一、技術(shù)概述
<"o"z2 工業(yè)機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅(qū)動
系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。
\b}~2oX 機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術(shù)，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領(lǐng)域。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。
]0D}T'wM 機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的
電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。
3 p?KU- 二、現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢
79zJ\ B_ 國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：
K}[>T(0E 1.工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。
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J 2.機械
結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化;由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。
[NnauItI 3.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于
標準化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu);大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
iE0ab,OF 4.機器人中的
傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。
n(~\l#o@ 5.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。
G0n' K B 6.當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。
WS& kx~oQ 7.機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領(lǐng)域。
c41: !u^ 我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和
軟件設(shè)計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品;機器人應用工程起步較晚，應用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距;在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、�；O(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。
/8@m<CW2Y 我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種;在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。
-#-p1^v} 三、主要研究內(nèi)容
s?WCnT 1.目標
wx=0'T-[ 根據(jù)國內(nèi)外機器人發(fā)展的經(jīng)驗、現(xiàn)狀及近幾年的動態(tài)，結(jié)合當前國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展的具體情況，“十五”期間機器人技術(shù)應重點開展智能機器人、機器人化機械及其相關(guān)技術(shù)的開發(fā)及應用;開展以機器人為基礎(chǔ)的重組裝配系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)的開發(fā)研究及加強多傳感器融合及決策、控制一體化技術(shù)及應用的研究。重點解決我國已研制應用多年的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)化前期關(guān)鍵技術(shù)，大力推進其產(chǎn)業(yè)化進程，力爭在“十五”末期實現(xiàn)噴涂、焊接、裝配等機器人的產(chǎn)業(yè)化。
\EoX8b}$b0 2.主要研究內(nèi)容
I[o*RKT'" (1)示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究
w^K^I_2ge �、訇P(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機器人產(chǎn)品標準化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計。
{#IPf0O �、谌嵝苑滦螄娡繖C器人開發(fā)：柔性仿形復合機構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)，整機安全防爆、防護技術(shù)開發(fā)，高速噴杯噴涂工藝研究。
M8w5Ob �、酆附訖C器人(把弧焊與點焊機器人作為負載不同的一個系列機器人，可兼作弧焊、點焊、搬運、裝配、切割作業(yè))產(chǎn)品的標準化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計。
"S~_[/q �、芑『笝C器人用
激光視覺焊縫跟蹤裝置的開發(fā)：激光發(fā)射器的選用，
CCD成象系統(tǒng)，視覺圖象處理技術(shù)，視覺跟蹤與機器人協(xié)調(diào)控制。
l? #xAZx&_ �、莺附訖C器人的離線示教編程及工作站系統(tǒng)動態(tài)仿真。
@|bP+8oU �、揠娮有袠I(yè)用裝配機器人產(chǎn)品標準化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計。
Y^$HrI(vq ⑦批量生產(chǎn)機器人所需的專用制造、裝配、測試設(shè)備和工具的研究開發(fā)。
%Qn(rA@9 (2)智能機器人開發(fā)研究
{5c] Mn"r �、龠b控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略研究
^SEdA =! 包括建模-遙控機器人模型，人行為模型，人控制動態(tài)建模，圖形仿真建模，虛擬工具和虛擬傳感器建模;以人為主體的人機共享規(guī)劃與控制;局部自治控制;多傳感融合技術(shù);雙向力反應控制;知識庫的建立，學習與推理方法;人機交互的高級控制技術(shù);虛擬現(xiàn)實(VR)控制與真實世界控制的相互關(guān)系;監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
jdeva t,&u �、谥悄芤苿訖C器人的導航和定位技術(shù)研究
K|W^l\L t 包括導航和定位系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu);在結(jié)構(gòu)環(huán)境或非結(jié)構(gòu)環(huán)境中導航和定位方法研究;感知系統(tǒng)的傳感器和信息處理系統(tǒng)的構(gòu)成;根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)建立環(huán)境模型的方法;模糊邏輯的推理方法用于移動機器人導航的研究。
;??ohA"{5 �、勖嫦蜻b控機器人的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)
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0V3m 包括人機交互圖形生成及其程序設(shè)計;遙控機器人(載體和機械手)幾何動態(tài)圖形建模;遙控操作環(huán)境圖形建模;遙控機器人操作與數(shù)據(jù)的獲取;虛擬傳感器及基于虛擬傳感器的雙向力反應、反饋控制;面向任務(wù)的虛擬工具;基于虛擬現(xiàn)實的遙控操作的理論與方法;基于VR模型操作和真實世界操作的可切換、相容性和可交換性;VR監(jiān)控系統(tǒng)。
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