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工业机器人内部的“黑科技”

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，下面介绍工业机器人里

的黑科技。

 机器人操作机结构

 通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操

作机构的优化设计。探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比。例如，以德

国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，

拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。

此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。

机构向着模块化、可重构方向发展。例如，关节模块中的伺服电机、减速机、检测系

统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化

装配机器人产品问市。机器人的结构更加灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体

化方向发展。采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人

技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。

 机器人控制系统

 开放式，模块化控制系统。向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准

化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系

统的可靠性、易操作性和可维修性。控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准

的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控

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制。人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化

和网络化，以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线

编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点，在某些领域的离线编程已

实现实用化。

 机器人传感技术

 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器

外，装配、焊接机器人还应用了激光传感器、视觉传感器和力传感器，并实现了焊缝

自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人

的作业性能和对环境的适应性。遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感

器的融合技术来进行环境建模及决策控制。为进一步提高机器人的智能和适应性，多

种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算

法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题

就是传感系统的实用化。

 网络通信功能

 日本YASKAWA和德国KUKA公司的必威体育精装版机器人控制器已实现了与Canbus、

Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大

步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。

 机器人遥控和监控技术

 在一些诸如核辐射、深水、有毒等高危险环境中进行焊接或其它作业，需要有

遥控的机器人代替人去工作。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，

而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控

遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的索杰

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纳机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。多机器人和操作者之间的协调控制，

可通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行

遥控等。

 虚拟机器人技术

 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥

控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。基于多传感器、多

媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。

 机器人性能价格比

 机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价

格不断下降