机器人技术论文范文第1篇
关键词：工业机器人;NJ控制器;Sysmac Studio;视觉分拣;物料搬运 文献标识码：A
Delta机器人属于高速、轻载的并联机器人，一般通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体，由三个并联的伺服轴确定抓具中心(TCP)的空间位置，实现目标物体的运输、加工等操作，主要应用于食品、药品包装和电子产品装配等行业。
采用Sysmac Studio软件设计的Delta机器人控制系统，通过NJ控制器内置的EtherCAT高速通信端口，提高图像处理系统、控制器及伺服驱动器输入输出数据处理的速度，实现高速、高精度控制，在线拾取移动速度较快的工件。同时，由于实现了一体化控制，编程语言得到了统一，从开发和维护的角度来说，提高了实时性和维护性。此外，使用Sysmac Studio软件平台，通过简单的设定即可完成对控制器、网络、伺服以及其他现场设备的配置，通过内部功能块即可完成复杂的运动控制，并可使用NS统合模拟及仿真功能，提高程序的调试效率。而在实际现场，通过使用标准的RJ45连接器，即可将控制器与现场设备进行简单快速连接，因此两者的结合充分实现了Delta机器人在实际应用中的价值。
目前国内的机器人实验平台主要侧重于机器人的组成结构和原理方面的介绍、串联机器人示教编程的设计，对机器人技术的应用涉及较少，限制了学生在实验平台上的动手机会。本文构建的工业机器人实验平台可以进行多项并联机器人应用方面的实验，再结合机器视觉系统，引入机器人分拣的概念，贴近生产现场实际工况，更能激发学生的学习和研究兴趣。
1 实验平台的硬件组成
工业机器人实验平台主要由OMRON自动化运动控制系统、4轴Delta并联机械手、OMRON机器视觉检测系统、编程设备及相关软件4个部分组成。包括：
1.1 OMRON自动化运动控制系统
包括：基于NJ501-4310CPU的机械手控制专用CPU主机单元、主机电源、高速计数单元、开关量输入/输出单元、伺服驱动器与伺服电机、触摸屏、相关电缆，还有部分传感器、开关、继电器及连接线、接线端子等附件。
1.2 4轴Delta并联机械手
包括：4轴Delta并联机械手本体、外围流水线机架(两条输送带及控制输送速度的变频器、电机、旋转编码器、位置检测相关传感器等)。
1.3 OMRON机器视觉检测系统
包括：基于FZ3-350 Z的图像传感器控制器，FZ-SC2M系列200万像素工业机及相关镜头、光源、显示器、通讯电缆等。
2 机器人工作原理
2.1 Delta并联机械手的结构
如图2所示，Delta机器人的机械部分主要由固定支架、机械臂、可动支架三部分组成。三台伺服电机驱动A0、A1、A2三个关节，实现活动机架的定位。根据需要，在活动机架上还可以安装旋转头，由安装在固定支架上的第四个伺服电机通过传动轴控制抓具(TCP)中心转动。
2.2 Delta并联机械手的动作流程
如图3所示，从任意的点A(X1、Y1、Z1)开始到达传送带上的任意的点B(X2、Y2、Z2)为止进行门型动作。点A为Pick位置、点B为Place位置。往复动作的方法如下：(1)绝对位置移动。从当前位置到某一点(X2、Y2、Z2)之间进行绝对位置移动;(2)Pick&Place动作(输送带跟踪)。从某一点(X1、Y1、Z1)到某一点(X2、Y2、Z2)之间进行门型动作，某一点(X2、Y2、Z2)示意的是传输带上的工件坐标，机械手与传输带同步运动;(3)Pick&Place动作(定点间)从某一点(X1、Y1、Z1)到某一点(X2、Y2、Z2)之间进行门型动作。
2.3 Delta机械手的拾取原理
机器人用NJ系列CPU单元中使用以下三种坐标系：
2.3.1 轴坐标系(ACS)。机械手主动臂与固定支架平面在同一方向时的位置为0度，下侧为正方向，上侧为负方向，所有轴均相同。轴伺服驱动器也根据此坐标系设定，如图4所示：
2.3.2 机床坐标系(MCS)。如图2所示(Xm，Ym，Zm)的笛卡尔坐标系就是机床坐标系(MCS)，与轴坐标系(ACS)有确定的转换关系。
2.3.3 用户坐标系。用户坐标系(UCS)是虚拟坐标系，工件在机床坐标系和视觉坐标系中的坐标将统一转换成用户坐标系的坐标(Xu，Yu，Zu)，以方便机械手对传送带上的移动工件通过视觉检测来拾取。用户坐标系的Xu轴和输送带运行方向一致，原点可以设计成和机床坐标系相同。根据输送带上三个点MCS坐标(Xmi，Ymi，Zmi)计算出用户坐标系相对机床坐标系的偏转角度(Rx，Ry，Rz)，从而确定用户坐标系。角度计算用功能块“FB_3D_Coordinate_Conver”，确定坐标系用功能块“MC_DefineCoordSystem”。
如图5所示，视觉传感器可以识别通过输送带进入视野区域中的工件，来自于NJ控制程序的视觉触发信号根据输送带位置确定，输送带每移动一个固定的长度，发送一个信号给视觉控制器，触发视觉拍照。获取触发时刻输送带位置和工件拍摄坐标后，根据公式：输送带当前位置-触发时刻输送带位置+拍摄坐标=工件当前位置，当循环计算出来的工件当前位置在机械手可抓取区域内时，发出机械手抓取信号，抓取的目标位置为计算出的工件当前位置。
3 机器人实验功能
3.1 门型物料搬运实验
Delta机械手抓取目标工件时，以走门字形运动轨迹为主。本系统Pick&Place动作轨迹规划如图6所示，其中点A为Pick位置、点B为Place位置，点C为一个动作流程的结束位置。其中点A的位置由视觉处理分析获得，而点B和点C位置由用户设定。当视觉传感器检测到工件时，执行MC_SyncLinearConveyor指令，机器人与输送带做同步动作，机器人从当前位置追随工件，追上后抓取工件，并与输送带继续同步动作，如图示动作①和②。经过轨迹目标时间后，工件当前反馈的位置与指令设定的目标位置一致时，执行MC_SyncOut指令，采用同步停止的方式解除同步，如图示动作③。然后执行MC_MoveTimeAbsolute指令，向点B做门型动作，当在指定时间内到达B点时，机械手的TCP变为FALSE，如图示动作④。再通过C_MoveTimeAbsolute指令，向B点正上方的C点进行移动，如图示动作⑤，此时一个动作流程结束。当传感器检测到下一个工件时，如图动作⑥所示，机械手向A点进行门型动作，动作原理同动作①，只是此时的开始位置变成了点C。如此循环执行Pick&Place动作，直到有停止指令。
3.2 在线视觉分拣实验
在使用视觉获取坐标并控制机械手进行抓取时，首先统一视觉与机械手两者之间的坐标系，然后按输送带移动长度定间隔触发视觉，根据循环计算的结果，控制机械手在可抓取区域抓取工件。本系统可通过视觉处理进行工件形状、颜色、缺陷的NG(合格性)判断，决定是否对工件进行抓取，也可以抓取流动的混合工件定点摆放。同时通过识别工件在输送带上的摆放姿势，输出位置偏移角度数据，控制机械手抓取后，通过旋转伺服轴实现定位摆放。
4 结语
Delta机器人作为大学生实验平台，其高效、高精度的特点与现代工业高速发展紧密结合，学生通过相关课程学习和实验能够了解和熟悉Delta机器人的原理，为今后的学习和工作奠定基础。
项目中软硬件系统均符合当前自动化系统开放式、模块化、可重构和智能化等发展趋势，掌握应用于工业领域的机器人技术、计算机技术、自动控制技术、高速实时网络通讯等高新技术，为后续开发这类自动化生产线提供典型案例和积累经验，开辟机器人在新型产业中应用的广阔前景。
参考文献
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[2] 邹腾跃，唐小琦，宋宝，陈吉红.基于形状内容分析的机器人物料分拣系统[J].组合机床与自动化加工技术，2013，(5).
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[5] 郎需林，靳东，张承瑞，张岳，王云飞，刘亚男.基于实时以太网的DELTA并联机械手控制系统设计[J].机器人，2013，(5).
[6] 王月芹.基于欧姆龙NJ控制器机械手控制系统设计
[J].机电产品开发与创新，2013，(3).
作者简介：王栋(1994-)，男，四川巴中人，江苏大学机械工程学院本科学生，研究方向：机械电子工程。
(责任编辑：黄银芳)
机器人技术论文范文第2篇
一、工业机器人技术及应用课程在实际教学中暴露出来的问题和弊端
(1) 课程设计不合理, 理论与实践不能很好的相结合, 学生动手操作机会少。工业机器人技术及应用这门课程的学习不但要扎实的掌握理论知识, 还要熟练掌握编写程序和实际操作, 但是很多高职院校由于资金短缺, 无力购买与教学内容配备齐全的、价格昂贵的机器人设备, 即便有设备也大多陈旧落后, 数量有限, 所以很多实训课都无法真正开展起来, 理论课本来就比较枯燥, 实训课又少, 激发不了学生学习的热情, 调动不了学生的积极性, 很难达到预期的教学成果, 学生走出校园进入企业后也不能学以致用, 并加以创新。
(2) 操作的不规范导致各种安全隐患。工业机器人是一种高端、复杂的设备, 操作时必须严格按照程序进行, 但是由于一些教师本身就缺乏工业行业经验, 没有给学生起到很好的示范作用, 再加上学生系统知识掌握不熟练, 在实训过程中常常因为操作不当, 致使机器人设备出现不同程度的损坏, 因此机器人设备需要不断的进行维修, 这既造成了教学设备的紧张, 也给学校增添了不必要的经济负担, 给教学带来了一定的困扰, 加大了教学难度。
(3) 教材陈旧, 知识点落后, 教学内容与实际相脱节。目前各大院校所使用的教材都很难做到及时更新, 很多知识点已经过时, 一些技术也早已被淘汰, 教材中的知识点缺乏实践案例做支撑, 学生在校学到的知识永远是一些过时、滞后的东西, 在实际生产中, 这些知识多大再无用武之地。教学与实际相脱节这也是多数高职院校教学的通病。
二、高职院校工业机器人技术及应用课程建设的探索
(1) 高职院校与企业建立长期稳定合作关系, 企业为高职院校提供更多的实训机会。工业机器人技术及应用课程的开设是为了给学生提供高端就业机会, 为企业培养专业的人才, 推动工业机器人研制的发展和进步, 但是由于以往教材内容的陈旧, 教学与实际相脱节, 学校与企业没建立密切的合作关系等原因, 以致学生走出校园在工业机器人领域的就业并不理想, 而企业也依然缺少这方面的专业人才。企业与高职院校建立合作关系, 企业可以把最新的、真实的案例带入学校, 并在课程设计方面给校方一些建设性的意见, 使工业机器人技术及应用课程的设计更加合理和完善, 课程的安排由简入难, 层层递进, 学生对工业机器人由初步认识熟练掌握再到动手解决实际问题, 实现教学与实际真正相结合。与高校共同搭建学习平台, 真正的把实训与理论知识的学习相结合, 学生能够获得更多实操的机会, 见识更多新型的工业机器人设备, 这门课程不再枯燥无味, 学生的学习兴趣被激发, 学生的热情高涨, 实践出真知, 学生通过大量的实训创新意识也得到提高。
(2) 项目教学中, 教师引导与学生小组实践探讨相结合。为了避免学生因不规范操作造成工业机器人设备损坏和人身伤害, 在教学过程中, 教学必须加以正确、规范引导, 让学生熟练掌握工业机器人设备的组成结构, 正确操作规范和方法, 严格按照操作规范进行操作, 为了增强课堂的趣味性, 激发学生学习的热情, 在项目教学中, 教师可以把学生分成多个小组, 小组独立进行项目分析, 小组各成员交流、讨论项目解决方案, 最终小组确定最优方案, 教师对每个小组提出的解决方案分别给予点评, 修改和完善, 帮助学生更好的理解项目要求, 然后指导方案的实施。每个项目完成后, 师生一起都要对项目进行总结, 在项目互动教学中让培养学生独立思考能力、动手操作能力和解决问题的能力, 加深学生对知识的掌握程度, 提高学生的实际操作能力。
自从70年代, 我国开始涉足工业机器人领域的研究以来, 经过几十年不断的研究和改进, 我们取得了一些显著的成果, 这些研究成果用于工业生产中确实解放了部分劳动力, 提高了企业的生产效率, 也降低了一些高危行业的安全隐患和风险, 保证了工人的人身安全, 但是至今我们依然没有掌握到工业机器人最核心的技术, 与行业里顶尖国家相比, 我们依然落后很多, 归根到底还是人才的问题, 加快工业机器人领域人才培养和技术创新依然是我们工作的重中之重。
摘要：近些年, 一些高职院校陆续开设了工业机器人技术及应用这门课程, 使很多学生在校期间就接触到了工业机器人这一高端领域的知识和技术, 这也是我国在工业机器人领域的又一进步, 但在实践教学中我们发现, 不少院校在课程的设置以及理论与实践相结合等方面还存在着很多不合理、不完善的地方, 本文主要对这些问题进行深入的分析, 并探索如何在高校更好的开展工业机器人技术及应用课程, 以便为工业企业培养出更多机器人研发领域的核心人才。
关键词：工业机器人技术及应用,课程建设,探索
参考文献
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[3] 方小菊, 黄永杰, 刘东海.工业机器人技术应用优质核心课程建设总结[J].广西职业技术学院学报, 2017 (5) :27-29.
机器人技术论文范文第3篇
摘 要：在中国台湾偏乡地区，随着少子化浪潮和教育选择权的提倡，家长弃区内择他校的比例逐渐升高，偏乡小校生源严重不足，规模不断减小，以农业为主的当地政府财政紧张，偏乡学校正面临裁并。文章旨在以笔者在中国台湾探访的台湾屏东县饷潭国小、同安国小、南和国小三所偏乡学校为例，陈述偏乡小校的发展现状，通过分析如何利用在地资源发展学校特色，为面临困境的中国台湾偏乡小校提供发展策略和建议。
关键词：偏乡小校；学校特色；发展现状；发展策略
一、概念界定
1.偏乡小校
中国台湾《偏远地区学校教育发展条例草案》对偏远学校作如下定义：位于离岛、山地乡、直辖市山地原住民区、海拔1000米以上；校门口距公共交通工具站牌2.5千米以上；村里或部落办公处所距国中小5千米以上，且缺乏公共交通工具可以到达学校；有其他文化不利、生活不便、经济不佳之特殊情形，依地方主管机关认定，经所属教育审议委员会通过的公立中小学。
2.学校特色
“学校特色”是课程松绑、教师专业自主及尊重个别差异的学生，使学校更加有其特色。台湾教育主管部门指出特色学校主要是利用在地特色与人文特质，结合在地产业文化、民间业者等异业联盟，设计有意义的课程，扩大学校空间效益，融入产业文化、山川景观、自然生态、人文遗产等，提供优质化、多元化、丰富化的课程发展素材，发挥创意经营与实质效益，突破各校发展风格，形塑品牌特色学校，并珍视环境永续与生态教学观念，打造新概念的校园。
二、台湾偏乡小校发展现状
1.地处偏僻，资源不足
台湾的教育资源分配存在城乡差异，而少子化现象加剧了这一矛盾。偏乡小校地处偏远，务农为本，文化刺激有限，学习资源不足。由于待遇较低，师资流动率高且结构失衡，专业教师资源不足；资讯不流通，信息资源获得滞后。结合课本的多媒体及教具运用频率近年有所增加，但仍少于城市，对拓展教学思路和学习者视野十分不利。
2.家庭困难，起点落后
偏乡学校的生源所在家庭以农、工为主，普遍存在经济困难、单亲家庭、隔代教养、父母其中一方服刑等状况。父母农务繁重，只能“养育”而无法“教育”，对教育的重视不及赖以生存的农业，家庭资源主要投入非教育部分。一方面，这导致学生起点落后；另一方面，班亲会即家长会常常不能有效开展，影响家校沟通。
3.文化特殊，特色发展
偏乡学校所在地往往具有独特的文化源流，与众不同的族群、宗教文化及历史背景，为教学课程设置和校园环境打造提供了素材。不少偏乡学校正努力在尊重学生学习权利的前提下，挖掘自身优势，进行“文化回应教学”的理念学校建设，发展校本课程，并以此吸引区内生源。
4.基础薄弱，有待加强
因地制宜建设特色学校，本是偏乡学校可以发挥的一大优势，但在这一过程中，部分学校易于忽略学生基础学科领域学习能力的培养。这些学校要求学生呼应课程建设，走出教室，就近取譬，多元思考，但与此同时忽略了知识系统传授的必要性和体系化知识框架的建立；另外，由于教师编制紧张，教师兼任行政工作，难以专注教学实践及反思，一定程度上影响了教育质量的提高。
三、台湾偏乡小校发展策略
1.合理评估学校内外各项条件，挖掘优势特色项目
学校特色必须具备教育性、独特性、优异性、普遍性与永续性等。根据在地优势建设的学校特色项目即是最好的教育内容。台湾屏东县饷潭国小位于大武山脚下，环境优美，原生动植物种类繁多，学校因地制宜开创生态理念课程，借由环境教育与户外教育课程，培育学生关怀家乡土地、关心生命与提升自我观察学习的敏锐度，让学生有机会与大自然对话，提升人文涵养；台湾屏东县南和国小依据生源发展原住民特色文化课程，保护在地文化，如聘请人才开设排湾族原住民族语课、坊寮美术村美术班，同时重点培养和保护学生天然的音乐能力，因材施教，保证每个学生在毕业的时候都能掌握一种或多种乐器；台湾屏东县同安国小则利用特色教师资源，开设机器人科学教育理念课程进行科学知识的启蒙，希冀培育出能够从生活周遭发现问题、面对问题、设法解决问题的“创客”。
2.以积极姿态寻求政府和民间投入
屏东县偏乡小校受屏东县政府教育处管辖。学校为建设学校特色，争取支持教学、日常运转及设备维护的支出，在常态经费和县政府的补助之外，还应以积极姿态寻求各种经费支持学校的可持续发展。屏东县南和国小的陈德兴校长外出募捐，以学校的特色办学成果为演讲内容，用自身办学理念及人格魅力吸引资金流入，教师也会在社交平台上扩大影响力，并争取親朋好友的协助；屏东县同安国小的毕业校友、家长委员会委员及顾问会提供外部资源，社会和家长如果对学校有信任感，也会进行募款；屏东县饷潭国小则是响应教育部门的号召，撰写竞争型计划（英语教学创新方案、理念学校、品德学习计划等），通过申请专案解决经费不足的问题。
3.家校合作、社区协作，产生区域效应
偏乡小校充分发挥在地优势的同时，还应该积极“走出去”，通过实践和宣传，深入学生家庭和社区，以学校为中心、教育热忱为半径，构建具有延伸和辐射效果的学习社区，让特色教育真正走进在地人心中。
例如，屏东县同安国小印制《同心圆》宣传册，运用各种媒介向家长作校务宣导。屏东县饷潭国小邀请社区发展协会的理事长和总干事进校园一起办活动，协助校园发展公共关系；申请办理所在地台湾屏东县新埤乡的乐龄学习中心，开办成人教育班，关怀长者、合作互助；定期举办家长和其他社区成员参与的学生公听会；进行社区水质监测、环境打扫、关怀独居老人。通过家校合作、社区协作，发挥地区优势，建设良好的沟通平台，促进学校特色和理念的推广，逐步形成社区共同体，加强地区认同感。
4.兼顾特色课程实施与基础能力培养
偏乡小校应该兼顾自身优势及特色建设和基础能力的培养，切忌本末倒置。在对三所学校的教师的访谈中，笔者发现，教师对于特色学校、理念学校建设的疑虑主要集中在基础领域的教育能否受到应有的重视和尊重。基础领域的学习是提升学生未来竞争力的关键。偏乡小校的班级人数少、整体规模小，有时一个年段只有一个班级，在这种环境中学生的竞争意识不强烈，学校也往往不给出排名，长此以往导致学力下降，基础能力薄弱。因此，学校在打造特色课程的同时也应投入精力，加强周三教师进修和专业发展，辅之以必要的行政措施，兼顾学科学习能力和探索精神的培养，从而真正促进学生多元、综合能力的发展和巩固。
5.建立评价机制，在实践和方案调整中循序渐进
特色学校的经营必须辅之以必要评价机制，学校特色的愿景、计划、策略和行动在一以贯之的同时更需要内外呼应的监督，从而在评估、调整、再评估、再调整的滚动上升式循环中达到加强学校竞争力和影响力的效果，最终获得校内成员的归属感和校外各方的认同。
（作者单位：南京师范大学教育科学学院）
机器人技术论文范文第4篇
关键词：智能;制造;工业;机器人;发展;趋势
近年来在社会经济的快速发展之下，我国的制造能力也随之获得了很大的提升，结合各行各业生产活动开展的需要，生产制造出了大批产品，其中工业机器人便是重要的一种，融合有多项先进技术，在多类型的工业企业生产作业中有应用，促使工业生产质量、效率和之前相比较有着质的飞跃，因此工业机器人需要在后续的工业生产作业中大力进行应用和推广，与此同时研究人员还要对工业机器人应用成效及缺陷不足作以调查分析，之后对于工业机器人做好优化改进研究，最终使得工业机器人的利用有效性逐步增加，良好的为工业产业发展作贡献。
一、工业机器人的构成与类型
对于工业机器人构成情况进行研究分析，可知主要包括三方面，即操作机、驱动装置、控制系统，这几个部分组成后且在共同发挥作用之下，便可以确保工业机器人有效发挥使用价值，其中操作机在使用时可以发挥出与人的手臂相类似的功能，驱动装置在利用时主要发挥着供给动力的作用，和操作机相连接之后确保操作机工作期间的动力充足，控制系统在工作过程中主要对设备动作加以控制，促使机器人可以依照指令直接发出需要的动作。工业机器人类型可采用下列方法进行分类，其一为控制方式分类法，依据该法可将工业机器人分为连续轨迹控制、点位控制两类，前者使用时可完成检测或者焊接等工业生产活动，后者机器人应用时可完成搬运、点焊等生产工作;其二为驱动方式分类法，可将工业机器人划分为电力驱动机器人、气压驱动机器人、液压驱动机器人，电力驱动机器人使用时可通过交流或直流伺服电动机开展工作，气压驱动机器人工作期间具备构造简单、成本低廉及工作效率高等优势，液压驱动机器人应用在工业生产当中具有较强的抓取能力、防爆性能;因此基于上述工业机器人的分类情况，需要工业行业的企业在具体利用工业机器人可以结合生产活动开展需要做出合理的机器人选择。
二、智能制造时代的工业机器人发展新趋势
当前我国的制造业在发展期间，充分吸取以往进行该产业发展的经验教训与当前最新的发展理念、技术，作以了智能制造业的发展，促使我国制造业的现代化发展水平显著提升，所以在此种制造业发展背景之下，需要工业行业对于工业机器人加强未来发展趋势的研究，从而引导工业机器人研发制造企业能够设计制造出相应的机器人，未来为工业行业发展提供更加优质的服务。
1.更加智能的机器人
工业机器人更加智能为相关机器人未来发展的一大主要趋势，具体而言为常规情况下工业生产当中使用的工业机器人可以在固定设置的地方通过计算机控制，结合程序指令进行特定生产作业任务的有效完成，有着极高的工作效率，相关工业产品的加工制造精度高，但是结合未来工业生产的需要，可以了解到当前使用的机器人在感知作业环境、人机互动等方面，还有着较多的欠缺，因此在未来进行工业机器人研发制造时，需要科研人员做好下列工作：对于工业机器人的特性做进一步的提升优化，也就是需要工业机器人在利用过程中除了可以在工业领域内利用外，还可以在其他行业内进行有效的利用，并且机器人工作期间自身可以与其他的智能设备作以连接，之后进行相关智能作业信息的有效共享，还需要研发人员对其作以智能人机交互界面的设置，促使机器人在作业时人们可以直接在交互界面之上进行操作， 确保机器人能够更加高效的开展活动;对于工业机器人进行更加智能化的设计研发期间，需要工作人员对于工业机器人拾检不同物品的能力进行优化设计，以往工业机器人进行物品拾检时主要通过设置的程序来完成工作，而且仅可以对单一物品进行拾检，作业效率相对而言还有待提升，因此提示设计人员可以对工业机器人在不作以专门拾检物品程序设计的基础上进行机器人捡取不同物品能力的提升，例如目前谷歌集团便在大力进行六轴机器人捡起多种物体的研发。
2.与人类协作、互动的机器人
工业机器人在现阶段的使用中与人们的协作互动较少，这就要求研究人员能够在之后朝着与人类协作互动机器人有效研发的目标不断进行探索，做好此种新型机器人的研发工作。新型工业机器人在研发时需要对机器人智能化的了解工作环境能力进行提升，并且要强化机器人与人类互动的能力，从而使得机器人在工业行业利用时的安全性大大提升，操作便捷性提升，而且机器人可以灵活的在作业环境中穿梭，最大化的节省空间。总结与人类协作互动能力强机器人的市场需求情况，可知当前在工业、医疗、农业、家居、物流等多个方面均对该种新型的智能机器人有着极大的需求，其中在家居领域内，借助于新型的机器人，可以帮助人们更好地开展家庭劳动，提升人们的生活质量，促使人们有着充足的时间从事更感兴趣的生产生活活动;在农业领域，由于目前我国正在大力进行现代化农业发展，在此期间使用了较多的机械化设备，那么为了进一步提升农业发展成效，则需要采用更加智能、能够和人类进行协作互动的机器人进行农业生产，促使现代化农业生产活动取得满意的结果;在物流方面，由于我国当前的物流业发展迅猛，相关货物运输、装卸时需要使用大量的人力资源，由此产生的成本非常高，所以借助于智能机器人可以良好的开展物流运输工作，尤其是一些难以利用人力进行装卸的货物，直接采用机器人便可以方便快捷且低成本进行作业，显著降低物流行业发展的成本，不断增加盈利;在医疗行业，可以通过智能机器人完成一些精细化的手术，促使手术成功率大大提升，还可以在医院收治传染病患者时或者是对环境洁净度要求较高的重症监护室收治患者时，同样可以采用具备较强与人协作互动能力的机器人，便可以保质保量的完成患者疾病诊治工作，患者最终的疾病治疗结果好，可以尽快康复出院，发生院内感染的风险小;在工业领域，在工业生产作业期间，部分企业加工制造的产品属于精密仪器，或者部分产品的加工制造环境危险性高，如果一直使用人工手段进行加工制造，那么容易出现产品生产质量不高、作业人员伤亡事故，所以可以利用与人类协作互动强的机器人便可以良好的规避这些生产作业风险，确保工业生产活动有效进行。
结语
工业机器人在当前我国的社会经济发展中有着较多的应用，而且取得了理想的应用效果，所以需要工业领域当中的诸多企业在未来的经营发展中，坚持创新发展的眼光，充分利用多种先进的科学技术，不断加强工业机器人及其应用的研究，结合工业机器人在智能制造大环境之下的发展趋势，有效提升机器人的各方面水平，确保智能机器人在行业应用过程中发挥出最大的价值，促使企业相关企业的经营发展实力得到极大的提升。
参考文献：
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机器人技术论文范文第5篇
JIA Dong-dong
(Jinfeng Coal Mine， CHN Energy Ningxia Coal Industry (Group) Co.， Ltd.， Yanchi 751504， China)
【摘 要】目前，国家正在大力推广智能矿山建设，其中智能机器人的使用是智能矿山建设中的关键组成部分，智能机器人的广泛应用可以在一定程度上减轻工人的劳动强度，代替工人在一些较为危险的场所作业，极大地保证了工人的安全。论文主要介绍了宁煤公司在智能矿山建设过程中即将投入使用的几类机器人，分析其设计思路、原理、结构及应用前景，具有较好的推广价值。
【
【關键词】机器人;智能矿山;示范煤矿
【
1 智能机器人的应用背景
为贯彻党中央国务院关于人工智能的决策部署，推动智能化技术与煤炭产业融合发展，提升煤矿智能化水平，促进我国煤炭工业高质量发展，2020年3月，由国家发展改革委、能源局、应急部、煤监局、工信部、财政部、科技部、教育部8部委联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，2020年11月25日，国家能源局、国家煤矿安全监察局响应8部委号召，下达了《关于开展首批智能化示范煤矿建设的通知》，在71座智能化示范煤矿中，国家能源集团宁夏煤业有限责任公司(以下简称“宁煤公司”)下属的枣泉煤矿、红柳煤矿、金凤煤矿赫然在列，3座矿井一次性入选，足见宁煤公司对智能化建设的重视程度。目前，这3座矿井的初步设计已经完成，其中有很大一部分涉及智能机器人的使用。2021年12月28日，工业和信息化部等15部门联合印发了《“十四五”机器人产业发展规划》，更加明确了煤矿机器人使用的范围，宁煤公司结合现场井下工人作业场景，本着减轻工人劳动强度、降低工人作业危险度的原则，以解决实际问题为出发点，提出智能水仓清淤、无人飞艇巡检、自主喷浆作业等一系列的机器人需求，同时，未来智能机器人的建设能够有力推动国家相关政策的执行。
2 智能机器人的国内使用情况
目前，国内比较成熟的机器人主要侧重于巡检机器人、采煤机器人、掘进机器人、选矸机器人等，一些关键技术的实现，例如，无人驾驶等先进技术，也已经在准能集团黑岱沟露天煤矿地面卡车实现，经过改进，无人驾驶甚至已实现了自主避障。巡检机器人包括轨道式、轮式、履带式，可以搭载摄像仪或各类传感器，可实现照相、气体浓度探测、红外探测、自主避障等功能，该类机器人厂家众多，如神东大柳塔煤矿的山西戴德智能巡检机器人、同煤大唐塔山煤矿实地应用的中信重工第四代井下巡检机器人、神东补连塔煤矿上线的天津华宁皮带巡检机器人、大柳塔煤矿的危险气体巡检机器人、保德煤矿的液压开槽机器人等。
如果以上机器人都是单个系统使用，那么陕煤集团神木柠条塔矿业公司则将智能机器人做到了集群化研发，2021年7月，开发出了智能化综合管控与机器人集群协同调度平台，现有与在研地面及井下机器人近20种，覆盖《煤矿机器人重点研发目录》相关机器人种类的40%以上，初步实现集群效应。
在宁煤公司中智能机器人也得到了广泛使用，其中金凤煤矿建成的武汉七环变电所轨道巡检机器人、红柳煤矿使用的自动焊接机器人、麦垛山煤矿带式输送机智能调速系统、灵新洗煤厂的智能选矸机器人，以及覆盖宁煤公司80%综采工作面成套自动化设备的使用，都为宁煤公司智能化建设作出了巨大的贡献。
3 宁煤公司智能机器人的设计思路
宁煤公司机器人的建设借鉴了全国范围内先进机器人的建设经验，对于应用成熟的机器人如选矸机器人、轨道巡检机器人等，直接“复制粘贴”到各矿井使用，在此基础上宁煤公司与中煤科工集团正在联合开发井下清淤机器人、主运输皮带无人飞艇巡检机器人、综采工作面电缆自动拖拽装置、巷道喷浆机器人共4种较为先进实用的特种矿山井下用机器人。除综采工作面电缆自动拖拽装置目前市面上有基础产品外，其余的3种均为全国范围内首创，如果研发成功，将填补市场空白。目前，项目正处于研发阶段，尚未投入使用[1]。
4 宁煤公司特色机器人概述
4.1 井下清淤机器人
自主化水下清淤机器人要具备满足自主淤积监测和自主清淤作业要求的探测系统、机械结构、智能控制系统和清淤系统，可实现在线自主淤积层厚度监测、水仓储水三维空间自主构建、水仓淤积程度和蓄水能力在线评估。研究基于光纤惯导、多普勒计程仪以及模型参考自适应位置推算的水下高精度自主定位技术，使当前及未来矿井机器人实现跨介质定位涉及的初始对准、覆盖式自主清淤作业、自主返航过程中的高精度定位和导航技术。自主化水下清淤机器人的设计不仅要求具备单体设备排淤能力，还需根据矿井实际清淤排淤工艺进行配套工艺设计及控制策略调整，从而满足大多数煤矿对于矿井水仓清淤排淤自动化的需求(见图1)。
该机器人是采用“刚性液压履带行走+液压动力驱动装置+高效矿用混凝土泵”组成的高效清仓机器人，将稠煤泥通过远程遥控柱塞泵输送到采空区。整机为全液压先导控制，为适应水仓工作环境，电力部分只包括：一台YBQ22KW矿用隔爆型潜水泵用电动机、一台KXB120矿用隔爆控制箱(外置电缆拖放装置)、矿用隔爆型电磁阀及矿用FYF/FYS30无线遥控装置。为保证机器人可将淤泥推到柱塞泵附近，机器人需要具有一定的轨迹规划能力，并设置清淤机器人水仓避碰的安全保障机制，因此，提出基于“同步自主避碰+高效清淤”并行自主行为优化方法，研究在非结构环境下自主化清淤机器人高效可靠清淤作业、自主返航等作业流程中自主避碰与轨迹规划方法，实现高精度局部环境探测和在线全局地图构建相结合的路径规划。
水仓清淤机器人作业过程中设置3个工作区，每个工作区放置一台柱塞泵。柱塞泵固定预埋至水仓底部坑槽内，上面铺设格栅板，泵送的淤泥通过固定的管路泵送至缓冲搅拌设备。清淤机器人按照规划路径，通过程序控制，把每个工作区泵送设备周围的淤泥源源不断地推至泵送输入口。为提高工作效率，巷道每隔40 m布置一組泵送装置，分为3个工作区，机器人在某一工作区工作时，该泵开始工作。
机器人由淤泥铲装置、行走装置、液压动力系统、环境感知系统、无线遥控电气系统和卷缆收放装置等组成，按照设置自主或人工遥控完成清淤作业;清淤机器人驱动液压部分具有精准控制功能，避免机器人运动时出现不受控制的大幅度动作现象;推土机器人自带电缆收放功能装置;全液压驱动，整个系统要求采用开式回路，具备清淤装置控制油路、负载反馈式比例多路阀组成的油路(行走等功能油路);配置有激光传感器+双目视觉传感器，能够实现与推土机器人推铲的联动控制。
水仓机器人攻克的关键技术包括自主监测、自主定位、自主导航、自主避障及适应井下水仓恶劣环境的机械、电控技术[2]。
水仓清淤机器人如果研发成功，可以改变煤矿之前依靠人工穿上防水服，进入水仓用矿车或者铲车人工将淤泥清出的情况，可以节省5～10名清仓人员，没有人员进入水仓作业，大大提高了安全性，同时，减少了局部通风机的使用，更有利于节能。
全程无人干预、自主检测、避障、清淤高度集成化的机器人设计相信在不久的将来一定能在煤矿井下水仓内发挥巨大的作用。
4.2 井下无人飞艇机器人
宁煤公司第二项开创性的机器人当属井下无人飞艇机器人(见图2)，该飞艇采用蠕动飞行技术，蠕动飞行是利用仿生学原理，通过蒙皮材料与巷道顶部摩擦，艇体扭动、摆动形成动力，使飞艇缓慢沿巷道顶部攀爬飞行的一种飞行技术。机身内充满氦气，氦气比重低，约大气密度的1/10，1 m3约1 kg浮力，可为飞艇提供升力。飞艇艇体外膜材料要容纳氦气，本身重量要低，要具有一定强度，弹性要好，不易刺穿，拼接后不漏气。聚四氟乙烯膜作飞艇氦气内胆，通过压铸加强条，使气囊充气前保持一定形状。多个气囊串联，中间使用可变柔性材料连接。中间连接可变柔性材料，具有电场作用下形变能力，通过对其施加电压，改变材料的弹性。反复有序的控制材料的形变，可实现飞艇的空中扭转或摆动、伸缩等动作。通过连贯的动作组合，实现飞艇的蠕动飞行。飞行器在井下无法避免尖锐的金属碰撞摩擦，聚四氟乙烯具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。通过飞行器前缘加固设计和几何形状的优化，可有效避免飞艇主动碰撞引起的撕裂或刺穿。飞艇表面材料覆有统一朝向倾斜45°的纤毛，艇体在伸缩蠕动时，纤毛充当棘爪，钩挂岩面，使艇体移动。通过薄膜内贴沉薄膜天线，使用飞行器可与周边近场通讯设备进行信息交互，并高效地存储利用剩余能量[3]。
该飞艇可实现全自主巡检功能，包括自主起飞、降落、侦检、传输等功能。机身搭载摄像仪及气体分析设备，可实现远程拍照、远程气体分析及粉尘浓度测定，代替工人在布满粉尘的巷道内巡检，飞艇经过通讯基站信号覆盖范围时，将现场情况的照片及传感器数据通过网络传递到指挥中心，并可对采集的飞行、扫描等数据进行分析，为决策提供数据支持。系统支持多媒体形式发布信息，能以不同的模式按照区域显示态势、文本、表格和音视图像信息。
无人飞艇攻克的关键技术主要有：自主起飞、巡检、远程监测、抓拍、信号传输及外皮材料的选用。
该飞艇设计在红柳煤矿主斜井带式输送机上巡检使用，设计续航时间为1 h，续航里程不小于1 000 m，可实现对主运输带式输送机连续巡检。该技术是首次应用到井下，如果能够成功使用，可以替代人工巡检，每天减少3名巡检人员，将巡检人员从煤尘飞扬的环境中彻底解放。
4.3 井下噴浆机器人
煤矿井下喷浆作业时，喷浆料用混凝土料喷到巷道壁上时会大幅度回弹，喷浆机搅拌过程中也会扬起大量的水泥灰，造成空气极度污浊，吸入的混凝土颗粒对人体危害极大，极易造成职业病，喷浆机器人的研发就是为了解决这个难题(见图3)。
喷浆机器人是应用于井下巷道，能够多角度喷射混凝土的一种智能作业机器人，主要由行走机构、机械臂、喷浆工具端、驱动模块、智能感知模块、控制模块和通信模块组成。机器人的作业流程：首先通过人工对作业面进行作业区域范围规划，机器人机载激光雷达对已规划面进行激光扫描建模，构建作业面三维数字模型。其次计算机通过三维数字模型计算机械臂运动轨迹及作业面施工量，地面调度人员按施工量配送混凝土及调度罐车，罐车及泥浆泵车到位后，展开喷浆作业施工。最后喷浆作业施工结束，即可对已完成作业面进行激光二次建模，并将该数据上传数据中心。重复上述步骤，完成巷道喷浆支护掘进工作。具体指标：移动速度(空载)中最大移动速度1 m/s;喷浆回弹率低于20%;连续工作时间不低于3 h。
该机器人攻克的关键技术包括：喷浆臂运动轨迹计算、三维自主建模、自主计算喷浆用量。该机器人率先全套在枣泉煤矿设计使用，如果能够实验成功，可以减少2～3名喷浆人员，只留2～3名上料人员在后巷补充上料即可，喷浆总作业人数可以从原来的6人减少到3人。
4.4 其他先进技术的应用
除了以上机器人外，宁煤公司计划使用捡矸机器人、主运巡检机器人、综采工作面电缆自动拖拽装置、综采工作面沿空留巷挡矸支架、综采智能化开采控制技术、智能掘进技术、高低压开关柜“五遥”功能改造、基于UWB技术的精确人员定位技术、5G车辆无人驾驶、副立井提升系统电梯智能化改造、综采工作面TGIS透明开采技术、智能安检、智能采暖、智能供水、智能通风、智能润滑以及大量机房硐室无人化改造等先进技术。本次智能化建设覆盖面广、涵盖专业多、改造技术多样，能够大幅度提高煤矿智能化水平，为3个国家示范矿井达到中级标准提供支持。
5 结语
煤矿井下机器人的广泛使用，响应国家政策，能够大幅度替代工人从事危险作业，相信不久的将来我国会出现一大批更先进更智能的产品，形成一个以煤矿机器人为核心的产业链，持续不断地推动煤矿行业的蓬勃发展。
【参考文献】
【1】王国法院士：煤矿智能化十大“痛点”解析及对策[J].智能矿山，2021，2(3)：1-4.
【2】王国法.煤矿智能化十大“痛点”解析及对策[J].企业观察家，2021(7)：95-97.
【3】王国法，任怀伟，赵国瑞，等.煤矿智能化十大“痛点”解析及对策[J].工矿自动化，2021，47(6)：1-11.
【作者简介】贾冬冬(1984-)，男，山西洪洞人，工程师，从事煤矿设备研究。