《現(xiàn)代制造系統(tǒng)》課件UNIT 4-1-2 manufacturing-manufacturing techniques

1Unit4先進制造單元技術E制造工藝技術群F制造自動化技術群G生產(chǎn)線布局及其設計H物料搬運系統(tǒng)規(guī)劃設計

J柔性制造系統(tǒng)及CIMS2

機械加工成形方法去除成型(如車、銑、刨、磨等)

受迫成型（如鍛造、鍛壓等）

離散/堆積成型（焊接）

生成成型(動、植物生長)思考題：機械加工的成形方法有哪幾種？試舉例說明。要點回顧31

精密與超精密高速與超高速2高能與超高能34

微細與微納米機械加工向超精密、超高速方向發(fā)展——以超精密超高速加工為代表特種加工方法和應用領域不斷拓展——以激光加工技術為代表采用自動化技術，實現(xiàn)工藝過程的優(yōu)化控制——以微機械加工為代表加工與設計趨于集成和一體化——以快速原型制造為代表P4一般加工：精度1～10μm左右;Ra0.1～0.8μm；精密加工：精度0.1～1μm左右；Ra0.025～0.1μm；超精密加工：精度0.01～0.1μm左右;亞微米級

Ra0.005～0.025μm；納米加工：精度高于0.001μm;Ra<0.005μm

要點回顧1精密與超精密加工技術5精密與超精密加工是涉及內(nèi)容廣泛的綜合技術，它要求有精密的機床設備和工具、穩(wěn)定的環(huán)境條件、自動化的實時檢測工具等，具體而言精密與超精密加工需要如下的關鍵技術做支撐：精密加工與超精密加工的關鍵技術精密與超精密加工機床金剛石刀具——破損形式：裂紋、碎裂和解理精密與超精密加工機理——微量加工的特殊性及微量加工理論穩(wěn)定的加工環(huán)境——恒溫、防振和空氣凈化誤差補償理論——提高加工的制造精度，保證加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性精密的測量技術思考題1、為什么金剛石刀具加工鐵碳合金材料并不是最好的選擇？2、什么是微量加工理論？3、保證工件加工精度的原則有哪幾種？要點回顧6超高速加工概念——一種用比常規(guī)高很多（一般是10倍以上）的速度對零件進行加工的先進技術，它以高加工速度、高加工精度為主要特征，具有非常高的生產(chǎn)效率。加工效率高切削力小熱變形小加工精度高，表面質(zhì)量好減少后續(xù)加工工序國外分類采用機床主軸轉(zhuǎn)速：8000～12000r/min為準高速切削15000～50000r/min為高速切削；大于50000r/min為超高速切削。作業(yè)：1、什么是超高速加工？高速和超高速加工的特點是什么？要點回顧2超高速加工技術7T——刀具耐受溫度T在常規(guī)切削區(qū)域，切削溫度隨著切削速度提高而升高，但當切削速度達到某一臨界值時，切削速度進一步提高，切削溫度反而下降。因此確定了臨界切削速度值，切削加工時，就可以避開這一過渡區(qū)域，直接進入高速切削區(qū)。針對不同的材料，臨界的切削速度不同。作業(yè)：2、試解釋薩洛蒙曲線的特點及意義。要點回顧8超高速加工機床及其支撐技術主軸單元技術——主軸動力源、主軸、軸承和機架；進給單元技術——進給伺服驅(qū)動技術、滾動元件技術、檢測單元技術和其他邊界密封潤滑技術等；機床支承及其輔助單元技術；加工用刀具、磨具及材料；加工測試技術。要點回顧機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅(qū)動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的“零傳動”。電主軸是一種智能型功能部件，它采用無外殼電動機，將帶有冷卻套的電動機定子裝配在主軸單元的殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)子和機床主軸的旋轉(zhuǎn)部件做成一體，主軸的變速范圍完全由變頻交流電動機控制，使變頻電動機和機床主軸合二為一。作業(yè)：3、什么是電主軸？高速主軸分為哪幾種形式？在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與原旋轉(zhuǎn)電機傳動的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環(huán)節(jié)，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為“零傳動”。正是由于這種“零傳動”方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動方式無法達到的性能指標和優(yōu)點。

4、試比較直線電機和傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機+滾珠絲杠在機床進給系統(tǒng)的特點。9991激光束、2電子束、3離子束、等離子體、4水射流、高能束流復合加工P高能束流焊接高能束流切割高能束流打孔高能束流熱處理高能束流拋光

……高能量束流名稱高能量束流應用能量束流的密度很高聚焦的高能束流，可用于微細加工能量密度可控，可進行全方位的加工材料的適用性強，可適用于金屬、非金屬材料等的加工一、激光束加工技術-光熱效應二、電子束加工技術-熱效應三、離子束加工技術-撞擊、濺射、注入四、水射流加工技術-純水、磨粒要點回顧3高能束加工技術10104微機械及其微細加工技術常采用的微細加工技術，幾乎涉及了各種現(xiàn)代特種加工、高能束等加工方式。通常有1、微機械加工、2、硅微細加工、3、LIGA加工工藝和4、納米加工。要點回顧11從成形的全過程看，快速成形過程可以描述為離散/堆積過程；離散：從CAD模型中獲得點、線、面的幾何信息；堆積：將CAD模型的幾何信息與成形參數(shù)信息結合,轉(zhuǎn)換為控制成形機工作的NC代碼,控制材料有規(guī)律地、精確地迭加。快速原型制造的原理要點回顧512液體材料SLABISLTPHISSGCRP工藝方法及其分類粉狀材料BMPFDM3DWSDMESSLSGPD3DPSFTSF片狀材料LOMSFP液體樹脂固化熔融材料固化激光熔合材料粘結劑粘結材料粘性片材的粘結UV粘結片狀材料快速原型制造工藝方法及其分類作業(yè)：請寫出紅色標記的英文縮寫所表示的快速制造工藝名稱，并簡要介紹其原理和特點。

快速成型視頻材料27分鐘要點回顧13Unit4先進制造單元技術E制造工藝技術群F制造自動化技術群G生產(chǎn)線布局及其設計H物料搬運系統(tǒng)規(guī)劃設計

J柔性制造系統(tǒng)及CIMS14制造自動化系統(tǒng)是由一定范圍的被加工對象、一定柔性和自動化水平的各種設備和高素質(zhì)的人組成的一個有機整體，它接受外部信息、能源、資金、配套件和原材料等，在人和計算機控制系統(tǒng)的共同作用下，實現(xiàn)一定程度的柔性制造自動化，最后輸出產(chǎn)品、文檔資料、廢物和對環(huán)境的污染。1、制造自動化系統(tǒng)的定義人機功能合理分配的物料處理系統(tǒng)典型組成：一定技術水平和決策能力的人一定范圍的被加工對象；信息流及其控制系統(tǒng)；能量流及其控制系統(tǒng)；物料流及物料處理系統(tǒng)。思考題：1、解釋制造自動化系統(tǒng)概念.智能制造智能工廠德國工業(yè)4.0中國制造2025美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)152、制造自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷史思考題：2、制造自動化系統(tǒng)在不同發(fā)展階段的控制方式和裝備配置有什么特點？3、什么是工業(yè)4.0？有哪些支柱技術？德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的要點是什么？4、中國制造2025的主要領域有哪些？161

工業(yè)機器人數(shù)控加工機床2自動導引小車34

自動化立體倉庫機器人組成及其分類機械手的運動表示方法機器人感覺系統(tǒng)及智能化多機器人系統(tǒng)及控制數(shù)控加工的編程方法計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)分布式數(shù)控系統(tǒng)(DNC)數(shù)控伺服系統(tǒng)自動化立體倉庫類型自動化立體倉庫構成自動化立體倉庫規(guī)劃設計物料輸送裝置自動導引小車的構成自動導引小車的導引原理A3、制造自動化技術群加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)17為什么要發(fā)展機器人?機器人汽車焊接生產(chǎn)線汽車裝配機器人工業(yè)機器人技術

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1、機器人定義2、機器人組成及其分類3、機械手的運動表示方法4、機器人感覺系統(tǒng)及智能化5、多機器人系統(tǒng)及控制18理由之三：機器人做人做不了的事情。比如人們對太空的認識，對原子分子進行搬遷的機器人理由之二：機器人做人不愿意做或做不好的事。比如有毒的、高溫的或危險的環(huán)境，汽車生產(chǎn)線上的焊接工作理由之一：提高生產(chǎn)效率降低人的勞動強度。比如焊機器人提高生產(chǎn)效率，提高汽車焊接的質(zhì)量，降低工人的勞動強度。

思考題：5、為什么要發(fā)展機器人?機器人汽車焊接生產(chǎn)線汽車裝配機器人19國際上，關于機器人的定義主要有以下幾種：機器人學是一門不斷發(fā)展的科學，對機器人的定義也隨其發(fā)展而變化思考題：6、什么是機器人？（1）美國機器人協(xié)會(RIA)的定義——機器人是“一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動作來執(zhí)行種種任務的，并具有編程能力的多功能機械手(manipulator)”。20（3）美國國家標準局(NBS)的定義——機器人是“一種能夠進行編程并在自動控制下執(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務的機械裝置”。（4）國際標準化組織(ISO)的定義——“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務”。（2）日本工業(yè)機器人協(xié)會(JIRA)的定義——機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器(endeffector)的，能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。（5）我國對機器人的定義——蔣新松院士曾建議把機器人定義為“一種擬人功能的機械電子裝置”(amechantronicdevicetoimitatesomehumanfunctions)。21參考各國的定義，對機器人給出以下定義：機器人是一種計算機控制的可以編程的自動機械電子裝置，能感知環(huán)境，識別對象，理解指示命令，有記憶和學習功能，具有情感和邏輯判斷思維，能自身進化，能計劃其操作程序來完成任務。怎樣制造智能機器人視頻（22分鐘）識別環(huán)境自主學習超級大腦可變本體李忠學E-mail：lizx@

蘭州交通大學機電工程學院設計.制造.管理Design/Manufacture/Management23為什么要發(fā)展機器人?什么是機器人？工業(yè)機器人技術

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1、機器人定義2、機器人組成及其分類3、機械手的運動表示方法4、機器人感覺系統(tǒng)及智能化5、多機器人系統(tǒng)及控制理由之三：機器人做人做不了的事情。理由之二：機器人做人不愿做或做不好的事。理由之一：提高生產(chǎn)效率降低人的勞動強度。機器人是一種計算機控制的可以編程的自動機械電子裝置，能感知環(huán)境，識別對象，理解指示命令，有記憶和學習功能，具有情感和邏輯判斷思維，能自身進化，能計劃其操作程序來完成任務。怎樣制造智能機器人視頻（22分鐘）識別環(huán)境自主學習超級大腦可變本體24思考題：7、什么是工業(yè)機器人？工業(yè)機器人是機器人的一個重要分支，在構造和性能上體現(xiàn)了類人化的智能和適應性，以及機器作業(yè)的準確性和在各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。工業(yè)機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程功能的多功能操作機，多以機械臂或機械手的形式出現(xiàn)。工業(yè)機器人一般由操作機（機械本體）、驅(qū)動單元、控制器和為機器人進行作業(yè)而連接的外部設備組成。工業(yè)機器人可以按照坐標形式、技術發(fā)展進程、驅(qū)動方式、控制方式、運動方式、系統(tǒng)功能、負載能力及工作空間范圍等分類參看教材P128-132思考題：8、工業(yè)機器人的性能參數(shù)有哪些？自由度指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數(shù)目。一般通用工業(yè)機器人有3-6個自由度。位置精度包括定位精度和重復定位精度。定位精度：指機器人實際到達的位置和設計的理想位置之間的差異。重復定位精度：指機器人重復到達某一目標位置的差異程度。工作范圍指機器人末端操作器所能到達的區(qū)域。運動速度指機器人各個方向的移動速度或轉(zhuǎn)動速度。這些速度可以相同，可以不同。承載能力指機器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。二、機械手的運動表示y1、剛體二維平面描述P點坐標（x,y）如何計算？292、剛體三維空間描述空間剛體有六個自由度，要完全確定空間剛體的位置和姿態(tài)，需要兩組參數(shù)：一組是位置參數(shù)（T1，T2，T3）一組是方位參數(shù)（R1，R2，R3）位置參數(shù)表示沿x、y、z三個坐標軸的平移運動，方位參數(shù)表示繞x、y、z三個坐標軸的旋轉(zhuǎn)運動。P點三維坐標（x,y，z）如何計算？PBCA302、剛體三維空間描述P點三維坐標（x,y，z）如何計算？PBDAC定義三個單位矢量：i,j,k312、剛體三維空間描述P點三維坐標（x,y，z）如何計算？PBDAC323、坐標系的旋轉(zhuǎn)運動描述假設兩個直角坐標系｛A｝和｛B｝，其原點重合333、坐標系的旋轉(zhuǎn)運動描述343、坐標系的旋轉(zhuǎn)運動描述353、坐標系的旋轉(zhuǎn)運動描述363、坐標系的旋轉(zhuǎn)運動描述坐標系A在坐標系B中的姿態(tài)變換矩陣373、坐標系的旋轉(zhuǎn)運動描述假設｛B｝坐標系為參考坐標系，靜止不動，用RPY歐拉角描述｛A｝坐標系的姿態(tài)，即繞z軸轉(zhuǎn)Ф角的橫滾（Roll），繞y軸轉(zhuǎn)θ角的俯仰（Pitch），繞x軸轉(zhuǎn)ψ角的偏轉(zhuǎn)（Yaw）。則｛A｝坐標系在｛B｝坐標系的姿態(tài)變換矩陣為：383、坐標系的旋轉(zhuǎn)運動描述坐標系A在坐標系B中的姿態(tài)變換矩陣394、坐標系的平移運動描述405、坐標系的齊次變換（平移+旋轉(zhuǎn)）415、坐標系的齊次變換（平移+旋轉(zhuǎn)）425、坐標系的齊次變換（平移+旋轉(zhuǎn)）如果坐標系之間只有平移運動，則齊次變換矩陣為：如果坐標系之間只有旋轉(zhuǎn)運動，則齊次變換矩陣為：如果坐標系之間存在平移加旋轉(zhuǎn)運動，則齊次變換矩陣為：436、手爪位姿與關節(jié)變量間的變換446、手爪位姿與關節(jié)變量間的變換X=Y=三、機器人感覺及智能化1、機器人定義2、機器人組成及其分類3、機械手的運動表示方法4、機器人感覺系統(tǒng)及智能化5、多機器人系統(tǒng)及控制1、觸覺傳感器觸覺傳感器包括接觸覺、壓覺、滑覺、力覺四種。接觸覺傳感器——是機器人在探測是否接觸到物體時所用的開關傳感器，接受由于接觸產(chǎn)生的柔量（位移等的響應）。接觸覺傳感器多采用杠桿原理，即使用很小的力也能動作。機械式的接觸覺傳感器有微動開關、限位開關及貓鬍鬚傳感器等。壓覺傳感器——是裝在機器人手爪面上，可以在把持物體時檢測到物體同手爪間產(chǎn)生的壓力和力以及其分布情況的傳感器。滑覺傳感器——是檢測垂直加壓方向的力和位移的傳感器。2、視覺傳感器CCD（電荷耦合器件）傳感器是機器人視覺的一般形式，其基本結構是一個間隙很小的光敏電極陣列，即無數(shù)個CCD單元組成，也稱為像素點（如448×380）。它可以是一維的線陣，也可以是二維的面陣。全方位視覺傳感器是移動機器人為了獲得全方位的環(huán)境信息，采用攝像機回轉(zhuǎn)的方式，或魚眼透鏡或特殊反射鏡之類裝置向攝像機輸入全方位景物的方式。3、機器人智能化四、多機器人系統(tǒng)與控制多機器人系統(tǒng)具有時間分布、空間分布、功能分散、信息分散、資源分散等特點，合理地利用這些特點，可以提高系統(tǒng)的工作效率，增強系統(tǒng)的容錯性、魯棒性、靈活性，擴大系統(tǒng)的工作范圍。但這些系統(tǒng)的固有特性，使智能機器人的研究面臨著許多新的問題，如沖突、死鎖、難于優(yōu)化、組合爆炸、信息交換等等。多機器人系統(tǒng)可以描述為一些機器人在同樣的環(huán)境下協(xié)作完成任務的系統(tǒng)。1、多機器人系統(tǒng)的定義思考題：9、什么是多機器人系統(tǒng)？具有什么特點？參看教材P144-149多機器人系統(tǒng)的體系結構是指系統(tǒng)中各機器人之間的信息關系和控制關系以及問題求解能力的分布模式。它定義了整個系統(tǒng)內(nèi)的各機器人之間的相互關系和功能分配，確定了系統(tǒng)和各機器人之間的信息流通關系及其邏輯上的拓撲結構，決定了多機器人之間的任務分解、分配、規(guī)劃及執(zhí)行等過程的運行機制，及各機器人所擔當?shù)慕巧?，提供了機器人活動和交互的框架。因此，從控制角度分析，多機器人組織體系結構可分為集中控制方式、分布控制方式以及集中與分布控制方式相結合的混合控制方式。（參見教材P127頁）2、多機器人系統(tǒng)的體系結構3、多機器人系統(tǒng)規(guī)劃多移動機器人系統(tǒng)的規(guī)劃包括任務分解、分配，資源的分配，任務的規(guī)劃、調(diào)度等內(nèi)容，通常采用集中式規(guī)劃（CentralizedPlanning）和分布式規(guī)劃（DistributedPlanning）兩種方式。集中式規(guī)劃一般能獲得效率高、全局最優(yōu)的規(guī)劃結果，但它主要適用于靜態(tài)環(huán)境，難以應付環(huán)境的變化。分布式規(guī)劃中，每個機器人根據(jù)自身擁有的環(huán)境信息規(guī)劃自己的行動，能適應環(huán)境的變化，但不能獲得全局最優(yōu)解以及可能會出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。由于多機器人系統(tǒng)本身具有分布式的特點及并行工作的需要，所以針對分布式規(guī)劃或集中規(guī)劃與分布規(guī)劃相結合的研究比較多。典型的多機器人系統(tǒng)有群智能機器人系統(tǒng)、自重構機器人系統(tǒng)、協(xié)作機器人系統(tǒng)和足球機器人系統(tǒng)。思考題：10、多機器人系統(tǒng)的規(guī)劃方式有哪兩種？分別具有什么特點？群體智能的特點在于分布式控制，在群體機器人系統(tǒng)中，一個機器人個體就是一個完全的自治體，不需要任何集中控制器來協(xié)調(diào)眾多自治的智能體，正如生物群體中的個體只是局部地、間接地受到其他個體或者環(huán)境的影響。因此，個體能夠快速地、靈活地響應動態(tài)變化的環(huán)境，而不需要等待集中控制信號。雖然這種個體行為看似沒有全局目的性，但是眾多個體的行為在同一環(huán)境中組合起來卻能夠涌現(xiàn)出一種群體的協(xié)作行為。（1）群智能機器人系統(tǒng)（2）自重構機器人系統(tǒng)自重構機器人系統(tǒng)的研究是受生物細胞結構的啟發(fā)，將系統(tǒng)中眾多的具有相同或不同功能的機器人視為細胞元。根據(jù)任務或環(huán)境的變化，細胞元機器人可以自組織成器官化機器人，多個器官化機器人可以進一步自組織，形成功能更加復雜的機器人系統(tǒng)。細胞結構機器人系統(tǒng)強調(diào)單元體的組合如何根據(jù)任務和環(huán)境的要求動態(tài)重構。因此，系統(tǒng)具有多變的構型，可以具有學習和適應的組群體智能（GroupIntelligence），并具有分布式的體系結構。（3）協(xié)作機器人系統(tǒng)多機器人協(xié)作包括2類：無意識協(xié)作和有意識協(xié)作。無意識協(xié)作多出現(xiàn)在簡單同構的多機器人系統(tǒng)中，主要利用突現(xiàn)原理獲得高層的協(xié)作行為；有意識的協(xié)作主要用于異構機器人協(xié)作研究，并更多地依賴于規(guī)劃來提高協(xié)作效率協(xié)作分類特點任務范圍無意識協(xié)作多為同構系統(tǒng)；個體功能簡單，數(shù)量眾多；通過本地交互，得到全局的突現(xiàn)行為；控制器設計簡單；系統(tǒng)魯棒性好；無全局目標，系統(tǒng)性能難于控制；不適用于復雜任務。適合于大空間、無時間要求的重復性操作任務，如清掃、采集等。有意識協(xié)作多為異構系統(tǒng)；系統(tǒng)規(guī)模較小，個體智能水平較高；擁有全局目標，系統(tǒng)性能易于掌握，可以獲得更優(yōu)化的解；對通信要求較高；對協(xié)調(diào)控制機制依賴性較大。適合于其他復雜的任務。思考題：11.多機器人協(xié)作有哪兩類？分別具有什么特點？（4）足球機器人系統(tǒng)多機器人系統(tǒng)除了研究機器人之間的合作、互助關系，還有一些系統(tǒng)是研究機器人之間的對抗、競爭關系，如機器人足球（主要有計算機仿真比賽和實體足球機器人比賽兩種形式）。在機器人足球賽中，不同球隊機器人之間的關系是對抗的、竟爭競爭的，而同隊的機器人之間則是合作的、互助的。由于機器人足球賽的對抗性強，對個體間協(xié)作的實時性要求高，所以足球機器人系統(tǒng)的研究涉及機器人控制、多智能體系統(tǒng)（Multi-AgentSystem）協(xié)調(diào)與協(xié)作等多方面的內(nèi)容，是一個極具挑戰(zhàn)性的課題。4、多機器人之間的協(xié)調(diào)協(xié)作由于多機器人系統(tǒng)群體體系結構、個體體系結構和環(huán)境的不同，機器人之間的協(xié)調(diào)協(xié)作劃分為多個不同層次，以反映機器人之間從動作、資源到目標、規(guī)劃等多方面的相互關系和不同的協(xié)調(diào)協(xié)作方式。一般多機器人之間的協(xié)調(diào)協(xié)作需要解決三個方面的問題：多機器人之間的協(xié)作多機器人之間的避障行為防止死鎖5、多機器人之間的通訊通訊可以分為隱式通訊和顯式通訊。采用隱式通訊的多機器人系統(tǒng)，其信息的交換、獲取主要通過其自身的傳感器來進行，機器人通過傳感器獲得信息，依據(jù)一定的模型或規(guī)則進行推理，從而獲知其他機器人的意圖和決策。采用顯式通訊的多機器人系統(tǒng)，其信息的交換、獲取均采用一定的數(shù)據(jù)結構、規(guī)范的通訊內(nèi)容，以點到點或廣播的方式在一定的通訊媒介上進行通訊使機器人具有了交互的能力，為解決多機器人系統(tǒng)中的資源沖突、死鎖問題提供了有效途徑?？梢酝ㄟ^采用協(xié)商法、詢問法、說服法、仲裁法以及和解法等方法實現(xiàn)多個機器人之間的協(xié)調(diào)協(xié)作，達到消解沖突，解決死鎖的目的。6、多機器人的感知學習在不斷變化的環(huán)境中，多機器人系統(tǒng)面對的任務比較復雜，需要對各種協(xié)調(diào)操作進行優(yōu)化組合。因此，機器人應當有能力感知環(huán)境的變化。如果機器人過于依賴信息，那么當機器人數(shù)量增加時，會因系統(tǒng)的通訊負擔增大而降低系統(tǒng)運行的效率，因此機器人的感知學習能力非常重要。

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工業(yè)機器人數(shù)控加工機床2自動導引小車34

自動化立體倉庫機器人組成及其分類機械手的運動表示方法機器人感覺系統(tǒng)及智能化多機器人系統(tǒng)及控制數(shù)控加工的編程方法計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)分布式數(shù)控系統(tǒng)(DNC)數(shù)控伺服系統(tǒng)自動化立體倉庫類型自動化立體倉庫構成自動化立體倉庫規(guī)劃設計物料輸送裝置自動導引小車的構成自動導引小車的導引原理A3、制造自動化技術群加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)60數(shù)控技術與機床（略）

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數(shù)控編程就是將工件的工藝過程、工藝參數(shù)、刀具位移方向及其位移量、加工中的換刀、切削液開/停等其他輔助動作，按照運動順序、指令代碼及程序格式，編制加工程序的過程。數(shù)控編程有手工編程和自動編程。基于數(shù)控語言的編程基于CAD/CAM的編程61數(shù)控技術與機床（略）

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數(shù)控編程就是將工件的工藝過程、工藝參數(shù)、刀具位移方向及其位移量、加工中的換刀、切削液開/停等其他輔助動作，按照運動順序、指令代碼及程序格式，編制加工程序的過程。數(shù)控編程有手工編程和自動編程。基于數(shù)控語言的編程基于CAD/CAM的編程62數(shù)控技術與機床（略）

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數(shù)控編程就是將工件的工藝過程、工藝參數(shù)、刀具位移方向及其位移量、加工中的換刀、切削液開/停等其他輔助動作，按照運動順序、指令代碼及程序格式，編制加工程序的過程。數(shù)控編程有手工編程和自動編程?；跀?shù)控語言的編程基于CAD/CAM的編程根據(jù)待加工零件的三維CAD幾何圖形，調(diào)用數(shù)控編程模塊，采用人機交互的方式在計算機屏幕上指定被加工的部位，再輸入相應的加工工藝參數(shù)，計算機便可以自動進行相應的數(shù)學處理，并生成刀位數(shù)據(jù)；調(diào)用刀具軌跡圖形仿真模塊進行檢驗和干涉修正等；利用系統(tǒng)提供的后置處理器將刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于具體機床數(shù)控指令格式的數(shù)控加工程序。法國CATIA、英國CAD/CAE/CAM集成軟件、美國PRO/E軟件以色列CIMTRON系統(tǒng)、美國MasterCAM以及中國CAXA63數(shù)控技術與機床（略）

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CNC工作流程64數(shù)控技術與機床（略）

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DNC工作流程圖4.12間接型控制DNC系統(tǒng)圖4.13直接型控制DNC系統(tǒng)DNC系統(tǒng)是用中央計算機直接控制和管理的一群數(shù)控機床進行零件加工或裝配的系統(tǒng)。在DNC系統(tǒng)中，保留原來各數(shù)控機床的CNC系統(tǒng)，中央計算機不取代各數(shù)控裝置的常規(guī)工作，而是通過與CNC系統(tǒng)組成計算機網(wǎng)絡，實現(xiàn)分級控制管理。DNC系統(tǒng)可以分成間接控制型和直接控制型兩大類。651

工業(yè)機器人數(shù)控加工機床2自動導引小車34

自動化立體倉庫機器人組成及其分類機械手的運動表示方法機器人感覺系統(tǒng)及智能化多機器人系統(tǒng)及控制數(shù)控加工的編程方法計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)分布式數(shù)控系統(tǒng)(DNC)數(shù)控伺服系統(tǒng)自動化立體倉庫類型自動化立體倉庫構成自動化立體倉庫規(guī)劃設計物料輸送裝置自動導引小車的構成自動導引小車的導引原理A3、制造自動化技術群加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)一、自動導引車概念自動導引小車（AutomatedGuidedVehicles，AGV）又名無人搬運小車，是一種先進的、智能化的物料輸送設備，屬于移動式機器人系統(tǒng)，是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中完成物流輸送任務的關鍵設備之一。AGV以電池為動力，依靠非接觸導向裝置和尋址系統(tǒng)，在計算機控制下可以通過編程進行路徑選擇和定位，能夠沿預先設定的路徑行駛，自動完成制造系統(tǒng)中各物流存放點之間的物流輸送。自動導引小車

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參見教材第283-287頁二、自動導引車組成自動導引車AGV主要由車體系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)、行走裝置及安全與輔助系統(tǒng)組成。車體系統(tǒng)是AGV的硬件構成；車載控制系統(tǒng)控制AGV的動作執(zhí)行和導航；行走動力裝置是AGV的運行動力來源；安全與輔助裝置提供避障措施，保證AGV的安全和可靠性。車體系統(tǒng)包括底盤、車架、殼體、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向機構和控制室。底盤具有電動車輛的基本特征。車載控制系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)及操作面板。行走裝置主要由驅(qū)動輪、從動輪和轉(zhuǎn)向機構組成。思考題：1、自動導引小車有哪些部分組成？各自具有什么功能？三、自動導引車的導航方式AGV是一種無人駕駛的運輸車輛，如何使其在計算機控制下沿規(guī)定的路徑運行，便成為其控制中的關鍵問題。解決此問題的主要方案是采用相應形式的傳感導引系統(tǒng)，圖示的AGV，實現(xiàn)其自動導引的裝置就是傳感器-導引線組成的導引系統(tǒng)。三、自動導引車的導航方式AGV常見的引導技術主要有電磁導引、磁條導引、激光導引等方式。其中，電磁和磁條為固定路徑導引方式，缺點是路徑的更改和擴充不方便；激光屬于自由路徑導引方式，具備較高的精度和自由度，缺點是成本高，對反光板的位置要求較高。思考題：2、自動導引小車的導引方式有哪些？各自具有什么特點？三、自動導引車的導航方式AGV在運行過程中的路徑規(guī)劃需要一定的路徑導航方式，現(xiàn)在常用的AGV導航方式主要有車外預定路徑方式和非預定路徑方式兩種。車外預定路徑導航方式是指在行駛的路徑上設置導航用的信息媒介物，AGV通過檢測其信息而得到導向的導航方式，如電磁導引、光學導引、磁帶導引等。非預定路徑（自由路徑）導航方式是指AGV不預先確定行駛路徑，AGV根據(jù)調(diào)度要求，在運行過程中通過方位識別確定行駛路徑，如激光導航、路徑規(guī)劃、坐標或地理信息識別導航、視覺導航等。思考題：3、自動導引小車的路徑規(guī)劃有哪兩種？各自具有什么特點？基于事例的學習規(guī)劃基于環(huán)境模型的規(guī)劃基于行為的路徑規(guī)劃三、自動導引車的導航方式四、自動導引車的控制方式多臺AGV可組成自動導引車系統(tǒng)（AGVsystem，AGVS）。AGVS在中央計算機控制系統(tǒng)的交通管制下，有條不紊地沿預設的路徑運行，完成復雜物流的自動輸送。AGVS的控制系統(tǒng)一般為三級遞階控制系統(tǒng)，其基本結構如圖6.45所示。自動導引車及軌道小車運行演示視頻

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設計.制造.管理Design/Manufacture/Management751

工業(yè)機器人數(shù)控加工機床2自動導引小車34

自動化立體倉庫機器人組成及其分類機械手的運動表示方法機器人感覺系統(tǒng)及智能化多機器人系統(tǒng)及控制數(shù)控加工的編程方法計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)分布式數(shù)控系統(tǒng)(DNC)數(shù)控伺服系統(tǒng)自動化立體倉庫類型自動化立體倉庫構成自動化立體倉庫規(guī)劃設計物料輸送裝置自動導引小車的構成自動導引小車的導引原理A3、制造自動化技術群加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)一、立庫概念及構成自動化立體倉庫又稱立庫、高層貨架倉庫、自動倉儲AS/RS（AutomaticStorage&RetrievalSystem），是一種采用高層立體貨架（托盤系統(tǒng)）存儲物資，用計算機控制管理和用自動控制堆垛機、在不直接進行人工處理的情況下自動存取作業(yè)的系統(tǒng)。思考題：1、自動化立體倉庫有哪些部分組成？各自具有什么功能？自動化立體倉庫設計

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參見教材第212-228頁貨物儲存系統(tǒng)貨物存取和傳送系統(tǒng)二、立體貨架（貨物儲存系統(tǒng)）立體貨架可分為分離式、整體式和柜式三種，其高度分為高層貨架（12m以上），中層貨架（5~12m），低層貨架（5m以下）。按貨架形式分為單元貨架、重力貨架、移動貨架和揀選貨架。貨架按照排、列、層組合而成立體倉庫儲存系統(tǒng)。整體式貨架分離式貨架二、立體貨架（貨物儲存系統(tǒng)）立體貨架可分為分離式、整體式和柜式三種，其高度分為高層貨架（12m以上），中層貨架（5~12m），低層貨架（5m以下）。按貨架形式分為單元貨架、重力貨架、移動貨架和揀選貨架。貨架按照排、列、層組合而成立體倉庫儲存系統(tǒng)。移動貨架二、立體貨架（貨物儲存系統(tǒng)）立體貨架可分為分離式、整體式和柜式三種，其高度分為高層貨架（12m以上），中層貨架（5~12m），低層貨架（5m以下）。按貨架形式分為單元貨架、重力貨架、移動貨架和揀選貨架。貨架按照排、列、層組合而成立體倉庫儲存系統(tǒng)。揀選貨架單元貨架二、立體貨架（貨物儲存系統(tǒng)）立體貨架可分為分離式、整體式和柜式三種，其高度分為高層貨架（12m以上），中層貨架（5~12m），低層貨架（5m以下）。按貨架形式分為單元貨架、重力貨架、移動貨架和揀選貨架。貨架按照排、列、層組合而成立體倉庫儲存系統(tǒng)。三、立庫的存取和輸送設備該部分承擔貨物存取、出入庫的功能，由堆垛機、出入庫輸送機、裝卸機械等組成。三、立庫的存取和輸送設備三、立庫的存取和輸送設備四、立庫的分揀系統(tǒng)四、立庫的分揀系統(tǒng)四、立庫的分揀系統(tǒng)五、自動化立體倉庫的控制系統(tǒng)自動化立體倉庫一般采用計算機控制和管理，不過不同的立體倉庫有著不同的控制管理方式，有的倉庫只采取對存取堆垛機、出入庫輸送機的單臺PLC控制，機與機之間無聯(lián)系；有的倉庫對各單臺機械進行聯(lián)網(wǎng)控制；更高級的自動化立體庫的控制系統(tǒng)采用集中控制、分離式控制和分布式控制，即由管理計算機、中央監(jiān)控計算機和堆垛機、出入庫輸送機等直接控制的可編程控制機械組成控制系統(tǒng)五、自動化立體倉庫的控制系統(tǒng)中央監(jiān)控計算機協(xié)調(diào)管理計算機、堆垛機、出入庫輸送機等之間的聯(lián)系；控制和監(jiān)視整個自動化立體倉庫的運行，并根據(jù)管理計算機或自動鍵盤的命令組織流程，監(jiān)視現(xiàn)場設備運行情況和現(xiàn)場設備狀態(tài)、視貨物流向及收發(fā)貨顯示，與管理計算機、堆垛機和現(xiàn)場設備通信聯(lián)系，還具有對設備進行故障檢測及查詢顯示等功能。

六、自動化立體倉庫的規(guī)劃設計自動化立體倉庫的設計是集機、電、光、計算機、建筑于一體的機電一體化系統(tǒng)工程，設計時必須要在分析相關數(shù)據(jù)的基礎上，正確決定倉庫的選址、貨位的數(shù)量、倉庫的形式，計算出入庫能力、周邊機械和工作循環(huán)時間等。立體倉庫的基本設計步驟：（1）收集研究原始資料，明確規(guī)劃設計目標（2）自動化立體倉庫類型及主要參數(shù)選擇（3）自動化立體倉庫的總體布局與規(guī)劃（4）機械設備類型及相關參數(shù)選擇（5）控制系統(tǒng)及倉庫管理系統(tǒng)的初步設計（7）設備及控制管理系統(tǒng)的詳細設計（6）整套系統(tǒng)的仿真模擬重點介紹（2）自動化立體倉庫類型及主要參數(shù)選擇Step1：自動化立體倉庫的選型依據(jù)立體庫的流量，一般情況下采用單元貨位式倉庫；當貨物的品種單一、批量較大時，可采用重力式、梭式小車貨架倉庫，或者貫通式倉庫對于長料儲存，可采用垂直循環(huán)式貨架倉庫對于小件存儲，可采用水平循環(huán)貨架倉庫。思考題：2、自動化立體倉庫的選型時需要注意哪些原則？Step2：物料出入庫作業(yè)方式的選擇依賴入庫前的搬運狀態(tài)、出庫后的搬運狀態(tài)、庫存作業(yè)的要求以及卸貨后入庫前需要的操作。入庫前需要考慮物料是以人工或堆垛機搬運還是無軌小車搬運，或者直接與生產(chǎn)線相連等；出庫后搬運狀態(tài)考慮物料是以輸送機輸送還是無軌小車搬運，或者人工或堆垛機搬運以及搬運工具的數(shù)量等；庫存作業(yè)要求考慮物料分揀、庫存盤點等；卸貨后入庫前需要考慮物料的清點、分類，自動堆垛機、托盤的作業(yè)循環(huán)及數(shù)量等。（2）自動化立體倉庫類型及主要參數(shù)選擇（2）自動化立體倉庫類型及主要參數(shù)選擇Step3：貨位與貨物單元尺寸的確定代號名稱代號名稱a0貨位單元長度b2貨位深度a1單元貨物長度b3貨物伸出貨架長度a2貨位單元有效長度b4貨物后部間隙a3側(cè)向尺寸h1貨物高度代號名稱代號名稱a4支承寬度h2貨物上部間隙a5貨物單元間的水平間隙h3貨架層高b1貨物寬度h4貨物下部垂直間隙（2）自動化立體倉庫類型及主要參數(shù)選擇Step4：自動化立體倉庫尺寸設計

自動化立體倉庫的尺寸種類很多，一般都是根據(jù)堆垛機循環(huán)時間的模擬實驗來確定自動化立體倉庫形狀。關于其成本問題，堆垛機臺數(shù)越多，成本越高，窄長形狀尺寸的自動化立體倉庫造價低廉，因為在相同貨位條件下堆垛機臺數(shù)少了。多數(shù)情況是根據(jù)實際允許的土地形狀和倉庫能力來決定倉庫形狀和尺寸的。（2）自動化立體倉庫類型及主要參數(shù)選擇Step5：確定貨架總體尺寸

在貨位尺寸確定之后，如果知道了倉庫內(nèi)的巷道數(shù)、貨架的層數(shù)和列數(shù)，就可以確定貨架的總體尺寸。在上述三個參數(shù)中，巷道數(shù)是最重要的。因為巷道的多少直接關系到倉庫的出入庫能力，同時也關系到單位面積的庫容量，直接影響倉庫的成本。為了提高倉庫的庫容量，通常的做法是首先確定貨架的最大高度。若貨架的層高為h3，貨架的寬度為b2，倉庫的高度為Hw，倉儲的貨物單元數(shù)為W時，貨架的層數(shù)C為：

（2）自動化立體倉庫類型及主要參數(shù)選擇Step5：確定貨架總體尺寸

當巷道數(shù)為D時，貨架的列數(shù)為：

貨架的總長度為：對于橫梁式貨架，其寬度為：

（2）自動化立體倉庫類型及主要參數(shù)選擇Step6：確定貨物與貨架的尺寸為使貨物能順利無阻地入庫和出庫，貨物與貨架應保持一定的間隙。貨物與貨架尺寸一般是在堆垛機行走方向上單側(cè)取50~70mm左右，在深度方向上取50mm左右。此外還加上堆垛機的制造精度和停止精度、貨架制造精度以及富