《中国制造2025》计划了我国制造强国的战略目标，智能制造成为工业制造转型的重中之重。正在智能化的局势下，智能配备卑鄙应用领域放慢拓展，工业机器人开展可期。

工业机器人指的是能正在人的节制下智能事情，并能完美替换人力正在生产线上事情的多枢纽机械手或多自由度的机械安装。与人力比拟，工业机器人存在低成本、高效率和24小时事情的特色。近年来，跟着海内劳动力本钱不休上涨，我国制造业劳动力劣势没有隐，制造业亟待向智能化转型，工业机器人显现强劲开展的态势。

我国是工业机器人花费大国，从2013年其便接连两年成为寰球第一年夜工业机器人消费市场。汽车制造、电子、橡胶塑料、兵工、航空制造、食品工业、医药设备与金属制品等范畴常有工业机器人“身影”。此中汽车工业的使用最多，比例达38%。广东、江苏、上海、北京等天是我国工业机器人产业次要集合的地域，拥有的工业机器人数目占领天下工业机器人市场的残山剩水。

不外，因为核心技术缺乏，我国工业机器人花费严峻依附外洋企业，特别正在减速机、伺服电机、控制器等焦点零部件上，我国外乡机器人企业受制于人，只能采办昂扬的外洋设备，那须要国产工业机器人厂商不休进步技巧，加大研发程度，早日解脱外洋机器人品牌对中国工业机器人消费市场的节制。

思量到现阶段寰球制造业工业机器人密度为55，而中国工业机器人密度仅为21，近低于驲韩德美等发达国家，和智能制造靠山下，“机械换人”政策不休落地，将来我国工业机器人市场另有很大的增加空间。汇川技巧、机器人、智云股分、科远股分、秦川机床等相关观点公司将正在机器人盈余下取得较好开展。

工业机器人的开展阶段

工业机器人的开展平常可计划分为三代：

1、第一代工业机器人：

平常是指现阶段国际上商品化与利用化的“可编程的工业机器人”，又称“示教再现工业机器人”，即为了让工业机器人实现某项功课，起首由操作者将实现该功课所须要的各类常识（如运动轨迹、作业条件、功课次序跟功课工夫等），经由过程间接或直接手腕，对工业机器人停止“示教”，工业机器人将这些常识影象上去后，便可依据“再现”指令，正在必然精度规模内，忠诚的反复再现各类被示教的举措。1962年美国全能自动化公司的第一台Unimate工业机器人正在美国通用汽车公司投入使用，标记着第一代工业机器人的出生。

2、第二代工业机器人：

平常是指存在某种智能功用的“智能机器人”。即有传感器失掉触觉、力觉跟视觉等信息计算机处置惩罚后，节制机器人的操作机实现响应的得当操纵。1982年美国通用汽车正在装配线上为工业机器人配备了视觉体系，从而公布了新一代智能工业机器人的问世。

3、第三代工业机器人：

即所谓的“只治式工业机器人”。它不只存在感知功用，并且另有必然的决议计划及计划才能。第一代工业机器人现阶段仍处在实验室研讨阶段。工业机器人阅历了出生---生长---成熟期后，已成为制造业中不成短少的焦点配备，世界上有约75万台工业机器人正与工人伴侣并肩战斗正在个条生产线上。

特种机器人作为机器人家族的后起之秀，因为其用途普遍而大有后发先至之势，仿人机器人、农业机器人、效劳机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、文娱机器人等各类用途收特种机器人纷繁面世，并且正以飞快的速率向实用化迈进。

工业机器人的分类

工业机器人按分歧的方式可分下述类型

1、工业机器人按操作机坐标情势分以下几类：（坐标情势是指操作机的手臂正在运动时所取的参考坐标系的情势。）

直角坐标型工业机器人

其运动部门由三个彼此垂直的直线挪动构成，其事情空间图形为长方形。它正在各个轴向的挪动距离，可正在各个坐标轴上间接读出，直观性强，容易地位跟姿态的编程计较，定位精度下，节制无耦合，布局简略，但机体所占空间体积年夜，举措规模小，灵活性好，易与其他工业机器人调和事情。

圆柱坐标型工业机器人

其运动情势是经由过程一个迁移转变跟两个挪动构成的运动体系去实现的，其事情空间图形为圆柱，与直角坐标型工业机器人比拟，正在不异的事情空间前提下，机体所占体积小，而运动规模年夜，其地位精度仅次于直角坐标型机器人，易与其他工业机器人调和事情。

球坐标型工业机器人

又称极坐标型工业机器人，其手臂的运动由两个迁移转变跟一个直线挪动（即RRP一个反转展转，一个俯仰跟一个伸缩运动）所构成，其事情空间为一球体，它可以作高低俯仰举措并能抓取空中上或教低地位的调和工件，其地位精度高，地位偏差与臂长成正比。

多枢纽型工业机器人

又称反转展转坐标型工业机器人，这类工业机器人的手臂与人一体上肢近似，其前三个枢纽是反转展转副，该工业机器人普通由立柱跟巨细臂构成，立柱与大臂睹造成肩关节，大臂跟小臂间造成肘关节，可以使大臂做反转展转运动跟俯仰摆动，小臂做仰俯摆动。其布局最松散，灵活性年夜，占地面积最小，能与其他工业机器人调和事情，但地位精度教低，有均衡问题，节制耦合，这类工业机器人使用愈来愈普遍。

立体枢纽型工业机器人

它采取一个挪动枢纽跟两个反转展转枢纽，挪动枢纽实现高低运动，而两个反转展转枢纽则节制前后、摆布运动。这类情势的工业机器人又称（SCARA(SeletiveComplianceAssemblyRobotArm)拆卸机器人。正在程度标的目的则存在和婉性，而正在垂直标的目的则有教大的刚性。它布局简略，举措灵巧，多用于拆卸功课中，特殊得当小规格整机的插接拆卸，如正在电子工业的插接、拆卸中使用普遍。

2、工业机器人按驱动方法分以下几类：

气动式工业机器人

那类工业机器人以压缩空气去驱动操作机，其优点是氛围起源便利，动作迅速，布局简略造价低，无污染，缺陷是氛围存在可压缩性，招致事情速率的稳定性较差，又果气源压力普通只有6kPa摆布，以是那类工业机器人抓举力较小，普通只有几十牛顿，最大百余牛顿。

液压式工业机器人

液压压力比气压压力高得多，普通为70kPa摆布，故液压传动工业机器人存在较大的抓举才能，可达上千牛顿。那类工业机器人结构紧凑，传动安稳，举措敏锐，但对密封要求较下，且不宜正在低温或高温情况下事情。

电动式工业机器人

这是现阶段用得最多的一类工业机器人，不只由于电动机种类浩繁，为工业机器人计划供给了多种取舍，也由于它们可以使用多种灵巧节制的方式。初期多采取步进机电驱动，厥后开展了直流伺服驱动单位，现阶段交换伺服驱动单位也正在疾速开展。这些驱动单位或是间接驱动操作机，或是经由过程诸如谐波减速器的安装去减速后驱动，布局非常松散、简略。

工业机器人的控制系统

机器人体系的布局由机器人的机构部门、传感器组、节制部门及信息处理部门构成。此中控制系统是机器人产业的一个焦点环节。

1、工业机器人控制系统所要到达的功用

机器人控制系统用于对操作机的节制，以实现特定的事情使命，其基本功能以下：

影象功用：

存储功课次序、运动门路、运动方法、运动速率跟与生产工艺有关的信息。

示教功用：

离线编程，在线示教，直接示教。在线示教包罗示教盒跟扶引示教两种。

与外围设备接洽功用：

输入跟输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。

坐标设置功用：

有枢纽、相对、对象、用户自定义四种坐标系。

人机接口：

示教盒、操纵面板、显示屏。

传感器接口：

地位检测、视觉、触觉、力觉等。

地位伺服功用：

机器人多轴联动、运动节制、速率跟加速度节制、静态赔偿等。

故障诊断平安护卫功用：

运转时体系形态监督、毛病形态下的平安护卫跟毛病自诊断。

2、工业机器人控制系统的构成

机器人控制系统构成框图

节制计算机：

控制系统的调理指挥机构。普通为微型机、微处理器有32位、64位等，如奔跑系列CPU和其他类型CPU。

示教盒：

示教机器人的事情轨迹跟参数设定，和一切人机交互操纵，拥有本人自力的CPU和存储单元，与主计算机之间以串行通讯方法实现信息交互。

操纵面板：

由各类操纵按键、形态指示灯组成，只实现基本功能操纵。

硬盘跟软盘存贮存：

储机器人事情顺序的核心存储器。

数字跟模拟量输入输出：

各类形态跟节制下令的输入或输出。

打印机接口：

纪录须要输出的各类信息。

传感器接口：

用于信息的自动检测，实现机器人和婉节制，普通为力觉、触觉跟视觉传感器。

轴控制器：

实现机器人各枢纽地位、速率跟加速度节制。

帮助设备节制：

用于跟机器人共同的帮助设备节制，如手爪变位器等。

通信接口：

实现机器人跟其他设备的信息交流，普通有串行接口、并行接口等。

Ethernet接口：可经由过程以太网实现数台或单台机器人的间接PC通讯，数据传输速率高达10Mbit/s，可间接正在PC上用windows库函数停止应用程序编程之后，撑持TCP/IP通信协议，经由过程Ethernet接口将数据及顺序装入各个机器人控制器中。

3、工业机器人控制系统分类

顺序控制系统：

给每一个自由度施加必然纪律的节制作用，机器人便可实现要求的空间轨迹。

自顺应控制系统：

当外界前提变更时，为保障所要求的质量或为了跟着履历的堆集而自行改良节制质量，其进程是基于操作机的形态跟伺服偏差的窥察，再调剂非线性模子的参数，始终到偏差消失为止。这类体系的布局跟参数能随工夫跟前提自动转变。

人工智能体系：

事先没法体例运动顺序，而是要求正在运动进程中依据所取得的周围形态信息，及时肯定节制作用。驱动方法：参见工业机器人驱动体系。运动方法：

点位式：

要求机器人精确节制末尾执行器的位姿，而与门路有关；

轨迹式：

要求机器人按示教的轨迹跟速率运动。

节制总线：

国际标准总线控制系统。采取国际标准总线作为控制系统的节制总线，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。

自定义总线控制系统：

由生产厂家自行界说利用的总线作为控制系统总线。

编程方法：

物理设置编程体系。由操作者设置流动的限位开关，实现起动，泊车的顺序操纵，只能用于简略的拾起跟安排功课。

在线编程：

经由过程人的示教来实现操纵信息的影象进程编程方法，包罗间接示教模拟示教和示教盒示教。

离线编程：

没有对实际功课的机器人间接示教，而是脱离实际功课情况，天生示教顺序，经由过程利用高等机器人，编程语言，近程式离线天生机器人功课轨迹。

4、机器人控制系统布局

机器人控制系统按其节制方法可分为三类。

集合控制系统(CentralizedControlSystem)：

集合控制系统框图

用一台计算机实现悉数节制功用，布局简略，成本低，但实时性好，难以扩展，正在初期的机器人中常采取这类布局，其组成框图，如图所示。

基于PC的集合控制系统里，充分利用了PC资源开放性的特色，可以实现很好的开放性：多种控制卡，传感器设备等皆可以经由过程尺度PCI插槽或经由过程尺度串口、并口集成到控制系统中。

集中式控制系统的优点是：硬件本钱较低，便于信息的收罗跟剖析，容易实现体系的最优控制，整体性与协调性较好，基于PC的体系硬件扩展较为便利。其缺陷也显而易见：系统控制缺乏灵活性，节制危险简单集合，一旦呈现毛病，其影响面广，后果严重；因为工业机器人的实时性要求很下，当体系停止大批数据计较，会降低体系实时性，系统对多任务的相应才能也会与体系的实时性相冲突；另外，体系连线庞大，会降低体系的可靠性。

主从控制系统：

采取主、从两级处理器实现体系的悉数节制功用。主CPU实现经管、坐标变更、轨迹天生跟体系自诊断等；从CPU实现一切枢纽的举措节制。其组成框图，如图。

主从节制方法体系实时性较好，适于高精度、高速度节制，但其体系扩展性较差，维修难题。

主从动节制系框图

疏散控制系统(DistributeControlSystem)：

按体系的性子跟方法将系统控制分红几个模块，每一个模块各有不同的节制使命跟控制策略，各形式之间可以是主从关系，也可以是对等关联。

这类方法实时性好，容易实现高速、高精度节制，容易扩展，可实现智能节制，是现阶段风行的方法。

其次要思惟是“分散控制，集中管理”，即系统对其总体目标跟使命可以停止综合调和跟分派，并经由过程子系统的调和事情去实现节制使命，全部体系正在功用、逻辑跟物理等方面皆是疏散的，以是DCS体系又称为集散控制系统或疏散控制系统。

这类布局中，子系统是由控制器跟分歧被控工具或设备组成的，各个子系统之间经由过程收集等彼此通信。分布式控制结构供给了一个开放、及时、正确的机器人控制系统。分布式系统中常采取两级节制方法。

两级分布式控制系统，平常由上位机、下为机跟收集构成。上位机可以停止分歧的轨迹计划跟控制算法，下位机停止插补细分、节制优化等的研讨跟实现。上位机和下位机经由过程通信总线彼此调和事情，这里的通信总线可以是RS-232、RS-485、EEE-488和USB总线等情势。

此刻，以太网跟现场总线技巧的开展为机器人供给了更快捷、不变、无效的通信效劳。特别是现场总线，它使用于出产现场、正在微机化丈量节制设备之间实现双向多结点数字通信，从而造成了新型的收集集成式齐漫衍控制系统—现场总线控制系统FCS(FiledbusControlSystem)。

正在工场出产收集中，将可以经由过程现场总线毗邻的设备统称为“现场设备/仪表”。从系统论的角度来讲，工业机器人作为工场的出产设备之一，也可以演绎为现场设备。正在机器人体系中引入现场总线技巧后，更有利于机器人正在工业生产情况中的集成。

分布式控制系统框图

分布式控制系统的优点在于：体系灵活性好，控制系统的危险性降低，采取多处理器的分散控制，有利于体系功用的并行执行，进步体系的处置惩罚服从，缩短相应工夫。

关于存在多自由度的工业机器人而言，集中控制对各个节制轴之间的藕合关联处置惩罚得很好，可以很简略的停止赔偿。可是，当轴的数目增长到使控制算法变得很庞大时，其节制机能会好转。并且，当体系中轴的数目或控制算法变得很庞大时，能够会导致系统的从头计划。与之比拟，分布式布局的每一个运动轴皆由一个控制器处置惩罚，那意味着，体系有较少的轴间耦合跟较下的体系重构性。

“工业4.0”是指继蒸汽机、电气化与自动化后的第四次工业革命，它将传统工业与数字信息技术联合，借助年夜数据、云计较等技巧实现智能出产。正在中国，“工业4.0”意味着国度制造业的进级，为此中国专门提出了“中国制造2025”的开展方针，方针提出我国要正在2025年前，从制造业大国迈入制造业强国。

原文题目：机械换人期间的工业机器人