用什么方法研究铸造行业的机器人

① 面对当今机器人的发展，你对研究智能机器人有什么看法

“人工智能”(Artificial Intelligence)一词最初是在1956年Dartmouth学会上提出的。人工智能是指研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。目前能够用来研究人工智能的主要物质手段以及能够实现人工智能技术的机器就是计算机,人工智能的发展历史是和计算机科学与技术的发展史联系在一起的。

服务机器人

研制服务机器人用来为病人看病、护理病人和协助病残人员康复能够极大地改善伤残疾病人员的状态，以及改善瘫痪者和被截肢者得生活条件。服务机器人已经应用于下列几个方面：

（1）诊断机器人，即配备有医疗诊断专家系统的机器人；

（2）护理机器人，是一些具有丰富护理经验的机器人护士或护师；

（3）伤残瘫痪康复机器人，包括假肢、矫形以及遥控等技术；

（4）家用机器人，机器人已经开始进入家庭和办公室，用于替代人类从事清扫、洗刷、守卫、煮饭、照料小孩、接待、接电话、打印文件等。酒店售货和餐厅服务机器人、炊事机器人和机器人保姆已经不再是一种幻想；

（5）娱乐机器人，包括文娱歌舞和体育机器人；(6)医疗手术机器人几年来有所突破。

② 探究机器人用的科学方法有哪些

探究机器人用的科学方法主要有3种，科学实验、系统科学、数学方法。 科学实验 科学实验、生产实践和社会实践并称为人类的三大实践活动。实践不仅是理论的源泉，而且也是检验理论正确与否的惟一标准，科学实验就是自然科学理论的源泉和检验标准。

机器人技术的进步将会对科学与技术的发展产生重要影响，只有开启机器人教育,才能使我们不在机器人时代落伍。机器人的教育价值既可以作为家庭的益智玩具，也可以作为学校课外活动的载体，还可以作为基础教育课程的载体。

机器人作为一个平台能使学生全面综合地了解现代工业设计、机械、电子、传感器、计算机软件硬件、人机交互、人工智能等诸多领域的先进技术，并亲身接触和体验现代高新技术，在学生获得科技知识和实践能力的同时激发他们的创新意识和创造发明的潜能。

③ 工业机器人的发展与应用

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。 发展史1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人 最早的关节机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。它是最早的工业机器人设想。20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如图0.2所示，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1959年UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。UNIMATION的VAL（very advantage language)语言也成为机器人领域最早的编程语言在各大学及科研机构中传播，也是各个机器人品牌的最基本范本。其机械结构也成为行业的模板。其后，UNIMATION公司被瑞士STAUBLI收购，并利用STAUBLI的技术优势，进一步得以改良发展。日本第一台机器人由KAWASAKI从UNIMATION进口，并由kawasaki模仿改进在国内推广。特点戴沃尔提出的工业机器人有以下特点:将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的连杆 工业机器人机构联接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人还可以接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现”。1962年美国推出的一些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形主要由类似人的手和臂组成。后来，出现了具有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。[1]工业机器人最显着的特点有以下几个：(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。当前，对全球机器人技术的发展最有影响的国家是美国和日本。美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位。构造分类工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行 工业机器人机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。应用工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。

④ 工业机器人涉及那些技术

四、工业机器人关键技术1.机器人基本系统构成工业机器人由3大部分6个子系统组成。3大部分是机械部分、传感部分和控制部分。6个子系统可分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人环境交互系统、人机交互系统和控制系统。
工业机器人系统构成1)工业机器人的机械结构系统由机座、手臂、末端操作器三大部分组成，每一个大件都有若干个自由度的机械系统。若基座具备行走机构，则构成行走机器人；若基座不具备行走及弯腰机构，则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。2)驱动系统，要使机器人运作起来，需要在各个关节即每个运动自由度上安置传动装置，这就是驱动系统。驱动系统可以是液压传动、气压传动、电动传动、或者把它们结合起来应用综合系统，可以是直接驱动或者通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接传动。3)感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，用以获得内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的，然而，对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效。4)机器人环境交换系统是现代工业机器人与外部环境中的设备互换联系和协调的系统。工业机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工单元、焊接单元、装配单元等。当然，也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个去执行复杂任务的功能单元。5)人机交换系统是操作人员与机器人控制并与机器人联系的装置，例如，计算机的标准终端，指令控制台，信息显示板，危险信号报警器等。该系统归纳起来分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。6)机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。假如工业机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。根据控制原理，控制系统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运行的形式，控制系统可分为点位控制和轨迹控制。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。假如工业机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。根据控制原理，控制系统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运行的形式，控制系统可分为点位控制和轨迹控制。一套完整的工业机器人包括机器人本体、系统软件、控制柜、外围机械设备、CCD视觉、夹具/抓手、外围设备PLC控制柜、示教器/示教盒。
工业机器人设备下面重点对机器人的驱动系统、感知系统作出介绍。2.机器人的驱动系统工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压，气动和电动三大类。根据需要也可由这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。这三类基本驱动系统的各有自己的特点。液压驱动系统：由于液压技术是一种比较成熟的技术。它具有动力大、力(或力矩)与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。适于在承载能力大，惯量大以及在防焊环境中工作的这些机器人中应用。但液压系统需进行能量转换(电能转换成液压能)，速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动驱动系统低。液压系统的液体泄泥会对环境产生污染，工作噪声也较高。因这些弱点，近年来，在负荷为100kg以下的机器人中往往被电动系统所取代。青岛华东工程机械有限公司研制的全液压重载机器人如图所示。其大跨度的承载可达到2000kg，机器人的活动半径可达到近6m，应用在铸锻行业。
全液压重载机器人
气压驱动具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低等优点。但是由于气压装置的工作压强低，不易精确定位，一般仅用于工业机器人末端执行器的驱动。气动手抓、旋转气缸和气动吸盘作为末端执行器可用于中、小负荷的工件抓取和装配。气动吸盘和气动机器人手爪如图所示。
气动吸盘和气动机器人手爪电机驱动是现代工业机器人的一种主流驱动方式，分为4大类电机：直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机和直线电机。直流伺服电机和交流伺服电机采用闭环控制，一般用于高精度、高速度的机器人驱动；步进电机用于精度和速度要求不高的场合，采用开环控制；直线电机及其驱动控制系统在技术上已日趋成熟，已具有传统传动装置无法比拟的优越性能，例如适应非常高速和非常低速应用、高加速度，高精度，无空回、磨损小、结构简单、无需减速机和齿轮丝杠联轴器等。鉴于并联机器人中有大量的直线驱动需求，因此直线电机在并联机器人领域已经得到了广泛应用。3.机器人的感知系统机器人感知系统把机器人各种内部状态信息和环境信息从信号转变为机器人自身或者机器人之间能够理解和应用的数据、信息，除了需要感知与自身工作状态相关的机械量，如位移、速度、加速度、力和力矩外，视觉感知技术是工业机器人感知的一个重要方面。视觉伺服系统将视觉信息作为反馈信号，用于控制调整机器人的位置和姿态。这方面的应用主要体现在半导体和电子行业。机器视觉系统还在质量检测、识别工件、食品分拣、包装的各个方面得到了广泛应用。通常，机器人视觉伺服控制是基于位置的视觉伺服或者基于图像的视觉伺服，它们分别又称为三维视觉伺服和二维视觉伺服，这两种方法各有其优点和适用性，同时也存在一些缺陷，于是有人提出了2.5维视觉伺服方法。基于位置的视觉伺服系统，利用摄像机的参数来建立图像信息与机器人末端执行器的位置/姿态信息之间的映射关系，实现机器人末端执行器位置的闭环控制。末端执行器位置与姿态误差由实时拍摄图像中提取的末端执行器位置信息与定位目标的几何模型来估算，然后基于位置与姿态误差，得到各关节的新位姿参数。基于位置的视觉伺服要求末端执行器应始终可以在视觉场景中被观测到，并计算出其三维位置姿态信息。消除图像中的干扰和噪声是保证位置与姿态误差计算准确的关键。二维视觉伺服通过摄像机拍摄的图像与给定的图像（不是三维几何信息）进行特征比较，得出误差信号。然后，通过关节控制器和视觉控制器和机器人当前的作业状态进行修正，使机器人完成伺服控制。相比三维视觉伺服，二维视觉伺服对摄像机及机器人的标定误差具有较强的鲁棒性，但是在视觉伺服控制器的设计时，不可避免地会遇到图像雅克比矩阵的奇异性以及局部极小等问题。针对三维和二维视觉伺服方法的局限性，F.Chaumette等人提出了2.5维视觉伺服方法。它将摄像机平动位移与旋转的闭环控制解耦，基于图像特征点，重构物体三维空间中的方位及成像深度比率，平动部分用图像平面上的特征点坐标表示。这种方法能成功地把图像信号和基于图像提取的位姿信号进行有机结合，并综合他们产生的误差信号进行反馈，很大程度上解决了鲁棒性、奇异性、局部极小等问题。但是，这种方法仍存在一些问题需要解决，如怎样确保伺服过程中参考物体始终位于摄像机视野之内，以及分解单应性矩阵时存在解不唯一等问题。在建立视觉控制器模型时，需要找到一种合适的模型来描述机器人的末端执行器和摄像机的映射关系。图像雅克比矩阵的方法是机器人视觉伺服研究领域中广泛使用的一类方法。图像的雅克比矩阵是时变的，所以，需要在线计算或估计。4.机器人关键基础部件机器人共4大组成部分，本体成本占22%，伺服系统占24%，减速器占36%，控制器占12%。机器人关键基础部件是指构成机器人传动系统，控制系统和人机交互系统，对机器人性能起到关键影响作用，并具有通用性和模块化的部件单元。机器人关键基础部件主要分成以下三部分：高精度机器人减速机，高性能交直流伺服电机和驱动器，高性能机器人控制器等。1）减速机减速机是机器人的关键部件，目前主要使用两种类型的减速机：谐波齿轮减速机和RV减速机。

谐波传动方法由美国发明家C.WaltMusser于20世纪50年代中期发明。谐波齿轮减速机主要由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮3个基本构件组成，依靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力，单级传动速比可达70～1000，借助柔轮变形可做到反转无侧隙啮合。与一般减速机比较，输出力矩相同时，谐波齿轮减速机的体积可减小2/3，重量可减轻1/2。柔轮承受较大的交变载荷，因而其材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，制造工艺复杂，柔轮性能是高品质谐波齿轮减速机的关键。
谐波齿轮减速机传动原理德国人LorenzBaraen于1926年提出摆线针轮行星齿轮传动原理，日本帝人株式会社（TEIJINSEIKICo.，Ltd）于20世纪80年代率先开发了RV减速机。RV减速机由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成。相比于谐波齿轮减速机，RV减速机具有更好的回转精度和精度保持性。
减速机陈仕贤发明了活齿传动技术。第四代活齿传动——全滚动活齿传动（oscillatory roller transmission，ORT）已成功地应用到多种工业产品中。在ORT基础上提出的复式滚动活齿传动（compound oscillatory roller transmission，CORT）不但具有RV传动类似的优点，而且克服了RV传动曲轴轴承受力大、寿命低的缺点，进一步提高了使用寿命和承载能力；CORT的结构使其在同样的精度指标下回差更小，运动精度和刚度更高，缓解了RV传动要求制造精度高的缺陷，可相对降低加工要求，减少制造成本。CORT是我国自主开发的，拥有自主知识产权。鞍山耐磨合金研究所和浙江恒丰泰减速机制造有限公司均开发成功了机器人用CORT减速机。
ORT减速机 CORT减速机目前在高精度机器人减速机方面，市场份额的75%均两家日本减速机公司垄断，分别为提供RV摆线针轮减速机的日本Nabtesco和提供高性能谐波减速机的日本Harmonic Drive。包括 ABB, FANUC, KUKA,MOTOMAN在内国际主流机器人厂商的减速机均由以上两家公司提供，与国内机器人公司选择的通用机型有所不同的是，国际主流机器人厂商均与上述两家公司签订了战略合作关系，提供的产品大部分为在通用机型基础上根据各厂商的特殊要求进行改进后的专用型号。国内在高精度摆线针轮减速机方面研究起步较晚，仅在部分院校，研究所有过相关研究。目前尚无成熟产品应用于工业机器人。近年来国内部分厂商和院校开始致力高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究，如浙江恒丰泰，重庆大学机械传动国家重点实验室，天津减速机厂，秦川机床厂，大连铁道学院等。在谐波减速机方面，国内已有可替代产品，如北京中技克美，北京谐波传动所，但是相应产品在输入转速，扭转高度，传动精度和效率方面与日本产品还存在不小的差距，在工业机器人上的成熟应用还刚刚起步。国内外工业机器人主流高精度谐波减速机性能比较如下表所示。
表1 主流高精度谐波减速机性能比较注：上表比较数据来自相近型号：HD ：CSF-17-100中技克美：XB1-40-100传动效率测试工况：输入转速1000r/min，温度40°扭转刚度测试条件：20%额定扭矩内国内外工业机器人主流高精度摆线针轮减速机性能比较如下表所示。
表2 主流高精度RV摆线针轮减速机性能比较注：上表比较数据来自相近型号：RV：100CCYCLO：F2CF-C35传动效率测试工况：输出转速15r/min，额定扭矩2）伺服电机在伺服电机和驱动方面，目前欧系机器人的驱动部分主要由伦茨，Lust，博世力士乐等公司提供，这些欧系电机及驱动部件过载能力，动态响应好，驱动器开放性强，且具有总线接口，但是价格昂贵。而日系品牌工业机器人关键部件主要由安川，松下，三菱等公司提供，其价格相对降低，但是动态响应能力较差，开放性较差，且大部分只具备模拟量和脉冲控制方式。国内近年来也开展了大功率交流永磁同步电机及驱动部分基础研究和产业化，如哈尔滨工业大学，北京和利时，广州数控等单位，并且具备了一点的生产能力，但是其动态性能，开放性和可靠性还需要更多的实际机器人项目应用进行验证。
3）控制器在机器人控制器方面，目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发。目前通用的多轴控制器平台主要分为以嵌入式处理器（DSP，POWER PC）为核心的运动控制卡和以工控机加实时系统为核心的PLC系统，其代表分别是Delta Tau的PMAC卡和Beckhoff的TwinCAT系统。国内的在运动控制卡方面，固高公司已经开发出相应成熟产品，但是在机器人上的应用还相对较少。5.机器人操作系统通用的机器人操作系统（robot operating system，ROS）是为机器人而设计的标准化的构造平台，它使得每一位机器人设计师都可以使用同样的操作系统来进行机器人软件开发。ROS将推进机器人行业向硬件、软件独立的方向发展。硬件、软件独立的开发模式，曾极大促进了PC、笔记本电脑和智能手机技术的发展和快速进步。ROS的开发难度比计算机操作系统更大，计算机只需要处理一些定义非常明确的数学运算任务，而机器人需要面对更为复杂的实际运动操作。ROS提供标准操作系统服务，包括硬件抽象、底层设备控制、常用功能实现、进程间消息以及数据包管理。ROS分成两层，低层是操作系统层，高层则是用户群贡献的机器人实现不同功能的各种软件包。现有的机器人操作系统架构主要有基于linux的Ubuntu开源操作系统。另外，斯坦福大学、麻省理工学院、德国慕尼黑大学等机构已经开发出了各类ROS系统。微软机器人开发团队2007年也曾推出过一款“Windows机器人版”。6.机器人的运动规划为了提高工作效率，且使机器人能用尽可能短的时间完成特定的任务，必须有合理的运动规划。离线运动规划分为路径规划和轨迹规划。路径规划的目标是使路径与障碍物的距离尽量远同时路径的长度尽量短；轨迹规划的目的主要是机器人关节空间移动中使得机器人的运行时间尽可能短，或者能量尽可能小。轨迹规划在路径规划的基础上加入时间序列信息，对机器人执行任务时的速度与加速度进行规划，以满足光滑性和速度可控性等要求。示教再现是实现路径规划的方法之一，通过操作空间进行示教并记录示教结果，在工作过程中加以复现，现场示教直接与机器人需要完成的动作对应，路径直观且明确。缺点是需要经验丰富的操作工人，并消耗大量的时间，路径不一定最优化。为解决上述问题，可以建立机器人虚拟模型，通过虚拟的可视化操作完成对作业任务的路径规划。路径规划可在关节空间中进行。Gasparetto以五次B样条为关节轨迹的插值函数，并将加加速度的平方相对于运动时间的积分作为目标函数进行优化，以确保各个关节运动足够光滑。刘松国通过采用五次B样条对机器人的关节轨迹进行插补计算，机器人各个关节的速度、加速度端点值，可根据平滑性要求进行任意配置。另外，在关节空间的轨迹规划可避免操作空间的奇异性问题。Huo等人设计了一种关节空间中避免奇异性的关节轨迹优化算法，利用6自由度弧焊机器人在任务过程中某个关节功能上的冗余，将机器人奇异性和关节限制作为约束条件，采用TWA方法进行优化计算。关节空间路径规划与操作空间路径规划对比，具有以下优点：①避免了机器人在操作空间中的奇异性问题；②由于机器人的运动是通过控制关节电机的运动，因此在关节空间中，避免了大量的正运动学和逆运动学计算；③关节空间中各个关节轨迹便于控制的优化。
五、工业机器人分类
工业机器人按不同的方法可分下述类型：
工业机器人分类1.从机械结构来看，分为串联机器人和并联机器人。1）串联机器人的特点是一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点，在位置求解上，串联机器人的正解容易，但反解十分困难；2）并联机器人采用并联机构，其一个轴的运动则不会改变另一个轴的坐标原点。并联机器人具有刚度大、结构稳定、承载能力大、微动精度高、运动负荷小的优点。其正解困难反解却非常容易。串联机器人和并联机器人如图所示。
串联机器人 并联机器人2.工业机器人按操作机坐标形式分以下几类：（坐标形式是指操作机的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式。）1）直角坐标型工业机器人其运动部分由三个相互垂直的直线移动（即PPP）组成，其工作空间图形为长方形。它在各个轴向的移动距离，可在各个坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，控制无耦合，结构简单，但机体所占空间体积大，动作范围小，灵活性差，难与其他工业机器人协调工作。2）圆柱坐标型工业机器人其运动形式是通过一个转动和两个移动组成的运动系统来实现的，其工作空间图形为圆柱，与直角坐标型工业机器人相比，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大，其位置精度仅次于直角坐标型机器人，难与其他工业机器人协调工作。3）球坐标型工业机器人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转动和一个直线移动（即RRP,一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动）所组成，其工作空间为一球体，它可以作上下俯仰动作并能抓取地面上或教低位置的协调工件，其位置精度高，位置误差与臂长成正比。4）多关节型工业机器人又称回转坐标型工业机器人，这种工业机器人的手臂与人一体上肢类似，其前三个关节是回转副（即RRR），该工业机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂见形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂做回转运动和俯仰摆动，小臂做仰俯摆动。其结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，能与其他工业机器人协调工作，但位置精度教低，有平衡问题，控制耦合，这种工业机器人应用越来越广泛。5）平面关节型工业机器人它采用一个移动关节和两个回转关节（即PRR），移动关节实现上下运动，而两个回转关节则控制前后、左右运动。这种形式的工业机器人又称（SCARA(Seletive Compliance Assembly Robot Arm)装配机器人。在水平方向则具有柔顺性，而在垂直方向则有教大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业的插接、装配中应用广泛。3.工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类：1）编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。2）示教输入型的示教方法有两种：示教盒示教和操作者直接领动执行机构示教。示教盒示教由操作者用手动控制器（示教盒），将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。采用示教盒进行示教的工业机器人使用比较普遍，一般的工业机器人均配置示教盒示教功能，但是对于工作轨迹复杂的情况，示教盒示教并不能达到理想的效果，例如用于复杂曲面的喷漆工作的喷漆机器人。
机器人示教盒由操作者直接领动执行机构进行示教，则是按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。
六、工业机器人性能评判指标表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。

⑤ 铝铸件机器人的焊接方法

铝铸件焊接机器人，首先电源肯定是要稳定性好，其次从焊接性上来说铸件相对锻件或者挤压成型件要差一些，故而焊接工艺及电源参数调节就显得更加重要。
稳定的电源可以选择双脉冲的气体保护焊接电源，直流反接，比如采用威欧丁MIG500的双脉冲气体保护焊机，留有外接机器人接口。
焊接工艺参数按照铸造的工艺，做双脉冲工艺评定，找出合理的双脉冲频率及输入只，剩下的就是专业的机器参数调试问题相对简单一些。

⑥ 工业机器人是什么一般运用在什么地方

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。 20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。 由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。

⑦ 工业机械手在铸造的应用

压铸机器人，目前主要分为二类，一类是以ABB，KUKA，FANUC，MOTOMAN为主的国际通用型机器人，编程后应用在压铸行业的机器人。
另外一类是FREEMAN压铸专家型机器人，富瑞曼机器人有限公司，他们是全球惟一一家，立足于压铸行业的机器人，他们的压铸机器人，是针对压铸机进行了优化。针对每个压铸机品牌，不同厂家进行了优化设计。
一台Freeman 机器人，可以给二台压铸机同时给汤，喷雾，取件，三机一体。一机多能。二台压铸机，只要一台保温炉。减少一台熔化炉。光最小的保温炉一年的电费，30KW*1元电费*365天=就要10万元，而他们的FREEMAN机器人价格只有国外品牌的1/2甚至1/3。基本上一年就可以收回投资成本每个公司的采购的压铸机，各个品牌，型号的都有，具体的你可以，发邮件咨询[email protected],他们可以针对你所在的公司，做一个量身针做的解决方案。可以明显地降低你现有的运行成本，和生产成本。
回答人的补充 2012-4-13 12:57:37
富瑞曼机器人（上海）有限公司，他们不光有推自己FREEMAN压铸专家型 机器人，同时还是ABB，KUKA，FANUC，MOTOMAN为主的国际通用型机器人的中国压铸行业惟一代理。做了很多压铸行业机器人的成功案例。FREEMAN 压铸专家型的机器人，还有FREEMAN给汤机，喷雾机，取件机，他们公司是中国惟一一家，三年质保的公司。同时在2012年为了降低客户一性购买硬件的成本，推出2012年底交货的FREEMAN给汤机，喷雾机，取件机的客户，五年后，原价置换FREEMAN机器人具体地，还是发邮件，针对你公司的现状做一套方案。

⑧ 工业机器人设计步骤

这个开发流程单拉哪个环节出来都够写一个长文，这里只能简单说一下我自己的认识。按照时间顺序，一个批量机器人产品的开发由以下几个流程组成：

1. 需求分析和产品定义。

产品管理人员在这个阶段搜集市场信息，走访客户，了解竞争对手，最终总结出一种产品需求，以及需求所针对的典型行业和典型工艺。根据市场提出市场预期，一年能卖多少台，目标价格区间，目标行业应用的现状和发展趋势等。根据需求，提出一份产品性能指标，定量的具体的对预期产品进行产品功能层面的描述，例如使用环境，工作范围，最高速度，额定负载，实现某典型工艺轨迹的时间，IP等级，电源类型，重量限制，使用寿命，需要遵循哪些认证和标准等等。

这里需要的技能是对行业，对市场，对成本，对公司战略，对其他开发环节和生产制造过程的综合认识以及商业敏感。这是在长期工作中慢慢建立起来的。

2. 前期研究和可行性分析

针对前一步提出的产品性能指标，机械，仿真，驱动，电气，软件领域的工程师开始从各自的技术角度对指标进行评估。主要从技术可行性和成本两个方向切入，期间还需要采购和生产人员的协助。目标是确定在技术和成本间是否存在一个可盈利的平衡点。在这个阶段另一个重要内容是对竞争对手相似产品进行详尽的分析和测试，尽可能把对手的经验转化为自己产品的优势。

本阶段结束后会得到一个概念方案，并且对开发周期和成本有了估计。这些内容会以可行性分析报告，项目计划，成本分析，风险评估等形式成为输出文档供管理层决策是否正式开始开发项目。

在这个阶段各个领域都会有资深的工程师参加。各个领域涉及的知识和技术会在后面其他开发阶段介绍。

3. 计算与仿真

前面的概念方案虽然缺乏大部分细节，但依靠大致的尺寸，负载，速度，典型工艺轨迹等信息已经可以对产品进行粗略的建模和仿真计算。依照概念方案中的几何尺寸信息可以建立机器人的运动学模型。在这样的基础上，外部负载是已经定义，自然质量负载和摩擦力根据经验估计，这样可以进一步获得动力学模型。以目标速度和轨迹作为输入进行动力学仿真就获得了两项重要的数据：a. 各驱动轴扭矩；b. 各关节受力情况；
其中前者作为驱动系统开发和选型的依据，而后者是机械结构设计的依据。

仿真计算工作是机器人开发过程中系统层和元件层的接口，面向产品功能的性能指标在这里被转化为面向技术实现的各元件性能参数。

在这个阶段格外需要经典力学，多体动力学仿真，对机械系统，电气系统以及控制理论的综合知识要有深刻的理解。需要熟练使用仿真计算工具，Matlab/Simulink, Modelica, Adams, 或各种机器人领域内的软件。当然工具的使用并不是最重要的，对知识的理解永远是第一位。

4. 驱动系统选型开发

驱动系统包括从电源，伺服驱动器，电机，到减速机的一系列元件，更多被叫做powertrain。因为不同元件涉及的领域差别较大，通常由电力电子(power electronic)，伺服电机，减速机三个领域的工程师合作完成。

根据经仿真计算得出的转速扭矩需求，在上述三个领域内的产品内选择已有的标准型号，在标准型号的基础上进行优化，或开发新型号。这里设计的三个元件驱动器，伺服电机，减速机是工业机器人最核心的三个零部件，承载了物理层的大部分关键技术，也是元件成本的大头。三个元件都是工业系统中的常用元件，但对性能要求与其他应用（除了精密加工和航空航天）比要高一些。因为安装空间有限且封闭，在紧凑型和热量管理上的要求尤其高。

在这个阶段，工程师需要对相关领域的知识有深入理解，例如电力电子，电机驱动与控制 （基于空间向量），电机（主要是无刷永磁电机）设计，电机相关的电磁学，各种减速机设计和应用，轴承与润滑等。如果不涉及元件开发只是选型则需要对各种元件的性能参数有深入的理解，且有大量应用经验。

5. 机械设计

常规的运动系统机械设计。设计输入有以下几方面，一是经过仿真计算的机械部分子系统性能指标（长度，空间运动范围，重量），二是各节点受力分析，三是驱动系统的安装要求，四是功能性能指标中对安装方式和应用环境的要求。综合这些输入，机械工程师需要选择适当的材料，设计合理的结构实现以上要求。

其中力学分析结果作为有限元分析的输入，由机械工程师对设计进行有限元计算，验证结构的强度。

知识结构上：机械设计，材料，有限元，熟悉相关标准，了解各种加工工艺（铸造，压铸，塑料成型，钣金，焊接），熟练使用CAD软件（ProE, UG, Catia, Inventor），有限元计算，还有更重要的，经验，经验，经验。

6. 控制柜设计

典型的工业驱动控制系统电气柜设计。柜体为驱动系统中的电源和启动器，控制系统中的工控计算机（大多厂商选择工控计算机而不是PLC加运动控制器方案），以及通信总线系统提供安装，操作，维护的环境。布局，热量管理，以及相关设计标准（IEC, UL, GB, CE）的执行是关键。

知识体系：低压电气系统设计，伺服驱动系统应用，电气柜风道和散热设计，本质安全，现场总线的连接，各种设计标准。熟练使用CAD软件（Eplan, Autodesk）

⑨ 自工业机器人诞生以来,什么行业是其应用的主要领域

自工业机器人诞生以来,以下十大行业是其应用的主要领域：

1.汽车制造业2.电子电气行业3.橡胶及塑料工业4.铸造行业5.食品行业6.化工行业7.玻璃行业8.家用电器行业9.冶金行业10.烟草行业

但是，先进的生产设备必须配备与之相应的管理方法和后勤保障系统，才能真正发挥设备的高效益，如卷烟原、辅料的配送，就需要先进的自动化物流系统来完成，传统的人工管理，人工搬运极易出错，又不准时，已不能适应生产发展的需要。精准的工业机器人被应用于这个领域。

工业机器人的应用领域有很多，采用工业机器人不仅可以提高产品质量，更可以节省人工，提高生产效率，而且在有些人不能使用人工的作业环境下工业机器人就能帮作业。

我们说说工业机器人主要的应用领域：

1.机械加工应用

机械加工行业机器人应用量并不高，只占了2%，原因大概也是因为市面上有许多自动化设备可以胜任机械加工的任务。机械加工机器人主要从事应用的领域包括零件铸造、激光切割以及水射流切割。

2.机器人喷涂应用

这里的机器人喷涂主要指的是涂装、点胶、喷漆等工作，只有4%的工业机器人从事喷涂的应用。

3.机器人装配应用

装配机器人主要从事零部件的安装、拆卸以及修复等工作，由于近年来机器人传感器技术的飞速发展，导致机器人应用越来越多样化，直接导致机器人装配应用比例的下滑。

4.机器人焊接应用

机器人焊接应用主要包括在汽车行业中使用的点焊和弧焊，虽然点焊机器人比弧焊机器人更受欢迎，但是弧焊机器人近年来发展势头十分迅猛。许多加工车间都逐步引入焊接机器人，用来实现自动化焊接作业。

5.机器人搬运应用

目前搬运仍然是机器人的第一大应用领域，约占机器人应用整体的4成左右。许多自动化生产线需要使用机器人进行上下料、搬运以及码垛等操作。近年来，随着协作机器人的兴起，搬运机器人的市场份额一直呈增长态势。

⑩ 机器人技术有哪些主要的研究方向

机器人现在比较有前途的方向不外乎：工业机器人、无人飞行器（uav）、无人驾驶汽车（ugv）、医疗机器人。工业机器人现在需求量越来越大，是个不错的行业，但目前主要做研究的都是公司了，大学里几乎不做了（但大学会用工业机器人做点别的研究，比如抓握研究，就是面对不规则物体时，如何判定形体，如何用机械手准确、稳定地抓握）。uav主要是政府在投钱，军队用。ugv是政府和一些有前瞻性的公司，就目前的技术情况，恐怕十年内无法大规模商业化。医疗机器人是针对目前一些手术上的问题在做，目前有一定进展（达芬奇系统），商业前景很好，但是短期内恐怕推广不开。其他方向，比如家政机器人，有willow
garage在探路，但是前景很不乐观。日本做类人步行机器人做的很欢，但是应用前景极其狭窄（目前来看仅可用于人难以深入的灾难环境操作原本为人设计的设施）。boston
dynamics的四足步行机器人做得不错，但是应用范围过于狭窄，只有军队可能有兴趣采购。sarcos雷神的外骨骼做得不错，有一定商业化前景，但是自重太大，对能源要求很高，成本也很高，。
做机器人，主要有三个层面。
最底层做机械设计，主要是电机、传感器、人工肌肉、结构设计等等。
中层做控制设计，主要是传感器滤波和控制算法。
上层做感知，主要是根据传感器数据进行更高阶的信息融合，作更复杂的分析，比如说机器视觉、slam之类。
人工智能在机器人领域目前没看出来有什么大用处。甚至连机器学习都用的非常少。三个层面都不错。不过目前发展最快的是后两个层面。中层现在在工业界发展比较快。上层主要还是在学术界，目前还没有多少可供商业化的东西。下层现在很缓慢，主要是没有找到非常好的材料。