在20世纪40年代，随着原子能工业的发展，以出现了模拟关节式的第一代机械手。50~60年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。
1968～1970年，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，使第二代机械手这一新技术进入了应用阶段，70年代机械手可以说是处于技术发展阶段。
80年代以来，国际机械手的发展速度平均保持在25%～30%的年增长率（其中1986、1987、1993、1994年略低，无增长）。如此高的增长率有其深刻的社
会背景。首先，60年代末70年代初，由于世界石油价格的冲击，国际竞争加剧，产品更新换代的速度也越来越快，致使30年代～50年代逐步建立起来的单一产品的大规模生产流水线上遇上了在改变产品品种是，原有的单一产品专用生产装置改变的困难（时间、投资、停产等）以及如何实现多品种、中小批量或混流生产的自动化难题。为此，“柔性生产”的概念及其试验性的设计就诞生了。这些因素都促进了机械手的高速发展。
我国机械手起步较晚,经过30多年的发展。我国机器手的研究，有了长足的发展，有的方面已达到了世界先进水平。但与先进的国家相比，还有很大距离，从总体上看，我国机器手的研究仍然任重道远。
三、本课题研究目标和内容 本文研究的直角坐标电液控制机械手升降伸缩部分的设计，包括机械结构方案的确定，电动机控制系统的确定（设计选型和校核），编制PLC梯形图，绘制I/O端子接线图，控制系统原理图，驱动电路原理图，升降及伸缩机构零件图和装配图。（任务量为3张零号图纸）目标是希望通过本课题，能巩固和加强专业基本理论知识，理解机械手的功能、组成及工作原理，研究步进电机的性能，熟悉以PLC为核心的编程与控制装置应具备的基本功能，掌握整个机电一体会系统的设计思想和具体方法；同时训练专业基本技能，提高自己查阅资料，独立分析问题和解决问题的能力，为以后深造研究打下良好基础。
四、本课题研究的方法和手段 研究方法：主要是搜索相关文献，包括图书馆电子资源CNKI学术网络总库，Springer link电子期刊，专业图书上课笔记，以及机器人等期刊，网上的豆丁网以及百度文库中的许多论文和专利；通过对已有产品的分析，对信息进行分类和整理，作为依据，确定在我的机械手设计中相应的参数，并对其进行改进和提高。研究手段：首先是前期准备，收集相关资料，查阅中外文献，请教老师和同学；同时学习使用AutoCAD软件。然后进行机械手的总体设计包括机械手俯仰伸缩机械结构方案的确定，机械传动部分的结构，继而进行电力驱动部分选型和计算，分析工艺流程，绘制PLC的端子接线图和控制图，最后编写论文。努力在老师的指导下，定期完成工作任务。
五、本课题可行性分析和已具备的实验条件
已具备的条件：
我国的机器人研究始于70年代。经过近20年努力，特别是经过“七11.”攻关、“ 863”计划，取得了一批重要成果，已经系统掌握了机器人控制系统硬件设计、软件设计、机器人语言等技术。就全国来说，目前我国机器人研究开发工作做得较好的地区是:以中科院沈阳自动化研究所为首的东北地区机器人工程中心，以机电部广州机床所为龙头的华南地区的机器人工程中心。而各工程中心_L作的侧重点又有所不同:东北地区以特种机器人、水下机器人开发为L,华北地区以喷漆Y1lt人、焊接机器人开发为主，华东地区以搬运机器人、装配机器人、移动机器人开发为主。
我国的高等院校，如长沙国防科技大学、上海交通大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等在步行机器人、精密装配机器人及7自由度机器人研制等前沿领域内也做出了可喜的成绩，有了相当的基础。
通过调研，我知道直角坐标型机器人能够在空间中的任意两点距离中移动，所以能够抓取离地面较高，或者中间有障碍的工件，其位置精度高，位置误差与臂长成正比等。为了在X轴和Y轴的自由移动，可以滚珠丝杠与螺母相连接完成旋转便直线的运动，通过行星齿轮减速机可以使机器人运转更稳使控制更精确。通过交流伺服电机的闭环反馈能达到相当高的精度要求。
该机械手的基本技术参数如下： 水平横梁：3500mm,50mm/s 竖直大臂：1500mm,50mm/s 负载重量：200Kg；
驱动方式：交流伺服电机驱动 样式如图1-1
图1-1 直角坐标机械手
六、进度安排
第一周：获得设计题目，制定毕业设计进度计划；查阅相关资料；着手进行外文
翻译。
第二周：通过实地调查研究和查阅相关资料，完成实习（调研）报告；完成外文翻译，并对其进行完善。
第三周：对机械手相关知识，软件进行学习和准备工作。第四周：选定传动机构，确定机械手整体机械结构部分。第五周：计算选定结构的参数和精度，并着手画AutoCAD图。第六周：确定具体的细节结构，着手画装配图。
第七周：对相关的电机进行选型，查阅在实际中能买到的型号。第八周：对机械部分进行计算校核。第九周：PLC选型。
第十周：对机械手控制部分，分析动作顺利，画梯形图。第十一周：对控制部分进行整理。第十二周：编写设计计算说明书1份。
第十三周：整理毕业设计材料，对其进行完善、补充；准备毕业设计答辩。第十四周：进行毕业设计答辩。
七、主要参考文献
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第三篇：调研报告(工业机器人)
大连交通大学信息工程学院2011届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告
调研报告工业机器人的概念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。工业机器人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。它可以接受人类指挥，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。工业机器人展现状与前景展望 2.1工业机器人的发展简史
1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。它是最早的工业机器人设想。
20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如图0.2所示，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。
1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1959年第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。
2.2工业机器人的特点
戴沃尔提出的工业机器人有以下特点:将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的连杆机构联接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人还可以接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现”。
1962年美国推出的一些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形主要由类似人的手和臂组成。后来，出现了具有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。
当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。目前，对全球机器人技术的发展最有影响的国家是美国和日本。美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位。
2.3工业机器人的构造与分类工业机器人由主体、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。
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。点位型只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。
示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。
具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。
2.3.1 点焊机器人
焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点，焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了点焊作业的生产率。
点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作，生产过程由各大汽车主机厂负责完成。国际工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期合作关系，向各大型汽车
生产企业提供各类点焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产线配套形式进入中国，在该领域占据市场主导地位。
随着汽车工业的发展，焊接生产线要求焊钳一体化，重量越来越大，165公斤点焊机器人是目前汽车焊接中最常用的一种机器人。2008年9月，机器人研究所研制完成国内首台165公斤级点焊机器人，并成功应用于奇瑞汽车焊接车间。2009年9月，经过优化和性能提升的第二台机器人完成并顺利通过验收，该机器人整体技术指标已经达到国外同类机器人水平。
2.3.2弧焊机器人
弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。在该领域，国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。本公司主要从事弧焊机器人成套装备的生产，根据各类项目的不同需求，自行生产成套装备中的机器人单元产品，也可向大型工业机器人企业采购并组成各类弧焊机器人成套装备。在该领域，本公司与国际大型工业机器人生产企业既是竞争亦是合作关系。关键技术包括：
(1)弧焊机器人系统优化集成技术：弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和高速动态响应，并可实现免维护功能。
(2)协调控制技术：控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞。
(3)精确焊缝轨迹跟踪技术：结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。
2.3.3激光加工机器人
激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。本系统通过示教盒进行在线操作，也可通过离线方式进行编程。该系统通过对加工工件的自动检测，产生加工件的模型，继而生成加工曲线，也可以利用CAD数据直接加工。可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。
关键技术包括：
(1)激光加工机器人结构优化设计技术：采用大范围框架式本体结构，在增大作业范围的同时，保证机器人精度；
(2)机器人系统的误差补偿技术：针对一体化加工机器人工作空间大，精度高等要求，并结合其结构特点，采取非模型方法与基于模型方法相结合的混合机器人补偿方法，完成了几何参数误差和非几何参数误差的补偿。
(3)高精度机器人检测技术：将三坐标测量技术和机器人技术相结合，实现了机器人高精度在线测量。
(4)激光加工机器人专用语言实现技术：根据激光加工及机器人作业特点，完成激光加工机器人专用语言。
(5)网络通讯和离线编程技术：具有串口、CAN等网络通讯功能，实现对机器人生产线的监控和管理；并实现上位机对机器人的离线编程控制。
2.3.4真空机器人真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体工业中，实现晶圆在真空腔室内的传输。真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强，其成为制约了半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件。而且国外对中国买家严加审查，归属于禁运产品目录，真空机械手已成为严重制约我国半导体设备整机装备制造的“卡脖子”问题。直驱型真空机器人技术属于原始创新技术。
关键技术包括：
(1)真空机器人新构型设计技术：通过结构分析和优化设计，避开国际专利，设计新构型满足真空机器人对刚度和伸缩比的要求；
(2)大间隙真空直驱电机技术：涉及大间隙真空直接驱动电机和高洁净直驱电机开展电机理论分析、结构设计、制作工艺、电机材料表面处理、低速大转矩控制、小型多轴驱动器等方面。
(3)真空环境下的多轴精密轴系的设计。采用轴在轴中的设计方法，减小轴之间的不同心以及惯量不对称的问题。
(4)动态轨迹修正技术：通过传感器信息和机器人运动信息的融合，检测出晶圆与手指之间基准位置之间的偏移，通过动态修正运动轨迹，保证机器人准确地将晶圆从真空腔室中的一个工位传送到另一个工位。
(5)符合SEMI标准的真空机器人语言：根据真空机器人搬运要求、机器人作业特点及SEMI标准，完成真空机器人专用语言。
(6)可靠性系统工程技术：在IC制造中，设备故障会带来巨大的损失。根据半导体设备对MCBF的高要求，对各个部件的可靠性进行测试、评价和控制，提高机械手各个部件的可靠性，从而保证机械手满足IC制造的高要求。
2.3.5洁净机器人
洁净机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人。随着生产技术水平不断提高，其对生产环境的要求也日益苛刻，很多现代工业产品生产都要求在洁净环境进行，洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。
关键技术包括：
(1)洁净润滑技术：通过采用负压抑尘结构和非挥发性润滑脂，实现对环境无颗粒污染，满足洁净要求。
(2)高速平稳控制技术：通过轨迹优化和提高关节伺服性能，实现洁净搬运的平稳性。
(3)控制器的小型化技术：根据洁净室建造和运营成本高，通过控制器小型化技术减小洁净机器人的占用空间。
(4)晶圆检测技术：通过光学传感器，能够通过机器人的扫描，获得卡匣中晶圆有无缺片、倾斜等信息。
2.4工业机器人的应用
工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
2.5工业机器人的发展前景
在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流机器人发展前景及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。1990年10月，国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类：⑴顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系统；⑵沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业，如焊接。喷漆等；⑶远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人；⑷智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能。日本工业机器人产业早在上世纪90年代就已经普及了第一和第二类工业机器人，并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有：低成本技术、高速化技术、小型和轻量化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、网络化技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。根据日本政府2007年指定的一份计划，日本2050年工业机器人产业规模将达到1.4兆日元，拥有百万工业机器人。按照一个工业机器人等价于10个劳动力的标准，百万工业机器人相当于千万劳动力，是目前日本全部劳动人口的15%。我国工业机器人起步于70年代初，其发展过程大致可分为三个阶段：70年代的萌芽期；80年代的开发期；90年代的实用化期。而今经过20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术（产业化），必须具备5个要素即5M: Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有着“机器人王国”之称的日本相比，我国有着截然不同的基本国情，那就是人口多，劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以，我国工业机器人起步晚发展缓。但是正如前所述，广泛使用机器人是实现工业自动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人才，打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策，我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。
3结束语
工业机器人是机械科学技术的一个分支，它的发展需要机械及其他门类学科的发展来推动，它的发展也能推动工业系统的整体发展。它有其独特的优势与劣势，和其他技术一样，需要不断地设计应用修改和完善。
4参考文献
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第四篇：工业机器人开题报告
工业机器人开题报告
一、选题的目的和意义：
工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且可以保障人身安全，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。因此，研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组部分。
二、国内外研究综述：
20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。
我国工业机器人经过20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。
虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。
在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。
机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术（产业化），必须具备5个要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。广泛使用机器人是实现工业自动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人才，打开市场。
三、毕业设计（论文）所用的主要技术与方法：
在本次设计中，拟应用到的文献涉及机械原理机械设计类，机械绘图类，机械工程控制类，机械工程材料和力学以及工业机器人或工业机器人手臂相关的资料，在设计过程中这些材料可以首先帮我们从整体上了解与机器人手臂相关的技术以及现在国内外的发展趋势；其次，利用这些资料，可以在设计过程中进行合理的结构分析和设计方案的初步制定；最后，机器人手臂设计过程中的所需材料的选择，设计与校核计算，运动过程的控制以及其他的注意事项，都可以在相关文献资料中得到一些指导与帮助。
机器人本体由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。共有六个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆。机器人采用电动机驱动。这种驱动方式具有结构简单、易于控制、使用维修方便、不污染环境等优点，这也是现代机器人应用最多的驱动方式。为实现机器人灵活自由地移动，驱动系统使用了蓄电池供电。电动机可以选择步进电机或直流伺服电机。使用直流伺服电机能构成闭环控制，精度高，额定转速高，但价格较高，而步进电机驱动具有成本低，控制系统简单的优点。确定这种机器人的6 个关节都采用步进电驱动，开环控制。各部件组成和功能描述如下：(1)底座部件： 底座部件包括底座、回转部件、传动部件和步进电机等。底座部件固定在自动引导车（AGV）上，支持整个操作机，步进电机固定在底座上，一级同步带传动将运动传递到腰部回转轴，同时起到减速作用。2)腰部回转部件： 腰部回转部件包括腰部支架、回转轴、支架、谐波减速器和步进电机、制动器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回转运动。在腰部支上固定着驱动大臂俯仰和小臂俯仰的电机。(3)大臂部件：包括大臂和传动部件。(4)小臂部件：包括小臂、减速齿轮箱、传动部件、传动轴等，在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驱动手腕三个运动的步进电机(5)手腕部件：包括手腕壳体、传动齿轮和传动轴、机械接口等(6)末端执行器： 为抓取不同形状、不同材质的物体，末端执行器设计得开合范围比较大，为 0～100mm。考虑在指尖的平面上贴传器片，进行力的控制。
四、主要参考文献与资料获得情况：
[1].孟庆鑫、王晓东.《机器人技术基础》.哈尔滨工业大学出版社，2006.[2].董华梁、彭文生.《机械设计基础》.高等教育出版社，2007.[3].周伯英.《工业机械人设计》.机械工业出版社，1995 [4].郑堤、唐可洪.《机电一体化设计基础》.机械工业出版社，1997 [5].张铁、谢存禧.《机械人学》.华南理工大学出版社，2004 [6].曲兴华.《仪器制造技术》.机械工业出版社，2010 [7].柳晖.《互换性与技术测量基础》.华东理工大学出版社，2006 [8].沈鸿.《机械工程手册》.机械工业出版社，1983
五、毕业设计（论文）进度安排（按周说明）第5-6周 收集并整理相关资料
第7-8周 研究资料、编写开题报告
第9-10周 完成毕业设计论文的初稿
第11-12周 根据指导教师意见，修改和完善论文 第13-14周 进一步完善论文，定稿并装订成册 第15-17周 准备毕业答辩，提交论文
第五篇：工业机器人读书报告
工业机器人读书报告
今天刚好没什么事，于是就应老师的要求把我们《工业机器人》这本书老师让我们自己课后看的第二章认真看了一遍。
《工业机器人》第二章讲的是工业机器人机械系统的设计。这本书主要是从以下6个方面来讲的：1.工业机器人总体设计；2.驱动机构；3.机身和臂部设计；4.腕部设计；5.手部设计；6.行走机构设计。
在2.1中，书中主要给我们讲了一下工业机器人的总体设计思路。机器人总体设计一般分为系统分析和技术设计两大步骤。其中系统分析主要分为以下几步：1.根据使用场合，确定机器人的目的和任务；2.分析机器人所在系统的工作环境，包括机器人与已有设备的兼容性；3.分析系统的工作要求，确定机器人的基本功能和方案，准备做技术设计；4.进行必要的调查研究，搜集国内外的有关资料，进行综合分析，找出可供借鉴之处，以及别人的经验教训。技术设计主要有以下几个过程：1.确定机器人的基本参数（自由度数目、工作范围、承载能力、运动速度、定位精度等）；2.确定机器人的运动形式；3.拟定检测传感系统框图；4.确定控制系统总体方案，绘制框图；5.机械结构设计。
在2.2中，书中给我讲了一下机器人的驱动机构。首先它给我们分析了一下液压、气压和电气这三种驱动方式的优缺点，其中液压驱动的优点是：1.体积小，可以获得较大的推力和转矩；2.介质的可压缩性小，系统工作稳定可靠，精度高；3.容易实现对力、速度、方向的自动控制；4.油液介质使系统具有防锈蚀和自润滑性能。缺点是：1.油液的黏度受温度影响，影响工作性能；2.液体泄漏难以克服，要求液压元件制造精度高；3.需要提供相应的供油系统和严格的滤油装置。气压驱动的优点是：1.压缩空气黏度小，容易达到高速（1m/s)；2.工厂一般都自有空气压缩机站，可提供压缩空气，不必再额外的添加动力设备，而且空气介质对环境无污染，使用安全；3.气动元件工作压力低，因此制造要求也低一些，价格低廉；4.空气具有压缩性，是系统能够实现过载自动保护。缺点是：1.压缩空气一般为0.4~0.6Mpa，要想获得较大的压力，结构就要增大；2.空气具有压缩性，工作平稳性差，速度控制困难，要实现准确的位置控制更困难；3.压缩空气排水比较麻烦；4.排气造成噪音污染。电气驱动的特点是：1.步进电机：多为开环控制，简单，功率较小，多用于低精度、小功率的机器人；2.直流伺服电机：易于控制，有较理想的机械特性，但其电刷易磨损，易形成火花；3.交流伺服电机：结构简单，运行可靠，可以频繁的启动、制动。交流伺服电机和直流伺服电机相比：没有电刷等易磨损部件，外形尺寸小，能在重载下高速运行，加速性能好，能实现动态控制和平滑运动，但控制较复杂。其次它把驱动机构分为了直线驱动机构和旋转驱动机构，然后分别深入地给我们讲解了这两种机构。其中直线驱动可以直接由气缸或液压缸和活塞产生，也可以采用齿轮齿条、丝杠、螺母等传动元件由旋转运动转换而得到。旋转驱动主要有齿轮链驱动、同步带传动装置驱动、谐波齿轮驱动、摆线针轮传动减速器驱动。
在2.3中，书中主要给我们介绍了一下机身和臂部设计，这一节主要是从三方面来给我们讲的：首先是给我们介绍了一下机身设计过程，书中给我们介绍了几种机身的典型机构，并给我们讲了一下机身驱动力和力矩的计算，还给我们列举了一些设计机身时要注意的问题；其次给我们讲了一下机器人的臂部设计，它是先给我们介绍了一下臂部设计的基本要求，再给我们介绍了一些手臂的常用机构；最后还给我们举了一个MOTOMAN SV3机器人的机身与臂部的例子。机身设计要注意以下问题：1.要有足够的刚度和稳定性；2.运动要灵活，升降运动的导套长度不宜过短，避免发生卡死现象，一般要有导向装置；3.结构布置要合理。通常工业机器人的机身具有具有回转、升降、回转与升降、回转与俯仰、回转与升降及俯仰等5种运动方式，采用哪一种方式由工业机器人的总体设计来确定。机身驱动力和力矩的计算主要分为三种：1.垂直升降运动的驱动力的计算：作垂直运动时，除克服摩擦力之外，还要克服机身自身运动部件的重力和其承受的手臂、手腕、手部、工件等总重力以及升降运动的全部部件的惯性力，因此其驱动力的计算如下：
；2.回转运动的驱动力矩的计算：作回转运动时，驱动力矩只包括两项：回转部件的摩擦总力矩；机身自身运动部件和其携带的手臂、手腕、手部、工件等总惯性力矩，因此，其驱动力矩计算方法为：中，其
。3.升降立柱下降过程不卡死的条件计算偏重力矩是指臂部全部零部件与工件的总重量对机身立柱轴的静力矩。当手臂在最大行程位置时，偏重力矩最大，因此，偏重力矩按悬伸最大行程，最大抓重时进行计算。手臂在总重量G的作用下，产生偏重力矩，导致立柱倾斜。如果偏重力矩过大，并且导套设计不合理（导套长度不够），立柱在导套中有卡住现象，这时，机身的升降驱动力必须增大，相应驱动及传动装置结构就庞大。如果机身下降靠重力的话，则可能立柱被卡死在导套内而不能作下降运动，这就是自锁。因此必须根据偏重力矩的大小决定立柱导套的长度。要使立柱在导套内自由下降，则臂部总重量必须大于导套与立柱之间的摩擦力，这就是升降立柱靠自重下降而不卡死的条件：在2.4中，书中给我们讲的是机器人的腕部设计。这一节主要是从腕部的作用于自由度和机器人的手腕分类这两个方面给我们讲解
了一下，并给我们举了一个MOTOMAN SV3机器人的手腕机构的例子，还给我们分析了一下六自由度关节型机器人的关节布置与机构特点。工业机器人的腕部是连接手部和臂部的部件，起支承手部的作用，手腕上的自由度主要是使手部（末端操作器）达到目标位置和处于期望的姿态。为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的转动，即具有翻转、俯仰、偏转三个自由度，如下图所示。一般将手腕的翻转称为Roll，用R表示；将手腕的俯仰称为Pitch，用P表示；将手腕的偏转称为Yaw，用Y表示，图（d）所示的手腕即可实现RPY运动。机器人的手腕分类主要有以下两种方法：1.按自由度数目来分类：可分为单自由度手腕、两自由度手腕、三自由度手腕。2.按驱动方式分类：可分为直接驱动手腕、远距离传动手腕。在2.5这一节，书中主要是从机器人手部的特点和手部的分类这两个方面给我们着重介绍了一下机器人的手部设计。工业机器人的手部也称末端操作器，是装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。工业机器人手部的特点有：1.手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接口，也可能有电、气、液接头，当作业对象不同时，可以方便地拆除和更换手部；2.手部是工业机器人末端操作器，它可以是像人手那样具有手指，也可以不具备手指，直接就是进行专业作业的工具。3.手部的通用性比较差，手部属于专用的装置，一只手爪往往只能抓握一种或几种在形状、尺寸、重量等方面近似的工件；一种工具只能执行一种作业任务；4.手部是一个独立的部件。手部的分类主要有以下几种方法：1.按用途分类：可分为手爪、工具。2.按夹持原理分类：可分为机械类、磁力类、真空类。3.按手指或洗盘数目分类：可分为两指手爪、多指手爪。4.按智能化分类：可分为普通手爪、智能手爪。
2.6这一节，书中主要给我们着重介绍了一下车轮式行走机构和履带式行走机构、步行机构，并简单介绍了一下其他行走机构。机器人可分为固定机器人和行走机器人，一般的工业机器人都是固定式的，随着科学技术的发展，行走机器人的应用也越来越多。行走机构是行走机器人的重要执行部件，它由行走的驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆以及管路组成。一方面它支承机器人的机身、臂部、腕部。手部、工件，另一方面还根据工作任务的要求，带动机器人实现在广阔的空间内运动。行走机构按其行走运动轨迹可分为固定轨迹式和无固定轨迹式。固定轨迹式行走机构主要用于工业机器人，无固定轨迹式主要有轮式、履带式、步行式。
这一章看起来比较简单，涉及到的计算也不多，但真正想把它搞透彻还是需要一点时间的，我是花了整整一下午才把它理解得差不多。
