第一篇：2014年中國工業機器人用減速器調研報告

《2014年工業機器人減速器調研報告》

中國已成為全球第二大工業機器人應用市場，但高工機器人產業研究所(GRII)統計數據顯示，2013年中國工業機器人保有量僅有約13萬臺，制造業工業機器人密度為30臺/萬人，遠低于全球的平均水平。中國制造業有4500萬工人，工業機器人仍有龐大的替代空間。GRII 認為，2014年將是工業機器人元年，中國工業機器人將迎來爆發式的增長。預計中國未來十年內的工業機器人產值空間在3100億元-6880億元。減速器作為工業機器人的核心部件之一，以6軸機器人為例，減速器占成本比例的30%，隨著工業機器人應用范圍的不斷擴大，機器人用減速器也將迎來快速的發展期。

全球機器人減速器市場幾乎被Nabtesco、Harmonic、住友等企業壟斷，但是隨著中國機器人相關技術的不斷成熟，國內企業開始逐漸切入機器人減速器的研發和生產，有望在不久的將來逐漸實現產業化，助力機器人國產化進程。

我們對主要減速器企業、工業機器人企業進行了實地調查，結合對國內外機器人行業領軍人物的面對面采訪，收集了大量的第一手資料，為本報告的編寫提供了堅實的基礎依據。在充分調查的基礎上，高工機器人產業研究所(GRII)編制了《2014年工業機器人減速器調研報告》。本報告對2014年及未來幾年，中國工業機器人行業的市場發展特點、主要產品市場份額、產量規模、各應用領域產品需求、市場發展趨勢、行業發展環境等進行了詳細的研究和分析。高工機器人希望通過切切實實地調查，深入研究分析，為企業、投資者、證券公司以及想了解機器人產業的人士，提供最準確最優參考價值的機器人行業數據及調查報告。

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目錄

一、全球工業機器人發展情況分析

1.工業機器人市場特點分析

2.工業機器人市場規模分析

3.工業機器人市場競爭分析

二、中國工業機器人市場特點分析

1.工業機器人市場特點分析

2.工業機器人市場規模分析

3.工業機器人市場競爭分析

1)工業機器人市場份額分析

2)重點企業在華競爭分析

a)ABB在華業務競爭分析

b)FANUC在華業務競爭分析 c)YASKAWA在華業務競爭分析 d)KUKA在華業務競爭分析

三、工業機器人減速器市場分析

1.減速器整體發展情況分析

2.機器人減速器市場特點分析

1)行業應用特點分析

2)行業競爭特點分析

3.工業機器人減速器價格情況分析

4.工業機器人減速器市場規模分析

1)工業機器人減速器銷量分析

2)工業機器人減速器銷售規模

5.工業機器人減速器市場競爭分析

1)工業機器人減速器市場份額分析

2)重點企業在華競爭分析

a)日本Nabtesco在華業務分析 b)日本Harmonic在華業務分析

四、國產工業機器人減速器發展分析

1.企業技術實力分析

2.投資情況分析

3.產能情況分析

4.企業分布情況

五、國產工業機器人減速器細分市場分析

1.RV減速器市場發展分析

1)RV減速器國內技術發展

2)RV減速器國內企業分析

2.諧波減速器市場發展分析

1)諧波減速器國內技術發展

2)諧波減速器國內企業分析

六、中國機器人企業減速器應用分析

1.沈陽新松機器人自動化股份有限公司

2.廣州數控設備有限公司

3.安徽埃夫特智能裝備有限公司

4.南京埃斯頓工業自動化有限公司

5.東莞市啟帆工業機器人有限公司

6.上海沃迪自動化裝備股份有限公司

七、中國工業機器人減速器發展環境分析

1.行業政策發展環境分析

1)國家政策及效果分析

2)地方政策及效果分析

3)行業政策發展趨勢

2.行業經濟發展環境分析

1)制造業人力成本分析

2)制造業從業人員分析

3)機器人投資回報分析

3.行業技術發展環境分析

八、中國工業機器人投資機會及建議

九、工業機器人減速器相關概念

1.工業機器人減速器定義及分類

2.工業機器人減速器產業鏈分析

第二篇：工業機器人調研報告

調研報告

一、本課題的來源及意義

本課題研究的是直角坐標電力控制機械手升降、伸縮部分的設計。機械手是機器人的一個重要組成部分，它是隨著機器人技術和傳感器技術的不斷成熟而不斷發展的。而機器人在現代生產中應用日益廣泛，作用越來越重要，工業機械手尤其如此，因此設計實用高效的機械手對于機械設計者來說是個富有意義和挑戰的課題。

通常機械手由多自由度機械臂和末端夾持器組成。機械手通過多自由度機械臂的姿態調整和末端夾持器的動作完成操作任務。球坐標機械手突出特點是具有較強的機動性、靈活性，機構承載能力強，具有較好的通用性，重復定位精度高，動作速度快，能夠成功的應用于包裝、上下料以及工業生產等廣泛領域；而電力控制中步進電機可直接實現數字控制，控制結構簡單，控制性能好，通常不需要反饋就能對位置和速度進行控制，位置誤差不會累積；在機器人中，機械手起著連接和承受外力的作用，機械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對機械手性能影響很大。綜上所述，設計球坐標步進電機驅動的機械手是個很有意義的課題。

二、國內外發展狀況

專用機械手經過幾十年的發展，如今已進入以通用機械手為標志的年代。通用機械手的應用和發展又促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用了一些電子技術、電視技術、通信技術、計算技術無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發展這一新技術都很重視。幾十年來，這項技術的研究和發展一直比較活躍，設計在不斷修改，品種在不斷增加，應用領域也在不斷擴大。

早在20世紀40年代，隨著原子能工業的發展，以出現了模擬關節式的第一代機械手。50~60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數控示教再現型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。

1968～1970年，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產自動線上，使第二代機械手這一新技術進入了應用階段，70年代機械手可以說是處于技術發展階段。

80年代以來，國際機械手的發展速度平均保持在25%～30%的年增長率（其中1986、1987、1993、1994年略低，無增長）。如此高的增長率有其深刻的社

會背景。首先，60年代末70年代初，由于世界石油價格的沖擊，國際競爭加劇，產品更新換代的速度也越來越快，致使30年代～50年代逐步建立起來的單一產品的大規模生產流水線上遇上了在改變產品品種是，原有的單一產品專用生產裝置改變的困難（時間、投資、停產等）以及如何實現多品種、中小批量或混流生產的自動化難題。為此，“柔性生產”的概念及其試驗性的設計就誕生了。這些因素都促進了機械手的高速發展。

我國機械手起步較晚,經過30多年的發展。我國機器手的研究，有了長足的發展，有的方面已達到了世界先進水平。但與先進的國家相比，還有很大距離，從總體上看，我國機器手的研究仍然任重道遠。

三、本課題研究目標和內容 本文研究的直角坐標電液控制機械手升降伸縮部分的設計，包括機械結構方案的確定，電動機控制系統的確定（設計選型和校核），編制PLC梯形圖，繪制I/O端子接線圖，控制系統原理圖，驅動電路原理圖，升降及伸縮機構零件圖和裝配圖。（任務量為3張零號圖紙）目標是希望通過本課題，能鞏固和加強專業基本理論知識，理解機械手的功能、組成及工作原理，研究步進電機的性能，熟悉以PLC為核心的編程與控制裝置應具備的基本功能，掌握整個機電一體會系統的設計思想和具體方法；同時訓練專業基本技能，提高自己查閱資料，獨立分析問題和解決問題的能力，為以后深造研究打下良好基礎。

四、本課題研究的方法和手段 研究方法：主要是搜索相關文獻，包括圖書館電子資源CNKI學術網絡總庫，Springer link電子期刊，專業圖書上課筆記，以及機器人等期刊，網上的豆丁網以及百度文庫中的許多論文和專利；通過對已有產品的分析，對信息進行分類和整理，作為依據，確定在我的機械手設計中相應的參數，并對其進行改進和提高。研究手段：首先是前期準備，收集相關資料，查閱中外文獻，請教老師和同學；同時學習使用AutoCAD軟件。然后進行機械手的總體設計包括機械手俯仰伸縮機械結構方案的確定，機械傳動部分的結構，繼而進行電力驅動部分選型和計算，分析工藝流程，繪制PLC的端子接線圖和控制圖，最后編寫論文。努力在老師的指導下，定期完成工作任務。

五、本課題可行性分析和已具備的實驗條件

已具備的條件：

我國的機器人研究始于70年代。經過近20年努力，特別是經過“七11.”攻關、“ 863”計劃，取得了一批重要成果，已經系統掌握了機器人控制系統硬件設計、軟件設計、機器人語言等技術。就全國來說，目前我國機器人研究開發工作做得較好的地區是:以中科院沈陽自動化研究所為首的東北地區機器人工程中心，以機電部廣州機床所為龍頭的華南地區的機器人工程中心。而各工程中心_L作的側重點又有所不同:東北地區以特種機器人、水下機器人開發為L,華北地區以噴漆Y1lt人、焊接機器人開發為主，華東地區以搬運機器人、裝配機器人、移動機器人開發為主。

我國的高等院校，如長沙國防科技大學、上海交通大學、北京航空航天大學、哈爾濱工業大學等在步行機器人、精密裝配機器人及7自由度機器人研制等前沿領域內也做出了可喜的成績，有了相當的基礎。

通過調研，我知道直角坐標型機器人能夠在空間中的任意兩點距離中移動，所以能夠抓取離地面較高，或者中間有障礙的工件，其位置精度高，位置誤差與臂長成正比等。為了在X軸和Y軸的自由移動，可以滾珠絲杠與螺母相連接完成旋轉便直線的運動，通過行星齒輪減速機可以使機器人運轉更穩使控制更精確。通過交流伺服電機的閉環反饋能達到相當高的精度要求。

該機械手的基本技術參數如下： 水平橫梁：3500mm,50mm/s 豎直大臂：1500mm,50mm/s 負載重量：200Kg；

驅動方式：交流伺服電機驅動 樣式如圖1-1

圖1-1 直角坐標機械手

六、進度安排

第一周：獲得設計題目，制定畢業設計進度計劃；查閱相關資料；著手進行外文

翻譯。

第二周：通過實地調查研究和查閱相關資料，完成實習（調研）報告；完成外文翻譯，并對其進行完善。

第三周：對機械手相關知識，軟件進行學習和準備工作。第四周：選定傳動機構，確定機械手整體機械結構部分。第五周：計算選定結構的參數和精度，并著手畫AutoCAD圖。第六周：確定具體的細節結構，著手畫裝配圖。

第七周：對相關的電機進行選型，查閱在實際中能買到的型號。第八周：對機械部分進行計算校核。第九周：PLC選型。

第十周：對機械手控制部分，分析動作順利，畫梯形圖。第十一周：對控制部分進行整理。第十二周：編寫設計計算說明書1份。

第十三周：整理畢業設計材料，對其進行完善、補充；準備畢業設計答辯。第十四周：進行畢業設計答辯。

七、主要參考文獻

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第三篇：調研報告(工業機器人)

大連交通大學信息工程學院2011屆本科生畢業設計（論文）實習（調研）報告

調研報告工業機器人的概念工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。工業機器人是自動執行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。工業機器人展現狀與前景展望 2.1工業機器人的發展簡史

1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅薩姆的萬能機器人》中最早使用機器人一詞，劇中機器人“Robot”這個詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個具有人的外表，特征和功能的機器，是一種人造的勞力。它是最早的工業機器人設想。

20世紀40年代中后期，機器人的研究與發明得到了更多人的關心與關注。50年代以后，美國橡樹嶺國家實驗室開始研究能搬運核原料的遙控操縱機械手，如圖0.2所示，這是一種主從型控制系統，主機械手的運動。系統中加入力反饋，可使操作者獲知施加力的大小，主從機械手之間有防護墻隔開，操作者可通過觀察窗或閉路電視對從機械手操作機進行有效的監視，主從機械手系統的出現為機器人的產生為近代機器人的設計與制造作了鋪墊。

1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方式。1959年第一臺工業機器人在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元。

2.2工業機器人的特點

戴沃爾提出的工業機器人有以下特點:將數控機床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機構聯接在一起，預先設定的機械手動作經編程輸入后，系統就可以離開人的輔助而獨立運行。這種機器人還可以接受示教而完成各種簡單的重復動作，示教過程中，機械手可依次通過工作任務的各個位置，這些位置序列全部記錄在存儲器內，任務的執行過程中，機器人的各個關節在伺服驅動下依次再現上述位置，故這種機器人的主要技術功能被稱為“可編程”和“示教再現”。

1962年美國推出的一些工業機器人的控制方式與數控機床大致相似，但外形主要由類似人的手和臂組成。后來，出現了具有視覺傳感器的、能識別與定位的工業機器人系統。

當今工業機器人技術正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業環境的自適應能力的方向發展。目前，對全球機器人技術的發展最有影響的國家是美國和日本。美國在工業機器人技術的綜合研究水平上仍處于領先地位，而日本生產的工業機器人在數量、種類方面則居世界首位。

2.3工業機器人的構造與分類工業機器人由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。主體即機座和執行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以使執行機構產生相應的動作；控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號，并進行控制。

工業機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；關節型的臂部有多個轉動關節。

工業機器人按執行機構運動的控制機能，又可分點位型和連續軌跡型。點位型只控制執行機構由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業；連續軌跡型可控制執行機構按給定軌跡運動，適用于連續焊接和涂裝等作業。

工業機器人按程序輸入方式區分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業程序文件，通過RS232串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅動系統，使執行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領動執行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執行機構再現示教的各種動作。示教輸入程序的工業機器人稱為示教再現型工業機器人。

具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業機器人，能在較為復雜的環境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環境，并自動完成更為復雜的工作。

2.3.1 點焊機器人

焊接機器人具有性能穩定、工作空間大、運動速度快和負荷能力強等特點，焊接質量明顯優于人工焊接，大大提高了點焊作業的生產率。

點焊機器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產過程由各大汽車主機廠負責完成。國際工業機器人企業憑借與各大汽車企業的長期合作關系，向各大型汽車

生產企業提供各類點焊機器人單元產品并以焊接機器人與整車生產線配套形式進入中國，在該領域占據市場主導地位。

隨著汽車工業的發展，焊接生產線要求焊鉗一體化，重量越來越大，165公斤點焊機器人是目前汽車焊接中最常用的一種機器人。2008年9月，機器人研究所研制完成國內首臺165公斤級點焊機器人，并成功應用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經過優化和性能提升的第二臺機器人完成并順利通過驗收，該機器人整體技術指標已經達到國外同類機器人水平。

2.3.2弧焊機器人

弧焊機器人主要應用于各類汽車零部件的焊接生產。在該領域，國際大型工業機器人生產企業主要以向成套裝備供應商提供單元產品為主。本公司主要從事弧焊機器人成套裝備的生產，根據各類項目的不同需求，自行生產成套裝備中的機器人單元產品，也可向大型工業機器人企業采購并組成各類弧焊機器人成套裝備。在該領域，本公司與國際大型工業機器人生產企業既是競爭亦是合作關系。關鍵技術包括：

(1)弧焊機器人系統優化集成技術：弧焊機器人采用交流伺服驅動技術以及高精度、高剛性的RV減速機和諧波減速器，具有良好的低速穩定性和高速動態響應，并可實現免維護功能。

(2)協調控制技術：控制多機器人及變位機協調運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。

(3)精確焊縫軌跡跟蹤技術：結合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優點，采用激光傳感器實現焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機器人對復雜工件進行焊接的柔性和適應性，結合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統計獲得補償數據并進行機器人運動軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質量。

2.3.3激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術應用于激光加工中，通過高精度工業機器人實現更加柔性的激光加工作業。本系統通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方式進行編程。該系統通過對加工工件的自動檢測，產生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數據直接加工。可用于工件的激光表面處理、打孔、焊接和模具修復等。

關鍵技術包括：

(1)激光加工機器人結構優化設計技術：采用大范圍框架式本體結構，在增大作業范圍的同時，保證機器人精度；

(2)機器人系統的誤差補償技術：針對一體化加工機器人工作空間大，精度高等要求，并結合其結構特點，采取非模型方法與基于模型方法相結合的混合機器人補償方法，完成了幾何參數誤差和非幾何參數誤差的補償。

(3)高精度機器人檢測技術：將三坐標測量技術和機器人技術相結合，實現了機器人高精度在線測量。

(4)激光加工機器人專用語言實現技術：根據激光加工及機器人作業特點，完成激光加工機器人專用語言。

(5)網絡通訊和離線編程技術：具有串口、CAN等網絡通訊功能，實現對機器人生產線的監控和管理；并實現上位機對機器人的離線編程控制。

2.3.4真空機器人真空機器人是一種在真空環境下工作的機器人，主要應用于半導體工業中，實現晶圓在真空腔室內的傳輸。真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強，其成為制約了半導體裝備整機的研發進度和整機產品競爭力的關鍵部件。而且國外對中國買家嚴加審查，歸屬于禁運產品目錄，真空機械手已成為嚴重制約我國半導體設備整機裝備制造的“卡脖子”問題。直驅型真空機器人技術屬于原始創新技術。

關鍵技術包括：

(1)真空機器人新構型設計技術：通過結構分析和優化設計，避開國際專利，設計新構型滿足真空機器人對剛度和伸縮比的要求；

(2)大間隙真空直驅電機技術：涉及大間隙真空直接驅動電機和高潔凈直驅電機開展電機理論分析、結構設計、制作工藝、電機材料表面處理、低速大轉矩控制、小型多軸驅動器等方面。

(3)真空環境下的多軸精密軸系的設計。采用軸在軸中的設計方法，減小軸之間的不同心以及慣量不對稱的問題。

(4)動態軌跡修正技術：通過傳感器信息和機器人運動信息的融合，檢測出晶圓與手指之間基準位置之間的偏移，通過動態修正運動軌跡，保證機器人準確地將晶圓從真空腔室中的一個工位傳送到另一個工位。

(5)符合SEMI標準的真空機器人語言：根據真空機器人搬運要求、機器人作業特點及SEMI標準，完成真空機器人專用語言。

(6)可靠性系統工程技術：在IC制造中，設備故障會帶來巨大的損失。根據半導體設備對MCBF的高要求，對各個部件的可靠性進行測試、評價和控制，提高機械手各個部件的可靠性，從而保證機械手滿足IC制造的高要求。

2.3.5潔凈機器人

潔凈機器人是一種在潔凈環境中使用的工業機器人。隨著生產技術水平不斷提高，其對生產環境的要求也日益苛刻，很多現代工業產品生產都要求在潔凈環境進行，潔凈機器人是潔凈環境下生產需要的關鍵設備。

關鍵技術包括：

(1)潔凈潤滑技術：通過采用負壓抑塵結構和非揮發性潤滑脂，實現對環境無顆粒污染，滿足潔凈要求。

(2)高速平穩控制技術：通過軌跡優化和提高關節伺服性能，實現潔凈搬運的平穩性。

(3)控制器的小型化技術：根據潔凈室建造和運營成本高，通過控制器小型化技術減小潔凈機器人的占用空間。

(4)晶圓檢測技術：通過光學傳感器，能夠通過機器人的掃描，獲得卡匣中晶圓有無缺片、傾斜等信息。

2.4工業機器人的應用

工業機器人在工業生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業，或是危險、惡劣環境下的作業，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。20世紀50年代末，美國在機械手和操作機的基礎上，采用伺服機構和自動控制等技術，研制出有通用性的獨立的工業用自動操作裝置，并將其稱為工業機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業機器人，并很快地在工業生產中得到應用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業機器人組成了焊接轎車車身的自動生產線。此后，各工業發達國家都很重視研制和應用工業機器人。由于工業機器人具有一定的通用性和適應性，能適應多品種中、小批量的生產，70年代起，常與數字控制機床結合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統的組成部分。

2.5工業機器人的發展前景

在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流機器人發展前景及未來的發展方向。國外汽車行業、電子電器行業、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業機器人的使用實踐表明，工業機器人的普及是實現自動化生產，提高社會生產效率，推動企業和社會生產力發展的有效手段。機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。國際電氣電子工程師協會IEEE的科學家在對未來科技發展方向進行預測中提出了4個重點發展方向，機器人技術就是其中之一。1990年10月，國際機器人工業人士在丹麥首都哥本哈根召開了一次工業機器人國際標準大會，并在這次大會上通過了一個文件，把工業機器人分為四類：⑴順序型。這類機器人擁有規定的程序動作控制系統；⑵沿軌跡作業型。這類機器人執行某種移動作業，如焊接。噴漆等；⑶遠距作業型。比如在月球上自動工作的機器人；⑷智能型。這類機器人具有感知、適應及思維和人機通信機能。日本工業機器人產業早在上世紀90年代就已經普及了第一和第二類工業機器人，并達到了其工業機器人發展史的鼎盛時期。而今已在第發展三、四類工業機器人的路上取得了舉世矚目的成就。日本下一代機器人發展重點有：低成本技術、高速化技術、小型和輕量化技術、提高可靠性技術、計算機控制技術、網絡化技術、高精度化技術、視覺和觸覺等傳感器技術等。根據日本政府2007年指定的一份計劃，日本2050年工業機器人產業規模將達到1.4兆日元，擁有百萬工業機器人。按照一個工業機器人等價于10個勞動力的標準，百萬工業機器人相當于千萬勞動力，是目前日本全部勞動人口的15%。我國工業機器人起步于70年代初，其發展過程大致可分為三個階段：70年代的萌芽期；80年代的開發期；90年代的實用化期。而今經過20多年的發展已經初具規模。目前我國已生產出部分機器人關鍵元器件，開發出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業機器人。一批國產工業機器人已服務于國內諸多企業的生產線上；一批機器人技術的研究人才也涌現出來。一些相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化設計制造技術；工業機器人控制、驅動系統的硬件設計技術；機器人軟件的設計和編程技術；運動學和軌跡規劃技術；弧焊、點焊及大型機器人自動生產線與周邊配套設備的開發和制備技術等。某些關鍵技術已達到或接近世界水平。一個國家要引入高技術并將其轉移為產業技術（產業化），必須具備5個要素即5M: Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有著“機器人王國”之稱的日本相比，我國有著截然不同的基本國情，那就是人口多，勞動力過剩。刺激日本發展工業機器人的根本動力就在于要解決勞動力嚴重短缺的問題。所以，我國工業機器人起步晚發展緩。但是正如前所述，廣泛使用機器人是實現工業自動化，提高社會生產效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發展工業機器人產業，引進國外技術和設備，培養人才，打開市場。日本工業機器人產業的輝煌得益于本國政府的鼓勵政策，我國在十一五綱要中也體現出了對發展工業機器人的大力支持。

3結束語

工業機器人是機械科學技術的一個分支，它的發展需要機械及其他門類學科的發展來推動，它的發展也能推動工業系統的整體發展。它有其獨特的優勢與劣勢，和其他技術一樣，需要不斷地設計應用修改和完善。

4參考文獻

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[10] Per Sorensen.News and trends by the industrial application of water hydraulics[J].The

Proceedings of The 6th

第四篇：工業機器人開題報告

工業機器人開題報告

一、選題的目的和意義：

工業機器人在工業生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業，或是危險、惡劣環境下的作業，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。廣泛采用工業機器人，不僅可提高產品的質量與產量，而且可以保障人身安全，改善勞動環境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本。因此，研究和設計各種用途的機器人特別是工業機器人、推廣機器人的應用是有現實意義的。由于工業機器人具有一定的通用性和適應性，能適應多品種中、小批量的生產，70年代起，常與數字控制機床結合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統的組部分。

二、國內外研究綜述：

20世紀50年代末，美國在機械手和操作機的基礎上，采用伺服機構和自動控制等技術，研制出有通用性的獨立的工業用自動操作裝置，并將其稱為工業機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業機器人，并很快地在工業生產中得到應用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業機器人組成了焊接轎車車身的自動生產線。此后，各工業發達國家都很重視研制和應用工業機器人。我國工業機器人起步于70年代初期，經過20多年的發展，大致經歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發期和90年代的適用化期。

我國工業機器人經過20多年的發展已經初具規模。目前我國已生產出部分機器人關鍵元器件，開發出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業機器人。一批國產工業機器人已服務于國內諸多企業的生產線上；一批機器人技術的研究人才也涌現出來。一些相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化設計制造技術；工業機器人控制、驅動系統的硬件設計技術；機器人軟件的設計和編程技術；運動學和軌跡規劃技術；弧焊、點焊及大型機器人自動生產線與周邊配套設備的開發和制備技術等。某些關鍵技術已達到或接近世界水平。

雖然中國的工業機器人產業在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業機器人很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產業發展的一個重要瓶頸。

在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流及未來的發展方向。國外汽車行業、電子電器行業、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業機器人的使用實踐表明，工業機器人的普及是實現自動化生產，提高社會生產效率，推動企業和社會生產力發展的有效手段。

機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。國際電氣電子工程師協會IEEE的科學家在對未來科技發展方向進行預測中提出了4個重點發展方向，機器人技術就是其中之一。一個國家要引入高技術并將其轉移為產業技術（產業化），必須具備5個要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。廣泛使用機器人是實現工業自動化，提高社會生產效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發展工業機器人產業，引進國外技術和設備，培養人才，打開市場。

三、畢業設計（論文）所用的主要技術與方法：

在本次設計中，擬應用到的文獻涉及機械原理機械設計類，機械繪圖類，機械工程控制類，機械工程材料和力學以及工業機器人或工業機器人手臂相關的資料，在設計過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機器人手臂相關的技術以及現在國內外的發展趨勢；其次，利用這些資料，可以在設計過程中進行合理的結構分析和設計方案的初步制定；最后，機器人手臂設計過程中的所需材料的選擇，設計與校核計算，運動過程的控制以及其他的注意事項，都可以在相關文獻資料中得到一些指導與幫助。

機器人本體由機座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端執行器和驅動裝置組成。共有六個自由度，依次為腰部回轉、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉、手腕俯仰、手腕側擺。機器人采用電動機驅動。這種驅動方式具有結構簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環境等優點，這也是現代機器人應用最多的驅動方式。為實現機器人靈活自由地移動，驅動系統使用了蓄電池供電。電動機可以選擇步進電機或直流伺服電機。使用直流伺服電機能構成閉環控制，精度高，額定轉速高，但價格較高，而步進電機驅動具有成本低，控制系統簡單的優點。確定這種機器人的6 個關節都采用步進電驅動，開環控制。各部件組成和功能描述如下：(1)底座部件： 底座部件包括底座、回轉部件、傳動部件和步進電機等。底座部件固定在自動引導車（AGV）上，支持整個操作機，步進電機固定在底座上，一級同步帶傳動將運動傳遞到腰部回轉軸，同時起到減速作用。2)腰部回轉部件： 腰部回轉部件包括腰部支架、回轉軸、支架、諧波減速器和步進電機、制動器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉運動。在腰部支上固定著驅動大臂俯仰和小臂俯仰的電機。(3)大臂部件：包括大臂和傳動部件。(4)小臂部件：包括小臂、減速齒輪箱、傳動部件、傳動軸等，在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驅動手腕三個運動的步進電機(5)手腕部件：包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機械接口等(6)末端執行器： 為抓取不同形狀、不同材質的物體，末端執行器設計得開合范圍比較大，為 0～100mm。考慮在指尖的平面上貼傳器片，進行力的控制。

四、主要參考文獻與資料獲得情況：

[1].孟慶鑫、王曉東.《機器人技術基礎》.哈爾濱工業大學出版社，2006.[2].董華梁、彭文生.《機械設計基礎》.高等教育出版社，2007.[3].周伯英.《工業機械人設計》.機械工業出版社，1995 [4].鄭堤、唐可洪.《機電一體化設計基礎》.機械工業出版社，1997 [5].張鐵、謝存禧.《機械人學》.華南理工大學出版社，2004 [6].曲興華.《儀器制造技術》.機械工業出版社，2010 [7].柳暉.《互換性與技術測量基礎》.華東理工大學出版社，2006 [8].沈鴻.《機械工程手冊》.機械工業出版社，1983

五、畢業設計（論文）進度安排（按周說明）第5-6周 收集并整理相關資料

第7-8周 研究資料、編寫開題報告

第9-10周 完成畢業設計論文的初稿

第11-12周 根據指導教師意見，修改和完善論文 第13-14周 進一步完善論文，定稿并裝訂成冊 第15-17周 準備畢業答辯，提交論文

第五篇：工業機器人讀書報告

工業機器人讀書報告

今天剛好沒什么事，于是就應老師的要求把我們《工業機器人》這本書老師讓我們自己課后看的第二章認真看了一遍。

《工業機器人》第二章講的是工業機器人機械系統的設計。這本書主要是從以下6個方面來講的：1.工業機器人總體設計；2.驅動機構；3.機身和臂部設計；4.腕部設計；5.手部設計；6.行走機構設計。

在2.1中，書中主要給我們講了一下工業機器人的總體設計思路。機器人總體設計一般分為系統分析和技術設計兩大步驟。其中系統分析主要分為以下幾步：1.根據使用場合，確定機器人的目的和任務；2.分析機器人所在系統的工作環境，包括機器人與已有設備的兼容性；3.分析系統的工作要求，確定機器人的基本功能和方案，準備做技術設計；4.進行必要的調查研究，搜集國內外的有關資料，進行綜合分析，找出可供借鑒之處，以及別人的經驗教訓。技術設計主要有以下幾個過程：1.確定機器人的基本參數（自由度數目、工作范圍、承載能力、運動速度、定位精度等）；2.確定機器人的運動形式；3.擬定檢測傳感系統框圖；4.確定控制系統總體方案，繪制框圖；5.機械結構設計。

在2.2中，書中給我講了一下機器人的驅動機構。首先它給我們分析了一下液壓、氣壓和電氣這三種驅動方式的優缺點，其中液壓驅動的優點是：1.體積小，可以獲得較大的推力和轉矩；2.介質的可壓縮性小，系統工作穩定可靠，精度高；3.容易實現對力、速度、方向的自動控制；4.油液介質使系統具有防銹蝕和自潤滑性能。缺點是：1.油液的黏度受溫度影響，影響工作性能；2.液體泄漏難以克服，要求液壓元件制造精度高；3.需要提供相應的供油系統和嚴格的濾油裝置。氣壓驅動的優點是：1.壓縮空氣黏度小，容易達到高速（1m/s)；2.工廠一般都自有空氣壓縮機站，可提供壓縮空氣，不必再額外的添加動力設備，而且空氣介質對環境無污染，使用安全；3.氣動元件工作壓力低，因此制造要求也低一些，價格低廉；4.空氣具有壓縮性，是系統能夠實現過載自動保護。缺點是：1.壓縮空氣一般為0.4~0.6Mpa，要想獲得較大的壓力，結構就要增大；2.空氣具有壓縮性，工作平穩性差，速度控制困難，要實現準確的位置控制更困難；3.壓縮空氣排水比較麻煩；4.排氣造成噪音污染。電氣驅動的特點是：1.步進電機：多為開環控制，簡單，功率較小，多用于低精度、小功率的機器人；2.直流伺服電機：易于控制，有較理想的機械特性，但其電刷易磨損，易形成火花；3.交流伺服電機：結構簡單，運行可靠，可以頻繁的啟動、制動。交流伺服電機和直流伺服電機相比：沒有電刷等易磨損部件，外形尺寸小，能在重載下高速運行，加速性能好，能實現動態控制和平滑運動，但控制較復雜。其次它把驅動機構分為了直線驅動機構和旋轉驅動機構，然后分別深入地給我們講解了這兩種機構。其中直線驅動可以直接由氣缸或液壓缸和活塞產生，也可以采用齒輪齒條、絲杠、螺母等傳動元件由旋轉運動轉換而得到。旋轉驅動主要有齒輪鏈驅動、同步帶傳動裝置驅動、諧波齒輪驅動、擺線針輪傳動減速器驅動。

在2.3中，書中主要給我們介紹了一下機身和臂部設計，這一節主要是從三方面來給我們講的：首先是給我們介紹了一下機身設計過程，書中給我們介紹了幾種機身的典型機構，并給我們講了一下機身驅動力和力矩的計算，還給我們列舉了一些設計機身時要注意的問題；其次給我們講了一下機器人的臂部設計，它是先給我們介紹了一下臂部設計的基本要求，再給我們介紹了一些手臂的常用機構；最后還給我們舉了一個MOTOMAN SV3機器人的機身與臂部的例子。機身設計要注意以下問題：1.要有足夠的剛度和穩定性；2.運動要靈活，升降運動的導套長度不宜過短，避免發生卡死現象，一般要有導向裝置；3.結構布置要合理。通常工業機器人的機身具有具有回轉、升降、回轉與升降、回轉與俯仰、回轉與升降及俯仰等5種運動方式，采用哪一種方式由工業機器人的總體設計來確定。機身驅動力和力矩的計算主要分為三種：1.垂直升降運動的驅動力的計算：作垂直運動時，除克服摩擦力之外，還要克服機身自身運動部件的重力和其承受的手臂、手腕、手部、工件等總重力以及升降運動的全部部件的慣性力，因此其驅動力的計算如下：

；2.回轉運動的驅動力矩的計算：作回轉運動時，驅動力矩只包括兩項：回轉部件的摩擦總力矩；機身自身運動部件和其攜帶的手臂、手腕、手部、工件等總慣性力矩，因此，其驅動力矩計算方法為：中，其

。3.升降立柱下降過程不卡死的條件計算偏重力矩是指臂部全部零部件與工件的總重量對機身立柱軸的靜力矩。當手臂在最大行程位置時，偏重力矩最大，因此，偏重力矩按懸伸最大行程，最大抓重時進行計算。手臂在總重量G的作用下，產生偏重力矩，導致立柱傾斜。如果偏重力矩過大，并且導套設計不合理（導套長度不夠），立柱在導套中有卡住現象，這時，機身的升降驅動力必須增大，相應驅動及傳動裝置結構就龐大。如果機身下降靠重力的話，則可能立柱被卡死在導套內而不能作下降運動，這就是自鎖。因此必須根據偏重力矩的大小決定立柱導套的長度。要使立柱在導套內自由下降，則臂部總重量必須大于導套與立柱之間的摩擦力，這就是升降立柱靠自重下降而不卡死的條件：在2.4中，書中給我們講的是機器人的腕部設計。這一節主要是從腕部的作用于自由度和機器人的手腕分類這兩個方面給我們講解

了一下，并給我們舉了一個MOTOMAN SV3機器人的手腕機構的例子，還給我們分析了一下六自由度關節型機器人的關節布置與機構特點。工業機器人的腕部是連接手部和臂部的部件，起支承手部的作用，手腕上的自由度主要是使手部（末端操作器）達到目標位置和處于期望的姿態。為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實現對空間三個坐標軸X、Y、Z的轉動，即具有翻轉、俯仰、偏轉三個自由度，如下圖所示。一般將手腕的翻轉稱為Roll，用R表示；將手腕的俯仰稱為Pitch，用P表示；將手腕的偏轉稱為Yaw，用Y表示，圖（d）所示的手腕即可實現RPY運動。機器人的手腕分類主要有以下兩種方法：1.按自由度數目來分類：可分為單自由度手腕、兩自由度手腕、三自由度手腕。2.按驅動方式分類：可分為直接驅動手腕、遠距離傳動手腕。在2.5這一節，書中主要是從機器人手部的特點和手部的分類這兩個方面給我們著重介紹了一下機器人的手部設計。工業機器人的手部也稱末端操作器，是裝在工業機器人手腕上直接抓握工件或執行作業的部件。工業機器人手部的特點有：1.手部與手腕相連處可拆卸。手部與手腕有機械接口，也可能有電、氣、液接頭，當作業對象不同時，可以方便地拆除和更換手部；2.手部是工業機器人末端操作器，它可以是像人手那樣具有手指，也可以不具備手指，直接就是進行專業作業的工具。3.手部的通用性比較差，手部屬于專用的裝置，一只手爪往往只能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面近似的工件；一種工具只能執行一種作業任務；4.手部是一個獨立的部件。手部的分類主要有以下幾種方法：1.按用途分類：可分為手爪、工具。2.按夾持原理分類：可分為機械類、磁力類、真空類。3.按手指或洗盤數目分類：可分為兩指手爪、多指手爪。4.按智能化分類：可分為普通手爪、智能手爪。

2.6這一節，書中主要給我們著重介紹了一下車輪式行走機構和履帶式行走機構、步行機構，并簡單介紹了一下其他行走機構。機器人可分為固定機器人和行走機器人，一般的工業機器人都是固定式的，隨著科學技術的發展，行走機器人的應用也越來越多。行走機構是行走機器人的重要執行部件，它由行走的驅動裝置、傳動機構、位置檢測元件、傳感器、電纜以及管路組成。一方面它支承機器人的機身、臂部、腕部。手部、工件，另一方面還根據工作任務的要求，帶動機器人實現在廣闊的空間內運動。行走機構按其行走運動軌跡可分為固定軌跡式和無固定軌跡式。固定軌跡式行走機構主要用于工業機器人，無固定軌跡式主要有輪式、履帶式、步行式。

這一章看起來比較簡單，涉及到的計算也不多，但真正想把它搞透徹還是需要一點時間的，我是花了整整一下午才把它理解得差不多。