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浅谈工业机器人及其发展状况

《机器人技术》结课论文

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浅谈工业机器人及其发展状况

摘要：

纵观本学期《机器人技术》这一课程所学机器人相关知识，渐渐了解到，随着当前科学

技术的不断进步，机器人的发展也达到了一个前所未有的高度，各行各业、各式各样的机器

人已逐步走入人们的家里，进入人们的生活中，而工业机器人作为机器人服务于社会的急先

锋，已然在这一领域走向更为成熟、更为稳重的技术方向，对于工业机器人技术的研究与开

发将来也会更加深入。

关键词：工业机器人技术、市场需求、技术应用、研究进展、

一、引言

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。随着我

国改革开放的逐渐深入，国内的工业机器人产业将面对越来越大的竞争与冲击，因此，掌握

国内工业机器人市场的实际情况，把握我国工业机器人的相关技术与研究进展，显得十分重

要。

二、工业机器人主要特点和技术原理

工业机器人最显著的特点有以下几个：

(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化

的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功

用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。

(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手

爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的生“物传感器”，

如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传

感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业

任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执

行不同的作业任务。

(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体

化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、

语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特

别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器

人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。

工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态

和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、

在线操作提示和使用方便等特点。

关键技术包括：

(1)开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控

制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器

人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完

成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编

程示教盒完成信息的显示和按键的输入。

(2)模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统

Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分

为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求，对应不同

层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协

作共同实现该层次所提供的功能。

(3)机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，并进

行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。

(4)网络化机器人控制器技术：当前机器人的应用工程由单台机器人工作站向机器人生