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課 程 體 會 工業(yè)機(jī)器人的認(rèn)知和發(fā)展 姓 名 學(xué) 號 院 系 專 業(yè) 年 級 指導(dǎo)教師 年 月 日 前 言 工業(yè)機(jī)器人是一種可以搬運(yùn)物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機(jī)械裝置；由計(jì)算機(jī)控制，是無人參與的自主自動化控制系統(tǒng)；他是可編程、具有柔性的自動化系統(tǒng)，可以允許進(jìn)行人機(jī)聯(lián)系。可以通俗的理解為“機(jī)器人是技術(shù)系統(tǒng)的一種類別，它能以其動作復(fù)現(xiàn)人的動作和職能；它與傳統(tǒng)的自動機(jī)的區(qū)別在于有更大的萬能性和多目的用途，可以反復(fù)調(diào)整以執(zhí)行不同的功能。 第1章 目前我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)存在的問題 1.1通用性 工業(yè)機(jī)器人可編程，支持多自由度運(yùn)動，因此應(yīng)用較靈活。雖然不及人類，但相對于很多工業(yè)自動化常見的專機(jī)(專為一類工業(yè)應(yīng)用或一家客戶定制的機(jī)電集成方案)，工業(yè)機(jī)器人還是靈活多了。工業(yè)應(yīng)用改動不太大時(shí)，是可以通過機(jī)器人重新編程來滿足新的需求，而無需在硬件上再做大量投資。但相應(yīng)的，它的相對不足會是效率。畢竟專機(jī)是為一個(gè)應(yīng)用定制的，因此雖犧牲通用性但實(shí)現(xiàn)了效率優(yōu)化，在產(chǎn)量這個(gè)客戶非常關(guān)心的指標(biāo)上能完成地很好。 1.2機(jī)電性能 工業(yè)機(jī)器人普遍能達(dá)到低于0.1毫米的運(yùn)動精度(指重復(fù)運(yùn)動到點(diǎn)精度)，抓取重達(dá)一噸的物體，伸展也可達(dá)三四米。這樣的性能雖不一定能輕易完成蘋果手機(jī)上一些“瘋狂”的加工要求，但對絕大部分的工業(yè)應(yīng)用來說，是足以圓滿完成任務(wù)。隨著機(jī)器人的性能逐漸提升，以前一些不可能的任務(wù)也變得可行起來(如激光焊接或切割，曾需要專門的高精度設(shè)備來指導(dǎo)激光的走向，但隨著機(jī)器人精度的提升，現(xiàn)在也變得可依賴機(jī)器人本身的準(zhǔn)確運(yùn)動來代替了)。但相比傳統(tǒng)高端設(shè)備，如高精度數(shù)控機(jī)床，激光校準(zhǔn)設(shè)備，或特殊環(huán)境(高溫或特低溫)設(shè)備等，工業(yè)機(jī)器人尚力不能及。 1.3人機(jī)合作 傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人是關(guān)在籠子里工作的，因?yàn)樗鼘?shí)在危險(xiǎn)(想象一個(gè)抓著幾十或幾百公斤的家伙以四米每秒的速度甩著，誰也不想靠近吧)。主要原因是一般機(jī)器人，基于成本與技術(shù)的考慮，不會集成額外的傳感器去感知外部的特殊情況(如突然有人觸碰)，它只會“傻傻”得照著人類編好的程序日復(fù)一日的動著，除非有外部信號告訴它停止。所以常見的方案就是為機(jī)器人配備籠子，當(dāng)籠子門打開時(shí)，機(jī)器人收到信號便自動暫停。對安全的考慮，自然給機(jī)器人集成帶來了很多額外的成本，籠子可能并不貴，但畢竟要為此仔細(xì)考慮產(chǎn)線排布，增加產(chǎn)線面積，改變?nèi)藱C(jī)合作方式等，從而影響生產(chǎn)效率。所以最近比較受關(guān)注的工業(yè)機(jī)器人都以能安全地和人一起工作“為榮”，如RethinkRobotics的Baxter，UniversalRobots的PR系列，以及很多傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人巨頭(ABB，kuka，Yaskawa等)的半概念半成品的機(jī)器人。而從產(chǎn)業(yè)需求看來，已通過傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人解決了對精度速度重量等自動化需求后，也的確是時(shí)候開始滿足人機(jī)安全合作了。 1.4成本 機(jī)器人的成本從小型號的幾萬RMB到大型的上百萬RMB都有。這個(gè)成本自然低于高端專業(yè)制造設(shè)備，但也可能會高于國內(nèi)小集成商們拼湊出的自動化方案來。但從一直來西方工業(yè)界及近幾年國內(nèi)制造業(yè)對機(jī)器人的歡迎程度看來，說明機(jī)器人自動化的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢普遍到了一個(gè)臨界點(diǎn)，超過了其他替代方案(人工，或?qū)C(jī))，看來這個(gè)成本還是值得的。 其實(shí)要走傳統(tǒng)機(jī)器人的老路，那硬件成本降低空間不大。工業(yè)機(jī)器人基本是一個(gè)開環(huán)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，靠的就是電機(jī)和齒輪箱的高精度配合。而大部分領(lǐng)先廠商的這些關(guān)鍵零部件都是從日本幾家廠商那買的，(這也是國內(nèi)公司自己制造的機(jī)器人，買同樣的零部件，也不會便宜多少，因?yàn)槿毡緩S商不會為了你這點(diǎn)量給多少折扣)。除非中國零部件制造商能靜下心來，努力追趕上日本人的技術(shù)，從而以價(jià)格優(yōu)勢打破多年來的壟斷，才能真正促進(jìn)國內(nèi)機(jī)器人廠商的發(fā)展。 另一個(gè)就是另辟蹊徑，追求其他技術(shù)和市場。如RethinkRobotics當(dāng)時(shí)甚至考慮用塑料的齒輪箱來降低成本，而通過視覺來彌補(bǔ)運(yùn)動精度損失，就像人的眼睛來輔助手的精微操作一樣。但畢竟不能一步登天，所以Baxter機(jī)器人暫時(shí)在精度和速度上完全無法與傳統(tǒng)機(jī)器人相比，但在它能處理的物料抓放的應(yīng)用中，卻也足夠了。也許隨著Rethink的努力，會在硬件較差的情況下，通過軟件的智能化彌補(bǔ)，來達(dá)到與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人競爭的程度(那就是真顛覆這些傳統(tǒng)大廠商了)。 1.5智能性 之所以將智能型放在最后一點(diǎn)，因?yàn)橄鄬ΜF(xiàn)在市場對機(jī)器人的主流需求(即強(qiáng)，快，準(zhǔn))，它暫時(shí)還不是最迫切的。這也體現(xiàn)了傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢(任勞任怨，保質(zhì)保量，是個(gè)“干活”的好手)和不足(但很“笨”，老得讓人教)。但不代表智能型不重要，相反企業(yè)已經(jīng)開始做技術(shù)投資了。比如怎么讓機(jī)器人更好的理解人的指揮意圖，相對自主的去理解并規(guī)劃任務(wù)，而不需一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)得讓人告訴它怎么走;如何讓機(jī)器人在外圍環(huán)境發(fā)生變化下(光線變暗影響圖像識別，傳送帶上物品有損壞需要特殊處理)自動適應(yīng);如何通過觸覺視覺聽覺等感知判斷零部件的裝配質(zhì)量，等等。 這方面美國人做的比較好(當(dāng)然他們也是避實(shí)擊虛，因?yàn)閭鹘y(tǒng)工業(yè)機(jī)器人硬件上的技術(shù)和市場已基本被日本歐洲企業(yè)統(tǒng)治)，ROSIndustrial，RethinkRobotics等都在做有領(lǐng)先的嘗試。 1.6人才匱乏 工業(yè)機(jī)器人順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，行業(yè)前景廣闊，然而，該領(lǐng)域人才供需失衡的矛盾正日益凸顯。一方面是機(jī)器人廠商、系統(tǒng)集成商以及汽車加工制造業(yè)求賢若渴，另一方面是人才供給不足，難以滿足企業(yè)用人需求。、究其原因，主要是相對近年來國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)所表現(xiàn)出來的爆發(fā)性發(fā)展態(tài)勢，高校、職校等培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的課程設(shè)置仍然滯后，盡管一些機(jī)器人廠商提供相關(guān)培訓(xùn)，卻存在品牌針對性過強(qiáng)，推廣力度不足、配套設(shè)施不足以及培訓(xùn)網(wǎng)點(diǎn)有限等短板，難以達(dá)成系統(tǒng)的教學(xué)流程，尚不能與全國各地求學(xué)者的需要很好地契合，導(dǎo)致眾多有志投身機(jī)器人行業(yè)者求學(xué)無門。 第2章 我國未來工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢和方向 2.1大力發(fā)展機(jī)器人關(guān)鍵零部件 針對6自由度及以上工業(yè)機(jī)器人用關(guān)鍵零部件性能、可靠性差，使用壽命短等問題，從優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料優(yōu)選、加工工藝、裝配技術(shù)、專用制造裝備、產(chǎn)業(yè)化能力等多方面入手，全面提升高精密減速器、高性能機(jī)器人專用伺服電機(jī)和驅(qū)動器、高速高性能控制器、傳感器、末端執(zhí)行器等五大關(guān)鍵零部件的質(zhì)量穩(wěn)定性和批量生產(chǎn)能力，突破技術(shù)壁壘，打破長期依賴進(jìn)口的局面。 2.2強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力 加強(qiáng)共性關(guān)鍵技術(shù)研究。針對智能制造和工業(yè)轉(zhuǎn)型升級對工業(yè)機(jī)器人的需求和智慧生活、現(xiàn)代服務(wù)和特殊作業(yè)對服務(wù)機(jī)器人的需求，重點(diǎn)突破制約我國機(jī)器人發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)。積極跟蹤機(jī)器人未來發(fā)展趨勢，提早布局新一代機(jī)器人技術(shù)的研究。 建立健全機(jī)器人創(chuàng)新平臺。充分利用和整合現(xiàn)有科技資源和研發(fā)力量，組建面向全行業(yè)的機(jī)器人創(chuàng)新中心，打造政產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合的協(xié)同創(chuàng)新載體。重點(diǎn)聚焦前沿技術(shù)、共性關(guān)鍵技術(shù)研究。 加強(qiáng)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。開展機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系的頂層設(shè)計(jì)，構(gòu)建和完善機(jī)器人產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，加快研究制訂產(chǎn)業(yè)急需的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，支持機(jī)器人評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究和驗(yàn)證，積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)的制修訂。 建立機(jī)器人檢測認(rèn)證體系。建立并完善以國家機(jī)器人檢測與評定中心為代表的機(jī)器人檢驗(yàn)與認(rèn)證機(jī)構(gòu)，推動建立機(jī)器人第三方評價(jià)和認(rèn)證體系,開展機(jī)器人整機(jī)及關(guān)鍵功能部件的檢測與認(rèn)證工作。 2.3著力推進(jìn)應(yīng)用示范 為滿足國家戰(zhàn)略和民生重大需求，加強(qiáng)質(zhì)量品牌建設(shè)，積極開展機(jī)器人的應(yīng)用示范。圍繞制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域，實(shí)施一批效果突出、帶動性強(qiáng)、關(guān)聯(lián)度高的典型行業(yè)應(yīng)用示范工程，重點(diǎn)針對需求量大、環(huán)境要求高、勞動強(qiáng)度大的工業(yè)領(lǐng)域以及救災(zāi)救援、醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)領(lǐng)域，分步驟、分層次開展細(xì)分行業(yè)的推廣應(yīng)用，培育重點(diǎn)領(lǐng)域機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)集成商及綜合解決方案服務(wù)商，充分利用外包服務(wù)、新型租賃等模式，拓展工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人的市場空間。 2.4積極培育龍頭企業(yè) 引導(dǎo)企業(yè)圍繞細(xì)分市場向差異化方向發(fā)展，開展產(chǎn)業(yè)鏈橫向和縱向整合，支持互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與傳統(tǒng)機(jī)器人企業(yè)的緊密結(jié)合，通過聯(lián)合重組、合資合作及跨界融合，加快培育管理水平先進(jìn)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、效率高、效益好、市場競爭力強(qiáng)的龍頭企業(yè)，打造知名度高、綜合競爭力強(qiáng)、產(chǎn)品附加值高的機(jī)器人國際知名品牌。大力推進(jìn)研究院所、大專院校與機(jī)器人產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合，充分發(fā)揮龍頭企業(yè)帶動作用，以龍頭企業(yè)為引領(lǐng)形成良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境，帶動中小企業(yè)向“專、精、特、新”方向發(fā)展，形成全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展的局面。 第3章 心得體會 通過近一個(gè)學(xué)期的《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》的課程學(xué)習(xí)，在老師的講解和自己課下的學(xué)習(xí)過程中，我對機(jī)器人技術(shù)尤其是工業(yè)機(jī)器人有了較為深刻的認(rèn)識。我掌握了工業(yè)機(jī)器人基本的發(fā)展歷程，并了解了機(jī)器人的分類和不同場合的性能要求。對于機(jī)器人技術(shù)有了自己的理解和認(rèn)識。并認(rèn)識到我們的機(jī)器人技術(shù)還有著極為漫長的道路要走，還需要更加深入的技術(shù)探索與研發(fā)。