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我国机器人发展概况

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1157
张弓
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发站内信
发表于:2004/5/22 22:27:00
#0楼
多年前就上思南这个网了,但很少发贴很是惭愧!今发一贴,一来想让大家对工业三大支柱之一的机器人,在咱们国家发展的现状有点了解;二来也是应karl先生的提醒,以获取加钻的机会!
  希各位支持!

   我国机器人学研究起步较晚,但进步较快,已经在工业机器人、特种机器人和智能机器人各个方面区的了明显的成就,为我国机器人学的发展打下了坚实的基础。
我国工业机器人起步于20世纪70年代初,经过20多年的发展,大致可分为三个阶段:70年代的萌芽期,80年代的开发期,90年代的实用化期。
在第一台机械手出现后20年,我国于1972年开始研制工业机器人,由上海起,接着天津,吉林,哈尔滨,广州,昆明等十几个研究单位和院校分别开发了固定程序、结合式、液压伺服型同用机器人,并开始了机构学(包括步行机构)、计算机控制和应用技术的研究,这些机器人大约有
1/3用于生产。
在该技术的推动下,随着改革开放方针的实施,我国机器人技术的发展得到政府的重视和支持,在80年代中期,国家组织了对工业机器人的需求的行业的调研,结果表明,对第二代工业机器人的需求主要集中于汽车行业(占总需要的60%~70%)。在众多的专家的建议和规划下,于“七五”期间,由机电部主持,中央各部委,中科院及地方十几所科研院所和大学参加,国家投入相当的资金,进行了工业机器人基础技术,基础元器件,几类工业机器人整机及应用工程的开发研究,完成了示教再现式工业机器人成套技术(包括机械手、控制系统、驱动传动单元、测试系统的设计、制造、应用和小批量生产的工艺技术等)的开发,研制出喷涂、弧焊、点焊和搬运等作业机器人整机,几类专用和通用控制系统及几类关键元部件如交、直流伺服马达驱动单元机器人专用薄壁轴承、谐波传动系统、焊接电源和变压器等,并在生产中经过实用考核,其主要性能指标达到80年代初国际同类产品的水平,且形成小批量生产能力。在应用方面,在第二汽车厂建立的我国第一条采用国产机器人的生产线-东风系列驾驶室多品种混流机器人喷涂生产线,该线由7台国产PJ系列喷涂机器人和PM系列喷涂机器人和周边设备构成,已运行十年,完成喷涂20万辆东风系列驾驶室的生产任务,成为国产机器人应用的一个窗口;此外,还建立了几个弧焊和点焊机器人工作站。与此同时,还研制了几种SCARA型装配机器人样机,并进行了试应用。在基础技术研究方面,解剖了国外10余种先进的机型,并进行了机构学,控制编程,驱动传动方式,检测等基础理论与技术的系统研究。开发出具有国际先进水平的测量系统,编制了我国工业机器人标准体系和12项国标,行标。
为了跟踪国外高技术,80年代在国家高技术计划中,安排了智能机器人的研究开发,包括水下无缆机器人,高功能装配机器人(DD驱动)和各类特种机器人,进行了智能机器人体系结构,机构控制,人工智能机器视觉,高性能传感器及新材料的应用研究已取得一批成果。这些技术的实用化将加速我国第二代机器人的发展。
经过80年代尤其是后50年的努力,吸引了160多个单位从事机器人及其相关技术的研究力量,形成了京津、东北、华东、华南等机器人技术地区和十几家优势单位,培养了一支2000多人的工业机器人设计、研制、应用队伍,造就了一批机器人专家,使我国的工业机器人技术发展基本上可以立足于国内。
   90年代初期,我国主要开发下列机器人及其相关技术:
1. 喷涂机器人  根据用户多方面的需求,开发了交流伺服离线编程机器人,喷涂机器人(顶喷、侧喷、仿形喷)小型马达器等系列产品,但还未达到产品的定型,从需求出发开发了汽车喷涂生产线,马达,箱体,陶瓷等生产线的机器人应用工程,共完成20条生产线及工作站。
2. 焊接机器人  进行了新机构的探索和焊缝跟踪、工装、变位机等的研究,近几年汽车行业和工程机械行业大量引进点焊、弧焊机器人,提出了许多应用工程和维修技术问题需要解决。
3. 搬运机器人  根据用户需求,一些单位开发了码垛换力机器人,已在多条生产线上应用。
4. 装配机器人及视觉、力觉等传感器技术得到高技术计划的支持,研制了高档样机,开始了应用工程。
在90年代中期,国家已选择以焊接机器人的工程应用为重点进行开发研究,从而迅速掌握焊接机器人应用工程成套开发技术、关键设备制造、工程配套、现场运行等技术,即以机器人焊接工艺为龙头,开展焊装线总体设计、线体总控及多机通讯,新型焊接机器人用焊接电源、送丝机构、焊缝跟踪系统、机电精度、控制技术等开发及完善化,以及几条焊装生产线的全套应用及其可靠性作为主攻目标。
90年代后期是实现国产机器人的商品化,为产业化奠定基础的时期。国内一些机器人专家认为:应继续开发和完善喷涂、点焊、弧焊、搬运等机器人系统应用成套技术,完成交钥匙工程。在掌握机器人开发技术和应用技术的基础上,进一步开拓市场,扩大应用领域,从汽车制造业逐渐扩展到其他制造业并渗透到非制造业领域,开发第二代工业机器人及各类适合我国国情的经济型机器人以满足不同行业多层次的需求,开展机器人柔性装配系统的研究,充分发挥工业机器人在CIMS(计算机集成制造系统)中的核心技术作用。在此过程中,嫁接国外技术,促进国际合作,促使我国工业机器人得到进一步发展,为21世纪机器人产业奠定更坚实的基础。
经过20年的改革开放,随着对商品高质量和多样化的要求普遍提高,生产过程的柔性自动化要求日益迫切,在电子、家电、汽车、轻工业等行业,工业机器人的应用日趋广泛,随着我国加入WTO后国际竞争更加激烈,对工业机器人的需求会越来越大。我国的工业机器人将在21世纪得到普及,随我国加入世界贸易组织(WTO),我国的工业机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战,我们要把握这一机遇,迎接挑战,为我国跻身于机器人强国之列而努力奋斗。
6285
karl 版主
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发表于:2004/5/22 23:20:00
#1楼
张弓先生出手不凡!好贴。
图
950
一笑而过
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发表于:2004/5/24 16:32:00
#2楼
好。
说是没什么用的,动手做吧!
1189
icer_ysu
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发表于:2004/5/25 7:38:00
#3楼
2553
迷路者
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发表于:2004/5/28 15:14:00
#4楼
不好意思,今天才有空来,好,多谢!
方即是圆、圆即是方,方圆原人为定义,又何必一定要分方圆。。。。。。
3339
emliy
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发表于:2004/6/4 12:05:00
#5楼
楼主怎么不继续发了,我想了解的更多一些.
[此贴子已经被作者于2004-6-9 13:56:47编辑过]
974
zgyeg
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发表于:2004/6/8 21:47:00
#6楼
我对机器人很感兴趣,谢谢
942
yuangqn
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发表于:2004/6/9 8:59:00
#7楼
好文!!!
987
萧月
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发表于:2004/6/11 10:55:00
#8楼
     我国首个仿人机器人亮相

   随着几个太极拳动作行云流水般的完成,28日上午,我国首个仿人机器人在北京理工大学通过了国家863项目组的验收。验收专家认为该机器人项目在系统集成、步态规划和控制系统等方面实现了重大突破,标志着我国仿人机器人研究已经跨入世界先进行列。
   在验收现场,我国首个仿人机器人的出场颇具神秘感。项目组成员首先在电脑上向专家们演示了这个仿人机器人具备的功能和能做出的各项动作,演示完成后在座的观众都被吊足了胃口,但是这个取名为BRH-01的机器人却始终在大幕布后面不现真面目。大约过了两分钟,幕布后面传来一声声的机械撞击声,大家都起身参观,但这个神秘机器人还是不愿从幕布后面走出来。最后,随着项目组特聘教授黄强的一声令下,幕布终于被缓缓拉开,BRH稍弯着双膝缓缓地走出来。由于怕他跌倒,研究人员在他的身后吊了一根钢丝,钢丝被两个滑道钢轨牵引着,所以每走一步才会有机械撞击声。
   BRH走到场中间立定了,稍缓一下开始打起了太极拳,一招一式有板有眼,还真像那么回事。据黄强教授介绍,这个仿人机器人身高1.58米,体重76公斤,具有32个自由度,每小时能够行走1公里,步幅0.33米。除了能打太极拳,这个机器人还会腾空行走,并能根据自身的平衡状态和地面高度变化,实现未知路面的稳定行走。“这个机器人的出现能够代替人进行任何危险环境的作业,如反恐、排爆等”,黄强教授说,“当然也能做一个家政护理,如在医院里帮着看护病人和残疾人等。根据研究进度,我们初定让他在2008北京奥运会上服务。”
   



图
[此贴子已经被作者于2004-6-11 10:58:33编辑过]
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3339
emliy
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发表于:2004/6/11 13:16:00
#9楼
转我们老师的:


一、 机器人的定义
1984年,国际标准化组织(ISO)采纳了美国机器人协会的定义,即“机器人是一种可重复编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机”。或者“是一种带有执行不同的工作任务的手臂,且可改编程序动作来完成各种作业的特殊机械装置”。
我国国家标准GB/T  12643一90将工业机器人定义为“是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能撇运材料、零件或操持工具,用以完成各种作业”。
二、机械手、操作机和工业机器人的区别
机械手(Mechanical  Hand)是一种能模仿人手臂的动作,按事先设定的作业顺序、轨迹和其他要求,实现自动抓取、搬运等作业的机械化、自动化装置。机械手在多数情况下附属于主机,程序固定(也可通过硬件稍作变更)。
操作机(Manipulator)是一种独立的由人工操纵的半自动搬运、抓取、操作的装置。
工业机器人(Industrial  Robot),与专用机械手的重要区别是前者具有独立的控制系统(大多应用计算机技术);可以容易地通过再编程的方法实现动作程序的变化来适应不同的作业要求,而机械手则只能完成比较简单的搬运、抓取及上、下料工作,常常作为机器设备上的附属装置,其程序是固定不变的。
三、机器人本体
   机器人本体是机器人完成作业的实体,它具有和人手臂相似的动作功能,是可在空间抓放物体或进行其他操作的机械装置。通常由下列部分构成:
   1.末端执行器  又称手部,可设置夹持器、工具、传感器等。
   2.手腕  是支承和调整末端执行器姿态的部件,一般具有2~3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。
   3.手臂  靠近末端执行器的一节通常叫小臂,靠近机座的,通常叫大臂。
4.机座  有时称为立柱,可分固定式和移动式两类。
四、机器人的运动自由度
回转副(通常称为回转关节,记作R)、移动副(通常称为移动关节,记作P)、螺旋副(记作H)和球面副(记作S)四种。
所谓机器人的运动自由度是指确定一个机器人操作机位置时所需要的独立运动参数的数目,它是表示机器人动作灵活程度的参数。
工业机器人的独立运动(自由度)所合成的运动状态(方位),决定了末端执行器所夹持的工件(或工具)在空间的位置和姿态。在计算机器人的自由度时,末端执行器的夹持器的动作是不计入的,因为这个动作并不改变工件(或工具)的位置和姿态。
五、机械结构类型  
为实现末端执行器(手部)在空间的位置所需要的3个自由度,可以有不同的运动(自由度)组合,通常可以将其设计成如下五种型式。
   1.圆柱坐标型(代号RPP)。它与直角坐标型比较,在相同的工作空间条件下,机体所占体积小,而运动范围大。
   2.直角坐标型(代号PPP)  定位精度高、结构简单。
   3.球坐标型  又称极坐标型(代号RRP),能够抓取地面上或较低位置的工件,具有结构紧凑、工作空间范围大。
   4.关节型(代号RRR),能抓取靠近机座的物体。
5.平面关节型  这种型式又称SCARA型装配机器人,是Selective  Compliance  Assembly Robot Arm的缩写,意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水平方向有柔顺性,在垂直方向则有较大的刚性。用于装配作业中,特别适合小规格零件的插接装配。
六、研究机器人机构运动学的意义
从机构学观点来看,实现操作功能的机器人是由一系列用关节(运动副)联在一起的构件所组成的具有多个自由度的开链型空间连杆机构。它由若干个构件(刚体)用转动关节或移动关节串接而成。开链的一端固接在机座上,另一端则是末端执行器(用来安装工具或夹持工件)。
   研究机器人机构运动学和动力学目的是要建立机器人各运动构件与末端执行器在空间的位置、姿态之间的关系,建立机器人手臂运动的数学模型,为控制机器人的运动提供分析的方法和手段,为仿真研究手臂的运动特性和设计控制器实现预定的功能提供一种高效、方便的方法。
七、机器人的机构和空间坐标变换基本原理的关系
机器人的机构属于空间机构,因而可以采用空间坐标变换基本原理及坐标变换的矩阵解析方法来建立描述各构件(坐标系)之间相对位置和姿态的矩阵方程。
空间机构的位置分析,就是研究刚体(构件)在三维空间进行的旋转和移动。我们可以在机构的每一构件上建立一右手直角坐标系,把构件运动后的新位置看成是这一坐标系的变换。这样就把空间机构的位移问题抽象为数学上的坐标变换问题。
八、D-H矩阵的概念
Denavit-Harterberg矩阵(简称D-H矩阵),是J.Denavit和R.S. Harterberg在1955年首先采用的一种系统性和规范性较强的齐次坐标变换矩阵方法。齐次坐标及齐次坐标变换矩阵不但能用来描述机器人运动杆件间的几何关系,处理机器人运动学和动力学问题;还可以用来构成机器人的各种控制算法。为机器人的运动控制和运动分析提供了一个有效的方法。
九、机器人的末端执行器
机器人是一种通用性较强的自动化作业设备,机器人末端执行器则是直接执行作业任务的装置,大多数末端执行器的结构和尺寸都是根据其不同作业任务要求来设计的,从而形成了多种多样的结构形式。根据其用途和结构的不同可以分为机械式夹持器、吸附式末端执行器和专用工具(如焊枪、喷嘴、电磨头等)三类。它安装在机器人的手腕的机械接口上。多数情况下末端执行器是为特定的用途而专门设计的。
十、机器人必须具备的控制功能
要有效地控制工业机器人,它的控制系统就必须具备以下的功能:
    1.示教再现功能
   示教再现功能是指在执行新的任务之前,预先将作业的操作过程示教给工业机器人然后让工业机器人再现示教的内容,以完成作业任务。
   2.运动控制功能
   运动控制功能是指对工业机器人末端执行器的位姿、速度、加速度等项的控制。 以上两种功能也是工业机器人控制系统所必需的基本功能。







[此贴子已经被作者于2004-6-11 13:19:43编辑过]
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