乌鲁木齐工业机器人项目可行性研究报告

规划设计/投资分析/产业运营

报告说明

根据GGII的数据，2014-2018年，工业机器人交流伺服系统的市

场规模从10.0亿元增至21.5亿元，预计到2023年，机器人用伺服系

统市场规模将达到41.0亿元。

本期项目总投资包括建设投资、建设期利息和流动资金。根据谨

慎财务估算，项目总投资22447.75万元，其中：建设投资19672.49

万元，占项目总投资的87.64%；建设期利息205.80万元，占项目总投资的0.92%；流动资金2569.46万元，占项目总投资的11.45%。

根据谨慎财务测算，项目正常运营每年营业收入39000.00万元，

综合总成本费用31574.49万元，净利润4515.98万元，财务内部收益

率18.87%，财务净现值2859.11万元，全部投资回收期5.51年。本期项目具有较强的财务盈利能力，其财务净现值良好，投资回收期合理。

本期项目技术上可行、经济上合理，投资方向正确，资本结构合理，技术方案设计优良。本期项目的投资建设和实施无论是经济效益、社会效益等方面都是积极可行的。

乌鲁木齐加快发展战略性新兴产业，构建“塔式”发展空间布局，力争到2020年成为我市工业经济发展引擎和增长极。

作为投资决策前必不可少的关键环节，报告主要对项目市场、技术、财务、工程、经济和环境等方面进行精确系统、完备无遗的分析，完成包括市场和销售、规模和产品、厂址、原辅料供应、工艺技术、

设备选择、人员组织、实施计划、投资与成本、效益及风险等的计算、论证和评价，选定最佳方案，依此就是否应该投资开发该项目以及如

何投资，或就此终止投资还是继续投资开发等给出结论性意见，为投

资决策提供科学依据，并作为进一步开展工作的基础。

本报告基于可信的公开资料，参考行业研究模型，旨在对项目进

行合理的逻辑分析研究。本报告仅作为投资参考或作为参考范文模板

用途。

目录第一章项目总论

第二章背景、必要性分析

第三章市场分析

第四章产品规划与建设内容

第五章项目选址方案

第六章建筑物技术方案

第七章原辅材料供应及成品管理第八章技术方案

第九章环境保护分析

第十章劳动安全生产分析

第十一章节能可行性分析

第十二章组织架构分析

第十三章进度计划

第十四章投资估算

第十五章项目经济效益

第十六章项目招标方案

第十七章风险评估分析

第十八章项目综合评价

第十九章附表

第一章项目总论

一、概述

（一）项目基本情况

1、项目名称：工业机器人项目

2、承办单位名称：xxx投资管理公司

3、项目性质：新建

4、项目建设地点：xx（以选址意见书为准）

5、项目联系人：高xx

（二）主办单位基本情况

公司在“政府引导、市场主导、社会参与”的总体原则基础上，坚持优化结构，提质增效。不断促进企业改变粗放型发展模式和管理方式，补齐生态环境保护不足和区域发展不协调的短板，走绿色、协调和可持续发展道路，不断优化供给结构，提高发展质量和效益。牢固树立并切实贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，以提质增效为中心，以提升创新能力为主线，降成本、补短板，推进供给侧结构性改革。

（三）项目建设选址及用地规模

本期项目选址位于xx（以选址意见书为准），占地面积约55.85亩。项目拟定建设区域地理位置优越，交通便利，规划电力、给排水、通讯等公用设施条件完备，非常适宜本期项目建设。

（四）产品规划方案

根据项目建设规划，达产年产品规划设计方案为：工业机器人

3000台/年。

二、项目提出的理由

从结构上来看，工业机器人由控制系统、驱动系统和执行机构组成，分别对应控制器、伺服电机和减速器等核心零部件。根据中研普

华统计的数据，在多轴工业机器人的成本构成中，减速器、伺服系统、控制系统这三大核心部件的占比分别为36%、24%、12%，是工业机器人中价值量最大的部分。

从结构上来看，工业机器人由控制系统、驱动系统和执行机构组成，分别对应控制器、伺服电机和减速器等核心零部件。根据中研普

乌鲁木齐加快发展战略性新兴产业，构建“塔式”发展空间布局，力争到2020年成为我市工业经济发展引擎和增长极。

三、项目总投资及资金构成

本期项目总投资包括建设投资、建设期利息和流动资金。根据谨

慎财务估算，项目总投资22447.75万元，其中：建设投资19672.49

万元，占项目总投资的87.64%；建设期利息205.80万元，占项目总投资的0.92%；流动资金2569.46万元，占项目总投资的11.45%。

四、资金筹措方案

（一）项目资本金筹措方案

项目总投资22447.75万元，根据资金筹措方案，xxx投资管理公

司计划自筹资金（资本金）14047.75万元。

（二）申请银行借款方案

根据谨慎财务测算，本期工程项目申请银行借款总额8400.00万元。

五、项目预期经济效益规划目标

1、项目达产年预期营业收入（SP）：39000.00万元（含税）。

2、年综合总成本费用（TC）：31574.49万元。

3、项目达产年净利润（NP）：4515.98万元。

4、财务内部收益率（FIRR）：18.87%。

5、全部投资回收期（Pt）：5.51年（含建设期12个月）。

6、达产年盈亏平衡点（BEP）：8530.76万元（产值）。

六、项目建设进度规划

项目计划从可行性研究报告的编制到工程竣工验收、投产运营共需12个月的时间。

七、报告编制依据和原则

（一）编制依据

1、国家经济和社会发展的长期规划，部门与地区规划，经济建设的指导方针、任务、产业政策、投资政策和技术经济政策以及国家和地方法规等；

2、经过批准的项目建议书和在项目建议书批准后签订的意向性协议等；

3、当地的拟建厂址的自然、经济、社会等基础资料；

4、有关国家、地区和行业的工程技术、经济方面的法令、法规、标准定额资料等；

5、由国家颁布的建设项目可行性研究及经济评价的有关规定；

6、相关市场调研报告等。

（二）编制原则

1、严格遵守国家和地方的有关政策、法规，认真执行国家、行业

和地方的有关规范、标准规定；

2、选择成熟、可靠、略带前瞻性的工艺技术路线，提高项目的竞

争力和市场适应性；

3、设备的布置根据现场实际情况，合理用地；

4、严格执行“三同时”原则，积极推进“安全文明清洁”生产工艺，做到环境保护、劳动安全卫生、消防设施和工程建设同步规划、

同步实施、同步运行，注意可持续发展要求，具有可操作弹性；

5、形成以人为本、美观的生产环境，体现企业文化和企业形象；

6、满足项目业主对项目功能、盈利性等投资方面的要求；

7、充分估计工程各类风险，采取规避措施，满足工程可靠性要求。

八、研究范围

依据国家产业发展政策和有关部门的行业发展规划以及项目承办

单位的实际情况，按照项目的建设要求，对项目的实施在技术、经济、社会和环境保护等领域的科学性、合理性和可行性进行研究论证。研究、分析和预测国内外市场供需情况与建设规模，并提出主要技术经

济指标，对项目能否实施做出一个比较科学的评价，其主要内容包括

如下几个方面:

1、确定建设条件与项目选址。

2、确定企业组织机构及劳动定员。

3、项目实施进度建议。

4、分析技术、经济、投资估算和资金筹措情况。

5、预测项目的经济效益和社会效益及国民经济评价。

九、研究结论

此项目建设条件良好，可利用当地丰富的水、电资源以及便利的

生产、生活辅助设施，项目投资省、见效快；此项目贯彻“先进适用、稳妥可靠、经济合理、低耗优质”的原则，技术先进，成熟可靠，投

产后可保证达到预定的设计目标。

十、主要经济指标一览表

主要经济指标一览表

第二章背景、必要性分析

一、产业背景分析

（一）伺服系统：国产伺服电机、驱动等有所突破

伺服系统是指以位置、速度、转矩为控制量，能够动态跟踪目标

变化从而实现自动化控制的系统，是工业自动化控制设备主要的动力

来源之一，一般由伺服电机、伺服驱动器、反馈装置（编码器）三部

分构成。伺服系统主要应用于机床工具、电子机械、纺织机械、包装、工业机器人、锂电池等行业。在工业机器人伺服系统中，电机主要采

用永磁同步交流伺服电机，伺服驱动主要以总线通讯形式实现对位置、速度和转矩单元的控制，编码器主要采用多圈绝对值编码器。

根据GGII的数据，2014-2018年，工业机器人交流伺服系统的市

场规模从10.0亿元增至21.5亿元，预计到2023年，机器人用伺服系

统市场规模将达到41.0亿元。

2018年工业机器人用伺服系统的国产化率为22.3%，大部分市场

份额仍由松下、安川、三菱等国外企业占据，但国产化率逐年提升。

随着未来国产伺服系统的下游的认可度逐渐提升，国产化率也将持续

提升，GGII预计到2023年国产伺服系统的份额将突破40%。

1、控制系统：本体企业自主开发为主，软件方面与国外产品差距

较大

控制系统通过各种硬件和软件的结合来实现对机器人的运动位置、轨迹和姿态的控制，并协调机器人与周边设备的关系，是完成机器人

控制功能的结构实现。虽然控制系统的成本占比在核心部件中相对较低，但却对机器人的性能和功能起着决定性作用，因此国内外各大工

业机器人厂商大多把控制系统作为重要的核心技术。

控制系统包含硬件（控制板卡）和软件（控制算法、二次开发等）两部分，其中软件部分技术难度较高，是控制系统竞争力的体现。成

熟的工业机器人厂商在控制系统核心算法上有着深厚的积累，一般采

用自主开发的控制器，因此工业机器人的“四大家族”也在控制系统

领域占据领先优势。目前国产控制器硬件已经可以满足要求，但软件

方面与国外产品还存在差距，凭借较高的性价比国产控制系统在中低

端领域占有优势。

（二）工业机器人本体：国产化进程加速

工业机器人本体通常由机械臂、驱动装置、传动单元、传感器等

部分组成。本体最后一个轴通常是连接法兰，用于接装夹紧爪、焊枪、吸盘等操作装置。

按照按机械结构类型，可分为多关节机器人、平面多关节机器人、坐标机器人、圆柱坐标机器人、并联机器人、工厂用物流机器人（AGV）等。

工业机器人可分为搬运与上下料、焊接和钎焊、装配及拆卸、涂

层与胶封、加工、洁净室等。根据CRIA的数据，2018年多关节机器人、平面多关节机器人、坐标机器人在国内市场的占有率分别为59.4%、21.4%、14.74%，是国内市场应用最广的机型；搬运与上下料、焊接和

钎焊、装配及拆卸在国内市场的占有率分别为44.6%、25.0%、22.8%，是国内工业机器人的主要应用领域。

机型多关节机器人平面多关节机器人（SCARA）坐标机器人并联机

器人特点一般有6个自由度，具有高灵活性、高定位精度等优点。适

用于平面定位、垂直方向进行装配的作业。结构简单，成本低廉，直

角坐标型组合方式灵活多样。

与核心零部件相比，工业机器人本体制造的技术难度相对较低，

但高端应用市场依然几乎被“四大家族”所垄断。2018年国产机器人

本体的市场份额为27.7%，主要集中于中低端市场，市场占有率整体呈现提升的趋势。

工业机器人系统集成是以工业机器人为核心，对工业机器人进行

二次应用开发并集成配套设备，为终端客户提供满足其特定生产需求

的非标准化、个性化成套工作站或生产线。从产业链的角度看，机器

人本体是机器人产业发展的基础，而下游系统集成则是工业机器人工

程化和大规模应用的关键。根据国际经验来看，我国工业机器人系统

集成模式接近于美国模式，即工业机器人系统集成主要由专业系统集

成商完成。

相较于机器人本体及零部件产业，系统集成的市场规模要远远大

于本体市场，而且行业壁垒相对较低，因此行业的参与者众多、竞争

较为激烈、国产化率高。分行业来看，汽车（整车+零部件+汽车电子）、电子和金属加工行业占比分别为29.8%、21.0%、10.9%，是占比最大的三个行业。在汽车整车、仓储物流等中高端系统集成领域，外

资系统集成商占据优势地位，本土的系统集成商在中低端的金属加工、汽车电子、电子等领域占有优势。食品饮料、医疗用品等其他系统集

成领域的定制化要求高、价值量相对较低，基本被本土系统集成商所

垄断。

根据MIRDatabank的数据，2019年工业机器人系统集成的市场空

间达到1857亿元，其中本土系统集成商的份额约80%。受疫情影响，

2020年国内工业机器人系统集成市场规模或将出现负增长。但自动化生产在新冠疫情严重时极大地保障了制造业及物流业的正常运转，新冠疫情最终有望加速我国工业自动化的进程。长期来看，3C制造业投资在5G建设推动下有望保持上行；在标准化、绿色化、智慧化的政策方向下，物流领域的系统集成需求也有望持续提升；环保政策趋严、制造业转型升级等需求也将刺激传统制造业的自动化改造。MIR预计，2022年工业机器人系统集成市场规模有望接近2000亿元。

二、项目必要性分析

日本在工业机器人制造领域具有全球领先的地位，同时日本也是工业机器人的应用大国。根据IFR的数据，2017年日本的工业机器人制造商交付了全球一半以上（约55%）的工业机器人，而日本的工业机器人保有量也高达29.72万台，是仅次于中国大陆的工业机器人应用大国。

1962年工业机器人在美国诞生，同期日本经济的快速发展也带来了劳动力不足的问题，因此诞生于美国的工业机器人迅速被日本所接受。从1967年川崎重工引入机器人技术开始，日本的工业机器人发展史可以分为四个阶段：

引入期（1967-1970）：1967年日本川崎重工从美国引进了机器人及其技术，并建立了生产车间。1968年，日本试制出第一台工业机器人。

实用期（1970-1980）：通过持续的技术消化，日本工业机器人进

入了发展快车道，日本大规模推广工业机器人在机械、电子、汽车等

强势产业中的应用。日本的工业机器人的年产量从1970年的1350台

迅速增长至1980年的19873台。

普及期（1980-1990）：日本工业机器人进入了繁荣鼎盛的时期，

各个领域都在推广工业机器人的应用，日本工业机器人的产量、保有

量和密度快速提升。

稳定期（1990-）：日本国内工业机器人市场基本饱和，保有量增

速放缓甚至负增长。与此同时日本工业机器人企业开始拓展国际市场，出口市场逐渐成为支撑日本工业机器人产业的主要力量。根据JARA的

数据，2005年日本工业机器人的出口占比为61.3%，2010年增长至

76.2%，此后出口占比基本保持在70%上下。

日本能够成为“机器人王国”的原因是多方面的。从产业层面来看，日本在1970年左右进入了工业化后期阶段，面临着较大的产业升

级的压力，需要在进行产业结构升级的同时提升生产效率、降低生产

成本，以保持自身在国际分工体系中的地位。工业机器人不仅可以提

高生产效率和产品质量，还能有效降低生产成本和损耗，因此大力推

广工业机器人就成为了日本实现产业升级的必然选择。目前我国也已

经进入工业化后期阶段，2019年我国第一、第二、第三产业的GDP占

比分别为7.1%、39.0%、53.9%，与日本工业机器人产业快速发展的1970-1980年类似。同样的，我国的制造业也面临着进行产业升级、提升产品竞争力的压力，自动化已经成为推动产业升级的重要内生动力，推广工业机器人的应用是实现产业升级的大势所趋。

日本社会的高度老龄化也是工业机器人快速发展的重要原因。通

常认为，当一个国家或地区65岁及以上人口占比超过7%时,意味着进

入老龄化;达到14%为深度老龄化。日本自1970年步入老龄化社会，此后日本的人口结构不断恶化，目前日本已经成为世界上老龄化程度最

高的国家之一。根据世界银行的统计，1985年日本65岁以上人口占比超过10%，2006年超过20%，进入超老龄化社会。另外，日本的老龄化速度也很快，人口老龄化率从7%上升到14%仅用了24年。日益严峻的

老龄化问题使得日本迅速接受并且积极推广工业机器人的使用。

我国也在2001年进入了老龄化，2019年65岁及以上人口占比达

到11.47%。根据日本内阁府发布的《高齢社会白書》，预计我国将在

2025年进入深度老龄化阶段，老龄化率从7%上升到14%的时间同样也

是24年。从老龄化程度和速度来看，目前我国的老龄化阶段与日本上

个世纪80年代相似，我国也将面临对劳动力密集产业进行自动化改造

的现实需求。

2018年我国工业机器人的密度为65.2台/万人，接近日本1984年的水平。综合产业结构、人口老龄化程度、工业机器人密度等因素，

目前我国工业机器人产业无论是发展现状还是社会环境，都与日本上

世纪80年代的快速普及期相似。复盘日本的工业机器人发展史，我国

的工业机器人行业也将进入类似于日本上世纪80年代的全面推广、需

求快速增长的发展阶段。

战略性新兴产业是指以重大技术突破和旺盛的市场需求为基础，

对经济社会发展和产业结构优化升级具有全局性、长远性、导向性重

大引领和带动作用，知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、

综合效益好的产业。

近年来，我市出台一系列政策措施，通过实施《中国制造2025乌

鲁木齐行动方案》和“互联网+”等战略，聚焦新能源装备、农机机械、交通运输装备、化工及工程机械、新材料、智能装备、特色医药、电

子信息、轻工产品、冶金及金属制品、纺织服装等重点领域，引导社

会各类资源集聚，推动传统优势产业转型升级和战略性新兴产业快速发展。

《乌鲁木齐市战略性新兴产业“十三五”发展规划》也提出，通过深化机制体制改革、搭建公平竞争市场环境、加强金融扶持政策和财税支持力度、落实中小微企业政策、推进人才培养体系建设、充分发挥政策引导作用等多个方面推动战略性新兴产业发展。

工业机器人的发展史

郑州领航机器人有限公司工业机器人发展史工业机器人最早产生于美国，从发展上来看，大至可以分为三代：第一代机器人，也称作示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的机械。它通过示教存储程序和信息，工作时再将信息重现，并发出指令，这样机器人就可以重复示教时的结果，再现出示教时的动作。例如：汽车的点焊机器人，只要把点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道。因此，示教再现型机器人也就存在着很多的缺陷。为解决上述问题，在 20 世纪 70 年代后期，人们开始第二代机器人的研究。第二代机器人，也称作带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是模拟人某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比。有了各种各样的感觉，那么在机器人进行实际工作时，它可以通过感觉功能去感知环境与自身的状况，也形成了机器人本身与环境的协调。尤其是 20 世纪 60 年代末，传感器技术得到了飞速的发展与成熟，这就为带感觉机器人发展和应用带来了契机。在此基础上，第二代机器人的发展与成熟也为第三代机器人的发展打下了基础。第三代机器人，也是我们机器人学中所追求的一个理想的最高级阶段，叫智能机器人。从理论上来说，智能机器人是一种带有思维能

力的机器人，能根据给定的任务去自主的设定完成工作的流程，并不需要人在实现其过程中进行干预。由于受到技术和其它方面的约束，智能机器人目前的发展还是相对的，只是局部的符合这种智能的概念和含义，真正完整意义的这种智能机器人实际上并不存在。在工业机器人的发展过程中有以下一些里程碑，它们在机器人的发展史上具有重大的意义： 1959 年德沃尔与美国发明家约瑟夫.英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂—Unimation 公司。 1962 年美国 AMF 公司生产出“VERSTRAN”(万能搬运 )，与unimation 公司生产的 Unimate 一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人的研究热潮。 1962 一 1963 年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器上安装各种各样的传感器，包括 1961 年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼 1962 年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡 1963 年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在 1965 年帮助 MIT 推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统。 1965 年约翰.霍普金斯大学应用物理实验室研制出 Beast 机器人。 Beast 已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20 世纪 60 年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第

工业机器人发展现状与趋势

工业机器人发展现状与趋势工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10％左右。2004年增长率达到创记录的20％。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%，如图1所示。

各区域用户工业机器人定购指数（以1996年作为100）国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可*性、易操作性和可维修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

PLC的工业机器人设计及发展分析

PLC的工业机器人设计及发展分析作者:辛颖摘要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装置，它能自动执行工作，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定的原则纲领行动。本文从工业机器人的特点出发,简单介绍了基于PLC的工业机器人关节直流伺服系统的设计,并简单分析了工业机器人的现状及发展. 关键词工业机器人PLC 先进技术一、引言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，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专门系统。因其灵活性高、输出功率大、定位精确的特点，工业机器人被广泛应用于制造业的各个环节。以其高效，高质、稳定的运转工作，工业机器人为所在行业的高效生产和稳定质量起到重要作用。在生产方面，以工业自动化为主要发展方向的方针下，我国自主研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，这些研制出来的专用工业机器人，在很大程度上提高了我国生产率和生产效率，对我国国民经济的发展起

到了重要的推动作用。在军事方面，目前世界上许多国家正在致力于研发军事机器人，并且已有正式投入于现代战争的实例。军事机器人主要被应用于侦查、探测、拆弹等比较危险的方面，军事机器人可以在对人类构成威胁的环境中运行自如，以此来把士兵从充斥着死亡的战场中解放出来。在人们的生活中，也能发现机器人的影子。医疗机器人，已经应用于用于世界各地的许多手术室中的外科手术机器人，由医用机器人和工业机器人的技术结合而诞生的康复机器人，它们都给人们的生活带来更多的方便。二、工业机器人特点工业机器人最显著的特点有以下几个： (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、

工业机器人静力及动力学分析

注：1）2008年春季讲课用；2）带下划线的黑体字为板书内容；3）公式及带波浪线的部分为必讲内容第3章工业机器人静力学及动力学分析 3.1 引言在第2章中，我们只讨论了工业机器人的位移关系，还未涉及到力、速度、加速度。由理论力学的知识我们知道，动力学研究的是物体的运动和受力之间的关系。要对工业机器人进行合理的设计与性能分析，在使用中实现动态性能良好的实时控制，就需要对工业机器人的动力学进行分析。在本章中，我们将介绍工业机器人在实际作业中遇到的静力学和动力学问题，为以后“工业机器人控制”等章的学习打下一个基础。在后面的叙述中，我们所说的力或力矩都是“广义的”，包括力和力矩。工业机器人作业时，在工业机器人与环境之间存在着相互作用力。外界对手部（或末端操作器）的作用力将导致各关节产生相应的作用力。假定工业机器人各关节“锁住”，关节的“锁定用”力与外界环境施加给手部的作用力取得静力学平衡。工业机器人静力学就是分析手部上的作用力与各关节“锁定用”力之间的平衡关系，从而根据外界环境在手部上的作用力求出各关节的“锁定用”力，或者根据已知的关节驱动力求解出手部的输出力。关节的驱动力与手部施加的力之间的关系是工业机器人操作臂力控制的基础，也是利用达朗贝尔原理解决工业机器人动力学问题的基础。工业机器人动力学问题有两类：(1)动力学正问题——已知关节的驱动力，求工业机器人系统相应的运动参数，包括关节位移、速度和加速度。(2)动力学逆问题——已知运动轨迹点上的关节位移、速度和加速度，求出相应的关节力矩。研究工业机器人动力学的目的是多方面的。动力学正问题对工业机器人运动仿真是非常有用的。动力学逆问题对实现工业机器人实时控制是相当有用的。利用动力学模型，实现最优控制，以期达到良好的动态性能和最优指标。工业机器人动力学模型主要用于工业机器人的设计和离线编程。在设计中需根据连杆质量、运动学和动力学参数，传动机构特征和负载大小进行动态仿真，对其性能进行分析，从而决定工业机器人的结构参数和传动方案，验算设计方案的合理性和可行性。在离线编程时，为了估计工业机器人高速运动引起的动载荷和路径偏差，要进行路径控制仿真和动态模型的仿真。这些都必须以工业机器人动力学模型为基础。工业机器人是一个非线性的复杂的动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间。因此，简化求解过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。在这一章里，我们将首先讨论与工业机器人速度和静力学有关的雅可比矩阵，然后介绍工业机器人的静力学问题和动力学问题。

工业机器人的发展历史

1.1.工业机器人发展史 1.1.1.1959-1978 机器人技术发展阶段 1956年，美国发明家乔治? 德沃尔（George Devol）和物理学家约瑟?英格柏格（Joe Engelberger）成立了一家名为Unimation的公司。公司名字来自于两个单词“Universal”和 “Animation”的缩写。 1959年，乔治·德沃尔和约瑟·英格柏格发明了世界上第一台工业机器人，命名为 Unimate（尤尼梅特），意思是“万能自动”。英格伯格负责设计机器人的“手”、“脚”、 “身体”，即机器人的机械部分和完成操作部分；由德沃尔设计机器人的“头脑”、“神经系统”、“肌肉系统”，即机器人的控制装置和驱动装置。Unimate重达两吨，通过磁鼓上的一个程序来控制。它采用液压执行机构驱动，基座上有一个大机械臂，大臂可绕轴在基座上转动，大臂上又伸出一个小机械臂，它相对大臂可以伸出或缩回。小臂顶有一个腕子，可绕小臂转动，进行俯仰和侧摇。腕子前头是手，即操作器。这个机器人的功能和人手臂功能相似。Unimate 的精确率达1/10000英寸。

1971年，日本机器人协会（Japanese Robot Association）成立。这是世界上第一个国家机器人协会。日本机器人协会最初是一个非官方的自发组织，以开展工业机器人座谈会的形式成立。1972年，工业机器人座谈会改名为日本工业机器人协会（Japan Industrial Robot Association ，JIRA），1973年正式注册成立。1994年改为现名――日本机器人协会（Japanese Robot Association，JARA）。日本工业机器人协会更名为日本机器人协会，是因为机器人领域的重大进展导致了对机器人需求的多样化，机器人由制造业扩展到非制造业，例如，核电站、医疗服务及福利事业，民用工程及建筑业以及海洋事业等方面。1974年，第一台弧焊机器人在日本投入运行。日本川崎Array 重工公司将用于制造川崎摩托车框架的Unimate点焊机器人改造成弧焊机器人。同年，川崎还开发了世界上首款带精密插入控制功能的机器人，命名为“Hi-T-Hand”，该机器人还具备触摸和力学感应功能。这款机器人手腕灵活并带有力反馈控制系统，因此它可以插入一个约 10微米间隙的机械零件。

2018年我国工业机器人行业现状及发展趋势分析

2018年我国工业机器人行业现状及发展趋势分析 2017年全球工业机器人销量34.6万台，同比+17.6%，预计至2020年达到52.1万台。2017年中国销量占比30%以上。全球工业机器人销量保持加速增长，中国占比逐步提高。数据来源：公开资料整理相关报告：智研咨询发布的《2018-2024年中国工业机器人行业市场深度调研及未来发展趋势报告》 2017年中国机器人产量13.1万台，同比+81%，预期2018-2020年中国工业机器人产量年化增速20%-30%。3C消费电子需求占比提高明显，预期近两年将代替汽车成为工业机器人销量第一大领域。

全球专业服务机器人销量及增速数据来源：公开资料整理 2016年全球专业服务机器人销量59706台，同比+24％，销售额47亿美元，同比+2％。2017年全球专业服务机器人约销量78700台，预计2018-2020年40万台销量空间，268亿美元销售额空间，销量与销售额增速保持年均20%-25%。 “量看物流机器人+价看医疗机器人” 数据来源：公开资料整理

数据来源：公开资料整理 2016年，物流机器人销量2.54万台，占比42.5%销量最大，销售额9.92亿，占销售额21.1％；预计2018-2020年销量18.97万台，对应58.45亿美元市场空间。2016年，医疗机器人销量1600台，销售额16.12亿美元最大，占比34.3%，单价超100万美元；预计2018-2020年将有约77.48亿美元市场空间。对于工业机器人，中国总体上是净进口国，依赖进口国际高端品牌以满足国内市场需求。国内机器人企业在上游核心零部件、中游本体及下游集成应用等方向正多点寻求突破，我们认为专业化的集成应用领域有望成为突破口。

第3章工业机器人静力计算及动力学分析

第3章工业机器人静力计算及动力学分析章节题目：第3章工业机器人静力计算及动力学分析 [教学内容] 3.1 工业机器人速度雅可比与速度分析 3.2 工业机器人力雅可比与静力计算 3.3 工业机器人动力学分析 [教学安排] 第3章安排6学时，其中介绍工业机器人速度雅可比45分钟，工业机器人速度分析45分钟，操作臂中的静力30分钟，机器人力雅可比30分钟，机器人静力计算的两类问题10分钟，拉格朗日方程20分钟，二自由度平面关节机器人动力学方程60分钟，关节空间和操作空间动力学30分钟。通过多媒体课件结合板书的方式，采用课堂讲授和课堂讨论相结合的方法，首先讨论与机器人速度和静力有关的雅可比矩阵，然后介绍工业机器人的静力学问题和动力学问题。 [知识点及其基本要求] 1、工业机器人速度雅可比（掌握） 2、速度分析（掌握） 3、操作臂中的静力（掌握） 4、机器人力雅可比（掌握） 5、机器人静力计算的两类问题（了解） 6、拉格朗日方程（熟悉） 7、二自由度平面关节机器人动力学方程（理解） 8、关节空间和操作空间动力学（了解） [重点和难点] 重点：1、速度雅可比及速度分析 2、力雅可比 3、拉格朗日方程 4、二自由度平面关节机器人动力学方程难点：1、关节空间和操作空间动力学 [教学法设计] 引入新课：至今我们对工业机器人运动学方程还只局限于静态位置问题的讨论，还没有涉及力、速度、加速度等。机器人是一个多刚体系统，像刚体静力学平衡一样，整个机器人系统在外载荷和关节驱动力矩（驱动力）作用下将取得静力平衡；也像刚体在外力作用下发生运动变化一样，整个机器人系统在关节驱动力矩（驱动力）作用下将发生运动变化。新课讲解：第一次课第三章工业机器人静力计算及动力学分析 3-1 工业机器人速度雅可比与速度分析一、工业机器人速度雅可比假设有六个函数，每个函数有六个变量，即： ??? ???? ===),,,,,(),,,,,(),,,,,(654321666543212265432111x x x x x x f y x x x x x x f y x x x x x x f y ，可写成Y=F(X)，

工业机器人发展与未来

工业机器人的发展与未来通过8周时间对机器人课程的学习，让我对机器人有了一个清晰和正确的认识。随着世界科技的不断的发展，机器人将在未来世界中起到推动整个社会的快速前行。一．机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。能力评价标准机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。组成机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为机器人高科技产物(19张)关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。二．人类与机器人随着社会的不断发展，各行各业的分工越来越明细，尤其是在现代化的大产业中，有的人每天就只管拧一批产品的同一个部位上的一个螺母，有的人整天就是接一个线头，就像电影《摩登时代》中演示的那样，人们感到自己在不断异化，各种职业病逐渐产生，于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作，因此人们研制出了机器人，用以代替人们去完成那些单调、枯燥或是危险的工作。由于机器人的问世，使一部分工人失去了原来的工作，于是有人对机器人产生了敌意。“机器人上岗，人将下岗。”不仅在我国，即使在一些发达国家如美国，

2020年工业机器人的现状与发展趋势(精)

工业机器人的现状与发展趋势第一台Unimate型Robot在美国问世至今已45年了,机器人技术正在以超乎一般人所预料的速度向前发展,对机器人这一概念的理解及定义也在变化。1984年末著名科学家钱学森指出:“所谓机器人,就是指那些有特定功能的自动机,它是机电一体化的,具有人工智能因素的20世纪80年代高技术,是新技术革命的重要内容之一。”这是最有权威和精辟归纳的定义,也为20年来的实践所证实其远见卓识。机器人是人类20世纪的重大发明之一。据国外专家预测,2l世纪将是机器人技术革命的世纪,机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。在非常规和极端制造过程中,工业机器人是不可缺少的自动化装备。一、国外工业机器人的现状及发展趋势 (一国外工业机器人的现状机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。国外专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的新的大型高技术产业。据国际机器人联合会(IFR统计,世界机器人市场前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90年代,机器人产品发展速度加快,年增长率平均在10%左右,2000年增长率上升到15%,预计21世纪初,工作在各领域的工业机器人将突破100万台。正如《2l世纪日本创建机器人社会技术发展战略报告》指出,“机器人技术(RT与信息技术(IT一样,在强化产业竞争力方面是极为重要的战略高技术领域。培育未来机器人产业是支撑2l世纪日本产业竞争力的产业战略之一,具有非常重要的意义。”最近,韩国也将智能机器人作为十大战略产业之一列入国家发展规划(2003~2007年,现正在实施中。机器人广泛应用于各行各业。主要进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。目前,全球现役工业机器人83万台。过去10年,机器人的价格降低约80%,现在继续下降,而欧美劳动力成本上涨了40%。现役机器人的平均寿命在10年

工业机器人技术的应用及未来发展

工业机器人技术的应用及未来发展摘要:结合工业机器人的研究经验与相关文献，对工业机器人的含义、发展原因、组成结构及技术特点等方面展开探讨，阐述了工业机器人技术的应用与未来发展趋势，为进一步促进工业机器人技术应用领域的深层次发展奠定基础。[1] 关键词:工业机器人;机器人技术;应用发展 The application and future development of industrial robot technology Abstract:Combing with the research experience and related literature，the meaning，development reason，composinstructure and technical features of industrial robot were discussed，the application and future development of industrirobot were expounded，which laid a foundation for promoting the deep development in industrial robot technology-appliefield. Key words:Industrial robot;Robot technology;Application development 工业机器人的设计与制造是一个非常复杂的过程,涉及的技术与领域很多,如机电、电气、计算机、工业设计等,其是多种先进技术的有机结合体,因此工业机器人的发展离不开所涉及的各项技术的支持。为了更好地满足人们对使用功能的要求,工业机器人不断地向标准化和网络化发展,以下对工业机器人的技术发展与应用进行浅析。[2] 1机器人的含义及发展原因机器人就是一种自动化机器，而控制器就是机器人的核心部分，即机器人的“大脑”。机器人的“大脑”不仅具有感知、运作、规划、协同等诸多功能，还可以通过控制机器人的“大脑”定向模拟人类的某些行为与思想。近些年，机器人实现了飞速发展且具有良好的发展前景，主要原因是机器人可以完成许多人们无法完成、不愿意做的工作，特别是在一些恶劣的、危险的、特殊的、极限的工作环境中，都可以指派机器人完成施工作业，使人们远离危险作业环境。[3]在太空、海洋等领域，人类无法在其中工作，由机器人进行探索恰恰能实现预期目标，这也是现今大力发展工业机器人的重要理由。 2工业机器人的国内外发展史 2.1国内发展史受核心技术的限制,我国在工业机器人领域起步较晚,直到20世纪70年代才有企业和高校开始进行工业机器人的研发,截止到目前,已经开展了近40年的研究,并取得了一定的成果。在早期的研究中,主要是解决国产化的问题,因为缺乏先进的技术和经验,导致在研发过程中出现各种各样的问题,致使进度相对缓慢,随着我国对工业机器人重视程度的提升,并将其列入国家计划当中,工业机器人的发展速度明显提升,尤其是在数个五年计划中均给予工业机器人足够的支持,为其发展提供了良好的契机。[4]近些年来,随着科技的发展和社会的进步,工业机器人被广泛应用于工业生产中,并为企业带来高额的利润,其需求量也在不断扩

工业机器人发展现状及趋势

工业机器人发展现状及趋势 1国内工业机器人得发展现状 1、1发展概述我国得工业机器人研究开始于20世纪80年代中期．在国家得支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关．已经基本实现了实验、引进到自主开发得转变。促进了我国制造业、勘探等行业得发展。但随着我国门户得逐渐开放．国内得工业机器人产业面临着越来越大得竞争与冲击。虽然我国机器人得需求量逐年增加，但目前生产得机器人还很难达到所要求得质量．很多机器人得关键部件还需要进口。所以目前来说。我国还处在一个机器人消费型得同家。现在，我国从事机器人研发得单位有200多家，专业从事机器人产业开发得企业有50家以上。在众多专家得建议与规划下，“七五”期间由机电部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所与大学参加，国家投入相当资金，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、工业机器人整机及应用工程得开发研究。“九五”期间，在国家“863”高技术计划项目得支持下，沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、上海机电一体化工程公司、北京机械工业自动化所、四川绵阳思维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业基地。此外，还有上海富安工厂自动化公司、哈尔滨焊接研究所、国家机械局机械研究院及北京机电研究所、首钢莫托曼公司、安川北科公司、奇瑞汽车股份有限公司等都以其研发生产得特色机器人或应用工程项目而活跃在当今我国工业机器人市场上。 1、2机器人分类随着科学技术得不断进步，我国工业机器人已经走上了自主研发阶段，这样标志着我国工业自动化走向了新得里程碑按照工业机器人得关键技术发展过程其可分为三代：第一代就是示教再现机器人，主要由机器人本体、运动控制器与示教盒组成，操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程，并保存示教信息。当机器人自动运行时，由运动控制器解析并执行存储得示教程序，使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动，连续轨迹再现得控制方法，可以完成直线与圆弧得连续轨迹运动，然而复杂曲线得运动则由多段圆弧与直线组合而成。由于操作得容易性、可视性强，所以在当前工业中应用最多。

工业机器人常见五大应用领域及关键技术【最新整理】

工业机器人常见五大应用领域及关键技术去年全球工业机器人销量达到24万台，同比增长8%。其中，我国工业机器人市场销量超过6.6万台，继续保持全球第一大工业机器人市场的地位。但是，按机器人密度来看，即每万名员工对应的机器人保有量，我国不足30台，远低于全球约为50多台的平均水平。前瞻产业研究院《2016-2021年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》数据显示：2015年我国工业机器人产量为32996台，同比增长21.7%。2016年机器人产业将继续保持快速增长，今年一季度我国工业机器人产量为11497台，同比增长19.9%。此外，数据显示，2015年我国自主品牌工业机器人生产销售达22257台，同比增长31.3%。国产自主品牌得到了一定程度的发展，但与发达国家相比，仍有一定差距。 2016年未来全球工业机器人市场趋势包括：大国政策主导，促使工业与服务机器人市场增长；汽车工业仍为工业机器人主要用户；双臂协力型机器人为工业机器人市场新亮点。一、什么是工业机器人工业机器人是一种通过重复编程和自动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统，它结合制造主机或生产线，可以组成单机或多机自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。当前，工业机器人技术和产业迅速发展，在生产中应用日益广泛，已成为现代制造生产中重要的高度自动化装备。

二、工业机器人的特点自20世纪60年代初第一代机器人在美国问世以来，工业机器人的研制和应用有了飞速的发展，但工业机器人最显著的特点归纳有以下几个。 1.可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。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（ＦＭＳ）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.机电一体化。工业机器人技术涉及的学科相当广泛，但是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，这些都和微电子技术的应用，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和水平。三、工业机器人常见的五大应用领域 1.机械加工应用（2%）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

二自由度机械臂动力学分析培训资料

二自由度机械臂动力学分析

平面二自由度机械臂动力学分析姓名：黄辉龙专业年级：13级机电单位：汕头大学摘要：机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过分析，得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。关键字：平面二自由度动力学方程拉格朗日方程相关介绍机器人动力学的研究有牛顿-欧拉（Newton-Euler ）法、拉格朗日 (Langrange)法、高斯（Gauss ）法等，但一般在构建机器人动力学方程中，多采用牛顿-欧拉法及拉格朗日法。欧拉方程又称牛顿-欧拉方程，应用欧拉方程建立机器人机构的动力学方程是指研究构件质心的运动使用牛顿方程，研究相对于构件质心的转动使用欧拉方程，欧拉方程表征了力、力矩、惯性张量和加速度之间的关系。在机器人的动力学研究中，主要应用拉格朗日方程建立机器人的动力学方程，这类方程可直接表示为系统控制输入的函数，若采用齐次坐标，递推的拉格朗日方程也可以建立比较方便且有效的动力学方程。在求解机器人动力学方程过程中，其问题有两类： 1)给出已知轨迹点上? ??θθθ、及、，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩矢量τ。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 2)已知关节驱动力矩，求机器人系统相应各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩矢量τ，求机器人所产生的运动? ??θθθ、及、。这对模拟机器人的运动是非常有用的。平面二自由度机械臂动力学方程分析及推导过程 1、机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： 1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量n r ,,2,1,r ???=θ。 2) 选定相应关节上的广义力r F ：当r θ是位移变量时，r F 为力；当r θ是角度变量时，r F 为力矩。 3)求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 2、下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。

国内外工业机器人发展史和现状

课题名称：工业机器人发展史和现状摘要：我国的工业机器人研制虽然起步晚，但是有着广大的市场潜力，有着众多的人才和资源基础。在十一五规划纲要等国家政策的鼓励支持下，在市场经济和国际竞争愈演愈烈的未来，我们一定能够完全自主制造出自己的工业机器人，并且将工业机器人推广应用到制造与非制造等广大的行业中，提高我国劳动力成本，提高我国企业的生产效率和国际竞争力，从整体上提高我国社会生产的安全高效，为实现伟大祖国的复兴贡献力量。关键字：工业机器人；日本；日本工业机器人协会；制造；十一五纲要；引言：生产力在不断进步，推动着科技的进步与革新，以建立更加合理的生产关系。自工业革命以来，人力劳动已经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步。时至今天，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并已经成为时代的主旋律。人类充分发挥主观能动性，进一步增强对机械的利用效率，使之为我们创造出愈加巨大的生产力，并在一定程度上维护了社会的和谐。工业机器人的出现是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。一、工业机器人的现状：工业机器人在全世界的分布及发展，我们先看两幅图表 UNECE估计，2004年全球至少安装了10万台新的工业机器人。其中：欧盟31 100台(比2003年增加15％，但比2001年的记录仅增加1％)；北美16 100台(比2003年增加27％，比2000年的记录高24％)；亚洲51 400台，主要在日本，但中国市场增长迅速(比2003年增长24％)。

国内外工业机器人发展现状

国内外工业机器人发展现状近年，随着劳动力成本不断上涨，工业领域“机器换人”现象普遍工业机器人市场与产业也因此逐渐发展起来，高成本劳动力施压下，利用工业机器人转型智能制造成为发展趋势。同时，对于打造中国制造新优势，推动工业转型升级，加快制造强国建设，改善人民生活水平具有重要意义。一、中国工业机器人的发展目前，机器人产业正在全球范围内加速发展，2017年的全球工业机器人销量仍然以两位数大幅增长，销量全年或将达到28.5万台。2015年全球工业机器人销量同比增长12％，而全球正在使用的工业机器人已超过150万台。到2018年，其使用量将突破230万台，其中，140万台在亚洲，占比超过一半。自2013年以来，中国已成为全球最大的机器人消费国。2014年消费5.6万台机器人，同比增长超55％，占全球总消费量的1／4，相较于2006年的5800台，猛增近10倍。2016年全年产量达7.2万台累计增长34.3％。中国的制造业正面临着向高端转变的挑战，工业机器人的发展成为其中非常关键的一个环节。在政策上，2016年推出了多个利好行业发展的新政法规，将工业机器人作为一大重要发展方向。 2017年中国工业机器人市场发展前景在政策等多方面的推动下，

预计到年末，中国机器人保有量将有超过40万台。未来将有越来越多的中国机器人供应商进入市场。外资和中国本土机器人供应商之间竞争将会越来越激烈。未来中国市场各种机器人的增长潜力巨大。另外，随着我国工业转型升级、劳动力成本不断攀升及机器人生产成本下降，未来“十三五”期间，机器人是重点发展对象之一，国内机器人产业正面临加速增长拐点。相对于服务机器人和商用机器人在国内市场还处于探索期，工业机器人有了一定的发展基础，目前正进入全面普及的阶段。预计到2021年末，我国工业机器人产量将达到11.15万台；销售量将达到23.04万台以及保有量将达到136.04万台。工业机器人未来在中国的发展潜力将是相当可观。二、国内外工业机器人发展情况对比在2008 年全球金融危机之后，工业机器人作为高端装备制造业的代表，再次受到了各国普遍重视。各国为提振本国制造业的竞争力，纷纷推出了机器人产业发展战略，加速布局及推动本国工业机器人产业发展。接下来从多个角度对美国、日本、德国、韩国、中国等5 个国家的工业机器人发展战略进行对比分析，梳理五国工业机器人产业发展战略的思路。（1）五国机器人发展情况介绍美国是工业机器人的诞生地，机器人研发历史最长，市场竞争充分，拥有许多创新能力强的机器人公司。美国《机器人商业评论》公布的2016 年度全球最具影响力50家机器人公司名单中，美国公司有

我国工业机器人技术的现状与发展趋势

我国工业机器人技术的现状与发展趋势摘要：本文结合在机器人领域的相关工作，分析我国与机器人强国在机器人产业化方面的差距产生的原因，就工业机器人目前涉及的灵巧操作、自主导航、环境感知、人机交互与安全性等前沿技术的研究做简要的综述。提出我国工业机器人产业发展的若干思考和建议，希望能够在把握国内外工业机器人前沿技术发展动态的同时，为发展我国工业机器人技术与产业提供相关战略思考与建议。关键词：工业机器人；自主导航；产业化；发展战略机器人是一种半自主或全自主工作的机器，它能完成有益于人类的工作，应用于生产过程称为工业机器人，应用于特殊环境称为专用机器人（特种机器人），应用于家庭或直接服务人称为（家政）服务机器人。这种内涵广义的理解是机器人自动化机器，而不应该理解为如翻译的像人一样机器。国际标准化组织（ISO）对机器人的定义为“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。按照ISO定义，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，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；它接受人类的指令后，将按照设定的程序执行运动路径和作业。工业机器人的典型应用包括焊接、喷涂、组装、采集和放置（例如包装和码垛等）、产品检测和测试等。 1.国内外工业机器人发展状况工业机器人从1960年开始，经过50年发展，产业化整机的世界规模100亿～120亿美元，年销售台套16万台套，累计装机量120万～150万台套。工业机器人作为高端制造装备的重要组成部分，技术附加值高，应用范围广，是我国先进制造业的重要支撑技术和信息化社会的重要生产装备，将对未来生产和社会发展及增强军事国防实力都具有十分重要的意义，有望成为继汽车、飞机、计算机之后出现的又一战略性新兴产业。世界各国工业机器人发展计划。世界各国纷纷将突破机器人技术、发展机器人产业摆在本国科技发展的重要战略地位。美国、日本、欧洲等地都非常重视机器人技术与产业的发展，将机器人产业作为战略产业，纷纷制定其机器人国家发展战略规划。美国相关机器人发展计划。美国机器人发展起步早，其发展思路是立足于相关机器人核心技术实现产业化。接着，美国在2013年3月提出了“美国机器人发展发展路线图”，将围绕制造业攻克工业机器人的强适应性和可重构的装配、

机器人动力学汇总

机器人动力学研究的典型方法和应用（燕山大学机械工程学院）摘要：本文介绍了动力学分析的基础知识，总结了机器人动力学分析过程中比较常用的动力学分析的方法：牛顿—欧拉法、拉格朗日法、凯恩法、虚功原理法、微分几何原理法、旋量对偶数法、高斯方法等，并且介绍了各个方法的特点。并通过对PTl300型码垛机器人弹簧平衡机构动力学方法研究，详细分析了各个研究方法的优越性和方法的选择。前言：机器人动力学的目的是多方面的。机器人动力学主要是研究机器人机构的动力学。机器人机构包括机械结构和驱动装置，它是机器人的本体，也是机器人实现各种功能运动和操作任务的执行机构，同时也是机器人系统中被控制的对象。目前用计算机辅助方法建立和求解机器人机构的动力学模型是研究机器人动力学的主要方法。动力学研究的主要途径是建立和求解机器人的动力学模型。所谓动力学模指的是一组动力学方程（运动微分方程），把这样的模型作为研究力学和模拟运动的有效工具。报告正文：（1）机器人动力学研究的方法 1）牛顿—欧拉法应用牛顿—欧拉法来建立机器人机构的动力学方程，是指对质心的运动和转动分别用牛顿方程和欧拉方程。把机器人每个连杆（或称构件）看做一个刚体。如果已知连杆的表征质量分布和质心位置的惯量张量，那么，为了使连杆运动，必须使其加速或减速，这时所需的力和力矩是期望加速度和连杆质量及其分布的函数。牛顿—欧拉方程就表明力、力矩、惯性和加速度之间的相互关系。若刚体的质量为m ，为使质心得到加速度a 所必须的作用在质心的力为F ，则按牛顿方程有：ma F = 为使刚体得到角速度ω、角加速度εω= 的转动，必须在刚体上作用一力矩M ，则按欧拉方程有：εωI I M += 式中，F 、a 、M 、ω、ε都是三维矢量；I 为刚体相对于原点通过质心并与刚

工业机器人的现状及发展趋势

工业机器人的现状及发展趋势 1 引言机器人学是一门综合性的新兴学科，它涉及机械工程学、电气工程学、微电了工程学、计算机工程学、控制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学以及人工智能工程学等多门尖端学科。工业机器人是机器人学的一个分支，它代表了机电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展，工业机器人己成为柔性制造系统(F M })、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIM S)的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与数量，而目对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，对促进我国制造业的崛起，有着十分重要的意义。 2工业机器人的发展现状 2.1国外工业机器人的发展现状自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来，机器人在工业发达国家得到了迅速发展。根据国际工业机器人联合会(IFR)前儿年的预测，到2000年全世界工业机器人的总数将达到82万台，比1996年增加24%。其中，日本将拥有42万台，占全世界机器人总数的50%左右，继续保持“机器人王国”地位。除日本外，世界上还有许多工业发达国家，如美国、前苏联和西欧一些国家的机器人产业也发展得很快。例如，在美国，1970-1980年间的机器人台数增加20倍以上。尽管美国所拥有的机器人在台数上不如日本，但其技术水平较高，占有一定的优势。到1998年，美国拥有8

万多台机器人，德国为7万多台，分别占世界机器人总数的15%和13%左右，排名世界第2位和第3位。在亚洲，韩国的机器人产业发展迅速，现排名世界第5位;而日本、韩国和新加坡的机器人密度(即制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量)居世界第1-3位，包揽了前三名。西欧的意大利、法国、英国和东欧的匈牙利、波兰、南斯拉夫以及北美的加拿大等，机器人制造业及应用机器人的情况都有很大发展。表1显示了世界现役机器人台数和预测台数，从中可以看出近几年世界工业机器人的发展状况。 2.2国内工业机器人的发展现状我国工业机器人起步于20世纪70年代初期，经过30多年的发展，大致可分为3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。在高技术发展的推动下，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需求的行业调研，结果表明，对第一代工业机器人的需求主要集中在汽车行业(占总需求的60%一70% )。在众多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、中科院及地方科研院所和大学参加，国家投入相当资金，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。经过五年攻关，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、驱动转动单元、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，