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課 程 體 會 工業(yè)機器人的認知和發(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)機器人是一種可以搬運物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機械裝置；由計算機控制，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)，可以允許進行人機聯(lián)系。可以通俗的理解為“機器人是技術(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)機器人產(chǎn)業(yè)存在的問題 1.1通用性 工業(yè)機器人可編程，支持多自由度運動，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(專為一類工業(yè)應(yīng)用或一家客戶定制的機電集成方案)，工業(yè)機器人還是靈活多了。工業(yè)應(yīng)用改動不太大時，是可以通過機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。畢竟專機是為一個應(yīng)用定制的，因此雖犧牲通用性但實現(xiàn)了效率優(yōu)化，在產(chǎn)量這個客戶非常關(guān)心的指標上能完成地很好。 1.2機電性能 工業(yè)機器人普遍能達到低于0.1毫米的運動精度(指重復(fù)運動到點精度)，抓取重達一噸的物體，伸展也可達三四米。這樣的性能雖不一定能輕易完成蘋果手機上一些“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，但隨著機器人精度的提升，現(xiàn)在也變得可依賴機器人本身的準確運動來代替了)。但相比傳統(tǒng)高端設(shè)備，如高精度數(shù)控機床，激光校準設(shè)備，或特殊環(huán)境(高溫或特低溫)設(shè)備等，工業(yè)機器人尚力不能及。 1.3人機合作 傳統(tǒng)的工業(yè)機器人是關(guān)在籠子里工作的，因為它實在危險(想象一個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器人配備籠子，當籠子門打開時，機器人收到信號便自動暫停。對安全的考慮，自然給機器人集成帶來了很多額外的成本，籠子可能并不貴，但畢竟要為此仔細考慮產(chǎn)線排布，增加產(chǎn)線面積，改變?nèi)藱C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)機器人巨頭(ABB，kuka，Yaskawa等)的半概念半成品的機器人。而從產(chǎn)業(yè)需求看來，已通過傳統(tǒng)工業(yè)機器人解決了對精度速度重量等自動化需求后，也的確是時候開始滿足人機安全合作了。 1.4成本 機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)對機器人的歡迎程度看來，說明機器人自動化的經(jīng)濟優(yōu)勢普遍到了一個臨界點，超過了其他替代方案(人工，或?qū)C)，看來這個成本還是值得的。 其實要走傳統(tǒng)機器人的老路，那硬件成本降低空間不大。工業(yè)機器人基本是一個開環(huán)的運動機構(gòu)，靠的就是電機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)公司自己制造的機器人，買同樣的零部件，也不會便宜多少，因為日本廠商不會為了你這點量給多少折扣)。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)，從而以價格優(yōu)勢打破多年來的壟斷，才能真正促進國內(nèi)機器人廠商的發(fā)展。 另一個就是另辟蹊徑，追求其他技術(shù)和市場。如RethinkRobotics當時甚至考慮用塑料的齒輪箱來降低成本，而通過視覺來彌補運動精度損失，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機器人暫時在精度和速度上完全無法與傳統(tǒng)機器人相比，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，來達到與傳統(tǒng)工業(yè)機器人競爭的程度(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，因為相對現(xiàn)在市場對機器人的主流需求(即強，快，準)，它暫時還不是最迫切的。這也體現(xiàn)了傳統(tǒng)工業(yè)機器人的優(yōu)勢(任勞任怨，保質(zhì)保量，是個“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)，而不需一個點一個點得讓人告訴它怎么走;如何讓機器人在外圍環(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(當然他們也是避實擊虛，因為傳統(tǒng)工業(yè)機器人硬件上的技術(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)機器人順應(yīng)時代發(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)機構(gòu)的課程設(shè)置仍然滯后，盡管一些機器人廠商提供相關(guān)培訓(xùn)，卻存在品牌針對性過強，推廣力度不足、配套設(shè)施不足以及培訓(xùn)網(wǎng)點有限等短板，難以達成系統(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)致眾多有志投身機器人行業(yè)者求學(xué)無門。 第2章 我國未來工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢和方向 2.1大力發(fā)展機器人關(guān)鍵零部件 針對6自由度及以上工業(yè)機器人用關(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、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、高性能機器人專用伺服電機和驅(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，打破長期依賴進口的局面。 2.2強化產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力 加強共性關(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)機器人的需求，重點突破制約我國機器人發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)。積極跟蹤機器人未來發(fā)展趨勢，提早布局新一代機器人技術(shù)的研究。 建立健全機器人創(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。重點聚焦前沿技術(shù)、共性關(guān)鍵技術(shù)研究。 加強機器人標準體系建設(shè)。開展機器人標準體系的頂層設(shè)計，構(gòu)建和完善機器人產(chǎn)業(yè)標準體系，加快研究制訂產(chǎn)業(yè)急需的各項技術(shù)標準，支持機器人評價標準的研究和驗證，積極參與國際標準的制修訂。 建立機器人檢測認證體系。建立并完善以國家機器人檢測與評定中心為代表的機器人檢驗與認證機構(gòu)，推動建立機器人第三方評價和認證體系,開展機器人整機及關(guān)鍵功能部件的檢測與認證工作。 2.3著力推進應(yīng)用示范 為滿足國家戰(zhàn)略和民生重大需求，加強質(zhì)量品牌建設(shè)，積極開展機器人的應(yīng)用示范。圍繞制造業(yè)重點領(lǐng)域，實施一批效果突出、帶動性強、關(guān)聯(lián)度高的典型行業(yè)應(yīng)用示范工程，重點針對需求量大、環(huán)境要求高、勞動強度大的工業(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、分層次開展細分行業(yè)的推廣應(yīng)用，培育重點領(lǐng)域機器人應(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)機器人和服務(wù)機器人的市場空間。 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、創(chuàng)新能力強、效率高、效益好、市場競爭力強的龍頭企業(yè)，打造知名度高、綜合競爭力強、產(chǎn)品附加值高的機器人國際知名品牌。大力推進研究院所、大專院校與機器人產(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 通過近一個學(xué)期的《機器人技術(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，我對機器人技術(shù)尤其是工業(yè)機器人有了較為深刻的認識。我掌握了工業(yè)機器人基本的發(fā)展歷程，并了解了機器人的分類和不同場合的性能要求。對于機器人技術(shù)有了自己的理解和認識。并認識到我們的機器人技術(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)。