《工業(yè)機(jī)器人的概論》

第一章工業(yè)機(jī)器人概論1.5工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和趨勢(shì)1.5.1工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況1、國(guó)外機(jī)器人發(fā)展階段美國(guó)在50年代末就發(fā)明了第一臺(tái)機(jī)器人。日本在七十年代開(kāi)始機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化，

有FANUC、安川、三菱等公司。法國(guó)NAO機(jī)器人（人工智能機(jī)器人）ABB機(jī)器人公司：種類(lèi)最多的工業(yè)機(jī)器ABB機(jī)器人NAO機(jī)器人FANUC機(jī)器人發(fā)展路徑美國(guó)模式歐洲模式日本模式模仿人的下肢運(yùn)動(dòng)模仿人的手臂各司其職，分層面完成交鑰匙工程。即機(jī)器人制造廠商以開(kāi)發(fā)新型機(jī)器人和批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為主要目標(biāo)，并由其子公司或社會(huì)上的工程公司來(lái)設(shè)計(jì)制造各行業(yè)所需要的機(jī)器人成套系統(tǒng)一攬子交鑰匙工程。即機(jī)器人的生產(chǎn)和用戶所需要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造，全部由機(jī)器人制造商自己完成采購(gòu)與成套設(shè)計(jì)相結(jié)合。本國(guó)國(guó)內(nèi)基本上不生產(chǎn)普通的工業(yè)機(jī)器人，企業(yè)需要機(jī)器人通常由工程公司進(jìn)口，再自行設(shè)計(jì)、制造配套的外圍設(shè)備2、我國(guó)機(jī)器人發(fā)展階段理論初級(jí)研究階段：1975-1985年

研究初步階段。清華、哈工大、華中科技大、華南理工、上海交大、沈陽(yáng)自動(dòng)化所等。機(jī)器人試制階段：1986-1995

研發(fā)機(jī)構(gòu)---多種機(jī)器人。制造-重視工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用。

機(jī)器人之父—熊有倫-機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)-1995年出版應(yīng)用階段：1987-2000年

1975-1985，研究的初步階段。沈陽(yáng)自動(dòng)化、一汽等初步產(chǎn)業(yè)化階段：2001-2013

廣州數(shù)控、沈陽(yáng)新松、奇瑞裝備等--工業(yè)機(jī)器人批量生產(chǎn)階段創(chuàng)新研究與人才培養(yǎng)：2014-今后

研發(fā)：關(guān)鍵技術(shù)---創(chuàng)新-理論-自主產(chǎn)權(quán)-發(fā)展階段中國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在精度、速度等方面不如進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品，特別是在關(guān)鍵核心技術(shù)上還沒(méi)有取得應(yīng)用突破。美國(guó)模式日本模式

低端技術(shù)水平有待改善。機(jī)器人制造包括整機(jī)制造、控制系統(tǒng)、伺服電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)器、減速器等方面，其中控制系統(tǒng)和減速器的核心技術(shù)仍由國(guó)外企業(yè)掌握。

產(chǎn)業(yè)鏈條待充實(shí)與規(guī)范。與其他高端裝備制造領(lǐng)域的情況不同，機(jī)器人制造主要集中在民營(yíng)企業(yè)，產(chǎn)能規(guī)模小，研發(fā)成果無(wú)法得到展現(xiàn)。1.5.3幾款有未來(lái)特色的機(jī)器人1、日本安川DA20機(jī)器人DA20是一款在仿造人類(lèi)上半身的構(gòu)造上配備2個(gè)6軸驅(qū)動(dòng)臂型“雙臂”機(jī)器人。上半身構(gòu)造本身也具有繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)，尺寸與“成年男性大體相同”，可直接配置在此前人類(lèi)進(jìn)行作業(yè)的場(chǎng)所。因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)接近人類(lèi)兩臂的動(dòng)作及構(gòu)造，因此可以穩(wěn)定地搬運(yùn)工作，還可從事堅(jiān)固螺母以及部件的組裝和插入等作業(yè)。另外，與協(xié)調(diào)控制2個(gè)臂型機(jī)器人相比，設(shè)置面積更小。單臂負(fù)重能力為20kg，雙臂可最大搬運(yùn)40kg的工作。IA20是一款通過(guò)7軸驅(qū)動(dòng)再現(xiàn)人類(lèi)肘部動(dòng)作的臂型機(jī)器人。在產(chǎn)業(yè)機(jī)器人中，也是全球首次實(shí)現(xiàn)7軸驅(qū)動(dòng)，因此更加接近人類(lèi)動(dòng)作。一般來(lái)說(shuō)，人類(lèi)手臂具有7-8軸的關(guān)節(jié)。此前的6軸機(jī)器人、可再現(xiàn)手臂具有的3個(gè)關(guān)節(jié)、以及手腕具有的3個(gè)關(guān)節(jié)。而IA20則進(jìn)一步增加了肘部具有的1個(gè)關(guān)節(jié)。這樣一來(lái)，就可實(shí)現(xiàn)通過(guò)肘部折疊式伸出手臂的動(dòng)作，另外還可以實(shí)施繞開(kāi)靠近機(jī)身障礙物的動(dòng)作。2、日本安川IA20機(jī)器人3、意大利柯馬SMARTSPAL碼垛機(jī)器人SMASMARTSPAL碼垛機(jī)器人采用新的控制單元和無(wú)線示教，有效載荷范圍為180~260kg，作業(yè)半徑3.1m。該機(jī)器人采用一流的碳纖維桿，整體輕量化設(shè)計(jì)，線速度高，能有效減少和優(yōu)化時(shí)間節(jié)拍。該機(jī)器人能滿足一般工業(yè)部門(mén)客戶的高質(zhì)量要求，如裝載/卸載、多個(gè)產(chǎn)品拾取、堆垛和高速操作等場(chǎng)合。節(jié)拍：是指完成一個(gè)產(chǎn)品所需的平均時(shí)間。節(jié)拍通常只是用于定義一個(gè)流程中某一具體工序或環(huán)節(jié)的單位產(chǎn)出時(shí)間。4、KUKA焊接機(jī)器人KR5areHW德國(guó)KUKA公司的機(jī)器人產(chǎn)品……氣體保護(hù)焊接專家KR5areHW（HoIIowWritst），贏得了全球著名的紅點(diǎn)獎(jiǎng)，并且獲得了“RedDot:優(yōu)中之優(yōu)”杰出設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。其機(jī)械臂和機(jī)械手上有一個(gè)50mm寬的通孔，可以保護(hù)機(jī)械臂上的整套氣體軟管的敷設(shè)。由此不僅可以避免氣體軟管組件受到機(jī)械性損傷，而且可以防止其在機(jī)器人改變方向時(shí)隨意甩動(dòng)。既可敷設(shè)抗扭轉(zhuǎn)軟管組件，也可用于無(wú)限轉(zhuǎn)動(dòng)的氣體軟管組件。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，這不僅意味著提高了構(gòu)件的可接近性，保證了對(duì)整套軟管的最佳保護(hù)，而且使離線編程也得到了簡(jiǎn)化。5、日本發(fā)那科RobotM-3iA裝配機(jī)器人

RobotM-3iA可采用四軸或六軸模式，具有獨(dú)特的平行連接結(jié)構(gòu)，并且還具備輕巧便攜的特點(diǎn)，承重極限為6kg，此外，M-3iA在同等級(jí)機(jī)器人（1350mm*500mm）中的工作行程最大。六軸模式下的M-3iA具備一個(gè)三軸手腕用于處理復(fù)雜的生產(chǎn)線任務(wù)，該項(xiàng)技術(shù)已申請(qǐng)專利。三軸手腕靈活度極高，能夠自如地從各個(gè)角度拾取和插入部件，還能按要求旋擰零件。四軸模式下，它的工作速度可達(dá)4000°/S。1.6工業(yè)機(jī)器人的人才培養(yǎng)1.6.1中國(guó)制造2025與人才培養(yǎng)

自2013年德國(guó)提出“工業(yè)4·0”以來(lái)，各國(guó)紛紛提出其相關(guān)的新時(shí)代工業(yè)發(fā)展計(jì)劃，我國(guó)也在2015年提出了“中國(guó)制造2025計(jì)劃”，從此我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展就進(jìn)入了一個(gè)迅猛發(fā)展的時(shí)期，呈現(xiàn)出一發(fā)不可收拾的勢(shì)頭。事實(shí)上早在2013年起，我國(guó)就已經(jīng)連續(xù)三年是全球最大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場(chǎng)，以2015年為例，全球工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)量為24.8萬(wàn)臺(tái)，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人全年銷(xiāo)量累計(jì)6.67萬(wàn)臺(tái)，也就是說(shuō)每賣(mài)出4臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，就有一臺(tái)是在中國(guó)！隨著工業(yè)機(jī)器人數(shù)量的增加，我國(guó)的制造業(yè)也越來(lái)越強(qiáng)大，可是需要的相關(guān)人才也越來(lái)越緊缺，尤其是工業(yè)機(jī)器人方面的專業(yè)人才?！鞍凑漳壳爸袊?guó)機(jī)器人安裝量的增長(zhǎng)速度，人才需求早就處于干渴狀態(tài)了”前哈工大機(jī)器人研究所所長(zhǎng)，教育部長(zhǎng)江學(xué)者，特聘教授孫立寧曾說(shuō)。可編程控制器(PLC)

工業(yè)機(jī)器人

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD/CAM)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)需要的是一種跨學(xué)科、跨專業(yè)的

綜合型人才，尤其是橫跨工業(yè)機(jī)器人技術(shù)本身和PLC等技術(shù)的人才。

1.6.2工業(yè)機(jī)器人技術(shù)需要的人才工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是一項(xiàng)綜合性應(yīng)用技術(shù)，涵蓋了自動(dòng)控制、電子、人工智能、機(jī)械等學(xué)科理論，在自動(dòng)控制領(lǐng)域，有三大技術(shù)支柱：兩個(gè)層面的人才：

(1)操作、編程、使用和維護(hù)（中職培養(yǎng)目標(biāo)）(2)前者+系統(tǒng)集成應(yīng)用（大專及以上培養(yǎng)目標(biāo)）工業(yè)機(jī)器人的種類(lèi)工業(yè)機(jī)器人按技術(shù)水平的分類(lèi)第一代機(jī)器人這類(lèi)機(jī)器人能夠按照人類(lèi)預(yù)先示教的軌跡、行為、順序和速度重復(fù)作業(yè)。示教可以由操作員手把手地進(jìn)行，比如操作人員握住機(jī)器人上的噴槍，沿噴路線示范一遍，機(jī)器人動(dòng)作中記住這一連串運(yùn)動(dòng)，工作時(shí)，自動(dòng)重復(fù)這些運(yùn)動(dòng)，從而完成給定位置的涂裝工作。但是，比較普遍的方式是通過(guò)示教器示教。操作人員利用示教器上的開(kāi)關(guān)或按鍵來(lái)控制機(jī)器人一步一步地運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人自動(dòng)記錄，然后重復(fù)。目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的機(jī)器人大多屬于第一代。第二代機(jī)器人第二代工業(yè)機(jī)器人具有環(huán)境感知裝置，能在一定程度上適應(yīng)環(huán)境的變化，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段。以焊接機(jī)器人為例，機(jī)器人焊接的過(guò)程一般是通過(guò)示教方式給出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)曲線，機(jī)器人攜帶焊槍沿著該曲線進(jìn)行焊接。這就要求工件的一致性要好，即工件被焊接位置必須十分準(zhǔn)確。否則，機(jī)器人攜帶焊槍沿所走的曲線和工件的實(shí)際焊縫位置會(huì)有偏差。為解決這個(gè)問(wèn)題，第二代工業(yè)機(jī)器人（應(yīng)用于焊接作業(yè)時(shí)）采用焊縫跟蹤技術(shù)，通過(guò)傳感器感知焊縫的位置，再通過(guò)反饋控制，機(jī)器人就能夠自動(dòng)跟蹤焊縫，從而對(duì)示教的位置進(jìn)行修正，即使實(shí)際焊縫粗對(duì)于原始設(shè)定的位置有變化，機(jī)器人仍然可以很好地完成焊接工作。類(lèi)似的技術(shù)正越來(lái)越多地應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人。激光焊縫跟蹤機(jī)器人第三代機(jī)器人第三代工業(yè)機(jī)器人稱為智能機(jī)器人，具有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且能自主地解決問(wèn)題的能力，尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。作為發(fā)展目標(biāo)，這類(lèi)機(jī)器人具有多種傳感器，不僅可以感知自身的狀態(tài)，比如所處的位置、自身的故障情況等，而且能夠感知外部環(huán)境的狀態(tài)，比如自動(dòng)發(fā)現(xiàn)路況、測(cè)出協(xié)作機(jī)器的相對(duì)位置、相互作用的力等。更為重要的是，能夠根據(jù)獲得的信息，進(jìn)行邏輯推理、判斷決策，在變化的內(nèi)部狀態(tài)與變化的外部環(huán)境中，自主決定自身的行為。這類(lèi)機(jī)器人具有高度的適應(yīng)性和自治能力。盡管經(jīng)過(guò)多年來(lái)的不懈研究，人們研制了很多各具特點(diǎn)的試驗(yàn)裝置，提出大量新思想、新方法，但現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人的自適應(yīng)技術(shù)還是十分有限的。1.4工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)與應(yīng)用20應(yīng)用領(lǐng)域

指在工業(yè)生產(chǎn)中使用的機(jī)器人的總稱，主要用于完成工業(yè)生產(chǎn)中的某些作業(yè)。應(yīng)用：搬運(yùn)機(jī)器人、焊接機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、裝配機(jī)器人、碼垛機(jī)器人等。工業(yè)機(jī)器人

指在除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類(lèi)的各種機(jī)器人總稱。應(yīng)用：農(nóng)業(yè)機(jī)器人、醫(yī)用機(jī)器人、家務(wù)機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、迎賓機(jī)器、排爆機(jī)器人、偵察機(jī)器人、