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工业机器人范文1
2、主要课程
专业核心课程：
《机器人机械系统》、《机器人控制技术》、《机器人视觉与传感技术》、《工业机器人应用与编程》、《现场总线技术及其应用》。
主要实践环节：
工业机器人范文2
关键词：机器人；光电一体化；人工智能
前言
2013年，由于工资成本上涨和新兴经济提竞争加剧，曾经的体力劳动“世界工厂”中国成工业机器人最大买家。据总部设在德国的国际机器人联合会（IFR）的最新数据显示，2013年中国购买了36560台工业机器人，较2012年增长近60%。2013年日本购买了26015台机器人，排名第三的美国则购买了23679台。中国工业机器人需求激增，预计到2022年中国投入运行的工业机器人数量将超过170万台。至2012年底，全球家务用机器人将达到610万台，娱乐休闲用机器人将达到900万台。30年前，个人电脑的出现，将人类带入了信息时代，人脑得到了极大地解放。今天，随着先进制造技术的发展、微电子硬件的飞速发展、人工智能的进步，机器人时代即将到来。正如微软董事长比尔・盖茨所说：“机器人将对人类的工作、交流、学习及娱乐等产生深远的的影响，就如同过去30年间个人电脑给我们带来的一样”。
1 机器人的定义
“机器人”（Robot）――国际标准化组织（ISO）给出的定义是：“一种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程动作的专门系统”。机器人主要分为工业机器人和服务机器人两类。工业机器人（industrial robot）指：自动控制的、可重复编程、多用途的操作机，可对三个或三个以上轴进行编程。它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。典型的工业机器人：如自动机械臂。服务机器人（service robot）指：除工业自动化应用外，能为人类或设备完成有用任务的机器人。典型的服务机器人：如家用机器人、医疗机器人（达芬奇系统）
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1961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（CIMS）的自动化工具。故机器人是最高意义上的自动化。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，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。过去机器人主要应用在汽车制造行业、焊接、检测及仓库堆垛等作业中，未来在食品、医疗、搬运等领域，机器人作为一种标准设备将得到广泛应用。
2 机器人设备在制药工业中的应用
制药工业作为近代崛起的重要工业及关系人类健康的朝阳行业，中国现有3900多家企业。随着制造工业的发展和装备技术的进一步提高，制药机械设备向机电一体化、全自动化发展。传感器、水力学、机动性和人工智能技术的进步使机器人变得更加灵活、精密和独立，机器人在制造业的应用范围也因此扩大了。代替人工的人工智能化高、精、尖设备、无人化车间在制药工业中得到广泛应用，如葛兰素史克、辉瑞等在中国的工厂及天士力、扬子江等制药厂，大量使用自动化设备代替人工，一个车间只有1-2人控制。
2.1 全自动装盒机（如图1）
该机装盒速度：260盒/分钟，完全代替人工在输送线上自动将药品及说明书装入包装盒，对缺药品、缺说明书的包装成品自动检测并剔除，不仅节约人工5-8人/台，提高生产效率，还能避免人工出错缺药品或缺说明书的药品流入市场。
2.2 粉针生产线自动包装机（如图2）
该机是生产粉针、冻干药品的一种大规模生产用自动装盒机，自动一次性装入50支抗生素瓶，自动投入说明书，速度达到：40盒/分钟，大幅节省人力和提高包装效率。
3 TIVS-A40型水针、冻干剂智能灯检机（如图3）
该机是水针、粉针生产最后自动检测有无异物及包装缺陷的智能设备，速度达到：800瓶/分钟。该机安装大量伺服器、伺服电机，通过软件设计，自动旋转摄像，与设计的标准要求比较，检测外观、液位及有无杂质、异物，能完全代替人工检测，效率大幅提高，避免了人工误差（人工长时间会产生疲劳），可24小时连续生产，节约人工10人/台以上。该机已大量使用于各针剂、冻干剂制药企业。
4 7500型软袋大输液自动生产线（如图4）
该机是软袋输液生产从包装膜自动成形、自动灌装加阀盖、自动焊接成成品的一条全自动流水生产线，满足药品GMP生产要求，速度达到：7500袋/小时。该机大量采用伺服器、伺服电机及机械手自动转运，PLC自动控制，自动卷膜成形、自动输送、自动定位灌装、自动加阀盖、自动焊接，是目前光电一体化的大型制药高精尖自动设备。
还有自动制丸机、提取浓缩生产线、各种大型药品检验设备，无不大量通过自动化软件、机械手、伺服电机控制、自动转运、自动控制来完成各种高精度、高质量或危险的生产工艺及检验要求。其设计原理、操作过程、精度要求已超过一般的机器人。
另一方面，大型制药企业在打包、仓储运输、仓库管理等方面已大量利用工业机器人（机器臂）代替人工，来完成繁重的简单的搬运、包装工作，如图5。
工业机器人范文3
关键词：工业机器人；发展历程；现状；发展趋势
1 工业机器人的发展历程
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。如郭勇等人研制的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P.lLiljeb.ck等人研制的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。
2 工业机器人的研究现状
2.1 仿生机器人与新型机构
对人的研究，国外侧重于对人行走时的步态分析，通过对人脚形状的分析，得出具有圆形截面的脚趾和脚后跟以及具有扁平截面的连接脚趾和脚后跟的中间部分具有最佳的动力学性能。对人形机器人步态规划问题，Xia Zeyang等人提出了一种基于样品的决定性的脚步规划方法，该方法综合考虑了自身独特的运动能力和稳定性。对于在不同类型障碍的复杂环境中脚步规划，Yasar Ayaz采用与人走近障碍物时绕过的方法，通过脚步实时的生成成功避开障碍物。
2.2 机器人的定位与环境地图的创建
随着工业机器人技术的发展，其应用范围日趋广泛。由室内到室外，由结构环境到非结构的复杂环境，使机器人创建环境地图的同时进行自主定位和导航成为当今机器人研究领域的一大热点问题。机器人的同时定位与建图（SLAM）可以描述为：在未知的环境中移动的机器人，根据传感器获得的环境信息，采用某些算法对信息进行处理，最后经控制器进行自身位置估计与环境地图的创建。
机器人的定位可分为相对定位和绝对定位两种。前者是根据机器人本身或从环境中提取某些特征信息，如物体外部几何结构点、里程信息等，结合上一次的位置和姿态来判断出机器人的当前位姿，该方法灵活性高，有利于机器人的导航与定位，但误差累积较大会造成定位精度降低。而后者是通过人们在环境中预先设置的路标或显眼节点等来计算机器人实时的位姿，此法快速可靠，但适用范围较窄，在无法设置路标场合难以工作。通常将以上两种方法相结合来提高机器人的定位精度，目前对环境图像的获取可通过不同的视觉系统，有学者提出了不同的方法，主要分为3类：第1类是可旋转的相机，可提供高分辨率图片但每一帧需要8s，实时性并不高，同时也无法很好地嵌入微小型自动机器人中；第2类是相机网络，能获得环境的全景，主要的问题是各相机获得图片的同步性以及较多的照片处理；第3类是兼反射和折射的相机，它是由朝向同一旋转对称镜的一个透视摄像机构成，无活动件，一次对焦能提供 360°的高分辨率的全视野。
2.3 机器人-环境交互
随着民用、应急响应、灾难控制、环境监测等场合对机器人的需求不断增大， 机器人与环境的交互成为机器人领域的又一研究热点。主要表现为机器人作用对象的识别，路径规划，最后实现自主导航完成任务。
3 国内工业机器人的研究现状
我国对工业机器人的研究始于20世纪70年代，通过“七五”的起步，“八五”、“九五”的科技攻关，已经基本掌握了工业机器人的设计制造技术、控制系统和驱动系统的设计技术和机器人软件和编程等关键技术。形成了一批具有较强机器人科研实力的公司和院校，如中科院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化有限公司、清华大学、哈尔滨工业大学、北航等。
仿生机器人一直是我国机器人领域的研究热点。对机器人鱼的研究集中在它的驱动单元上，因机器鱼有较高的液体推进性能，其推进方法可以是尾鳍或者胸鳍推进。尾鳍推进机器鱼游动速度快，但灵活性较差，胸鳍推进则使机器鱼游动速度慢，但稳定性高、机动性好。国防科技大学采用胸鳍推进驱动实现机器鱼的设计；哈尔滨工业大学采用形状记忆合金驱动对仿生鱼进行了设计，但是，机器鱼很难实现柔性的仿生运动。与其它轮式、履带式、爬行式移动机器人相比，双足机器人因能在复杂的非结构化环境中能行走，因而具有更高的灵活性和适应性。清华大学设计了动态步行双足机器人THBIP-II，哈尔滨工程大学设计了双足机器人HEUBR_1，但仿生程度都还有待提高。
我国对机器人同时定位与建图（SLAM）研究取得了可喜的成果。具有代表性的是梁志伟等人采用基于分布式传感器感知的方法，周武等人采用遗传快速SLAM算法，张文玲等人采用自适应SLAM算法同时进行自身定位与环境地图的创建。针对以往速度障碍法在动态避碰应用中的不足，朱齐丹等人采用双障碍检测窗口进行动态避碰规划的改进，有效提高了机器人运动的安全性。伍明和牛长锋等人对目标跟踪方法进行了研究，分别提出了基于扩展卡尔曼滤波和基于SIFT特征和粒子滤波的方法，都适用于未知环境中动态目标的跟踪问题。
经过30多年的发展，我国工业机器人数量也达到了一定的规模，机器人的研究在一些方面也已经达到了世界先进水平，但与发达国家相比仍然有很大差距。不难发现的现实是：我国在工业机器人的研究方面采取的方法主要是借鉴外国的先进技术，然后再进行二次开发，这就造成了我国自身创新技术较少，制约了工业机器人产业化的发展。主要表现在：基础零部件制造能力差；缺少自己的工业机器人品牌；认识还不够到位，鼓励工业机器人产业化发展的政策少。为打破国外对工业机器人的技术垄断，我国必须从以下方面努力：以市场需求为导向，重点攻关一些具有核心竞争力的产品；国家应对发展工业机器人专门立项，解决工业机器人中的具有核心竞争力的关键技术，加速我国机器人迈向产业化的步伐；国家应该加大对工业机器人的宣传力度，采取多种形式的优惠政策鼓励企业研发、采购、应用、发展工业机器人，普及工业机器人在现代工业中的应用；以企业为主体，以产学研为重要的发展模式，密切关注社会对工业机器人的实际需求，快速推进工业机器人的研发、生产和销售人才的建设。
4 工业机器人的研究趋势
随着工业机器人的应用范围的扩大，建筑、农业、采矿、灾难救援等非制造业行业、国防军事领域、医疗领域、日常生活领域等对机器人的需求越来越大。因此，适合应用的更为智能的机器人技术必将成为未来的研究热点。对机器人的研究趋势如下：
1）机械电子结构的标准化、模块化、微型化及具有可重构性；
2）新型传感器和多传感器融合技术；
3）伺服驱动技术的数字化、集成化及分散化；
4）新型智能技术，如虚拟技术；
5）控制技术的开放化、网络化及PC化。■
参考文献
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工业机器人范文4
随着“中国制造2025”和大量扶持政策的推进，未来工业机器人产业发展动力十足。工业机器人的应用领域越来越广泛，在制造业中大量代替人工是不可逆转的潮流。受制于人口红利弱化、人工成本高等因素，以东莞加工基地为代表的制造业将使用智能化、自动化生产设备视为转型方向。如果说2015年是中国机器人产业发展的元年，那么，在2016年它可谓又获得了另一个有力的支撑臂膀。这一年，《机器人产业发展规划（2016～2020年）》带着对“智能制造”的使命火热出炉。
工业机器人与“中国制造2025”的这种天作之合，为处于焦灼中的中国制造业带来了爬上国际产业链顶端的可能。
工业机器人产业爆发
有资料称，我国工业机器人行业用10年的时间，走完了机器人强国日本20年的发展历程，并于2013年跃居全球最大机器人增量市场。不久前，中投顾问了《2016～2020年中国工业机器人产业深度调研及投资前景预测报告（上下卷）》（以下简称“调研报告”），其中指出，工业机器人“四大家族”――瑞士ABB、日本发那科及安川电机、德国库卡，它们的全球市场份额已从2013年的60%下降到了目前的约50%。这意味着国内工业机器人企业将面临更多机会。
调研报告显示，2015年我国国产机器人产值规模达到16.4亿元，产值增速达55%。其中，中型负载、轻型负载的机器人增速比较快。2015年，我国工业机器人销量为7.5万台，同比增长23.7%，增速较2014年同期略有放缓（见图1）。中投顾问研究员认为，这反映出在历经2012～2014年的首轮高增长后，国内机器人产业遇到阶段性瓶颈，需要短期去库存。
从工业机器人的密度来看，中国制造业工业机器人密度仍然很低。工信部提出，2020年中国机器人密度达到每万名产业工人100台。而现有的工业机器人总量远远达不到这种要求（见图2），目前至少还需要110万台机器人才能弥补巨大的市场缺口。
中投顾问调研报告认为，我国机器人产业开始跨入全面普及期，并呈现4个特点：产业高速发展，随着市场培育完成和下游需求激活，仍将保持年均25%以上的高增速；形成了完整的产业规划体系，行业发展由政策导向开始转向市场导向；已初步形成完整的机器人产业链，并出现与下游需求相匹配的产业集群；由量的增长开始转变为质的增长，未来2～3年内是产业整合和洗牌期。
下游制造业对机器人的需求被激活
2015年5月，国务院了《中国制造2025》规划，其中提出：围绕汽车、机械、电子、化工和轻工等工业机器人、特种机器人，以及医疗健康、家庭服务和教育娱乐等服务机器人应用需求，积极研发新产品，扩大市场应用；2020年、2025年和2030年工业机器人销量目标分别是15万台、26万台和40万台。未来将大规模在制造业中使用机器人，由机器人代替人工。这样的政策支持，一方面刺激工业机器人产业爆发式增长，另一方面，引导制造业向“智能制造”转型。
中投顾问研究认为，在补贴刺激下，工业机器人市场将迅速拓展，下游制造业用户对机器人的理解和需求被激活。2015年，国产机器人进入了33个工业领域，其中在黑色金属冶炼和压延工业、教育、橡胶和塑料制品业、医药制造业、专用设备制造业、家具制造、3C、服装和服饰业及饮料和精制茶制造业中的应用增速较快。
事实上，自2013年起，我国就已成为全球第一大工业机器人应用市场，机器人密度也不断增加。如今，制造业正掀起一股“机器换人”的热潮。
说到工业机器人在制造业领域的应用，东莞常常被拿来作为案例。而其中不得不提的是，东莞政府对机器人产业不遗余力的支持。2016年1月，东莞市出台了被业内称为“1号文”的《关于大力发展机器人智能装备产业，打造有全球影响力的先进制造基地的意见》。其中提到，到2018年年底，东莞80%的工业企业要实现“机器换人”。也就是说，未来3年内，大批工业机器人将进入这个老牌制造业基地的厂房。
工业机器人范文5
工业和信息化部国际经济技术合作中心电子商务研究所所长
新一代信息通信技术的发展，催生了移动互联网、大数据、云计算和工业可编程控制器的创新和应用，推动了制造业生产方式和发展模式的深刻变革。德国“工业4.0”战略，旨在通过深度应用信息技术和网络物理系统等技术手段，推动制造业向智能化转型。
伴随德国工业4.0 时代的到来，一方面生产制造领域的工业机器人将成为智能制造的主力军，因为制造业才是机器人的主要应用领域。在生产过程自动化中，工厂大量采用了机器人，比如汽车、电子制造产业的大规模量产技术中就大量应用各种各样的机器人；另一方面，Google、Facebook 等互联网巨头开始涉足机器人产业，这也将给机器人产业的发展环境带来剧变。这些变化将使机器人更多地应用于大数据实现自律化，使机器人之间实现网络化。物联网时代也将真正随之到来，机器人将不断升级为下一代智能机器人。
目前，日本在机器人生产、应用、主要零部件供给、研究等方面在全世界处于遥遥领先的位置，依然保持着“机器人大国”地位。我国若想从核心零部件入手实现对日本等国的技术反超，实现难度较大，短期内难以形成规模，我国相关企业正面临较大压力。探索创新发展模式是目前我国工业机器人产业发展的有效途径。
工业机器人范文6
【关键词】工业机器人 非线性系统 滑模控制
1 引言
随着世界科技水平的不断提高，工业机器人技术的强大生命力越来越显著。它综合人和机器特长，形成的一种智能化机械装置。
机器人可重复编程、仿人操作、自动控制，并能在三维空间实现各种作用的多自由度定位装置。由于很难精确得到机器人系统的运动模型，且其控制的实现也十分复杂，如何对存在不确定性的机器人系统实现有效地控制，成为当前机器人技术的研究热点。
目前，机器人控制问题面临的主要问题就是机器人动力学模型的复杂性和系统自身具有的不确定性。
2 机器人的控制问题概述
2.1 机器人控制系统构成
机器人系统主要由三大部分组成：执行部分、检测部分和控制系统，主要构成如图1所示，机器人的执行部分主要有机械臂、手腕和手指以及它们的执行机构等具有运动机能的部分；检测部分是指获取被控对象、机器人自身动态信息和周围工作环境信息的各类传感器；控制系统作为机器人系统的核心，是根据检测部分的反馈信息，经过一定的控制算法处理，来控制执行机构完成期望的操作而发出命令的部分。
机器人是一种强耦合、高度非线性且含有极大不确定性的复杂系统，对机器人实现成功控制的难度非常大，通常机器人控制技术的优良好坏直接影响到机器人系统的先进与否及其功能的强弱，因此，控制系统的设计是体现机器人技术水平高低的重要环节。
2.2 机器人的主要控制方法研究现状
针对具有建模误差和外界干扰的机器人控制问题，机器人的主要控制方法主要有：
2.2.1 传统控制
机器人控制问题中一般采用的传统控制方法有PID控制、前馈控制和计算力矩等，这些方法大都设计简单且易于实现。传统的控制方法发展比较成型，在实际应用中也占据了重要地位。
2.2.2 现代控制
该方法的控制算法主要以鲁棒控制和滑模变结构控制为代表。鲁棒控制是一种能够保证不确定系统的稳定性且达到满意控制效果的控制方法。滑模控制是一种特殊的非线性控制，其基本思想为在误差系统的状态空间里，找一个超平面，且使超平面里的所有状态轨迹最终都收敛于零。
2.2.3 智能控制
智能控制方面，目前比较流行的方法主要有自适应控制、神经网络控制、模糊控制、遗传算法控制等。
上述三种控制方法，优势显著，但在机器人系统的控制问题中，多与其他控制方法相结合，优势互补，从而出现了一些混合的控制方法。
3 滑模变结构控制概述
变结构控制最初是由前苏联学者Emeleyano等人于20世纪50年代提出，当时主要研究的是二阶线性系统和单输入高阶系统。随后许多学者也提出了多种变结构控制的设计方案。
3.1 滑模控制的主要特点
滑模变结构控制历经60余年的发展后成为了一个相对独立的研究分支，并成为自动控制系统中一种常用的设计方法。总的来说，滑模控制主要有以下特点：
（1）算法简单，控制器响应速度较快，较容易实现。它适用于多种控制系统，如线性与非线性系统、连续与离散系统等各种控制系统。
（2）变结构控制本质上是将一个高阶系统分解成两个低阶系统。这两个子系统各自拥有独特的性质。这样，滑动模态运动方程就可以从原系统中解耦出来，形成独立的动力学系统，并与控制无关；而对于另一个子系统，不需要求解微分方程组，只需根据到达条件就能确定其控制量。
（3）变结构控制的滑动模态对系统的干扰和摄动，具有完全自适应性。在变结构控制中，系统中的摄动对滑动模态不产生丝毫影响，这样，一些复杂系统的镇定问题就得到了解决。
（4）滑模控制系统可以在确保稳定性的同时还具有快速响应的特性。
变结构控制理论的出现，颠覆了经典线性控制系统中的性能限制，很好的解决了动静态性能指标之间的矛盾。
3.2 滑模控制系统的抖振问题及其原因
从理论上来说，滑模控制系统的鲁棒性会比一般普通的连续系统强。但是，滑模控制本质上的不连续开关特性以及惯性等因素的存在，运动点不是马上停留在滑模面上，而是进行快速反偷拇┰皆硕，从而导致系统发生抖振。因此，实际系统中，抖振现象是必然存在的，它也进而成为滑模控制系统在实际系统中应用的明显障碍。抖振现象产生的原因主要有时间滞后开关、空间滞后开关、系统惯性等。
综上所述，在实际的控制系统中，抖振现象可以看作是在光滑的滑模面s=0上，叠加了一种持续运动的波形轨迹。抖振现象不仅影响控制的精确度，还会增加能量的消耗，而且易使系统的某些性能遭到破坏，甚至导致系统发生振荡或失稳，对系统的部件造成一定损坏。所以，削弱或消除抖振，是我们研究滑模变结构控制的关键问题。
4 结论
本文针对当前广泛应用的工业机器人系统的特点，考虑到其系统的复杂性，难以得到精确的数学模型的问题，在研究其系统构成、主要控制方法的基础上，提出并分析了一种当前备受关注的滑模控制方法，并指出该系统具有的抖振问题及其原因。
参考文献
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