军用机器人报告（精选7篇）
学年级课程组学生组内指导日
军用机器人系统的设计与制作
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燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
前言
近年来，随着国际安全形势的不断演变和高新技术在军事领域的广泛应用，在世界范围内掀起了在军事思想、战争形态、武器装备、卫勤装备、军队建设诸多方面的变革。现代战争中，由核生化等高技术武器的应用所导致的战场的危险性以及反恐、地震等现场救援环境的复杂性，使得卫勤保障人员往往囿于自身的生理及心理局限，不能完全满足保障任务的需求。在这种情况下，开展军用机器人等无人装备的研究就显得尤为必要。
所谓军用机器人，就是一种用于完成以往由人员承担的军事任务的自主式、半自主式或人工遥控的机械电子装置。它是以完成预定的战术或战略任务为目标，以智能化信息处理技术和通信技术为核心的智能化装备。与一般人员相比较，军用机器人主要包括如下优势：智能化程度高；复杂环境适应能力强；依从性强，完全服从命令和指挥；维护费用低。由此可见，军用机器人可以替代一般人员完成复杂或危险条件下特殊的军事任务，使军人在战争中免遭伤害，所以，军用机器人的发展具有极其重要的意义。
I 燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
目录
前言.....................................................................I 第1章 军用机器人的分类.................................................1 1.1 地面机器人......................................................1 1.2 空中机器人......................................................1 1.3 水下机器人......................................................1 1.4 空间机器人......................................................1 第2章 军用机器人的应用.................................................1 第3章 几种典型军用机器人简介...........................................2 3.1自动行走的仿生机器人--机器龙虾(BUR-001).........................2 3.2 BigDog(大狗)机器人...............................................3 3.3 X-47A无人作战飞机...............................................4 3.4 SeaGlider(海洋滑翔机)...........................................4 3.5 INSPECTOR(检查员)机器人..........................................5 3.6机器人阿熊(the Bear).............................................5 3.7 SWORDS机器人....................................................6 3.8 火力侦察兵......................................................7 3.9中国军用“智水Ⅲ型”机器人.........................................8 结论.................................................................10 参考文献.................................................................11
II 燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
第1章 军用机器人的分类
1.1 地面机器人
主要包括自主车辆和半自主式车辆，前者一般都具有智能导航功能，能够自动躲避障碍物，独立完成任务；后者主要在人的监控下行驶，在遇到困难时可由人员进行遥控干预。
1.2 空中机器人
它是一种小型飞行器，可一次性使用或多次使用，能够自主飞行或由人员遥控驾驶，并随机携带各种任务载荷。广义的空中机器人不仅只包括飞行平台，更是一种复杂的系统，主要包括地面站、数传/通信系统、任务载荷和飞行器4部分，他们共同完成任务。
1.3 水下机器人
主要指无人潜水器，还可根据执行任务的需要，配备各种探测器，是一个水下高技术仪器设备的集成体，主要用于执行长时间、大范围的侦察、维修、攻击和排险等军事任务。
1.4 空间机器人
它是一种轻型遥控机器人，具有在不断变化的三维环境中自主运动的能力，并实时确定所处空间的位置及状态，这种机器人需要事先进行路径预测及规划。各国都非常注重军用机器人的发展，纷纷制定各自的研究计划，并将其应用到各个领域。在卫勤领域，目前主要涉及地面机器人和空中机器人2种。
第2章 军用机器人的应用
从理论上讲，机器人既然是一种仿人功能的自动机，那么，只要人能干的工作，机器人就都可以取而代之。然而，由于受科技水平的限制，迄今不论那一代机器人，其智能水平、反应能力和动作的灵活性都还远远赶不上自然人。因此，机器人在军事领城的大规模应用尚需一个过程。目前，国外考虑最多的应用领域有：
1.用于直接遂行战斗任务
代替一线作战的士兵，以降低人员伤亡和流血是目前俄、美等国研制机器人时最受燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
重视的课题。
2.用于侦察和观察
是最勇敢者的行业，其危险系数要高于其他军事行动。机器人作为从事危险工作最理想的代理人，当然是最合适的人选。
3.用于工程保障
筑工事任务，艰巨的修路、架桥，危险的排雷、布雷，常使工程兵不堪重负。而这些工作，对于机器人来说，最能发挥它们的“素质”优势。
4.用于指挥、控制
技术的发展，为研制“能参善谋”的机器人创造了条件。研制中的这类机器人有“参谋机器人”、“战场态势分析机器人”、“战斗计划执行情况分析机器人”等。这类机器人，一般都装有较发达的“大脑”——高级计算机和思想库。它们精通参谋业务，通晓司令部工作程序，有较高的分析问题的能力，能快速处理指挥中的各种情报信息，并通过显示器告诉指挥员，供其定下决心之用。
5.用于后勤保障
是机器人较早运用的领域之一。这类机器人有：“车辆抢救机器人”、“战斗搬运依机器人”、“自动加油机器人”、“医疗助手机器人”等，主要在泥泞、沾染等恶劣条件下遂行运输、装卸、加油、抢修技术装备、抢救伤病人员等后勤保障任务。
6.用于军事科研和教学
当科研助手，进行模拟教学已有较长历史，并做出过卓越贡献。人类最早采集的月球土壤标本，太空回收的卫星都是机器人完成的。如今，用于这方面的机器人较多，典型的有“宇宙探测机器人”、“宇宙飞船机械臂”、“放射性环境工作机器人”、“模拟教学机器人”、“射击训练机器人”等。
第3章 几种典型军用机器人简介
3.1自动行走的仿生机器人--机器龙虾(BUR-001)燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
2006年3月2日，美国东北大学海洋科学中心展出能在水下自动行走的仿生机器人--机器龙虾(BUR-001)。仿生机器人相对小巧灵活，造价低廉。它们依靠电子神经系统，传感器及新颖的驱动装置。最重要的是，它们能提供像动物那样应对真实环境的能力。
3.2 BigDog(大狗)机器人
2006年6月26日在美国北卡罗来纳州New River(新河)海军陆战队空军基地里，在一架MV-22“鱼鹰”飞机的阴影下，BigDog(大狗)机器人正通过远方的指令进行遥控。(美国)防御高级研究项目计划署正计划武装。BigDog(大狗)机器人并使用它们携带海军陆战队的额外负重。燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
3.3 X-47A无人作战飞机
X-47A由诺斯罗普•格鲁曼公司和美国国防高级研究计划局(DARPA)共同研制。这种飞机的开发研究始于2001年。美国空军也同时在测试 X-45 无人作战飞机，并同时拥有一种海军型(X-46)。X-45项目开始于1999年，这种16,000磅重(最大起飞重量，拥有4,000磅的有效载荷)的飞机预期在2006年进行操作测试。X-46有着不同的翼展，1100公里的航程，能携带4,000磅的有效载荷。X-47也拥有4,000磅的有效载荷及1600公里的航程。与X-45被长时间储备不同，X-47被用于在航空母舰上的持续使用。所有这些飞机均为高度隐身并能完全自动操作(包括在软件控制下着陆和起飞)。无人驾驶飞机将被用于危险的任务，例如摧毁敌方的防空系统及侦察和搜索。
3.4 SeaGlider(海洋滑翔机)燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
SeaGlider(海洋滑翔机)主要功能是监控水域。它能用内置的卫星电话每隔几个小时(例如常为每4小时)向海军相关人员发送信息。SeaGlider也能用卫星电话接受指令，其内置GPS全球定位系统和导航设备能根据指令找到需要监控的水域。
3.5 INSPECTOR(检查员)机器人
INSPECTOR(检查员)机器人能携带多达60公斤可处理有害物质及炸弹的设备。
3.6机器人阿熊(the Bear)燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
Vecna公司最新研发出的机器人阿熊(the Bear)，能够担任很多危险救难工作，例如在硝烟滚滚的战场前线救助伤员。
阿熊原型机需要有人以无线遥控来操控动作，不过Vecna公司表示未来会有更多自主行为，目前该机器可站立、半跪或蹲下。
3.7 SWORDS机器人 燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
制造商表示，一个SWORDS机器人士兵身上所装备的武器，绝对能发挥好几个人类士兵的战斗力。SWORDS能装备5.56毫米口径的M249机枪，或是7.62毫米口径的M240机枪，一口气打上数百发子弹压制敌人，除此之外，机器人还能装备M16系列突击步枪，M202-A16毫米火箭弹发射器和6管40mm榴弹发射器。除了强大的武器之外，机器人还配备了4台照相机、夜视镜和变焦设备等光学侦察和瞄准设备。控制火箭和榴弹发射的命令通过一种新开发的远程火控系统进行。这种远程火控系统可让一位士兵通过一种40比特加密系统来控制多达5部不同的火力平台。
由于SWORDS的武器安装在一个稳定平台，加上使用电动击发装置，机器人的射击精度相当惊人：如果一名神射手能准确击中300米外篮球大小目标的话，那SWORDS就能射中同等距离但只有5美分硬币大小的目标。
在人类操作员方面，SWORDS的有效控制距离最远为1000米，机器人采用交流电、电池或充电电池作为动力，控制盒重13.6公斤，有两个操纵杆，分别用来控制武器和机器人，使用电池的连续作战时间视具体强度从1小时到4小时不等。
3.8 火力侦察兵 燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
美国诺斯罗普•格鲁曼公司的”火力侦察兵“已被选作美陆军”未来战斗系统"(FCS)中的Ⅳ级(旅级)无人机，也是FCS已规划的无人机中最大、最高级的一种。它将主要用于执行情报/监视/侦察(ISR)任务，为指挥官提供实时的战场状况信息。该机还可用于其他任务，例如为部队提供补给。
3.9中国军用“智水Ⅲ型”机器人 燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
水下智能化武器的广泛应用是21世纪海军装备发展的大趋势。水下智能机器人技术研究的目的，就是为满足海军现代化建设对新型武器的需求，为实现在东南沿海打赢一场高技术局部战争提供一种有效的手段。“军用智能水下机器人技术”是涉及到潜水器设计、水动力、仿真技术、计算机技术、智能控制与人工智能技术、水下目标的声与非声视觉的探测识别技术、信息融合与理解技术、系统集成技术等多学科的高科技项目，同时又具有很强的工程特点。燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
结论
军用机器人作为信息化条件下军队的重要力量，已成为世界各国的发展重点，发展军用机器人不仅体现了国家高科技实力，而且能提升国家整体技术水平。目前，由于缺少统一规划、技术局限等原因，我国的大多数军用机器人还没有进入到应用阶段。但相信随着我国军用机器人研发相应工作的展开，做好顶层设计和统一规划，建立相应的技术标准体系，增强自主创新能力，我国军用机器人技术必将有一个大的发展，且将在卫勤领域大放异彩，为保障部队战斗力服务。燕 山 大 学 课 程 研 究 项 目 报 告
参考文献
军用机器人是指一种用于完成以往由战斗人员承担的军事任务的自主机器人或机械电子遥控装置[1]。它是以完成预定的战术或战略任务为目标, 以智能化信息处理技术和通信技术为核心的智能化武器装备[2]。作为一种用于军事领域的具有某种模仿人功能的自动机, 军用机器人所执行的军事任务往往具有环境恶劣、危险性大、士兵无法执行的特点。从1966年美国海军使用机器人“科沃”成功打捞起一枚失落的氢弹[3]到美国国家航空航天局 (NASA) 的火星探测计划, 军用机器人的性能和功能都有巨大提升。虽然机器人智能化的程度还有待提高, 但有人还是预测, 到2020年, 战场上的机器人数量将超过士兵的数量[5]。
2 军用机器人发展历程
历史上, 高新技术往往最先出现在战场上, 机器人技术也不例外。早在二战期间, 德国人就使用了扫雷及反坦克用的遥控爆破车, 成为最早的机器人的雏形。随着科学技术的飞速发展, 尤其是自20世纪90年代后, 随着自主车辆技术及其他相关技术的快速发展[6], 军用机器人在世界各国倍受重视。二战以后, 美国成为世界经济与科技的中心, 其军用机器人技术也远远领先于其他国家, 这也为美国超级大国的地位奠定了军事基础。国内外军用机器人从产生到现在, 其发展大致分为三个阶段:遥控执行任务阶段、半自主作战阶段和自主式无人作战阶段。遥控执行任务阶段即通过专业人员操纵遥控装置, 远距离控制机器人的行动来执行任务。半自主式机器人即在人员的监视之下智能地执行任务, 但由于其智能化程度不高, 在任务的执行中可能遇到困难需要人员的遥控干预, 才能完成其预期工作。自主式机器人智能程度较高, 其导航系统及识别系统的智能化程度足以使机器人成功躲避障碍物、识别敌我双方、主动执行任务, 无需人员操纵。目前, 陆地机器人技术已经较为成熟, 这些机器人主要担负排爆、侦查等危险系数较高的任务。如美国的类人机器人“阿特拉斯”[7]能在实时遥控下穿越复杂的地形, 代替士兵在危险环境下执行任务。相对于外军机器人技术的高度成熟, 我国机器人产业缺少龙头企业且缺乏市场, 难以形成完整产业链条, 特别是机器人关键部件没有自产能力, 只能依赖国外进口, 直接影响了军用机器人技术的发展, 但还是取得了很大的成绩。我国目前以发展排爆机器人为主, 如2010年珠海航展展示的第二代排爆机器人“雪豹-10”, 它具备一定的自主能力、可通过一些复杂地形, 动作精细度在国内处于先进水平。
3 陆地机器人的研究开发现状
美国陆地机器人 (UGV) 的研究开发主要有国防部领导的联合机器人计划 (JRP) [8]和陆军领导的具体开发计划。两者已经研究开发了几十种陆地机器人, 有多款机器人在“科索沃战争”和“海湾战争”中出色完成各项任务, 为美军获得战争胜利发挥了重要作用, 如“帕克伯特”侦查机器人[9]。联合机器人计划 (JRP) 的启动标志着美国军用机器人研究已经从技术研究和生产提升到机器人作战系统体制的制定。该项计划是国防高级研究计划局和陆军共同提出的。其中, 未来的作战系统 (FCS) 针对多种形态战争, 以实现机动灵活、紧急展开、提高生存能力以长期作战为目的的陆军体制转换计划核心。计划中部分机器人已于2010年装备部队, 预计2031年完成陆军体制转换计划, 届时将真正做到机器人数量比士兵多。继美国国防部推出联合机器人计划 (JRP) 取得巨大成功后, 美国总统奥巴马于2011年启动国家机器人计划 (NRI) [10], NRI计划着力于开发新一代机器人, 进一步提高机器人的移动性、操作性、感知能力及自动化和智能化程度。未来的战争将是机器人战争[11], 因此中国政府在《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006-2020) 》、《国家“十一·五”科学技术发展规划》、《国家高技术研究计划 (863) “十一·五”发展纲要》、《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》和《“十一·五”863计划先进制造技术领域发展战略》中都有体现, 并在国家863计划、国家自然科学基金、国防科工委预研项目中予以重点支持[12]。经过国家计划的实施, 我国在军用机器人技术方面已取得了突破性的进展, 缩短了同发达国家之间的差距。但在机器人核心及关键技术的原创性研究、高可靠性基础功能部件的批量生产应用等方面, 同发达国家相比, 我国仍存在差距。
4 未来军用机器人发展趋势
随着科技发展, 机器人智能化程度越来越高, 为适应战场的要求要求, 未来军用机器人将会呈以下趋势发展:
4.1 根据任务需要, 机器人的发展越来越呈现“两级分化”。
一方面, 为满足新形势下急难险重任务的需求, 提高工作效率, 未来机器人将越来越偏向大型化;另一方面, 为提高隐蔽性, 方便士兵携带, 未来机器人将越来越小, 呈微型化发展。
4.2 随着机器人感知技术的提高, 未来机器人将拥有很高的自动识别能力。
届时, 机器人与人、机器人与机器人之间将更容易达成协作、配合, 机器人部队之间将有能力实现协同作战。
4.3 未来战争的信息化程度越来越高, 未来机器人将不再止步于陆、海、空三线战场。
军用机器人将涉足太空战、网络战等各种新型战场, 担负起更多士兵难以执行的任务行动。
摘要：机器人在军事领域的应用, 可代替士兵完成各种极限条件下危险的军事任务, 使得战斗人员免遭伤害, 因此, 受到了国内外军队的广泛关注。本文归纳了近十年军用机器人的发展情况, 重点针对陆地机器人, 进行了分析概括并对其发展趋势进行分析预测。
关键词：机器人,军事领域,发展趋势
参考文献
[1]http://zh.wikipedia.org/zh-cn.
[2]曲东才.微型无人机军事应用、研究进展及关键技术[J].航空科学技术, 2004 (2) :24-27.
[3]耿海军.机器人, 未来战场的主宰[J].中国民兵, 2008 (6) .
[4]国内外军用机器人产业发展现状[J].机器人技术与应用, 2009 (3) :25-31.
[5]满翠华, 范迅, 张华等.类人机器人研究现状和展望[J].农业机械学报, 2006 (9) .
[6]仲崇慧, 贾喜花.国外地面无人作战平台发展概况综述[J].机器人技术与应用, 2005 (3) :18-25.
[7]波士顿动力公司公布两款新型机器人研制计划[J].机器人技术与应用, 2011 (2) :45.
[8]安向京, 施燕斌等.美军地面机器人[J].国防科技参考, 2002 (2) :10-13.
[9]http://www.big-bit.com.
[10]美国投资支持新一代机器人研究[J].全球科技经济瞭望, 2011 (11) :68.
[11]米面.财会月刊, 2009 (9) :19.
一些国家的现代化猎雷舰艇都装备有遥控水下机器人，它携带的摄像和照明设备能识别各种水雷，在确认是敌方水雷后，就会在该水雷旁放置炸药，将其引爆；或者将其线缆割断，使之浮上水面后再行摧毁；实在无法处理时，则会将所获数据传回指挥部，待获得明确指示后再采取行动。美国陆军的一种“自行式危险物品搬运机器人”，能在恶劣、危险的环境中行走自如，可用来排除敌方在重要目标附近安放的地雷或炸药。德国军方最近推出的“海弧”水下机器人，能利用超声波、回波探测器和光学传感器，推测到各种水雷，不管它们是直接放置在海底、通过缆线以不同高度漂浮在水中还是紧贴水面，都能精确地将其移动到预定位置，然后引爆。
法国研制的一种反坦克机器人也颇具威力。它的传感器能识别几乎所有的坦克，并能根据不同性能的坦克选择不同威力的炮弹和发射角度。在一场由两名反坦克机器人对20辆坦克的模拟对抗战中，经过激烈的较量，有8辆坦克被“击毁”，9辆受“重伤”，只有3辆坦克“狼狈逃窜”。
搜集情报是军用机器人的又一重要功能。据悉，目前军事大国已研制出100多种机器侦察兵，可执行从地面、空中到水下的全方位情报搜集任务。最简单的一种是通过发射器，将侦察机器人发射粘合在侦察目标物上，通过微型摄像机和信号发射器获取情报。比较先进的是把一种会飞的“机器鸟”发射至敌方上空，令其大量拍照后飞回交差；这种“鸟”身上的红外夜视仪还能在夜间工作，它的听觉系统能辨别30分贝以下的微弱声音。
调研报告工业机器人的概念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。工业机器人展现状与前景展望 2.1工业机器人的发展简史
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“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。
2.2工业机器人的特点
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。
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。目前，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。
2.3工业机器人的构造与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。
2.3.1 点焊机器人
焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点，焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了点焊作业的生产率。
点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作，生产过程由各大汽车主机厂负责完成。国际工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期合作关系，向各大型汽车
生产企业提供各类点焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产线配套形式进入中国，在该领域占据市场主导地位。
随着汽车工业的发展，焊接生产线要求焊钳一体化，重量越来越大，165公斤点焊机器人是目前汽车焊接中最常用的一种机器人。2008年9月，机器人研究所研制完成国内首台165公斤级点焊机器人，并成功应用于奇瑞汽车焊接车间。2009年9月，经过优化和性能提升的第二台机器人完成并顺利通过验收，该机器人整体技术指标已经达到国外同类机器人水平。
2.3.2弧焊机器人
弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。在该领域，国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。本公司主要从事弧焊机器人成套装备的生产，根据各类项目的不同需求，自行生产成套装备中的机器人单元产品，也可向大型工业机器人企业采购并组成各类弧焊机器人成套装备。在该领域，本公司与国际大型工业机器人生产企业既是竞争亦是合作关系。关键技术包括：
(1)弧焊机器人系统优化集成技术：弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和高速动态响应，并可实现免维护功能。
(2)协调控制技术：控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞。
(3)精确焊缝轨迹跟踪技术：结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。
2.3.3激光加工机器人
激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。本系统通过示教盒进行在线操作，也可通过离线方式进行编程。该系统通过对加工工件的自动检测，产生加工件的模型，继而生成加工曲线，也可以利用CAD数据直接加工。可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。
关键技术包括：
(1)激光加工机器人结构优化设计技术：采用大范围框架式本体结构，在增大作业范围的同时，保证机器人精度；
(2)机器人系统的误差补偿技术：针对一体化加工机器人工作空间大，精度高等要求，并结合其结构特点，采取非模型方法与基于模型方法相结合的混合机器人补偿方法，完成了几何参数误差和非几何参数误差的补偿。
(3)高精度机器人检测技术：将三坐标测量技术和机器人技术相结合，实现了机器人高精度在线测量。
(4)激光加工机器人专用语言实现技术：根据激光加工及机器人作业特点，完成激光加工机器人专用语言。
(5)网络通讯和离线编程技术：具有串口、CAN等网络通讯功能，实现对机器人生产线的监控和管理；并实现上位机对机器人的离线编程控制。
2.3.4真空机器人真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体工业中，实现晶圆在真空腔室内的传输。真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强，其成为制约了半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件。而且国外对中国买家严加审查，归属于禁运产品目录，真空机械手已成为严重制约我国半导体设备整机装备制造的“卡脖子”问题。直驱型真空机器人技术属于原始创新技术。
关键技术包括：
(1)真空机器人新构型设计技术：通过结构分析和优化设计，避开国际专利，设计新构型满足真空机器人对刚度和伸缩比的要求；
(2)大间隙真空直驱电机技术：涉及大间隙真空直接驱动电机和高洁净直驱电机开展电机理论分析、结构设计、制作工艺、电机材料表面处理、低速大转矩控制、小型多轴驱动器等方面。
(3)真空环境下的多轴精密轴系的设计。采用轴在轴中的设计方法，减小轴之间的不同心以及惯量不对称的问题。
(4)动态轨迹修正技术：通过传感器信息和机器人运动信息的融合，检测出晶圆与手指之间基准位置之间的偏移，通过动态修正运动轨迹，保证机器人准确地将晶圆从真空腔室中的一个工位传送到另一个工位。
(5)符合SEMI标准的真空机器人语言：根据真空机器人搬运要求、机器人作业特点及SEMI标准，完成真空机器人专用语言。
(6)可靠性系统工程技术：在IC制造中，设备故障会带来巨大的损失。根据半导体设备对MCBF的高要求，对各个部件的可靠性进行测试、评价和控制，提高机械手各个部件的可靠性，从而保证机械手满足IC制造的高要求。
2.3.5洁净机器人
洁净机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人。随着生产技术水平不断提高，其对生产环境的要求也日益苛刻，很多现代工业产品生产都要求在洁净环境进行，洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。
关键技术包括：
(1)洁净润滑技术：通过采用负压抑尘结构和非挥发性润滑脂，实现对环境无颗粒污染，满足洁净要求。
(2)高速平稳控制技术：通过轨迹优化和提高关节伺服性能，实现洁净搬运的平稳性。
(3)控制器的小型化技术：根据洁净室建造和运营成本高，通过控制器小型化技术减小洁净机器人的占用空间。
(4)晶圆检测技术：通过光学传感器，能够通过机器人的扫描，获得卡匣中晶圆有无缺片、倾斜等信息。
2.4工业机器人的应用
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。
2.5工业机器人的发展前景
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机器人发展前景及未来的发展方向。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。机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。1990年10月，国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类：⑴顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系统；⑵沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业，如焊接。喷漆等；⑶远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人；⑷智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能。日本工业机器人产业早在上世纪90年代就已经普及了第一和第二类工业机器人，并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有：低成本技术、高速化技术、小型和轻量化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、网络化技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。根据日本政府2007年指定的一份计划，日本2050年工业机器人产业规模将达到1.4兆日元，拥有百万工业机器人。按照一个工业机器人等价于10个劳动力的标准，百万工业机器人相当于千万劳动力，是目前日本全部劳动人口的15%。我国工业机器人起步于70年代初，其发展过程大致可分为三个阶段：70年代的萌芽期；80年代的开发期；90年代的实用化期。而今经过20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术（产业化），必须具备5个要素即5M: Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有着“机器人王国”之称的日本相比，我国有着截然不同的基本国情，那就是人口多，劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以，我国工业机器人起步晚发展缓。但是正如前所述，广泛使用机器人是实现工业自动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人才，打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策，我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。
3结束语
工业机器人是机械科学技术的一个分支，它的发展需要机械及其他门类学科的发展来推动，它的发展也能推动工业系统的整体发展。它有其独特的优势与劣势，和其他技术一样，需要不断地设计应用修改和完善。
4参考文献
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[9] 林建亚.液压元件[M].北京：机械工业出版社.1998
[10] Per Sorensen.News and trends by the industrial application of water hydraulics[J].The
研究方法
机器人行业界定和分类
1.行业定义、基本概念
2.行业基本特点
3.行业分类
第一章 机器人行业国内外发展概述
一、全球机器人行业发展概况
1.全球机器人行业发展现状
2.主要国家和地区发展状况
3.全球机器人行业发展趋势
二、中国机器人行业发展概况
1.中国机器人行业发展历程与现状
2.中国机器人行业发展中存在的问题
第二章 -中国机器人行业发展环境分析
一、宏观经济环境
二、国际贸易环境
三、宏观政策环境
四、机器人行业政策环境
五、机器人行业技术环境
第三章 机器人行业市场分析
一、市场规模
1.-机器人行业市场规模及增速
2.机器人行业市场饱和度
3.影响机器人行业市场规模的因素
4.-机器人行业市场规模及增速预测
二、市场结构
三、市场特点
1.机器人行业所处生命周期
2.技术变革与行业革新对机器人行业的影响
3.差异化分析
第四章 区域市场分析
一、区域市场分布状况
二、重点区域市场需求分析(需求规模、需求特征等)
三、区域市场需求变化趋势
第五章 机器人行业生产分析
一、产能产量分析
1.2010-20机器人行业生产总量及增速
2.2010-2014年机器人行业产能及增速
3.影响机器人行业产能产量的因素
4.2015-20机器人行业生产总量及增速预测
二、区域生产分析
1.机器人企业区域分布情况
2.重点省市机器人行业生产状况
三、行业供需平衡分析
1.行业供需平衡现状
2.影响机器人行业供需平衡的因素
3.机器人行业供需平衡趋势预测
第六章 细分行业分析
一、主要机器人细分行业
二、各细分行业需求与供给分析
三、细分行业发展趋势
第七章 机器人行业竞争分析
一、重点机器人企业市场份额
二、机器人行业市场集中度
三、行业竞争群组
四、潜在进入者
五、替代品威胁
六、供应商议价能力
七、下游用户议价能力
第八章 机器人行业产品价格分析
一、机器人产品价格特征
二、国内机器人产品当前市场价格评述
三、影响国内市场机器人产品价格的因素
四、主流厂商机器人产品价位及价格策略
五、机器人产品未来价格变化趋势
第九章 下游用户分析
一、用户结构(用户分类及占比)
二、用户需求特征及需求趋势
三、用户的其它特性
第十章 替代品分析
一、替代品种类
二、替代品对机器人行业的影响
三、替代品发展趋势
第十一章 互补品分析
一、互补品种类
二、互补品对机器人行业的影响
三、互补品发展趋势
第十二章 机器人行业主导驱动因素分析
一、国家政策导向
二、关联行业发展
三、行业技术发展
四、行业竞争状况
五、社会需求的变化
第十三章 机器人行业渠道分析
一、机器人产品主流渠道形式
二、各类渠道要素对比
三、行业销售渠道变化趋势
第十四章 行业盈利能力分析
一、2010-2014年机器人行业销售毛利率
二、2010-2014年机器人行业销售利润率
三、2010-2014年机器人行业总资产利润率
四、2010-2014年机器人行业净资产利润率
五、2010-2014年机器人行业产值利税率
六、2015-年机器人行业盈利能力预测
第十五章 行业成长性分析
一、2010-2014年机器人行业销售收入增长分析
二、2010-2014年机器人行业总资产增长分析
三、2010-2014年机器人行业固定资产增长分析
四、2010-2014年机器人行业净资产增长分析
五、2010-2014年机器人行业利润增长分析
六、2015-2019年机器人行业增长预测
第十六章 行业偿债能力分析
一、2010-2014年机器人行业资产负债率分析
二、2010-2014年机器人行业速动比率分析
三、2010-2014年机器人行业流动比率分析
四、2010-2014年机器人行业利息保障倍数分析
五、2015-2019年机器人行业偿债能力预测
第十七章 行业营运能力分析
一、2010-2014年机器人行业总资产周转率分析
二、2010-2014年机器人行业净资产周转率分析
三、2010-2014年机器人行业应收账款周转率分析
四、2010-2014年机器人行业存货周转率分析
五、2015-2019年机器人行业营运能力预测
第十八章 机器人行业重点企业分析
一、***公司
1.企业简介
2.机器人产品特点及市场表现
3.生产状况
4.销售及渠道
二、***公司
1.企业简介
2.机器人产品特点及市场表现
3.生产状况
4.销售及渠道
……
十、***公司
1.企业简介
2.机器人产品特点及市场表现
3.生产状况
4.销售及渠道
第十九章 机器人行业进出口现状与趋势
一、出口分析
1.过去三年机器人产品出口量/值及增长情况
2.出口产品在海外市场分布情况
3.影响机器人产品出口的因素
4.未来三年机器人行业出口形势预测
二、进口分析
1.过去三年机器人产品进口量/值及增长情况
2.进口机器人产品的品牌结构
3.影响机器人产品进口的因素
4.未来三年机器人行业进口形势预测
第二十章 机器人行业风险分析
一、机器人行业环境风险
1.国际经济环境风险
2.汇率风险
3.宏观经济风险
4.宏观经济政策风险
5.区域经济变化风险
二、产业链上下游及各关联产业风险
三、机器人行业政策风险
四、机器人行业市场风险
1.市场供需风险
2.价格风险
3.竞争风险
第二十一章 有关建议
一、机器人行业发展前景预测
1.用户需求变化预测
2.竞争格局发展预测
3.渠道发展变化预测
4.行业总体发展前景及市场机会分析
二、机器人企业营销策略
1.价格策略
2.渠道建设与管理策略
3.促销策略
4.服务策略
5.品牌策略
三、机器人企业投资机会
1.子行业投资机会
2.区域市场投资机会
3.产业链投资机会
报告附件
一、规模以上机器人原材料供应商、渠道销售商、竞争企业通讯录。包括：法人单位代码、法人单位名称、法定代表人(或企业负责人)、行政区划代码、通信地址、区号、电话号码、传真号码、邮政编码、电子邮箱、网址、工商登记注册号、编制登记注册号、登记注册类型、机构类型……
二、规模以上机器人竞争企业信用状况及财务数据。主要内容包括：主营业务活动、行业代码、年末从业人员数量、全年营业收入合计、资产总计、工业总产值、工业销售产值、工业增加值、流动资产合计、固定资产合计、主营业务收入、主营业务成本、主营业务税金及附加、其他业务收入、其他业务利润、财务费用、营业利润、投资收益、营业外收入、利润总额、亏损总额、利税总额、应交所得税、广告费、研究开发费、经营活动产生的现金流入、经营活动产生的现金流出、投资活动产生的现金流入、投资活动产生的现金流出、筹资活动产生的现金流入、筹资活动产生的现金流出……
主要图表
图表：2010-2014年中国机器人行业市场规模及增速
图表：2015-2019年中国机器人行业市场规模及增速预测
图表：2010-2014年中国机器人行业重点企业市场份额
图表：2014年中国机器人行业区域结构
图表：2014年中国机器人行业渠道结构
图表：2010-2014年中国机器人行业需求总量
图表：2015-2019年中国机器人行业需求总量预测
图表：2010-2014年中国机器人行业需求集中度
图表：2010-2014年中国机器人行业需求增长速度
图表：2010-2014年中国机器人行业市场饱和度
图表：2010-2014年中国机器人行业供给总量
图表：2010-2014年中国机器人行业供给增长速度
图表：2015-2019年中国机器人行业供给量预测
图表：2010-2014年中国机器人行业供给集中度
图表：2010-2014年中国机器人行业销售量
图表：2010-2014年中国机器人行业库存量
图表：2014年中国机器人行业企业区域分布
图表：2014年中国机器人行业销售渠道分布
图表：2014年中国机器人行业主要代理商分布
图表：2010-2014年中国机器人行业产品价格走势
图表：2015-2019年中国机器人行业产品价格趋势
图表：2010-2014年中国机器人行业利润及增长速度
图表：2010-2014年中国机器人行业销售毛利率
图表：2010-2014年中国机器人行业销售利润率
图表：2010-2014年中国机器人行业总资产利润率
图表：2010-2014年中国机器人行业净资产利润率
图表：2010-2014年中国机器人行业产值利税率
图表：2010-2014年中国机器人行业总资产增长率
图表：2010-2014年中国机器人行业净资产增长率
图表：2010-2014年中国机器人行业资产负债率
图表：2010-2014年中国机器人行业速动比率
图表：2010-2014年中国机器人行业流动比率
图表：2010-2014年中国机器人行业总资产周转率
图表：2010-2014年中国机器人行业应收账款周转率
图表：2010-2014年中国机器人行业存货周转率
图表：2010-2014年中国机器人产品出口量以及出口额
图表：2010-2014年中国机器人行业出口地区分布
图表：2010-2014年中国机器人行业进口量及进口额
图表：2010-2014年中国机器人行业进口区域分布
图表：2010-2014年中国机器人行业对外依存度
图表：2014年中国机器人行业投资项目数量
图表：2014年中国机器人行业投资项目列表
图表：2014年中国机器人行业投资需求关系
江苏省交通技师学院 电气信息系 张xx
一、我国工业机器人发展历程与现状
机器人是人类二十世纪的一项重要发明。1959年美国的英伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，之后，世界各国都在争相开展机器人研究，机器人的的功能和应用领域一直在不断地拓展。
我国机器人的研起步究较晚。先后经历了二十世纪70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的实用化期。1972年，中国科学院沈阳自动化所开始了机器人的研究工作。1977年，南开大学机器人与信息自动化研究所研制出我国第一台用于生物试验的微操作机器人系统。1985年12月12日，我国第一台重达2000公斤的水下机器人“海人一号”在辽宁旅顺港下潜60米，首潜成功，开创了机器人研制的新纪元。随后，我国研制的机器人相继问世：中国科学院沈阳自动化所研制成功了体重36公斤，身高1米的缆浮游作业轻型“金鱼二号”水下机器人；中科院长春光机所发明的“四足遥控仿生载重步行机器人”，在1986年中国第二届发明展览会上获金牌奖；1987年又获第15届日内瓦国际发明与新技术展览会银牌奖。
中国机器人示范工程中心从1987年开始，先后制造了三台“水下机器人”，它们分别是：（1）1987年3月制造的身高4.7米，体重1200公斤的“老大瑞康四号机器人”；（2）1989年6月制造的“老三水下机器人”；（3）1990年9月制造的“老二中型机器人”。
1988年初，中国船舶总公司702所，研制成功了身高3.1米，体重650公斤的载人式“水下机器人”；1988年2月，国防科技大学研制成功六关节平面运动型“两足步行机器人”。
1994年10月，中科院沈阳自动化所研制成功的我国第一台无缆水下机器人“探索者号”长4.4米，宽0.8米，高1.5米，载体重2.2吨，最大潜水深度为1000米。它的研制成功，标志着我国水下机器人技术已走向成熟。
1995年5月，我国第一台高性能精密装配智能型机器人“精密一号”在上海交通大学诞生，它的诞生标志着我国已具有开发第二代工业机器人的技术水平。
1997年中科院沈阳自动化所研制成功的“6000米无缆自治水下机器人”，是我国863计划中的重中之重项目，获得2000年国家十大科技成果奖。2005年4月，中科院沈阳自动化所又研制成功星球探测机器人。2006年，我国又研制成功世界最大潜深载人潜水器“海极一号”，7000米的工作潜深，可以达到世界99.8%的海底，比世界上另外5台同类产品深500米。
经过30多年的发展，我国机器人的研究，有了长足的发展，有的方面已经达到了世界先进水平。但与先进的国家相比，还有恨大距离，从总体上来看，我国机器人研究仍然任重道远。
产业化不足——我国工业机器人之弊端
20世纪90年代末，我国建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地。产业化基地的建设给产业化带来了希望，为发展我国机器人产业奠定了基础。目前，我国已经能够生产具有国际先进水平的平面关节型装配机器人、直角坐标机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运码垛机器人等一系列产品，不少品种已经实现了小批量生产。
“机器人产业化已呈星火燎原之势！”
尽管如此，我国工业机器人产业化却存在着巨大的问题。除了众多历史原因造成制造业水平低下的原因外，更多的是对工业机器人产业的认识和定位上存在着不同的观点。
首先，我国基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了一定的基础，但是无论从质量、产品系列全面，还是批量化供给方面都与国外存在较大的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显，因此造成关键零部件的进口，影响了我国机器人的价格竞争力。
第二，中国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有一批企业从事机器人的开发，但是都没有形成较大的规模，缺乏市场的品牌认知度，在机器人市场方面一直面临国外机器人品牌的打压。国外机器人作为成熟的产业采用整机降价，吸引国内企业购买，而在后续的维护备件费用很高的策略，逐步占领中国市场。
第三，国家认识不到位，在鼓励工业机器人产品方面的政策少。工业机器人的制造及应用水平，代表了一个国家的制造业水平，我们必须从国家高度认识发展中国工业机器人产业的重要性，这是我国从制造大国向制造强国转变的重要手段和途径。
据了解，日本战后对机器人采取的一系列相关政策，极大地推动了机器人产业的发展，目前，日本已是世界上工业机器人的第一生产大国。工业机器人作为高新技术产品，应该比照新能源中的电动汽车，出台相应的扶植政策。
李教授说：“如今，已经有一批机器人企业根据市场需求，自行研制或与科研院所合作，进行机器人产业化开发。可以预见，我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。”
奇瑞已经制定了2010年年产100台焊接机器人产业化目标。
政策扶持——我国工业机器人之推进剂
李教授指出，中国机器人产业化正处于关键的转折点，如果政府的扶植力度再向前推进一步，中国的机器人产业将会越过目前的“临界期”，跨上一个新的台阶，进入快速发展阶段。
同时，如何适应快速变化的国内外市场需求，如何以高质量、低成本和快速反应的手段在市场中取得生存和发展，已是我国企业不容回避的问题。这些问题为我国工业机器人提供了不同的市场需求，促进我国工业机器人的应用市场日趋成熟。
二、我国工业机器人研发历程与现状
刚才谈到了日本在20世纪60年代和美国都在开始进行机器人的研究，由于我们国家存在很多其他的各种因素、问题。我们国家在机器人的研究，在20世纪70年代后期，当时我们在国家北京举办一个日本的工业自动化产品展览会，在这个会上有两个产品，一个是数控机床，一个是工业机器人，这个时候，我们国家的许多学者，看到了这样一个方向，开始进行了机器人的研究，但是这时候研究，基本上还局限于理论的探讨阶段，那么真正进行机器人研究的时候，是在七五、八五、九五、十五将近这二十年的发展，发展最迅速的时候，是在1986年我们国家成立了863计划是高技术发展计划，就将机器人技术作为一个重要的发展的主题，国家投入将近几个亿的资金开始进行了机器人研究，使得我们国家在机器人这一领域得到很快地、迅速地发展。
目前主要单位像中科院沈阳自动化所，原机械部的北京自动化所，像哈尔滨工业大学，北京航空航天大学，清华大学，还包括中科院北京自动化所等等的一些单位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前这几年来看，我们国家在高校里边，有很多单位从事机器人研究，很多研究生和博士生都在从事机器人方面的研究，目前我们国家比较有代表性的研究，有工业机器人，水下机器人，空间机器人，核工业的机器人，都在国际上应该处于领先水平，总体上我们国家与发达国家相比，还存在很大的差距，主要表现在，我们国家在机器人的产业化方面，目前还没有固定的成熟的产品，但是在上述这些水下、空间、核工业，一些特殊机器人方面，我们取得了很多有特色的研究成就。
三、我国工业机器人主要应用领域分析
目前，工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。
图1 国内各主要行业对工业机器人需求比例
汽车制造业是工业机器人最大的应用领域，对工业机器人发展的带动作用最强。在工业机器人全部的需求中，汽车行业的占比普遍在20%以上。
中国汽车市场经过几年快速增长以后，快速发展趋势、速度、效益、质量都超过了我们的预期。根据中国汽车工业协会公布的统计数据表明2012年1-9月份我国汽车累计产销1409.23万辆。
除了汽车行业，对机器人的需要大大提高的是电子行业。在亚洲应用在电子行业的工业机器人，占了总数的30％以上，是工业机器人的最大用户，这与全球范围内汽车工业是工业机器人的最大用户有所不同。
2012年1-6月，电子工业生产保持较快增长，增速比上年同期加快。电子元、器件生产加快增长，通信设备、电子计算机增速继续放缓。1-6月，电子工业累计完成工业总产值（现价）17372亿元，同比增长17.1%，增速比上年同期回落10个百分点，比上月加快1.3个百分点。工业增加值增长16.5%，增速比上年同期回落9.2个百分点，比上月加快1.2个百分点。其中，电子计算机、通讯设备、电子元件、电子器件等产品产值保持两位数增长。产销率为96.75%，比上年同期降低0.68个百分点，处于近年来较低水平。
工业机器人还广泛应用于金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业和食品工业等领域。
除传统制造业如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域，工业机器人同时也已开始扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服务业领域中。如，水下机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、擦玻璃机器人、高压线作业机器人、服装裁剪机器人、制衣机器人、管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人、作战机器人、侦察机器人、哨兵机器人、排雷机器人、布雷机器人等军用机器人都广泛应用于各行各业。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场将繁荣兴旺。
四、国内工业机器人市场销售情况
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。
发达国家的使用经验表明:使用工业机器人可以降低废品率和产品成本,提高了机床的利用率,降低了工人误操作带来的残次零件风险等,其带来的一系列效益也是十分明显的,例如减少人工用量、减少机床损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。机器人具有执行各种任务特别是高危任务的能力,平均故障间隔期达60000小时以上,比传统的自动化工艺更加先进。
目前，我国进口的工业机器人主要来自日本，2004年日本对华出口的机器人占我国进口的工业机器人的一半，其他如欧洲品牌机器人，如ABB、KUKA、COMAU，占据市场的另一半。
2005年，我国工业机器人拥有量达到7000台，年销增长到28.7亿元。近年来，随着我国经济快速增长，特别是汽车业的高速发展，每年新增工业机器人的台数和总量都在快速增长。2006年，我国工业机器人新安装台数达5770台、2007年为6581台，2008年则达到7500台。截止2008年年末，我国已有工业机器人31400台。
随着我国从劳动密集型向现代化制造业方向发展，虽然机器人保有量达到一定的规模，但与发达国家相比仍然有不少差距。
仅从汽车工业每百万名生产工人占有的机器人来讲，（日本1710台、意大利1600台、美国770台、英国610台、瑞典630台，而我国还不到90台），中国仍然是世界上相对比较落后的国家。面对中国这样庞大的市场，每一个机器人供应商都有着非常大的用武之地。
五、国内工业机器人市场特征分析
我国机器人市场的九大特点
一、市场需求增长速度快：有关专家预测，我国机器人到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，机器人的需求每年将以40%的速度增长，到2015年我国机器人市场的容量约达十几万台套。
二、从事机器人研发和制造的单位多：目前我国从事机器人研究与制造的技术力量相对分散，企业生产规模小，产品质量不稳定，没有形成一个研发中心、产业集群、规模企业与知名品牌。我国的工业机器人从20世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，目前，我国从事机器人研发和制造的单位200多家。由于人事管理体制的束缚，机器人研发的技术力量相对分散，难以形成合力。由于技术、市场、政策等多方面的不确定性，企业也不愿投入巨资，进行机器人的规模化生产。
三、机器人市场容量大：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，年需求机器人自动化生产线装备线就达300多条，产值约为60多亿元，这些自动化生产线需要配套大量的工业机器人。
四、使用机器人的工种、行业、地区、企业相对集中：就使用的工种而言，弧焊、点焊、装配、喷涂机器人应用的最多；其次是搬运、上下料（冲压、压铸、铸锻、注塑等用的大多是上下料机器人）；就使用的行业而言，大机械行业（机械制造和汽车工业）占用户的65％，电子电器和邮电通讯占用户的13％，工业机器人主要应用在汽车、机械制造等行业；就使用的地区而言，我国工业机器人的使用主要集中在广东、江苏、上海、北京等地,拥有量占全国的一半以上；就使用的企业而言，外商独资企业、中外合资企业和大型国有企业是工业机器人的主要客户。
五、国家支持机器人产业力度有待加强：目前，国家对于机器人研发的资金援助与政策支持不够强。机器人充分体现了人和机器的各自优长，它比传统机器具有更大的灵活性和更广泛的应用范围，机器人的出现和应用是人类生产和社会进步的需要，是科学技术发展和生产工具进化的必然。在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后而出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具。
机器人及其自动化成套装备已成为目前国内外极受重视的高新技术应用领域，它是先进制造装备的典型代表，是发展先进制造技术实现生产线的数字化、网络化和智能化的重要手段。机器人及其成套设备的应用将使现代制造业产生变革，对改变传统生产模式，全面提升企业的综合竞争力具有重大作用。机器人及其自动化成套装备的拥有量和水平，是衡量一个国家制造综合实力的重要标志之一。因此，国家重视并加大对机器人研发的支持力度是必然趋势。
六、机器人进口比例高：目前我国所拥有的机器人，国产占20％，其余都是从日本、美国、瑞典等40多个国家引进的。现在工业生产所用的机器人大多数是在生产线上使用，组成机器人化的生产系统，单台机器人很少使用。由于我国还不能自主设计和生产先进的大型自动化成套装备，更形不成整体配套能力，目前的状况是几乎全部依赖于进口，被国外公司所垄断，因此与大型自动化成套设备配套的工业机器人也就大部分从国外（特别是日本）进口。国外机器人产品不仅价格昂贵，而且使用效果不理想，这为我们自主生产机器人，满足国内市场需求，发展中国机器人及其自动化成套装备产业提供了良好的机遇。
七、进口机器人“水土不服”严重：在我国花大量外汇引进的“洋”机器人自动化生产设备中，问题较大的占33％，而根本不能用的竟然高达16％，“洋”机器人自动化生产线在我国 “水土不服” 严重，主要原因是国外系统不适合中国企业的工艺现状；国内人员素质较低，培训跟不上；系统选型不合理，配臵不当；缺乏足够的售前、售中和售后服务。
八、独立知识产权缺乏。我国虽然在机器人某些关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人则很少,不能生产高精密、高速与高效的关键部件。
九、机器人产业化步伐缓慢：我国机器人研究和制造的单位多，还没有一家大规模进行机器人生产的企业，致使我国工业机器人长期大量依赖进口，仅1992年至1995年（调查统计68家用户）的３年时间，我国就从国外进口工业机器人566台、机器人自动化生产线11条，耗资1.5亿美元。
六、我国工业机器人市场需求
长期以来，由于我国人口众多、劳动力价格低廉、生产技术水平又相对落后，工业机器人的应用受到了很大限制。但是，随着工业机器人价格的不断降低和性能的不断提高，劳动力成本不断上升，尤其是汽车业的快速发展，我国工业机器人应用情况将发生质的变化。
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%。2001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。2004年市场规模已经增长到万台左右,数量和金额相对于2001年都增长了两倍。2004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2000年以前为47台,2000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。
据统计，“九〃五”期间，我国工业机器人的需求量以每年30％以上的速度快速增长。至2000年时，我国工业机器人的拥有量已达3500台左右，主要包括点焊、弧焊、喷漆、注塑、装配、搬运、冲压等各类机器人，销售额为6．7亿元。2005年时拥有量达到7OOO台，年销售额增长至28．7亿元。近几年来，随着经济的快速增长，特别是汽车业的高速发展，我国每年新增的工业机器人台数以及总安装量都在快速增长。例如，2006年我国工业机器人新安装台数为5770台，2007年为6581台，2008年为7900台，2009年为5000台，截至2009年末，我国工业机器人安装量为36800台。根据国际机器人联合会和美国国家机器人协会最新推测数据数据，2012年我国工业机器人年安装台数将达10000，届时安装量将达60400台。
从工业机器人密度（汽车制造业中，每万名生产工人占有的机器人数量）分析，我国的汽车市场远未饱和。从汽车工业协会会2008年11月提供的具体数据看，日本和意大利分别达到1710和1600，德国为1180，法国1120台，西班牙950台，美国770台，英国610台，瑞典630台，我国还不到90台(08年我国汽车从业工人约为356万)，即使我国达到600台的密度，则拥有213600台的市场潜力。
归纳起来，国内工业机器人市场具有如下特征： 一是国内汽车业的高速发展有力促进了工业机器人市场的发展，自2000年，我国汽车行业进入高速增长期，作为自动化程度高、技术资金密集型产业，汽车行业的增产扩能拉动了工业机器人的需求。
二是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主要集中在广东、江苏、上海、北京等地，其工业机器人拥有量占全国一半以上。
三是外商独资企业、中外合资企业是目前工业机器人的主要用户。外商独资或中外合资企业自动化程度一般比较高，也导致工业机器人的需求量较大。
四是国内一些现代化水平比较高的企业开始越来越多地应用工业机器人。国内一些汽车厂家如奇瑞等为了提高产品竞争力，开始较多地应用工业机器人，军工企业特别是坦克装甲车等开始应用焊接机器人，特种船舶，如液化石油气运输船舶也开始采用焊接机器人，焊接速度和焊接质量得到明显提高。
五是劳动力成本的不断提高促使工业机器人不断进入企业。随着经济的发展，制造业工人从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出更高要求，像焊接、喷涂等恶劣工作条件的岗位将会被机器人代替。
六是我国日益增长的工业机器人市场以及巨大的市场潜力吸引世界著名机器人生产厂家的目光。目前，我国进口的工业机器人主要来自日本，2004年日本对华出口金额占我国进口工业机器人金额的一半。中国是ABB在全球的第一大市场和意大利机器人的第一大进口国。
七、国外工业机器人发展模式
日本模式：各司其职，分层面完成交钥匙工程，即政府制定相应政策，机器人制造厂商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标，由其子公司或社会工程公司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统。
欧洲模式：一揽子交钥匙工程，即机器人的生产和用户所需要的系统设计制造全部由机器人制造厂商自己完成。
美国模式：采购与成套设计相结合。美国国内基本不生产普通工业机器人，企业需要的机器人通常由工程公司进口，再自行设计制造配套的外围设备，完成交钥匙工程。
中国工程院在2003年12月完成并公开的《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究总结报告》指出，我国应从“美国模式”着手，在条件成熟后逐步向“日本模式”靠拢，同时欧洲的经验也值得我们学习。
八、工业机器人产业化的几个条件
工业机器人是先进制造业中不可替代的重要装备和手段，是衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。我国已经是世界公认的制造业大国，但随着劳动力成本的不断提高，经济发展模式必须进行调整，生产自动化、发展高科技产业已经成为必由之路。
一是国家政策支持，是加速高新技术产业化的重要前提，机器人属于国家战略性高技术，是多项前沿技术和综合实力的体现，国家应该制定长远政策加以规划和发展。国家在资金、税收等各个方面给予一定的优惠政策，把机器人产业发展纳入到重要产业政策中，鼓励企业采用国产机器人。
二是推动产学研联盟建设，形成强大的研究，开发和应用队伍。工业机器人涉及机械、自动化、计算机、人工智能等诸多学科，只有将国内所有力量组织起来，群策群力，才能将技术研究搞上去，并与国外大公司进行竞争。
三是尽快改变关键元器件主要依赖进口的局面。成本和整体解决方案己成为企业选择工业机器人的首要因素，成本居高不下是制约国产机器人进一步发展的关键因素之一，除了受到批量较小影响外，国产机器人发展主要受到关键元器件价格的制约。
四是除了努力提高工业机器人性能外，我国还要大力加强大型、专业应用工程软件开发工作。在工业机器人作业系统中，周边装备和控制单元占总成本的80％，这些装臵的研发与集成决定着整个作业系统的开发周期，其技术性能直接影响系统的生产效率和产品质量，机器人作业系统开发已成为制约工业机器人推广应用的关键因素之一。
五是努力进入汽车领域，并积极开拓新的应用市场。汽车业是工业机器人应用太户，我国将汽车业作为支柱产业加以发展，虽然国外工业机器人厂家在此领域具有较明显优势，但仍可以避实就虚，在众多中小企业中大显身手。
六是加强人才队伍建设。给高技术人才创造发挥聪明才智的长效机制，吸引人才，培养人才，留住人才，高新技术企业的竞争是人才的竞争，没有人才，何谈发展。
迅速发展的航空显示产业当前备受关注,由于液晶显示具有低能耗、高可靠性、安全性、数字化接口等优点,目前国际上各类飞机例如大型客机、大型运输机、支线飞机、直升机等显示系统均采用有源矩阵液晶显示取代原有的机械仪表指示和阴极射线管显示,成为航空电子仪表系统的主流发展趋势。然而航空应用对于其显示器件在高温、振动或其复合环境下的适应性具有较高要求,除了要求长寿命不出失效性故障外,由于空中任务的并发性、瞬时性,显示终端直接关 然不存在CRT那样需要 畸变校正、易受磁场干扰等问题,但由于其显示介质关系着人机信息交互的效能,对于显示的图像质量也要求较高。有源矩阵LCD虽对振幅和位相均敏感的背照明透射型材料,某些均匀性缺陷也会影响到飞行员对于色彩灰阶要求较高的显示画面如数字地图等的观察效果。因此随着现代航电系统的升级,显示设备功能越来越集成化,与图像质量有关的显示问题也越来越被重视。涉及视觉效果的问题以往多数依赖于主观评价。例如颜色mura,常温下,液晶显示器颜色显示正常,随着温度升高,颜色mura开始出现,温度越高,颜色mura现象越严重,目前还缺乏衡量手段,就靠人的主观判定,不同人把握程度较难控制,视觉敏感性也有差异,可能导致前后标准不一、不同人标准不一,导致人力的极大浪费,很有必要建立一个评价方法,对颜色mura现象进行定量分析,本文的研究正是基于此。
1目前衡量显示一致性的常规方法
对于液晶显示设备的一致性,一般采用对称多点取样测量亮度、色度,然后利用均匀性或色差公式计算极端偏离值的方法。
关于取样方式和取样点的数量,不同的标准文档中有不一样的规定,例如VESA平板显示测量标准中建议9点和5点两种取样方式[2]图1(a),图1(b),SAEARP4260A航空平板显示光度色度测量方法中示例的是13点测量法见图1(c),而国内的电子行标和航空军标都采用了9点取样法。不同的面板厂家执行的标准也不一样,或者兼行几种方式,例如执行9点测试法的有友达、日立、夏普,5点的有Hydis、NEC、奇美、三菱、夏普、LG,13点的有三星、LG。即使同样的取点数,取点位置的规定也有所不同,例如同为9点法,VESA标准中要求边距占1/10,而Sharp为1/6,日立为1/4,国内电子行标为1/9。
取得样本点数据后,亮度均匀性的定义可以采取正负面两种指标评价方式,例如均匀度可以定义为:
不均匀度可以定义为:
公式(1)和(2)中:U为亮度均匀性,无量纲;LU为亮度非均匀性,无量纲;Lmax为测试点 中的最大 亮度值,单位为cd/m2;Lmin为测试点中的最小亮度值,单位为cd/m2。
这种均匀性评价和非均匀性评价对于有限离散点的取样和计算得到的结果包含信息量太少,只能按照规范规定的点进行取样,无法直观反映不均匀现象的特征。
在SEMU中,mura缺陷在刚 好可识别 (Just noticeabledifference;JND)的情况下的对比度与缺陷面积的关系可表示为:
在公示3中:Cjnd表示在JND时的对比度(%);
Sjnd表示mura缺陷在JND对比度时 的面积(mm2)。
JND是通常用在生物学中的一个概念,可以定义为在某种特定的传感输入下,人类可以察觉到的最小的亮度差。也可以理解为阈值差或微分阈值。在Weber法则中初次对其进行了定义:
如果L和ΔL是刚刚可以分辨的亮度差,ΔL/L近似为一个常数CW。
在实际中它通常用来表示一个统计值,即可察觉和不可察觉的概率分别为50%。
在公式4中:
|Cx |表示所测量mura缺陷的平均对比度;
|Sx |表示mura缺陷面积(mm2);
Semu即为mura缺陷的等级。
采用阈值分割法 将Mura区域分割,C1和C2分别表示轮廓曲线C内部和外部的平均亮度值,可以直接求解Cx:
由于液晶显示器一致性问题通常表现在颜色异常上,亮度对比度的方法不能对其进行衡量,需要对Semu公式进行进一步完善。
2利用机器视觉对显示一致性进行评价
我们利用机器视觉方法对某种因素导致的某型机载液晶显示器色度不均匀性进行了分析,为了数据的精确性,我们取了一个某种型号的液晶显示器C。针对颜色的不均匀性具有随温度升高越严重的特点,对某型号液晶显示器C在45℃、50℃、55℃、60℃、65℃温度下的现象进行观察。在测试上采用柯尼卡美能达的CA-2000,测试点取490×490,测试角度测量角度90℃±1℃,测试距离取750 mm,测试装置如图2所示。然后通过不均匀区的二维灰度分布来分析这种色度不均匀性的程度、分布、变化特征。此设备能够对整个液晶显示器的每一点的亮度、色坐标、色温、主波长等参数进行记录。由于从视觉上观察此不均匀主要表现在液晶显示器底部颜色不均匀不断加深,本文从色温方面对颜色mura现象进行量化。对C样品的测试情况如下表1所示。
采用基于亮度的SEMI评价标准很难准确地描述颜色mura。因此,为了有效地描述颜色mura,我们有必要建立新的评价标准。因此我们采用色温取代亮度,作为液晶显示器颜色mura评价的基本量。
保留SEMI标准中mura评价的基本公式(3)和(4),结合实际情况,对公式(5)修改,修改后的见公式(6):
公式(6)中,Cx为所测量颜色异常mura区域的平均对比度,T1和T2分别表示轮廓曲线C内部和外部的平均 色温值,可以直接 求解Cx,基于公式(3)、(4)和(6)对样品C颜色异常点进行定量评价,不同温度下异常点的Semu如下表所示。
T1代表正常区域色温、T2代表颜色异常区域色温,S 代表异常区域面积。
通过表2,并结合人 眼视觉观 察,综合评估 认为,Semu值大于0.05,可以判定颜色异常已超出人眼可以接受范围,通过样品C在不同温度值颜色异常的Semu值进行比较,随着温度的升高,Semu值增大。这和个样品C实际视觉 观察效果 相吻合。继续测试其它两套模块,也是符合此规律的。
3结论
军用液晶显示器由于其使用场合的特殊性,要求其在-55℃至70℃范围内能够正常工作,且画面显示质量无异常。目前没有评价画面质量的统一标准,至于VESA等标准评价均匀性的方法不能够实际反映画面颜色质量均匀性的好坏。至于SEMI标准的mura缺陷评价方法,只能够对亮度不均匀性进行评价,而对于颜色mura现象具有一定的局限性。
本文在参考SEMI标准,结合颜色异常实际情况的基础上,建立了解决颜色mura,的较好的量化模型,很好地对颜色mura进行了量化。该模型对提高产品质量和机载显示效能,改善飞行员的视觉疲劳和避免态势误判具有重要意义。
摘要：选取一个在高温下存在颜色mura现象的样品,在45℃、50℃、55℃、60℃、65℃等温度条件下,使用CA-2000对mura现象进行色温测量,结合SEMI标准,制定一个mura定量评价标准。试验结果表明,颜色mura越严重,标准semu定值越高。该标准完全可以对颜色mura进行定量评价,避免不同视觉观察效果不一致的情况。
关键词：航空,液晶显示,机器视觉,mura
参考文献
[1]SEMI D31-1102,Definition of Measurement Index(SEMU)for Luminance Mura in FPD Image Quality Inspection[S].2002.
[2]SEMI D41-0305:Measurement Method of SEMI Mura in FPD Image Quality Inspection(2005.1)
[3]VESA Display Metrology Committee.Optical MeasurementsPhotometric and colorimetric:Uniformity[S].Flat Panel Display Measurements Standard(Version 2.0),2001,306:115-120.
