無(wú)錫南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)

機(jī)器人包老師

2020年02月20日

內(nèi)容：

1、視頻短片直觀了解“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)”給現(xiàn)代社會(huì)帶來(lái)的便捷和高效；

2、內(nèi)容了解：

工業(yè)機(jī)器人作為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，已成為衡量一個(gè)

國(guó)家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。我國(guó)正處于加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要時(shí)期，

以工業(yè)機(jī)器人為主體的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，正是破解我國(guó)產(chǎn)業(yè)成本上升、環(huán)境制約問(wèn)題的

重要路徑選擇。中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)近年來(lái)持續(xù)表現(xiàn)強(qiáng)勁，市場(chǎng)容量不斷擴(kuò)大。工業(yè)

機(jī)器人的熱潮帶動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園的新建。上海、徐州、常州、昆山、哈爾濱、天津、

重慶、唐山和青島等地均已經(jīng)著手開建機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園區(qū)。產(chǎn)、業(yè)的發(fā)展急需大量高素

質(zhì)高級(jí)技能型專門人才，人才短缺己經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

一、工業(yè)機(jī)器人概述及背景應(yīng)用

1.1機(jī)器人技術(shù)意義一一國(guó)家戰(zhàn)略

槍總符合國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略將國(guó)能J8身人列為重點(diǎn)憒域和優(yōu)先主題

?《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》

No.4先進(jìn)制遁技術(shù)：1極蜻制造技術(shù)

/2.省就*勞磯?人

//ZJ.BX產(chǎn)品和■大設(shè)的曲及潴技術(shù)

以口齷■劣機(jī)d人由用H室為?點(diǎn)

?《中國(guó)制造2025》

No.2高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人

m?A：ML電子、電除晶?0.國(guó)防軍工、化工、空￡等皿0UB人WWMA,

以及疾療管?.家庭■考敗育?樂(lè)第?務(wù)nM人R用雷求.皴接研發(fā)蹤產(chǎn)品.保迸機(jī)器人除您化.

模塊化發(fā)展，丁大市場(chǎng)應(yīng)用.

1.2機(jī)常人技術(shù)意義一一工業(yè)革命

■工業(yè)4.0:支撐新工業(yè)革命一機(jī)器人技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)已成為支撐新工ik革命的核心■礎(chǔ)!

?現(xiàn)今大多數(shù)機(jī)器人的起源都可以追溯到早期工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)

?工業(yè)機(jī)器人是迄今為止機(jī)器人技術(shù)最重要的商業(yè)應(yīng)用。有競(jìng)爭(zhēng)力的工業(yè)制

造包括三個(gè)方面:高產(chǎn)量、高質(zhì)量、低成本，工業(yè)機(jī)器人被認(rèn)為是制造業(yè)領(lǐng)域的

中流砥柱。

?雖然在大規(guī)模的制造業(yè)中，尤其是汽車制造和相關(guān)組件裝配中，機(jī)器人已

經(jīng)得到了妥善的使用，但是仍有很多富有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題需要解決

?如果機(jī)器人能更容易安裝，能與其他制造過(guò)程集成和編程，尤其具備自適

應(yīng)感知和自動(dòng)糾錯(cuò)恢復(fù)能力，那么可行的應(yīng)用范圍將被大大地拓寬。

?為了使機(jī)器人生產(chǎn)保持在--個(gè)足夠的產(chǎn)量上，一個(gè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)能滿

足潛在應(yīng)用最大集的需要。

?由于通用的機(jī)器人并不存在，因此產(chǎn)生了各種不同類別的針對(duì)不同負(fù)載能

力的機(jī)器人設(shè)計(jì)。

?一個(gè)機(jī)器人工作單元由--個(gè)或多個(gè)機(jī)器人組成，并具有控制器和周圍相應(yīng)

的設(shè)備。

?不斷提高的安全標(biāo)準(zhǔn)允許直接的人機(jī)協(xié)作，使得機(jī)器人和工人得以分享同

樣的工作環(huán)境。.

1.3工業(yè)機(jī)器人歷史概述一一工業(yè)機(jī)器人的誕生

1954年喬治德沃爾申請(qǐng)了一個(gè)“可編程關(guān)節(jié)式轉(zhuǎn)移物料裝置”的專利約瑟

夫恩格爾伯格與德沃爾合作成立了世界上第個(gè)機(jī)器人公司Unimationl959年

研制出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人Unimate,并在1961年將其應(yīng)用到汽車生產(chǎn)線上，用于

（生中￥1零彳牛HX°Unimaticn杲Univarqal卡口Automation保I幺［I/：。

1960年被稱為機(jī)淵人元年。

德沃爾和恩格爾伯格被稱為工業(yè)機(jī)器人之父。

世界上第一個(gè)機(jī)㈱人發(fā)明專利第一日安裝在福特汽飛公司的機(jī)眼人

左圖：1973年IRB-6工業(yè)機(jī)器人，是第.一個(gè)革命性的系列機(jī)器人產(chǎn)品，純

電氣驅(qū)動(dòng)和由微型計(jì)算機(jī)用于編程和控制，非常結(jié)實(shí)，壽命超過(guò)20年。

右圖:日本山梨大學(xué)廣志牧野提出了SCARA機(jī)器人方法，第--臺(tái)SCARA機(jī)器

人Hirata公司的AR-3C0于1978年誕生于日本，結(jié)合了豎直方向的剛性和平面轉(zhuǎn)

動(dòng)的靈活性。該圖為其下一代產(chǎn)品AR-i350.

SCARA,TheSelectiveComplianceAssemblyRobotArm可選擇柔順裝配機(jī)械手

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中早期較為前沿的應(yīng)用是點(diǎn)焊流水線和錄像機(jī)（VCR）裝配

19as年T'llz機(jī)器因、由現(xiàn)在汽車車體由焊的焊拷流水線卜

左圖為發(fā)過(guò)雪鐵龍CX汽車的生產(chǎn)線情景。

右圖為1989年SONY公司的一個(gè)VCR自動(dòng)裝配線，帶有多個(gè)手爪工具的

SCARA.

左圖:用于高速抓取的ABBFlexPicker并聯(lián)機(jī)器人

右圖：KUKA輕量化機(jī)械臂

并聯(lián)機(jī)器(ParallelKinematicMachines,PKM)低慣性、高剛度,允許精確高速

移動(dòng)，最早由Clavel提出了4軸并聯(lián)機(jī)器人，可達(dá)10g加速度。德國(guó)字航中心(DLR)

長(zhǎng)期研發(fā)成果，自重與負(fù)載之比為1:1.7,用于模仿人手臂進(jìn)行人機(jī)協(xié)作。

1.4工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人焊接

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?秋?人舞修：

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工業(yè)機(jī)器人車身裝配

車身裝配就成為了占據(jù)主導(dǎo)地位的機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例，因?yàn)闄C(jī)器人自動(dòng)化所帶來(lái)

的優(yōu)點(diǎn)和收益極為明顯

?處理和定位金屬薄板、定點(diǎn)焊接和傳送車身框架對(duì)工人來(lái)說(shuō)是有相當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)的或

需要消耗很大體力的任務(wù)

?車體裝配通常步驟:金屬板壓出車體，進(jìn)行固定和拼接，點(diǎn)焊，然后噴涂車體,

最終裝配成車體（車門，儀表盤，擋風(fēng)玻璃，電動(dòng)座椅和輪胎等）生

工業(yè)機(jī)器人噴涂

挪威的Tralfa公司在1969年開發(fā)了.一種簡(jiǎn)單的盤式噴涂機(jī)器人。

能容納氣體的中空手腕和噴涂纜繩允許快速敏捷的移動(dòng)。

機(jī)器人的噴槍得到明顯的改進(jìn)，從而可以利用很少的噴漆和溶劑得到統(tǒng)--的質(zhì)

量，可以在不同噴漆顏色間切換。

可以利用編程系統(tǒng)提出集成化的過(guò)程仿真，以此優(yōu)化噴灤沉積、厚度以及覆蓋面

工業(yè)機(jī)器人取放作業(yè)

?基于激光三角測(cè)量原理：在離線計(jì)算中轉(zhuǎn)換為具有高散空間角度的CAD虛擬物

體:產(chǎn)生每個(gè)視點(diǎn)的特征圖并存入數(shù)據(jù)庫(kù);實(shí)際特征與仿真集匹配方法可以決定物

體的位置。從而選擇無(wú)沖突軌跡。

?黑箱抓取問(wèn)題目前還有沒(méi)有通用的完美解決方案。

工業(yè)機(jī)器人加工與測(cè)量

?相對(duì)于車床或銃床，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人擁有更少的剛度，但更大的靈活性

?一個(gè)串聯(lián)機(jī)器人的剛度通常在其整個(gè)工作空間各向異性地變化

?機(jī)器人連續(xù)動(dòng)作必須是自動(dòng)生成，這需要結(jié)合帶有工件的幾何形狀的工藝信

息

人機(jī)協(xié)作任務(wù)

fU?bulpipjKf

Lixhivurtaia

Safely?wikh/hundk

Wortp?cocsuppan

Hearaxle

Lajcr^canacr(hidden)

Rvt?x1cJarea

?操作者可以在機(jī)器人減速工作時(shí)抓住開關(guān)，啟動(dòng)機(jī)器人的協(xié)作模式，通過(guò)手柄

兒乎不費(fèi)力的牽引機(jī)器人，在最后裝配中使齒輪箱以較高精度進(jìn)入齒輪軸架。

1.5典型工業(yè)機(jī)器人

?ABBYuMi機(jī)器人?川崎機(jī)器人?史陶比爾機(jī)器人

?KUKA機(jī)器人?發(fā)那科機(jī)器人?EVERROBOT機(jī)器人

?新松機(jī)器人?松下機(jī)器人?埃斯頓機(jī)器人

?格力機(jī)器人?SRT機(jī)器人?愛(ài)普生機(jī)器人

二、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研究?jī)?nèi)容

2.1機(jī)器人的定義-?----------------------------

各國(guó)機(jī)器人定義有三個(gè)共同特點(diǎn)：----------------------------

1.機(jī)械裝置

2.具有自動(dòng)控制系統(tǒng)

3.可再編程（不同任務(wù)）

?機(jī)器人的核心問(wèn)題

?用工程的方法實(shí)現(xiàn)人體所特有的動(dòng)作功能，以及完成這些功能所必要的智能。

2.2機(jī)器人的分類

地面軍用機(jī)人

W:X工業(yè)機(jī)制入

?無(wú)人機(jī)

否'軍用機(jī)港人農(nóng)業(yè)機(jī)器人

車求卜帆M人

川?務(wù)帆新人

代用機(jī)易人

夫人機(jī)器人

機(jī)饃樂(lè)機(jī)器人

塞

空網(wǎng)機(jī)器人

控過(guò)控機(jī)器人

人N

制

分感覺(jué)抄M乜機(jī)獵人

類

類

內(nèi)小牧內(nèi)兒暨機(jī)器入

數(shù)拄仁機(jī)器人

智能機(jī)制人

發(fā)第?代機(jī)器人（ZFMWSA）

展

階第二代鞏號(hào)人《帝鎮(zhèn)受的機(jī)器人）

段

第三代鞏注入《科能機(jī)式人）

2,丁皿知黑人機(jī)構(gòu)分舉

蹤4,2-1*

2.4工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平

第一代機(jī)器人（使用主流）

示教再現(xiàn)、順序控制;由于其不具有傳感器的反饋信息，因此不能在作業(yè)過(guò)程中從外界不斷

獲取信息，來(lái)改善其自易的行動(dòng)品質(zhì)，故應(yīng)用范圍和精度受到限制。

第二代機(jī)器人（研發(fā)主流）

有若干傳感器，能對(duì)自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和外部環(huán)及進(jìn)行探測(cè)，從而調(diào)整率先編程地操作。關(guān)鍵技術(shù)

是''視覺(jué)”和“觸覺(jué)”，目前還未能達(dá)到完善的實(shí)用階段，尚有待于進(jìn)一步研究和開發(fā)。

第三代機(jī)器人（期望主流）

能感知外界環(huán)境與對(duì)象物，對(duì)復(fù)雜信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，對(duì)自己行為作出自主決策能力的智能機(jī)

器人。能實(shí)現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識(shí)圖等多種仿生動(dòng)作;具有專家知識(shí)、語(yǔ)音功能和自學(xué)習(xí)能力等

人工智能。

2.5工業(yè)機(jī)器人研究?jī)?nèi)容

?機(jī)器人抓取技術(shù)

?機(jī)器人操作技術(shù)

?機(jī)器人移動(dòng)技術(shù)

?機(jī)器人驅(qū)動(dòng)技術(shù)

?機(jī)器人傳感技術(shù)

?機(jī)器人控制技術(shù)

?機(jī)器人軌跡規(guī)劃

?機(jī)器人設(shè)計(jì)

?機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)

____?機(jī)器人處母骼__________________________________________________________________

?機(jī)器人視覺(jué)

?機(jī)器人軟件與機(jī)器人語(yǔ)言

?機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)

?多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)

?人工智能

三、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與操作

3.1結(jié)構(gòu)化環(huán)境操作

3.2快速變化環(huán)境操作

安川機(jī)器人刀法KUKA機(jī)騾人套樂(lè)

機(jī)器人按物體機(jī)■人從旭抓手機(jī)

3.3多機(jī)協(xié)同操作

ABB機(jī)器人打快寶馬汽車機(jī)器人咳涂ABB機(jī)器人拼刀

ABB機(jī)器人多機(jī)合作發(fā)那科機(jī)器人協(xié)作餌接雙忖協(xié)作機(jī)器人

3.4多臂固定式機(jī)器人

3.5單臂移動(dòng)式機(jī)器人

單臂輪式機(jī)器人

四、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與發(fā)展

4.1工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

?機(jī)器人及智能裝備不斷向智能化、協(xié)作型及高適應(yīng)能力方向發(fā)展。

?機(jī)器人的平均價(jià)格大帽下降，自動(dòng)化技術(shù)越來(lái)越便宜。

?機(jī)器人的性能參數(shù)比如速度、載荷能力、平均故障間隔時(shí)間得到顯著的改善。

?多機(jī)器人能通過(guò)一個(gè)控制器實(shí)時(shí)編程和協(xié)調(diào)同步，這使得機(jī)器人可以在同一個(gè)工作空間精確

地協(xié)同工作。

?用于物體識(shí)別、定位和優(yōu)良控制的視覺(jué)系統(tǒng)越來(lái)越多地成為機(jī)器人控制器的一部分＜

?零件層一機(jī)器人材料、結(jié)構(gòu)

剛性和柔性分別能夠滿足部分要求，面對(duì)更廣的應(yīng)用范圍和通用性，需要結(jié)合起來(lái)達(dá)到剛?cè)岵?/p>

濟(jì)的新型機(jī)器人。

?部件層一機(jī)器人智能技術(shù)

目前云平臺(tái)的計(jì)算能力已經(jīng)能夠提高較好的計(jì)算性能，多傳感器融合、多機(jī)器人信息交互的大

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理技術(shù)對(duì)于處理復(fù)雜問(wèn)題變得可行。系統(tǒng)層一共融機(jī)器人系統(tǒng)未來(lái)機(jī)器人能夠與作

業(yè)環(huán)喑、搦作者和苴它機(jī)器人之間白然廳動(dòng).比現(xiàn)人和機(jī)器人之間、機(jī)器人4機(jī)器人力川的協(xié)

同智能操作

?云層一服務(wù)器端大數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)

4?2工業(yè)機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)品展示

輪式移動(dòng)機(jī)器人

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