自动化前沿知识讲座

——模糊控制理论的发展及应用

这学期学院为我们开设了自动化前沿知识讲座，通过对这门课的学习，使我对自动化这个专业的一些问题有了更深的了解，让我对专业的学习有了明确的方向和目标。

自动化的前沿技术有哪些呢？？

1．模糊控制——其实我很清楚

2.最优控制---“没有更好只有最好”

3.自适应控制——以变制变

4.鲁棒控制——以静制动

5.线性控制理论纵横

6.非线性控制理论的发展

7.PID控制——简而优秀

8.预测控制——未卜先知

9．故障诊断——神医妙手

10.人工智能——智慧之巅

11.专家系统——身边的专家

12.推理控制——经验的作用

13.集散控制系统（DCS）

今天我主要想说的是前沿技术中的模糊控制。模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。自从这门科学诞生以来，它产生了许多探索性甚至是突破性的研究与应用成果，同时，这一方法也逐步成为了人们思考问题的重要方法论。

        1965年美国的控制论专家L. A. Zadeh教授创立了模糊集合论，从而为描述，研究和处理模糊性现象提供了一种新的工具。一种利用模糊集合的理论来建立系统模型，设计控制器的新型方法——模糊控制也随之问世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。        模糊控制作为智能领域中最具有实际意义的一种控制方法，已经在工业控制领域，家用电器自动化领域和其他很多行业中解决了传统控制方法无法或者是难以解决的问题，取得了令人瞩目的成效。

现在我来具体的说一下模糊控制。主要是以下几点：

（1）模糊的概念

　　在日常生活中,人们的思维中有许多模糊的概念,如大、小、冷、热等,都没有明确的内涵和外延,只能用模糊集合来描述。人们常用的经验规则都是用模糊条件语句表达,例如,当我们拧开水阀往水桶里注水时,有这样的经验:桶里没水或水较少时,应开大水阀;当水桶里水快满时,则应把阀门关得很小;而水桶里水满时应迅速关掉水阀。其中,“较少”、“很小”等,这些表示水位和控制阀门动作的概念都具有模糊性。即有经验的操作人员的控制规则具有相当的模糊性。模糊控制就是利用计算机模拟人的思维方式,按照人的操作规则进行控制,实现人的控制经验。

（2）模糊控制概况

　　模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年，美国的L.A.Zadeh创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。1974年，英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它应用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功。这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。

　　模糊控制实质上是一种非线性控制，属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力。这是跟西方人的思维特征密切相关，西方人喜欢理性分析问题，要把所有东西都数字化；然而在东方尤其是在日本，却得到了迅速而广泛的推广应用。近20多年来，模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的进步，成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉等；在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、水泥窑炉等的模糊控制；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯以及机器人的模糊控制等。

（3）模糊控制的基本理论

　　所谓模糊控制,就是在控制方法上应用模糊集理论、模糊语言变量及模糊逻辑推理的知识来模拟人的模糊思维方法,用计算机实现与操作者相同的控制。该理论以模糊集合、模糊语言变量和模糊逻辑为基础,用比较简单的数学形式直接将人的判断、思维过程表达出来,从而逐渐得到了广泛应用。应用领域包括图像识别、自动机理论、语言研究、控制论以及信号处理等方面。在自动控制领域,以模糊集理论为基础发展起来的模糊控制为将人的控制经验及推理过程纳入自动控制提供了一条便捷途径。

　　模糊控制器的基本结构包括知识库、模糊推理、输入量模糊化、输出量精确化四部分。

（4）模糊控制的特点

一、简化系统设计的复杂性，特别适用于非线性、时变、模型不完全的系统上；

二、利用控制法则来描述系统变量间的关系；

三、不用数值而用语言式的模糊变量来描述系统，模糊控制器不必对被控制对象建立完整的数学模式；

四、模糊控制器是一语言控制器，使得操作人员易于使用自然语言自然语言进行人机对话；

五、模糊控制器是一种容易控制、掌握的较理想的非线性控制器，具有较佳的适应性及强健性、较佳的容错性。

　　模糊控制理论主要研究内容:模糊控制稳定性,模糊模型的辨识,模糊最优控制,模糊自适应控制,与其他控制结合等。

（5）模糊控制的应用

　　1965年美国控制论专家Zadeh教授创立了模糊集理论，为描述和研究模糊现象提供了有力的数学工具。1974年英国自动控制专家E.H.Mamdani教授成功地将模糊语言逻辑运用于工业过程，标志着模糊控制的诞生。近40年来，模糊控制理论取得了很大的发展，在众多领域得到了广泛的应用。

　　在经济领域，经济计量学中是根据经济学和统计学理论，利用给定的数据建立模型，用于经济预测、策略评估等。所谓预测就是利用样本数据和样本估计模型来估计系统未来时刻的预测值。到目前为止，经济计量学中几乎所有的预测模型都把经济现象视为一种随机现象，根据统计学理论为之建立预测模型。然而许多经济现象不仅仅具有随机性，同时也具有模糊性。例如，当我们说某商品的质量好时，术语“好”就是一个模糊概念。对这类经济现象，如果仅考虑其随机性而忽略其模糊性，显然所建立的模型预测效果不会太理想。另外，有些经济现象中的有关因素不一定存在统计关系，这样就很难对它们建立统计模型。有时为了得到较高的模拟效果，常常增加外生变量的数目来建立多变量模型，这样不但增加了计算量，而且积累了误差。然而将某些因素适当地进行模糊化处理就可提高预测精度。

应用模糊控制的基本理论和方法建立的模糊控制模型，与用经济学和统计学原理所建立的模型相比较，可以更简单方便地对一类具有模糊性相关因素的经济现象进行比较准确的预测。模糊控制充分考虑了专家的知识经验，对具有模糊因素的系统具有其它控制无法比拟的优越性。随着模糊控制理论的发展与完善，模糊控制在自然科学和工程实践中也将得到越来越广泛的应用。

这个就是我这个学期对模糊控制的认识，同时也是对这个学期的一个总结。。这门课让我对未来的发展有了明确的认识，让我对这个专业更加充满了希望。

 

第二篇：自动化前沿讲座论文 - 曾强 - 副本

目录

摘要???????????????????????3 1 引言??????????????????????3 2 工业机器人技术现状与发展????????????3

2.1 工业机器人技术概念??????????????3

2.2 工业机器人技术发展现状????????????3

2.3 技术发展趋势????????????????? 5 3 外工业机器人现状????????????????5 4 国内工业机器人现状???????????????6 5 工业机器人市场现状???????????????8

5.1 工业机器人的需求情况?????????????8

5.2 工业机器人的销售情况?????????????8

5.3 国内工业机器人的市场特征???????????9 6 工业机器人产业未来发展?????????????9 7 结语????????????????????? 10 参考文献?????????????????????11

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2工 业 机 器 人

—自动化前沿讲座论文

姓名：曾强 专业：09自动化2班 学号：31xxxxxxxxxxxx

摘要：机器人的应用越来越广泛，需求越来越大，其技术研究与发展越来越深入。这 将提高社会生产率与产品质量，为社会创造巨大的财富！

Abstrent：The application of robot has been more and more widely used and the require is

bigger and bigger ． Its research and development becomes deeper and deeper ． This will

improve the effective of society and the quality of production．Also it will make great poverty

for the society．

关键词：工业机器人技术、市场需求、技术应用、研究进展、发展趋势

一、引言

工业机器人诞生于20 世纪60 年代,在20 世纪90 年代得到迅速发展,是最先产业化 的机器人技术。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿 生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。它的出 现是为了适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人 工作业。在我国,工业机器人的真正使用到现在已经接近20 多年了,已经基本实现了试 验、引进到自主开发的转变,促进了我国制造业、勘探业等行业的发展。随着我国改革 开放的逐渐深入,国内的工业机器人产业将面对越来越大的竞争与冲击,因此,掌握国内 工业机器人市场的实际情况,把握我国工业机器人的相关技术与研究进展,显得十分重 要。

二、工业机器人技术现状与发展

2.1 工业机器人技术概念

工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成， 是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自 动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提 高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是 综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成 的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国 家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合 了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分 析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义 2

上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也 是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

工业机器人结课论文

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2.2 工业机器人技术发展现状

在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流安装机 型，第三代智能机器人已占有一定比重（占日本19xx年安装台数的10%，销售额的36%）

（1）机械结构：1） 已关节型为主流，80年代发明的使用于装配作业的平面关节机器 人约占总量的1/3。90年代初开发的适应于窄小空间、快节奏、360度全工作空间范围的 垂直关节机器人大量用于焊接和上、下料。2）应3K 和汽车、建筑、桥梁等行业需求， 超大型机器人应运而生。如焊接树10米长、10吨以上大构件的弧焊机器人群，采取蚂蚁 啃骨头的协作机构。3）CAD、CAE 等技术已普遍用于设计，仿真和制造中。

（2）控制技术：1) 大多数采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC 技术、离线编程技术 大量采用。2) 协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制， 正逐步实现多智能体的协调控制。3) 采用基于PC 的开放结构的控制系统已成为一股潮 流，其成本低、具有标准现场网络功能。

（3）驱动技术：1) 80年代发展起来的AC 侍服驱动已成为主流驱动技术用于工业机器 人中。DD 驱动技术则广泛地用于装配机器人中。2) 新一代的侍服电机与基于微处理器 的智能侍服控制器相结合已由FANUC 等公司开发并用于工业机器人中，在远程控制中已 采用了分布式智能驱动新技术。

（4）应用智能化的传感器：装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装 有两种传感器，有些机器人留了多种传感器接口。

（5）通用机器人编程语言：在ABB 公司的20多个小型号产品中，采用了通用模化块语 言RAPID。最近美国“机器人工作空间技术公司”开发了Robot Script

V.10通用语言，运行于该公司的通用机器人控制器URC 的Win

NT/95环境。该语言易学医用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS 软件产品兼容。

（6）网络通用方式：大部分机器人采用了Ether 网络通讯方式，占总量的41.3，其它 采用RS-232、RA-422、RS-485等通讯接口。

（7）高速、高精度、多功能化：目前，最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s。位 置重复精度为正负0.01mm。但有一种速度竞达到80m/s；而另一种并连机构的NC 机器人， 其位置重复精度大1微秒。

（8）集成化与系统化：当今工业机器人技术的另一特点是应用从单机、单元向系统发 展。百台以上的机器人群与微机及周边智能设备和操作人员形成一个大群体（多智能 体）。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品连接在一起，实现了标 准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。 工业机器人结课论文

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2.3 技术发展趋势

随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化以及 在系统（FMS、CIMS）中的群体应用，工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应 “敏捷制造”（AgileManufacturing），满足多样化、个性化的需要，并适应多变的非结

构环境作业，向非制造领域进军。

（1）感觉功能：感觉功能方面将实现多传感器信息的融合，以检测多变的外部环境， 3

做出判断和决策，其实质类似于人的五官和身体的综合感觉功能，包括视觉、触觉、力 觉、滑觉、接近觉、压觉、听觉、味觉、臭觉、温觉等。研究包括各类传感信息的采集 及融合处理、传感器与驱动器一体化技术、感觉功能继承模块等。

（2）控制智能化：由引导教向NC，离线编程发展，进而发展到进一步应用。随着系统 化、集成化生产的发展，基于PC 的开放式控制系统将机器人控制和车间一级控制的发 展方向，国外专家预测，20xx年它将占30％。

（3）移动功能的智能化：为解决长距离搬运作业、大作业对象、多作业对象及极限作 业等问题，需开发自主移动系统（包括滑动、滚动、行走、爬行、跳跃、飞行等）。

（4）系统应用与集成化：支持以人为核心的生产系统，实现生产系统中机器人群体协 调功能、群智能和多机通讯协议，开发能理解人的意志的“同事机器人”。国外专家预 测，2000你后有可能IMS 要走向MA(R)S（多智能体系统），而该系统中的“同事机器人” （Cobot）将成为操作人员不可或缺的伙伴。围绕着各种机器人与人共存的诸多课题， 正在兴起一门新学科“软机器人学”。

（5）安全可靠性：由于大量不确定因素的存在，要实现智能化的安全可靠性，机器人 必须具有对各种意外情况的应变能力，及时采取预防措施和安全对策，包括硬件级、软 件级、应用级和人机系统级的自诊断和自修复故障。

（6）微型化：向微型化发展，开发毫米级机器人，用于微加工、医学、宇宙和海洋开 发等领域。就使用性和成本来看，毫米级最可行。

（7）多传感器信息融合与配置技术：①机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过 程控制和污水处理自动控制系统中的应用包括面向工艺过程的多传感器融合和配置技 术；采用智能传感器的现场总线技术；面向工艺要求的新型传感器研制。②机电一体化 智能传感器：包括具有感知、自主运动、自清污（自调整、自适应）的机电一体化传感 器研究；面向工艺要求的运动机构设计、实现检测和清污的自主运动；调节控制系统； 机器人机构和控制技术在传感器设计中的应用。

三、国外工业机器人现状

工业机器人结课论文

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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，20xx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（2003～20xx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年以上，可能 高达15年，它们还易于重新使用。由于机器人及自动化成套装备对提高制造业自动化水 平，提高产品质量和生产效率、增强企业市场竞争力、改善劳动条件等起到了重大的作 4

用，加之成本大幅度降低和性能的迅速提高，其增长速度较快。据国际机器人联合会及 联合国欧洲经济委员会（UCENE）统计，如表l 所示，20xx年机器人安装量为7.8万台套， 年增长率9%。机器人的应用主要有两种方式，一种是机器人工作单元，另一种是带机器 人的生产线，并且后者在国外已经成为机器人应用的主要方式。以机器人为核心的自动 化生产线适应了现代制造业多品种、少批量的柔性生产发展方向，具有广阔的市场发展 前景和强劲生命力，已开发出多种面向汽车、电气机械等行业的自动化成套装备和生产 线产品。在发达国家，机器人自动化生产线已形成一个巨大的产业，年市场容量约为1000 亿美元。像国际上著名公司ABB、Comau、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是机 器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。

据日本工业机器人协会统计，早期的日本工业机器人产业年产值约为50亿日元，经 过70年代的应用期和80年代的普及期，19xx年产值达到1000亿日元，到19xx年提高到 6000亿日元，到20xx年，其产值达到10800亿日元，20xx年将达到18500亿日元。据国际 机器人协会统计，20xx年工业机器人发货量呈现强劲增长势头。与20xx年相比，20xx年

全球范围内机器人的订货量增长约10%以上。预计，工业机器人的世界市场将从20xx年 的68600台套增长到20xx年的91100多台套，年平均增长7.4%。

四、国内工业机器人现状

我国的机器人研究开发工作始于20世纪70年代初，到现在已经历了30年的历程。前 10年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。19xx年后开始列入国家有关 工业机器人结课论文

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计划，发展比较快。特别是在“七五”、“八五”、“九五”机器人技术国家攻关、“863” 高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展。

在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器 人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发，具有 多传感器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展， 并在实际工作中得到应用。

在机器人的单元技术和基础元部件的研究开发方面：诸如交直流伺服电机及其驱动 系统、测速发电机、光电编码器、液压（气动）元部件、滚珠丝杠、直线滚动导轨、谐 波减速器、RV 减速器、十字交叉滚子轴承、薄壁轴承等均开发出一些样机或产品。但这

些元部件距批量化生产还有一段距离。

在机器人控制装置的研制方面：已开发出具有双CPU、多CPU 和分级分层控制的机 器人控制装置多台，主控计算机的档次也逐渐升级。

在机器人操作机研制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如AGV（自

动导引车），壁面爬行机器人，重复定位精度为±O.024mm 的装配机器人，可潜入海底 6000m 的水下机器人，移动机器人，移动遥控机器人，主从操作机器人等，有些已达实 用化水平并用于实际工程。

在机器人的应用工程方面：目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线，装配机器人 生产线，喷涂生产线和焊装生产线。国内的机器人技术研发力量已经具备了大型机器人 工程设计和实施的能力，整体性能已达到国际同类产品的先进水平，而整体价格仅为国 外同类产品的三分之二甚至一半，具有很好的性能价格比和市场竞争力。

据统计，“九五”期间，我国工业机器人的需求量以每年30％以上的速度增长。2000 5

年，我国工业机器人的拥有量约为3500台，其中以点焊、弧焊、喷漆、注塑、装配、搬 运、冲压等各类机器人为主，销售额为6．7亿元。1986～20xx年产品销量如表3所示。 据有关专家预测，我国机器人20xx年拥有量将增至7600台，年销售额为28.7亿元；2010 年拥有量为17300台，年销售额为93.1亿元。根据发达国家产业发展与升级的历程和工 业机器人产业化发展趋势，到20xx年中国机器人市场的容量约达十几万台套。

我国近几年机器人自动化生产线已经不断出现，并给用户带来显著效益。随着我国工业 企业自动化水平的不断提高，机器人自动化线的市场也会越来越大，并且逐渐成为自动 化生产线的主要方式。我国机器人自动化生产线装备的市场刚刚起步，而国内装备制造 业正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期，这就给机器人自动化生产线研究开发 者带来巨大商机。据预测，目前我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源 电池行业等，年需求此类自动化线就达300多条，产值约为60多亿元人民币。预计在2005 年左右需求此类自动化生产线达到600条。据初步测算，“十一五”期间汽车制造业的需

求市场容量将达到800多亿元人民币。

我国现有主要生产工业机器人厂家其生产规模较小，这与当前市场需求有较大差 工业机器人结课论文

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距。生产规模达到大批量生产能力，才能提高机器人的稳定性、可靠性及降低成本，才 能占领国内市场。目前主要生产第一代示教再现型机器人。随着建筑施工、石化、食品、 核工业、水下、高空及微加工行业的需求，将推出一批新机型，如大负载、高精度、蛇 形的、无人飞行器以及家用、病人护理、盲人引导犬等。目前正在逐步建立上海、沈阳、 北京机器人及其自动化生产线产业基地，开发出一批有市场前景的，具有自主知识产权 的机器人及其自动化生产线产品。进一步加强与外企合作，引入先进技术及资金使我国 成为国际生产机器人基地，占领国内市场，走向世界。

五、工业机器人市场现状

5.1 工业机器人的需求情况

工业机器人发展长期以来受限于成本较高与国内劳动力价格低廉的状况,随着中国 经济持续快速的发展,近几年的国民生产总值年平均增长率更是保持在9%左右,人民生 活水平不断地提高,劳动力供应格局已经逐步从“买方”市场转为“卖方”市场、由供 远大于求转向供求平衡。作为制造业主力的农民工也从早期的仅解决温饱问题到现在对 薪资和工作条件提出了更高的要求。这些情况使得许多劳动密集型企业为了提高劳动生 产率所采用的增加工人数量、延长工人劳动时间的方法变得成本高昂,同时也受到法律 的限制和政策的阻碍。无论是企业还是社会都认识到必须采取从改善机器设备入手,提 高技术和资金的密集度来减少用工量以应对这种改变。总之,劳动力过剩程度降低、单 个工人成本上升、对产品质量更高的要求、国家对装备制造业的重视等变化改善了机器 人的使用环境,工业机器人及技术在中国已逐步得到了政府和企业的重视。随着机器人 知识的广泛普及,人们对于各种机器人的了解与认识逐步深化,利用机器人技术提升我 国工业发展水平、从制造业大国向强国转变,提高人民生活质量成为全社会的共识。

5.2 工业机器人的销售情况

国家863机器人技术主题自成立以来一直重视机器人技术在产业中的推广和应用,

长期以来推进机器人技术以提升传统产业,利用机器人技术发展高新产业。目前,政府正 在使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额,并提供优惠措施鼓励更多企 业使用机器人及技术以提升技术水平。国内越来越多的企业在生产中采用了工业机器 6

人,

各种机器人生产厂家的销售量都有大幅度的提高。根据我国海关统计,最近4年来许多企 业在华的销售量甚至是前面十几年销售量的几倍,年平均增长率超过40%。20xx年我国工 业机器人海关进出口数量不过是3774台,国内生产数量约700台左右。20xx年市场规模已 经增长到万台左右,数量和金额相对于20xx年都增长了两倍。20xx年国产工业机器人数 量突破了1400台,产值突破8亿元人民币。进口机器人数量超过9000台,其中多功能机器 人约1700台,简易机器人7500台,进口额约25亿美元。德国CLOOS 公司在华焊接机器人销 售量20xx年以前为47台,20xx年以后已经突破121台,销售量翻了近3倍。可以预见,中国 的工业机器人产业不久后将会作为一种在国民经济中占据重要地位的产业而存在。 工业机器人结课论文

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5.3 国内工业机器人的市场特征

1.以汽车制造业为主的制造业发展促进了工业机器人的发展。汽车制造业属于技

术、资金密集型产业,也是工业机器人应用最广泛的行业。在我国,工业机器人的最初应 用是在汽车和工程机械行业,主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。20xx年开始,受国 家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响,我国汽车工业进入了一个高速增长期。面 对这种局面,国际汽车巨头纷纷进入中国市场并与我国企业合资设厂或扩大原有生产规 模,国内企业也纷纷转型或加大对汽车行业的投资,整个行业增产扩能增加了对工业机 器人需求。据不完全统计,最近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给 汽车行业的,海关进出口增长数据与汽车行业增长数据具有较高的相关度。可知,汽车工 业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。

2.沿海经济发达地区是工业机器人的主要市场。我国工业机器人的使用集中在广

东、江苏、上海、北京等地,工业机器人的拥有量占全国的一半以上,这种分布态势和增 长趋势符合我国现阶段经济发展状况。我国经济最具活力的地区已经从珠江三角洲地区 扩展到长江三角洲地区,而且长江三角洲地区在制造业中所占的比重越来越大。

3.外商独资企业、中外合资企业和国有企业是工业机器人的主要客户。工业机器人 属于技术含量高,价格相对昂贵的制造装备,采用工业机器人较多的企业,一般对产品的 质量要求较高,企业在市场上具有更高的影响力。现阶段,工业机器人使用量最多的仍是 外商独资或中外合资企业。国有企业也在加大对工业机器人的采购用于技术改造,如汽 车行业中的一汽、二汽、上汽等,它们的产品在市场上已经具有了相当强的竞争力,它们 对工业机器人有着较大的需求,同时采购上它们能够得到国家和政府的支持,因此制造 业中的大中型国有企业的工业机器人使用量一直很大,而且在未来相当长的时间内仍将 保持这种增长势头。另外,我国的民营企业正逐渐认识到工业机器人的优势,对工业机器 人的采用量也在逐步增加,虽然装备的数量上与以上企业仍存在较大差距,但是增长的 速度惊人,将很快成为工业机器人市场的重要客户。

4.国内进口工业机器人的国家和地区分布。2001～20xx年我国进口的工业机器人主 要来自日本与台湾,20xx年日本对华出口金额占我国进口工业机器人金额的一半。

六、工业机器人产业未来发展

目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化 和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下10个方面：

1．工业机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负 载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。

2．机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、 7

图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC 机网络式 工业机器人结课论文

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控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的 实用化将成为研究重点。

3．多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解 决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、 非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。

4．机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。

5．机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调 控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进 行遥控等。

6．虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人 的虚拟遥操作和人机交互。

7．多智能体（multi-agent）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要 对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、 群体行为控制等方面进行研究。

8．微型和微小机器人技术（micro/miniature robotics）:这是机器人研究的一个新的 领域和重点发展方向。微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制 方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。

9．软机器人技术（soft robotics）:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机 器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要 求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器 人对人是友好的。

10．仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基 础研究。

七、结语

工业机器人市场竞争越来越激烈,中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的 巨大挑战,加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的主要途 径。因此我国工业机器人行业要认识到以下几点情况:第一,工业机器人技术是我国由制 造大国向制造强国转变的主要手段和途径,政府要对国产工业机器人有更多的政策与经 济支持,参考国外先进经验,加大技术投入与改造;第二,在国家的科技发展计划中,应该继

续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持,形成产品和自动化制造装备同步协调的 新局面;第三,部分国产工业机器人已经与国外相当,企业采购工业机器人时不要盲目进 口,应该综合评估,立足国产。

工业机器人结课论文

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