工業(yè)機器人的分類及應用

1、1.1 1.1 什么是工業(yè)機器人什么是工業(yè)機器人 機器人涉及到人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。 所 處 位 置 一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，通過程序動作來執(zhí)行種種任務的，并具有編程能力通過程序動作來執(zhí)行種種任務的，并具有編程能力的多功能操作機。的多功能操作機。 【 課 堂 一種帶有存儲器件和末端操作器的通用機械，一種帶有存儲器件和末端操作器的通用機械，它能夠通過自動化的動作替代人類勞動。它能夠通過自動化的動作替代人類勞動。 認 知 】 返回 目錄 4/28 一種能自動控制，可重復編程，多功能、多自由一種能自動控制，可重復編程

2、，多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或操持工具來完度的操作機，能搬運材料、工件或操持工具來完成各種作業(yè)。成各種作業(yè)。一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或者生物相似的智能能力，如感知能力、些與人或者生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。度靈活性的自動化機器。 中國中國1.1 什么是工業(yè)機器人 所 處 位 置 廣義地說廣義地說：工業(yè)機器人是一種在計算機控制下的可工業(yè)機器人是一種在計算機控制下的可編程的自動機器。編程的自動機器。它具有四個

3、基本特征基本特征： 【 課 堂 認 知 特定的機械機構特定的機械機構 】 通用性通用性 不同程度的智能不同程度的智能 獨立性獨立性 返回 目錄 5/28 2021-12-18進口部分（22000）我國2012年工業(yè)機器人數據 進 口：22,000臺富士康：10,000臺 本 土：1,000臺補充：機器人的發(fā)展概況國產機器人與進口機器人尚存一定差距國產機器人與進口機器人尚存一定差距，具體現(xiàn)狀如下： 第一，低端技術水平有待改善。低端技術水平有待改善。 第二，產業(yè)鏈條亟待充實與規(guī)范。產業(yè)鏈條亟待充實與規(guī)范。 12/18/2021工業(yè)機器人核心技術諧波減速器國產精度不夠高精度機器人減速機：基本依賴進口

4、 伺服電機和驅動器：大多需要進口。 機器人控制器：性能與國外較大差距。工業(yè)機器人核心技術工業(yè)機器人核心技術 工業(yè)機器人核心部件與技術未端執(zhí)行器與本體-基本自主研制諧波減速器-依賴進口控制系統(tǒng)-進口占80%伺服系統(tǒng)-進口占80%耗能耗材最大核心軟件技術1.4 工業(yè)機器人的分類及應用工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.1 工業(yè)機器人的分類 所 處 位 關于工業(yè)機器人分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標準，可按負載重量、控制方式、自由度、結構、應用領域等劃分。 置 1 、按機器人的技術等級劃分、按機器人的技術等級劃分 【 課 （ 1 ） 示教再現(xiàn)機器人示教再現(xiàn)機器人 第一代工業(yè)機器人能夠按照人類預先按照人類預先

5、示教的軌跡、行為、順序和速度重復作業(yè)示教的軌跡、行為、順序和速度重復作業(yè)，示教可由操作員手把手進行或通過示教器完成 。 堂 認 知 】 返回 示教器示教示教器示教 手把手示教手把手示教 目錄 13/28 1.4 工業(yè)機器人的分類及應用工業(yè)機器人的分類及應用 所 處 位 （ 2 ） 感知機器人感知機器人 第二代工業(yè)機器人程具有環(huán)境感知裝置，具有環(huán)境感知裝置，能在一定度上適應環(huán)境的變化能在一定度上適應環(huán)境的變化，目前已經進入應用階段。置 【 課 堂 認 知 】 配備視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人 返回 目錄 14/28 配備感覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人 （ 3 ） 智能機器人智能機器人 第三代工業(yè)機器人具有發(fā)現(xiàn)問題

6、，并且具有發(fā)現(xiàn)問題，并且能自主地解決問題的能力，能自主地解決問題的能力，尚處于實驗研究階段。 到目前為止，在世界范圍內還沒有一個統(tǒng)一的智能機器人定義。大多數專家認為智能機器人至少要具備以下三三個要素個要素：一是感覺要素，一是感覺要素，用來認識周圍環(huán)境狀態(tài)；二是運動要素，二是運動要素，對外界做出反應性動作；三是思考要素，三是思考要素，根據感覺要素所得到的信息，思考出采用什么樣的動作。智能機器人根據其智能程度智能程度的不同，又可分為三種：一、傳感型機器人一、傳感型機器人 又稱外部受控機器人。機器人的本體上又稱外部受控機器人。機器人的本體上沒有智能單元沒有智能單元只只有執(zhí)行機構和感應機構有執(zhí)行機構和

7、感應機構，它具有利用，它具有利用傳感信息傳感信息（包括視（包括視覺、聽覺、觸覺、接近覺、力覺和紅外、超聲及激光等）覺、聽覺、觸覺、接近覺、力覺和紅外、超聲及激光等）進行傳感信息處理、實現(xiàn)控制與操作的能力進行傳感信息處理、實現(xiàn)控制與操作的能力。受控于外部。受控于外部計算機，在外部計算機上具有計算機，在外部計算機上具有智能處理單元智能處理單元，處理由受控，處理由受控機器人采機器人采集的各種信息集的各種信息以及機器人本身的各種姿態(tài)和軌跡以及機器人本身的各種姿態(tài)和軌跡等信息，等信息，然后發(fā)出控制指令指揮機器人的動作然后發(fā)出控制指令指揮機器人的動作。目前。目前機器機器人世界杯人世界杯的小型組比賽使用的機

8、器人就屬于這樣的類型的小型組比賽使用的機器人就屬于這樣的類型。二、交互型機器人二、交互型機器人 機器人通過計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)與操作員或程序員操作員或程序員進行人機對話，實現(xiàn)對機器人的控制與操作。雖然具有了部分處理部分處理和決策功能和決策功能，能夠獨立地實現(xiàn)一些諸如軌跡規(guī)劃、簡單的避障等功能，但是還要受到受到外部的控制外部的控制。三、自主型機器人三、自主型機器人 在設計制作之后，機器人無需人的干預無需人的干預，能夠在各種環(huán)境下自動完成各項擬人任務自動完成各項擬人任務。自主型機器人的本體上具有感感知、處理、決策、執(zhí)行知、處理、決策、執(zhí)行等模塊，可以就像一個自主的人一樣獨立地活動和處理問題。機器人

9、世界杯的中型組中型組比賽中使用的機器人就屬于這一類型。全自主移動機器人的最重要的特點在于它的自主性自主性和適應性適應性，自主性自主性是指它可以在一定的環(huán)是指它可以在一定的環(huán)境中，不依賴任何境中，不依賴任何外部控制外部控制，完全自主地執(zhí)行一定的任務，完全自主地執(zhí)行一定的任務。適應性適應性是指它可以實時識別和測量周圍的物體，根據環(huán)境的是指它可以實時識別和測量周圍的物體，根據環(huán)境的變化，調節(jié)自身的參數，調整動作策略以及處理緊急情況。變化，調節(jié)自身的參數，調整動作策略以及處理緊急情況。由于全自主移動機器人涉及諸如驅動器控制、傳感器數據融驅動器控制、傳感器數據融合、合、圖像處理圖像處理、模式識別模式識別

10、、神經網絡、神經網絡等許多方面的研究，所以能夠綜合反映一個國家在制造業(yè)和人工智能制造業(yè)和人工智能等方面的水平。1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 所 處 位 置 2 、按機器人的機構特征劃分 【 課 堂 工業(yè)機器人的結構形式工業(yè)機器人的結構形式 認 知 】 直角坐標系直角坐標系 柱面坐標系柱面坐標系 球面坐標系球面坐標系 多關節(jié)坐標系多關節(jié)坐標系 返回 目錄 15/28 按機器人結構坐標系特點方式分類按機器人結構坐標系特點方式分類1）直角坐標型機器人直角坐標型機器人 2）圓柱坐標型機器人圓柱坐標型機器人 3）極坐標型機器人極坐標型機器人4）關節(jié)型機器人關節(jié)型機器人通過沿三個互相垂通過沿三個互相垂直

11、的軸線的移動來直的軸線的移動來實現(xiàn)機器人手部空實現(xiàn)機器人手部空間位置的改變間位置的改變通過兩個移動通過兩個移動和一個轉動實和一個轉動實現(xiàn)位置的改變現(xiàn)位置的改變運動由一個直線運動運動由一個直線運動和兩個轉動組成和兩個轉動組成運動由前后的俯運動由前后的俯仰及立柱的回轉仰及立柱的回轉組成組成1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.1 工業(yè)機器人的分類 所 處 位 y 置 工業(yè)機器人的結構形式 z 【 直角坐標系 課 x 堂 認 知 柱面坐標系 】 球面坐標系 多關節(jié)坐標系 直角坐標機器人 具有空間上相互垂直的多個直線移動軸，通過直角坐標方向的 3 個獨立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長方

12、體其動作空間為一長方體。 返回 目錄 16/28 1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.1 工業(yè)機器人的分類 所 處 位 置 r 工業(yè)機器人的結構形式 x 【 直角坐標系 課 堂 認 知 柱面坐標系 】 球面坐標系 多關節(jié)坐標系 柱面坐標機器人 主要由旋轉基座、垂直移動和水平移動軸構成，具有一個回轉和兩個平移自由度，其動作空間呈圓柱形。其動作空間呈圓柱形。 17/28 1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.1 工業(yè)機器人的分類 所 處 位 置 工業(yè)機器人的結構形式 r 【 直角坐標系 課 堂 認 柱面坐標系 知 】 球面坐標系 多關節(jié)坐標系 球面坐標機器人 空間位置分別由旋轉、擺動和平移

13、3 個自由度確定，動作空間動作空間形成球面的一部分。形成球面的一部分。 18/28 1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.1 工業(yè)機器人的分類 所 處 位 置 工業(yè)機器人的結構形式 【 直角坐標系 課 堂 認 柱面坐標系 知 】 球面坐標系 多關節(jié)坐標系 垂直多關節(jié)機器人模擬人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋轉軸、帶動小臂旋轉的肘部旋轉軸以及小臂前端的手腕等組成，手腕通常有 23 個自由度，其動作空間近其動作空間近似一個球體。似一個球體。 19/28 1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.1 工業(yè)機器人的分類 所 z 2 1 處 位 置 工業(yè)機器人的結構形式 3 【 直角坐標系 課 堂 認

14、柱面坐標系 知 】 球面坐標系 多關節(jié)坐標系 水平多關節(jié)機器人 結構上具有串聯(lián)配置的兩個能夠在水平面內旋轉的手臂，自由度可依據用途選擇 24 個，動作動作空間為一圓柱體。空間為一圓柱體。 20/28 1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.2 工業(yè)機器人的應用 所 處 按作業(yè)任務將工業(yè)機器人分為搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝配配機器人 。 位 置 【 課 堂 認 知 機器人搬運機器人搬運 被被廣泛應用于機廣泛應用于機床上下料、沖床上下料、沖壓機自動化生壓機自動化生產線、自動裝產線、自動裝配流水線、碼配流水線、碼垛搬運、集裝垛搬運、集裝箱等的自動搬箱等的自動搬運。運。】 機

15、器人搬運 返回 目錄 21/28 搬運機器人1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.2 工業(yè)機器人的應用 所 處 按作業(yè)任務將工業(yè)機器人分為搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝配機器人 。 位 置 【 課 堂 認 機器人碼垛機器人碼垛被被廣泛應用于化廣泛應用于化工、飲料、食工、飲料、食品、啤酒、塑品、啤酒、塑料等生產企業(yè)，料等生產企業(yè)，對紙箱、袋裝、對紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形瓶裝等各種形狀的包裝成品狀的包裝成品都適用。都適用。 知 】 機器人碼垛 返回 目錄 22/28 1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.2 工業(yè)機器人的應用 所 處 按作業(yè)任務將工業(yè)機器人分為搬運、碼垛

16、、焊接、涂裝、搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝配裝配機器人 。 位 置 【 課 堂 機器人焊接機器人焊接最最早應用在裝配早應用在裝配生產線上。開生產線上。開拓了一種柔性拓了一種柔性自動化生產方自動化生產方式，實現(xiàn)了在式，實現(xiàn)了在一條焊接機器一條焊接機器人生產線上同人生產線上同時自動生產若時自動生產若干種焊件干種焊件 。 認 知 】 機器人焊接 返回 目錄 23/28 1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.2 工業(yè)機器人的應用 所 處 按作業(yè)任務將工業(yè)機器人分為搬運、碼垛、焊接、涂裝、搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝配裝配機器人 。 位 置 【 課 堂 認 知 】 機器人涂機器人涂裝裝被廣泛被廣泛應用汽車

17、、應用汽車、汽車零配汽車零配件、鐵路、件、鐵路、家電、建家電、建材、機械材、機械等行業(yè)等行業(yè) 。 機器人涂裝 返回 目錄 24/28 1.4 工業(yè)機器人的分類及應用 1.4.2 工業(yè)機器人的應用 所 處 按作業(yè)任務將工業(yè)機器人分為搬運、碼垛、焊接、涂裝、搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝配裝配機器人 。 位 置 【 課 堂 認 機器人裝配機器人裝配被廣泛應用被廣泛應用于各種電器于各種電器的制造行業(yè)的制造行業(yè)及流水線產及流水線產品的組裝作品的組裝作業(yè)，具有高業(yè)，具有高效，精確，效，精確，不間斷工作不間斷工作的特點。的特點。知 】 機器人裝配 返回 目錄 25/28 本章小結本章小結 所 工業(yè)機器人是一種

18、能自動定位控制并可重新編程予以變工業(yè)機器人是一種能自動定位控制并可重新編程予以變 處 位 動的多功能機器。它有多個自由度，可用來搬運材料、零件動的多功能機器。它有多個自由度，可用來搬運材料、零件 置 和握持工具，以完成各種不同的作業(yè)。和握持工具，以完成各種不同的作業(yè)。 【 工業(yè)機器人的發(fā)展過程可分為三代：工業(yè)機器人的發(fā)展過程可分為三代：第一代為示教第一代為示教 - 再現(xiàn)型機器人再現(xiàn)型機器人，它可以按照預先設定的程，它可以按照預先設定的程 序，自主完成規(guī)定動作或操作，當前工業(yè)中應用最多。序，自主完成規(guī)定動作或操作，當前工業(yè)中應用最多。第二代為感覺型機器人第二代為感覺型機器人，如有力覺、觸覺和視覺等，它具，如有力覺、觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進行反饋調整的能力，目前已進入應用有對某些外界信息進行反饋調整的能力，目前已進入應用階段。階段。第三代為智能型機器人第三代為智能型機器人，其尚處于實驗研究階段。，其尚處于實驗研究階段。 本 章 結 】 返回 目錄 26/28 思考練習 1 、填空 所 處 （ 1 ）國際工業(yè)機器人技術日趨成熟，基本沿著兩個路徑在發(fā)展：一是模仿人 位 的 _ ，實現(xiàn)多維運動，在應用上比較典型的是點焊、弧焊機器人；二是模 置 仿人的 _ ，實現(xiàn)物料輸送、傳遞等搬運功能，例如搬運機器