機器人自動化研究前景及進展探究

張彪

摘 要：我國目前從事機器人研發和應用工程的單位相對較少，工業機器人的擁有量遠遠不能滿足需求量，長期大量依靠從國外引進。文章結合本職工作就機器人自動化研究前景及進展探究和分析。

關鍵詞：機器人;自動化;發展前景

我國機器人學研究起步較晚，但進步較快。已經在工業機器人、特種機器人和智能機器人各個方面區的了明顯的成就。近年來我國的機器人自動化技術也取得了長足的發展，但是與世界發達國家相比，還有一定的差距，如可靠性低于國外產品;機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距。目前，我國已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，但總的來看，我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離。當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術。對產品進行全面規劃，搞好系列化、通用化、模化設計，積極推進產業化進程。

1.工業機器人的研究趨勢

目前，國外機器人技術正在向智能機器和智能系統的方向發展，其現狀及發展趨勢主要體現在以下幾個方面：工業機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化;由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產品問市。工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構;大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。機器人化機械開始興起。從94年美國開發出“虛擬軸機床”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用的領域。

2.工業機器人研究進展分析

2.1國內機器人研究進展

針對現有的車輛在崎嶇的丘陵山區作業時出現的地面適應性差，由中國農業大學研制的仿地形車輛，車輪易打滑，附著力不足等問題，根據路況較差的特殊的工作環境，采用底盤多自由度大變形的方法，研制出具有8輪驅動全地形仿形車輛，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地形變化而變形，實時適應地形環境。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。北京航空航天大學研制的一種車輪直徑可變的月球探測車，由裝在輪轂內的電機驅動車輪收縮和張開，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所通過的路面狀況由車載系統控制張開或收縮，具有機構緊湊、越障能力強和地形適應性好等特點。北京航空航天大學大學研制模塊化的可重組履帶機構，目的在于解決履帶機器人的通用性、地形適應性、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. 模塊化履帶機構的運動性較為穩定其中三節穩定性最好，而且比較靈活，越障能力也較強，控制協調也較簡單，因此具有較強的實用性。

2.2國外機器人研究進展

InuKtun公司研制了機器人MicroVGTV，機身可變位，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行任務。由日本東京電子信息大學研制的HANZO機器人，克服了傳統輪系越障高度不能高于其輪徑的缺點，具有自動變臂功能。該機器人采用無線控制，具有五種變臂模式，能夠較強適應復雜環境，該系統采用PID調節，相比傳統機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器人能夠實現輪徑可變以增強其越障功能，克服了傳統輪腿模式的瓶頸，同時具有輪系和腿系運動結構的優點，能夠應用于更加復雜的地面環境，增強了其應用范圍，并且可以在其結構上安裝一些傳感器以應用于搜索和救災

領域。

3.機器人發展前景分析

在日常生活中，機器人身影也悄然出現。目前，出自機器人“奧特曼”之手的“奧式削面”已經悄然面世。“奧式削面”可根據顧客喜好調節面條薄厚，很多顧客在食用后，都對這個“削面師傅”豎起大拇指。從微觀生活到規模化操作，機器人正在滲入人類生活中的細枝末節一場可以預見的“機器人代工”時代必將到來，擁有13億人口的中國又將如何應對？但作為世界第一的勞動力大國，中國應該預見到這種發展趨勢。從全球來看，家電生產、汽車制造中已經基本實現機器人作業。而在石油勘探、化工制造以及核電站等危險環境下，則更需要機器人盡快投入使用。資料顯示，上世紀60年代末以來，機器人開始進入工業領域。從目前看，全世界60%的機器人出自日本，尤其是高端機器人。作為機器人新興市場的中國、東南亞、印度等國家和地區也出現顯著增長。近年來，工業機器人的應用領域正向電子信息產業以及建筑、采礦等領域延伸。專家預計，未來工業機器人年均增速有望達到25%左右，用于物流、搬運的移動機器人每年增幅將不低于20%。機器人將成為未來市場炙手可熱的領域，世界各國都在搶占先機，以期贏在“第一起跑線”。此前有媒體報道說，日本打算在2020年用機器人逐步替代工資高昂的勞工，以占據價格優勢。中國潛在的巨大市場需求也初露端倪。資料顯示，隨著中國制造業的發展，特別是作為工業機器人主要應用領域的汽車及汽車零部件制造業的發展，工業機器人的裝配量將會快速增長。

參考文獻：

[1]鄧成良，可用于生產線的工業機器人研究[J]，科技創新導報2012

[2]謝月強，移動式工業機器人動力學分析[J]，機械工程，2014