模塊二機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)

1、 模塊二機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí) 機(jī)器人的基本屬于與圖形符號(hào) 1 機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) 2 機(jī)器人的舉例分析 3 機(jī)器人的工作原理與應(yīng)用技術(shù) 4 本模塊主要介紹機(jī) 器人的基礎(chǔ)知識(shí)，包括 機(jī)器人的基本術(shù)語與各 類圖形符號(hào)，機(jī)器人的 主要技術(shù)參數(shù)等，并介 紹了幾種實(shí)際產(chǎn)品的技 術(shù)規(guī)格和機(jī)構(gòu)簡圖。 單元提要 學(xué)習(xí)完本模塊的內(nèi)容后， 學(xué)生應(yīng)熟練掌握機(jī)器人的基本術(shù) 語和各類圖形符號(hào)的含義；能夠 讀懂并解釋機(jī)器人技術(shù)規(guī)格書的 內(nèi)容，能夠熟練繪制出機(jī)器人機(jī) 構(gòu)簡圖和各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡 圖；掌握運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本 問題，理解機(jī)器人的位置與變量 的關(guān)系，了解運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和 動(dòng)力學(xué)的一般表示方法，能用上 述所學(xué)解釋

2、機(jī)器人的位置、姿態(tài) 和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。 學(xué)習(xí)要求 學(xué)習(xí)單元一 機(jī)器人的基本術(shù)語與機(jī)器人的基本術(shù)語與 圖形符號(hào)圖形符號(hào) 一、機(jī)器人的基本術(shù)語 關(guān)節(jié)（joint）即運(yùn)動(dòng)副，是允許機(jī)器人手臂各零件之間 發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，是兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 的活動(dòng)連接，如圖2-1所示。A、B兩部件可以做互動(dòng)連接。 圖圖1-13 1-13 不同坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人不同坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人 1. 關(guān)節(jié)關(guān)節(jié) 高副(higher pair)機(jī)構(gòu)簡稱高副，指的是運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線的接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng) 副。例如，齒輪副和凸輪副就屬于高副機(jī)構(gòu)。平 面高副機(jī)構(gòu)擁有兩個(gè)自由度，即相對(duì)接觸面切線 方向的移動(dòng)和相對(duì)接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)

3、。相對(duì)而言，通 過面的接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副機(jī)構(gòu)。 一、機(jī)器人的基本術(shù)語 一、機(jī)器人的基本術(shù)語 1 1）回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)又稱回轉(zhuǎn)副、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，是使連接 兩桿件的組件中的一件相對(duì)于另一件繞固定軸線 轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，兩個(gè)構(gòu)件之間只做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng) 副，如手臂與機(jī)座、手臂與手腕，并實(shí)現(xiàn)相對(duì)回 轉(zhuǎn)或擺動(dòng)?；剞D(zhuǎn)關(guān)節(jié)由驅(qū)動(dòng)器、回轉(zhuǎn)軸和軸承組 成。多數(shù)電動(dòng)機(jī)能直接產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但常需各 種齒輪、鏈、帶傳動(dòng)或其他減速裝置，以獲取較 大的轉(zhuǎn)矩。 一、機(jī)器人的基本術(shù)語 移動(dòng)關(guān)節(jié)又稱移動(dòng)副、滑動(dòng)關(guān)節(jié)、棱柱關(guān) 節(jié)，是使連接兩桿件的組件中的一件相對(duì)于另一 件做直線運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，兩個(gè)構(gòu)件之間只做相對(duì)移 動(dòng)。它采

4、用直線驅(qū)動(dòng)方式傳遞運(yùn)動(dòng)，包括直角坐 標(biāo)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向驅(qū)動(dòng)和垂直 升降驅(qū)動(dòng)極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向伸縮驅(qū)動(dòng)。 2 2）移動(dòng)關(guān)節(jié)）移動(dòng)關(guān)節(jié) 一、機(jī)器人的基本術(shù)語 圓柱關(guān)節(jié)又稱回轉(zhuǎn)移動(dòng)副、分布關(guān)節(jié)， 是使連接兩桿件的組件中的一件相對(duì)于另 一件移動(dòng)或繞一個(gè)移動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)， 兩個(gè)構(gòu)件之間除了做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)之外，還同 時(shí)可以做相對(duì)移動(dòng)。 3 3）圓柱關(guān)節(jié)）圓柱關(guān)節(jié) 一、機(jī)器人的基本術(shù)語 4 4）球關(guān)節(jié)）球關(guān)節(jié) 一、機(jī)器人的基本術(shù)語 2. 連桿連桿 連桿（link）指機(jī)器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分，是 保持各關(guān)節(jié)間固定關(guān)系的剛體，是機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)中，兩端分別與 主動(dòng)和從動(dòng)構(gòu)件鉸接，以傳遞運(yùn)動(dòng)和力的

5、桿件。例如，在往復(fù)活 塞式動(dòng)力機(jī)械和壓縮機(jī)中，用連桿來連接活塞與曲柄。連桿多為 鋼件，其主體部分的截面多為圓形或工字形，兩端有孔，孔內(nèi)裝 有青銅襯套或滾針軸承，供裝入軸銷而構(gòu)成鉸接。 連桿是機(jī)器人中的重要部件，它連接著關(guān)節(jié)，其作用是將一 種運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運(yùn)動(dòng)形式，并把作用在主動(dòng)構(gòu)件上的力 傳給從動(dòng)構(gòu)件，以輸出功率。 一、機(jī)器人的基本術(shù)語 3. 剛度剛度 剛度（stiffness）是機(jī)器人機(jī)身或臂部在外力作用下抵抗變 形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的變形量（位移）之 比來度量的。在彈性范圍內(nèi)，剛度是零件載荷與位移成正比的比 例系數(shù)，即引起單位位移所需的力。剛度的倒數(shù)稱為柔度，即單

6、位力引起的位移。剛度可分為靜剛度和動(dòng)剛度。 在任何力的作用下，體積和形狀都不發(fā)生改變的物體稱為剛 體(rigid body)。在物理學(xué)中，理想的剛體是一個(gè)固體的、尺寸值 有限的、形變可以被忽略的物體。不論是否受力，在剛體內(nèi)任意 兩點(diǎn)間的距離都不會(huì)改變。在運(yùn)動(dòng)中，剛體上任意條直線在各 個(gè)時(shí)刻的位置都保持平行。 一、機(jī)器人的基本術(shù)語 1.運(yùn)動(dòng)副的圖形符號(hào)運(yùn)動(dòng)副的圖形符號(hào) 二、機(jī)器人的圖形符號(hào)體系 二、機(jī)器人的圖形符號(hào)體系 2.基本運(yùn)動(dòng)的圖形符號(hào)基本運(yùn)動(dòng)的圖形符號(hào) 二、機(jī)器人的圖形符號(hào)體系 2.基本運(yùn)動(dòng)的圖形符號(hào)基本運(yùn)動(dòng)的圖形符號(hào) 二、機(jī)器人的圖形符號(hào)體系 3.運(yùn)動(dòng)機(jī)能的圖形符號(hào)運(yùn)動(dòng)機(jī)能的圖形符號(hào)

7、二、機(jī)器人的圖形符號(hào)體系 二、機(jī)器人的圖形符號(hào)體系 二、機(jī)器人的圖形符號(hào)體系 4.運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圖形符號(hào)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圖形符號(hào) 二、機(jī)器人的圖形符號(hào)體系 三、機(jī)器人的圖形符號(hào)表示 機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖是描述機(jī)器人組成機(jī)構(gòu)的直觀圖形表達(dá) 形式，可以將機(jī)器人的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件用簡便的符號(hào)和圖形表達(dá) 出來，此圖可用上述圖形符號(hào)體系中的文字與代號(hào)表示。 5. 4種坐標(biāo)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖種坐標(biāo)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖 圖圖2-2 42-2 4種坐標(biāo)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖種坐標(biāo)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖 2. 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)原理圖機(jī)器人運(yùn)動(dòng)原理圖 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)原理圖是描述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的直觀圖 形表達(dá)形式，是將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能原理用簡便的 符號(hào)和圖形表達(dá)出

8、來，此圖可用上述圖形符號(hào)體系 中的文字與代號(hào)表示。 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)原理圖是建立機(jī)器人坐標(biāo)系、運(yùn)動(dòng) 和動(dòng)力方程式、設(shè)計(jì)機(jī)器人傳動(dòng)原理圖的基礎(chǔ)，也 是在學(xué)習(xí)使用機(jī)器人最有效的工具。 三、機(jī)器人的圖形符號(hào)表示 由圖可見，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意 圖可以簡化為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理圖， 以明確主要因素。 圖圖2-3 PUMA-2622-3 PUMA-262機(jī)器人的機(jī)構(gòu)機(jī)器人的機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)示意圖和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理圖運(yùn)動(dòng)示意圖和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理圖 三、機(jī)器人的圖形符號(hào)表示 3.機(jī)器人傳動(dòng)原理圖機(jī)器人傳動(dòng)原理圖 將機(jī)器人動(dòng)力源與關(guān)節(jié)之間的運(yùn)動(dòng)及傳 動(dòng)關(guān)系用簡潔的符號(hào)表示出來，就是機(jī)器人 傳動(dòng)原理圖。PUMA-262機(jī)器人的傳動(dòng)原理 圖如圖2-

9、4所示。機(jī)器人的傳動(dòng)原理圖是機(jī)器 人傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是理解傳動(dòng)關(guān)系 的有效工具。 三、機(jī)器人的圖形符號(hào)表示 圖圖2-4 PUMA-2622-4 PUMA-262機(jī)器人的傳動(dòng)原理圖機(jī)器人的傳動(dòng)原理圖 三、機(jī)器人的圖形符號(hào)表示 該四自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，有3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、1個(gè)螺 紋移動(dòng)關(guān)節(jié)。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-5所示。 4.典型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡圖典型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡圖 1 1）KUKAKUKA公司的公司的KR5 SCARAKR5 SCARA 圖圖2-5 KR5 SCARA2-5 KR5 SCARA的結(jié)構(gòu)簡圖的結(jié)構(gòu)簡圖 三、機(jī)器人的圖形符號(hào)表示 2 2）ABBABB公司的公司的IRB 2400IRB

10、2400 ABB、FUNAC、KUKA的 大多數(shù)產(chǎn)品均為六自由度機(jī)器人， MOTOMAN也有六自由度產(chǎn)品， 它們的關(guān)節(jié)分布比較類似，多采 用安川交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。其中， ABB公司的IRB 2400產(chǎn)品是全 球銷量最大的型號(hào)之一，已安裝 20 000套。 圖圖2-6 IRB 24002-6 IRB 2400的結(jié)構(gòu)簡圖的結(jié)構(gòu)簡圖 三、機(jī)器人的圖形符號(hào)表示 3 3）FUNACFUNAC公司的公司的R-2000iBR-2000iB ABB、FUNAC、KUKA 的大多數(shù)產(chǎn)品均為六自由度 機(jī)器人，MOTOMAN也有六 自由度產(chǎn)品，它們的關(guān)節(jié)分 布比較類似，多采用安川交 流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。其中，ABB 公司的

11、IRB 2400產(chǎn)品是全球 銷量最大的型號(hào)之一，已安 裝20 000套。 圖圖2-7 R2-7 R2000iB2000iB的結(jié)構(gòu)簡圖的結(jié)構(gòu)簡圖 三、機(jī)器人的圖形符號(hào)表示 4 4）MOTOMANMOTOMAN公司的公司的IA20IA20 MOTOMAN的IA20是七自由度機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-8所示。 圖圖2-8 IA202-8 IA20的結(jié)構(gòu)簡圖的結(jié)構(gòu)簡圖 三、機(jī)器人的圖形符號(hào)表示 5 5）MOTOMANMOTOMAN公司的公司的DIA10DIA10 MOTOMAN的DIA10產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，有15 個(gè)自由度，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-9所示。 圖圖2-9 DIA102-9 DIA10的結(jié)構(gòu)簡

12、圖的結(jié)構(gòu)簡圖 三、機(jī)器人的圖形符號(hào)表示 學(xué)習(xí)單元二 機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) 一、自由度 自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要 的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。機(jī)器人的自由度是指機(jī) 器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目， 其中不包括手爪（末端執(zhí)行器）的開合 自由度。機(jī)器人的自由度反映機(jī)器人動(dòng) 作靈活的尺度，一般以軸的直線移動(dòng)、 擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的數(shù)目來表示。 如圖2-10所示的機(jī)器人，臂部 在xO1y面內(nèi)有3個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)升 降（L1）、伸縮（L2）和轉(zhuǎn)動(dòng) （1），腕部在xO1y面內(nèi)有一個(gè)獨(dú) 立的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)（2）。機(jī)器人 手部位置需要一個(gè)獨(dú)立變量手 部繞自身軸線O3C的旋轉(zhuǎn)3。這種 用來確定手部相對(duì)于機(jī)身（其他參

13、照系統(tǒng)）位置的獨(dú)立變化的參數(shù) （L1、L2、1、2、3）即為機(jī)器 人的自由度。 二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展 圖圖2-10 2-10 五自由度機(jī)器人簡圖五自由度機(jī)器人簡圖 二、機(jī)器人的分類 二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展 二、機(jī)器人的分類 從運(yùn)動(dòng)學(xué)的觀點(diǎn)看，完成某一特定作業(yè)時(shí)具有冗 余自由度的機(jī)器人稱為冗余自由度機(jī)器人，也稱冗余 度機(jī)器人。例如，MOTOMAN公司生產(chǎn)的IA20機(jī)器 人和PUMA公司生產(chǎn)的PUMA700機(jī)器人執(zhí)行印制電 路板上接插電子器件的作業(yè)時(shí)就成為冗余度機(jī)器人。 利用冗余的自由度可以增加機(jī)器人的靈活性，躲避障 礙物，改善動(dòng)力性能。例如，人的手臂（大臂、小臂、 手腕）共有7個(gè)自由度，所以工

14、作起來很靈巧，可躲避 障礙物，從不同方向到達(dá)同一個(gè)目的點(diǎn)。 工作空間又稱工作范圍、工作區(qū)域，是設(shè)備 所能活動(dòng)的所有空間區(qū)域。機(jī)器人的工作空間是指 機(jī)器人手臂末端或手腕中心（手臂或手部安裝點(diǎn)） 所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合，不包括手部本身所能達(dá) 到的區(qū)域。由于末端執(zhí)行器的形狀和尺寸是多種多 樣的，為真實(shí)反映機(jī)器人的特征參數(shù)，機(jī)器人的工 作范圍是指不安裝末端執(zhí)行器時(shí)的工作區(qū)域。 二、工作空間 二、工作空間 不同廠家對(duì)工作速度規(guī)定的內(nèi)容也有所不同，有的廠家定 義工作速度為工業(yè)機(jī)器人主要自由度上最大的穩(wěn)定速度；有的 廠家定義工作速度為手臂末端最大的合成速度，通常在技術(shù)參 數(shù)中加以說明。一般來說，工作速度是指

15、機(jī)器人在工作載荷條 件下、勻速運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí) 間內(nèi)所移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。 顯而易見，工作速度越高，工作效率就越高。但是，工作 速度越高，就要花費(fèi)越多的時(shí)間去升速或降速，對(duì)工業(yè)機(jī)器人 最大加速度變化率及最大減速度變化率的要求也越高。 三、工作速度 在使用或設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，確定機(jī)器人手臂的最大行程 后，根據(jù)循環(huán)時(shí)間安排每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，并確定各動(dòng)作是同 時(shí)進(jìn)行還是順序進(jìn)行，這樣就可以確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。 分配各動(dòng)作的時(shí)間除考慮工藝動(dòng)作要求外，還要考慮慣性和 行程大小、驅(qū)動(dòng)和控制方式、定位和精度要求。 為了提高生產(chǎn)率，要求縮短整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間。運(yùn)動(dòng) 循環(huán)包括加速起動(dòng)、

16、等速運(yùn)行和減速制動(dòng)3個(gè)過程。過大的 加(減)速度會(huì)導(dǎo)致慣性力加大，影響動(dòng)作的平穩(wěn)和精度。為 了保證定位精度，加減速過程往往占用較長時(shí)間。 三、工作速度 工作載荷又稱為承載能力，是機(jī)器人在 規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的最 大負(fù)載重量（包括手部），即在工作范圍內(nèi) 的任何位姿上所能承受的最大重量。工作載 荷通常用重量、力矩、慣性矩來表示。 四、工作載荷 負(fù)載大小主要考慮機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)軸上所受的力和力矩。 承載能力不僅決定于負(fù)載的重量、機(jī)器人末端執(zhí)行器的重量， 即手部的重量、抓取工件的重量，而且與機(jī)器人運(yùn)行的速度 和加速度的大小和方向，即由運(yùn)動(dòng)速度變化而產(chǎn)生的慣性力 和慣性力矩有關(guān)。 一般機(jī)器人

17、在低速運(yùn)行時(shí)承載能力大，為安全考慮，規(guī) 定在高速運(yùn)行時(shí)所能抓取的工件重量作為承載能力指標(biāo)，即 承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。目前使 用的工業(yè)機(jī)器人，其承載能力范圍較大，最大可達(dá)1 000 kg。 二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展 在機(jī)器人學(xué)中，分辨率常常容易和精度、 重復(fù)定位精度混淆。機(jī)器人的分辨率由系統(tǒng)設(shè)計(jì) 檢測參數(shù)決定，并受到位置反饋檢測單元性能的 影響。 分辨率是指機(jī)器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小 移動(dòng)距離或最小轉(zhuǎn)動(dòng)角度。分辨率分為編程分辨 率與控制分辨率，統(tǒng)稱為系統(tǒng)分辨率。 五、分辨率 編程分辨率是指程序中可以設(shè)定的最小距離單位，又稱為 基準(zhǔn)分辨率。例如，當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)0.1，機(jī)器人腕點(diǎn)

18、(手臂尖端 點(diǎn))移動(dòng)的直線距離為0.01 mm時(shí)，其基準(zhǔn)分辨率為 0.01 mm。 控制分辨率是位置反饋回路能夠檢測到的最小位移量。例 如，若每周（轉(zhuǎn)）1 000個(gè)脈沖的增量式編碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸 安裝，則電動(dòng)機(jī)每旋轉(zhuǎn)0.36(360，1 000 r/min)，編碼盤就 發(fā)出一個(gè)脈沖，0.36以下的角度變化無法檢測，則該系統(tǒng)的控 制分辨率為0.36。顯然，當(dāng)編程分辨率與控制分辨率相等時(shí)， 系統(tǒng)性能最高。 五、分辨率 六、精度 (2) 控制算法誤差主要指算法能否得到直接解和算法在計(jì) 算機(jī)內(nèi)的運(yùn)算字長所造成的比特(bit)誤差。因?yàn)?6位以上CPU 進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，精度可達(dá)到82位以上，所以比特誤差

19、與機(jī)構(gòu) 誤差相比基本可以忽略不計(jì)。 (3) 分辨率系統(tǒng)誤差可取1/2基準(zhǔn)分辨率，其理由是基準(zhǔn) 分辨率以下的變位既無法編程又無法檢測。機(jī)器人的精度可認(rèn) 為是1/2基準(zhǔn)分辨率與機(jī)械誤差之和，即 機(jī)器人的精度=1/2基準(zhǔn)分辨率+機(jī)械誤差 若能夠做到使機(jī)械的綜合誤差達(dá)到1/2基準(zhǔn)分辨率，則精 度等于分辨率。但是，就目前的科技水平而言，除納米領(lǐng)域的 機(jī)構(gòu)以外，工業(yè)機(jī)器人尚難以實(shí)現(xiàn)。 六、精度 重復(fù)定位精度是指在相同的運(yùn)動(dòng)位置命令下，機(jī)器人連續(xù)若 干次運(yùn)動(dòng)軌跡之間的誤差度量。若機(jī)器人重復(fù)執(zhí)行某位置給定指令， 它每次走過的距離并不相同，而是在一平均值附近變化，則該平均 值代表精度，而變化的幅度代表重復(fù)定位精

20、度。因此，重復(fù)定位精 度是關(guān)于精度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 任何一臺(tái)機(jī)器人即使在同一環(huán)境、同一條件、同一動(dòng)作、同 一命令之下，每一次動(dòng)作的位置也不可能完全一致。例如，對(duì)某一 個(gè)型號(hào)的機(jī)器人的測試結(jié)果為：在20 mm/s、200 mm/s的速度下 分別重復(fù)10次，其重復(fù)定位精度為0.4 mm，如圖2-11所示，則重 復(fù)定位精度為 0.2 mm，指所有的動(dòng)作位置停止點(diǎn)均在以平均 值位置為中心的0.2 mm范圍內(nèi)。 七、重復(fù)定位精度 圖圖2-11 2-11 重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度 七、重復(fù)定位精度 七、重復(fù)定位精度 七、重復(fù)定位精度 圖圖2-12 2-12 精度和重復(fù)定位精度測試的典型情況精度和重復(fù)定位精度測

21、試的典型情況 精度、重復(fù)定位精度和分辨率都用來表示機(jī)器人手部的 定位能力。工業(yè)機(jī)器人的精度、重復(fù)定位精度和分辨率要求 是根據(jù)其使用要求來確定的。機(jī)器人本身所能達(dá)到的精度取 決于機(jī)器人結(jié)構(gòu)的剛度、運(yùn)動(dòng)速度控制和驅(qū)動(dòng)方式、定位和 緩沖等因素。由于機(jī)器人有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，回轉(zhuǎn)半徑不同時(shí)其直 線分辨率是變化的，因而造成了機(jī)器人的精度難以確定。由 于精度一般較難測定，通常工業(yè)機(jī)器人只給出重復(fù)精度。 七、重復(fù)定位精度 八、其他參數(shù) 安裝方式是指機(jī)器人本體 安裝的工作場合的形式， 通常有地面安裝、架裝、 吊裝等形式。 驅(qū)動(dòng)方式是指關(guān)節(jié)執(zhí)行器的動(dòng)力源形式， 通常有氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)等形式。 控制方式是指機(jī)器人用 于控

22、制軸的方式，是伺 服還是非伺服，伺服控 制方式是實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡 還是點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。 3） 安裝方式 2） 驅(qū)動(dòng)方式 1） 控制方式 八、其他參數(shù) 環(huán)境參數(shù)是指機(jī)器人在運(yùn) 輸、存儲(chǔ)和工作時(shí)需要提 供的環(huán)境條件，如溫度、 濕度、振動(dòng)、防護(hù)等級(jí)和 防爆等級(jí)等。 本體質(zhì)量是指機(jī)器人在不加任何負(fù) 載時(shí)本體的重量，用于估 動(dòng)力源容量是指機(jī)器人 動(dòng)力源的規(guī)格和消耗功 率的大小，如氣壓的大 小和耗氣量、液壓高低、 電壓形式與大小、消耗 功率等。 6） 環(huán)境參數(shù) 5） 本體質(zhì)量 4） 動(dòng)力源容量 學(xué)習(xí)單元三 機(jī)器人的舉例分析機(jī)器人的舉例分析 一、直角坐標(biāo)型機(jī)器人分析 1. 一般說明一般說明 （1）XYC4-G系列

23、直角坐標(biāo)型機(jī)器人適用于小型 工作空間的緊湊尺寸。利用扁平電纜實(shí)現(xiàn)該級(jí)別內(nèi)的最 小尺寸，此種型號(hào)機(jī)器人適用于較小空間，可利用其建 立較小的設(shè)備。 （2）寬泛的變化。XYC4-G系列機(jī)器人直角坐標(biāo)型 左臂類型、右臂類型，且有48種行程，針對(duì)用戶需要可 以有多種選擇。 一、直角坐標(biāo)型機(jī)器人分析 （3）利用高強(qiáng)度滑動(dòng)單元可獲得最大負(fù)載。高強(qiáng) 度滑動(dòng)單元和大功率交流伺服電動(dòng)機(jī)可使機(jī)械手搬動(dòng)重 達(dá)10 kg的物體，適用于搬運(yùn)重物或使用雙手的情況。 （4）大功率或低功率兩種驅(qū)動(dòng)功率模式。通過控 制電流，用戶可以用大功率模式執(zhí)行高速或重載任務(wù)， 而用低功率模式執(zhí)行精細(xì)任務(wù)。 （5）標(biāo)準(zhǔn)配置。該設(shè)備包括6套空氣

24、管線系統(tǒng)， 10個(gè)信號(hào)閥和電磁閥。 一、直角坐標(biāo)型機(jī)器人分析 2. 外形圖外形圖 圖圖2-13 XYC4-G2-13 XYC4-G系列直角坐標(biāo)型機(jī)器人的外形系列直角坐標(biāo)型機(jī)器人的外形 一、直角坐標(biāo)型機(jī)器人分析 3. 工作范圍工作范圍 圖圖2-14 XYC4-G2-14 XYC4-G系列直角系列直角 坐標(biāo)型機(jī)器人的工作范圍坐標(biāo)型機(jī)器人的工作范圍 一、直角坐標(biāo)型機(jī)器人分析 4. 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 一、直角坐標(biāo)型機(jī)器人分析 美國Unimation公司的Versatran系列圓柱坐標(biāo)型機(jī) 器人的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-15(a)所示，它是一臺(tái)持重30 kg， 供搬運(yùn)、檢測、裝配用的圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人。這臺(tái)機(jī)

25、 器人的主要技術(shù)指標(biāo)如下。 (1)自由度。該機(jī)器人共有3個(gè)基本關(guān)節(jié)1、2、3和兩 個(gè)選用關(guān)節(jié)4、5。 (2)該機(jī)器人的工作范圍如圖2-15（b）所示。 二、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人分析 二、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人分析 圖圖2-15 2-15 美國美國UnimationUnimation公司的公司的VersatranVersatran系列圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人系列圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 (3)該機(jī)器人的關(guān)節(jié)移動(dòng)范圍及速度如表2-7所示。 (4)重復(fù)定位誤差：0.05 mm。 (5)控制方式：五軸同時(shí)可控，點(diǎn)位控制。 (6)持重（最大伸長、最高速度下）：30 kg。 (7)驅(qū)動(dòng)方式：3個(gè)基本關(guān)節(jié)由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采

26、用增量式角位移檢測裝置。 二、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人分析 激光切割機(jī)器人有 CO2氣體激光切割機(jī)器 人和YAG固體激光切割 機(jī)器人。通常激光切割 機(jī)器人既可進(jìn)行切割又 能用于焊接。 三、極坐標(biāo)型機(jī)器人分析 圖圖2-16 L-10002-16 L-1000型型COCO2 2氣體激光切割機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡圖氣體激光切割機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡圖 L-1000型CO2氣體激光切割機(jī)器人是極坐標(biāo)式5軸控 制機(jī)器人，配用C1000C3000型激光器。光束經(jīng)由設(shè)置 在機(jī)器人手臂內(nèi)的4個(gè)反射鏡傳送，聚焦后從噴嘴射出。反 射鏡用銅制成，表面經(jīng)過反射處理，使光束傳遞損失不超 過0.8%，且焦點(diǎn)的位置精度較高。 為了防止反射鏡受到污

27、損，光路完全不與外界接觸， 同時(shí)還在光路內(nèi)充入經(jīng)過濾器過濾的潔凈空氣，并具有一 定的壓力，從而防止周圍的灰塵進(jìn)入。 三、極坐標(biāo)型機(jī)器人分析 三、極坐標(biāo)型機(jī)器人分析 三、極坐標(biāo)型機(jī)器人分析 三、極坐標(biāo)型機(jī)器人分析 四、多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人分析 圖圖2-17 MOTOMAN UP62-17 MOTOMAN UP6型型 通用工業(yè)機(jī)器人的外形通用工業(yè)機(jī)器人的外形 圖圖2-18 MOTOMAN UP62-18 MOTOMAN UP6型通用型通用 工業(yè)機(jī)器人的工作范圍工業(yè)機(jī)器人的工作范圍 四、多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人分析 四、多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人分析 適用領(lǐng)域：搬運(yùn)與裝卸，包 裝及揀選，釬焊、涂漆、表面處理、 涂膠

28、水和密封材料，安裝、固定塑 料加工設(shè)備，置入、裝夾、操作其 他機(jī)床，測量、檢測或檢驗(yàn)。 五、平面關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人分析 1. 產(chǎn)品用途產(chǎn)品用途 2. 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) ADT-6004G300-5機(jī)器人在負(fù)載5 kg時(shí)的作用范 圍為0550 mm，且具有很高的定位精確性。高性能控 制器可控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)高速點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、空間直線插補(bǔ)運(yùn) 動(dòng)、空間圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)等功能；系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)，參數(shù)配 置簡單，易于維護(hù)；基于高性能處理芯片的機(jī)器人功能 部件保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多伺服功能部 件的聯(lián)動(dòng)與插補(bǔ)；系統(tǒng)界面簡潔大方，提供豐富的顯示 及監(jiān)控信息；機(jī)器人語言指令系統(tǒng)簡單易學(xué)，能滿足絕 大部分工業(yè)需求。 五

29、、平面關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人分析 五、平面關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人分析 3. 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 五、平面關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人分析 五、平面關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人分析 圖圖2-19 ADT-6002-19 ADT-6004G300-54G300-5機(jī)器機(jī)器 人本體的外形尺寸與動(dòng)作范圍人本體的外形尺寸與動(dòng)作范圍 學(xué)習(xí)單元四 機(jī)器人的工作原理機(jī)器人的工作原理 與應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用技術(shù) 一、機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及工作原理 圖圖2-20 2-20 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （1）機(jī)械手總成。機(jī)械手總成是機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它由驅(qū) 動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、手臂、末端執(zhí)行器及內(nèi)部傳感器等組成。它的任 務(wù)是精確地保證末端執(zhí)行器所要求的位置

30、、姿態(tài)，并實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。 （2）控制器?？刂破魇菣C(jī)器人的神經(jīng)中樞。它由計(jì)算機(jī)硬件、 軟件和一些專用電路構(gòu)成，其軟件包括控制器系統(tǒng)軟件、機(jī)器人專 用語言、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)軟件、機(jī)器人控制軟件、機(jī)器人自 診斷和自保護(hù)功能軟件等，它處理機(jī)器人工作過程中的全部信息和 控制其全部動(dòng)作。 （3）示教系統(tǒng)。示教系統(tǒng)是機(jī)器人與人的交互接口，在示教 過程中它將控制機(jī)器人的全部動(dòng)作，并將其全部信息送入控制器的 存儲(chǔ)器中，示教系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)專用的智能終端。 一、機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及工作原理 2. 工業(yè)機(jī)器人的工作原理工業(yè)機(jī)器人的工作原理 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人都屬于第一代機(jī)器人， 它的基本工作原理是示教再現(xiàn)。 示教

31、也稱為導(dǎo)引，即由用戶引導(dǎo)機(jī)器人一步步將實(shí) 際任務(wù)操作一遍，機(jī)器人在引導(dǎo)過程中自動(dòng)記憶示教的 每個(gè)動(dòng)作的位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、工藝參數(shù)等，并自 動(dòng)生成一個(gè)連續(xù)執(zhí)行全部操作的程序。完成示教后，只 需給機(jī)器人一個(gè)起動(dòng)命令，機(jī)器人將精確地按示教動(dòng)作 一步步完成全部操作，這就是示教與再現(xiàn)。 一、機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及工作原理 1)1)機(jī)器人機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng) 機(jī)器人的機(jī)械臂是由數(shù)個(gè)剛性桿體和旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的關(guān)節(jié)連 接而成的，它是一個(gè)開環(huán)關(guān)節(jié)鏈，開環(huán)關(guān)節(jié)鏈的一端固接在基 座上，另一端是自由的，安裝著末端執(zhí)行器（如焊槍），在機(jī) 器人工作時(shí)，機(jī)器人機(jī)械臂前端的末端執(zhí)行器必須與被加工工 件處于相適應(yīng)的位置和姿態(tài)

32、，而這些位置和姿態(tài)是由若干個(gè)臂 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)所合成的。 因此，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，必須知道機(jī)械臂各關(guān)節(jié)變量 空間和末端執(zhí)行器的位置與姿態(tài)之間的關(guān)系，這就是機(jī)器人運(yùn) 動(dòng)學(xué)模型。一臺(tái)機(jī)器人機(jī)械臂的幾何結(jié)構(gòu)確定后，其運(yùn)動(dòng)學(xué)模 型即可確定，這是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)。 一、機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及工作原理 2)2)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃機(jī)器人的軌跡規(guī)劃 機(jī)器人機(jī)械手端部從起點(diǎn)的位置與姿態(tài)到終點(diǎn) 的位置和姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)軌跡空間曲線稱為路徑。 軌跡規(guī)劃的任務(wù)是用一種函數(shù)來“內(nèi)插”或 “逼近”給定的路徑，并沿時(shí)間軸產(chǎn)生一系列控制 設(shè)定點(diǎn)，用于控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。目前常用的軌跡規(guī) 劃方法有空間關(guān)節(jié)插值法和笛卡兒空間規(guī)劃法兩種。 一、機(jī)器

33、人的結(jié)構(gòu)及工作原理 3)3)機(jī)器人機(jī)械手的控制機(jī)器人機(jī)械手的控制 當(dāng)一臺(tái)機(jī)器人機(jī)械手的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程已給定，它的控 制目的就是按預(yù)定性能要求保持機(jī)械手的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。但是由 于機(jī)器人機(jī)械手的慣性力、耦合反應(yīng)力和重力負(fù)載都隨運(yùn)動(dòng) 空間的變化而變化，因此要對(duì)它進(jìn)行高精度、高速度、高動(dòng) 態(tài)品質(zhì)的控制是相當(dāng)復(fù)雜而困難的。 目前工業(yè)機(jī)器人上采用的控制方法是把機(jī)械手上每一 個(gè)關(guān)節(jié)都當(dāng)作一個(gè)單獨(dú)的伺服機(jī)構(gòu)，即把一個(gè)非線性的、關(guān) 節(jié)間耦合的變負(fù)載系統(tǒng)簡化為線性的非耦合單獨(dú)系統(tǒng)。 一、機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及工作原理 二、機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù) 1. 機(jī)器人應(yīng)用涉及的領(lǐng)域機(jī)器人應(yīng)用涉及的領(lǐng)域 機(jī)器人技術(shù)是集機(jī)械工程學(xué)、 計(jì)算機(jī)科學(xué)、

34、控制工程、電子技 術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能、仿 生學(xué)等學(xué)科為一體的綜合技術(shù)， 它是多學(xué)科科技革命的必然結(jié)果。 每一臺(tái)機(jī)器人都是一個(gè)知識(shí)密集 和技術(shù)密集的高科技機(jī)電一體化 產(chǎn)品。 二、機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù) 圖圖2-21 2-21 機(jī)器人與外部的關(guān)系機(jī)器人與外部的關(guān)系 （1）傳感器技術(shù)：得到與人類感覺機(jī)能相似的傳感器技術(shù)。 （2）人工智能計(jì)算機(jī)科學(xué)：得到與人類智能或控制機(jī)能相似 能力的人工智能或計(jì)算機(jī)科學(xué)。 （3）假肢技術(shù)。 （4）工業(yè)機(jī)器人技術(shù)：把人類作業(yè)技能具體化的工業(yè)機(jī)器人 技術(shù)。 （5）移動(dòng)機(jī)械技術(shù)：實(shí)現(xiàn)動(dòng)物行走機(jī)能的行走技術(shù)。 （6）生物功能：以實(shí)現(xiàn)生物機(jī)能為目的的生物學(xué)技術(shù)。 二、機(jī)器人的

35、應(yīng)用技術(shù) 2. 機(jī)器人應(yīng)用研究的內(nèi)容機(jī)器人應(yīng)用研究的內(nèi)容 1 1）空間結(jié)構(gòu)學(xué)）空間結(jié)構(gòu)學(xué) 空間機(jī)構(gòu)在機(jī)器人中的應(yīng)用體現(xiàn)在機(jī)器人機(jī)身和臂 部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、機(jī)器人手部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、機(jī)器人行走機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì)和機(jī)器人關(guān)節(jié)部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上。 二、機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù) 機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際上是 一個(gè)多剛體系統(tǒng)，研究要涉及組成 這一系統(tǒng)的各桿件之間及系統(tǒng)與對(duì) 象之間的相互關(guān)系，需要一種有效 的數(shù)學(xué)描述方法。 2 2）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué) 二、機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù) 機(jī)器人與環(huán)境之間的接觸會(huì)引起它們之間的 相互作用力和力矩，而機(jī)器人的輸入關(guān)節(jié)力矩由 各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置提供，并通過手臂傳至手部， 使力和力矩作用在環(huán)境的接觸

36、面上。這種力和力 矩的輸入、輸出關(guān)系在機(jī)器人控制中是十分重要 的。靜力學(xué)主要討論機(jī)器人手部端點(diǎn)力與驅(qū)動(dòng)器 輸入力矩的關(guān)系。 3)3)機(jī)器人靜力學(xué)機(jī)器人靜力學(xué) 二、機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù) 機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué) 系統(tǒng)，要研究和控制這個(gè)系統(tǒng)，首 先要建立它的動(dòng)力學(xué)方程。動(dòng)力學(xué) 方程是指作用于機(jī)器人各機(jī)構(gòu)的力 或力矩與其位置、速度、加速度關(guān) 系的方程式。 4 4）機(jī)器人運(yùn)力學(xué)）機(jī)器人運(yùn)力學(xué) 二、機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù) 5 5）機(jī)器人控制技術(shù)）機(jī)器人控制技術(shù) 二、機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù) 6 6）機(jī)器人傳感器）機(jī)器人傳感器 二、機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù) 7)7)機(jī)器人編程語言機(jī)器人編程語言 機(jī)器人編程語言是機(jī)器人和用戶的軟件接

37、口，編程的功能 決定了機(jī)器人的適應(yīng)性和給用戶的方便性。機(jī)器人編程與傳統(tǒng)的 計(jì)算機(jī)編程不同，機(jī)器人操作的對(duì)象是各類三維物體，其運(yùn)動(dòng)在 一個(gè)復(fù)雜的空間環(huán)境，還要監(jiān)視和處理傳感器信息。因此，機(jī)器 人編程語言主要有面向機(jī)器人的編程語言和面向任務(wù)的編程語言 兩類。面向機(jī)器人的編程語言的主要特點(diǎn)是其可以描述機(jī)器人的 動(dòng)作序列，每一條語句大約相當(dāng)于機(jī)器人的一個(gè)動(dòng)作。面向任務(wù) 的編程語言允許用戶發(fā)出直接命令，以控制機(jī)器人去完成一個(gè)具 體的任務(wù)，而不需要說明機(jī)器人需要采取的每一個(gè)動(dòng)作的細(xì)節(jié)。 二、機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù) 1.國際機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀國際機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、多種感

38、覺能 力及對(duì)作業(yè)環(huán)境的較強(qiáng)自適應(yīng)能力方面發(fā)展。美國某公司已成 功地將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)裝到芯片上，其分析速度比普通計(jì)算機(jī)快千萬 倍，可更快、更好地完成語言識(shí)別、圖像處理等工作。 目前，對(duì)全球機(jī)器人技術(shù)發(fā)展最有影響力的國家是美國 和日本。美國在機(jī)器人技術(shù)的綜合研究水平上仍處于領(lǐng)先地位， 而日本生產(chǎn)的機(jī)器人在數(shù)量、種類方面居世界首位。機(jī)器人技 術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了機(jī)器人學(xué)的建立，許多國家成立了機(jī)器人協(xié)會(huì)， 美國、日本、英國、瑞典等國家設(shè)立了機(jī)器人學(xué)學(xué)位。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 20世紀(jì)70年代以來，許多大學(xué)開設(shè)了機(jī)器人課程，開展 了機(jī)器人學(xué)的研究工作，如美國的麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、 康奈爾大學(xué)、加州大學(xué)等

39、都是研究機(jī)器人學(xué)富有成果的著名學(xué) 府。隨著機(jī)器人學(xué)的發(fā)展，相關(guān)的國際學(xué)術(shù)交流活動(dòng)也日漸增 多，目前最有影響力的國際會(huì)議是IEEE每年舉行的機(jī)器人學(xué)及 自動(dòng)化國際會(huì)議，此外還有國際工業(yè)機(jī)器人會(huì)議(ISIR)和國際工 業(yè)機(jī)器人技術(shù)會(huì)議（CIRT）等。 目前，世界上機(jī)器人總數(shù)最多的國家是日本，占世界機(jī)器 人總數(shù)的一半以上。歐洲約占20%，美國約占10%。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)發(fā)布的季度報(bào)告數(shù)據(jù) 顯示，全球工業(yè)機(jī)器人需求在2013年達(dá)到了有史 以來的最高點(diǎn)，全年銷售量約為16.8萬臺(tái)，同比增 長了5%。報(bào)告稱，2013年機(jī)器人銷售臺(tái)數(shù)的增長， 主要依賴于北美和亞洲日益增

40、長的自動(dòng)化生產(chǎn)需求。 此外，在2013年第四季度，歐洲市場的復(fù)蘇也刺 激了對(duì)機(jī)器人的需求。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 北美機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)在2014年年初的報(bào)告中指出，2013 年汽車行業(yè)仍然是北美機(jī)器人最大的應(yīng)用市場，但出貨量基本 與2012年持平，而機(jī)器人在非汽車市場的出貨量卻猛增31%。 在非汽車行業(yè)中，生命科學(xué)、制藥、生物醫(yī)藥領(lǐng)域出貨量增幅 高達(dá)142%，食品及消費(fèi)品市場漲幅達(dá)61%，塑料和橡膠行業(yè)漲 幅為36%。2013年，來自非汽車市場的機(jī)器人訂單同比增長了 22%，對(duì)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)而言，這是一個(gè)積極的信號(hào)。 2013年11月，國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)曾發(fā)布報(bào)告稱，中國已 成為世界上增長最快

41、的工業(yè)機(jī)器人市場，并預(yù)言中國或在2016 年成為全球最大的機(jī)器人市場。也有美國媒體指出，機(jī)器人時(shí) 代將很快來臨，并將引領(lǐng)一場工業(yè)革命。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 2.我國機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀我國機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 1)1)我國的機(jī)器人市場我國的機(jī)器人市場 我國的機(jī)器人市場已成為全球增長最快的市場。2010年 市場銷量為14 980臺(tái)，2011年達(dá)到22 577臺(tái)，同比增長 50.7%， 2012年銷量達(dá)到26 902臺(tái)，同比增長19.2%。 20082012年，國內(nèi)機(jī)器人銷量復(fù)合增長率達(dá)到28%，而同 期世界機(jī)器人市場銷量復(fù)合增長率為10%。 2012年，國內(nèi)機(jī)器人安裝量已占到當(dāng)年全球安裝量

42、的 14.6%。國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)預(yù)測，到2015年，中國機(jī)器 人市場需求總量將達(dá)3.5萬臺(tái)，占全球銷量比重的 16.9%。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 未來我國機(jī)器人市場仍有很大的發(fā)展空間。截至2012年年底， 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人累計(jì)安裝量已超過10萬臺(tái)，占全世界正在服役的 工業(yè)機(jī)器人總量的8%左右。目前，我國制造業(yè)總產(chǎn)值占全球的比 重已接近20%，機(jī)器人的普及率仍有很大的上升空間。 從制造業(yè)使用機(jī)器人密度的指標(biāo)來看，我國每萬名工人擁有 機(jī)器人的數(shù)量僅為25臺(tái)（按照制造業(yè)4 000萬名工人估算），而 在發(fā)達(dá)國家，這一指標(biāo)普遍在50臺(tái)以上。國內(nèi)制造業(yè)的自動(dòng)化水 平與發(fā)達(dá)國家差距很大。從機(jī)器人

43、行業(yè)占機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值的比例來 看，2010年我國機(jī)器人行業(yè)銷售額達(dá)到93.1億元，僅占當(dāng)年機(jī)床 行業(yè)總產(chǎn)值的2%左右，顯示國內(nèi)加工制造領(lǐng)域的自動(dòng)化水平仍偏 低。假設(shè)未來5年我國機(jī)器人使用密度達(dá)到50臺(tái)萬人的水平， 則國內(nèi)機(jī)器人銷量復(fù)合增速將達(dá)到30%。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 2)2)我國的機(jī)器人應(yīng)用方式我國的機(jī)器人應(yīng)用方式 按照提供產(chǎn)品的差異區(qū)分，行業(yè)內(nèi)企業(yè)可分為單元產(chǎn)品供應(yīng)商 和系統(tǒng)集成商兩類。工業(yè)機(jī)器人的下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，需求千差萬 別，而機(jī)器人商業(yè)化的前提是產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；卧a(chǎn)品供應(yīng)商負(fù) 責(zé)生產(chǎn)機(jī)器人本體，產(chǎn)品具有較高開放性，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，可批量 化生產(chǎn)。系統(tǒng)集成商則根據(jù)下游客戶的需

44、要，將單元產(chǎn)品組成可實(shí) 現(xiàn)的生產(chǎn)系統(tǒng)，起著供需雙方橋梁的作用。單元產(chǎn)品是機(jī)器人產(chǎn)業(yè) 發(fā)展的基礎(chǔ)，系統(tǒng)集成商是機(jī)器人商業(yè)化、大規(guī)模普及的關(guān)鍵。從 國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈來看，機(jī)器人單元產(chǎn)品由于技術(shù)壁壘較高，處于金字塔 頂端，屬于賣方市場。系統(tǒng)集成商的壁壘相對(duì)較低，與上、下游的 議價(jià)能力較弱，毛利水平不高，但市場規(guī)模遠(yuǎn)大于單元產(chǎn)品。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 目前，在國內(nèi)機(jī)器人單元產(chǎn)品市場中，銷 量占據(jù)前十位的仍以國外品牌為主。其中，發(fā) 那科、安川、庫卡和ABB公司被稱為國際工業(yè) 機(jī)器人行業(yè)四巨頭，20092012年，這4家廠 商在華銷量整體呈明顯上揚(yáng)趨勢。2012年其銷 量總和達(dá)14 470臺(tái)，占當(dāng)年中國機(jī)

45、器人市場銷 量的53.8%。 3)3)國外機(jī)器人公司在國內(nèi)的發(fā)展國外機(jī)器人公司在國內(nèi)的發(fā)展 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 早在10年前，國外的機(jī)器人企業(yè)開始在我國長三 角、珠三角地區(qū)布局，開始是通過代理商模式開拓市 場，逐步建立研發(fā)中心、工程中心，在具備一定市場 需求的情況下，建立自己的生產(chǎn)基地。目前，德國庫 卡、日本發(fā)那科、瑞士ABB和日本安川公司四大機(jī)器 人企業(yè)都已全面進(jìn)入中國市場，意大利、美國、韓國 的機(jī)器人及配套企業(yè)也已經(jīng)在中國市場布局?？梢哉f， 中國市場已經(jīng)成為全球機(jī)器人及智能裝備企業(yè)競逐的 最熱門市場，“分享中國大餐”已經(jīng)成為全球共識(shí)。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 4)4)國內(nèi)機(jī)器人公司

46、的發(fā)展國內(nèi)機(jī)器人公司的發(fā)展 目前，國內(nèi)企業(yè)與外資企業(yè)的差距仍很大。根據(jù)中國機(jī)器 人網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2012年本土品牌機(jī)器人銷量僅為1 112臺(tái)，而獨(dú)資 及合資品牌銷量高達(dá)25 790臺(tái)，市場占有率分別為4%和96%。 中國的自動(dòng)化系統(tǒng)集成市場是機(jī)器人單元產(chǎn)品市場規(guī)模的 10倍以上，根據(jù)工控網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)自動(dòng)化產(chǎn)品市場規(guī)模2011 年已達(dá)920億元，2012年已超過1 000億元。國內(nèi)自動(dòng)化市場 下游應(yīng)用領(lǐng)域以裝備制造業(yè)為主，占比40%左右，其中機(jī)床工 業(yè)是自動(dòng)化產(chǎn)品的主要客戶，需求占裝備制造業(yè)總需求的1/4。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 5)5)工業(yè)機(jī)器人量產(chǎn)面臨工業(yè)機(jī)器人量產(chǎn)面

47、臨“瓶頸瓶頸” 機(jī)器人本身的技術(shù)難度降低了量產(chǎn)的可能性。像機(jī)械 手這種簡單的工業(yè)機(jī)器人，因?yàn)槭窃谑覂?nèi)從事標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)， 所以量產(chǎn)已經(jīng)逐步展開。但對(duì)于具備運(yùn)動(dòng)能力需要在室外 工作的特種機(jī)器人來說，環(huán)境的復(fù)雜性及非標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè) 流程增加了量產(chǎn)的難度。 國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也是制約機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要 因素。工業(yè)生產(chǎn)線上的機(jī)械手是國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)研 發(fā)方向，但沒有大量的市場訂單，不能形成規(guī)?；a(chǎn)， 就不能形成可觀的利潤。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 機(jī)器人所應(yīng)用的工種不同，制造成本也有所區(qū)別，價(jià)格在幾萬、 幾十萬甚至幾百萬元不等。高額的價(jià)格削減了企業(yè)對(duì)機(jī)器人的興趣。 但是，賣不出去產(chǎn)品，機(jī)器人公司就

48、沒有資金生產(chǎn)模具、擴(kuò)大廠房進(jìn) 行量產(chǎn)，因此機(jī)器人的價(jià)格始終居高不下。 除技術(shù)與資金問題，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人量產(chǎn)還面臨著體制問題。 國家針對(duì)機(jī)器人有不少資金扶持，但現(xiàn)在的科技立項(xiàng)大多集中在科研 機(jī)構(gòu)中?？蒲袡C(jī)構(gòu)有其基礎(chǔ)研究的優(yōu)勢，但在產(chǎn)品轉(zhuǎn)化上卻不如企業(yè)。 科技項(xiàng)目難以立項(xiàng)也是制約國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)問題。由于國 家對(duì)立項(xiàng)有相關(guān)的硬性規(guī)定，對(duì)自有土地和固定資產(chǎn)投資都有嚴(yán)格要 求，達(dá)不到要求便無法立項(xiàng)，而很多合作商與投資商又比較看重是否 立項(xiàng)這個(gè)條件，因此國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人企業(yè)會(huì)失去一些機(jī)會(huì)。 三、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 3.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀 (1)工業(yè)機(jī)器人50%以上用在汽車領(lǐng)域。汽車生產(chǎn)的四大 工藝及汽車關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)都需要有工業(yè)機(jī)器人的參與。在 汽車生產(chǎn)中，有大量壓鑄、焊接、檢測等工序，這些目前均由 工業(yè)機(jī)器人參與完成，特別是焊接線，一條焊接線就有大量的 工業(yè)機(jī)器人參與，自動(dòng)化程度相當(dāng)高。在汽車內(nèi)飾件生