工业机器人的典型应用有哪些（工业机器人应用案例）
工业机器人的典型应用有哪些（工业机器人应用案例）发布日期：2020-10-3012:02:34浏览次数：139来源：悦普达自动化工业机器人作者：工业机器人解决方本文有938个文字，大小约为5KB，预计阅读时间3分钟信息摘要：工业机器人应用案例视频在短短50多年的时间中，机器人技术得到了迅速的发展，在众多制造业领域中，工业机器人应用最广泛的领域是汽车及汽车零部件制造业，并且正在不断地向其他领域...原文标题：工业机器人的典型应用有哪些（工业机器人应用案例）
工业机器人应用案例视频在短短50多年的时间中，机器人技术得到了迅速的发展，在众多制造业领域中，工业机器人应用最广泛的领域是汽车及汽车零部件制造业，并且正在不断地向其他领域拓展，如机械加工行业、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，焊接机器人、磨抛加工机器人、焊接机器人、激光加工机器人、喷涂机器人、搬运机器人、真空机器人等工业机器人都已被大量采用。1：磨抛加工机器人磨抛加工机器人主要应用于航空、航海、核电叶片磨抛，采用机器人持砂带在叶片表面磨抛，采用柔性接触、视觉定位的方式减小磨抛缺陷，与人工磨抛相比，具有加工时间短，型面精度高，表面粗糙度小，加工一致性好的特点。能适应大负载，恶劣的工作环境。精度要求高。2：焊接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，主要有熔化极焊接作业和非熔化极焊接作业两种类型，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。应用特点：要求快速平稳移动，定位精度要求较高。3：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。4：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。
5：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，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。精度要求较高。6：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。精度要求较高。7：码垛机器人
码垛机器人是从事码垛的工业机器人，将已装入容器的物体，按一定排列码放在托盘、栈板(木质、塑胶)上，进行自动堆码，可堆码多层，然后推出，便于叉车运至仓库储存，码垛机器人可以集成在任何生产线中，为生产现场提供智能化、机器人化、网络化，可以实现啤酒、饮料和食品行业多种多样作业的码垛物流，广泛应用于纸箱、塑料箱、瓶类、袋类、桶装、膜包产品及灌装产品等。
8：喷涂机器人
喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等，一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。
喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。喷涂机器人所处工作环境恶劣，其精度要求较低。
9：搬运机器人
搬运机器人由计算机控制，具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能，搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动，它可广泛应用于各行业的柔性搬运、传输等功能，也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统;同时可在车站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。其负载大，无严格精度要求，可以通过编程完成各种预期的任务，在自身结构和性能上有了人和机器的各自优势，尤其体现出了人工智能和适应性。
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人工智能经典案例
图6-21火星探矿机器人案例的环境示意图
“火星探矿机器人”的设计目标是要采集火星矿产，并将其带到预定的区域。
为此，该机器人具有以下一组基本能力。
移动。它能够在火星表面移动，能够从一个单元格移动到其上、下、左、右的相邻单元格。
探测。它配备了多种传感器，具有一定程度的环境感知能力，具体包括探测周围一定区间（如相邻多少个单元格）的矿产分布情况以及障碍物情况。
采集。它能够采集所在单元格中的火星矿产。
卸载。它能够卸载其采集的、放置在其体内的矿产。
交互。它能够与其他的机器人进行交互和协同，以更高效地采集矿产。例如，一个机器人探测到大面积的矿产，它可以将该矿产信息告知其他机器人，以便他们能够来该区域采集矿产。
为了充分反应探矿机器人的实际情况，我们对机器人作了以下假设：
①每个机器人存储矿产的容量都有一定的限度，即机器人内部只有有限的空间存放矿产，一旦机器人采集的矿产超出其存储容量，它必须将这些矿产卸载到特定的位置区域，以便能够再次采集矿产。
②每个机器人的能量都有一定的限度，机器人在移动、探测、采集、卸载等过程中会消耗能量，为此机器人必须在其能量消耗殆尽之前补充能量（如充电）。
③每个机器人的感知能力都是有限度的，它只能够感知其周围一定范围内的环境状况，如邻近两个单位的单元格。
下面通过多个场景描述机器人如何在上述火星环境下采集火星矿产，这些场景分别描述了机器人采矿的不同工作模式，反映了实现这些自主机器人的不同难易程度。
场景一:独立采集矿产。
在该场景中，有多个自主机器人参与到火星矿产的采集工作中，每个机器人都有移动、探测、采集、卸载的能力，它们在火星表面随机移动，根据其所在位置探测到的矿产信息和障碍物等环境信息自主地实施行为。
但是，这些机器人都是单独工作，它们之间没有任何交互与合作。
因此，可以将本场景中的每个机器人都抽象和设计为自主的Agent。
场景二:合作采集矿产。
在该场景中，有多个自主机器人参与到火星矿产的采集工作中，每个机器人都有移动、探测、采集、卸载的能力，它们在完成各自矿产采集任务的同时，相互之间还进行交互和合作，以更高效地开展工作。
例如，某个机器人探测到大片的矿产信息，那么它可以将该信息告诉给其他机器人，或者请求其他机器人来该区域采矿。
因此，可以将本场景中的机器人抽象和设计为由多个自主Agent所构成的多Agent系统。
该系统的设计和实现不仅要考虑到各个自主Agent，还要考虑到这些Agent之间的交互和协同。
场景三:多角色合作采集矿产。
在该场景中，有多个具有不同职责、扮演不同角色的机器人参与到火星矿产的采集工作中，每类机器人承担矿产采集中的某项工作（如探测、采集），它们之间通过交互和合作共同完成矿产采集任务，即该场景有多种类型的机器人，包括:
①采矿机器人，采集矿产并将其运送到指定区域;
②探测机器人，负责探测矿产并将其探测到的矿产信息通知给采矿机器人。
因此，可以将本场景中的机器人抽象和设计为由多个自主Agent所构成的多Agent系统。
该系统的设计和实现不仅要考虑到各个自主Agent，还要考虑到这些Agent之间的交互和协同。
显然，该场景比前一个场景更复杂，它涉及的Agent类型和数量、交互和合作关系等更多。
02
设计与实现
下面介绍如何基于多Agent系统的开发框架JADE开发“火星探矿机器人”案例。
为了简化设计，聚焦于Agent的构造和实现，“火星探矿机器人”案例中的环境被设计为一个M×M的网格，每个网格单元代表了一个地理位置，不同网格单元具有不同的地形信息，可能存在影响机器人移动的障碍物，火星矿产非均匀地分布在网格单元格中。
机器人驻留在网格环境中，可以在不同的网格中移动，感知网格周围的环境信息，如矿产、障碍物等，如果它发现所在的网格中存在矿产，那么它就挖掘矿产。
整个应用的界面如图6-22所示。
界面左部显示了机器人所在的环境（用网格来表示），它提供了多样化的图符以及数字信息表示环境中的机器人、矿产、障碍物等及其在环境中的分布情况。
机器人运行在网格中，因而任何时刻机器人都有其所处单元格的位置。
界面的右部显示了各种图符信息的说明以及系统和环境中机器人、矿产等数量的变化。
界面的下部提供整个系统运行过程中的各种动态信息，如某个机器人探测到矿产、机器人从一个位置移动到另一个位置等。
图6-22火星探矿多Agent系统的运行界面
系统在初始化时将自动生成机器人的运行环境，包括矿产、障碍物等的分布。
用户可以根据需要配置系统运行时的机器人信息，包括机器人的类型、数目等，设置机器人的基本属性，如机器人的观测范围、机器人的初始能量值等。
在实际开发中，我们具有以下的基本假设：Agent从初始位置出发在地图上随机单步移动，遇到障碍能够自动避开，能自动探测到其周边是否有矿产，一次只能采集一个矿产并将其运送到指定的矿产仓库。
1
●
环境的设计与实现
我们设计了一个环境类（对应于environment.java文件）表示和处理应用中的环境。
该类封装了以下一组属性和行为。
环境中的矿产，定义一个一维动态数组存放矿产的位置ArrayListMinePositions，其中Coordinate是一个类，定义了网格的坐标。
环境中的障碍物，定义一个一维动态数组存放障碍物的位置ArrayListObstaclePositions。
环境中的机器人，ArrayListrobots，该属性定义了处于环境中的一组机器人。
InitEnv方法，该方法生成网格环境并随机产生环境中的矿产和障碍物。
2
●
系统中的Agent和行为
根据应用案例描述，我们设计了如图6-23所示的一组Agent和行为，以支持场景一至场景三的实现。
图6-23系统中的Agent及其行为示意图
BasicRobot是一个基本的Agent机器人，它能够在环境中行走，具有随机行走RandomWalkBev的行为。
在本案例中，BasicRobot无须生成具体的Agent实例，而是被其他Agent所继承。
ExploreRobot是一个专门为场景一设计的Agent机器人，它继承了“BasicRobot”Agent的属性、方法和行为，具有探测矿产DetectMineBev、采集矿产DigMineBev、转存矿产DumpMineBev3个行为。
也就是说，该Agent可以独立完成探矿、采矿和存矿的功能。
但是，ExploreRobot不具有与其他Agent交互和协同的能力。
在场景一，系统可能会产生一个或者多个“ExploreRobot”Agent机器人。
ExploreCoopRobot是一个专门为场景二设计的Agent机器人，它继承了“ExploreRobot”Agent的属性、方法和行为，同时具有交互协同CooperationBev行为，能够与其他Agent机器人进行协同，以告知所探测的矿产信息。
在场景二中，系统可能会产生一个或者多个“ExploreCoopRobot”Agent机器人。
场景三包含两类不同的Agent机器人：
一类是专门探矿的机器人DetectMineRobot，它具有探测矿产DetectMineBev、交互协同CooperationBev两个行为，可以实现探矿并将所探测到的矿产信息告诉给其他的Agent机器人；
另一类是DigMineRobot，它具有采集矿产DigMineBev、转存矿产DumpMineBev、交互协同CooperationBev3个行为，能够实施采矿、存矿等功能，处理其他Agent发送过来的消息，并将采矿信息告诉给环境中的其他
3
●
Agent类的设计与实现。
Agent类的设计与实现需要注意以下几点：
①继承Agent类或者其子类；
②在构造函数中初始化Agent的基本属性；
③在Setup方法中通过addBehaviour语句给Agent增加相应的行为，以便Agent创建后就可执行这些行为。
下面以“ExploreRobot”Agent为例介绍如何设计和实现Agent。
任何Agent类都要继承JADE的Agent类或者其子类，如BasicRobot继承了Agent类，其代码框架如下所示。
importjade.core.Agent;
publicclassBasicRobotextendsAgent{
…
}
“ExploreRobot”Agent则继承了“BasicRobot”Agent，而“BasicRobot”Agent是Agent类的子类，该部分的代码框架如下所示。
importjade.core.Agent;
publicclassExploreRobotextendsBasicRobot{
…
}
在每个Agent的构造函数部分，程序员需要针对Agent的一些属性完成初始化工作。
例如，对于每一个“ExploreRobot”Agent而言，当其实例化之后，需要为其随机生成该Agent机器人在环境（即网格）中的位置，同时需要初始化该机器人所获得环境中矿产的信息。
该部分的代码框架描述如下。
importjade.core.Agent;
publicclassExploreRobotextendsBasicRobot{
Coordinateposition;
ArrayListFoundMine;
…
publicExploreRobot{
…;
position=env.CreateRandomPosition;
FoundMine=newArrayList;
}
…
}
其中，position是一个类型为Coordinate的属性，它定义了Agent机器人在网格中的坐标；FoundMine是一个类型为Coordinate的动态数组，定义了Agent机器人探测到的矿产位置信息。
在上述语句中，CreateRandomPosition是一个产生随机环境位置的方法，FoundMine=newArrayList语句则产生一个类型为Coordinate的动态数组。
Agent类的设计通常需要实例化setup方法。
针对本案例，我们需要在该方法中增加一组行为，以便让ExploreRobot在创建之后就可执行这些行为，其代码框架描述如下。
importjade.core.Agent;
publicclassExploreRobotextendsBasicRobot{
…
publicvoidsetup{
addBehaviour(newDetectMineBehaviour(this));
addBehaviour(newDigMineBehaviour(this));
addBehaviour(newDumpMineBev(this));
}
…
}
其中，语句addBehaviour（newDetectMineBehaviour（this））；旨在增加一个探测矿产的行为，语句addBehaviour（newDigMineBehaviour（this））；旨在增加一个挖矿的行为，语句addBehaviour（newDumpMineBev（this））；旨在增加一个卸载矿产到矿产仓库的行为。
4
●
行为类的设计与实现
行为类的设计与实现需要注意以下几点：
①分析待实现行为的特点，确定该行为类应继承什么样的基类行为；
②在publicvoidaction方法中编写具体的行为代码。
下面以DetectMineBehaviour行为为例介绍如何设计和实现行为。
首先，DetectMineBehaviour行为旨在探测Agent周边是否存在矿产，这种探测需要不断地进行，因而该行为属于一类周期性行为，需要继承JADE中的CyclicBehaviour类，其代码框架如下所示。
importjade.core.Agent;
importjade.core.behaviours.CyclicBehaviour;
…
publicclassDetectMineBevextendsCyclicBehaviour{
…
publicDetectMineBev(BasicRobotrobot){
…
}
publicvoidaction{
…
}
}
其中，DetectMineBev是构造函数，可以完成一些初始化的工作；publicvoidaction定义了行为体。
其次，需要在publicvoidaction方法中定义行为的程序代码。
对于DetectMineBev行为而言，其行为部分主要是要获得其当前所在位置的周围是否存在矿产，如果存在，则将这些矿产信息（即矿产所在的坐标）加入到Agent机器人的FoundMine动态数组中。
5
●
Agent间交互的设计与实现
场景二和场景三都涉及Agent机器人之间的交互和协同。
下面以场景三中的DetectRobot为例，介绍如何实现Agent之间基于FIPAACL的交互和协同。
一旦某个DetectRobot探测到某些矿产，它需要将它所探测到的矿产信息通知给环境中的“DigRobot”Agent机器人。
下面的程序代码描述了Agent机器人在DetectMineBehaviour行为中如何给其他的Agent发送所探测到的矿产信息。
首先，通过newACLMessage（ACLMessage.INFORM）语句产生一个“通知”类型的ACL消息，其次将矿产坐标作为该消息的内容，然后将其他Agent加入到消息的接收者列表中，最后发送该ACL消息。
publicclassDetectMineBehaviourextendsCyclicBehaviour{
…
//行为体
publicvoidaction(){
Coordinatetarget=RandomWalkBev.RandomNextpoint(ui.myGrid);
intRobotNum=en.getrobotArryList.size;
…
//生成消息类型
ACLMessagemsg=newACLMessage(ACLMessage.INFORM);
//生成消息内容
for(inti=0;i
机器人的应用领域
1.工业机器人
制造工业机器人的目的主要在于消减人员编制和提高产品质量。与传统的机器相比他有两大优点：生产过程几乎完全自动化和生产设备高适应能力。现在工业机器人主要应用于汽车工业、机电工业、通用机械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其他重型工业和轻工业部门。在农业方面，已把机器人用于水果和蔬菜嫁接、收获、检验与分类，剪羊毛合计牛奶等。这是一个潜在的产业机器人应用领域。
2.探索机器人
机器人对于探索的应用，即在恶劣或不适于人类工作的环境中执行任务。主要有2个有种探索机器人：自主机器人和遥控机器人。自主机器人一直是人类的研究难题，很多专家都在可能的是机器人自主化。遥控机器人已经得到广泛的应用，其中最为出名的是水下机器人和空间机器人。随着海洋是事业的发展，一般潜水技术应经无法适应高深度综合考察和研究并完成多种作业的需要，水下机器人可以代替人类在深海中进行探索，发现了好多不为认知的深海生物。空间机器人主要任务分为两大方面：1.在月球、火星及其他星球等非人居住条件下完成先去勘探；2.在宇宙空间代替宇航员做卫星的服务（主要是捕捉、修理和补给能量），空间站上的服务及空间环境的应用试验。
3.服务机器人
研制服务机器人用来为病人看病、护理病人和协助病残人员康复能够极大地改善伤残疾病人员的状态，以及改善瘫痪者和被截肢者得生活条件。服务机器人已经应用于下列几个方面：
诊断机器人，即配备有医疗诊断专家系统的机器人；护理机器人，是一些具有丰富护理经验的机器人护士或护师；伤残瘫痪康复机器人，包括假肢、矫形以及遥控等技术；家用机器人，机器人已经开始进入家庭和办公室，用于替代人类从事清扫、洗刷、守卫、煮饭、照料小孩、接待、接电话、打印文件等。酒店售货和餐厅服务机器人、炊事机器人和机器人保姆已经不再是一种幻想；娱乐机器人，包括文娱歌舞和体育机器人；医疗手术机器人近几年有很大突破。4.军事机器人
军事机器人分为三大类：
1.地面军用机器人：地面军用机器人分为两类一类是只能机器人，包括自主和半自主车辆；另一类是遥控机器人，即各种用途的遥控无人驾驶车辆。
2.海洋军用机器人：美国海军有一个独立的水下机器人分队，这支由精锐人员和水下机器人组成的分队可以再全世界海域进行搜索、定位、援救和回收工作。水下机器人在美国海军中的另一主要涌入是扫雷，MINS水下机器人系统，他可以用来发现、分类、排除水下残物及系留的水雷。法国军用扫雷机器人方面一直处于世界领先地位。
3.空间军用机器人:可以说无人机和其他空间机器人都可能成为空间军用机器人。微型飞机用于填补军用微型和侦察机无法到达的盲区，为前线指挥员提供小范围内的具体敌情。