機(jī)器人自動化研究前景及進(jìn)展探究

張彪

摘 要：我國目前從事機(jī)器人研發(fā)和應(yīng)用工程的單位相對較少，工業(yè)機(jī)器人的擁有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求量，長期大量依靠從國外引進(jìn)。文章結(jié)合本職工作就機(jī)器人自動化研究前景及進(jìn)展探究和分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;自動化;發(fā)展前景

我國機(jī)器人學(xué)研究起步較晚，但進(jìn)步較快。已經(jīng)在工業(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人和智能機(jī)器人各個方面區(qū)的了明顯的成就。近年來我國的機(jī)器人自動化技術(shù)也取得了長足的發(fā)展，但是與世界發(fā)達(dá)國家相比，還有一定的差距，如可靠性低于國外產(chǎn)品;機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。目前，我國已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離。當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)。對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

1.工業(yè)機(jī)器人的研究趨勢

目前，國外機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化;由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī);國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu);大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。

2.工業(yè)機(jī)器人研究進(jìn)展分析

2.1國內(nèi)機(jī)器人研究進(jìn)展

針對現(xiàn)有的車輛在崎嶇的丘陵山區(qū)作業(yè)時出現(xiàn)的地面適應(yīng)性差，由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的仿地形車輛，車輪易打滑，附著力不足等問題，根據(jù)路況較差的特殊的工作環(huán)境，采用底盤多自由度大變形的方法，研制出具有8輪驅(qū)動全地形仿形車輛，該車輛采用地面仿形原理，底盤具有5個自由度，在崎嶇地形行駛能夠根據(jù)地形變化而變形，實時適應(yīng)地形環(huán)境。該全地形車能夠保證車輪與地面附著力，克服一般車輛地形適應(yīng)性差，車輪易打滑等問題很好的解決了越障問題。北京航空航天大學(xué)研制的一種車輪直徑可變的月球探測車，由裝在輪轂內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動車輪收縮和張開，車輪直徑變化范圍為200～390mm。月球探測車的車輪直徑可以依據(jù)所通過的路面狀況由車載系統(tǒng)控制張開或收縮，具有機(jī)構(gòu)緊湊、越障能力強和地形適應(yīng)性好等特點。北京航空航天大學(xué)大學(xué)研制模塊化的可重組履帶機(jī)構(gòu)，目的在于解決履帶機(jī)器人的通用性、地形適應(yīng)性、便攜和微小化問題，得到一個幾者之間兼顧的最佳解決方案. 模塊化履帶機(jī)構(gòu)的運動性較為穩(wěn)定其中三節(jié)穩(wěn)定性最好，而且比較靈活，越障能力也較強，控制協(xié)調(diào)也較簡單，因此具有較強的實用性。

2.2國外機(jī)器人研究進(jìn)展

InuKtun公司研制了機(jī)器人MicroVGTV，機(jī)身可變位，采用電纜控制，含有直視的彩色攝像頭，并帶有微型話筒和揚聲器，可穿越困難地形以向被困者發(fā)出雙路音頻，可用于與壓在廢墟中的幸存者通話，適用于在小的孔洞和空間中執(zhí)行任務(wù)。由日本東京電子信息大學(xué)研制的HANZO機(jī)器人，克服了傳統(tǒng)輪系越障高度不能高于其輪徑的缺點，具有自動變臂功能。該機(jī)器人采用無線控制，具有五種變臂模式，能夠較強適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，該系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)，相比傳統(tǒng)機(jī)器人它有更高的自由度和較強的越障能力。由日本研制的輪腿混合機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)輪徑可變以增強其越障功能，克服了傳統(tǒng)輪腿模式的瓶頸，同時具有輪系和腿系運動結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，能夠應(yīng)用于更加復(fù)雜的地面環(huán)境，增強了其應(yīng)用范圍，并且可以在其結(jié)構(gòu)上安裝一些傳感器以應(yīng)用于搜索和救災(zāi)

領(lǐng)域。

3.機(jī)器人發(fā)展前景分析

在日常生活中，機(jī)器人身影也悄然出現(xiàn)。目前，出自機(jī)器人“奧特曼”之手的“奧式削面”已經(jīng)悄然面世?！皧W式削面”可根據(jù)顧客喜好調(diào)節(jié)面條薄厚，很多顧客在食用后，都對這個“削面師傅”豎起大拇指。從微觀生活到規(guī)?；僮?，機(jī)器人正在滲入人類生活中的細(xì)枝末節(jié)一場可以預(yù)見的“機(jī)器人代工”時代必將到來，擁有13億人口的中國又將如何應(yīng)對？但作為世界第一的勞動力大國，中國應(yīng)該預(yù)見到這種發(fā)展趨勢。從全球來看，家電生產(chǎn)、汽車制造中已經(jīng)基本實現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)。而在石油勘探、化工制造以及核電站等危險環(huán)境下，則更需要機(jī)器人盡快投入使用。資料顯示，上世紀(jì)60年代末以來，機(jī)器人開始進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域。從目前看，全世界60%的機(jī)器人出自日本，尤其是高端機(jī)器人。作為機(jī)器人新興市場的中國、東南亞、印度等國家和地區(qū)也出現(xiàn)顯著增長。近年來，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域正向電子信息產(chǎn)業(yè)以及建筑、采礦等領(lǐng)域延伸。專家預(yù)計，未來工業(yè)機(jī)器人年均增速有望達(dá)到25%左右，用于物流、搬運的移動機(jī)器人每年增幅將不低于20%。機(jī)器人將成為未來市場炙手可熱的領(lǐng)域，世界各國都在搶占先機(jī)，以期贏在“第一起跑線”。此前有媒體報道說，日本打算在2020年用機(jī)器人逐步替代工資高昂的勞工，以占據(jù)價格優(yōu)勢。中國潛在的巨大市場需求也初露端倪。資料顯示，隨著中國制造業(yè)的發(fā)展，特別是作為工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用領(lǐng)域的汽車及汽車零部件制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的裝配量將會快速增長。

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