逐梦人_
范文一：机器视觉产品的调研报告
机器视觉产品的调研报告
调 研 人 XXXXXXXX
机器视觉产品的调研报告
1机器视觉在中国的发展和需求状况............................................................................................... 1 2机器视觉简介 ................................................................................................................................. 3 3国外机器视觉主要厂商.................................................................................................................. 4 3.1康耐视公司简介 ...................................................................................................................... 4
3.1.1产品简介 ........................................................................................................................... 4
3.1.2最新动向 ........................................................................................................................... 4 3.2 PPT VISION公司简介 ............................................................................................................. 6
3.2.1 PPT VISION 产品系列 ..................................................................................................... 6 3.3基恩士公司简介 ...................................................................................................................... 8
3.3.1产品简介 ........................................................................................................................... 8 4国内机器视觉主要厂商................................................................................................................ 10 4.1大恒图像公司简介 ................................................................................................................ 10
4.1.1产品介绍 ......................................................................................................................... 10 4.2北京嘉恒中自图像技术有限公司简介 .................................................................................. 14
4.2.1产品介绍 ......................................................................................................................... 14 4.3视觉龙科技有限公司简介 ..................................................................................................... 15
4.3.1产品介绍 ......................................................................................................................... 15 5国内机器视觉产业升级................................................................................................................ 16
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机器视觉产品的调研报告
1机器视觉在中国的发展和需求状况
在中国，机器视觉应用起源于20世纪80年代的技术引进，半导体及电子行业是机器视觉应用较早的产业之一，其中大都集中在如PCB印刷电路组装、元器件制造、半导体及集成电路设备等，机器视觉在该产业的应用推广，对提高电子产品质量和生产效率起了举足轻重的作用。
目前，中国正成为世界机器视觉发展最活跃的地区之一，应用范围几乎涵盖国民经济的各个行业，其中包括:工业、农业、医药、军事、航天、气象、天文、公安、交通、安全、科研等领域。而工业领域是机器视觉应用比重最大的领域，其重要原因是中国已经成为全球制造业的加工中心，高要求的零部件加工及其相应的先进生产线，使许多具有国际先进水平的机器视觉系统和应用经验也进入了中国。
根据中国行业研究院调研结果显示，2010年中国机器视觉市场规模达到8.3亿人民币，同比增长48.2%，其中智能相机、软件、光源和板卡的增长幅度都达到了50%，工业相机和镜头也保持了40%以上的增幅，皆为2007年以来的最高水平。机器视觉市场高速增长的主要原因在于:电子制造、市政交通、汽车、食品和包装机械等众多行业需求的大幅增长带来包括机器视觉在内的自动化产品的需求增长;政策性因素和内生式复苏带来的增长在市政交通、汽车和电子制造行业表现明显。
目前，中国正处于经济和社会的高速发展期，随着我国城市化的快速进程及其大量基础建设配套工程的展开，如机场、港口、火车站、码头、停车场、客货运站场和枢纽公交站的重要部位;高速公路、城市快速干线、城市主干线、中心区内各主要路口、城市各出入口、江河主航道、人行天桥、大型桥梁、隧道等重要交通设施的重要部位、地铁营运线各站出入口、站台通道、旅客列车、地下商场等重要场合都要安装电子眼，并已明确提出了对智能化图像信息处理和分析的高端视觉装备的急需。
为了加强对社会治安的保驾护航，视觉监控已成为一种城市安全防护的基本措施，包括公共汽车、电车、客运船舶等大型公共交通运输工具;公园、会议中心、体育场馆、医院、学校、住宅区、商业街、大型农贸市场等公众活动和聚集场所等重要部位;酒店(宾馆)、餐饮、娱乐场所、办公楼的大堂出入口、电梯和其他主要通道等。与欧洲一些国家的做法相似，中国的许多大城市将进入百万电子眼的信息化治安时代。
智能图像安保系统需要解决的最重要技术问题是误报警率。误报警的来源主要包括监控范围里不感兴趣的运动物体，例如控制场以外的人员车辆，快速移动的云的影子，水面上阳光的反光等等;以及监控设备造成的误报警，例如安装在
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高处的相机在强风下的抖动，相机自动光圈，亮度调节等等。尤其在银行金融机构应用领域，还要求在强烈的光线对比下采用自然对比度校正功能看到人物、场景的特征，成为整套监控系统成败的关键。另外，如指纹、瞳孔、人脸特征检测与识别等领域也是机器视觉迅速发展的空间。
机器视觉产业巨大的市场空间为企业发展创造了机遇，同时产业也面临着应用障碍，包括预算限制、不易使用、工程实施资源限制、操作人员的接受程度、视觉技术的了解、相对于其他自动化项目的优先级别不够高等。
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2机器视觉简介
机器视觉系统就是利用机器代替人眼来做各种测量和判断。它是计算机学科的一个重要分支，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，极大地推动了机器视觉行业应用的发展。
机器视觉系统又称工业视觉系统，其原理是:将产品或区域进行成像，然后根据其图像信息用专用的图像处理软件进行处理，根据处理结果，软件能自动判断产品的位置、尺寸、外观信息，并根据人为预先设定的标准进行合格与否的判断，输出其判断信息给执行机构。
机器视觉系统主要具有三大类功能:一是定位功能，能够自动判断感兴趣的物体、产品在什么位置，并将位置信息通过一定的通讯协议输出，此功能多用于全自动装配和生产，如自动组装、自动焊接、自动包装、自动灌装、自动喷涂，多配合自动执行机构(机械手、焊枪、喷嘴等);二是测量功能，也就是能够自动测量产品的外观尺寸，比如外形轮廓、孔径、高度、面积等测量;三是缺陷检测功能，这是视觉系统用的最多的一项功能，它可以检测产品表面的相关信息，如:包装正误，包装是否正确、印刷有无错误、表面有无刮伤或颗粒、破损、有无油污、灰尘、塑料件有无穿孔、雨雾注塑不良等。
机器视觉核心组成包括:光源、工业相机、工业镜头、图像采集卡和视觉软件。
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3国外机器视觉主要厂商
3.1康耐视公司简介
康耐视公司是为制造自动化领域提供视觉系统、视觉软件、视觉传感器和表面检测系统的全球领先提供商。同时也是领先的工业 ID 读码器提供商。康耐视视觉系统帮助公司企业提高产品质量、消除生产错误、降低制造成本、提供低廉的高质量产品从而超越消费者期望。典型机器视觉应用包括检测缺陷、监控生产线、引导装配机器人以及跟踪、分类和识别零件。
康耐视通过遍布北美、欧洲、日本、亚洲和拉丁美洲的办公室，以及集成与分销合作伙伴全球网络为国际客户提供服务。公司总部位于美国马萨诸塞州波士顿附近的 Natick 郡。康耐视在纳斯达克股票市场上以代号 CGNX 公开交易。 3.1.1产品简介
1.视觉系统:In-Sight? 系统是强大的、独立的产品，适用于各种视觉应用。此系统在单个套件中集成了摄像头、处理器和软件，并有一个简单而灵活的用户界面用于配置应用。
2.视觉传感器:Checker? 传感器 使用简便且价格低廉。它们被用来检查零件和产品是否存在并对其进行尺寸测量。可用于传统传感器无法满足需求的众多应用中。
3.视觉软件:VisionPro 软件非常灵活，可将完整、强大的康耐视视觉工具库与您选择的摄像头、板卡和周边设备组合在一起。实现了与计算机数据和控制软件的轻松集成。
4.纹理和表面检测:SmartView 是业界领先的缺陷检测和分类检测技术，可用在制造金属、纸张、非纺织品、塑料、玻璃和太阳能材料的高速连续生产线上。
5.ID:有固定式工业ID读码器、手持式工业ID读码器。
3.1.2最新动向
DataMan 读码器实现对真空泵的完全跟踪
1.要解决的问题: 读取难以读取的二维直接零件标记 (DPM) 数据矩阵代码以对零件进行跟踪。
2.解决方案:DataMan 读码器对激光蚀刻 DPM 码实现 100% 的跟踪。
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3.优势: DataMan 读码器可提供一流的读取率，即使最难读取的二维 DPM 码也不例外。
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3.2 PPT VISION公司简介
PPT VISION创立于1982年，总部位于美国明尼苏达州，在纳斯达克成功上市。20多年中PPT VISION在嵌入自动检测的技术领域积累了丰富的经验，不断的发展创新。成为全球机械视觉技术创新的领导者，现在PPT VISION在行业内第一个提出高性能价格比全功能智能相机系统。
发展传统的机械视觉技术的同时，不断研发新的技术成果，解决工业应用中不断出现的在线自动检测难题，利用混合和匹配等多样组合，建立一个简单的检测方案。IMPACT还提供一个比较完整的人机界面(HMI)开发套件定制您特有的现场操作界面，这一切都完成后，那么就不再需要复杂的编程语言进行操作了。
数以万计的IMPACTTM视觉产品在不同领域得到成功的实施应用，在世界各地广泛的制造业中得到成功的应用，PPT VISION有着经验丰富的应用工程技术专家，保持世界领先的机器视觉技术创新。
3.2.1产品系列
IMPACT系列是高于典型工业智能相机两倍速度的高速智能相机，产品采用简单易用的硬件连接以及便于操作的图形化软件界面，所有的智能相机都完全可以配置一个应用广泛的IMPACT软件，编程工具包括超过80种功能强大的软件工具包，其中包括测量，模板匹配，缺陷检测，字符阅读，形态等很多工具。
我们在提供IMPACT硬件和软件的同时，还提供照明、光学器件、工业电脑、显示器、硬件安装以及针对性很强的解决方案以满足您的视觉检测要求。
1.IMPACT高速智能相机系列是涵括三大硬件系列平台和多分辨率17种不同型号，软件功能强大机器视觉系统。
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图3-1 IMPACT? 全系列参数对照
2.IMPACT? 软件平台可以支持全部的IMPACT系列视觉产品，和全系列的IMPACT智能相机构成行业内最完美、最使用的产品组合。
软件平台是一个超过100多个工具的强大功能软件，包括最新、最强的图像处理技术，并且可以为工厂中的检测应用提供广泛、实用、快捷、高效的编程环境。
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3.3基恩士公司简介
基恩士(KEYENCE)自 1974 年以来一直 稳步成长，现已成为开发与制造传感设备 的世界领先者，产品范围包括传感器、测 量仪器、视觉系统、激光刻印机以及数码 显微镜。我们的创新产品不仅能够满足许多制造与 研究行业客户现在的需求，而且还能够满 足它们将来的需求。在基恩士，我们致力于预见市场的未来发 展，在现阶段提供对应未来需求的方案。在基恩士 ，我们并不满足于仅仅拥有市 场上的最优秀产品，我们还为客户提供更 丰富的业界知识及更专业的技术方案。我们致力于为客户成为行业领先者提供支持。
基恩士属蓝筹公司，已得到许多著名机构 的认可。最近，我们在《福布斯》杂志的“全 球最具创新力公司”排行榜中位列第 17。 我们也是《商业周刊》(Business Week) 的“1000 家最有价值公司”之一，并且 在日本《日经新闻》的“日本十佳公司” 年度榜单中持续排在索尼与本田汽车等公 司之前。
今天，基恩士为世界范围内约 70 个国家 或地区的 20 余万家客户提供服务，基恩士 这个名称意味着创新与卓越。
3.3.1产品简介
1.CV-X-100系列 智能引导式视觉系统
特点:?接近人类的思维和判断。
?只需点击即可进行高精确度的几何测量。
?复杂的连接器检测，只需按照步骤操作便可完成。
?最新算法可支持稳定检测。
?实现与检测对象和装置相符的最佳图像合成。
?将专业的调整方法进行功能化处理。
?只需从工具中选择想要进行的检测。
?牢不可破的安全性，有效保护客户资产。
?仅用一个按键即可自动生成现在设定内容的专用使用手册。
?内置于现有系统中的多种通讯方式。
2.XG-8000系列超高速、高容量全自定义视觉系统
特点:?高速处理引擎
?丰富的选择
?易于操作的接口
?灵活的对应性
?调试时间最短
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3.XG-8000L系列超高速、高容量全自定义视觉系统
特点:?全部都由同一个公司提供，因此无需担心兼容性。
?只需连接相机
?硬件是无风扇、无 HDD 的放心设计
?无需任何编程知识
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4国内机器视觉主要厂商
4.1大恒图像公司简介
成立于1991年的大恒图像是国内首屈一指的专业图像采集处理设备供应商和视觉应用系统集成开发商。自成立之日起，公司一直坚持走以技术开发为主的道路，致力于图像视觉领域的技术研发，拥有众多自主产权的机器视觉产品。公司深知高科技需要真正的实力，视客户的利益高于一切，始终如一地信守对客户的承诺—提供领先的技术、高质量的产品和完美的服务。
4.1.1产品介绍
1.相机系列
图4-1 数字面阵摄像机系列
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图4-2智能3D传感器系列 2.图像采集卡系列
图4-3智能图像处理卡系列 3.镜头产品系列
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图4-4镜头系列 4.结构和光源系列
图4-5光源系列 5.视觉软件系列
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图4-6视觉软件系列
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4.2北京嘉恒中自图像技术有限公司简介
北京嘉恒中自图像技术有限公司简介是国内领先的数字图像处理产品供应商。我们的前身是中科院自动化所图像部及后来成立的科技嘉仪器仪表有限公司。专门从事数字图像采集、图像处理的产品研发、生产及销售。 嘉恒图像是国内最早从事数字图像产品开发的单位，早在1988年就推出了国内首个图像卡产品系列。公司目前主要有专业用图像采集卡和摄像头两大系列产品。品牌产品OK系列采集卡和OK系列摄像头在业内享有极高声誉。 4.2.1产品介绍
1.OK系列采集卡具有以下特点:
?种类丰富(黑白和彩色采集卡，标准视频和非标准视频采集卡、特种采集卡);
?功能多样(降噪、减影、隔行变逐行去锯齿、多路同时采集及多路切换采集);
?支持接口多(PCI，PCI-Express，USB，IEEE1394，PC/104，cPCI等);
?采集速度快(最高可达205Mpixel/S);
?灰精度高(灰度精度可达1/4096);
?分辨率大(最大分辨率可达2048X2048);
?兼容性强(可在WinNT/98/XP/Vista下运行);
?软件接口统一(在一种卡上开发的软件不用作改动即可在其他型号的卡上使用);
?移植简单(各种不同型号规格的图像产品都使用同一套软件包);
?库函数丰富。
2.OK系列摄像头具有以下特点:
?种类多样(包括CCD和CMOS;彩色和黑白;标准视频和非标的逐行视频;普通分辨、高分辨与大分辨;低速和高速;模拟输出与各种数字输出;特定处理能力等);
?分辨率高(面阵的最大分辨率可达4096X4096，线阵可达8K);
?兼容性强(可在WinNT/98/XP/Vista下运行);
?软件接口统一(在一种卡上开发的软件不用作改动即可在其他型号的卡上使用);
?移植简单(各种不同型号规格的图像产品都使用同一套软件包);
?库函数丰富。
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4.3视觉龙科技有限公司简介
视觉龙科技有限公司是一家由归国留学人员创办的高科技企业，公司成立于2002年9月，在深圳、常州和嘉兴分别设有公司。成立以来，公司一直致力于机器视觉产品的应用开发、嵌入式机器视觉系统的研发、生产以及销售。
多年的奋斗铸就了“视觉龙”这个品牌～经过这些年的实践和努力，我们在机器视觉应用领域上积累了丰富的经验，拥有了许多成功案例和成熟方案，建立了科学规范的管理体系，形成了一支在同行业专业领域里有着较高知名度和竞争实力的团队。同时，我们与众多行业客户保持着良好的合作，在业界享有良好的声誉。如今在广大客户心目中，“视觉龙”不仅仅只是一个企业的名称，同时更已经成为一种品牌，是代表专业、高效、诚信理念和优质而完善服务的符号～
视觉龙，Second2None，我们的目标是成为业内最具实力，技术最先进，服务最优秀的视觉公司。让我们携手努力，共同将中国的机器视觉市场做大做强。 4.3.1产品介绍
1.机器视觉外围器件:工业摄像机、工业镜头、机器视觉光源、视觉防尘隔热罩。
2.智能相机。
3.视觉软件:HexSight高性能视觉软件，Adept公司出品的HexSight是一款高性能的、综合性的视觉软件开发包，它提供了稳定、可靠及准确定位和检测零件的机器视觉底层函数。其功能强大的定位器工具能精确地识别和定位物体，不论其是否旋转或大小比例发生变化。HexSight即使在最恶劣的工作环境下都能提供可靠的检测结果，呈现出非凡的性能。 HexSight软件包含一个完整的底层机器视觉函数库,程序员可用它来建构完整的高性能2D机器视觉系统，节省整个系统开发的时间。HexSight可利用Visual Basic、Visual C++或Borland Dephi平台方便地进行二次开发。
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5国内机器视觉产业升级
机器视觉市场在发展，机器视觉技术在进步，在以不断满足客户发展需求的同时，最基本需求的满足也是不容忽视的。一直以来，我国的科技水平都处于不断发展的阶段，机器视觉技术作为科技发展的产物，为了更好的适应行业需求，也在不断的优化升级。纵观行业发展，国内机器视觉市场机遇与挑战并存，而行业技术的升级更显得尤为必要了。为顺应行业发展趋势，国内的机器视觉技术就需要通过以下四大要素来升级。
一、系统操作简单方便
技术参数简单化、处理技术方便化，是系统操作最为关键也是核心的要素。机器视觉技术虽然属于高科技技术，在运作过程中，还需要依靠不断调整各种参数来达到最好的效果。但是目前来说，操作人员大都技术水平有限。因此，系统简化是大多数客户的较价格与质量之后的基本需求，而系统简化主要包括的是检测操作的简化与图像处理的简化。
二、系统长期可维护性
一个好的系统不仅要考虑使用性还应考虑其在长期运做中的可维护性，机器视觉技术的稳定性、可靠性足以使系统在实际应用中，更好的发挥功能优势，提供有力的技术支持。
三、检测技术稳定可靠
在工业生产过程中，由于被测物体的多样化以及机械的误差影响，使得整个检测过程很难是维持在平稳的状态。因此，这就需要机器视觉技术有很高的稳定性，从光源照明、图像采集到图像存储与处理都要有可以在任何环境下持续运作的适应能力，同时，还要尽量能采集到突出检测对象的图像，这样才能给出最为稳定、准确、清晰的检测结果，才能为生产或质检工作提供技术支持。
四、系统性价比值高
在保障质量的基础上，客户最为关心的莫过于价格问题。机器视觉技术不断升级本是件对客户有益的事，但如果只是一味的使用昂贵的部件，就会造成价格的大幅提升，对于大部分的用户来说，无疑增添了负担。性能好、价格低的系统才是能满足最基本需求的，因此性价比是衡量一个系统的重要标志，也是客户选择产品最重要的指标之一。
中国是世界的制造工厂，目前全球几乎所有的知名企业都把生产工厂放在中国，机器作业代替人员操作已成为市场优胜劣汰的必然选择。机器视觉产业在中国有着非常广阔而光明的前景，也使中国机器视觉市场成为全球机器视觉企业的竞争焦点，因此我们要抓住时机，不断引进各项高新技术，促进行业的快速发展。
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范文二：08机器视觉的发展调研报告
机器视觉的发展调研报告
machine vision development research report
李钊宝
中国计量学院
2010-09
摘 要:回首机器视觉在中国的发展～过去10年是这个行业在中国市场发展最快的时期。伴随着中国制造业的蓬勃发展～机器视觉产业也在中国市场度过了发展的最初时期～国际知名机器视觉厂商纷纷在中国开展业务～也有一大批有过外企机器～带动了这个产业的在国内的兴起。经过一定时期的普及推广～机器视觉已逐渐为广大客户所熟知～而且应用范围也逐渐开始扩大～大规模的应用领域由起初的电子、制药等行业～逐步扩展到包装、汽车等领域～而且在交通、印刷等行业也均有许多的应用。
作为代替人眼的工具～机器视觉曾经被许多从业者寄予很大的希望～他们认为机器视觉可以成为工业自动化一个非常有力的补充产品。
关键词:机器视觉,中国市场,大客户,扩大,工业自动化。
一(引 言
目前机器视觉客户还有一定的不足之处，需要继续提高集成能力。“现在许多客户都要求你能提供一个完整的解决方案，而不只是购买几个机器视觉产品或者系统软件。这就要求机器视觉厂商要有很强的集成能力，这个能力不仅仅是可以将成熟的机器视觉系统提供给客户，更重要的是你要懂客户的机械设备的加工性能和他的应用习惯。”
制造业受经济危机的影响很深，机器视觉产业的发展也在这场危机中受到了一定影响。但工作于其中的许多人都普遍认为，这场经济危机给机器视觉的影响只是暂时的。随着经济危机的褪去，许多产业都在复兴，而复兴的结果必定与以往不同。更多的厂商会提高重视产品品质，也会对生产加工质量、加工工艺提出更高的要求，这将使包括机器视觉在内的自动化技术拥有更广阔的用武之地。
我国的机器视觉应用还有很大的发展空间，还亟待更大的推广。对于许多客户，还停留在劝说尝试使用的阶段，更谈不上更高阶的使用需求，这需求机器视觉厂商共同努力。
二(正 文
调研目的与意义
为了更好的了解国内机器视觉的发展水平和方向，更好的掌握自己的专业方向，需要对国内机器视觉的发展有更深入认识，这对以后自己以后的发展有深远的意义。
调研时间与地点
时间:2010-09
地点:图书馆 实验室。
对象:导师 同学 互联网 从业人士。
机器视觉发展史
机器视觉技术是计算机学科的一个重要分支，自起步发展至今，机器视觉已经有20多年的历史，其功能以及应用范围随着工业自动化的发展逐渐完善和推广。
20世纪50年代开始研究二维图像的统计模式识别。
60年代Roberts开始进行三维机器视觉的研究。
70年代中，MIT人工智能实验室正式开设“机器视觉”课程。
80年代开始，开始了全球性的研究热潮，机器视觉获得了蓬勃发展，新概念、新理论不断涌现。
现在，机器视觉仍然是一个非常活跃的研究领域，与之相关的学科涉及:图像处理、计算机图形学、模式识别、人工智能、人工神经元网络等。
机器视觉在中国的发展历史:
1990年以前，仅仅在大学和研究所中有一些研究图像处理和模式识别的实验室。
20世纪90年代初，一些来自这些研究机构的工程师成立了他们自己的视觉公司，开发了第一代图像处理产品，例如基于ISA总线的灰度级图像采集卡，和一些简单的图像处理软件库，他们的产品在大学的实验室和一些工业场合得到了应用，人们能够做一些基本的图像处理和分析工作。
1990-1998年为初级阶段。期间真正的机器视觉系统市场销售额微乎其微。主要的国际机器视觉厂商还没有进入中国市场。自从1998年，越来越多的电子和半导体工厂，包括香港和台湾投资的工厂，落户广东和上海。带有机器视觉的整套的生产线和高级设备被引入中国。
1998-2002年定义为机器视觉概念引入期。在此阶段，许多著名视觉设备供应商，诸如:Matsushita, Omron，Cognex, DVT, CCS, Data Translation, Matrix, Coreco,
开始接触中国市场寻求本地合作伙伴，但符合要求的本地合作伙伴寥若晨星。例如，北京和利时电机技术有限公司曾经被五家外国公司选做主要代理商或解决方案提供
商。
从2002年至今，我们称之为机器视觉发展期，中国机器视觉呈快速增长趋势。 机器视觉发展现状
当前，机器视觉的应用已经超越了其传统的检验领域，向着更深层、更为多样化的领域扩展。与此同时，机器视觉产品的采购量也在节节攀升。
在由CONTROL ENGINEERING与Reed Research Group联合开展的一次调查中，有35%的受访者预计2006年机器视觉产品的采购量会上升，另有54%的受访者预计采购量会与2004年持平。本次调查结果是基于来自182位CONTROL ENGINEERING读者的反馈信息，他们都参与购买、指定或推荐机器视觉产品。
在超过15个应用领域中，超过10%的受访者称应用了机器视觉系统，如图所示。 应用最多的领域依次为:检验、条形码阅读、运动控制、校准和机器人装置。2004年,2005年增长最快的领域依次为:运动控制;连续处理;验证;诊断;测试和维护;监控和数据采集(SCADA);机器控制;计算机数控(CNC)设备以及离散制造。 在使用机器视觉的受访用户中，有61%表示是为满足工厂需要，有17%表示为满足OEM需要，另有22%表示是为同时满足以上两种需要。
机器视觉的发展现状
一、应用智能化
Phoenix Automation Group Inc.总裁William J. Amato表示，“当前，汽车门板和引擎罩的捡取和放置作业向汽车工业的自动化解决方案供应商们提出越来越高的要求，为了实现真正的工业机器人系统的三维引导控制，我们需要采用先进的传感和导引技术，虽然目前已经有成熟的基于视觉和雷达的高端系统来完成这一功能，但我们发现成本低且便于安装的DVT SmartImage Sensors在很多应用场合也能有出色的表现。这些应用包括:汽车车身造型，扣件、变速箱等精密加工配件的检测，以及制造过程防错系统等。”
Cognex公司In-Sight视觉传感器首席产品营销经理Mark Sippel指出，“机器人应用有着特殊的要求。当前，在运动控制系统的引导控制中越来越多地使用了视觉技术，这就要求有高速的视觉系统能够在图像的采集、处理和分析上与运动控制器保持同步。另一个决定应用能否成功的因素是精确度。很多应用场合都需要有一个将像素和距离联系起来的比例因数，而且视觉系统的分辨率也与运动系统的精确
度和可重复性有关。”
在2005年的调查中，有52%的受访者使用了智能视觉传感器，其中又有83%的用户表示智能传感器能够满足自己的要求，而在2004年的调查表明使用智能视觉传感器的受访者为46%，表示满意的占90%。此外，在关于满意度的开放式问答中，受访者提及最多的是:智能传感器相对于人工检验的优势，易于编程以及高的成功率。对于不满意的原因，受访者提及最多的是精确度。
National Instruments公司的机器视觉产品经理Kyle Voosen指出，“从统计数据来看，用户们对智能相机的满意度由90%降至83%，这可能与用户们对智能相机的期望值较高有关，此外，这也可能是用户们希望降低成本的一个信号。当智能相机的售价降低后，用户们就能够以几千美元的价格尝试使用智能相机。精确度问题可以归咎为软件。相较于坚固、微型的视觉系统，客户们对与智能相机配套的过于简单的组态软件非常失望。”
二、性能、技术支持和易用性
调查结果显示，用户们在选择机器视觉产品时最重要的三个衡量标准依次是:性能、技术支持和产品易用性(如图所示)。有七项要求的重要程度超过了价格因素。 Banner Engineering公司的视觉产品主管Dan Holste指出，“受访者们提到的很多
产品选择标准都与易用性有关。产品易用性对于那些身兼多职而且在工厂底层负责操作高度成熟的视觉产品的操作员们来说非常重要。性能在产品选择标准中排名第一是很正常的。即使是价格低廉且易用的传感器产品，如果它们无法胜任工作，那也只能是鸡肋。”
Cognex公司的Sippel也补充指出，“在本次调查中，视觉系统满足用户要求的比例明显下降可能是因为工程师们在安装视觉系统平台时选择了成本过低的方案，致使安装的软硬件性能无法满足用户使用的要求。这也刚好解释了为何用户们提高了对技术支持、完整的产品工具集和集成商专业能力的要求，而将产品的价格降为次要的考虑因素。”
与上次调查相比，用户们对视觉系统的实施成本的看法没有发生改变:57%的受访者认为机器视觉实施起来并不复杂也并不昂贵，而有43%的受访者持相反观点，这一结果与去年相同。2005年的调查结果显示，资金预算已经不是投资机器视觉的主要限制因素。在2004年，有46%的受访者表示资金是阻碍他们投资机器视觉的关键因素，而在2005年仅为39%。“机器视觉相较于其他自动化项目的优先级不高”这一限制因素，由2004年的14%升至2005年的19%。
其他阻碍机器视觉应用增长的因素依次为:对视觉技术的了解(12%)，工厂操作员的接受程度(10%)，工程资源(10%)，不易使用(4%)，其他原因(7%)。Banner公司的Holste认为，操作员接受能力差主要有两个原因:产品易用性，即操作员对视觉产品及其使用方法的理解程度;操作员对失业的担心。明智的公司能够恰当地解决这两个问题，从而提高自身的竞争力和产品质量。
三、不断地改进
越来越多的系统集成商开始涉足机器视觉业务，以便为缺乏内部资源的企业提供更好的解决方案。参与过视觉系统项目的集成商由2004年的19%升至2005年的25%，计划参与的集成商也由16%略微升至18%。
Omron Electronics公司视觉产品营销经理Robert Lee认为，企业在视觉系统和集成上投资的不断增长反映了良好的市场状态。“市场的扩展得益于机器视觉技术的进步，这体现在简单化、丰富的产品特性和较高的成功率。”
机器视觉市场已经发展了30余年。据Coreco Imaging Inc.的ipd部门的战略开发主管Ben Dawson介绍，“机器视觉技术是在20世纪70年代面世的，并在80年代出现了第一个主要应用市场,电
子器件检验和装配。机器视觉在这一领域取得的成功要归因于电子生产的高度精密性、检验环境的高度可控性以及电子工程师和工艺工程师们对该技术的热情支持。光符识别(OCR)和条形码扫描技术也同时获得了发展，但是由不同的市场力量推动着。最近15年来，视觉设备厂商已经大大提高了机器视觉技术水平，使其能够在杂乱的环境下对多样化的产品部件进行检验。此外，他们还努力将自己的产品改造得更加易用。”视觉软件处理算法的持续改进将使视觉技术的应用向诸如食品处理等变化性更高的领域扩展。
机器视觉发展趋势
(一)晶片阅读器;软件升级
DVT公司凭借新型的晶片阅读器初涉半导体制造业，并在最近升级了其免费的机器视觉软件。
该晶片阅读器可在半导体制造过程中提供全程的产品跟踪和实时验证能力。虽然晶片外观在不同的生产阶段会发生改变，但集成化的透镜和照明系统能够提供充足的灵活性(如对色彩和对比度的修正)以保证连续读码。据DVT公司介绍，2004年对MTI Machine Vision公司的收购使DVT公司掌握了“世界领先的算法资源库”并使自己的智能相机技术能够创造出“机器视觉领域最具鲁棒性的OCR和解码产品”。 免费的DVT机器视觉软件Intellect version 1.1为珠体跟踪(bead tracking)、固定字体阅读、特征计数和动态缩放等应用专门设计了新的算法。对用户界面的改进包括:“dockable windows”，一个缺省的还原指令，以及改进的“snap to shape”拖拽工具。此外，“系统资源浏览窗口(System Explorer Window)”使用户能够浏览全局字体和背景脚本;增强的“属性窗口(Properties Window)”具有层次树分级控制，可为用户提供一个结构清晰的面向应用的参数关系视图。DVT公司提供的支持服务包括免费的现场、在线或者是基于CD的产品培训服务，免费的操作软件和升级服务，以及免费的在线故障诊断和检修服务。
(二)两百万像素的视觉传感器
两百万像素的视觉传感器In-Sight 5403可以每秒14帧的速度采集全帧1600×1200像素的图像，并可在检视运动物体时提供更高的图像稳定性以实现更可靠的图像分析。该传感器可为精密测量、对齐和小型部件的检验提供更高的准确度。增强的分辨率使5403能够采集大型物件图像，或同时检视多种物件。此外，5403可以安装在元件的远端，仍可提供弹性工作距离所需的分辨率。5403是可独立运作
self-contained、工业级视觉传感器，符合IEC冲击与震动规范，并可达到IP67 (NEMA 6)尘土与刷洗保护的等级。它还提供了内置的以太网通信功能。此外，In-Sight Explorer软件结合了功能强大的视觉电子表格界面和先进的工具，以简化应用开发和网络管理。结合可选的PatMax对象和特征定位工具，5403可极大地改善视觉引导运动及类似系统的准确度和可重复性。
(三)1.3兆像素视觉传感器
PresencePlus P4 Geo 1.3视觉传感器具有高度细致的自动检测能力，而售价只有同类产品的一半。通过调节镜头并使用一个1.3兆像素的成像器，该传感器能够在几英寸到几英尺的距离范围内捕捉多个产品特征的细节信息，因此它能够实现过去需要多个传感器才能完成的检测工作。该传感器适用于汽车、包装、制药、装配、冲压、半导体制造和塑料制品等多种行业。例如，该传感器能够检测出机器人是否正确地将粘合剂涂在汽车车门内板边缘上，或者多个彼此隔开的装配夹是否被正确地放置并且对准，以及确认箱子在被密封前是否装满24瓶。远程示教功能使其无需停止生产线或连接计算机便可学习新特性。内置的动态视频输出功能令使用者无需连接计算机便可实时观测传感器的检测过程及未通过检测的物品图像。P4 Geo 1.3具有内置的10/100以太网接口，RS-232串口以及4个离散输入/输出接口。3个双色LED指示灯可在设备启动和运行时显示设备状态。P4 Geo 1.3工作在24V直流电压下，有数百种照明和C-mount镜头可供选择。
(四)两百万像素的CCD视觉系统
CV-2600高速机器视觉系统集各种顶级特性于一身，其中之一便是将两百万像素(1620 x 1220)的CCD集成在业界最小的摄像机内。该两百万像素CCD(电荷耦合器件，一种半导体光电存储器)能够以相同的分辨率检测比常规摄像机大四倍的区域。此外，采用低压差分信号传输方法使该CCD的运行速度比常规方式快2.5倍，这就大大节约了安装时间和成本。CV-2600控制器可同时支持两台摄像机。它的超微型、双速、渐进式读取摄像机安装灵活、使用方便。81级可调的摄像机灵敏度消除了闪光灯存在的必要，并支持更高的快门速度。高伸缩性摄像机电缆(High-Flex Camera Cable)可经受100万次反复弯曲(是常规电缆的十倍)，特别适合于机器人应用。检验工具包括:区域、模式搜索，多重搜索，边缘角，边缘宽度，边缘/节距数量，疵点，斑点，强度，趋势边缘位置和趋势边缘宽度。无需PC，屏上编程菜单
即可通过简单的设置来指导用户轻松地进行配置。超高速实时循环搜索的最快速度是61ms(约1000件/分钟)。可重复性?0.05像素。次级像素处理可使显示分辨率降至1/1000像素。
(五)先进的算法加速机器视觉处理
NI Vision 7.1 Development Module提供了数以百计的视觉工具，令工程师和科研人员能够使用LabView、LabWindows/CVI、C/C++或Visual Basic开发出功能强大的视觉应用程序，用于对物件的检验、对准、识别和测量。该软件采用了多种新型算法(如几何匹配、物件分类、OCR光符识别和二维条码阅读器)，能够实现在恶劣的成像条件下对物件进行快速定位、分类和跟踪。在机器人引导和产品装配时摄像头和物件之间的距离会发生变化，容易导致物像尺寸改变而影响检测。几何匹配算法依靠边缘和形状来定位物件，而不是纹理和灰度分布，因此不会受到影响。还有一些工具有助于物件的识别、跟踪和分类。NI Vision Assistant可在编码前对程序进行原型分析，然后再将脚本代码转换为LabView图表或者是可运行的LabWindows/CVI、C/C++以及Visual Basic程序。工程师们可以直接运行该程序，或者将其添加到一个更大的机器视觉、工业控制或数据采集应用程序中。 此外，NI Vision Builder for Automated Inspection 2.5是一个无需编程即可实现构建、测定和配置机器视觉程序的可配置软件。它支持多种新型算法和工业网络通讯协议，并能支持多个摄像头。
(六)智能视觉传感器可降低成本，提高速度
紧凑型二维智能视觉传感器ZFV可在感测和视觉应用中实现更快的检测速度、更高的效率和更低的运行成本。4 m/s、6 m/s和12 m/s三档速度可调，结合智能照明可有效优化图像质量，并能够调焦以最大化测量精度。数字化的图像可在传感器头和放大器间以及各个放大器之间传输，提高了图像质量。检测视野为5mm,50mm。可使用单一功能或标准多功能放大器。先进的算法有效地扩大了观察视野，并增强了对模式、亮度、特征、标签位置、目标宽度和条形码的检测。此外，放大器监视器上的操作功能选择图标也更加生动形象。LCD可实时显示检测图像，并支持面板安装以避免独立的监视设备。一键式跟踪功能还简化了设定。ZFD特别适合于要求高效和高速检测的领域，如包装和电子元器件制造。
(七)灵活方便的视觉系统符合工业标准
NetSight II DCL是NetSight II机器视觉软件的Camera Link版本，可同时处理多个图像信号。NetSight II DCL针对需要线性和区域扫描数字摄像机的应用而专门设计，让用户能够根据检测的需要来匹配图像。Camera Link是一种接口标准，采用专用光纤作为传输介质，适用于非常苛刻的应用环境。据开发公司介绍，该系统应用灵活，易于安装和集成，而且包装坚固。它可同时处理来自两部Camera Link摄像机(区域或线性扫描格式)和一部使用IEEE 1394接口的FireWire摄像机的多路异步图像信号。NetSight II DCL配备了一个高性能的处理器，256 MB程序存储器，20GB数据存储器以及可编程数字I/O接口。内置的以太网接口可与主要的工业通讯协议(如EtherNet/IP和Modbus)完全兼容。NetSight II DCL的界面软件是Sherlock视觉检测软件，它为快速原型设计和安装提供了图形化的界面，并可针对不同的应用随意配置。它还具有联机脚本编辑功能。
(八)智能相机构成视觉系统
PPT Vision公司T系列智能相机家族又添新丁,可用于高速自动检验的Impact T25和T21。相对于标准分辨率的视觉系统，T25具有更高的精确度并改善了疵点检测功能。T21是一个基于微型摄像头的远程相机，占用空间较小。这两款相机都是功能齐全的视觉系统。Online是一个全功能的demo软件，免费在线教程对有关制造质量和产量的细节信息进行了说明。Inspection Builder软件与一个经济的微型相机相集成，具有一个标准的视觉系统的所有功能。PPT Vision公司称其全数字化的视觉系统能够采集高保真的图像，并能够快速、无噪地进行长距离传输，避免了传统模拟传输系统所面临的诸多限制。
总体来说机器视觉有以下几大发展趋势:
1(视觉系统更易于设置和使用;
2(更快更优的算法;
3(更少的障碍;
4(与系统集成商的合作增多;
三(总 结
有人会说这些年来机器视觉技术的进步一直在提高。然而，当回望过去的35年，功能上的差异是巨大的。最早的机器视觉系统需要微计算机，而且它们的功能很有限。首先认识到微处理器的潜能的其中一个公司是物体识别系统，也是我的老母校。
最早的微处理器没有很大的计算能力，因此基本的模式识别算法不得不被舍弃。好消息是可以做灰度级的处理算法，但坏消息是能做灰度级的处理算法而不能在好的灰度比例变化与坏的灰度比例变化之间做出判别。因此，除非有一个全职的工程师来管理这些设置，错误拒绝的数目是紊乱的，
因此在那个时期的其他机器视觉系统也不是很好。许多的硬件都被设计来完成更复杂的图像处理算法，但是，这些只是在少量算法下才会很好工作，对于一个应用经常没必要用最好的算法。这些早期技术在一些应用中体现出重大的进步，比如光源，相机和物体的物理排列，特别是为自身设计的光源，还有它们之间的连接。优化分段处理是减少计算大量图像处理算法的关键。
幸运地是今天机器视觉的潜在计算技术在这些年里取得了很大的进步。结果是产生出更多成功的应用。配备机器视觉的很多产品都是可用的。在10,15年以前可用的性能优于机器视觉工具包的视觉传感器在今天已是普遍使用了。在一些情况下，智能相机结合处理大多数计算任务的FPGA，DSP和微处理器则会更具有智能性。具有多种连接性的数字摄像机能将一台个人电脑变成一个机器视觉系统。在这里电脑可能需要配备更智能的帧采集器，它可以插在电脑上，处理大多数图像处理任务。
在这些产品中内在的计算能力的不断提高，基于拥有权设计的机器视觉硬件在下滑。越来越多的特殊应用机器视觉系统能由一个或另一个配备的机器视觉排列来处理。
参考文献
[1] 张志良译.机器视觉理论、算法与实践, 北京: 人民邮电出版社,2009. [2] (德)斯蒂格(Steger,C.)，(德)尤里奇(Ulrich,M.),(德)威德曼(Wiedemann,C.) 著,杨少荣等译.机器视觉算法与应用,北京:清华大学出版社,2008.3. [3] (美国)杰恩等.机器视觉,北京:机械工业出版社，2008.6.
范文三：巡检机器人的调研报告
上海电力学院
关于巡检机器人的调研报告
院（系部） 自动化工程学院
专业名称: 电 机 与 电 器
学生姓名: 杨 雪 莹
导 师: 薛阳
2013年12月
目录
1 巡检机器人的发展状况 ...................................................................................... 1
2 巡检机器人的应用 .............................................................................................. 3
2.1 高压线路巡检机器人 ............................................................................... 3
2.2.1 机器人仿真 .................................................................................... 4
2.2.2 巡检机器人越障 ............................................................................ 5
2.2 变电站巡检机器人 ................................................................................... 7
2.3 校园巡逻机器人 ....................................................................................... 8
3 总结 .................................................................................................................... 11
参考文献 ................................................................................................................ 12
1 巡检机器人的发展状况
目前巡检机器人已在多个领域中应用，它的智能化推动着它在应用领域的市场前景将是越来越广，尤其是在电力行业。它在多种场合发挥着作用，如变电站，高压线路中等等。
2013年12月9号中山供电局经过三个多月的试运行，该局将“智能巡检机器人”正式投入到500千伏桂山巡维中心使用，开创南方电网公司首例无轨化设备巡视工作。传统的机器人需要铺设类似于火车轨道那样的磁轨，机器人就只能沿着磁轨作运动。而最新投入使用的机器人实现了无轨化运作，不需要铺设任何轨道，也无需进行任何基建工程，机器人就可以直接在日常的路面上运作，既省下基建施工的时间，又节约了投入成本。凭靠机器人配备的四驱越野底盘，还可以爬上30度的陡坡。该机器人上配备了激光扫描设备，可将站内的设备位置，道路扫描为地图，我们在后台为它规划好巡视路径后，它就可以按照指示去工作了。
机器人巡线最大的优点则是，无论白天黑夜还是刮风下雨，它都可以在没有人看管的情况下能自动自觉并出色完成一般日常巡视所包含的工作内容。这样一来，机器人不但减轻了工作量，而且在遇到严重故障或者恶劣天气时，它还可以降低工作人员的安全风险。
智能机器人还具有自动续航功能，当蓄电池电量低于设定值时，它将自动驶入存放室进行充电。据悉，中山供电局通过对智能巡检机器人进行了三个月的试用，已经收到不错的成效。此次正式投入使用，在南方电网公司尚属首例。
2013年11月11日上午，在国家知识产权局与世界知识产权组织举办的第十五届中国专利奖颁奖大会上，由国网山东电力科学研究院申报的外观专利“变电站巡检机器人”荣获外观专利金奖，成为5个金奖之一。这是国家电网公司历史上获得的第一个中国外观专利金奖，也是中国电力行业惟一当选的金奖。
变电站巡检机器人能够全天候全方位全自主对变电站设备进行无人值守巡检, 从而代替繁重的变电站设备人工巡检, 提高了变电站巡检的自动化、智能化水平, 确保了智能电网的安全可靠运行。
该变电站巡检机器人产品外壳采用无污染、抗冲击、高绝缘的ABS 树脂材料，具有较好的环保性和安全性；产品外观采用了“仿人”化创新性设计，整体颜色融合变电站“环境”因素，同时配以红色的机器人颈部绕圈与多色的告警指示灯
点缀，使得整体设计简约而富有活力。该产品控制系统具有过流过压充放电保护、待机低功耗、远程唤醒等功能，具有较好的节能性和经济性。变电站智能巡检机器人的专利群，包括10项核心发明专利，33项外围专利。
目前，国内已经投用的57台变电站巡检机器人。传统的变电站值班员进行人工巡检，受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、技能技术水平等影响较大，存在漏巡，缺陷漏发现的可能性，并存在较大的巡视过程风险，巡视效率低下。贵州省凯里供电局研制的变电站智能巡检机器人，根据操作人员在基站的任务操作或预先设定任务，操作人员只需通过后台基站计算机收到的实时数据、图像等信息，即可完成变电站的设备巡视工作，从而代替人工巡检。
图1 智能机器人在巡检变电站
2 巡检机器人的应用
当前，机器人在电力系统得到了越来越广泛的应用，其中用于无人值守变电站设备巡检机器人对高压设备检测的关键技术之一是给机器人的运动控制系统提供连续、实时、精确的位置、航向等导航信息，使其沿预定的路径行驶并完成检测任务。机器人有多种导航方式，这些导航方式各有其特点，适用于不同的应用环境，其中GPS/DR组合导航系统是一种较为成熟的导航方法，已经广泛应用于陆地车辆（装甲战车、轨道列车等）组合导航系统中。
2.1 高压线路巡检机器人
高压输电线路是电力传输的主要途径，对输电线路定期巡检，及时发现和消除隐患，预防重大事故，对电力系统有重要意义。传统巡检方法主要有人工目测法和直升机航测法。人工巡线费用低廉但效率低，复巡周期长，且由于地理环境因素存在巡检盲区，巡检数据准确率也不高；直升机航巡效率较高，但存在飞行安全隐患且费用极其昂贵。针对这些缺陷，高压巡线机器人应运而生。机器人巡线具有近距离、高精度特点，不存在巡检盲区，巡检费用相对于直升机低廉很多，因此已成为特种机器领域的研究热点。
从20世纪80年代末开始，日本、美国、加拿大等国在巡线机器人领域的研究先后展开。1988年，东京电力公司的Jun Sawada等人研制了光纤复合架空地线巡线移动机器人。该机器人可以借助导轨越塔，但总重达100kg ，并且不能爬30度以上斜坡，所以无法广泛应用。1999年，美国TRC 公司研制了一台悬臂自治巡线机器人原型。但这种机器人仍然无法攀爬30度以上斜坡。2000年，加拿大魁北克水电研究院的Montambault 等人研制了一台HQ LineROVer 遥控小车。这种遥控小车非常轻便，但没有越障能力，只能在两塔之间工作。1991年，Hisato Kobayashi 等设计了一种具有防震构造的自治分散控制机器人。1998年Jaydev P Desai 等人给出了一种光纤架空地线机器人设计，之后泰国的S ．Peungsungwa1 等也设计了一种应用红外探测技术、具有视觉导航能力的巡线机器人。但这些巡 线机器人都存在功耗过高或只能跨越特定类型障碍等种种问题。
国内巡线机器人的研究始于20世纪90年代末。2002年，武汉大学吴功平等研制成功具有沿220kV 单分裂导线全程线路行驶和作业的巡检机器人样机，并在
机器人机构、电能在线补给、机器人局部自治和系统与技术集成等关键技术上取得了实质性突破。2006年，中国科学院沈阳自动化研究所研制出的超高压输电线路巡检机器人在东辽二线上成功完成了沿线行走，但没有越障能力。翌年，沈阳自动化研究所的王鲁单等完成了巡线机器人越障控制研究，实现了巡线机器人沿线行走及跨越障碍的功能。
综合来说，国内外对于高压巡线机器人的研究大多处于实验阶段，但巡线机器人由于其控制简单，成本适中，自动化程度高等特点，正在向实用化迅速发展，是巡线技术的总体发展方向。利用仿真技术建立机器人虚拟样机模型，对机器人进行动力分析、运动分析等，有助于提高机器人本体设计的质量和效率。
2.2.1 机器人仿真
合肥供电公司肥西公司针对高压输电线路巡检工作，阐述了一种巡线机器人作业方案。根据该方案，利用三维动画软件3DS MAX 建立了该机器人的虚拟模型，并对巡线机器人越障动作重点进行了可视化仿真，模拟机器人爬行及越障的实际运动状态。通过模拟和分析，验证了机器人设计方案的合理性。
仿真技术应用于机器人，国内从80年代后期才开始这一方面的研究工作。清华大学、浙江大学、沈阳自动化研究所及上海交通大学等做了起步工作，取得了一定成果。南京理工大学于1994年用C 语言开发ROBGSS ．ROLOPS 系统，逐渐形成了较完善的机器人仿真系统。刘又午教授等人针对由底座、大臂、小臂和3个腕关节构成，且每个关节皆为圆柱铰接，只有1个分支，共计6个自由度的典型机器人多体系统，对程序进行了简化，开发出工业机器人动力学分析专用程序。中国农业大学周一鸣教授等引入GMCADS 符号体系，建立了机构的数学模型，进而采用哈密尔顿正则方程进行机构动力学分析，开发了GMCADS 广义机构计算机辅助设计系统。但是，国内的软件都只停留在实验室中，离软件商品化还有很大距离。
机器人计算机仿真具有以下意义：
(1) 对设计思想进行开发初期的验证和评价，包括对各种方案的运动学及动力学特性进行评估;
(2) 为机器人的精确控制建立动力学模型并提供参考依据;
(3) 对机器人进行产品最终设计上的性能检查，包括机器人能否按计划完成目标，同时评价其运行状况;
(4) 产品最终性能跟踪、故障预测、诊断等需要有效的仿真模型辅助。
图2.1机器人越障动画(部分动作)
2.2.2巡检机器人越障
上海大学机电工程与自动化学院根据500kV 超高压架空输电线路的结构及障碍特点，设计多传感器、多驱动器巡检机器人越障控制方案，提出采用多传感器二次定位方法实现巡检机器人越障时的空间定位。阐述系统的结构和越障原理，通过线下模拟实验环境，不断测试生成合理的知识库，实际越障时根据实测信号自动调用知识库完成自主越障动作。实验结果表明：传感器工作可靠，知识库和空间定位方法设计合理，巡检机器人能高效、快速、高精度地完成巡检及越障任务。
机器人自主跨越架空线上的障碍物是巡检机器人研究中的关键内容。作者针对巡检机器人越障轨迹的要求，完成对控制系统整体的设计及优化；根据机器人的工作环境和作业内容，通过人机交互界面，在模拟环境中摸索出所需要的翻越各种障碍物的动作组合，完成知识库的建立和修改；分析巡检机器人跨越障碍原理，针对越障过程中手臂上线时空间定位这一难点，提出采用多传感器二次定位的方法，其优点是节省手臂上线时间，提高空间定位的准确性。
在这篇文章中，机器人的控制系统实行分级控制，即远程管理主机控制系统
和机器人本体控制系统，机器人本体控制系统包括机器人本体主控机和执行层。
控制系统的组成结构如图2.2所示。
图2.2控制系统组成结构
中国科学院沈阳自动化研究所机器人学开放实验室和中国科学院研究生院联合分析出了一种改进的超高压输电线路巡检机器人越障方法。文章中介绍了一种新型的超高压输电线路巡检机器人，阐述了分阶段的控制策略。主要针对越障的工程实际问题，从理论上分析了越障阶段的难点：质心调节，输电线的辨识与定位问题。进行了仿真和试验, 验证了控制策略和理论分析的正确性。
越障是巡检机器人典型的工程实际问题，也是巡检机器人研究的关键之一。轮臂复合机构能够提供伸缩和旋转配合，使得机器人具有跨越障碍的能力。分阶段控制策略分解了越障的运动过程，降低了编程难度。根据工程实际，详细分析了越障阶段的难点：质心调节、辨识和定位问题。根据实验环境的实际情况，进行了实验算例的参数分析和越障运动过程的仿真，验证了控制策略和理论分析的正确性。
在初步的实验室实验中，遇到由于惯性造成的机器人旋转角度过大、多次重复辨识定位才能正确上线等问题，解决方法还在研究中。
图2.3 越障流程仿真
2.2 变电站巡检机器人
随着科技进步和电力体制改革的不断发展，以“信息化、数字化、自动化、互动化”为特征的智能电网建设逐渐深入。为保证变电站设备的安全可靠运行，更好更快地推进变电站无人值守进程，变电站巡检机器人部分替代人工巡检已经成为一种趋势。传统的变电站巡视主要是通过人工方式，综合运用感官以及一些配套的检测仪器对变电设备进行以简单定性判断为主的检查，该方式存在劳动强度大，检测质量分散，主观因素多，巡检不到位难以监控，巡检结果数字化不便等缺陷，不符合智能电网的发展方向。变电站巡检机器人集成最新的机电一体化和信息化技术，采用自主或遥控方式，部分替代人对变电站室外设备进行可见光、红外、声音等检测，对巡检数据进行对比和趋势分析，及时发现电网运行的事故隐患和故障先兆，如：异物、损伤、发热和漏油等。巡检机器人为提高变电站的数字化程度和全方位监控的自动化水平，确保设备安全可靠运行发挥了重要作用。
山东鲁能智能技术有限公司和浙江省电力公司嘉兴电力局，共同研究了变电站巡检机器人检测及控制系统，并发表了论文。文章针对全天候、强电磁等复杂背景下，要求变电站巡检机器人适应性强、可靠性高、控制灵活及检测结果准确等因素，介绍一种抗干扰能力强、实用化程度高、完全自主运行，能够满足变电
站设备巡检要求的机器人检测及控制系统，主要包括导航定位及运动控制系统、
电源管理系统、云台控制系统、图像及声音检测系统。检测及控制系统是机器人的重要组成部分，为巡检机器人长期自主运行提供了有力支持。
1）导航定位及运动控制系统
变电站巡检机器人导航定位原理如图2.4所示，机器人采用磁导航，由安装于机器人前部的磁传感器组检测机器人相对于磁轨迹的偏移，从而引导机器人沿预定路线运行。其主要优点是导引原理简单而可靠，导航定位精度高并且重复性好，抗干扰能力强，缺点是磁轨迹铺设工作量大，地面处理工作量大，路径灵活性差。机器人依靠RFID 标签定位，定位精度较高，可达厘米级。
图2.4 导航定位原理示意图
2）云台控制系统
变电站巡检机器人按照规划路线运行至检测点后，调用云台的预置位功能，云台带动可见光摄像机、红外热像仪等检测设备对准待检电力设备。云台性能直接影响可见光、红外图像质量。本文对云台本体采用模块化设计，结构紧凑坚固，齿轮间隙小于0.1°具有IP67防护等级。云台控制系统结构包含直流伺服电机、角度传感器、硬件限位和云台控制板，它们分别负责云台水平和垂直运动时的驱动、位置反馈、行程保护和系统控制。
2.3 校园巡逻机器人
巡检机器人作为服务机器人的一种，是随着近年来社会经济的发展，超级商场、机场、车站、会展中心及物流仓库等大型人流、物流场所规模和数量不断扩大，保安自动化需求日趋迫切这一环境下而催生的一种新型机器人。采用巡检机器人进行定时、定点监控巡逻或不间断流动巡逻将是解决当前情况的一种可行方
案。巡逻机器人是一个集环境感知、路线规划、动态决策、行为控制以及报警装
置于一体的多功能综合系统。将机器人用于保安工作，具有广阔的应用前景，近年来已受到国内外的重视，成为服务机器人的一个新研究方向。
山东大学的一名研究生在2013年5月发表的硕士论文中提到了校园巡逻机器人定位与避障技术研究。文章针对校园环境下移动机器人的定位与避障技术展开研究, 并取得了一定成果，具体研究内容如下：
(1)针对校园环境范围大、结构简单的特点，结合RFID 传感器信息传递功能，提出一种大范围拓扑环境学习与建模新方法。根据校园环境上下文信息需求，设计RFID 标签格式，指导机器人进行环境学习，且以标签的分布代表环境整体结构，由标签内容传递导航任务，由此构建环境模型。
(2)针对激光数据存在噪声干扰的问题，设计了一种动态自适应中值滤波方法，利用激光数据时间和空间上的相关性，剔除噪声干扰，平滑激光数据。
(3)根据校园道路特点，采用激光传感器利用路沿高度区分路面区域，完成机器人定位，并针对单一传感器无法可靠定位的问题，提出了基于扩展卡尔曼滤波的激光与惯导模块角度信息融合方法，大大提高了机器人直道定位的精度和可靠性。在路口区域，使用RFID 、激光、惯导模块与里程计相互配合，弥补缺陷, 保证了路口区域机器人的定位精度。
(4)为保障机器人安全巡逻，在总结常用避障策略的基础上，提出一种新的角度势场法，将机器人所处环境的势场力转化到角度信息上，通过综合分析各角度的可通行性，得出机器人最佳方向选择。同时针对传统障碍检测方法的不足，采用倾斜向下安装的激光检测一个倾斜面，兼顾机器人前方与激光位置下方区域，获得更好的检测效果。
图2.5 机器人发现障碍
图2.6 机器人选择通行方向
视觉作为机器人定位的常用方法，能够提供丰富、准确的环境信息，且设备价格低廉，易于安装使用，因此，视觉定位一直是机器人定位问题研究的热点。视觉定位通过分析采集的图像，从中提取出能够提供定位信息的人工地标或自然地标信息，从而完成对机器人的定位。邱波等通过视觉检测导航线及定位路标, 实现了机器人在变电站的无人巡检。Saeedi 等人提出了一种通过提取阁像特征的两步特征跟踪算法，并通过卡尔曼滤波提高了环境特征和移动本体的位赏估计精度，取得了较好的效果。对于完全非结构化的环景，Yang Cheng等设计的三维立体视觉定位方法在“机遇”号火里车上得到了成功应用。虽然视觉定位取得了广泛的应用，但视觉定位算法复杂, 定位的实时性较差，且受环境中光照、尺度及部分遮挡等因素的影响较大，这都会对图像信息的理解和分析带来较大的困难。
3总结
通过对巡检机器人的调研，我了解到巡检机器人运行在一些行业中发挥了很大的作用。目前各电力公司（尤其是山东省电力供电局）和研究所以及部分大学的人员均对它进行了深入的研究和探讨。本文主要对高压线巡检机器人、变电站巡检机器人和校园巡检机器人分别进行了调查和研究，从中知道他们在不同运行环境下拥有不同的功能以及相似的工作原理。
巡检机器人在最近的几年内一定会迅速发展，这已是不争的事实。但是如何在目前的基础和技术进一步完善，以及继续发开出新的功能是科研人员下一步的目标和动力。
参考文献
[1] 郭轶敏，张劲．全国已投用变电站巡检机器人近八成山东造．电工中国经济
时报．2013-05-17.
[2] 周羽．广东中山供电局：无轨化智能巡检机器人首度投入使用．中国广播
网．2013.12.17.
[3] 山东鲁能智能技术有限公司，浙江省电力公司嘉兴电力局．变电站巡检机器
人检测及控制系统研究[J]．机电信息，2013,30(384):131-133．
[4] 亓希龙．校园巡逻机器人定位与避障技术研究[D]．山东大学，2013,05.
[5] 孙翠莲，王洪光，王鲁丹等．一种改进的超高压输电线路巡检机器人越障方
法．机器人 ROBOY ．2006,28(4):379—384.
[6] 刘勇，张劲．巡检机器人获设计金奖．2013,11,22.
范文四：机器人调研报告
机器人调研报告
关于那智不二越电焊机器人SRA系列的调研
点焊机器人的发展和组成
点焊机器人(spot welding robot) 用于点焊自动作业的工业机器人。世界上第一台点焊机于1965年开始使用，是美国Unimation公司推出的Unimate机器人，中国在1987年自行研制成第一台点焊机器人??华宇-?型点焊机器人，同时也不断在各个机器人公司出现。 点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成，由于为了适应灵活动作的工作要求，通常电焊机器人选用关节式工业机器人的基本设计，一般具有六个自由度:腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。其驱动方式有液压驱动和电气驱动两种。其中电气驱动具有保养维修简便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等优点，因此应用较为广泛。点焊机器人按照示教程序规定的动作、顺序和参数进行点焊作业，其过程是完全自动化的，并且具有与外部设备通信的接口，可以通过这一接口接受上一级主控与管理计算机的控制命令进行工作。
点焊机器人的特点
(1)技术综合性强工业机器人与自动化成套技术，集中并融合了多项学科，涉及多项技术领域，包括工业机器人控制技术、机器人动力学及仿真、机器人构建有限元分析、激光加工技术、模块化程序设计、智能测量、建模加工一体化、工厂自动化以及精细物流等先进制造技术，技术综合性强。
(2)应用领域广泛工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设备，可用于制造、安装、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业，应用领域非常广泛。
(3)技术先进工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体，通过对过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策，实现增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境污染，是工业自动化水平的最高体现。
(4)技术升级工业机器人与自动化成套装备具备精细制造、精细加工以及柔性生产等技术特点，是继动力机械、计算机之后，出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具，是实现生产数字化、自动化、网络化以及智能化的重要手段。
点焊机器人最先大规模使用的区域将会出如今发达地区。随着产业转移的进行，发达地区的制造业需要提升。基於工人成本不断增长的现实，点焊机器人的应用成为最好替代方式。未来我国点焊机器人的大范围应用将会集中在广东、江苏、上海、北京等地，其点焊机器人拥有量将占全国一半以上。日益增长的点焊机器人市场以及巨大的市场潜力吸引世界着名机器人生产厂家的目光。当前，我国进口的点焊机器人主要来自日本，但是随着诸如“机器人”类似的具有自有知识产权的企业不断出现，越来越多的点焊机器人将会由中国制造。 那智不二越简介
NACHI不二越公司创立于1928年，自创立开始一直致力于发展机械技术，以及机械制造事
业。总工厂位于日本富山，北美、南美、欧洲及亚洲也设有生产基地，并在世界范围内设立了常驻代表机构和销售网点，可以迅速而准确地把握市场动向，切实满足客户的愿望。
销售市场
那智不二机器人公司有几个产品其市场占有率是世界第一的，比如汽车空调里的轴承以及万向节，还有挖掘机上用的液压发动机。公司的机床和刀具都是很专的，机床、磨床一般都是用户订做，刀具都是用在精度要求非常高的零件加工上，这些刀具的材料要求很高，都是我们自己加工的。目前那智不二越的机器人主要为丰田和奇瑞配套。在丰田的机器人占其总量的50% ，奇瑞占的比例多一些，大概80% ,90% ，每年奇瑞机器人采购量有700,800台，大概会供应在600台左右。
那智不二越SRA100型点焊机器人
那智不二越SRA100型点焊机器人的特点
具有高速度、使用方便、节能、节源的特点。领先的速度，使机器人作业实现最短的循环时间。追求快速性和振动控制性的轻质、高刚性的SRA ，进而提高了全轴速度，也缩短了气割动作时间，由此使生产率得到了飞跃性的提高。使用方便，通过最新的机械元件和电动机驱动控制，提高位置反复的精度和驱动系的可靠性，通过紧凑式的本体，可进行更高密度的设置，简化了定期检查或零件更换等作业，也提高了维护性。节能、节源，机器人本体比以前减轻20% ，采用最新的电动机驱动控制最佳速度，实现了电力比以前降低15% 的目标。
那智不二越SRA100型点焊机器人的本体规格
※1:第1手臂部负荷根据安装位置、手腕负荷质量而变化。 ※2:手腕容许惯性力矩因手腕负荷条件而不同，请注意。 ※3:以JIS B 8432为依据。
那智不二越SRA100型点焊机器人的外形尺寸及工作范围
相比其他类型机器人SRA100型点焊机器人的优势
(1)通过世界最快的动作性能提高生产率 通过轻量且高刚性的机身与独有的控制技术，动作速度比原有的相同机型相比提高了37% ，实现了世界最快的速度。有助于提高各类生产的生产率。
(2)重量轻、外形紧凑且动作范围广 紧凑的安装面积不足A4纸大小，却拥有可搬运7kg同等级别的最大伸臂长度。由于机身重量轻(约30kg)，可手持搬运，节省了空间且拥有宽广的动作范围，由此可轻松将机器人运用于新设备，或替换现有设备的机器人。
(3)简洁的电缆引线 中空的手腕，使连接安装于手腕顶端的手部等的配线配管变得简洁。通过将所有的配线穿过中空部分，大幅减少了与周边装置干扰的风险。
(4)标准配备高度防尘防滴功能 机身与手腕的防尘防滴性能得到提升(保护等级IP67)，可应用于切屑纷飞的去毛刺工序或冷却剂飞溅的机械加工工序等恶劣的环境。
(5)丰富的选购件规格及自由的安装条件 可从七种手部中选择标准配置(选购件)，还可根据用途选择视觉传感器和力传感器等应用程序。安装方法除了落地式外，还可自由选择壁挂、吊顶、倾斜等方式，满足替代人手作业的所有需求。
(6)小型、高性能控制器“CFD ” 支持的小型控制器“CFD ”也实现了商品化。还可选择纵向安装，有利于节省空间。同时标准配备用于控制包含周边设备在内的系统的软件PLC、离线仿真工具等，兼具高性能与使用简便性。
值得注意的是机器人的动作与焊枪作业是由同一个控制器控制的。与原型号机器人由不同控制器分别控制机器人与焊枪的做法不同，新机器人只通过1个控制器发出指令。因此，可以实现机器人与焊枪工作开始时间的完全同步，从而缩短了点焊周期。这是由于CPU性能提高的结果。所用CPU为美国英特尔公司的“Pentium III”，工作频率500MHz。操作系统采用美国微软公司的“Windows NT”与实时操作系统。
范文五：机器人调研报告
机器人调研报告
一、引言
机器人学是一门综合性的新兴学科，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。
机器人种类繁杂，可以从不同的角度对其分类，如机器人的结构形式、控制方式、信息输入方式、智能程度、用途、移动性等。这里仅按用途和技术等级来说明。
1(按用途分类
(1)工业机器人:主要工作在柔性生产线上，如点焊、弧焊、加工、搬运、装配及喷漆机器人等。
(2)自主车:其行走机构，多为四个轮子，用在自动化生产车间运送零部件，也可作为服务机器人用在医院、机场等处。
(3)水下机器人:用于海底探测。
(4)建筑机器人:砌墙、贴瓷砖等。
(5)外星探测机器人:其行走机构常为6个轮子或8个轮子，作为外星探测工具，常称其为漫游车。
(6)服务机器人:酒店及家庭服务、汽车自动加油等。
(7)林业机器人:其行走机构常为履带式、腿式及轮腿结合式。用于运输木料、挖掘树根、栽种树苗及采集树果等。
(8)农业机器人:用于田间作业。
图 工业机器人 图 自主车机器人 图 水下机器人
图 建筑机器人 图 农业机器人 图 服务机器人
2(按技术等级分类
(1)第一代机器人
主要以“示教再现”的方式工作。目前已商品化、实用化的工业机器人大都属于第一代机器人。“示教”是工作人员通过“示教盒”将机器人开到某些希望的位置上，按“示教盒”上的“记忆键”定义这些位置的名字，让机器人记忆这些位置。工作人员利用机器人编程语言编制机器人工作程序时，就可利用这些已定义的位置，在机器人运行工作程序时，可再现这些位置。第一代机器人具有完备的内部传感器，检测机器人各关节的位置及速度，并反馈这些信息，控制机器人的运动。
(2)第二代机器人
拥有外部传感器，对工作对象、外界环境具有一定的感知能力。感知的信息参加控制运算。例如，装备几个摄像机的机器人可以确定散放在工作台上的零件位置，准确地将它们拿起并放到规定的位置上去。第二代机器人正在越来越多地用于工业生产中。
(3)第三代机器人
拥有多种高级传感器，对工作对象、外界环境具有高度适应性和自治能力，可以进行复杂的逻辑思维和决策，是一种高度智能化的机器人。目前，第三代机器人处于研究及发展阶段。
图 工业机器人
图 特种机器人
机器人主要有两大类:用于制造环境下的工业机器人和用于非制造环境下的服务 机器人。工业机器人是一种对生产环境和生产条件具有较强的适应性和灵活性的柔性 自动化装备，它主要用于现代制造业中代替人们从事繁重、重复单调、环境恶劣危险、 人做不了或做不好的工作，从而减轻了人们的劳动强度，改善了劳动环境，并有效地 提高了生产的自动化程度，提高了产品质量和劳动生产率。工业机器人是柔性化制造系统FMS、自动化工厂FA和计算机集成制造系统CIMS，必不可少的自动化工具，它的发展和应用情况已成为一个国家工业自动化水平的重要标志。
二、工业机器人
2.1工业机器人概述
工业机器人是机器人学的一个分支，它代表了机电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展，工业机器人已成为柔性制造系统、自动化工厂、计算机集成制造系统的自动化工具。
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，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专门系统。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
以机械臂为例，机械臂的发展是随着机器人技术和传感器技术的不断成熟而不断 发展的。通常机械臂由多自由度机械连杆和末端夹持器(也称机械手)组成。机械臂通过多自由度机械连杆的姿态调整和机械手的动作完成操作任务。机械臂作为机器人的一个重要组成部分，起着连接和承受外力的作用，手臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其结构、工作范围、灵活性以及抓重大小、定位精度等对机械手性能影响很大。
图 工业机器人 图 最早关节机器人
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。
(1)机械结构:以关节型为主流;应汽车、建筑、桥梁等行业需求，超大型机器人应运而生;CAD、CAE等技术已普遍用于设计，仿真和制造中。
(2)控制技术: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;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;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:DD驱动技术则广泛地用于装配机器人中;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:美国“机器人工作空间技术公司”开发了RobotScriptV.10
通用语言，运行于该公司的通用机器人控制器URC的WinNT/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。
图 工业机器人组成
2.2 国内工业机器人市场特征
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。
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,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。
三、机械手
3.1机械手概述
机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率;可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
3.2机械手组成及分类
3.2.1机械手的组成
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图所示。
图 机械手组成方框图
(一)执行机构
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。
?、手部: 即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为:夹持式和吸附式手。
表 手部结构
回转型 手指结构简单，制造容易，故应用较广泛 手指运动形式
平移型 结构比较复杂，应用较少，适宜夹持直径变化范围大的工件
常用的指形有平面的、V形面的和曲面的;
手指结构 手指有外夹式和内撑式;
指数有双指式、多指式和双手双指式等。
常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和传力机构型式
重力式等。
?、手腕:是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)
?、手臂:是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指 去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。
?、立柱:是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。
?、行走机构:当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。
?、机座:是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装 于机座上，故起支撑和连接的作用。
(二)驱动系统
驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。
(三)控制系统
控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
3.2.2机械手的分类
工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。
(一)按用途:专用机械手和通用机械手两种。
?、专用机械手
它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手和加工中心。
?、通用机械手
它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。
(二)按驱动方式:液压传动机械手、气压传动机械手、机械传动机械手、电力传动机械手。
?、液压传动机械手
是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。
?、气压传动机械手
是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。
?、机械传动机械手
即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。
?、电力传动机械手
即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。
(三)按控制方式:点位控制、连续轨迹控制
?、点位控制
它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。
?、连续轨迹控制
它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。
(四)按机械结构、坐标系特点:直角坐标型，圆柱坐标型，球坐标型，多关节型 等。
?直角坐标型机械臂
其运动部分由三个相互垂直的直线移动(即PPP)组成，其工作空间图形为长方形。它在各个轴向的移动距离，可在各个坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，控制无耦合，结构简单，但机体所占空间体积大，动作范围小，灵活性差，难与其他工业机器人协调工作。
图 直角坐标型机械臂 图 圆柱坐标型机械臂
?圆柱坐标型机械臂
其运动形式是通过一个转动和两个移动组成的运动系统来实现的，其工作空间图 形为圆柱，与直角坐标型工业机器人相比，在相同的工作空间条件下，机体所占体积 小，而运动范围大，其位置精度仅次于直角坐标型机器人，难与其他工业机器人协调工作。
?球坐标型工业机器人
又称极坐标型工业机器人，其手臂的运动由两个转动和一个直线移动所组成，其工作空间为一球体，它可以作上下俯仰动作并能抓取地面上或教低位置的协调工件，其位置精度高，位置误差与臂长成正比。
图 球坐标型机械臂 图 多关节型机械臂 图 平面关节型机械臂
?多关节型工业机器人
又称回转坐标型工业机器人，这种工业机器人的手臂与人一体上肢类似，其前三个关节是回转副(即RRR)，该工业机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂做回转运动和俯仰摆动，小臂做仰俯摆动。其结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，能与其他工业机器人协调工作， 但位置精度较低，有平衡问题，控制耦合，这种工业机器人应用越来越广泛。
?平面关节型工业机器人
它采用一个移动关节和两个回转关节，移动关节实现上下运动，而两个回转关节则控制前后、左右运动。这种形式的工业机器人又称装配机器人。在水平方向则具有柔顺性，而在垂直方向则有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业的插接、装配中应用广泛。
3.2.3工业机器人与机械手
工业机器人是一种能自动定位控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、零件和操持工具，用于完成各种作业。而操作机又定义为:具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其他操作的机械装置。是有独立机械机构和控制系统，能自主的 、运动复杂、工作自由度多、操作程序可变，可任意定位的自动化操作机(系统)。
机械手是模拟人手和臂动作的机电系统，根据机电耦合原理，按主从原则进行工作，因此，它只是人手和臂的延长物，没有自主能力，附属于主机设备，动作简单、操作程序固定的重复操作，定位点不变的操作装置。
表 工业机器人与机械手区别
?控制系统中装有电子计算机，可通过改变软件的方式实现动作程序的变
化，以完成多种作业要求; 工业机器人
?程序可变的、适用于多品种小批量的通用自动机械。
?控制系统中没有电子计算机，动作程序通常不能改变或通过硬件稍有变
机械手 更;
?程序固定的、适合于大批量生产的专用自动机械;
3.3机械手结构设计
机械臂作为机器人的一个重要组成部分，起着连接和承受外力的作用，手臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其结构、工作范围、灵活性以及抓重大小、定位精度等对机 械手性能影响很大。因此在设计手臂的结构形式时，除了要考虑上述因素外，还应注意一下几点:
(1)手臂应承载能力大、刚性好、重量轻，保证手臂准确工作并具有一定的定位精度。
(2)应使手臂运动速度快，惯性小、动作灵活。
(3)应使手臂传动准确，导向性好。
(4)输油管道的布置应合理，不妨碍机械手的运动且使手臂外形整齐，结构紧凑。
(5)其他要求，如高温作业，应考虑辐射的影响;粉尘场合应设有防尘装置等。
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