工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用

1、1.1 1.1 什么是工業(yè)機(jī)器人什么是工業(yè)機(jī)器人 機(jī)器人涉及到人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問題。 所 處 位 置 一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力通過程序動作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能操作機(jī)。的多功能操作機(jī)。 【 課 堂 一種帶有存儲器件和末端操作器的通用機(jī)械，一種帶有存儲器件和末端操作器的通用機(jī)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(rèn) 知 】 返回 目錄 4/28 一種能自動控制，可重復(fù)編程，多功能、多自由一種能自動控制，可重復(fù)編程

2、，多功能、多自由度的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具來完度的操作機(jī)，能搬運(yùn)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(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一一種自動化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)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(jī)器。度靈活性的自動化機(jī)器。 中國中國1.1 什么是工業(yè)機(jī)器人 所 處 位 置 廣義地說廣義地說：工業(yè)機(jī)器人是一種在計(jì)算機(jī)控制下的可工業(yè)機(jī)器人是一種在計(jì)算機(jī)控制下的可編程的自動機(jī)器。編程的自動機(jī)器。它具有四個(gè)

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

4、 伺服電機(jī)和驅(qū)動器：大多需要進(jìn)口。 機(jī)器人控制器：性能與國外較大差距。工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù) 工業(yè)機(jī)器人核心部件與技術(shù)未端執(zhí)行器與本體-基本自主研制諧波減速器-依賴進(jìn)口控制系統(tǒng)-進(jìn)口占80%伺服系統(tǒng)-進(jìn)口占80%耗能耗材最大核心軟件技術(shù)1.4 工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用 1.4.1 工業(yè)機(jī)器人的分類 所 處 位 關(guān)于工業(yè)機(jī)器人分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可按負(fù)載重量、控制方式、自由度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域等劃分。 置 1 、按機(jī)器人的技術(shù)等級劃分、按機(jī)器人的技術(shù)等級劃分 【 課 （ 1 ） 示教再現(xiàn)機(jī)器人示教再現(xiàn)機(jī)器人 第一代工業(yè)機(jī)器人能夠按照人類預(yù)先按照人類預(yù)先

5、示教的軌跡、行為、順序和速度重復(fù)作業(yè)示教的軌跡、行為、順序和速度重復(fù)作業(yè)，示教可由操作員手把手進(jìn)行或通過示教器完成 。 堂 認(rèn) 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(jī)器人的分類及應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用 所 處 位 （ 2 ） 感知機(jī)器人感知機(jī)器人 第二代工業(yè)機(jī)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(yīng)環(huán)境的變化能在一定度上適應(yīng)環(huán)境的變化，目前已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段。置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 配備視覺系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人 返回 目錄 14/28 配備感覺系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人 （ 3 ） 智能機(jī)器人智能機(jī)器人 第三代工業(yè)機(jī)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(shí)驗(yàn)研究階段。 到目前為止，在世界范圍內(nèi)還沒有一個(gè)統(tǒng)一的智能機(jī)器人定義。大多數(shù)專家認(rèn)為智能機(jī)器人至少要具備以下三三個(gè)要素個(gè)要素：一是感覺要素，一是感覺要素，用來認(rèn)識周圍環(huán)境狀態(tài)；二是運(yùn)動要素，二是運(yùn)動要素，對外界做出反應(yīng)性動作；三是思考要素，三是思考要素，根據(jù)感覺要素所得到的信息，思考出采用什么樣的動作。智能機(jī)器人根據(jù)其智能程度智能程度的不同，又可分為三種：一、傳感型機(jī)器人一、傳感型機(jī)器人 又稱外部受控機(jī)器人。機(jī)器人的本體上又稱外部受控機(jī)器人。機(jī)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(jī)構(gòu)和感應(yīng)機(jī)構(gòu)有執(zhí)行機(jī)構(gòu)和

7、感應(yīng)機(jī)構(gòu)，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(jìn)行傳感信息處理、實(shí)現(xiàn)控制與操作的能力進(jìn)行傳感信息處理、實(shí)現(xiàn)控制與操作的能力。受控于外部。受控于外部計(jì)算機(jī)，在外部計(jì)算機(jī)上具有計(jì)算機(jī)，在外部計(jì)算機(jī)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(jī)器人采機(jī)器人采集的各種信息集的各種信息以及機(jī)器人本身的各種姿態(tài)和軌跡以及機(jī)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(jī)器人的動作然后發(fā)出控制指令指揮機(jī)器人的動作。目前。目前機(jī)器機(jī)器人世界杯人世界杯的小型組比賽使用的機(jī)

8、器人就屬于這樣的類型的小型組比賽使用的機(jī)器人就屬于這樣的類型。二、交互型機(jī)器人二、交互型機(jī)器人 機(jī)器人通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與操作員或程序員操作員或程序員進(jìn)行人機(jī)對話，實(shí)現(xiàn)對機(jī)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(dú)立地實(shí)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(jī)器人三、自主型機(jī)器人 在設(shè)計(jì)制作之后，機(jī)器人無需人的干預(yù)無需人的干預(yù)，能夠在各種環(huán)境下自動完成各項(xiàng)擬人任務(wù)自動完成各項(xiàng)擬人任務(wù)。自主型機(jī)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(gè)自主的人一樣獨(dú)立地活動和處理問題。機(jī)器人

9、世界杯的中型組中型組比賽中使用的機(jī)器人就屬于這一類型。全自主移動機(jī)器人的最重要的特點(diǎn)在于它的自主性自主性和適應(yīng)性適應(yīng)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(wù)，完全自主地執(zhí)行一定的任務(wù)。適應(yīng)性適應(yīng)性是指它可以實(shí)時(shí)識別和測量周圍的物體，根據(jù)環(huán)境的是指它可以實(shí)時(shí)識別和測量周圍的物體，根據(jù)環(huán)境的變化，調(diào)節(jié)自身的參數(shù)，調(diào)整動作策略以及處理緊急情況。變化，調(diào)節(jié)自身的參數(shù)，調(diào)整動作策略以及處理緊急情況。由于全自主移動機(jī)器人涉及諸如驅(qū)動器控制、傳感器數(shù)據(jù)融驅(qū)動器控制、傳感器數(shù)據(jù)融合、合、圖像處理圖像處理、模式識別模式識別

10、、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等許多方面的研究，所以能夠綜合反映一個(gè)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(jī)器人的分類及應(yīng)用 所 處 位 置 2 、按機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征劃分 【 課 堂 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式 認(rèn) 知 】 直角坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系 柱面坐標(biāo)系柱面坐標(biāo)系 球面坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系 多關(guān)節(jié)坐標(biāo)系多關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 返回 目錄 15/28 按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類1）直角坐標(biāo)型機(jī)器人直角坐標(biāo)型機(jī)器人 2）圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 3）極坐標(biāo)型機(jī)器人極坐標(biāo)型機(jī)器人4）關(guān)節(jié)型機(jī)器人關(guān)節(jié)型機(jī)器人通過沿三個(gè)互相垂通過沿三個(gè)互相垂直

11、的軸線的移動來直的軸線的移動來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手部空實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手部空間位置的改變間位置的改變通過兩個(gè)移動通過兩個(gè)移動和一個(gè)轉(zhuǎn)動實(shí)和一個(gè)轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)位置的改變現(xiàn)位置的改變運(yùn)動由一個(gè)直線運(yùn)動運(yùn)動由一個(gè)直線運(yùn)動和兩個(gè)轉(zhuǎn)動組成和兩個(gè)轉(zhuǎn)動組成運(yùn)動由前后的俯運(yùn)動由前后的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)仰及立柱的回轉(zhuǎn)組成組成1.4 工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用 1.4.1 工業(yè)機(jī)器人的分類 所 處 位 y 置 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式 z 【 直角坐標(biāo)系 課 x 堂 認(rèn) 知 柱面坐標(biāo)系 】 球面坐標(biāo)系 多關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 直角坐標(biāo)機(jī)器人 具有空間上相互垂直的多個(gè)直線移動軸，通過直角坐標(biāo)方向的 3 個(gè)獨(dú)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(jī)器人的分類及應(yīng)用 1.4.1 工業(yè)機(jī)器人的分類 所 處 位 置 r 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式 x 【 直角坐標(biāo)系 課 堂 認(rèn) 知 柱面坐標(biāo)系 】 球面坐標(biāo)系 多關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 柱面坐標(biāo)機(jī)器人 主要由旋轉(zhuǎn)基座、垂直移動和水平移動軸構(gòu)成，具有一個(gè)回轉(zhuǎn)和兩個(gè)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(jī)器人的分類及應(yīng)用 1.4.1 工業(yè)機(jī)器人的分類 所 處 位 置 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式 r 【 直角坐標(biāo)系 課 堂 認(rèn) 柱面坐標(biāo)系 知 】 球面坐標(biāo)系 多關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 球面坐標(biāo)機(jī)器人 空間位置分別由旋轉(zhuǎn)、擺動和平移

13、3 個(gè)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(jī)器人的分類及應(yīng)用 1.4.1 工業(yè)機(jī)器人的分類 所 處 位 置 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式 【 直角坐標(biāo)系 課 堂 認(rèn) 柱面坐標(biāo)系 知 】 球面坐標(biāo)系 多關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人模擬人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸、帶動小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸以及小臂前端的手腕等組成，手腕通常有 23 個(gè)自由度，其動作空間近其動作空間近似一個(gè)球體。似一個(gè)球體。 19/28 1.4 工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用 1.4.1 工業(yè)機(jī)器人的分類 所 z 2 1 處 位 置 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式 3 【 直角坐標(biāo)系 課 堂 認(rèn)

14、柱面坐標(biāo)系 知 】 球面坐標(biāo)系 多關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人 結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的兩個(gè)能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂，自由度可依據(jù)用途選擇 24 個(gè)，動作動作空間為一圓柱體?？臻g為一圓柱體。 20/28 1.4 工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用 1.4.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 所 處 按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機(jī)器人分為搬運(yùn)、碼垛、焊接、涂裝、裝搬運(yùn)、碼垛、焊接、涂裝、裝配配機(jī)器人 。 位 置 【 課 堂 認(rèn) 知 機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn) 被被廣泛應(yīng)用于機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖床上下料、沖壓機(jī)自動化生壓機(jī)自動化生產(chǎn)線、自動裝產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動搬箱等的自動搬運(yùn)。運(yùn)。】 機(jī)

15、器人搬運(yùn) 返回 目錄 21/28 搬運(yùn)機(jī)器人1.4 工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用 1.4.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 所 處 按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機(jī)器人分為搬運(yùn)、碼垛、焊接、涂裝、裝配機(jī)器人 。 位 置 【 課 堂 認(rèn) 機(jī)器人碼垛機(jī)器人碼垛被被廣泛應(yīng)用于化廣泛應(yīng)用于化工、飲料、食工、飲料、食品、啤酒、塑品、啤酒、塑料等生產(chǎn)企業(yè)，料等生產(chǎn)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(jī)器人碼垛 返回 目錄 22/28 1.4 工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用 1.4.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 所 處 按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機(jī)器人分為搬運(yùn)、碼垛

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

17、、應(yīng)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(jī)械材、機(jī)械等行業(yè)等行業(yè) 。 機(jī)器人涂裝 返回 目錄 24/28 1.4 工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用 1.4.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 所 處 按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機(jī)器人分為搬運(yùn)、碼垛、焊接、涂裝、搬運(yùn)、碼垛、焊接、涂裝、裝配裝配機(jī)器人 。 位 置 【 課 堂 認(rèn) 機(jī)器人裝配機(jī)器人裝配被廣泛應(yīng)用被廣泛應(yīng)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(chǎn)及流水線產(chǎn)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(diǎn)。的特點(diǎn)。知 】 機(jī)器人裝配 返回 目錄 25/28 本章小結(jié)本章小結(jié) 所 工業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)器。它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)材料、零件動的多功能機(jī)器。它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)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(jī)器人的發(fā)展過程可分為三代：工業(yè)機(jī)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(jī)器人再現(xiàn)型機(jī)器人，它可以按照預(yù)先設(shè)定的程，它可以按照預(yù)先設(shè)定的程 序，自主完成規(guī)定動作或操作，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。序，自主完成規(guī)定動作或操作，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二代為感覺型機(jī)器人第二代為感覺型機(jī)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(jìn)行反饋調(diào)整的能力，目前已進(jìn)入應(yīng)用有對某些外界信息進(jìn)行反饋調(diào)整的能力，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段。階段。第三代為智能型機(jī)器人第三代為智能型機(jī)器人，其尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。，其尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。 本 章 結(jié) 】 返回 目錄 26/28 思考練習(xí) 1 、填空 所 處 （ 1 ）國際工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，基本沿著兩個(gè)路徑在發(fā)展：一是模仿人 位 的 _ ，實(shí)現(xiàn)多維運(yùn)動，在應(yīng)用上比較典型的是點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人；二是模 置 仿人的 _ ，實(shí)現(xiàn)物料輸送、傳遞等搬運(yùn)功能，例如搬運(yùn)機(jī)器