工业机器人的研究发展现状及趋势
【摘要】主要介绍了工业机器人在国内、国外的发展状况和应用趋势。根据国内外机器人发展的经验及近几年的动态，指出了我国工业机器人产业化发展的影响因素和实施策略，探讨了我国机器人发展的方向及策略。作为最典型的机电一体化的高科技装备，工业机器人得到了非常广泛的应用。综述了国内外工业机器人的研究热点现状，并预测了其发展趋势。
【关键词】工业机器人；发展现状；发展趋势；发展模式
中图分类号：TP24 文献标识码A： 文章编号：1006-0278（2014）04-150-03 一、工业机器人概述
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统（FMS）、自动化工厂（FA）、计算机集成制造系统（C IMS）的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，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，都有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 近年来，工业机器人因其重复精度高、可靠性好、适用性强等优点，已经在汽车、电子、食品、化工、物流等多个行业广泛应用并日趋成熟，有效提高了产品质量和生产效率、节约了劳动力和制造成本、增强了生产柔性和企业竞争力。此外，对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、降低材料消耗发挥了十分重要的作用。而目前航空航天产品制造过程仍旧是劳动密集、工序繁复、工况恶劣、辅以大量工装夹具并以手工制造为主。自动化生产能力不足，已成为制约提高武器装备可靠性和生产能力的瓶颈。在我国大力发展航空航天的时代背景下，航空航天制造企业应用工业机器人进行自动化生产，对企业生产模式转型升级、装备先进制造能力提升具有十分重要的意义和价值。 二、工业机器人研究发展现状
我国的机器人技术研究起步较晚，但进步较快，已经在工业机器人、特种机器人和智能机器人等方面取得了一定的成就。通过科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。但是与世界发达国家相比，
还有一定的差距，如可靠性低于国外产品，应用领域窄，生产线系统技术与国外差距大。我国目前从事机器人研发和应用工程的单位相对较少，工业机器人的拥有量远远不能满足需求量，长期大量依靠从国外引进。虽然称作“机器人”，但从研发和应用来看，我国现有的机器人只能称作单一的机器单元，还未能充分体现出智能化、系统化、可重构化、网络化的要求。
国外机器人综合能力很强，比如材料的关键连接部分、装配工艺、软件算法、重要的零部件谐波减速器等。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。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。
自1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念以来，工业机器人就得以不断地发展。概括起来，工业机器人的发展历程为3代：第1代：示教再现型机器人，但不具备反馈能力。如挖掘机手柄自动操作机构，该机构结构简单，能够实现动作示教再现。第2代：有感觉的机器人，不仅具有内部传感器，而且具有外部传感器，能获得外部环境信息。
如蛇形机器人就装有内部测转速的传感器，以及外部测力的传感器，该机器人能够在不规则环境中具有一定的运动能力。第3代：智能机器人。定义为“可自动控制的装置，能理解指示命令，感知环境，识别对象，规划自身操作程序来完成任务”。如John Vannoy等人采用实时可适应性的运动规划（RAMP）算法的PUMA560机械臂，它能在复杂动态环境中自动识别来自不同方向的移动或静止的障碍物，主动规划路径，进而完成预定任务。
（一）我国工业机器人技术的定位及与国外的差异 国家863计划机器人技术主题在“发展高技术，实现产业化”方针的指导下，面向国民经济主战场，开展了工业机器人与应用工程的研究与开发，在短短几年内取得了重大进展。先后开发了点焊、弧焊、喷漆、装配、搬运、自动导引车在内的全系列工业机器人产品，并在汽车、摩托车、工程机械、家电等制造业得到成功的应用，对我国制造业的发展和技术进步起到了促进作用。此外，将机器人技术向其它领域扩展，在9种工程机械上应用机器人技术，在传统产业的改造方面取得了有经济效益的成果。我们已经具备了进一步发展机器人技术及自动化装备的良好条件。
在工业机器人方面，我们研制出具有国际90年代水平的精密型装配和实用型装配机器人、弧焊机器人、点焊机器人及自动导引车（AGV）等一系列产品，并实现了小批量生
产。同时自主实施了100多项机器人应用工程，如汽车车身自动焊接线，汽车后桥弧焊线，汽车发动机装配线，嘉陵、金城、三水、新大洲摩托车焊接线，机器人自动包装码垛生产线，以及小型电器和精密机芯自动装配线等多项机器人示范应用工程。
与发达国家相比，我国工业机器人技术的研究与发展起步较晚，投入少，再加上国外高技术发展迅猛，我们在创新意识、体制与管理机制等方面还存在许多值得改进之处，因此在总体技术上与国外先进水平相比还有很大差距。例如，迄今为止我们尚未形成机器人产业。再如，七、八十年代国外开始从事工程机械的机电液一体化研发工作时，国内正在进行机械式控制向机械-液压控制的转变。目前总体技术仅相当于国外八十年代初的水平。在制造工艺与装备方面，我国与工业发达国相比也有较大的差距。目前我国尚不能生产高精密、高速与高效的制造装备，国际上先进的制造工艺和装备在我国企业工业生产中应用的相当少。 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会（UNECE）和国际机器人联合会（IFR）统计，世界机器人市场前景看
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