《機器人學及其應用-導論》課件 第七章 機器人的典型應用

《機器人學及其應用—導論》第七章機器人的典型應用提綱123特種機器人

服務機器人的典型應用

工業(yè)機器人的典型應用總體戰(zhàn)略意義制造模式生活方式軍事作戰(zhàn)形態(tài)宏觀微觀技術(shù)發(fā)展方向產(chǎn)業(yè)競爭格局社會組織形態(tài)機器人已成為各國戰(zhàn)略性高技術(shù)，并與各項高新技術(shù)融合發(fā)展全球正迎來新的科技時代移動互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)服務物聯(lián)網(wǎng)新能源智能交通醫(yī)療健康機器人與智能制造一臺完整的工業(yè)機器人由以下幾個部分組成：控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機械本體以及可更換的末端執(zhí)行器。一、工業(yè)機器人的典型應用工業(yè)機器人主要應用在以下三個方面1）惡劣、危險的工作場合2）特殊作業(yè)場合3）自動化生產(chǎn)領域優(yōu)點：減少勞動力費用提高生產(chǎn)率改進產(chǎn)品質(zhì)量，增加制造過程的柔性，減少材料浪費控制和加快庫存的周轉(zhuǎn)，降低生產(chǎn)成本，消除了危險和惡劣的勞動崗位現(xiàn)代制造業(yè)

數(shù)字化工廠

自動化柔性制造（基于機器人）中國制造業(yè)競爭優(yōu)勢：物美價廉；代價：低廉的勞工成本、相對簡陋的勞動保障條件；困境：勞工成本急劇上升。越南1000元人民幣/月，印度600元/月，中國3000-4000元/月；2009-2012年，增長近60%。成為亞洲新興國家中人力成本最高的國家。勞動力人口結(jié)構(gòu)變化：90后，勞動觀念變化，就業(yè)結(jié)構(gòu)性矛盾突出。工業(yè)機器人作為一種新型勞動力，正悄然改變著制造業(yè)的用工模式，以人為主的生產(chǎn)模式正逐漸向以機器人為主的模式轉(zhuǎn)變；機器人生產(chǎn)的高效率和低成本優(yōu)勢正逐漸被企業(yè)接受；機器人代替人工成為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級的催化劑；工業(yè)化進程本身就是一個“機器替代人”的過程；面對美歐等國家的制造業(yè)回歸和再工業(yè)化的圍堵，人口紅利的消退，也迫使我們使用機器人來武裝“中國制造”。用“機器人”打敗“人”，是美國“再工業(yè)化”戰(zhàn)略的方法之一。核心裝備工業(yè)機器人的需求5

國際上主要的機器人廠商為FANUC、ABB、安川、庫卡等，其在中國市場具有較大份額的市場占有率達。國際工業(yè)機器人應用的領域分布工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢2006年，Comau,意大利，無線示教盒，Iphone機器人無線控制軟件2006年，KUKA，德國，輕型機器人，16Kg，負載7Kg2010年，F(xiàn)anuc,LearningControlRobot高加速度高速時的震動特性進行學習，學習控制減少了抑振周期2007年，KUKA，1000Kg2008年，F(xiàn)anuc，1200Kg2008年，ABB，自重25Kg，載荷3Kg2010年，KUKA，90-300kg，貨架式機器人工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢KR_1000_TITAN，M-2000iA／1200FANUCRobotics世界上最強大的機器人M-2000iA／1200工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢

美國Rethink公司

新材料、低成本，直驅(qū)機構(gòu)，無編程示教，可變剛度控制，視覺誤差補償?shù)刃录夹g(shù)工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢2000-2010應對產(chǎn)品多樣化；防止“去工業(yè)化”；單元制造；更廣泛的應用領域；要求絕對精度的應用領域2010-2020應對低出生率和老齡化社會時代；協(xié)助人類更好地開展工作；更廣泛的應用領域；傳感器的利用增加2020-2030應對勞動力減少；生活服務機器人；工廠外的工業(yè)；通過確保精度簡化操作技術(shù)趨勢：應用領域不斷拓寬單元-成套高性能（高速、高精、重載）平均功率比密度絕對精度可能會接近重復定位精度智能化(基于傳感器的工業(yè)機器人)

高動態(tài)設計與優(yōu)化先進材料與功能部件先進智能控制方法高性能低成本制造工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢機械本體：結(jié)構(gòu)輕量化、模塊化、緊湊型，仿生新型機構(gòu)控制器：高性能、高速實時網(wǎng)絡驅(qū)動器：高集成度、一體化軟件架構(gòu)：開放式、高級語言伺服電機：高功率密度智能性：多種傳感器集成、智能化人機交互：人機共處協(xié)同作業(yè)可操作性：簡單、直觀性能：極端化（高速、高精、重載）應用：越來越廣泛工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢沈陽所-新松公司：工業(yè)機器人及裝備、IC機械手、裝配檢測自動化裝備、倉儲物流自動化裝備，年產(chǎn)值20億元以上；產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟；--募集30億，工業(yè)、醫(yī)療、服務、特種（軍用）

哈工大-博實公司：全自動包裝機器人碼垛生產(chǎn)線、橡膠后處理生產(chǎn)線、搬運機器人等，年產(chǎn)值13億元以上；--開拓服務（醫(yī)療）機器人領域用戶系統(tǒng)集成機器人供應商部件開發(fā)商工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢安徽埃夫特：安徽蕪湖機器人產(chǎn)業(yè)化基地，產(chǎn)業(yè)鏈；點焊機器人、弧焊機器人等；南京（埃斯頓）：電機與伺服驅(qū)動，工業(yè)機器人；東莞（啟帆）：經(jīng)濟型機器人；廣州數(shù)控：機床上下料機器人、電機驅(qū)動；江蘇科斯沃：吸塵機器人，今年上市；固高、恒豐泰、南通振康、綠的、蘇州維斯格等：控制器、驅(qū)動、控制器、RV、諧波減速機、軸承華恒、巨一、賽佰特；集成應用蘇州博實、艾利特：工業(yè)、農(nóng)醫(yī)常州銘賽等：教育、電子用戶系統(tǒng)集成機器人供應商部件開發(fā)商工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢點焊機器人特點:點位控制5-6個自由度負重30-120公斤工作空間大運動速度高應用于汽車制造業(yè)工業(yè)機器人典型應用弧焊機器人特點續(xù)軌跡控制5-6個自由度位置重復精度高負重5-10公斤應用于機械制造業(yè)工業(yè)機器人典型應用15搬運及碼垛機器人

FlexPicker

機器人

2-DOF并聯(lián)機器人

Delta-S并聯(lián)機器人串聯(lián)搬運機器人并聯(lián)搬運機器人串聯(lián)機器人因具有結(jié)構(gòu)簡單、工作范圍（負荷及幾何空間）大、占用空間小等優(yōu)點，而獲得廣泛應用；并聯(lián)機器人由于具有動作頻率快、定位精度高、剛度強等優(yōu)點，也越來越受到人們的關(guān)注。16噴涂機器人液壓噴涂機器人汽車車體噴漆系統(tǒng)的應用辦公設備噴漆系統(tǒng)噴涂機器人在給家具部件噴漆17加工機器人打磨機器人系統(tǒng)埃夫特打磨機器人切削機器人

機器人對于一個給定機械手可在制造工件（研磨、拋光、去毛刺）時提供可以降低至可接受的程度的工具力量。18裝配機器人汽車裝配機器人電子制造機器人特點：潔凈、真空、高精度應用：硅片傳輸、封裝多片硅片搬運2多片硅片搬運1工業(yè)機器人典型應用提綱123工業(yè)機器人的典型應用

特種機器人

服務機器人的典型應用服務機器人定義:是一種半自主或全自主工作的機器人，它能完成有益于人類的服務工作，不包括從事生產(chǎn)的設備（國際機器人聯(lián)合會，IFR）二、服務機器人的典型應用智能機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大趨勢交叉融合基礎技術(shù)顛覆：仿生結(jié)構(gòu)與感知控制，人工肌肉與軟體，認知與情感交互，高效動力電池與安全以服務人為核心，兒童、老人、家政、社會公共服務，先toB后toC，以租賃提供內(nèi)容方式，從專用服務機器人向社會公共場合與家用機器人定制化智能制造：基于行業(yè)與客戶訂單大數(shù)據(jù)的柔性自動化生產(chǎn)線無人化、或少人化車間解決方案，包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、AGV、智能作業(yè)抓持執(zhí)行器、工業(yè)機器人、3D打印、高端數(shù)控機床等集成應用一、服務機器人國內(nèi)外最新進展服務機器人若干應用熱點領域社交智能化機器人服務平臺公共服務移動平臺（銀行、接待、展覽、餐廳、安防、醫(yī)生代理、超市導購，教育娛樂、陪護服務等），增值服務與租賃。醫(yī)用機器人服務：預測、精準、遠程、康復隨著遠程醫(yī)療、微創(chuàng)精準外科及3D打印技術(shù)在醫(yī)學領域的應用，手術(shù)機器人的需求會越來越多。中國殘障人數(shù)眾多，未來康復機器人市場上百億，未來國產(chǎn)康復機器人產(chǎn)業(yè)大有作為。智能交通系統(tǒng)嵌入無人駕駛汽車、無人機系統(tǒng)，將走進人們的生活，為人們的出行、物流投送，提供便利，也將是未來汽車巨頭們與物流商爭奪的主要市場。醫(yī)學檢查醫(yī)院服務非侵入式手術(shù)系統(tǒng)外科手術(shù)機器人系統(tǒng)醫(yī)療機器人：提升醫(yī)療質(zhì)量，延伸醫(yī)生能力遠程診療康復治療術(shù)后治療2013年醫(yī)療機器人市場價值為17.81億美元，2018年預計將達到37.64億美元，復合年增長率為16.1％。Source:MedicalRobotsMarketbyType(SurgicalRobot,RehabilitationRobotics,Telemedicine,AssistiveRobots,Orthotics,Prosthetics,RadioSurgery,Exoskeleton)&Application(Orthopedic,Neurology,Laparoscopy)-GlobalForecaststo2018--PublishingDate:March

2014億美元201320142015201620172018(年）

醫(yī)療機器人市場規(guī)模達芬奇外科手術(shù)機器人自動縫合醫(yī)療機器人iHolter心臟監(jiān)護設備，可以幫助心臟病患者監(jiān)測心臟，當患者心臟有異常時，它會發(fā)出信號，通知醫(yī)院和家人。智能手環(huán)、手表等多以加速度傳感器數(shù)據(jù)估算計算步數(shù)、卡路里消耗、睡眠質(zhì)量等信息。RP-VITA遠程護理機器人，美國i-robot公司2012年發(fā)布，截至目前已有1000多臺被應用于醫(yī)療系統(tǒng);通過觸控式交互界面，使醫(yī)生給予病人遠程協(xié)助;可使醫(yī)生獲得病人病例、超聲、電子聽診器、耳鏡等數(shù)據(jù);可通過iPadapp進行控制診斷監(jiān)護機器人康復護理器人28MotionMaker康復機器人，瑞士SwortecSA公司通過輔助肢體運動實現(xiàn)偏癱患者康復;能夠依據(jù)實時傳感信息控制康復訓練并配合電刺激以滿足治療需要“心繪”下肢康復訓練器LR2，日本安川電機有限公司2014年3月問世，已獲得國內(nèi)許可具有6種運動模式，在急性期進行下肢運動療法治療;預防意識障礙/身體殘障患者、以及整形疾病患者的關(guān)節(jié)攣縮、改善水腫Lokomat步態(tài)訓練系統(tǒng),瑞士Hocoma公司

實現(xiàn)機器人輔助的全自動步態(tài)訓練;提高中風、脊髓損傷、顱腦外傷、多發(fā)性硬化、內(nèi)用假體、下肢關(guān)節(jié)退行性病變等患者的行走能力;截至2014年已有180余臺投入使用康復護理器人29ReWalk外骨骼系統(tǒng),以色列ReWalkRobotics公司2014年7月在美國上市并發(fā)布產(chǎn)品，已獲FDA審批減緩癱瘓導致的肢體疼痛、肌肉痙攣;幫助腸道消化系統(tǒng)蠕動、加快新陳代謝;在急性期進行下肢運動療法治療可穿戴式仿生機械腿,美國EksoBionics公司2012年獲FDA批準，截止2014年初，累計出售或出租64臺;重量約為23Kg;幫助癱瘓病人直立行走HAL外骨骼機器人,日本Cyberdyne公司2008年發(fā)布，2013年獲全球首個安全認證，運動完全由使用者控制，不需要任何外部控制設備;通過傳感器監(jiān)測肌肉的電信號，預見和支持人體行動提綱123工業(yè)機器人的典型應用

服務機器人的典型應用

特種機器人的典型應用特種機器人定義:指服務機器人中應用于專業(yè)領域內(nèi)的機器人總稱，也稱作專用服務機器人。根據(jù)不同的應用領域和應用場景，它包括水下機器人，空中機器人，空間機器人，軍用機器人、農(nóng)林機器人，建筑機器人，危險作業(yè)機器人，采礦機器人，搜救機器人。三、特種機器人野外機器人野外機器人包括應用于采礦、貨物裝卸、農(nóng)業(yè)、水下勘探和開采、高速公路、行星探測等場合中的特種機器人應用場所和任務種類對機器人提出了各種嚴苛的要求，需要對機器人的使用環(huán)境進行大量的信息采集和建模

，針對復雜多變的環(huán)境，解決相關(guān)的問題采礦機器人水下機器人水下機器人運動控制體系結(jié)構(gòu)野外機器人“鷂鷹”無人機徘徊者號遙控機器人飛行器UGV機器人高壓線巡線機器人

反恐防爆機器人

空間機器人“機遇號”火星探測器

“勇氣號”火星探測器日本研究的火星探測器特殊環(huán)境的挑戰(zhàn)：極端高低溫、高真空、高壓、腐蝕性氣體、電離輻射以及極細微粉塵等。北航--基于再生能源的極地漫游機器人2013年隨中國第29次南極科考隊赴中山站進行現(xiàn)場試驗機器人歷時1月，進行5次外場試驗，累計運行10km再生能源系統(tǒng)持續(xù)1月進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集回國后針對現(xiàn)場試驗體現(xiàn)出的問題進行模擬試驗與改進搭建仿真環(huán)境，在國內(nèi)通過離線方式模擬南極狀態(tài)下機器人能耗狀態(tài)在低溫、大風、冰凍條件下進行外場試驗與數(shù)據(jù)采集國內(nèi)首次使用再生能源移動機器人進行南極試驗機器人具有部分代替人進行極地科考的可能性機器人應用領域的新突破太陽能風能集成系統(tǒng)能源模擬系統(tǒng)張家口外場試驗軍用機器人角斗士戰(zhàn)術(shù)無人車DRAGONRUNNER定義：是一種用于軍事領域的具有某種仿人功能的自動機器人排爆機器人DRAGONRUNNER偵查機器人-視頻軍用機器人有主動適應機構(gòu)的移動機器人關(guān)鍵技術(shù)：機動性：對于機器人的運動機械結(jié)構(gòu)來說，在不平坦地面具有良好的通過能力是至關(guān)重要的。在設計過程中應充分考慮穩(wěn)定性的問題。操作及控制：操作對于排爆任務是至關(guān)重要的。能源設計是必須的，包括能源狀態(tài)檢測和能源補充方案。數(shù)據(jù)通訊：實現(xiàn)遠程控制或遙操作，操作人員與機器人之間的通信是非常重要的。雙履帶機構(gòu)的被動適應性搶險及搜救機器人---挽救生命目標：機器人通過和受難者、建筑物和自動支撐機構(gòu)等進行直接接觸能夠達到這個目標。搜救機器人對災難的發(fā)生作出響應，可提供關(guān)于災難發(fā)生時的實時圖像和各種傳感信息，在應對災難執(zhí)行搜救任務中扮演越來越重要的角色。搶險及搜救機器人Quince救援機器人HUBO機器人救援無人機搶險及搜救機器人所面臨的問題：機動性：機動性仍然是面臨的主要問題，尤其對于正在進行城市搜索和救援的地面機器人。通信：機器人依靠實時通信進行遠距離操作，并且可以