工业机器人远程运维

第一篇：工业机器人远程运维

工业机器人

工业机器人课程报告

昆明理工大学 机电工程学院机械工程及自动化专业2006级 流体传动与控制模块(8)

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工业机器人的结构原理及其应用

[摘要]:自从20世纪初以来,随着机床,汽车等制造业的发展出现了机械手,并且经过多年的发展以及在工业中的应用,工业机器人已经越来越受到人们的重视.有代表性的美国,日本，苏联，欧洲在工业机器人方面的研究和应用加大了力度,特别是日本在这方面尤其突出。 近年来工业机器人在焊接,喷涂,搬运物料,装配,海洋开发,原子能工业,宇宙开发，军事应用，农牧业，建筑，矿业，医疗福利等方面也有了广泛的应用，并且随着机器人技术的进步，其应用范围一定会越来越广泛。下面我们将从执行系统，驱动系统，控制系统和人工智能系统四方面来具体介绍工业机器人。

[Abstract]：Since the beginning of the 20th century, with the machine tool, automobile manufacturing industry experienced a mechanical hand, and after years of development, as well as in industry applications, industrial robots have been more and more attention. Representative of the United States, Japan, the Soviet Union, the European industrial robot research and application of stepped up efforts, especially in Japan in this regard are particularly conspicuous. In recent years, industrial robots, welding, painting, material handling, assembly, ocean development, atomic energy industry, the universe development, military applications, agriculture, animal husbandry, construction, mining, medical and welfare also have a wide range of applications, and with advances in robotics,Range of applications will become increasingly widespread. Now we will implement the system, drive systems, control systems and artificial intelligence systems to the specific introduction four robots.

一.工业机器人的定义、产生和发展

1.1机器人的定义

到目前为止，世界各地对“工业机器人”还没有作出统一的明确定义。通常所说的工业机器人是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置。

机器人的外表不一定像人，有的根本不像人。因为人们制造机器人是为了让及其人代替人的工作，所以机器人能够具有人的劳动机能。机器人能力的评价标准，应当和生物能力的评价标准一样，包括智能、机能和物理能三个方面。

智能是指感觉和感知，包括记忆、运算，比较，鉴别，判断，决策，学习和逻辑推理等。 机能是指变通性，通用性或空间占有性等。

物理能则包括力，速度，连续运行能力，可靠性，联用性，寿命等。

把上述三方面能力综合起来，有可以说机器人是具有生物功能的空间三维坐标系机械。 既然要求机器人能代替人的劳动。人们就希望它能有一双像人一样的巧手;能行走的双脚;具有人类感官的功能(视觉、触觉、听觉、味觉、嗅觉、痛觉等);具有理解人类语言和用语言表达的能力;具有一颗善于思考，学习和决策的头脑。但是机器人所有这些能力都必须满足机器人学三定律：

第一定律：机器人不得伤害人，也不得见人受到伤害而袖手旁观。

第二定律：机器人应服从人的一切命令，但不得违反第一定律。

第三定律：机器人应保护自身的安全，但不得违反第一，第二定律。

1.2机器人的产生和发展

早在20世纪初，随着机床，汽车等制造业的发展就出现了机械手。1913年美国福特汽车工业公司就安装了第一条汽车零件加工自动线。自动机的上下料与工件的传送采用了专用机械手代替人工上下料及传送工件。可见专用机械手就是作为自动机，自动线的附属装置出现的。

到了40年代，随着原子能工业的产生，出现了另一类半自动化抓取搬运装置——操作机。在原子能工业中用它来进行放射性材料的加工，处理和实验;

“工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。它的研究工作是50年代初从美国开始的。日本，苏联，欧洲的研制工作比美国大约晚十年。但是日本的发展速度比美国快，欧洲特别是西欧各国比较注意工业机器人的研制和应用，其中英国，瑞典，挪威等国的技术水平较高，产量也较大。

1954年美国人G.C戴万获得了一项工业机器人专利。到1958年，美国机械与铸造公司研制成功一台数控自动通用机器。这就是世界上最早的机器人。从此之后，美国的工业机器人技术的发展，大致经历了以下几个阶段：

(1)1963——1967年为实验定型阶段;

(2)1968——1970年为实际应用阶段;

(3)1970年至今一直处于技术发展和推广应用阶段。

二机器人的组成及各部分结构原理

工业机器人一般应由执行系统，驱动系统，控制系统和人工智能系统组成。下面我们就来详细分析各个系统的组成及其原理。

2.1执行系统

执行系统是工业机器人完成抓取工件(或工具)实现所需的各种运动的机械部件，包括以下几个部分：手部，腕部，臂部，机身和行走机构。

(1) 手部：是工业机器人直接与工件接触用来完成握持工件(或工具)的部件。有些

工业机器人直接将工具(如焊枪，喷枪，容器)装在手部位置，而不再设置手部。 根据手指和手掌在抓取物体时的相对状态，抓取方式可分为捏，夹握三大类。这三种抓取方式都是靠手指间或手指与手掌间对工件的作用力以及手指手掌与工件之间的摩擦力保持工件的。

从机械手指根部来看，手部机构的动作形式有回转式和移动式(或直进式)两种。其中回转式为基本形式，它结构简单，容易制造，应用广泛。由于移动式手部结构比较复杂，庞大等，所以以用较少。但移动式手部机构抓取工件时，工件直径的变化对定位精度一般无影响，故宜于工件直径有较大变化时使用。

(2) 腕部：是工业机器人中联接手部与臂部，主要用来确定手部工作位置并扩大臂部

动作范围的部件。有一些专用机器人没有手腕部件，而是直接将手部安装在手臂部件的顶端。为了使手部处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X.Y.Z的转动。即具有回转，俯仰和摆动。一些专用机械手甚至没有腕部，但有的腕部是为了特殊要求还有横向移动自由度。

(3) 臂部：是机器人用来支承腕部和手部实现较大运动范围的部件。工业机器人的臂

部一般有2——3个自由度，即伸缩，回转，俯仰和升降。专用机械手的臂部一般具有1——2个自由度，即伸缩，回转和直移。臂部总重量较大，受力一般叫复杂，在运动时，直接承受腕部手部和工件(工具)的静动载荷，尤其高速运动时，将产生教的的惯性力(或惯性矩)，引起冲击，影响定位的准确性。臂部运动部分零部件的重量直接影响着臂部构建的刚度和强度。专用机械手的臂部一般直接安装在主机上，工业机器人的臂部一般与控制系统和驱动系统一起安装在机身上(即机座上)，机身可以是固定式的，也可以是行走式的，即沿地面和导轨运动。

(4) 机身：是工业机器人用来支承手部部件的，并安装驱动装置和其他装置的部件。

专用机械手一般将臂部安装在主机上。成为主机的附属装置，臂部的运动越多，机身的受力和结构情况越复杂。机身即可以是固定的也可以是行走式的，即在他的下部能行走的结构，可沿地面和架空轨道运行。设计机身时为提高刚度应注意

以下几点：刚度，精度，平稳性。

(5) 行走机构：是工业机器人用来扩大活动范围的机构，有的是专门的行走装置，有

的是轨道滚轮机构。行走部是行走机器人的重要执行部件，是由行走的驱动装置，传动机构，位置检测元件，传感器，电缆及管路等构成。它一方面支承机器人的机身，臂和手部，另一方面还根据工作任务的要求，带动机器人实现更广泛的空间内运动。行走部机构按其行走运动轨迹固定轨迹式和无固定轨迹式。随着海洋科学，原子能工业及宇宙空间事业的发展，可以预见，具有智能的可移动机器人，能够自行的柔性机器人肯定是今后的发展方向。

2.2驱动系统

驱动系统是向执行系统各部件提供动力的装置。采用的动力源不同，驱动系统的传动方式也不同。驱动系统的传动方式有四种：液压式，气压式，电器式和机械式。

(1) 液压式:其驱动系统由油缸，电磁阀，油泵和邮箱等组成。其特点是操作力大，体

积小，动作平稳，耐冲击耐振动。但漏油对系统的工作性能影响大。与气压式相比成本高。

(2) 气压式：其驱动系统由气缸，气阀，空气压缩机(或气压站直接供给)和储气罐

等组成。其特点是起源方便，维修简单，易于获得高速度，成本低，防火防爆，漏气对环境无影响，有冲击，臂力一般不超过300牛顿。

(3) 电器式;其驱动系统一般由电机驱动。优点是电源方便，信号传递运算容易，响

应快，驱动力较大，适用于中小型工业机器人。但是必须使用减速装置(如齿轮减速器，谐波齿轮减速器等)，所需要的电机有步进电机，DC伺服电机和AC伺服电机等。

(4) 机械式：器驱动系统由电机，凸轮，齿轮齿条，连杆等机械装置组成。传动可靠，

适用于简单的机械手。

2.3控制系统

控制系统是工业机器人或机械手的指挥系统，它控制驱动系统，让执行机构按照规定的要求进行工作，并检测其正确与否。一般常见的为电气与电子回路控制。计算机控制系统也不断增多。就其控制方式可分为分散控制与集中控制两种类型。若以控制的运动轨迹来分原则上分为两种：(1)点位控制：主要控制空间两点或有限多个点的空间位置，而其对运动路径没有要求。专用机械手和绝大部分工业机器人均采用这种点位控制方式。(2)连续轨迹控制：是用连续的信息对运动轨迹的任意位置进行控制，其运动路径是连续的。对运动轨迹有要求的工业机器人需要连续轨迹控制，如电弧焊，切割等。

2.4人工智能系统

传感器技术是今后左右工业机器人发展的重要技术之一。传感器的功能相当于人的部分感觉机能。机器人自动操作时，需要检测自身状态和作业对象与作业环境的状态。检测机器人自身状态的传感器称为内部信息传感器而检测外部信息的传感器有和人的五官对应的，有纯工程的和五官对应的有接触式的触觉，味觉(PH计，化学分析器)传感器。非接触式的视觉，嗅觉(气体传感器，化学分析器，烟传感器)传感器，以及有固定作用的听觉传感器。

(1)触觉传感器人的触觉包含有接触觉，压觉，冷热觉，滑动觉，痛觉等。

(2)接近觉传感器人没有专门的接近觉器官，而是依靠视觉和经验来判断物体的接近情况。如果仿照人的功能使机器人具有接近觉将非常复杂，所以机器人使用专门的接近觉传感器。

(3)视觉传感器视觉传感器在机器人上起三个作用：第一位置的测量，第二进行图像识别，第三进行检验

(4)人工视觉人类是借助五种感官从外界获得信息的，一般认为有90%以上的信息来自

视觉。就是说，人要顺利地生活和工作，非用眼睛识别客观环境不可。同样，要让机器人有高度的适应性以及复杂的工作能力也必须使之具备某种形式的人工视觉。

三机器人的应用

工业机器人最早应用的领域是汽车工业。其中应用最早最多的工种为焊接，喷涂和上下料。有人称这个领域为机器人的传统应用领域。

1焊接包括点焊，弧焊，锡焊，激光焊等，它的用途广，历史长。例如汽车的驾驶室是用点焊的方法把各个分离的板件焊成一个整体的。

2喷涂由于喷涂工序中雾状漆料对人体有危害，喷涂环境中照明，通风等条件很差，而且不易从根本上改进，因此在这个领域中大量使用了机器人。使用机器人不仅可以改善劳动条件，而且还可以提高产品的质量和产量，降低成本。

3搬运物料包括为机床服务,上下工件,为自动线服务,在不同流向的自动线上转运工件.这种机器人和数控机床可以组成柔性加工系统(FMS),它可以满足多品种,中小批量生产的需要. 4装配由于机器人的触觉和视觉系统不断完善,可以把轴类件投放于孔内的准确度提高到0.01mm之内。国外已逐步开始应用机器人装配复杂部件，例如装配发电机，电动机，大规模集成电路板等。

5海洋开发机器人常用于海洋测量多目标观测，海底施工，电缆铺设，管道连接维修，石油开采等。

6原子能工业机器人可用于放射性物质搬运，设备检查维修，污染物处理等对人体有害的工作。

7其他机器人在宇宙开发，军事应用，农牧业，建筑，矿业，医疗福利等方面也有了广泛的应用，并且随着机器人技术的进步，其应用范围一定会越来越广泛。

参考文献：吴广玉 姜复兴编 《机器人工程导论》哈尔滨工业大学出版社1988年3月张建明 编著《工业机器人》北京理工大学出版社1988年12月

第二篇：工业机器人对于中国工业转型升级的主要影响

近日，中国军事研究院研究员孙柏林预计，我国工业机器人市场需求量年幅率至少为30%，2015年中国将会有一到两家工业机器人自主品牌企业发展成熟。

孙柏林最近在北京仪器仪表展会上表示，工业机器人成为先进制造业中重要的装备与手段，机器人工作站尤其是机器人自动化生产线的出现，大幅增加企业的竞争力，为用户带来明显的效益。如果我国工业机器人自主品牌发展的好，那么将在2015年会有一到两家工业机器人自主品牌企业成熟起来，到2020年我国工业机器人产业将形成一定的竞争力。

近些年来，我国机器人市场发展迅速，需求量增长速度为30%，预计到2014年，我国将成为全世界第一大的机器人需求市场。随着工业机器人的智能化水平不断提升，其发展方向将变得更加宽广，应用范围也将更加广泛，它的标准化、模块化、网络化与智能化的程度将更深，功能也将越来越强大，向着成套技术与装备的方向发展，它的发展方向必将是绿色化与智能化。

机器人产品的新发展趋势为：更加安全可靠、更加柔性自如、机器人具有灵敏视觉、更易操作使用、更快的反应速度、更高的精度、更小的体积、也更绿色与节能。工业机器人应用快速普及之后，可能会出现一些市场发展情况。

1、促进产业转型升级，冲击劳动力市场

首先，工业机器人对于中国产业的转型升级将会带来系统性影响。

第一，中国工业机器人的应用是要素禀赋结构变化的结果。在经济持续增长和资本不断积累的同时，劳动力供给逐渐减少，人口红利逐渐耗尽，加之劳资矛盾升级，劳动力成本快速上涨，使得中国的要素禀赋结构正在发生转变。作为对资本深化的回应，使用工业机器人代替劳动力逐渐符合中国新的比较优势。通过工业机器人的使用提高劳动生产效率，将有效带动传统产业的改造与升级。

第二，工业机器人的使用推动支柱产业的发展升级。工业机器人的使用具有明显的产业特征，不同产业中工业机器人密度(台/万工人)差别非常大。从国际经验看，工业机器人应用最多的是汽车产业，其次为电器电子产业。根据我们对汽车产业的调研经验，外资品牌和自主品牌的生产车间存在明显的差异：前者大部分工序由成套的工业机器人完成，仅有少数工序有工人参与，机器人密度比较高;后者则保有大量的生产工人，工业机器人使用较少，机器人密度非常低。产业的工业机器人密度与生产效率、产品质量和性能呈正相关，是产业高端化的重要指标。因此，通过提高应用工业机器人的密度以提高制成品的性价比，是提升支柱产业发展质量和竞争力的重要路径。

第三，工业机器人产业的发展带动中国产业升级。工业机器人产业本身属于高端装备制造业，其自身成长就能推动高端装备制造业发展。因此，工业机器人的广泛应用将创造出市场需求，进而带动自身产业的成长，推动制造业朝着数字化、智能化的方向升级。中国特定的产业结构将产生与之相适应的工业机器人需求结构，为本土工业机器人产业发展创造市场机遇。工业机器人还是典型的复杂性产品，集成了诸多先进技术和核心零部件。它的发展有助于带动多项基础技术的突破和系统集成能力的提升。

第四，发展智能工业机器人促进第三次工业革命的到来和发展。第三次工业革命是制造业从自动化转变为数字化的变革，先进的制造技术将对大规模流水线和柔性制造系统进行改造，对国家间竞争优势的重塑、二三产业关系、世界经济地理和国家间利益分配机制产生深远影响。而引领第三次工业革命的是数字制造、人工智能、工业机器人等制造技术的创新和应用，智能工业机器人是制造业实现数字化、智能化和信息化的重要载体。

其次，机器人的快速发展必然给中国劳动力市场带来强烈冲击。

第一，生产线上引入工业机器人确实替代了人力劳动，但是不能静态地将此归纳为“机器吃人”。从历史角度看，更多、更具效率的机器的使用，不仅极大地释放了生产力，而且增加了生产的迂回性，衍生出了数目众多的新产业，相应地创造了新的就业岗位。工业机器人的应用同样如此：在减少生产线劳动力数量的同时，也创造出了其他的用工需求。因此，劳动力需求减少和就业创造如同一枚硬币的两面。就中国而言，工业机器人的引入本身，就是企业对劳动力不再无限供给做出的适应性反应，并不一定会造成严重失业。

第二，影响就业结构。引入工业机器人后，制造业的生产流程和管理方式也将随之进行适应性调整。制造业企业中的一线低技能工人，甚至是部分熟练工将被工业机器人替代，而调试、维护和控制工业机器人的技术性岗位将会相对增加。在产业层面上，随着产业的高端化，特别是高端制造业的发展，将会增加知识型员工的需求，也会相应地带动生产性服务业从业人员的增加。换言之，工业机器人的引入将使就业结构高端化。长远来看，未来智能工业机器人还将对人才提出更高的要求。

2、倒逼中国经济转型

中国出口导向型和劳动力密集型经济发展模式带来了过去十多年的高速发展。但是，欧美国家正在进行的以智能制造为核心的再工业化会给中国以低价劳动力为中心的低端制造模式带来巨大冲击。当然，中国如果能积极应对国际市场对制造业的冲击，智能制造模式也会倒逼中国经济发展模式结构性转型，带来积极的影响。这种影响具体表现为：第一，加速产业结构的调整，推动制造业升级，并促进第三产业的发展;第二，推动产业集群的发展，逐步淘汰一批高能耗、高污染、低效能的小型规模企业;第三，促进经济发展模式的转变，从劳动密集型模式向信息化、科技化和自动化的模式转变。

第三篇：工业机器人学习心得

金石兴机器人学院

工业机器人学习心得

我大学学习的是电气自动化，毕业之后找不到合心意的工作，要么是需要有经验的，要么是在公司做那种普工，在公司又没有机会接触到技术含量的工作，后来综合考虑了一下就打算到武汉学习工业机器人技术。

当初也是在网上随便找找看有没有哪家比较靠谱的，因为现在类似的机构还是挺多的，不知道是真是假，我基本上都联系过，每一家说的话大同小异，把我都绕晕了。后来我看到武汉有一家还挺不错，就跟客服聊了下，也给了他们联系方式，不过他们从来没有乱打电话打扰我的生活和工作，这让我对他们的初步印象还是不错的。后期就一直跟那边的专业课老师咨询，对我的问题每次都很耐心的解答。

他们邀请我过去武汉的实训基地进行参观，我想着过去看看也是对他们那边的情况有个进一步的了解，万一觉得不好的话免得自己上当，然后就去了。那里的接待老师很实在，参观讲解的时候都是实事求是的。在那边参观的时候，我其实就决定要进行这个工业机器人培训了。等我回家跟家里人商量了一番，家人也觉得现在这个行业发展的很好，都很支持我来学习这个。

上课期间，讲课的时候老师讲的不快，有基础的同学不要对自己放松，一定要按照老师说的做，不要以为自己学过就对自己放松，不要高估自己，有时候就是有基础的太高估自己所以就学不好。所以，不管是对于有基础跟没基础的，我们都要按照老师说的去学习。否则，基础打不好，后面的课程学起来就会很困难。如果基础不好，遇到不

金石兴机器人学院

会的不懂的就去问老师、学习好的同学，千万不要觉得不好意思，学习态度很重要。我们去金石兴培训都是带着理想去的，所以一定不要做让自己后悔的事情。

学习要找对方法。我们在没培训之前可能没有接触过这些，不知道怎么去做，该怎么做。所以在学习过程中要认真听讲，勤做笔记，如果不会也要抄下来，一遍抄不会就多抄几遍。当时我们班有个0基础的同学，跟上课程有点吃力，他就用手机把老师讲的录音下来，晚自习或者课下的时候就一遍一遍听录音补课，有不懂得就立马去找老师解答，后来他考核的结果还挺不错的。另外自信心很重要，如果问题弄不明白，可能会对自己没有信心，对以后的学习产生负面的影响。像我，做第一个项目的时候，虽然老师在做的时候讲的很仔细，自己听的也很明白。但是，如果让自己不看老师的代码自己写的话，就会发现很多自己不懂的问题。然后我就想为什么自己不懂，为什么老师会这么写。慢慢的对这个项目就熟悉起来。对自己也有很到的信心。

在这里学习，我们每天早上还有每日一讲，每一天上课前，都会有同学对自己的经历或者心得体会或者是行业认识做个分享。我觉得这样的模式非常的好，大家都是来自不同地方的人，也有不同的生活工作经历，分享出来可以从中明白一些道理，而且通过这种每日一讲，让我的表达能力得到了提高，这为我后面的面试有很大的帮助。

在平时学习中，我们的班主任密切关注我们的状况，学习中遇到瓶颈感到沮丧时，班主任会及时跟我们谈心鼓励我们，经常问我们学的怎么样，能不能跟的上，有哪些觉得困难的·····学习的进度

金石兴机器人学院

会根据我们的情况有所调整，所以我和同学们都能跟得上。

到这里学习的人都是有强烈目的的，所以大家都很用功，每天晚自习到晚上9点半，曾经在大学时不怎么上课的我，在这种学习氛围的影响下，一刻都不敢松懈。我知道工业机器人是个新兴的行业，在未来会发展的越来越好，在这个行业做个两三年，工业机器人行业的薪资绝对是不低的，之前没毕业的时候老师经常拿一个学长给我们做榜样，现在据说每月过万了。可惜我大学时贪玩不曾好好努力，现在到这里就必须要好好学习。我想法简单，学好一点，学完之后就可以推荐到好点的单位，之后努力赚钱，不让父母觉得我不争气。

我选择了工业机器人行业就不会后悔，这是一个有发展，有钱途的行业，我也会在这个行业不断努力，为自己的美好未来奋斗。同时也希望我的这些心得能对将要从事这个行业的人有所帮助，愿大家都能过上自己想要的生活!

第四篇：工业机器人视觉系统

工业机器人及机器人视觉系统

人类想要实现一系列的基本活动，如生活、工作、学习就必须依靠自身的器官，除脑以外，最重要的就是我们的眼睛了，(工业)机器人也不例外，要完成正常的生产任务，没有一套完善的，先进的视觉系统是很难想象的。

机器视觉系统就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。它是计算科的一个重要分支，它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。图像处理和模式识别等技术的快速发展，也大大地推动了机器视觉的发展。

机器视觉系统的应用

在生产线上，人来做此类测量和判断会因疲劳、个人之间的差异等产生误差和错误，但是机器却会不知疲倦地、稳定地进行下去。一般来说，机器视觉系统包括了照明系统、镜头、摄像系统和图像处理系统。对于每一个应用，我们都需要考虑系统的运行速度和图像的处理速度、使用彩色还是黑白摄像机、检测目标的尺寸还是检测目标有无缺陷、视场需要多大、分辨率需要多高、对比度需要多大等。从功能上来看，典型的机器视觉系统可以分为：图像采集部分、图像处理部分和运动控制部分

工作过程

• 一个完整的机器视觉系统的主要工作过程如下：

•

1、工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统的视野中心，向图像采集部分发送触发脉冲。

•

2、图像采集部分按照事先设定的程序和延时，分别向摄像机和照明系统发出启动脉冲。

•

3、摄像机停止目前的扫描，重新开始新的一帧扫描，或者摄像机在启动脉冲来到之前处于等待状态，启动脉冲到来后启动一帧扫描。

•

4、摄像机开始新的一帧扫描之前打开曝光机构，曝光时间可以事先设定。 •

5、另一个启动脉冲打开灯光照明，灯光的开启时间应该与摄像机的曝光时间匹配。

•

6、摄像机曝光后，正式开始一帧图像的扫描和输出。 •

7、图像采集部分接收模拟视频信号通过A/D将其数字化，或者是直接接收摄像机数字化后的数字视频数据。

•

8、图像采集部分将数字图像存放在处理器或计算机的内存中。

•

9、处理器对图像进行处理、分析、识别，获得测量结果或逻辑控制值。

•

10、处理结果控制流水线的动作、进行定位、纠正运动的误差等。

优点

• 机器视觉系统的优点有：

•

1、非接触测量，对于观测者与被观测者都不会产生任何损伤，从而提高系统的可靠性。

•

2、具有较宽的光谱响应范围，例如使用人眼看不见的红外测量，扩展了人眼的视觉范围。

•

3、长时间稳定工作，人类难以长时间对同一对象进行观察，而机器视觉则可以长时间地作测量、分析和识别任务。 •

4、机器视觉系统的应用领域越来越广泛。在工业、农业、国防、交通、医疗、金融甚至体育、娱乐等等行业都获得了广泛的应用，可以说已经深入到我们的生活、生产和工作的方方面面。

科幻电影中的智能机器人

———如下图所示是一种有电脑操控的加工机械装置。

———该装置主要通过前端的摄像头对被加工对象进行图像采集和加工定位，从而完成加工。 ———机械类的各部件的精度由工人的熟练程度和工作经验以及加工工具(如各类机床)到如今的由数字化和智能化的加工设备(如数控机床)，更多的能适应社会需要和发展的高精度，高难度的零件被加工出来。

视觉系统简单来说就可以用三个及独立又相互联系的模块来概括：目标物图像的采集、图像的处理、指令的发出。

视觉系统的设计分为软件设计和硬件设计两大部分。

视觉系统的硬件设计

视觉系统的硬件主要由镜头、摄像机、图像采集卡、输入输出单元、控制装置构成。

一套视觉系统的好坏则分别取决于摄像机像素的高低，硬件质量的优劣，更重要的是各个部件间的相互配合和合理使用。

——在恶劣的自然环境中，在生产的一线，在许多复杂的情况下，要想保证整个视觉系统的正常工作，构成系统的各个硬件就必须具有很好的耐磨损性和经受住各种不可预料的情况和考验。

——随着科技的进步和现代生产生活的需要视觉系统正在机器，特别是智能机械的飞速发展，原有的系统硬件已不适应新的需要，为此，必须提高硬件的水平和质量来保证系统的正常运行。

——镜头、摄像机、图像采集卡、输入输出单元、控制装置构就好像电脑的显示器、电源、主机(处理器、内存条、硬盘、显卡等)一样，每一个构成部件都很关键，它们质量如果不过关，整个机器就无法正常工作，更别说完成复杂的工作和给以的任务了。

视觉系统的软件设计

——视觉系统的软件设计至关重要，在当今信息化大趋势下，智能控制越来越依靠软件方面的功用。

——视觉系统的软件设计是一个复杂的课题，不仅要考虑到程序设计的最优化，还要考虑到算法的有效性，及其能否实现，在软件设计的过程中要考虑到可能出现的问题。

——视觉系统的软件设计完成还要对其鲁棒性进行检测和提高，以适应复杂的外部环境(鲁棒性就是系统的健壮性。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。)

一种视觉导航软件处理的流程图

视觉系统的实际应用

•机器视觉技术的城市交通预警系统

•近几年来，随着经济的发展，我国各大城市内部的交通基础设施建设也得到了快速发展，但是，尽管城市道路越建越宽，立交桥越建越多，交通信号越来越复杂，道路的拥挤程度和交通事故的发生率却没有得到明显的缓解，交通运输业特别是城市交通承受着越来越大的压力。

目前，随着城市交通现代化、智能化的进程日益加快，国内相关领域的研究也成为新的热点。关于智能交通系统(Intelligent Transportation System;简称为ITS)的研究得到了欧洲、美国、日本、加拿大等等很多发达国家的广泛重视，他们纷纷投入巨资应用于智能交通系统的研究，并进行了大量的模拟实验，很多子系统已经能够初步达到人们所希望的智能化程度。越来越多的事实已经证明，先进的ITS将有效地利用现有交通设施，减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率、促进社会经济发展、提高人民生活质量，并能够推动社会信息化及新产业的形成。基于机器视觉技术的城市交通预警系统，是先进交通管理系统的子系统，是通过根据交通状况的变化及早预警，配合交通管理的智能监控系统。

基于机器视觉技术的城市交通预警系统结构框架

• 系统主要功能模块简介：

•

视觉监测：城市交通环境是实时变化的，通过视频监测技术采集相关数据，将检测到的环境特征值送往信息融合处理器。

•

信息融合处理器：将信息通过模糊神经网络方法得到输出结果。 •

监测预警：根据并做出决策，即相应调整实时交通信息、信号控制，以及对于将要发生事故或已经发生事故区域采取紧急救援措施。

机器人视觉

•机器人视觉【robot vision】 使机器人具有视觉感知功能的系统。 •机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确定其位置。

•机器人视觉广义上称为机器视觉，其基本原理与计算机视觉类似。

机器人视觉

•机器人视觉【robot vision】 使机器人具有视觉感知功能的系统。 •机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确定其位置。

•机器人视觉广义上称为机器视觉，其基本原理与计算机视觉类似。 •计算机视觉研究视觉感知的通用理论，研究视觉过程的分层信息表示和视觉处理各功能模块的计算方法。而机器视觉侧重于研究以应用为背景的专用视觉系统，只提供对执行某一特定任务相关的景物描述。

机器人视觉硬件主要包括图像获取和视觉处理两部分，而图像获取由照明系统、视觉传感器、模拟-数字转换器和帧存储器等组成。根据功能不同，机器人视觉可分为视觉检验和视觉引导两种，广泛应用于电子、汽车、机械等工业部门和医学、军事领域。

第五篇：工业机器人读书报告

今天刚好没什么事，于是就应老师的要求把我们《工业机器人》这本书老师让我们自己课后看的第二章认真看了一遍。

《工业机器人》第二章讲的是工业机器人机械系统的设计。这本书主要是从以下6个方面来讲的：1.工业机器人总体设计;2.驱动机构;3.机身和臂部设计;4.腕部设计;5.手部设计;6.行走机构设计。

在2.1中，书中主要给我们讲了一下工业机器人的总体设计思路。机器人总体设计一般分为系统分析和技术设计两大步骤。其中系统分析主要分为以下几步：1. 根据使用场合，确定机器人的目的和任务;2. 分析机器人所在系统的工作环境，包括机器人与已有设备的兼容性;3. 分析系统的工作要求，确定机器人的基本功能和方案，准备做技术设计;4. 进行必要的调查研究，搜集国内外的有关资料，进行综合分析，找出可供借鉴之处，以及别人的经验教训。技术设计主要有以下几个过程：1. 确定机器人的基本参数(自由度数目、工作范围、承载能力、运动速度、定位精度等);2. 确定机器人的运动形式;3. 拟定检测传感系统框图;4. 确定控制系统总体方案，绘制框图;5. 机械结构设计。

在2.2中，书中给我讲了一下机器人的驱动机构。首先它给我们分析了一下液压、气压和电气这三种驱动方式的优缺点，其中液压驱动的优点是：1.体积小，可以获得较大的推力和转矩;2.介质的可压缩性小，系统工作稳定可靠，精度高;3.容易实现对力、速度、方向的自动控制;4.油液介质使系统具有防锈蚀和自润滑性能。缺点是：1.油液的黏度受温度影响，影响工作性能;2.液体泄漏难以克服，要求液压元件制造精度高;3.需要提供相应的供油系统和严格的滤油装置。气压驱动的优点是：1.压缩空气黏度小，容易达到高速(1m/s);2.工厂一般都自有空气压缩机站，可提供压缩空气，不必再额外的添加动力设备，而且空气介质对环境无污染，使用安全;3.气动元件工作压力低，因此制造要求也低一些，价格低廉;4.空气具有压缩性，是系统能够实现过载自动保护。缺点是：1.压缩空气一般为0.4~0.6Mpa，要想获得较大的压力，结构就要增大;2.空气具有压缩性，工作平稳性差，速度控制困难，要实现准确的位置控制更困难;3. 压缩空气排水比较麻烦;4.排气造成噪音污染。电气驱动的特点是：1. 步进电机：多为开环控制，简单，功率较小，多用于低精度、小功率的机器人;2. 直流伺服电机：易于控制，有较理想的机械特性，但其电刷易磨损，易形成火花;3. 交流伺服电机：结构简单，运行可靠，可以频繁的启动、制动。交流伺服电机和直流伺服电机相比：没有电刷等易磨损部件，外形尺寸小，能在重载下高速运行，加速性能好，能实现动态控制和平滑运动，但控制较复杂。其次它把驱动机构分为了直线驱动机构和旋转驱动机构，然后分别深入地给我们讲解了这两种机构。其中直线驱动可以直接由气缸或液压缸和活塞产生，也可以采用齿轮齿条、丝杠、螺母等传动元件由旋转运动转换而得到。旋转驱动主要有齿轮链驱动、同步带传动装置驱动、谐波齿轮驱动、摆线针轮传动减速器驱动。

在2.3中，书中主要给我们介绍了一下机身和臂部设计，这一节主要是从三方面来给我们讲的：首先是给我们介绍了一下机身设计过程，书中给我们介绍了几种机身的典型机构，并给我们讲了一下机身驱动力和力矩的计算，还给我们列举了一些设计机身时要注意的问题;其次给我们讲了一下机器人的臂部设计，它是先给我们介绍了一下臂部设计的基本要求，再给我们介绍了一些手臂的常用机构;最后还给我们举了一个MOTOMAN SV3机器人的机身与臂部的例子。机身设计要注意以下问题：1.要有足够的刚度和稳定性;2.运动要灵活，升降运动的导套长度不宜过短，避免发生卡死现象，一般要有导向装置;3.结构布置要合理。通常工业机器人的机身具有具有回转、升降、回转与升降、回转与俯仰、回转与升降及俯仰等5种运动方式，采用哪一种方式由工业机器人的总体设计来确定。机身驱动力和力矩的计算主要分为三种：1.垂直升降运动的驱动力的计算：作垂直运动时，除克服摩擦力之外，还要克服机身自身运动部件的重力和其承受的手臂、手腕、手部、工件等总重力以及升降运动的全部部件的惯性力，因此其驱动力的计算如下：

;2.回转运动的驱动力矩的计算：作回转运动时，驱动力矩只包括两项：回转部件的摩擦总力矩;机身自身运动部件和其携带的手臂、手腕、手部、工件等总惯性力矩，因此，其驱动力矩计算方法为：中

，其

。3.升降立柱下降过程不卡死的条件计算偏重力矩是指臂部全部零部件与工件的总重量对机身立柱轴的静力矩。当手臂在最大行程位置时，偏重力矩最大，因此，偏重力矩按悬伸最大行程，最大抓重时进行计算。手臂在总重量G的作用下，产生偏重力矩，导致立柱倾斜。如果偏重力矩过大， 并且导套设计不合理(导套长度不够)，立柱在导套中有卡住现象，这时，机身的升降驱动力必须增大，相应驱动及传动装置结构就庞大。如果机身下降靠重力的话，则可能立柱被卡死在导套内而不能作下降运动，这就是自锁。因此必须根据偏重力矩的大小决定立柱导套的长度。要使立柱在导套内自由下降，则臂部总重量必须大于导套与立柱之间的摩擦力，这就是升降立柱靠自重下降而不卡死的条件：在2.4中，书中给我们讲的是机器人的腕部设计。这一节主要是从腕部的作用于自由度和机器人的手腕分类这两个方面给我们讲解

了一下，并给我们举了一个MOTOMAN SV3机器人的手腕机构的例子，还给我们分析了一下六自由度关节型机器人的关节布置与机构特点。工业机器人的腕部是连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)达到目标位置和处于期望的姿态。为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的转动，即具有翻转、俯仰、偏转三个自由度，如下图所示。一般将手腕的翻转称为Roll，用R表示;将手腕的俯仰称为Pitch，用P表示;将手腕的偏转称为Yaw，用Y表示，图(d)所示的手腕即可实现RPY运动。机器人的手腕分类主要有以下两种方法：1.按自由度数目来分类：可分为单自由度手腕、两自由度手腕、三自由度手腕。2.按驱动方式分类：可分为直接驱动手腕、远距离传动手腕。 在2.5这一节，书中主要是从机器人手部的特点和手部的分类这两个方面给我们着重介绍了一下机器人的手部设计。工业机器人的手部也称末端操作器，是装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。工业机器人手部的特点有：1.手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接口，也可能有电、气、液接头，当作业对象不同时，可以方便地拆除和更换手部;2.手部是工业机器人末端操作器，它可以是像人手那样具有手指，也可以不具备手指，直接就是进行专业作业的工具。3.手部的通用性比较差，手部属于专用的装置，一只手爪往往只能抓握一种或几种在形状、尺寸、重量等方面近似的工件;一种工具只能执行一种作业任务;4.手部是一个独立的部件。手部的分类主要有以下几种方法：1.按用途分类：可分为手爪、工具。2.按夹持原理分类：可分为机械类、磁力类、真空类。3.按手指或洗盘数目分类：可分为两指手爪、多指手爪。4.按智能化分类：可分为普通手爪、智能手爪。

2.6这一节，书中主要给我们着重介绍了一下车轮式行走机构和履带式行走机构、步行机构，并简单介绍了一下其他行走机构。 机器人可分为固定机器人和行走机器人，一般的工业机器人都是固定式的，随着科学技术的发展，行走机器人的应用也越来越多。行走机构是行走机器人的重要执行部件，它由行走的驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆以及管路组成。一方面它支承机器人的机身、臂部、腕部。手部、工件，另一方面还根据工作任务的要求，带动机器人实现在广阔的空间内运动。行走机构按其行走运动轨迹可分为固定轨迹式和无固定轨迹式。固定轨迹式行走机构主要用于工业机器人，无固定轨迹式主要有轮式、履带式、步行式。

这一章看起来比较简单，涉及到的计算也不多，但真正想把它搞透彻还是需要一点时间的，我是花了整整一下午才把它理解得差不多。