工业机器人技术发展趋势论文题目
工业机器人技术发展趋势论文题目
一、我国工业机器人的现状我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过“七五”、“八五”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;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用,弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看,我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,如:可*性低于国外产品;机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上,我国已安装的国产工业机器人约200台,约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业,当前我国的机器人生产都是应用户的要求,“一客户,一次重新设计”,品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低,而且质量、可*性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术,对产品进行全面规划,搞好系列化、通用化、模化设计,积极推进产业化进程。二、我国工业机器人的发展趋势工业机器人在许多生产领域的使用实践证明,它在提高生产自动化水平,提高劳动生产率和产品质量以及经济效益,改善工人劳动条件等方面,有着令世人瞩目的作用,引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。在新的世纪,机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。1、工业机器人的技术发展趋势从近几年世界机器人推出的产品来看,工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展,其发展趋势主要为:结构的模块化和可重构化;控制技术的开放化、PC化和网络化;伺服驱动技术的数字化和分散化;多传感器融合技术的实用化;工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。2、工业机器人的产业发展趋势据UNECE/IFR预测,至2007年,全球新安装装机器人的数量将从2003年的81800套增至2007年的106000套,年平均增长7%。其中,日本2003-2007年工业机器人的销售将从2003年的31600增长至2007年的41000套;欧洲2003-2007年工业机器人将从2003年的27100套增长至2007年的34000套;北美2003-2007年工业机器人市场每年平均增长8%,至2007年将增长到16000套。
不是的! 1、三D设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的基础上,让设计目标更立体化,更形象化的一种新兴设计方法。学习设计的美术的确很重要。主要是要对立体方面有感觉,但如果经过自己的锻炼和对软件的熟练程度。克服这点小问题应该是可以的。最主要的就是你有足够的时间锻炼自己。熟练对软件的掌握。要相信自己可以。不要硬着头皮去做。每个东西都技巧。 2、人工智能技术的基本原理、控制方法及应用。在简述人工智能的理论与方法基础上,较详细地介绍了人工智能在工业领域中的应用,包括人工智能基础知识专家系统、智能控制、计算智能及其应用、数据挖掘与智能决策、智能制造、智能机器人、综合集成智能系统和智能系统及装备实例等。
工业机器人技术发展趋势论文
在智能生产和自动化的成功故事的推动下,在世界各地的工厂中运行的工业机器人的库存是历史最高水平。在运工业机器人总量再创新高根据国际机器人联合会(IFR)统计数据显示,2013年以来,全球在运行中的工业机器人数量规模持续提升。截至到2019年,在世界各地的工厂中运行的2万台工业机器人,创下纪录,同比增长12%。亚洲工业机器人市场发展迅速从地区分布情况来看,目前,全球工业机器人主要分布在亚洲、澳洲、欧洲以及美洲。据国际机器人联合会统计数据显示,2019年,亚洲及澳洲在运机器人数量规模达到8万台,占全球总量的01%,规模远超欧洲及美洲;欧洲在运工业机器人数量为58万台,占比为31%;美洲在运工业机器人数量为9万台,占比为29%。具体来看,亚洲仍然是工业机器人最强劲的市场,该地区最大运营存量的中国增长了21%,在2019年达到了约3万台。日本位居第二,约有5万台,增长了12%。第三是印度,其新纪录约为63万台,增长15%。在五年之内,印度在该国工厂中运行的工业机器人数量翻了一番。2016年以来,主要地区在运机器人数量规模均呈现上升趋势,但增速各有不同,总体来看,受亚洲市场快发发展影响,亚洲及澳洲在运机器人增速明显高于欧洲及美洲地区。搬运机器人用途最广工业机器人按照作用大致可划分为搬运机器人、焊接机器人、装配机器人、洁净室机器人等多种类型,总体来看,目前,搬运与焊接依然是工业机器人的主要用途。据国际机器人联合会统计数据显示,截至到2019年末,搬运和上下料作为首要应用领域,全球在运数量为5万台,占总量的64%;焊接与钎焊机器人在运量为64万台,占比为51%;装配及拆卸机器人在运量为7万台,占比为54%。其他类型在运工业机器人数量占比均在10%以下。从应用行业看,汽车以及电气电子设备制造行业为工业机器人主要应用领域。据国际机器人联合会统计数据显示,汽车行业在运数量仍为首要应用领域,截至到2019年末,全球汽车行业在运工业机器人数量为3万台,占比为91%;电气电子设备和器材制造行业在运工业机器人数量为2万台,占比为69%。—— 更多数据及分析请参考前瞻产业研究院《中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》。
1、供给:中国工业机器人年产量居世界首位2012-2020年我国工业机器人产量逐年上升,但近年来增速较之前有所下降,主要是因为从2018年开始国内汽车、电子等机器人下游行业发展受限,机器人需求增速放缓,但是近两年新能源汽车大力发展带动行业发展,工业机器人增速再次抬头。2020年时我国工业机器人产量达到了237068台,累计增长1%。2021年1-5月,我国工业机器人的产量为136405台,与去年同期同比增加2%。据IFR统计,2019年中国是世界工业机器人产量最高的国家,产量达到69万台。与此同时,相对于工业机器人技术较成熟的美国、德国、日本,产量远不及中国,分别为33万台、05万台与99万台。2、需求:中国工业机器人装机量居世界首位,但人均密度较低——工业机器人装机量位居世界榜首自2016年开始,中国工业机器人累计安装量位列世界第一,发展迅速。2019年,中国依然是全球最大的机器人市场,工业机器人总量达到4万台,较2018年上升7%。据高工机器人数据显示,2020年我国工业机器人销量约为17万台。注:除2020年数据来自高工机器人外,其余来自中国机器人产业联盟。——工业机器人装机密度较低从装机量来看,全球机器人消费市场高度集中,2019年中国、日本、美国、韩国和德国等主要国家销售额总计占全球销量的73%。中国是工业机器人主要的终端使用市场,年新装量4万台,其次是日本和美国,分别为99万台和3万台。从机器人的装机密度看,2019年全球工业机器人装机密度为113台/万人,新加坡和韩国是机器人装机密度最高的市场,每万人机器人装机数量分别达到918台和855台,而在需求量最大的中国市场这个数字只有187台,远落后于发达国家,未来仍有较大提升空间。——多关节机器人最畅销从机械结构看,据MIR统计,2020年垂直多关节机器人在中国市场中的销量在各机型中依然位居首位,全年销售总销量的63%;SCARA机器人全年销售占比为30%;另外,协作机器人与Delta机器人销售占比分别为4%与3%。——市场规模超过60亿美元我国工业机器人市场发展较快,约占全球市场份额三分之一,是全球第一大工业机器人应用市场。当前,我国生产制造智能化改造升级的需求日益凸显,工业机器人的市场需求依然旺盛,据IFR统计,2019年我国工业机器人销量额达3亿美元,初步估计2020年销量额达到63亿美元。3、应用情况:中国工业机器人主要用于汽车与3C领域——分行业应用情况目前中国的工业机器人主要应用于汽车行业以及3C,2019年时应用于汽车与3C电子行业的工业机器人占比分别为2%与4%;与此同时,全球范围内工业机器人的应用领域也以汽车与3C电子为主,应用占比分别为2%与6%。可以看出,中国工业机器人的应用情况与全球基本一致。——机器人应用领域占比情况在市场整体销售下行的背景下,工业机器人主要应用领域的销售出现不同程度下降。总体来看,目前,搬运与焊接依然是工业机器人的主要应用领域,自主品牌机器人在加工、焊接和钎焊、装配及拆卸、洁净室、涂层与胶封领域的市场占有率均有所提升。其中,搬运和上下料作为首要应用领域,2019年销售2万台,同比下降4%,在总销量中的比重提高至06%;焊接与钎焊机器人销售4万台,同比下降16%,占比为61%;装配及拆卸机器人销售2万台,同比下降7%,占比为89%;加工领域机器人销售同比增长5%,是唯一实现销量增长的应用领域。工业机器人行业发展前景及趋势预测1、工业机器人规模预测2020年受到疫情影响,但是由于中国措施采取及时,抗疫成效显著,企业复工复产较快,因此对工业机器人的总体产量影响较小,2020年全国工业机器人市场规模约为63亿美元,预计2021-2025年复合增长率预计在15%左右,2026年市场规模可达172亿美元。2、工业机器人共融为未来技术突破要点目前我国工业机器人主要在结构化环境汇总执行确定性任务,在复杂动态环境中作业的情况并不足够灵活,主要是因为工业机器人在与环境的共融、与其他机器人之间协同方面感知能力较弱。随着传统工业机器人在机器视觉、智能传感与云技术等技术的发展下,未来工业机器人将更智能化,柔性化,即由传统机器人向共融机器人优化。3、云化机器人及工业机器人云平台将兴起在智能制造生产场景中,需要工业机器人有自组织和协同的能力来满足柔性生产,这就带来了云化机器人(机器人大脑在云端)及工业机器人云平台的需求。和传统机器人相比,云化机器人需要通过网络连接到云端的控制中心,基于超高计算能力的平台,并通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。实际上,如今已有厂商开始在云化机器人及工业机器人云平台上进行布局。2017年时华为、Skymind、中国移动、达闼科技、GTI、软银共同推出《云化机器人白皮书(GTI 5G and Cloud Robotics White Paper)》,其中指出云化机器人即位于数据中心的“大脑”利用人工智能和其他软件技术,借助本地机载控制器对传统机器人下达指令,云机器人将打来新的价值链、技术、架构、体验和新商业模式。未来,随着5G、AI、云计算等技术的发展成熟,云化机器人及工业机器人云平台或将成为新一轮发展热点。4、工业机器人在医疗领域的应用潜力有待挖掘目前工业机器人主要应用于汽车行业,随着汽车行业工业机器人应用的饱和,工业机器人的应用正在向其他领域逐步拓展。在疫情驱动下部分工业机器人厂商随即布局医疗领域的工业机器人,例如利用工业机器人组装医用注射器或或用于填充和关闭小瓶等,具体情况如下表所示:——更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》。
应用越来越广泛,提高生产效率,也就增加收入,增加收入,当然有更多资金研发更先进的拉
行业主要上市企业:科大智能(300222)、沃迪智能(830843)、工业富联(601138)、远大智能(002689)、上海沪工(603131)、埃夫特(688165)、ST伯朗特(430394)、ST华昌(300278)、机器人(300024)、科远智慧(002380)、华自科技(300490)、埃斯顿(002747)、ST安控(300370)、泰禾智能(603656)等。本文核心数据:工业机器人产量、工业机器人销售额、全球工业机器人出货量TOP15国家和地区供给端:工业机器人产量大幅增长当前,新一轮科技革命和产业变革加速演进,新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料等与机器人技术深度融合,机器人产业迎来升级换代、跨越发展的窗口期。随着后疫情时代的到来,中国工业经济展现出了应对复杂严峻局面的强大韧性和活力,工业机器人行业表现逆势上扬。根据国家统计局最新发布的数据显示,2021年我国规模以上企业工业机器人产量为30万套,同比增长9%。需求端:——工业机器人销售规模增速近20%《“十四五”机器人产业发展规划》指出,我国已经连续8年成为全球最大的工业机器人消费国。根据IFR数据显示,2020年我国工业机器人销售规模达到5亿元,同比增长9%。2021年底,工信部、国家发改委、科技部等15部门联合印发了《“十四五”机器人产业发展规划》,推动我国机器人产业在“十四五”时期迈向中高端水平。《规划》明确提出,力争到2025年,我国成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地,机器人产业营业收入年均增长超过20%,制造业机器人密度实现翻番。预计到2025年我国工业机器人销售规模将达到1051亿元左右。——工业机器人出货量居世界首位据IFR《世界机器人2021工业机器人报告》显示,中国工业机器人出货量为168400台,强劲增长20%,居世界第一位。——制造业机器人密度达到246台/万人2020年我国制造业机器人密度达到246台/万人,是全球平均水平的近2倍。——垂直多关节机器人占据半壁江山从机械结构看,据MIR统计,2020年垂直多关节机器人在中国市场中的销量在各机型中依然位居首位,全年销售总销量的63%;SCARA机器人全年销售占比为30%;另外,协作机器人与Delta机器人销售占比分别为4%与3%。综合来看,近年来,在国家政策的支持下,我国工业机器人密度不断提高,产量和销售额逐年增长。未来,随着工业机器人国产化进程加速,工业机器人行业发展空间巨大。以上数据参考前瞻产业研究院《中国工业机器人行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》
工业机器人技术发展趋势论文选题
【摘要】机器人的制造及应用水平,代表了一个国家的制造业水平,发展机器人产业应上升到国家战略高度。机器人的广泛使用是我国从制造业大国走向制造业强国的重要手段和途径。本文分析了现阶段国外工业机器人的应用、发展现状与趋势。通过实例说明了目前我国工业机器人发展的现状和未来的发展趋势,中国先进工业机器人大批量生产制造时代到来。 中国论文网 -htm【关键词】机器人;工业机器人;发展现状;发展趋势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(CIMS)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,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。一、工业机器人的应用情况经过五十多年的发展,工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中,尤其是在汽车产业中,工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,机器人都已逐步取代了人工作业。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高,机器人的应用范周还在不断地扩大,已从汽车制造业推广到其他制造业,进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中,弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。二、国内外工业机器人的发展现状1、国外工业机器人的发展现状在国外,工业机器人技术日趋成熟,已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而,相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司,它们包括:瑞典的ABB Robotics,日本的FANUC、Yaskawa,德国的KUKA Roboter,美国的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics,这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。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)的统计,世界机器人市场前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头[1]。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。像国际上著名公司ABB、Comau、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。目前,日本、意大利、德国、欧盟、美国等国家产业工人人均拥有工业机器人数量位于世界前列,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。2、国内工业机器人的发展现状在降低制造成本,解决用工严重不足等口号的呼喊下,近年来机器人产业在全世界范围内兴起。中国作为世界工厂,面临的形式更是尤为的严重。有数据显示中国每年工业机器人的装机量约占全球的1/8,仅次于日本、韩国,预计2015年中国的装机量会超过这两个国家,成为世界上使用工业机器人最多的国家。自2009年以来,中国机器人市场持续快速增长,工业机器人年均增长速度超过40%,到目前为止,中国工业机器人市场份额约占全球市场的1/5;以教育、清扫等为代表的服务机器人在国内也在逐步进入市场。随着我国门户的逐渐开放,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研究的相关进展,显得十分重要。2012年,四种新型工业机器人在中国哈尔滨研制成功。专家们认为这标志着我国已经掌握了第一代工业机器人的生产技术,新的机器人产业已经在我国诞生。这四种工业机器人分别是哈尔滨工业大学和哈尔滨风华机器厂等单位研制的华宇Ⅱ型弧焊机器人,华宇Ⅰ型点焊机器人,哈尔滨工业大学与航天部811厂等单位联合研制的东方1号喷漆机器人和国营星光机器厂研制的星光Ⅰ型直角坐标点焊机器人。近年来,中国河南洛阳市越来越多的企业开始引进工业机器人等智能设备,但目前国内使用的机器80%是国外制造。位于洛阳工业园区的沃德福集团高端智能装备制造基地项目,总投资1。5亿元,将研发制造6轴工业机器人等高端智能设备,达到年产1万台工业机器人的生产、装配能力。该项目计划2014年建成投产,预计年产值20亿元,不久将在这里首次实现先进工业机器人大批量生产制造。随着便宜劳动力时代的结束,可以预计工业机器人将迎来一个伟大的时代,不仅在工业上,而且在服务、医疗等领域都有广泛的应用,从而推动一大批行业的发展,如高端制造业、制造业的个性化、医疗图像处理以及航空航天等。近十年以来,在“十五”、“十一五”攻关计划和863计划等科技计划的支持下,我国有组织、有计划地发展工业机器人产业,通过研制、生产、应用等多个层面的不断探索,在技术攻关和设计水平上有了长足的进步。总的来看,已经掌握了工业机器人的设计、制造、应用过程中的多项关键技术,能够生产出部分机器人关键元器件,开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人[2]。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术;工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术;机器人软件的设计和编程技术、运动学和轨迹规划技术;弧焊、点焊及大型机器人自动生产线(工作站)与周边配套设备的开发和制备技术等,某些关键技术已达到或接近了国际先进水平,中国工业机器人在世界工业机器人领域已占有一席之地。 三、工业机器人的发展趋势工业机器人在许多生产领域的使用实践证明,它在提高生产自动化水平,提高劳动生产率和产品质量以及经济效益,改善工人劳动条件等方面,有着令世人瞩目的作用,引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。1、国外发展趋势日本将机器人列为战略产业,韩国将机器人作为“增长发动机产业”,各发达国家政府早年通过制定政策,采取一系列措施鼓励企业应用机器人,设立科研基金鼓励机器人的研发设计,从政策上、资金上给予大力支持,工业机器人的应用和研究走在世界的前列。世界工业机器人市场普遍看好,各国都在期待机器人的应用研究有技术上的突破。从近几年世界机器人推出的产品来看,工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展,其发展趋势主要为:结构的模块化和可重构化;控制技术的开放化、PC化和网络化;伺服驱动技术的数字化和分散化;多传感器融合技术的实用化;工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面[3]。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:(1)工业机器人性能不断提高,而单机价格不断下降。(2)机械结构向模块化、可重构化发展。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。(3)工业机器人控制系统向基于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。(4)机器人中的传感器作用日益重要,装配、焊接机器人采用了位置、速度、加速度视觉、力觉等传感器,而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;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。(5)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。(6)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纳机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出虚拟轴机床以来,这种新型装置已成为国际研究的热点之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域[4]。2、国内发展趋势中国工业机器人在“七五”、“九五”、“十五”期间研究取得了较大进展,我国在关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,应用遍及各行各业,但进口机器人占了绝大多数。科学院机器人“十二五”规划研究目标:开展高速、高精、智能化工业机器人技术的研究工作,建立并完善新型工业机器人智能化体系结构;研究高速,高精度工业机器人控制方法并研制高性能工业机器人控制器,实现高速,高精度的作业;针对焊接,喷涂等作业任务,研究工业机器人的智能化作业技术,研制自动焊接工业机器人,自动喷涂工业机器人样机,并在汽车制造行业,焊接行业开展应用示范。国家下一步的发展思路,将发展以工业机器人为代表的智能制造,以高端装备制造业重大产业长期发展工程为平台和载体,系统推进智能技术、智能装备和数字制造的协调发展,实现我国高端装备制造的重大跨越。具体分两步进行:第一步,2012~2020年,基本普及数控化,在若干领域实现智能制造装备产业化,为我国制造模式转变奠定基础;第二步,2021~2030年,全面实现数字化,在主要领域全面推行智能制造模式,基本形成高端制造业的国际竞争优势。工业机器人市场竞争越来越激烈,中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战,加快工业机器人的研究开发与生产是使我国从制造业大国走向制造业强国的重要手段和途径。未来几年,国内机器人研究人员将重点研究工业机器人智能化体系结构,高速高精度控制,智能化作业,形成新一代智能化工业机器人的核心关键技术体系,并在相关行业开展应用示范和推广。(1)工业机器人智能化体系结构标准研究开放式,模块化的工业机器人系统结构,工业机器人系统的软硬件设计方法,形成切实可行的系统设计行业标准、国家标准和国际标准,以便于系统的集成,应用与改造。(2)工业机器人新型控制器技术研制具有自主知识产权的先进工业机器人控制器。研究具有高实时性的,多处理器并行工作的控制器硬件系统;针对应用需求,设计基于高性能,低成本总线技术的控制和驱动模式。深入研究先进控制方法,策略在工业机器人中的工程实现,提高系统高速,重载,高追踪精度等动态性能,提高系统开放性。通过人机交互方式建立模拟仿真环境,研究开发工业机器人自动/离线编程技术,增强人机交互和二次开发能力。(3)工业机器人智能化作业技术实现以传感器融合,虚拟现实与人机交互为代表的智能化技术在工业机器人上的可靠应用,提升工业机器人操作能力。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视觉,力觉等传感器来进行实现协调和决策控制,基于视觉的喷涂机器人姿态反馈控制;研究虚拟现实技术与人机交互环境建模系统。(4)成线成套装备技术针对汽车制造业,焊接行业等具体行业工艺需求,结合新型控制器技术和智能化作业技术的研究,研究与行业密切相关的工业机器人应用技术,以工业机器人为核心的生产线上的相关成套装备设计技术,开发弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置,喷涂线的喷涂设备的研制以及相关功能部件并加以集成,形成我国以智能化工业机器人为核心的成线成套自动化制造装备。(5)系统可靠性技术可靠性技术是与设计、制造、测试和应用密切相关的。建立工业机器人系统的可靠性保障体系是确保工业机器人实现产业化的关键。在产品的设计环节、制造环节和测试环节,研究系统可靠性保障技术,从而为工业机器人广泛应用提供保证。我国的机器人产业化必须由市场来拉动。机器人作为高技术,它的发展与社会的生产、经济状况密切相关。机器人的研制、开发只有从技术上实现可能性大为原则选择机器人优先应用的领域,并以此为突破口,向其他领域渗透、扩散至为重要。综合国内外工业机器人研究和应用现状,工业机器人的研究正在超智能化、模块化、系统化、微型化、多功能化及高性能、自诊断、自修复趋势发展,以适应多样化、个性化的需求向更大更宽广的应用领域发展。
行业主要上市企业:科大智能(300222)、沃迪智能(830843)、工业富联(601138)、远大智能(002689)、上海沪工(603131)、埃夫特(688165)、ST伯朗特(430394)、ST华昌(300278)、机器人(300024)、科远智慧(002380)、华自科技(300490)、埃斯顿(002747)、ST安控(300370)、泰禾智能(603656)等。本文核心数据:工业机器人产量、工业机器人销售额、全球工业机器人出货量TOP15国家和地区供给端:工业机器人产量大幅增长当前,新一轮科技革命和产业变革加速演进,新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料等与机器人技术深度融合,机器人产业迎来升级换代、跨越发展的窗口期。随着后疫情时代的到来,中国工业经济展现出了应对复杂严峻局面的强大韧性和活力,工业机器人行业表现逆势上扬。根据国家统计局最新发布的数据显示,2021年我国规模以上企业工业机器人产量为30万套,同比增长9%。需求端:——工业机器人销售规模增速近20%《“十四五”机器人产业发展规划》指出,我国已经连续8年成为全球最大的工业机器人消费国。根据IFR数据显示,2020年我国工业机器人销售规模达到5亿元,同比增长9%。2021年底,工信部、国家发改委、科技部等15部门联合印发了《“十四五”机器人产业发展规划》,推动我国机器人产业在“十四五”时期迈向中高端水平。《规划》明确提出,力争到2025年,我国成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地,机器人产业营业收入年均增长超过20%,制造业机器人密度实现翻番。预计到2025年我国工业机器人销售规模将达到1051亿元左右。——工业机器人出货量居世界首位据IFR《世界机器人2021工业机器人报告》显示,中国工业机器人出货量为168400台,强劲增长20%,居世界第一位。——制造业机器人密度达到246台/万人2020年我国制造业机器人密度达到246台/万人,是全球平均水平的近2倍。——垂直多关节机器人占据半壁江山从机械结构看,据MIR统计,2020年垂直多关节机器人在中国市场中的销量在各机型中依然位居首位,全年销售总销量的63%;SCARA机器人全年销售占比为30%;另外,协作机器人与Delta机器人销售占比分别为4%与3%。综合来看,近年来,在国家政策的支持下,我国工业机器人密度不断提高,产量和销售额逐年增长。未来,随着工业机器人国产化进程加速,工业机器人行业发展空间巨大。以上数据参考前瞻产业研究院《中国工业机器人行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》
国际金融危机爆发之后,奥巴马总统呼吁要―回归制造业‖,通过快速发展人工智能、机器人和数字制造技术,重构制造业的竞争格局,以机器人制造打败中国的人力制造。欧盟委员会提出“新工业革命”概念,强调技术创新、结构改革,更有效和可持续地利用资源。大力推进新的生产方式——机器人+信息技术新兴产业。 2012年3月,美国宣布投资10亿美元,建立由15家制造业创新研究所组成的全美制造业创新网络,主攻3D打印技术、机器人技术,以及人工智能等尖端制造产业, 以带动制造业创新和增长,提振美国经济并创造更多就业岗位。2012年10月,欧盟委员会发布了新产业政策通报,正式提出通过“新工业革命”逆转工业比重下降趋势,至2020年将工业增加值占国内生产总值比重由目前的6%提升至20%的―再工业化‖总体目标,并设定了一个实施框架。 目前发达国家低端制造业外包趋势没有发生逆转,资源类原材料涨价、用工成本上升、人民币升值,使中国制造业低成本优势逐步渐失,传统低技术、劳动密集型制造业逐步从中国向东南亚各国转移。联合国贸发会议发布的《2012年世界投资报告》显示,2011年流入东南亚的外国直接投资达1170亿美元,同比增长26%,中国的这一同期增长率不到8%。 新一轮制造业争夺战已在全球范围内打响,这一态势的发展对中国制造业的发展形成围堵之势,中国在生产制造领域的地位面临新的挑战,制造业转型升级成为中国经济跨越发展的必然选择。 用机器人武装中国制造,带动中国制造业转型升级成为中国经济发展必由之路。国家现已逐步加大政策支持力度推动智能制造装备发展。2012年,继―十二五‖规划后,国家科技部组织编制《智能制造科技发展―十二五‖专项规划》、《服务机器人科技发展―十二五‖专项规划》,规划指出,全面开展智能制造技术研究将是发展高端装备制造业的核心内容和促进我国从制造大国向制造强国转变的必然。―十二五‖期间,我国将发展和培育一批高技术产值超过100亿元的核心企业。根据IFR预测,2012年中国机器人市场需求约26,000台,占全球比重36%;到2015年,中国机器人市场需求将达35,000台,占全球比重9%,成为全球规模最大的市场。根据国际模具供应商协会秘书长罗百辉预测,―十二五‖期间将是中国工业机器人产业发展的关键转折点,市场需求也有一个井喷式的发展,需求量每年将以15%-20%的速度增长。由于机器人在制造业中的重要战略地位和未来其巨大的发展潜力,我国多个省市地区都把机器人作为重点支持发展产业,用机器人和信息技术改造和提升传统产业,用高端制造模式作为未来制造业竞争利器,抢占高端制造的制高点。我国正迎来智能高端装备制造的提速发展的时代,工业制造将加速进入“机器人化”时代。
工业机器人技术发展趋势论文摘要
【摘要】机器人的制造及应用水平,代表了一个国家的制造业水平,发展机器人产业应上升到国家战略高度。机器人的广泛使用是我国从制造业大国走向制造业强国的重要手段和途径。本文分析了现阶段国外工业机器人的应用、发展现状与趋势。通过实例说明了目前我国工业机器人发展的现状和未来的发展趋势,中国先进工业机器人大批量生产制造时代到来。 中国论文网 -htm【关键词】机器人;工业机器人;发展现状;发展趋势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(CIMS)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,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。一、工业机器人的应用情况经过五十多年的发展,工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中,尤其是在汽车产业中,工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,机器人都已逐步取代了人工作业。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高,机器人的应用范周还在不断地扩大,已从汽车制造业推广到其他制造业,进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中,弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。二、国内外工业机器人的发展现状1、国外工业机器人的发展现状在国外,工业机器人技术日趋成熟,已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而,相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司,它们包括:瑞典的ABB Robotics,日本的FANUC、Yaskawa,德国的KUKA Roboter,美国的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics,这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。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)的统计,世界机器人市场前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头[1]。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。像国际上著名公司ABB、Comau、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。目前,日本、意大利、德国、欧盟、美国等国家产业工人人均拥有工业机器人数量位于世界前列,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。2、国内工业机器人的发展现状在降低制造成本,解决用工严重不足等口号的呼喊下,近年来机器人产业在全世界范围内兴起。中国作为世界工厂,面临的形式更是尤为的严重。有数据显示中国每年工业机器人的装机量约占全球的1/8,仅次于日本、韩国,预计2015年中国的装机量会超过这两个国家,成为世界上使用工业机器人最多的国家。自2009年以来,中国机器人市场持续快速增长,工业机器人年均增长速度超过40%,到目前为止,中国工业机器人市场份额约占全球市场的1/5;以教育、清扫等为代表的服务机器人在国内也在逐步进入市场。随着我国门户的逐渐开放,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研究的相关进展,显得十分重要。2012年,四种新型工业机器人在中国哈尔滨研制成功。专家们认为这标志着我国已经掌握了第一代工业机器人的生产技术,新的机器人产业已经在我国诞生。这四种工业机器人分别是哈尔滨工业大学和哈尔滨风华机器厂等单位研制的华宇Ⅱ型弧焊机器人,华宇Ⅰ型点焊机器人,哈尔滨工业大学与航天部811厂等单位联合研制的东方1号喷漆机器人和国营星光机器厂研制的星光Ⅰ型直角坐标点焊机器人。近年来,中国河南洛阳市越来越多的企业开始引进工业机器人等智能设备,但目前国内使用的机器80%是国外制造。位于洛阳工业园区的沃德福集团高端智能装备制造基地项目,总投资1。5亿元,将研发制造6轴工业机器人等高端智能设备,达到年产1万台工业机器人的生产、装配能力。该项目计划2014年建成投产,预计年产值20亿元,不久将在这里首次实现先进工业机器人大批量生产制造。随着便宜劳动力时代的结束,可以预计工业机器人将迎来一个伟大的时代,不仅在工业上,而且在服务、医疗等领域都有广泛的应用,从而推动一大批行业的发展,如高端制造业、制造业的个性化、医疗图像处理以及航空航天等。近十年以来,在“十五”、“十一五”攻关计划和863计划等科技计划的支持下,我国有组织、有计划地发展工业机器人产业,通过研制、生产、应用等多个层面的不断探索,在技术攻关和设计水平上有了长足的进步。总的来看,已经掌握了工业机器人的设计、制造、应用过程中的多项关键技术,能够生产出部分机器人关键元器件,开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人[2]。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术;工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术;机器人软件的设计和编程技术、运动学和轨迹规划技术;弧焊、点焊及大型机器人自动生产线(工作站)与周边配套设备的开发和制备技术等,某些关键技术已达到或接近了国际先进水平,中国工业机器人在世界工业机器人领域已占有一席之地。 三、工业机器人的发展趋势工业机器人在许多生产领域的使用实践证明,它在提高生产自动化水平,提高劳动生产率和产品质量以及经济效益,改善工人劳动条件等方面,有着令世人瞩目的作用,引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。1、国外发展趋势日本将机器人列为战略产业,韩国将机器人作为“增长发动机产业”,各发达国家政府早年通过制定政策,采取一系列措施鼓励企业应用机器人,设立科研基金鼓励机器人的研发设计,从政策上、资金上给予大力支持,工业机器人的应用和研究走在世界的前列。世界工业机器人市场普遍看好,各国都在期待机器人的应用研究有技术上的突破。从近几年世界机器人推出的产品来看,工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展,其发展趋势主要为:结构的模块化和可重构化;控制技术的开放化、PC化和网络化;伺服驱动技术的数字化和分散化;多传感器融合技术的实用化;工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面[3]。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:(1)工业机器人性能不断提高,而单机价格不断下降。(2)机械结构向模块化、可重构化发展。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。(3)工业机器人控制系统向基于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。(4)机器人中的传感器作用日益重要,装配、焊接机器人采用了位置、速度、加速度视觉、力觉等传感器,而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;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。(5)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。(6)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纳机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出虚拟轴机床以来,这种新型装置已成为国际研究的热点之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域[4]。2、国内发展趋势中国工业机器人在“七五”、“九五”、“十五”期间研究取得了较大进展,我国在关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,应用遍及各行各业,但进口机器人占了绝大多数。科学院机器人“十二五”规划研究目标:开展高速、高精、智能化工业机器人技术的研究工作,建立并完善新型工业机器人智能化体系结构;研究高速,高精度工业机器人控制方法并研制高性能工业机器人控制器,实现高速,高精度的作业;针对焊接,喷涂等作业任务,研究工业机器人的智能化作业技术,研制自动焊接工业机器人,自动喷涂工业机器人样机,并在汽车制造行业,焊接行业开展应用示范。国家下一步的发展思路,将发展以工业机器人为代表的智能制造,以高端装备制造业重大产业长期发展工程为平台和载体,系统推进智能技术、智能装备和数字制造的协调发展,实现我国高端装备制造的重大跨越。具体分两步进行:第一步,2012~2020年,基本普及数控化,在若干领域实现智能制造装备产业化,为我国制造模式转变奠定基础;第二步,2021~2030年,全面实现数字化,在主要领域全面推行智能制造模式,基本形成高端制造业的国际竞争优势。工业机器人市场竞争越来越激烈,中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战,加快工业机器人的研究开发与生产是使我国从制造业大国走向制造业强国的重要手段和途径。未来几年,国内机器人研究人员将重点研究工业机器人智能化体系结构,高速高精度控制,智能化作业,形成新一代智能化工业机器人的核心关键技术体系,并在相关行业开展应用示范和推广。(1)工业机器人智能化体系结构标准研究开放式,模块化的工业机器人系统结构,工业机器人系统的软硬件设计方法,形成切实可行的系统设计行业标准、国家标准和国际标准,以便于系统的集成,应用与改造。(2)工业机器人新型控制器技术研制具有自主知识产权的先进工业机器人控制器。研究具有高实时性的,多处理器并行工作的控制器硬件系统;针对应用需求,设计基于高性能,低成本总线技术的控制和驱动模式。深入研究先进控制方法,策略在工业机器人中的工程实现,提高系统高速,重载,高追踪精度等动态性能,提高系统开放性。通过人机交互方式建立模拟仿真环境,研究开发工业机器人自动/离线编程技术,增强人机交互和二次开发能力。(3)工业机器人智能化作业技术实现以传感器融合,虚拟现实与人机交互为代表的智能化技术在工业机器人上的可靠应用,提升工业机器人操作能力。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视觉,力觉等传感器来进行实现协调和决策控制,基于视觉的喷涂机器人姿态反馈控制;研究虚拟现实技术与人机交互环境建模系统。(4)成线成套装备技术针对汽车制造业,焊接行业等具体行业工艺需求,结合新型控制器技术和智能化作业技术的研究,研究与行业密切相关的工业机器人应用技术,以工业机器人为核心的生产线上的相关成套装备设计技术,开发弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置,喷涂线的喷涂设备的研制以及相关功能部件并加以集成,形成我国以智能化工业机器人为核心的成线成套自动化制造装备。(5)系统可靠性技术可靠性技术是与设计、制造、测试和应用密切相关的。建立工业机器人系统的可靠性保障体系是确保工业机器人实现产业化的关键。在产品的设计环节、制造环节和测试环节,研究系统可靠性保障技术,从而为工业机器人广泛应用提供保证。我国的机器人产业化必须由市场来拉动。机器人作为高技术,它的发展与社会的生产、经济状况密切相关。机器人的研制、开发只有从技术上实现可能性大为原则选择机器人优先应用的领域,并以此为突破口,向其他领域渗透、扩散至为重要。综合国内外工业机器人研究和应用现状,工业机器人的研究正在超智能化、模块化、系统化、微型化、多功能化及高性能、自诊断、自修复趋势发展,以适应多样化、个性化的需求向更大更宽广的应用领域发展。
国际金融危机爆发之后,奥巴马总统呼吁要―回归制造业‖,通过快速发展人工智能、机器人和数字制造技术,重构制造业的竞争格局,以机器人制造打败中国的人力制造。欧盟委员会提出“新工业革命”概念,强调技术创新、结构改革,更有效和可持续地利用资源。大力推进新的生产方式——机器人+信息技术新兴产业。 2012年3月,美国宣布投资10亿美元,建立由15家制造业创新研究所组成的全美制造业创新网络,主攻3D打印技术、机器人技术,以及人工智能等尖端制造产业, 以带动制造业创新和增长,提振美国经济并创造更多就业岗位。2012年10月,欧盟委员会发布了新产业政策通报,正式提出通过“新工业革命”逆转工业比重下降趋势,至2020年将工业增加值占国内生产总值比重由目前的6%提升至20%的―再工业化‖总体目标,并设定了一个实施框架。 目前发达国家低端制造业外包趋势没有发生逆转,资源类原材料涨价、用工成本上升、人民币升值,使中国制造业低成本优势逐步渐失,传统低技术、劳动密集型制造业逐步从中国向东南亚各国转移。联合国贸发会议发布的《2012年世界投资报告》显示,2011年流入东南亚的外国直接投资达1170亿美元,同比增长26%,中国的这一同期增长率不到8%。 新一轮制造业争夺战已在全球范围内打响,这一态势的发展对中国制造业的发展形成围堵之势,中国在生产制造领域的地位面临新的挑战,制造业转型升级成为中国经济跨越发展的必然选择。 用机器人武装中国制造,带动中国制造业转型升级成为中国经济发展必由之路。国家现已逐步加大政策支持力度推动智能制造装备发展。2012年,继―十二五‖规划后,国家科技部组织编制《智能制造科技发展―十二五‖专项规划》、《服务机器人科技发展―十二五‖专项规划》,规划指出,全面开展智能制造技术研究将是发展高端装备制造业的核心内容和促进我国从制造大国向制造强国转变的必然。―十二五‖期间,我国将发展和培育一批高技术产值超过100亿元的核心企业。根据IFR预测,2012年中国机器人市场需求约26,000台,占全球比重36%;到2015年,中国机器人市场需求将达35,000台,占全球比重9%,成为全球规模最大的市场。根据国际模具供应商协会秘书长罗百辉预测,―十二五‖期间将是中国工业机器人产业发展的关键转折点,市场需求也有一个井喷式的发展,需求量每年将以15%-20%的速度增长。由于机器人在制造业中的重要战略地位和未来其巨大的发展潜力,我国多个省市地区都把机器人作为重点支持发展产业,用机器人和信息技术改造和提升传统产业,用高端制造模式作为未来制造业竞争利器,抢占高端制造的制高点。我国正迎来智能高端装备制造的提速发展的时代,工业制造将加速进入“机器人化”时代。
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机器人技术的发展趋势论文
最多追加100好吧,怎么都喜欢骗人啊 微型机器人的发展和研究现状 摘要: 微型机器人是微电子机械系统的一个重要分支, 由于它能进入人类和宏观机器人所不及的狭小空间内作业, 近几十年来受到了广泛的关注。本文首先给出了近年来国内外出现的几种微型机器人, 在分析了其特点和性能的基础上, 讨论了目前微型机器人研究中所遇到的几个关键问题, 并且指出了这些领域未来一段时间内的主要研究和发展方向。 关键词: 微型机器人; 微驱动器 近年来, 采用MEMS 技术的微型卫星、微型飞行 器和进入狭窄空间的微机器人展示了诱人的应用前 景和军民两用的战略意义。因此, 作为微机电系统技 术发展方向之一的基于精密机械加工微机器人技术 研究已成为国际上的一个热点, 这方面的研究不仅有 强大的市场推动, 而且有众多研究机构的参与。以日 本为代表的许多国家在这方面开展了大量研究, 重点 是发展进入工业狭窄空间微机器人、进入人体狭窄空 间医疗微系统和微型工厂。国内在国家自然科学基 金、863 高技术研究发展计划等的资助下, 有清华大 学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、广东工业大 学、上海大学等科研院所针对微型机器人和微操作系 统进行了大量研究, 并分别研制了原理样机。目前国 内对微型机器人的研究主要集中在三个领域[6] : (1) 面向煤气、化工、发电设备细小管道探测的微型机器 人。(2) 针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器 人。(3) 面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器 人。 1 微型机器人的发展和研究状况 根据国内开展微型机器人研究的实际情况, 我们 着重讨论微型管道机器人、无创伤微型医疗机器人和 特殊作业的微型机器人。 111 微型管道机器人 微管道机器人是基于狭小空间内的应用背景提 出的, 其环境特点是在狭小的管状通道或缝隙行走进 行检测, 维修等作业。由于与常规条件下管内作业环 境有明显不同, 其行走方式及结构原理与常规管道机 器人也不同, 因此按照常规技术手段对管道机器人按 比例缩小是不可行的。有鉴于此, 微型管道机器人的 行走方式应另辟蹊径。近年来随着微电子机械技术的 发展和晶体压电效应和超磁致伸缩材料磁- 机耦合 技术应用的发展, 使新型微驱动器的出现和应用成为 现实。微驱动器的研究成果已成为微管道机器人的重 要发展基础[1] 。 日本名古屋大学研制成一种微型管道机器人, 可 用于细小管道的检测, 在生物医学领域的小空间内作 微小工作。这种机器人可以由管道外面的电磁线圈驱 动, 而无须以电缆供电。日本东京工业大学和NEC 公司合作研究的螺旋式管内移动微机器人, 在直径为 Φ2514mm的直管内它的最大运动速度是260mm/ s , 最 大牵引力是12N。法国Anthierens 等人研制出了适用 于Φ16mm的蠕动式机器人, 此种微型机器人的最大 运动速度为5mm/ s , 负载可达20N , 具有很高的运动 精度, 负载大, 但运动速度较慢且结构复杂。 国内的上海大学和上海交通大学都研制出了惯性 冲击式管道微机器人, 上海交通大学的微机器人采用 层叠型压电驱动器驱动; 上海大学的微机器人驱动器 有层叠型和双压电薄膜两种类型[3] 。图1 所示为双压 电薄膜微小管道机器人其运动机理, 该机器人采用双 压电薄膜驱动器, 相对于单压电薄膜, 增大了驱动 力, 提高了承载能力。该机构的最大移动速度可以达 到15mm/ s , 具有前进、后退、上升和下降功能。 112 微型医疗机器人的发展 近几年来, 医疗机器人技术的研究与应用开发进 展很快, 微型医疗机器人是其中最有发展前途的应用 领域, 据日本科学技术政策研究所预测, 到2017 年 医疗领域使用微型机器和机器人的手术将超过全部 医疗手术的一半。因此日本制定了采用“机器人外科 医生”的计划, 并正在开发能在人体血管中穿行、用 于发现并杀死癌细胞的超微型机器人。美国马里兰州 的约翰·霍普金实验室研制出一种“灵巧药丸”, 实际 上是装有微型硅温度计和微型电路的微型检测装置, 吞入体内, 可以将体内的温度信息发给记录器。瑞典 科学家发明了一种大小如英文标点符号的机器人, 未 来可移动单一细胞或捕捉细菌, 进而在人体内进行各 种手术。 国内的的许多科研院所主要开展了无创伤微型 医疗机器人的研究, 取得了一些成果。无损伤医用机 器人主要应用于人体内腔的疾病医疗, 它可以大大减 轻或消除目前临床上使用的各类窥镜、内注射器、内 送药装置等医疗器械给患者带来的严重不适合及痛 苦。中国科学技术大学在国家自然科学基金的资助下 研制出了基于压电陶瓷驱动的多节蛇行游动腹腔手 术术微型机器人, 该机器人将CCD 摄像系统, 手术 器械及智能控制系统分别安装在微型机器人的端部, 通过开在患者腹部的小口, 伸入腹腔进行手术。其特 点是响应速度快, 运动精度高, 作用力与动作范围 大, 每一节可实现两个自由度方向上±60°范围内迅 捷而灵活的动作, 图2 所示的是利用腹腔手术机器人 进行手术的场景[5] 。浙江大学也研制出了无损伤医用 微型机器人的原理样机, 该微型机器人以悬浮方式进 入人体内腔(如肠道, 食道) , 可避免对人体内腔有 机组织造成损伤, 运行速度快, 速度控制方便。 113 特殊作业微型机器人的发展 除了上述提到的微型管道机器人和无创伤微型 医疗机器人以外, 国内外一些科研工作者广泛开展了 进行特殊作业微型机器人的研究。这种微型机器人配 备相应的传感器和作业装置, 在军事和民用方面具有 非常好的发展前景。 美国国家安全实验室制造出了有史以来世界上 最小的机器人, 这部机器人重量不到28g , 体积为 411cm3 , 腿机构为皮带传送装置, 该机器人可以代替 人去完成许多危险的工作。美国海军发明了一种微型 城市搜救机器人, 该机器人曾在2001 年“9111”事 件发生后的世贸废墟搜救现场大显身手。日本三菱电 子公司、松下东京研究所和Sumitomo 电子公司联合研 制出只有蚂蚁大小的微型机器人, 该机器人可以进入 空间非常狭小的环境从事修理工作, 身体两侧有两个 圆形的连接器可以与其他机器人相连接完成一些特殊 的任务。 由于自然界中的生物具有人类无法比拟的某些机 能, 因此近年来利用自然界生物的运动行为和某些机 能进行机器人设计、实现其灵活控制、受到了机器人 学者的广泛重视。国内已有多所高校和科研院所在开 展微型仿生机器人方面的研究。上海交通大学基于仿 生学原理, 利用六套并联平面四连杆机构、微型直流 电动机及相应的减速增扭机构研制出了微型六足仿生 机器人, 体积微小, 具有良好的机动性。该机器人长 30mm, 宽40mm, 高20mm, 重613 克, 其步行速度达 到3mm/ s[2] 。上海大学也进行了一些微型仿生机器人 的研究工作。 2 微型机器人发展中面临的问题 (1) 驱动器的微型化 微驱动器是MEMS 最主要的部件, 从微型机器人 的发展来看, 微驱动技术起着关键作用, 并且是微机 器人水平的标志, 开发耗能低、结构简单、易于微型 化、位移输出和力输出大, 线性控制性能好, 动态响 应快的新型驱动器(高性能压电元件、大扭矩微马 达) 是未来的研究方向。 (2) 能源供给问题 许多执行机构都是通过电能驱动的, 但是对于微 型移动机器人而言, 供应电能的导线会严重影响微型 机器人的运动, 特别是在曲率变化比较大的环境中。 微型机器人发展趋势应是无缆化, 能量、控制信号以 及检测信号应可以无缆发送、传输。微型机器人要真 正实用化, 必须解决无缆微波能源和无缆数据传输技 术, 同时研究开发小尺寸的高容量电池。 (3) 可靠性和安全性 目前许多正在研制和开发的微型机器人是以医 疗、军事以及核电站为应用背景, 在这些十分重要的 应用场合, 机器人工作的可靠性和安全性是设计人员 必须考虑的一个问题, 因此要求机器人能够适应所处 的环境, 并具有故障排除能力[4] 。 (4) 新型的微机构设计理论及精加工技术 微型机器人和常规机器人相比并不是简单的结 构上比例缩小, 其发展在一定程度上和微驱动器和精 加工技术的发展是密切相关的。同时要求设计者在机 构设计理论上进行创新, 研究出适合微型机器人的移 动机构和移动方式。 (5) 高度自治控制系统 微机器人要完成特定的作业, 其自身定位和环境 的识别能力是关键, 开发微视觉系统, 提高微图象处 理速度, 采用神经网络及人工智能等先进的技术来解 决控制系统的高度自治难题是最终实现实用化的关 键。 3 结论 微机器人还处于实验室理论探索时期, 离实用化 还有相当的距离。存在许多关键的技术没有得到解 决, 这些问题的解决过程中同时会带动许多相关学科 的发展。只有当这些问题解决以后, 微型机器人的实 用化才会成为可能。我们要勇于创新, 抓住这个前沿 课题, 将微型机器人技术应用到国民经济建设发展影 响较大的领域。
人工智能在当代社会已经是一个不可阻拦的发展大趋势,而且人工智能的影响和运用也深入到了社会生活等方方面面,对人类的衣食住行产生了巨大的改变,同时也在改变着传统或者现代的产业结构和人员配置。人类生活的各个行业例如农业、体育、医疗卫生、制造业、律师行业、记者和编辑行业等领域都已经在或者将会在未来深入使用人工智能技术,这对于未来世界的改变是巨大而且无法想象的。在未来几年内,机器人与人工智能能给世界带来的影响将远远超过个人计算和互联网在过去三十年间已经对世界所造成的改变。人工智能将成为未来10年内的产业新风口,像200I安钱电力彻底颠覆人类世界一样,人工智能也必将掀起一场新的而且持续深入的产业革命。但是事情的发展总是两面性的,人工智能的发展和百年前的工业革命一样将会在很大程度上造成劳动力的转换,在这个过程中,将会出现一系列的问题,而这些问题很有可能成为阻碍人工智能继续发展的巨大阻力。人工智能领域的最新发展对科技变化的促进作用可能会以两种基本的方式搅乱我们的劳动市场。首先,大部分自动化作业都会代替工人,从而减少工作的机会,这就意味着血药人工作的地方变得更少,这种威胁显而易见,也很容易度量;另外,很多科技进步会通过让商家重组和重建运营的方式来改变游戏规则,这样的组织精华和流程不仅经常会淘汰工作岗位,也会淘汰技能。但从总体上来说,人工智能所带给未来人类世界的好处是要大于其弊端的,而且在未来人类生活的理想蓝图中,人工智能也会发挥着很大的作用和推动力,这是一个必然也无法阻止的趋势。