第四章制造自動化技術4.1制造自動化技術概述4.2機床數(shù)控技術4.3工業(yè)機器人4.4柔性制造技術第一節(jié)制造自動化技術概述

4.1.1制造自動化技術內(nèi)涵

4.1.2制造自動化技術的發(fā)展及現(xiàn)狀

4.1.3制造自動化技術發(fā)展趨勢自動化：自動去完成特定的作業(yè)。制造自動化（狹義）：生產(chǎn)車間內(nèi)產(chǎn)品機械加工和裝配檢驗過程的自動化；制造自動化（廣義）：包含產(chǎn)品設計、企業(yè)管理、加工過程和質(zhì)量控制等產(chǎn)品制造全過程綜合集成自動化。制造自動化意義：顯著提高勞動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本、提高經(jīng)濟效益，改善勞動條件、提高勞動者的素質(zhì)、有利于產(chǎn)品更新、帶動相關技術的發(fā)展、提高企業(yè)的市場競爭能力。

4.1.1制造自動化技術內(nèi)涵剛性自動化設備--自動/半自動機床、組合機床、組合機床自動線；對象--單一品種大批量生產(chǎn)自動化；特點--生產(chǎn)效率高、加工品種單一。柔性自動化

設備--NC、CNC、FMC、FMS等。對象--多品種小批量甚至單件生產(chǎn)自動化；綜合自動化

經(jīng)營管理、開發(fā)設計、加工裝配、質(zhì)量保證自動化，CIMS、CE、LP、AM等。

4.1.2制造自動化技術的發(fā)展及現(xiàn)狀當前制造自動化技術研究領域和方向

集成技術和系統(tǒng)技術研究(信息、過程、企業(yè)）自動化系統(tǒng)中人因作用的研究（人-機一體化）數(shù)控單元系統(tǒng)的研究制造過程的計劃和調(diào)度研究（精益生產(chǎn)）柔性制造技術的研究(DNC-分布式數(shù)控，信息流、物流）現(xiàn)代生產(chǎn)模式制造環(huán)境的研究（CE\LP\AM\BM)底層加工系統(tǒng)的智能化和集成化研究

制造敏捷化:使企業(yè)面臨市場競爭作出快速響應；制造網(wǎng)絡化:實現(xiàn)制造過程的集成，異地制造、遠程協(xié)調(diào)作業(yè)；制造虛擬化:保證產(chǎn)品和制造過程一次成功，發(fā)現(xiàn)設計與生產(chǎn)中可避免的缺陷和錯誤；制造智能化:擴大、延伸、部分取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，以實現(xiàn)優(yōu)化的制造過程。制造全球化:市場國際化，產(chǎn)品制造跨國化，制造資源跨國家的協(xié)調(diào)、共享和優(yōu)化利用；制造綠色化:使產(chǎn)品從設計、制造、使用到報廢處理全生命周期中，對環(huán)境影響最小，資源利用率最高。4.1.3制造自動化技術發(fā)展趨勢第二節(jié)機床數(shù)控技術

4.2.1機床數(shù)控系統(tǒng)

4.2.2機床伺服系統(tǒng)

4.2.3數(shù)控加工編程技術

4.2.4機床數(shù)控技術發(fā)展趨勢8

1948年，美國帕森斯(Parsons)公司在研制加工直升機葉片輪廓檢驗用樣板的機床時，首先提出了應用電子計算機控制機床來加工樣板曲線的設想。后來受美國空軍委托，帕森斯公司與麻省理工學院（MIT）伺服機構實驗室合作進行研制工作，于1952年研制成功世界上第一臺三坐標立式數(shù)控銑床。數(shù)控機床的誕生9數(shù)控機床的類型經(jīng)濟型數(shù)控車床全功能數(shù)控車床10

車削中心雙主軸數(shù)控車削中心11立式數(shù)控控銑床臥式數(shù)控控銑床龍門數(shù)控控銑床12經(jīng)濟型數(shù)數(shù)控銑床床高速數(shù)控控銑床13立式加工中心心臥式加工中心心數(shù)控技術術的發(fā)展展硬件數(shù)控控階段NC(1952-1970)第一代：：電子管管；G1:1952~1955第二代：：晶體管管；G2:1955~1959第三代：小小規(guī)模集集成電路路；G3:1959~1965機床數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)15計算機數(shù)控階階段CNC（1970-現(xiàn)在)第四代：小型型計算機；G4:1970s(1970~1974)第五代：微處處理器；G5:1974-微處理器(MCNC)1979超大規(guī)模集成成電路(VLIC)第六代：PC微機(PCNC)G6:1994~基本概念1.數(shù)字控制(數(shù)控NC)(NumericalControl)它是指用數(shù)字化信號對機床運動及及其加工過程程中進行控制制的一種方法法。2.數(shù)控系統(tǒng)（NCControlSystem）數(shù)控設備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機構等統(tǒng)稱數(shù)控控控制系統(tǒng)。它它由程序輸入入、輸出設備備、計算機數(shù)數(shù)字控制裝置置、可編程控控制器、主軸軸進給及驅動動裝置等組成成。3.數(shù)控機床（NCMachineTools）數(shù)控機床是一一種裝有程序序控制系統(tǒng)（（數(shù)控系統(tǒng)））的高效自動動化機床。它它綜合了計算算機、自動控制、精密測量、機床機機構設計與制制造等方面的的最新成果。。4.分布式數(shù)字控控制系統(tǒng)（DNC）使用一臺通用計算算機直接控制制和管理一群群數(shù)控機床進進行零件加工工或裝配的系系統(tǒng)。5.開放式數(shù)控系系統(tǒng)世界上許多數(shù)控系系統(tǒng)生產(chǎn)廠家家利用PC機豐富的軟、、硬件資源開開發(fā)開放式體體系結構的新新一代數(shù)控系系統(tǒng)。開放式式體系結構使使數(shù)控系統(tǒng)有有更好的通用用性、柔性、、適應性、可可擴展性，并并可以較容易易的實現(xiàn)智能能化、網(wǎng)絡化化。一般數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)由三大部分分組成，即:控制系統(tǒng)，伺伺服系統(tǒng)和位位置測量系統(tǒng)統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)包括括：用戶程序、輸入輸輸出設備、計計算機數(shù)字控控制裝置（CNC裝置）、可編編程控制器（（PLC）、主軸驅動動裝置和進給給驅動裝置等等組成。計算機數(shù)控系系統(tǒng)程序輸入設備計算機數(shù)字控制裝置（CNC裝置）可編程控制器（PLC）主軸控制單元速度控制單元輸出設備主軸電機進給電機位置檢測器機床機床數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的功能控制功能-單軸、多軸聯(lián)聯(lián)動控制；準備功能-包括移動、暫暫停、坐標設設定、固定循循環(huán)等功能；；插補功能-直線插補、圓圓弧插補、拋拋物線等；輔助功能-主軸啟停、冷冷卻潤滑通斷斷、刀庫的啟啟停等；補償功能-刀具半徑/刀具、反向間間隙、螺距、、溫度等補償償功能。PLC功能：控制面板、主軸停啟與與換向、刀具具更換、冷卻卻潤滑啟停、、工件夾緊與與松開、工作作臺分度等開開關量的控制制。1.正常工作前的的準備工作在接通電源后，，CNC裝置將對數(shù)控控系統(tǒng)及數(shù)控控機床的各組組成部分的工工作狀態(tài)進行行檢查和診斷斷，并設置初初始狀態(tài)。2.零件加工控制制信息的輸入入CNC系統(tǒng)具備了正正常工作條件件后，開始輸輸入零件加工工程序、刀具具長度補償數(shù)數(shù)值、刀具半半徑補償數(shù)值值以及工件坐坐標系原點相相對機床原點點的坐標值。3.數(shù)控加工程序序的譯碼和預預處理加工控制信息息輸入后，啟啟動加工運行行，此時CNC裝置在系統(tǒng)控控制程序的作作用下，對數(shù)數(shù)控程序進行行預處理，即即進行譯碼和和預計算（刀刀補計算、坐坐標變換等））。CNC系統(tǒng)的主要工工作過程4.插補計算一個程序段的的加工控制信信息預處理完完畢后進行插插補處理。所謂“插補””就是指在一一條已知起點點和終點的曲曲線上進行數(shù)數(shù)據(jù)點的密化化。插補的任任務就是根據(jù)據(jù)進給速度的的要求，在一一段零件輪廓廓的起點和終終點之間，計計算出若干個個中間點，分分別向各個坐坐標軸發(fā)出方方向、大小和和速度都確定定的運動序列列指令。5.位置控制各個坐標軸的的伺服系統(tǒng)將將插補結果作作為各個坐標標軸位置調(diào)節(jié)節(jié)器的指令值值，機床上位位置檢測元件件測得的位移移作為實際位位置值。位置置調(diào)節(jié)器將兩兩者進行比較較，經(jīng)過調(diào)節(jié)節(jié)，輸出相應應的位置和速速度控制信號號，控制各軸軸伺服系統(tǒng)驅驅動機床坐標標軸運動。通通過各個坐標標軸運動的合合成，產(chǎn)生數(shù)數(shù)控加工程序序所要求的工工件輪廓尺寸寸。數(shù)控系統(tǒng)的硬硬件結構從硬件結構上上的角度，數(shù)數(shù)控系統(tǒng)到目目前為止可分分為兩個階段段共六代，第二個階段為為計算機控制制階段，其特特征是直接引引入計算機控控制，依靠軟軟件計算完成成數(shù)控的主要要功能。包括括第四代是小小型計算機數(shù)數(shù)控系統(tǒng)，第第五代是微型型計算機數(shù)控控系統(tǒng)，第六六代是PC數(shù)控系統(tǒng)。單CPU結構:通過總線使CPU與存儲器和各各種接口相連連，集中控制、分分時處理工作方式。多CPU結構:多個CPU通過公用地址址和數(shù)據(jù)總線線互連，各自完成功能，，系統(tǒng)速度高、、處理能力強強。PC微機CNC系統(tǒng):具有微機豐富的軟、硬件資源、友好的的人機界面、、擁有多媒體體和網(wǎng)絡功能能，是當前數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)發(fā)展方向。全部采用PC平臺的軟硬件件資源,僅增加與伺服服驅動及I/O設備通信所必必需的現(xiàn)場總總線接口，從從而實現(xiàn)非常常簡潔硬件體體系結構。典型的產(chǎn)品包包括:西門子840DSL，海德漢TNC620國內(nèi):大連光洋的GDS09，GNC60，GNC61，華中數(shù)控的華華中8型等產(chǎn)品。軟件結構（1）輸入數(shù)據(jù)處處理程序它接收輸入的的零件加工程程序，將標準準代碼表示的的加工指令和和數(shù)據(jù)進行譯譯碼、數(shù)據(jù)處處理，并按規(guī)規(guī)定的格式存存放。（2）插補計算程程序CNC系統(tǒng)是一邊插插補進行運算算，一邊進行行加工，是一一種典型的實實時控制方式式。（3）管理程序管理程序負責責對數(shù)據(jù)輸入入、數(shù)據(jù)處理理、插補運算算等為加工過過程服務的各各種程序進行行調(diào)度管理。。（4）診斷程序診斷程序的功功能是在程序序運行中及時時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的的故障，并指指出故障的類類型。數(shù)控系統(tǒng)的軟軟件組成開放式數(shù)控系系統(tǒng)開放性：滿足CNC系統(tǒng)快速發(fā)展展和用戶自主主開發(fā)需要PC微機型開放式式CNC系統(tǒng)形式：專用數(shù)控嵌入入PC主板:是專用數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)商提供的，僅限于PC部分開放，其其專用數(shù)控部部分仍處于封封閉狀態(tài)。PC機+運動控制卡:提供底層數(shù)控接口口，支持二次次開發(fā)和擴展展，有上下兩兩級開放性，，如PMAC運動控制器。。純PC軟件型:代表數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展展方向。組成：位置控制單元元、速度控制制單元、伺服服電機、檢測反饋單元4部分組成。分類：按檢測系統(tǒng)分分開環(huán)系統(tǒng)、閉閉環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、、混合閉環(huán)系系統(tǒng)。按有控制電機機分步進伺服、直直流伺服、交交流伺服。機床伺服系統(tǒng)統(tǒng)1．開環(huán)控制制數(shù)控機床開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的結構圖2、閉環(huán)控制數(shù)數(shù)控機床閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的結構圖3．半閉環(huán)控控制數(shù)控機床床半閉環(huán)數(shù)控系系統(tǒng)結構圖松下交流伺服服系統(tǒng)的總體體接線圖1-交流伺服電機機2-伺服驅動器3-控制系統(tǒng)4-控制連接電纜纜5-檢測連接電纜纜6-動力電纜7-PLC電纜8-PLC交流伺服電機機：異步電動機:功率大、精度稍低低、多用于主主軸電機；永磁同步電動動機:精度要求高、價格格貴，多用于于容量小的進給伺服電電機。交流伺服驅動動器：模擬式:工作速度快，系統(tǒng)統(tǒng)頻率寬，體體積大、器件多、不易調(diào)試；；數(shù)字式式:控制方式改改變僅僅需改改變軟軟件，，柔性性好，結構緊湊，，重復復性好好。檢測元元件：：旋轉變變壓器器、脈沖沖編碼碼器等等。數(shù)控加加工手手工編編程一一般步步驟數(shù)控加加工編編程技技術工藝分分析數(shù)值計計算NC程序編編制輸入NC程序首件試試切修改零件圖圖手工編編制不不足：：效率率低、、復雜雜零件件手工工編程程困難難，周周期長長，錯錯誤率率高。計算機機輔助助數(shù)控控編程程數(shù)控系系統(tǒng)性性能方方面高速高高精高高效化化進給速速度80-120m/min，加速速度1-2g，主軸軸dn=(1-3)*106，換刀刀小于于1s；加工工精度度0.1μm，甚至至0.01μm。高速主主軸單單元(電主軸軸，轉轉速15000－100000r/min。柔性化化功能覆覆蓋面面大，，便于于不同同用戶戶的需需求；；物料料流和和信息息流自自動動動態(tài)調(diào)調(diào)整。。工藝復復合化化和多多軸化化如FANUC15可控軸軸數(shù)和和聯(lián)動動軸數(shù)數(shù)均達達到24軸。實時智智能化化配置編編程專專家系系統(tǒng)、、故障障診斷斷專家家系統(tǒng)統(tǒng)，實實現(xiàn)自自適應應控制制和模模糊控控制。。機床數(shù)數(shù)控技技術發(fā)發(fā)展趨趨勢數(shù)控系系統(tǒng)功功能方方面用戶界界面圖形化化:方便用用戶，便于于編程程和圖圖形模模擬；；科學計計算可視化化:可視化化技術可可用于于自動動編程程、參參數(shù)自自動設設定、、刀具具補償償和管管理、、加工工過程程仿真真演示示；插補和和補償償方式式多樣樣化插補：：直線線、圓圓弧、、橢圓圓、螺螺紋、、NURBS、多項項式插插補；；補償：：反向向間隙隙、垂垂直度度、螺螺距、、溫度度補償償?shù)龋?；?nèi)置高高性能能PLC可用梯梯形圖圖或高高級語語言編編程，，具有有在線線調(diào)試試和在在線幫幫助功功能；；多媒體體技術術應用用在實時時監(jiān)控控和故故障診診斷、、生產(chǎn)產(chǎn)過程程監(jiān)測測方面面有重重大應應用價價值。。體系結結構的的發(fā)展展集成化化:高度集成化化芯片片，提提高數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)集集成度度；模塊化化:通過積木方方式進進行功功能裁裁剪和和模塊塊數(shù)量量的增增減，，構成成不同同檔次次的數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)；；網(wǎng)絡化化:可進行遠遠程控控制，，在任任何一一臺機機床上上對其其它機機床進進行編編程、、設定定、操操作、、控制制；開放式式閉環(huán)環(huán)控制制模式:易于將計算算機智智能技技術、、網(wǎng)絡絡技術術、多多媒體體技術術、CAD/CAM、伺服服控制制、動動態(tài)數(shù)數(shù)據(jù)管管理、、動態(tài)態(tài)仿真真等技技術融融于一一體，，構成成制造造過程程閉環(huán)環(huán)控制制體系系。第三節(jié)節(jié)工工業(yè)機機器人人工業(yè)機機器人人的組組成與與分類類工業(yè)機機器人人的控控制技技術工業(yè)機機器人人的編編程技技術工業(yè)機機器人人半個個世紀紀發(fā)展展的回顧顧與展展望39森政弘弘與合合田周周平：：““機器人人是一一種具具有移移動性性、個個體性性、智智能性性、通通用性性、半半機械械半人人性、、自動動性、、奴隸隸性等等7個特征征的柔柔性機機器”。加藤一一郎提提出，，機器器人具具有：：①具有有腦、、手、、腳等等三要要素的的個體體；②②具有有非接接觸傳傳感器器（用用眼、、耳接接受遠遠方信信息））和接接觸傳傳感器器；③③具有有平衡衡覺和和固有有覺的的傳感感器。。機器人的定義◆1967年日本本召開開的第第一屆屆機器器人學學術會會議上上，就就提出出了兩兩個有有代表表性的的定義義：◆1987年國際際標準準化組組織對對工業(yè)業(yè)機器器人進進行了了定義義：“工業(yè)業(yè)機器器人是是一種種具有有自動動控制制的操操作和和移動動功能能，能能完成成各種種作業(yè)業(yè)的可可編程程操作作機。?！薄粑覈瓶茖W家家對機機器人人的定定義是是：“機器人人是一一種自自動化化的機機器，，所不不同的的是這這種機機器具具備一一些與與人或或生物物相似似的智智能能能力，，如感感知能能力、、規(guī)劃劃能力力、動動作能能力和和協(xié)同同能力力，是是一種種具有有高度度靈活活性的的自動動化機機器””。工業(yè)機機器人人的組組成與與分類類工業(yè)機機器人人的結結構組組成工業(yè)機機器人人的組組成執(zhí)行機機構手部：用于于抓取取對象象，有有夾持持式、、吸附附式等等不同同結構構腕部：聯(lián)接接手部部和手手臂部部件，，用以以調(diào)整整手部部姿態(tài)態(tài)和方方位臂部：承載載負荷荷，改改變空空間位位置機身：支撐撐臂部部部件件，擴擴大臂臂部活活動和和作業(yè)業(yè)范圍圍機座及及行走走機構構：機器器人基基礎件件，確確定或或改變變機器人人位置置控制系系統(tǒng)控制機機器人人按給給定的的程序序動作作，記記憶示教指指令，，再現(xiàn)現(xiàn)示教教信息息。驅動系系統(tǒng)驅動執(zhí)執(zhí)行機機構完完成規(guī)規(guī)定作作業(yè)。。位置檢檢測裝裝置檢測運運動位位置和和工作作狀態(tài)態(tài)。工業(yè)機機器人人的分分類--按系統(tǒng)統(tǒng)功能能分類類專用機器人人:以固定程程序工工作機機器人人，結結構簡簡單、、無獨獨立控控制系系統(tǒng)、、造價價低廉廉，如如自動動換刀刀機械械手。。通用機器人人:可完成多多種作作業(yè)，，結構構復雜雜，工工作范范圍大大，定定位精精度高高，通通用性性強。。示教再再現(xiàn)式式機器器人:示教操作后后，能能按示示教的的順序序、位位置、、條件件重現(xiàn)現(xiàn)示教教作業(yè)業(yè)。智能機機器人人:具有視覺、、聽覺覺、觸觸覺功功能，，通過過比較較和識識別,作出決決策和和規(guī)劃劃，完完成預預定的的動作作。工業(yè)機機器人人的分分類--按驅動動方式式分類類氣壓傳傳動機器人人:以壓縮空空氣作作為動動力源源，高速輕輕載；液壓傳傳動機器人人:采用液壓驅驅動，，負載載能力強、傳傳動平穩(wěn)、、結構構緊湊湊、動作靈敏；；電氣傳傳動機器人人:交直流伺伺服電電機驅驅動，，結構簡單、、響應應快、精精度高高。工業(yè)機機器人人的分分類--按結構構形式式分直角坐坐標機機器人人有三個個正交交平移移坐標標軸,各個坐坐標軸軸運動獨獨立（（圖a）；圓柱坐坐標機機器人人有一個個旋轉轉軸和和兩個個平移移軸（（圖b）；關節(jié)機機器人人類似人人手臂臂，由由各關關節(jié)組組成，，可實實現(xiàn)三三個方方向旋轉轉運動動（圖圖c）；；球坐標標機器器人有兩個個旋轉轉軸和和一個個平移移軸（（圖d）。工業(yè)機機器人人的性性能指指標自由度度獨立運運動數(shù)數(shù)，自自由度度數(shù)越越高，，完成成的動作越復雜雜，通用用性越越強，，應用用范圍圍也越越廣。。工作空空間:機器人人進行工工作的的空間間范圍圍。提取重力:微型機機器人人，提提取重重力10N以下；；小型機器人人，提提取重重力10-50N；中型機器人人，提提取重重力50-300N；大型機器人人，提提取重重力300-500N；重型機器人人，提提取重重力500N以上。。運動速度:運動速度影影響工工作效效率，，與所所提取取的重力和位位置精度有有關。。位置精度:機器人人定位精精度一一般在在±0.02-5mm范圍機器人人的工工作空空間a)圓柱坐坐標機機器人人b)球坐標標機器器人c)關節(jié)機機器人人工業(yè)機機器人人的控控制技技術工業(yè)業(yè)機機器器人人控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的組組成成框框圖圖工業(yè)業(yè)機機器器人人控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的分分類類按控控制制回回路路：：開環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)和和閉閉環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)按控控制制硬硬件件：：機械械控控制制、、液液壓壓控控制制、、順順序序控控制制和和計計算算機機控控制制按自自動動化化程程度度：：順序序控控制制、、程程序序控控制制、、自自適適應應控控制制、、智智能能控控制制按編編程程方方式式：：物理理設設置置編編程程-由設設置置固固定定限限位位開開關關，，實實現(xiàn)現(xiàn)啟啟動動/停機機操操作作示教教編編程程-示教教完完成成操操作作信信息息記記憶憶，，然然后后再再現(xiàn)現(xiàn)示示教教過過程程離線線編編程程-通過過機機器器人人語語言言進進行行編編程程控控制制按控控制制軌軌跡跡：點位位控控制制-不要要求求末末端端操操作作速速度度和和運運動動軌軌跡跡，，僅僅要要求求各各坐標標精確確控制制輪廓廓控控制制-沒有有插插補補器器，，按按離離散散點點坐坐標標及及速速度度完完成成輪輪廓廓控控制制工業(yè)業(yè)機機器器人人的的位位置置伺伺服服控控制制位置置伺伺服服控控制制類類型型：：關節(jié)節(jié)伺伺服服控控制制-以每每個個關關節(jié)節(jié)作作為為單單輸輸入入/單輸輸出出系系統(tǒng)統(tǒng)；；坐標標伺伺服服控控制制-以手手臂臂末末端端位位置置矢矢量量作作為為控控制制目目標標值值。。剛性性臂臂控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的構構成成關節(jié)節(jié)伺伺服服控控制制關節(jié)節(jié)伺伺服服控控制制的的構構成成qdi:各關關節(jié)節(jié)位位移移指指令令目目標標值值qi,qi’:各關關節(jié)節(jié)位位置置和和速速度度反反饋饋信信號號工業(yè)業(yè)機機器器人人的的自自適適應應控控制制模型型參參考考自自適適應應控控制制自校校正正適適應應控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)示教教編編程程示教教階階段段:撥動動示示教教盒盒按按鈕鈕或或手手握握機機器器人人手手臂臂，，使使之之按按需需要要姿勢勢和和路路線線進進行行工工作作，，示示教教信信息息存存儲儲在在記記憶憶裝裝置置中中。。工作作再再現(xiàn)現(xiàn):從記記憶憶裝裝置置調(diào)調(diào)用用存存儲儲信信息息，，再再現(xiàn)現(xiàn)示示教教階階段段動動作作。。點位位控控制制示示教教：：逐一一使使每每個個軸軸達達到到需需要要編編程程點點位位置置。。輪廓廓控控制制示示教教：握握住住示示教教臂臂，，以以要要求求速速度度通通過過所所給給路路線線。。特點點：：通過過示示教教直直接接產(chǎn)產(chǎn)生生控控制制程程序序，，無無須須手手工工編編程程，，簡簡單單方便便，，適適用用于于大大批批量量生生產(chǎn)產(chǎn)。。不足足：：軌跡跡精精確確度度不不高高，，需需要要存存儲儲容容量量大大。。工業(yè)業(yè)機機器器人人的的編編程程技技術術示教教再再現(xiàn)現(xiàn)式式控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)工工作作原原理理機器器人人示示教教臂臂離線線編編程程HOLPSS離線線編編程程與與仿仿真真系系統(tǒng)統(tǒng)總總體體結結構構框框圖圖機器器人人編編程程語語言言動作作級級語語言言每一一個個命命令令對對應應一一個個動動作作，，語語句句格格式式為為：：MOVETO<destination>語句句簡簡單單，，易易于于編編程程；；不不能能進進行行復復雜雜計計算算，，通通信信能能力力差差，，代代表表性性語語言言：：VAL。對象象級級語語言言有與與動動作作語語言言類類似似功功能能，，能能處處理理傳傳感感器器信信息息；；通通信信和和數(shù)數(shù)字字運運算算功功能能強強，，代代表表性性語語言言有有AML、AUTOPASS。任務務級級語語言言操作作者者直直接接下下命命令令，，不不需需要要規(guī)規(guī)定定機機器器人人每每個個動動作作細細節(jié)節(jié)，，自自動動推推理理規(guī)規(guī)劃劃，，自自動動生生成成機機器器人人的的動動作作。。工業(yè)業(yè)機機器器人人發(fā)發(fā)展展回回顧顧50年代代-萌芽芽期期58年第第一一臺臺工工業(yè)業(yè)機機器器人人在在美美國國問問世世。。60年代代-黎明明期期推出出圓圓柱柱坐坐標標、、球球坐坐標標機機器器人人，，日日本本引引進進美美國國機機器器人人技技術術。。70年代代-實用用化化期期計算算機機控控制制機機器器人人、、關關節(jié)節(jié)型型機機器器人人問問世世，，推推出出VAL編程程語語言言、、視視覺覺力力覺覺傳傳感感器器；；72年中國國第一一臺臺機機器器人人誕誕生生；；70年代代末末全全世世界界擁擁有有萬臺臺以上上機機器器人人；；日日本本成成為為機機器器人人王王國國。。80年代代-普及及期期80年代代末末機機器器人人總總數(shù)數(shù)已已達達45萬臺臺。90年代代-擴展展?jié)B滲透透期期具有有感感覺覺機機器器人人實實用用化化，，智智能能機機器器人人相相繼繼出出現(xiàn)現(xiàn)并并開開始始走走向向應應用用；；1997年底底，，機機器器人人總總量量達達95萬臺臺。工業(yè)業(yè)機機器器人人發(fā)發(fā)展展回回顧顧與與展展望望工業(yè)業(yè)機機器器人人發(fā)發(fā)展展展展望望執(zhí)行行機機構構---具有有柔性性感感、、靈靈巧巧性性手手爪爪和和手手臂臂；；驅動動機機構構---采用用形狀狀記記憶憶合合金金、、人人工工肌肌肉肉、、壓壓電電元元件件、、撓撓性性軸軸等等新新型型驅驅動動器器；；移動動技術術---步行行、爬爬行行，，由由4足、、6足、8足或或更更多多足足組組成成；；微型型機器器人人---毫米、納米級機機器人，，微小位位置姿態(tài)態(tài)控制；；微型電電池；微微小生物物運動機機構等；；多傳感器器集成與與融合技術---視覺、觸覺、、嗅覺、、味覺及及其綜合合；新型智能能技術---模糊邏輯輯、神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡、專專家系統(tǒng)統(tǒng)、遺傳傳算法等等；仿生機構構模仿生物物體構造造、移動動模式、、運動機機理、能能量分配配等，人人工肌肉肉、蛇形形移動機機構、仿仿象鼻柔柔性臂、、人造關節(jié)59/181◆點焊機器人：裝配每臺臺汽車車車體一般般大約需需要完成成3000～4000個焊點，，其中60％是由點點焊機器器人完成成的。工業(yè)機器器人的應用案案例◆噴漆機器器人日本TOKICO公司生產(chǎn)產(chǎn)的RPA856RP關節(jié)式噴噴漆機器器人。該該機器人人由操作作機、控控制箱、、修正盤盤和液壓壓源四部部分組成成；有6個自由度度，可連連接工件件傳送裝裝置做到到同步操操作。手手腕為伺伺服控制制型。末末端接口口可安裝裝兩個噴噴槍同時時工作1-小臂2-大臂3-轉臺4-基座◆裝配機器器人◆搬運機器器人該機器人是是用來抓抓取、搬搬運來自自輸送帶帶或輸送送機上流流動的物物品的自自動化裝裝置。主主要由搬搬人機械械部件、、機器主主體部件件、搬出出機械部部件和系系統(tǒng)控制制等基本本部分組組成。1-裝卸運輸輸機2-極式輸送送機3-極式分配器4-橫進給式式輸送機機5-操作臺6-控制臺7-多工位式式輸送機機◆焊接機器器人◆鈑金機器器人◆堆放機器器人行走機器人——2009年1月8日，北京京郊區(qū)農(nóng)民在自家附近近操作由由他自制制的行走走機器人人拉著的的人力車車溜達。。這款機機器人是是熱衷于于發(fā)明創(chuàng)創(chuàng)造的吳吳玉祿制制造的最最新、最最大的機機器人。。他用從從垃圾堆堆撿來的的金屬絲絲、金屬屬片、螺螺絲釘和和釘子等等為材料料，從1986年就開始始制造機機器人。奏樂機器器人——2008年5月4日，豐田田汽車公公司的機機器人在在陳列室室中正在在演奏樂樂器。人形握手機器器人——2009年2月17日，在倫倫敦科學學博物館館里，一一名觀眾眾在和名名叫“貝貝爾蒂””（Berti）的機器器人握手手。它是是跟真人人一樣大大的人形形機器人人，設計計師制造造它的目目的是模模仿人類類手勢。?！按蠊贰薄睓C器人——2009年2月4日，泰國國和美國國士兵在在金色眼眼鏡蛇聯(lián)聯(lián)合軍事事演習開開幕式，，觀看了了一個名名叫“大大狗”機機器人（（BigDog）的精彩彩表演。。手術機器器人第四節(jié)柔柔性制制造技術術柔性制造造系統(tǒng)基基本概念念的加工系系統(tǒng)的工件運運儲系統(tǒng)統(tǒng)的刀具運運儲系統(tǒng)統(tǒng)的控制與與管理系系統(tǒng)FMS定義和組成定義：由兩臺以以上加工工設備、、物料運運儲和控控制系統(tǒng)統(tǒng)組成，，通過改改變軟件件程序適適應多品品種、中中小批量量生產(chǎn)自自動化制制造系統(tǒng)統(tǒng)。組成：加工系統(tǒng)統(tǒng)-CNC、MC、FMC機床及測測量機、、清洗機機、動平平衡機；；工件運儲儲系統(tǒng)-包括工件件裝卸站站、自動動化倉庫庫、自動動化運輸輸小車、、機器人人、托盤盤緩沖站站、托盤盤交換裝裝置等；柔性制造造系統(tǒng)基基本概念念刀具運儲儲系統(tǒng)-包括刀具具預調(diào)站站、刀具具裝卸站站、中央央刀庫、、機床刀刀庫、刀刀具輸送送與交換換裝置等等；控制系統(tǒng)統(tǒng)--對FMS進行計劃劃調(diào)度、、運行控控制、物物料管理理、系統(tǒng)統(tǒng)監(jiān)控和和網(wǎng)絡通通信等；；其他-冷卻、潤潤滑、排排屑、清清洗、去去毛刺等等附屬設設備。FMS基本組成成典型的柔柔性制造造系統(tǒng)柔性高，適應多多品種中中小批量量生產(chǎn)；；系統(tǒng)內(nèi)的的機床在在工藝能能力上是是相互補充充或相互替代代的；可混流加工工不同的零零件；系統(tǒng)局部部調(diào)整或或維修不中斷整個系統(tǒng)統(tǒng)的運作作；遞階結構構的計算機機控制，，可以上上層計算算機聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)通信；；可進行第第三班無人值守守生產(chǎn)。FMS的特點柔性制造造單元1-加工中心心機床2-托盤3-托盤站4-環(huán)形工作作臺5-工件交換換臺不同類型型柔性設設備的適適用范圍圍加工系統(tǒng)統(tǒng)的功能能與要求求工序集中中，減輕輕物流負負擔，減減少裝夾夾次數(shù)；；控制功能能強、擴擴展性好好；高剛度、、高精度度、高速速度；自保護與與自維護護性好；；使用經(jīng)濟濟性好；；對環(huán)境的的適應性性與保護護性好。。的加工系系統(tǒng)加工系統(tǒng)統(tǒng)常用配配置形式式棱體類零零件：立式、臥臥式或立立臥兩用用加工中中心；回轉體零零件：數(shù)控車床床或車削削加工中中心機床床。配置形式式：互替式-是并聯(lián)配配置，各各機床功功能可互互相代替替，具有好的的工藝柔性性和較寬寬的工藝藝范圍。。互補式-是串聯(lián)配配置，功功能互相相補充，，各自完完成特定定的加工工任務，，生產(chǎn)率率高，降降低了可可靠性。。混合式-互替式與與互補式式結合。。臥式加工工中心1-主軸頭2-刀庫3-刀庫4-立柱底座座5-回轉工作作臺、6-工作臺底底座車削加工工中心1-刀庫2-回轉刀架架3-換刀機械械手4-上下工件件機器人人5-工件存儲儲站a)互替式b)互補式c)混合式FMS機床配置置形式加工系統(tǒng)統(tǒng)的輔助助裝置機床夾具具組合夾具具：利用用標準化化夾具零零部件快快速拼裝裝所需夾夾具；柔性夾具具：一部部夾具能能為多個個加工對對象服務務。托盤（Pallet）承載工件件和夾具具完成加加工任務務，是各各加工單單元間的的硬件接接口。自動上下下料裝置置托盤交換換器：聯(lián)聯(lián)接加工工系統(tǒng)和和物料運運儲系統(tǒng)統(tǒng)橋梁；；工業(yè)機器器人：具具有較大大的柔性性度。組合夾具具柔性夾具具ISO標準規(guī)定定的托盤盤基本形形狀1-托盤導向向面2-側面定位位面3-安裝螺孔孔4-工件安裝裝面5-中心孔6-托盤擱置置面7底面8-工件固定定孔9-托盤夾緊緊面10-托盤定位位面回轉式托托盤交換換器往復式托托盤交換換器的工件運運儲系統(tǒng)統(tǒng)工件裝卸卸站設在FMS入口，由由人工完完成裝卸卸；托盤緩沖沖站工件中間間存儲站站，起緩緩沖物料料作用；；自動化倉倉庫多層立體體布局結結構，由由計算機機控制，，服從FMS命令和調(diào)調(diào)度；物料運載載裝置負責在機機床、自自動化倉倉庫和托托盤緩沖沖站之間間物料搬搬運作業(yè)業(yè)。傳送帶：用于小小零件短短程傳送送，占據(jù)據(jù)空間大大、易磨磨損；自動運輸輸小車：分有軌軌小車、、無軌小小車；搬運機器器人：具有較較高柔性性和控制制水平。。FMS工件運儲儲系統(tǒng)組組成FMS物料輸送送基本回回路直線輸送送回路沿直線路路線單向向或雙向向移動，順序地在各個連接點停?？?；環(huán)形輸送送回路運載工具具沿環(huán)形形路線單單向或雙向移動；網(wǎng)狀輸送送回路由多個回回路相互互交叉組組成，可由一條環(huán)路移動到另另一回路路。運輸小車車結構：車體安裝平臺臺托盤交換換裝置蓄電池控制系統(tǒng)統(tǒng)自動運輸輸小車導導向有軌小車車鐵軌導向向，速度度快，負負載能力力大，停?？繙蚀_確，可靠靠好，制制造成本本低，線線路不便便更動，，轉角不不宜太大大。線導小車車電磁感應應導向，，柔性大大、擴展展性好、、不怕污污染、工工作可靠靠。光導小車車采用帶有有熒光材材料油漆漆或色帶帶，通過過光電制制導，改改變線路路非常容容易，對對環(huán)境要要求嚴格格。激光燈臺臺制導小車頂部部裝有激激光裝置置，通過過固定位位置反射射激光束束信息，，確定小小車位置置。AGV電磁感應應制導原原理激光燈臺臺制導原原理自動化倉倉庫貨架為一個個個存儲單單元，設設有地址址編碼，，貨架之之間有巷巷道，每每個巷道道配有專專用堆垛垛機。堆垛機由托架、、貨叉、、支柱、、上下導導軌、移移動電動動機以及及傳感器器構成的的三維搬搬運設備備?？刂婆c管管理系統(tǒng)統(tǒng)負責物料料信息的的登錄、、識別，，物料自自動存取取，倉庫庫管理。。自動化倉倉庫示意意圖堆垛機結結構示意意圖1-上導軌2-支柱3-物料4-托架5-移動電動動機6-傳感器的刀具運運儲系統(tǒng)統(tǒng)刀具運儲儲系統(tǒng)的的組成刀具預調(diào)調(diào)站設在FMS之外，按按要求對對刀具進進行裝配配和調(diào)整整；刀具裝卸卸站是刀具進進出FMS入口，多多為排架架式框架架結構；；刀具庫系系統(tǒng)存放當前前加工所所需的機床刀庫庫，容量小??；存放放各加工工單元共共享的中央刀庫庫，容量大大；刀具運載載交換裝裝置負責刀具具運輸和和交換，，適時向向加工單單元提供供所需刀刀具；計算機控控制管理理系統(tǒng)--控制刀具具運輸、、存儲和和管理，，監(jiān)控管管理刀具具的使用用，及時時取走已已報廢或或壽命已已耗盡的的刀具。。刀具運儲儲系統(tǒng)作作業(yè)過程程刀具刃磨磨人工組裝裝刀具預調(diào)刀具裝卸站中央刀具庫需重磨或或報廢刀刀具加工單元元刀庫加工單元元刀庫加工單元元刀庫刀具運載載交換裝裝置FMS中刀具交交換內(nèi)容容：機床刀庫庫與機床床主軸刀刀具交換換-由機床換換刀裝置置完成；；刀具裝卸卸站、中中央刀庫庫、各機機床刀庫庫間刀具具交換；；AGV運載刀架架與機床床刀庫間間刀具交交換。刀具交換換運載工工具：換刀機器器人-有地軌和和高架導導軌形式式；刀具運載載小車-在小車上上放置一一個裝載載