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摘 要：随着计算机技术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，工业机器人已成为一种高新技术产业，为工业自动化发挥了巨大作用，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了工业机器人的国内国外的发展状况并对工业机器人的发展趋势作了预测。
关键词：工业机器人；发展历程；现状；发展趋势
1 工业机器人的发展历程
自1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念以来，工业机器人就得以不断地发展。概括起来，工业机器人的发展历程为3代：
第1代：示教再现型机器人，但不具备反馈能力。如郭勇等人研制的挖掘机手柄自动操作机构，该机构结构简单，能够实现动作示教再现。
第2代：有感觉的机器人，不仅具有内部传感器，而且具有外部传感器，能获得外部环境信息。如P.lLiljeb.ck等人研制的蛇形机器人就装有内部测转速的传感器，以及外部测力的传感器，该机器人能够在不规则环境中具有一定的运动能力。
第3代：智能机器人。定义为“可自动控制的装置，能理解指示命令，感知环境，识别对象，规划自身操作程序来完成任务”。如John Vannoy等人采用实时可适应性的运动规划（RAMP）算法的PUMA560机械臂，它能在复杂动态环境中自动识别来自不同方向的移动或静止的障碍物，主动规划路径，进而完成预定任务。
2 工业机器人的研究现状
2.1 仿生机器人与新型机构
对人的研究，国外侧重于对人行走时的步态分析，通过对人脚形状的分析，得出具有圆形截面的脚趾和脚后跟以及具有扁平截面的连接脚趾和脚后跟的中间部分具有最佳的动力学性能。对人形机器人步态规划问题，Xia Zeyang等人提出了一种基于样品的决定性的脚步规划方法，该方法综合考虑了自身独特的运动能力和稳定性。对于在不同类型障碍的复杂环境中脚步规划，Yasar Ayaz采用与人走近障碍物时绕过的方法，通过脚步实时的生成成功避开障碍物。
2.2 机器人的定位与环境地图的创建
随着工业机器人技术的发展，其应用范围日趋广泛。由室内到室外，由结构环境到非结构的复杂环境，使机器人创建环境地图的同时进行自主定位和导航成为当今机器人研究领域的一大热点问题。机器人的同时定位与建图（SLAM）可以描述为：在未知的环境中移动的机器人，根据传感器获得的环境信息，采用某些算法对信息进行处理，最后经控制器进行自身位置估计与环境地图的创建。
机器人的定位可分为相对定位和绝对定位两种。前者是根据机器人本身或从环境中提取某些特征信息，如物体外部几何结构点、里程信息等，结合上一次的位置和姿态来判断出机器人的当前位姿，该方法灵活性高，有利于机器人的导航与定位，但误差累积较大会造成定位精度降低。而后者是通过人们在环境中预先设置的路标或显眼节点等来计算机器人实时的位姿，此法快速可靠，但适用范围较窄，在无法设置路标场合难以工作。通常将以上两种方法相结合来提高机器人的定位精度，目前对环境图像的获取可通过不同的视觉系统，有学者提出了不同的方法，主要分为3类：第1类是可旋转的相机，可提供高分辨率图片但每一帧需要8s，实时性并不高，同时也无法很好地嵌入微小型自动机器人中；第2类是相机网络，能获得环境的全景，主要的问题是各相机获得图片的同步性以及较多的照片处理；第3类是兼反射和折射的相机，它是由朝向同一旋转对称镜的一个透视摄像机构成，无活动件，一次对焦能提供 360°的高分辨率的全视野。
2.3 机器人-环境交互
随着民用、应急响应、灾难控制、环境监测等场合对机器人的需求不断增大， 机器人与环境的交互成为机器人领域的又一研究热点。主要表现为机器人作用对象的识别，路径规划，最后实现自主导航完成任务。
3 国内工业机器人的研究现状
我国对工业机器人的研究始于20世纪70年代，通过“七五”的起步，“八五”、“九五”的科技攻关，已经基本掌握了工业机器人的设计制造技术、控制系统和驱动系统的设计技术和机器人软件和编程等关键技术。形成了一批具有较强机器人科研实力的公司和院校，如中科院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化有限公司、清华大学、哈尔滨工业大学、北航等。
仿生机器人一直是我国机器人领域的研究热点。对机器人鱼的研究集中在它的驱动单元上，因机器鱼有较高的液体推进性能，其推进方法可以是尾鳍或者胸鳍推进。尾鳍推进机器鱼游动速度快，但灵活性较差，胸鳍推进则使机器鱼游动速度慢，但稳定性高、机动性好。国防科技大学采用胸鳍推进驱动实现机器鱼的设计；哈尔滨工业大学采用形状记忆合金驱动对仿生鱼进行了设计，但是，机器鱼很难实现柔性的仿生运动。与其它轮式、履带式、爬行式移动机器人相比，双足机器人因能在复杂的非结构化环境中能行走，因而具有更高的靈活性和适应性。清华大学设计了动态步行双足机器人THBIP-II，哈尔滨工程大学设计了双足机器人HEUBR_1，但仿生程度都还有待提高。
我国对机器人同时定位与建图（SLAM）研究取得了可喜的成果。具有代表性的是梁志伟等人采用基于分布式传感器感知的方法，周武等人采用遗传快速SLAM算法，张文玲等人采用自适应SLAM算法同时进行自身定位与环境地图的创建。针对以往速度障碍法在动态避碰应用中的不足，朱齐丹等人采用双障碍检测窗口进行动态避碰规划的改进，有效提高了机器人运动的安全性。伍明和牛长锋等人对目标跟踪方法进行了研究，分别提出了基于扩展卡尔曼滤波和基于SIFT特征和粒子滤波的方法，都适用于未知环境中动态目标的跟踪问题。
经过30多年的发展，我国工业机器人数量也达到了一定的规模，机器人的研究在一些方面也已经达到了世界先进水平，但与发达国家相比仍然有很大差距。不难发现的现实是：我国在工业机器人的研究方面采取的方法主要是借鉴外国的先进技术，然后再进行二次开发，这就造成了我国自身创新技术较少，制约了工业机器人产业化的发展。主要表现在：基础零部件制造能力差；缺少自己的工业机器人品牌；认识还不够到位，鼓励工业机器人产业化发展的政策少。为打破国外对工业机器人的技术垄断，我国必须从以下方面努力：以市场需求为导向，重点攻关一些具有核心竞争力的产品；国家应对发展工业机器人专门立项，解决工业机器人中的具有核心竞争力的关键技术，加速我国机器人迈向产业化的步伐；国家应该加大对工业机器人的宣传力度，采取多种形式的优惠政策鼓励企业研发、采购、应用、发展工业机器人，普及工业机器人在现代工业中的应用；以企业为主体，以产学研为重要的发展模式，密切关注社会对工业机器人的实际需求，快速推进工业机器人的研发、生产和销售人才的建设。
4 工业机器人的研究趋势
随着工业机器人的应用范围的扩大，建筑、农业、采矿、灾难救援等非制造业行业、国防军事领域、医疗领域、日常生活领域等对机器人的需求越来越大。因此，适合应用的更为智能的机器人技术必将成为未来的研究热点。对机器人的研究趋势如下：
1）机械电子结构的标准化、模块化、微型化及具有可重构性；
2）新型传感器和多传感器融合技术；
3）伺服驱动技术的数字化、集成化及分散化；
4）新型智能技术，如虚拟技术；
5）控制技术的开放化、网络化及PC化。■
参考文献
[1]肖斌，贾剑平.探讨未来机器人的发展方向和应用[J].科技致富向导.2011
[2]刘会.工业自动化控制的现状和未来发展趋势[J].硅谷.2010
[3]李烈.我国工业机器人发展现状浅谈[J].科技致富向导.2011
关键词：工业机器人；发展历程；现状；发展趋势
1 工业机器人的发展历程
自1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念以来，工业机器人就得以不断地发展。概括起来，工业机器人的发展历程为3代：
第1代：示教再现型机器人，但不具备反馈能力。如郭勇等人研制的挖掘机手柄自动操作机构，该机构结构简单，能够实现动作示教再现。
第2代：有感觉的机器人，不仅具有内部传感器，而且具有外部传感器，能获得外部环境信息。如P.lLiljeb.ck等人研制的蛇形机器人就装有内部测转速的传感器，以及外部测力的传感器，该机器人能够在不规则环境中具有一定的运动能力。
第3代：智能机器人。定义为“可自动控制的装置，能理解指示命令，感知环境，识别对象，规划自身操作程序来完成任务”。如John Vannoy等人采用实时可适应性的运动规划（RAMP）算法的PUMA560机械臂，它能在复杂动态环境中自动识别来自不同方向的移动或静止的障碍物，主动规划路径，进而完成预定任务。
2 工业机器人的研究现状
2.1 仿生机器人与新型机构
对人的研究，国外侧重于对人行走时的步态分析，通过对人脚形状的分析，得出具有圆形截面的脚趾和脚后跟以及具有扁平截面的连接脚趾和脚后跟的中间部分具有最佳的动力学性能。对人形机器人步态规划问题，Xia Zeyang等人提出了一种基于样品的决定性的脚步规划方法，该方法综合考虑了自身独特的运动能力和稳定性。对于在不同类型障碍的复杂环境中脚步规划，Yasar Ayaz采用与人走近障碍物时绕过的方法，通过脚步实时的生成成功避开障碍物。
2.2 机器人的定位与环境地图的创建
随着工业机器人技术的发展，其应用范围日趋广泛。由室内到室外，由结构环境到非结构的复杂环境，使机器人创建环境地图的同时进行自主定位和导航成为当今机器人研究领域的一大热点问题。机器人的同时定位与建图（SLAM）可以描述为：在未知的环境中移动的机器人，根据传感器获得的环境信息，采用某些算法对信息进行处理，最后经控制器进行自身位置估计与环境地图的创建。
机器人的定位可分为相对定位和绝对定位两种。前者是根据机器人本身或从环境中提取某些特征信息，如物体外部几何结构点、里程信息等，结合上一次的位置和姿态来判断出机器人的当前位姿，该方法灵活性高，有利于机器人的导航与定位，但误差累积较大会造成定位精度降低。而后者是通过人们在环境中预先设置的路标或显眼节点等来计算机器人实时的位姿，此法快速可靠，但适用范围较窄，在无法设置路标场合难以工作。通常将以上两种方法相结合来提高机器人的定位精度，目前对环境图像的获取可通过不同的视觉系统，有学者提出了不同的方法，主要分为3类：第1类是可旋转的相机，可提供高分辨率图片但每一帧需要8s，实时性并不高，同时也无法很好地嵌入微小型自动机器人中；第2类是相机网络，能获得环境的全景，主要的问题是各相机获得图片的同步性以及较多的照片处理；第3类是兼反射和折射的相机，它是由朝向同一旋转对称镜的一个透视摄像机构成，无活动件，一次对焦能提供 360°的高分辨率的全视野。
2.3 机器人-环境交互
随着民用、应急响应、灾难控制、环境监测等场合对机器人的需求不断增大， 机器人与环境的交互成为机器人领域的又一研究热点。主要表现为机器人作用对象的识别，路径规划，最后实现自主导航完成任务。
3 国内工业机器人的研究现状
我国对工业机器人的研究始于20世纪70年代，通过“七五”的起步，“八五”、“九五”的科技攻关，已经基本掌握了工业机器人的设计制造技术、控制系统和驱动系统的设计技术和机器人软件和编程等关键技术。形成了一批具有较强机器人科研实力的公司和院校，如中科院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化有限公司、清华大学、哈尔滨工业大学、北航等。
仿生机器人一直是我国机器人领域的研究热点。对机器人鱼的研究集中在它的驱动单元上，因机器鱼有较高的液体推进性能，其推进方法可以是尾鳍或者胸鳍推进。尾鳍推进机器鱼游动速度快，但灵活性较差，胸鳍推进则使机器鱼游动速度慢，但稳定性高、机动性好。国防科技大学采用胸鳍推进驱动实现机器鱼的设计；哈尔滨工业大学采用形状记忆合金驱动对仿生鱼进行了设计，但是，机器鱼很难实现柔性的仿生运动。与其它轮式、履带式、爬行式移动机器人相比，双足机器人因能在复杂的非结构化环境中能行走，因而具有更高的靈活性和适应性。清华大学设计了动态步行双足机器人THBIP-II，哈尔滨工程大学设计了双足机器人HEUBR_1，但仿生程度都还有待提高。
我国对机器人同时定位与建图（SLAM）研究取得了可喜的成果。具有代表性的是梁志伟等人采用基于分布式传感器感知的方法，周武等人采用遗传快速SLAM算法，张文玲等人采用自适应SLAM算法同时进行自身定位与环境地图的创建。针对以往速度障碍法在动态避碰应用中的不足，朱齐丹等人采用双障碍检测窗口进行动态避碰规划的改进，有效提高了机器人运动的安全性。伍明和牛长锋等人对目标跟踪方法进行了研究，分别提出了基于扩展卡尔曼滤波和基于SIFT特征和粒子滤波的方法，都适用于未知环境中动态目标的跟踪问题。
经过30多年的发展，我国工业机器人数量也达到了一定的规模，机器人的研究在一些方面也已经达到了世界先进水平，但与发达国家相比仍然有很大差距。不难发现的现实是：我国在工业机器人的研究方面采取的方法主要是借鉴外国的先进技术，然后再进行二次开发，这就造成了我国自身创新技术较少，制约了工业机器人产业化的发展。主要表现在：基础零部件制造能力差；缺少自己的工业机器人品牌；认识还不够到位，鼓励工业机器人产业化发展的政策少。为打破国外对工业机器人的技术垄断，我国必须从以下方面努力：以市场需求为导向，重点攻关一些具有核心竞争力的产品；国家应对发展工业机器人专门立项，解决工业机器人中的具有核心竞争力的关键技术，加速我国机器人迈向产业化的步伐；国家应该加大对工业机器人的宣传力度，采取多种形式的优惠政策鼓励企业研发、采购、应用、发展工业机器人，普及工业机器人在现代工业中的应用；以企业为主体，以产学研为重要的发展模式，密切关注社会对工业机器人的实际需求，快速推进工业机器人的研发、生产和销售人才的建设。
4 工业机器人的研究趋势
随着工业机器人的应用范围的扩大，建筑、农业、采矿、灾难救援等非制造业行业、国防军事领域、医疗领域、日常生活领域等对机器人的需求越来越大。因此，适合应用的更为智能的机器人技术必将成为未来的研究热点。对机器人的研究趋势如下：
1）机械电子结构的标准化、模块化、微型化及具有可重构性；
2）新型传感器和多传感器融合技术；
3）伺服驱动技术的数字化、集成化及分散化；
4）新型智能技术，如虚拟技术；
5）控制技术的开放化、网络化及PC化。■
参考文献
[1]肖斌，贾剑平.探讨未来机器人的发展方向和应用[J].科技致富向导.2011
[2]刘会.工业自动化控制的现状和未来发展趋势[J].硅谷.2010
[3]李烈.我国工业机器人发展现状浅谈[J].科技致富向导.2011