工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)（蔣正炎第三版）課件 第1-3篇 漫談篇-工業(yè)機器人世界漫游- 拓展篇- 體驗篇-工業(yè)機器人虛擬仿真

第一篇漫談篇——工業(yè)機器人世界漫游

任務(wù)一現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史第一篇漫談篇——工業(yè)機器人世界漫游

2015年5月19日，國務(wù)院印發(fā)了《中國制造2025》規(guī)劃，部署全面推進(jìn)實施制造強國戰(zhàn)略。這是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)，這是中國版“工業(yè)4.0計劃”?！吨袊圃?025》提出，堅持“創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”的基本方針，堅持“市場主導(dǎo)、政府引導(dǎo)，立足當(dāng)前、著眼長遠(yuǎn)，整體推進(jìn)、重點突破，自主發(fā)展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標(biāo)：第一步，到2025年邁入制造強國行列；第二步，到2035年我國制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強國陣營中等水平；第三步，到新中國成立一百年時，我制造業(yè)大國地位更加鞏固，綜合實力進(jìn)入世界制造強國前列。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史《中國制造2025》的戰(zhàn)略任務(wù)和重點是：提高國家制造業(yè)創(chuàng)新能力，推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合，強化工業(yè)基礎(chǔ)能力，加強質(zhì)量品牌建設(shè)，全面推行綠色制造，大力推動十大重點領(lǐng)域（圖1-1），深入推進(jìn)制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，積極發(fā)展服務(wù)型制造和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，提高制造業(yè)國際化發(fā)展水平。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-1《中國制造2025》重點發(fā)展十大領(lǐng)域放眼世界，每次工業(yè)革命引發(fā)了生產(chǎn)組織形式和意識形態(tài)的變化，從農(nóng)業(yè)化走向工業(yè)化，從機械時代走向電氣時代，從傳統(tǒng)能源走向新能源，從勞動力密集型走向自動化信息化。從傳統(tǒng)的工業(yè)革命概念，引申出科技革命、信息革命、資訊革命等概念，這些都是高科技開發(fā)與發(fā)明，是未來支柱企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。圖1-2所示為現(xiàn)代工業(yè)革命發(fā)展史。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-2現(xiàn)代工業(yè)革命發(fā)展史第一次工業(yè)革命是指十八世紀(jì)末，以瓦特蒸汽機的發(fā)明和廣泛使用為樞紐，到19世紀(jì)30、40年代機器制造業(yè)機械化的實現(xiàn)為基本完成的標(biāo)志。大機器工業(yè)代替手工業(yè)，機器工廠代替手工工場，最典型的是英國人斯蒂芬孫研制了第一臺蒸汽機車（圖1-3），美國人富爾敦制造了第一艘汽船（圖1-4）。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-3第一臺蒸汽機車圖1-4第一艘汽船第二次工業(yè)革命是指19世紀(jì)中期，隨著歐美和日本的資產(chǎn)階級革命的完成，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也開始第二次工業(yè)革命。德國人西門子制成了發(fā)電機，內(nèi)燃機的創(chuàng)制和使用，電器開始用于代替機器，成為補充和取代以蒸汽機為動力的新能源；新通訊手段的發(fā)明，化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，鋼鐵等傳統(tǒng)工業(yè)的進(jìn)步，人類進(jìn)入了“電氣時代”。最典型的是美國人愛迪生發(fā)明了電燈（圖1-5），美國人莫爾斯制成一臺電磁式的電報機（圖1-6）。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-5愛迪生發(fā)明了電燈

圖1-6莫爾斯電報機發(fā)報第三次工業(yè)革命是指20世紀(jì)六十年代開始，以原子能、電子計算機、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和應(yīng)用為主要標(biāo)志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域的一場信息控制技術(shù)革命。最典型的是工業(yè)機器人應(yīng)用（圖1-7）和綠色能源廣泛使用（圖1-8）。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-7工業(yè)機器人應(yīng)用圖1-8綠色能源應(yīng)用第四次工業(yè)革命起源于2006年德國政府頒布的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》，該戰(zhàn)略文件重點是《未來項目“工業(yè)4.0”》，其他國家也相繼出臺文件。自2008年金融危機起遇到了產(chǎn)業(yè)空心化，鑒于在其GDP總量中服務(wù)業(yè)占比70%而制造業(yè)僅占12%的不平衡結(jié)構(gòu)，美國提出“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計劃”，旨在振興“美國制造”。英國2013年10月提出《英國工業(yè)2050戰(zhàn)略》，中國在2014年7月編制《中國制造2025》規(guī)劃，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整站在了制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的十字路口，中國第一次與發(fā)達(dá)國家站在同一起跑線上。未來制造業(yè)將回歸各國戰(zhàn)略重心，成為全球經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長的重要引擎。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—CPS信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem）相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型?！肮I(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史“工業(yè)4.0”的三大主題：智能工廠、智能生產(chǎn)和智能物流。圖1-9是2014年漢諾威工業(yè)博覽會，主題定為“融合的工業(yè)——下一步”，反映出展會對生產(chǎn)集成化及其對行業(yè)未來影響的重視。圖1-10是位于德國安貝格的西門子智能工廠。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史圖1-92014年漢諾威工業(yè)博覽會

圖1-10西門子智能工廠中國制造模式面臨著三大困境：①勞動力結(jié)構(gòu)性短缺，人口紅利到期，勞動力效率低；②高成本、低附加值；③單位GDP耗能高：8倍于日本、4倍于美國、2倍于韓國，資源環(huán)境無以為繼。中國制造模式難以持續(xù)，急需轉(zhuǎn)型，機器換人勢在必行。1.1現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史謝

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任務(wù)二機器人大事件第一篇漫談篇——工業(yè)機器人世界漫游

世界機器人之父恩格爾伯格先生認(rèn)為，機器人目前尚沒有準(zhǔn)確的定義，但有一點可以確定，即機器人不一定像人，但能替代人工作。美國不僅將工業(yè)機器人和服務(wù)機器人看做是機器人，還將無人機、水下潛器、月球車甚至巡航導(dǎo)彈等都看做是機器人。1.2機器人大事件機器人技術(shù)是綜合了計算器、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。它一般由機械本體、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種綜合了人和機器特長、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化裝置。它既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，可以用來完成人類無法完成的任務(wù)，其應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。1.2機器人大事件機器人發(fā)展大事件

三千多年前的西周時代，我國就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者”，這可能是世界上最早的“機器人”；1921年，一部關(guān)于機器人題材的演出在布拉格國家大劇院首度上演，捷克劇作家恰佩克在他的幻想劇《羅薩姆萬能機器人公司》中塑造的主人公羅伯特（Robot），是一位忠誠勤勞的機器人，此后羅伯特（Robot）成了國際公認(rèn)的機器人的代名詞；1939年，美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機器人Elektro；1942年，美國科幻巨匠阿西莫夫提出“機器人三定律”；1954年，美國電子學(xué)家德沃爾研制出一種類似人手臂的可編程機械手；1.2機器人大事件1958年，美國物理學(xué)家英格伯格與德沃爾聯(lián)手，于1958年研制出世界上第一臺真正實用的工業(yè)機器人，成立了世界上第一家機器人制造工廠“尤尼梅遜”公司，英格爾伯格因此被稱為工業(yè)機器人之父；1962年，美國AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”（意思是萬能搬運），成為真正商業(yè)化的機器人；1965年，美國約翰.霍普金斯大學(xué)研制出“有感覺”Beast機器人；1968年，美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機器人Shakey，算是世界第一臺職能機器人；1969年，日本早稻田大學(xué)研發(fā)出第一臺以雙腳走路的機器人；1980年，日本迅速普及工業(yè)機器人，“機器人元年”；1.2機器人大事件1996年，瑞典家電巨頭伊萊克斯(Electrolux)制造了世界上第一臺量產(chǎn)型掃地機器人的原型——“三葉蟲”；1997年，機器人足球世界杯賽橫空出世；1997年，自主式機器人車輛“索杰納”登上火星的自主式機器人車輛；1997年，IBM公司開發(fā)出來的"深藍(lán)"戰(zhàn)勝棋王卡斯帕羅夫，這是機器人發(fā)展的里程碑。1997年，日本本田公司率先研制出了第一臺類人型步行機器人樣機P3；1997年，我國6000米無纜水下機器人試驗應(yīng)用成功，標(biāo)志著我國水下機器人技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平；1.2機器人大事件2000年，我國獨立研制的第一臺具有人類外形、能模擬人類基本動作的類人型機器人在長沙國防科技大學(xué)問世；2001年，美國麻省理工學(xué)院研發(fā)出了世界上第一個有模擬感情的機器人；2003年，機器人參與火星探險計劃，兩臺漫游者機器人探索火星表面和地質(zhì)任務(wù)；2003年，德國庫卡公司（KUKA）開發(fā)出第一臺娛樂機器人Robocoaster；2004年，日本安川（Motoman）機器人公司開發(fā)了改進(jìn)的機器人控制系統(tǒng)（NX100），它能夠同步控制四臺機器人，可達(dá)38軸；2008年，世界上第一例機器人切除腦瘤手術(shù)成功，施行手術(shù)的是卡爾加里大學(xué)醫(yī)學(xué)院研制的“神經(jīng)臂”；1.2機器人大事件2008年，我國首臺家用網(wǎng)絡(luò)智能機器人——塔米（Tami）在北京亮相；2009年，瑞典ABB公司推出了世界上最小的多用途工業(yè)機器人IRB120；2011年，世界第一臺仿人型機器人進(jìn)入太空；2014年，我國首條“機器人制造機器人”生產(chǎn)線投產(chǎn)；2015年，我國研制出世界首臺自主運動可變形液態(tài)金屬機器；2017年，“索菲亞”在沙特阿拉伯首都利雅得舉行的“未來投資倡議”大會上獲得了沙特公民身份，也是史上首位獲得公民身份的機器人；1.2機器人大事件2018年，美國馬薩諸塞州的波士頓動力（BostonDynamics）的Atlas做跑酷（圖1-11）、進(jìn)行倒車或慢跑，SpotMini開門（圖1-12），憑借其炫技又吸睛的機器人產(chǎn)品為世界贏得了驚喜；2018年，央視春晚上百輛百度阿波羅（Apollo）無人車隊在港珠澳大橋上穿行而過，并完成了8字交叉跑的高難度動作，為全國的觀眾帶來了一場極具視覺震撼的黑科技表演；1.2機器人大事件2019年，我國的中興和新松聯(lián)合推出5G智慧工廠的“5G+AR+協(xié)作機器人”；2020年，ABB推出了適用于嚴(yán)苛工作環(huán)境的新版IRB1100機器人和OmniCore控制器，增強了其防水和防塵保護(hù)設(shè)計；2021年，工業(yè)和信息化部等十五部門聯(lián)合印發(fā)《“十四五”機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》；2022年，國內(nèi)首個工業(yè)級5G智能機器人聯(lián)合實驗室落成儀式成功舉行，該實驗室由珞石機器人與中科晶上共同建設(shè)成立，雙方基于工業(yè)5級研發(fā)建設(shè)G智能芯片機器人，解決了中國機器人和芯片領(lǐng)域的雙重問題“卡脖子”技術(shù)問題，共同推動機器人產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。1.2機器人大事件1.2機器人大事件圖1-11波士頓動力Atlas做跑酷圖1-12波士頓動力SpotMini開門謝

謝第一篇漫談篇——工業(yè)機器人世界漫游

任務(wù)三機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用第一篇漫談篇——工業(yè)機器人世界漫游

機器人改變了生產(chǎn)方式，帶來了制造業(yè)模式的變革。新一輪工業(yè)革命呼喚著機器人發(fā)展，勞動力成本不斷上升加速機器人需求，新技術(shù)進(jìn)步提升機器人性能，客戶化定制依賴于機器人制造。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用為了避免危險惡劣的工作環(huán)境導(dǎo)致的工傷事故和職業(yè)病，保護(hù)工人的身心安全，對一些特殊工種，工作量大，環(huán)境惡劣，危險性，人類無法涉足的工作領(lǐng)域都可由工業(yè)機器人代替。在制造業(yè)中，工業(yè)機器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造（沖壓、壓鑄、鍛造等）、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中，工業(yè)機器人都已逐步取代了人工作業(yè)。圖1-13和圖1-14是應(yīng)用最廣泛的裝配和碼垛機器人。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-13裝配機器人圖1-14碼垛機器人機器人作為現(xiàn)代制造業(yè)主要的自動化裝備，已廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機械、電子信息、家電、化工等行業(yè)，進(jìn)行焊接、裝配、搬運、加工、噴涂、碼垛等復(fù)雜作業(yè)。全世界投入使用的機器人數(shù)量近年來快速增加，目前，日本實際裝配的機器人總量占世界總量的一半。裝配是日本機器人的最大應(yīng)用領(lǐng)域，它擁有的機器人占總數(shù)的42%；焊接是應(yīng)用的第二大領(lǐng)域，占機器人總數(shù)的19%；注塑是第三大應(yīng)用領(lǐng)域，占機器人總數(shù)約12%，機加工次之為8%。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3.1工業(yè)機器人在汽車制造中的應(yīng)用汽車工業(yè)4.0是依托信息物理系統(tǒng)（CPS）和信息通訊技術(shù)相結(jié)合使汽車車間實現(xiàn)自動化、智能化、互聯(lián)網(wǎng)化得汽車生產(chǎn)制造過程，包括無線射頻技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)、在線條碼、二維碼比對、影像識別、機器人等技術(shù)應(yīng)用。工業(yè)機器人是汽車生產(chǎn)中非常重要的設(shè)備，各個部件的生產(chǎn)都需要有工業(yè)機器人的參與。工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)線上工作主要有弧焊、點焊、裝配、搬運、噴漆、檢測、碼垛、研磨拋光和激光加工等復(fù)雜作業(yè)。圖1-15為工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)線上常見的4類工作。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用（a）搬運機器人（b）焊接機器人（c）裝配機器人（d）噴涂機器人圖1-15工業(yè)機器人在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用我們來舉幾個例子，在汽車生產(chǎn)中的車身生產(chǎn)中，有大量壓鑄，焊接，檢測等應(yīng)用，這一些目前均由工業(yè)機器人參與完成，特別是焊接線，一條焊接線就有大量的工業(yè)機器人，所以一般現(xiàn)在的一些領(lǐng)導(dǎo)參觀，多為去焊接車間，一排機器人，相當(dāng)壯觀，同時也顯示出自動化的程度相當(dāng)?shù)母?；汽車?nèi)飾生產(chǎn)，汽車內(nèi)飾相當(dāng)?shù)亩啵钪饕膭t是儀表盤，而儀表盤的制作，則需要表皮弱化機器人，發(fā)泡機器人，最后的產(chǎn)品切割機器人，汽車車身的噴涂，這一塊由于工作量大，危險性，大量的也都由工業(yè)機器人代替。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用一、焊接機器人在汽車底盤焊接中的應(yīng)用國內(nèi)生產(chǎn)的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件，主要構(gòu)件采用沖壓焊接,板厚平均為1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高，其質(zhì)量的好壞直接影響到轎車的安全性能。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用焊接機器人最適合于多品種高質(zhì)量生產(chǎn)方式，目前已廣泛應(yīng)用在汽車制造業(yè)，汽車底盤、座椅骨架、導(dǎo)軌、消聲器以及液力變矩器等焊接件均使用了機器人焊接，尤其在汽車底盤焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，如圖1-16所示。應(yīng)用機器人焊接后，大大提高了焊接件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，并保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性和降低勞動強度，改善了勞動環(huán)境。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-16焊接機器人在汽車生產(chǎn)線上按照焊接機器人系統(tǒng)在汽車底盤零部件焊接的夾具布局的不同特點，及外部軸等外圍設(shè)施的不同配置，焊接機器人系統(tǒng)可分為以下幾種形式。（1）滑軌+焊接機器人的工作站；（2）單（雙）夾具固定式+焊接機器人工作站；（3）帶變位機回轉(zhuǎn)工作臺+焊接機器人工作站；（4）搬運機器人+焊接機器人工作站；（5）協(xié)調(diào)運動式外軸+焊接機器人工作站；（6）機器人焊接自動線；（7）焊接機器人柔性系統(tǒng)。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用二、KUKA機器人在寶馬汽車的應(yīng)用現(xiàn)代汽車制造業(yè)不斷向“準(zhǔn)時化”和“精益生產(chǎn)”的方向發(fā)展，這對設(shè)備的快速響應(yīng)、柔性化、集成化和多任務(wù)處理的能力提出了更高要求。為迎合這種需求，庫卡公司另辟蹊徑，突破傳統(tǒng)的機器人協(xié)同工作組概念，以單個機器人作為獨立的控制對象。把計算機網(wǎng)絡(luò)控制的概念引入到機器人協(xié)同工作組控制中，對機器人協(xié)同工作組的功能和工作模式進(jìn)行了歷史性的革新，使得15臺機器人同步工作成為可能，完全顛覆了傳統(tǒng)汽車制造中以工位為目標(biāo)單位的工藝格局，汽車的柔性化生產(chǎn)提高到了一個空前的高度。庫卡焊接、裝配機器人在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用如圖1-17和圖1-18所示。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-17KUKA焊接機器人在汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用圖1-18KUKA裝配機器人在汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用寶馬公司為其在雷根斯堡的工廠尋找一種自動化解決方案用以傳送寶馬1系列及3系列車型的整個前后軸以及車門。該方案選擇了三臺庫卡機器人，包括一臺KR500及兩臺KR360來傳送前后軸。KR500從裝配系統(tǒng)中取出已裝配好的前軸并將其置于裝配總成支架上，在那里前軸將被裝配到傳動桿上。KR500的多用夾持器適用于1、3系列所有車型專有的軸。此外，整個夾持器還滿足了寶馬公司的要求，即能夠在傳送過程中使軸的活動部分保持在規(guī)定的位置。由此，機器人可將所有需要裝配的部件在轉(zhuǎn)配總成支架上準(zhǔn)確定位。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用兩臺重載型機器人KR36傳送后軸。第一臺KR360從裝配系統(tǒng)中取出軸并將其置于多用工件托架的存儲器內(nèi)。第二臺KR360從存儲器中取出軸并將其置于裝配總成支架上。如同前軸的情況，放置后軸時所需達(dá)到的精確位置可通過一個感知器測量系統(tǒng)得到。為使KR360能夠在最佳的位置上完成所需的工作，它被安裝在一個一米半高的底座之上。由于機器人控制系統(tǒng)將夾持器作為第七條軸來移動，因此KR360就有能力將客車車軸舉到輪轂處而不受輪距的限制。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用在傳送車門方面，四臺裝配有400mm延長臂的KR150，每兩臺作為一組，可以替代數(shù)目相同的提升站以及所屬用以交接的機械裝置。在兩個機器人小組內(nèi)部，一臺機器人負(fù)責(zé)前門，另一臺負(fù)責(zé)后門，如圖1-19所示。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-19KUKA裝配機器人裝配車門當(dāng)一輛帶著空運輸?shù)跫艿碾妱愉撍鞯踯囃Ｔ诠の粌?nèi)時，機器人的工作就可以開始了。有關(guān)的KR150將其夾持器擺動著伸入貨物承裝工具內(nèi)部，將其從電動鋼索吊車上取下并置于下一層以做好裝料準(zhǔn)備。兩個在此工作的工作人員為吊架的兩側(cè)都裝上相應(yīng)車身的車門。之后，機器人將貨物承裝工具移回上一層并將其重新放回電動鋼索吊車。如圖1-12所示，由于機器人重復(fù)精度高，就可以避免對車門及電動鋼索吊產(chǎn)生損傷。由于對機器人可進(jìn)行自由編程，因此整個設(shè)備也具有很高的靈活性。除此之外，庫卡公司還可以滿足寶馬公司對夾持器的要求--設(shè)計簡單且安全可靠。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用1.3.2工業(yè)機器人在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用一、碼垛機器人國內(nèi)的物流行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了準(zhǔn)高速增長階段。傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)設(shè)備可能已經(jīng)不能滿足企業(yè)日益增長的生產(chǎn)需求。以碼垛設(shè)備為例，機械式碼垛機，具有占地面積大、程序更改復(fù)雜、耗電量大等缺點；采用人工搬運，勞動量大，工時多，無法保證碼垛質(zhì)量，影響產(chǎn)品順利進(jìn)入貨倉，可能有百分之五十的產(chǎn)品由于碼垛尺寸誤差過大而無法進(jìn)行正常存儲，還需要重新整理。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用目前歐、美、日的碼垛機器人在碼垛市場的占有率超過了90%，絕大數(shù)碼垛作業(yè)由碼垛機器人完成。碼垛機器人能適應(yīng)于紙箱、袋裝、罐裝、箱體、瓶裝等各種形狀的包裝成品碼垛作業(yè)，如圖1-20所示。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-20碼垛機器人在包裝生產(chǎn)線上碼垛機器人通過檢測吸盤和平衡氣缸內(nèi)氣體壓力，能自動識別機械手臂上有無載荷，并經(jīng)氣動邏輯控制回路自動調(diào)整平衡氣缸內(nèi)的氣壓，達(dá)到自動平衡的目的。工作時，重物猶如懸浮在空中，可避免產(chǎn)品對接時的碰撞。在機械手臂的工作范圍內(nèi)，操作人員可將其前后左右上下輕松移動到任何位置，人員本身可輕松操作。同時，氣動回路還有防止誤操作掉物和失壓保護(hù)等連鎖保護(hù)功能。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用碼垛機器人能將不同外形尺寸的包裝貨物，整齊、自動地碼（或拆）在托盤上（或生產(chǎn)線上等）。為充分利用托盤的面積和碼堆物料的穩(wěn)定性，機器人具有物料碼垛順序、排列設(shè)定器?？蓾M足從低速到高速，從包裝袋到紙箱，從碼垛一種產(chǎn)品到碼垛多種不同產(chǎn)品。先進(jìn)的大型碼垛機器人如圖1-21所示。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-21大型碼垛機器人二、自動導(dǎo)引車AGV是自動導(dǎo)引車（AutomatedGuidedVehicle）的英文縮寫，是指具有磁條，軌道或者激光等自動導(dǎo)引設(shè)備，沿規(guī)劃好的路徑行駛，以電池為動力，并且裝備安全保護(hù)以及各種輔助機構(gòu)（例如移載，裝配機構(gòu)）的無人駕駛的自動化車輛，如圖1-22所示。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-22自動導(dǎo)引車

通常多臺AGV與控制計算機（控制臺），導(dǎo)航設(shè)備，充電設(shè)備以及周邊附屬設(shè)備組成AGV系統(tǒng)，其主要工作原理表現(xiàn)為在控制計算機的監(jiān)控及任務(wù)調(diào)度下，AGV可以準(zhǔn)確的按照規(guī)定的路徑行走，到達(dá)任務(wù)指定位置后，完成一系列的作業(yè)任務(wù)，控制計算機可根據(jù)AGV自身電量決定是否到充電區(qū)進(jìn)行自動充電。根據(jù)導(dǎo)航方式的不同，目前AGV產(chǎn)品可分為：磁導(dǎo)航AGV和激光導(dǎo)航AGV（又稱LGV）。在物流領(lǐng)域里，根據(jù)工作方式的不同，AGV有叉車式運輸型AGV、搬運型AGV、重載AGV、智能巡檢AGV、特種AGV以及簡易AGV（又稱AGC）等。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用當(dāng)前的智能物流機器人CPU性能越來越高，控制器內(nèi)部根據(jù)控制功能的不同采取模塊化設(shè)計，運動平衡控制的增強，提高了機器人加速和加速的時間，加快了機器人的動作周期，碰撞檢測功能的提高，極大地保護(hù)了機器人本體和手爪；新開發(fā)的虛擬現(xiàn)實功能，作為軟件集成在機器人系統(tǒng)控制柜中。通過機器人示教盤監(jiān)控視覺功能的作業(yè)情況。舍去了傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)中PC機等硬件，大大節(jié)省了成本支出。機器人已經(jīng)在中國物流行業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，節(jié)約了成本，提高物流效率。智能物流機器人如圖1-23所示。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-23智能物流機器人1.3.3工業(yè)機器人在能源領(lǐng)域中的應(yīng)用能源裝備自動化產(chǎn)業(yè)已經(jīng)利用先進(jìn)機器人及自動化技術(shù)，開發(fā)各種油田及其它能源行業(yè)自動化裝備。例如：應(yīng)用于海上和陸地油氣田的井口管處理機器人系統(tǒng)，相修井作業(yè)管桿自動操作機、自動修井機、勘察船抓管機器人、鉆臺機器人、二層平臺操作機器人等，還有像應(yīng)用于發(fā)電廠和變電站的巡視機器人等。用于完成高勞動強度、環(huán)境惡劣的場合。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用一、折臂抓管機器人折臂抓管機器人主要安裝在船甲板或海洋鉆井平臺上，采用機器人自動化技術(shù)，與鷹爪機之間協(xié)調(diào)配合工作，將管場中水平放置的鉆桿移運到井口，翻轉(zhuǎn)為豎直狀態(tài)；或者將井口上方拆卸下的豎直鉆桿，翻轉(zhuǎn)并移運到管場。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用在運移過程中，鉆桿質(zhì)心軌跡保持為平行或垂直船軸線，并且鉆桿軸線與船軸線保持平行，實現(xiàn)鉆桿在空間范圍內(nèi)按規(guī)劃軌跡的移運。折臂抓管機器人在海洋鉆探領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣闊，如圖1-24所示。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-24抓臂抓管機器人二、發(fā)電廠、變電站的巡視機器人長期以來，我國電力行業(yè)沿用的變電站設(shè)備人工巡檢作業(yè)方式，在高壓、超高壓、核力發(fā)電以及惡劣氣象條件下，不僅對人身危害大，而且對電網(wǎng)安全運行帶來一定隱患。工業(yè)巡視監(jiān)控機器人可代替人工完成電氣設(shè)備的巡檢作業(yè)。工業(yè)監(jiān)控機器人系統(tǒng)以自主或遙控的方式，在無人值守或少人值守的變電站對室外設(shè)備進(jìn)行巡檢，可及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的熱缺陷、異物懸掛等設(shè)備異?，F(xiàn)象。它可以通過攜帶的各種傳感器，完成變電站設(shè)備的圖像巡視、一次設(shè)備的紅外檢測等。操作人員只需通過后臺計算機收到的實時數(shù)據(jù)、圖像等信息，即可完成發(fā)電廠、變電站的設(shè)備巡視工作。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用巡視機器人主要應(yīng)用于室外變電站代替巡視人員進(jìn)行巡視檢查。該機器人系統(tǒng)可以攜帶紅外熱像儀、可見光CCD等有關(guān)的電站設(shè)備檢測裝置，以自主和遙控的方式，代替人對室外設(shè)備進(jìn)行巡測，以便及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的內(nèi)部熱缺陷、外部機械或電氣問題如：異物、損傷、發(fā)熱、漏油等等，給運行人員提供診斷電力設(shè)備運行中的事故。如圖1-25所示。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-25自動巡視機器人工業(yè)監(jiān)控機器人是集機電一體化技術(shù)、運動控制系統(tǒng)、視頻采集、紅外探測、穩(wěn)定的無線傳輸技術(shù)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。采用完全自主或遙控方式，沿指定線路自主行走。攜帶的攝像機作為檢測裝置，用于檢測輸電設(shè)備的損傷情況，并將檢測到的數(shù)據(jù)和圖像信息經(jīng)過無線傳輸發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，后臺可以接收、顯示和存儲機器人發(fā)回的數(shù)據(jù)和圖像資料，并對機器人的運行狀態(tài)具有遠(yuǎn)程控制和檢測的能力。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用運動控制系統(tǒng)：主要實現(xiàn)機器人動力驅(qū)動，根據(jù)系統(tǒng)路徑規(guī)劃和遙控指令實現(xiàn)車體的運動控制，包括速度、位置控制。如圖1-26所示，機器人在爬臺階。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用圖1-26自動巡視機器人爬臺階紅外采集系統(tǒng)：紅外熱像儀是目前利用紅外輻射測溫領(lǐng)域中最先進(jìn)的一種測溫設(shè)備，其結(jié)構(gòu)一般是由三部分組成：紅外探測頭、圖像處理器、監(jiān)視器。紅外成像技術(shù)利用現(xiàn)代高科技手段，在設(shè)備不停電的情況下，即在高電壓，大負(fù)荷的條件下，檢測設(shè)備運行狀況，通過對電氣設(shè)備表面溫度的分布及其測試，分析和判斷，發(fā)現(xiàn)運行設(shè)備異常及其缺陷。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用視頻采集系統(tǒng)：通過工業(yè)監(jiān)控機器人攜帶的攝像頭進(jìn)行視頻圖像的采集，采集模塊將視頻數(shù)據(jù)經(jīng)無線網(wǎng)傳回后臺，后臺的視頻處理模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測分析，檢測結(jié)果通過無線網(wǎng)發(fā)回云臺命令，對監(jiān)控機器人上的攝像頭進(jìn)行控制。1.3機器人走進(jìn)工業(yè)應(yīng)用謝

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任務(wù)四機器人服務(wù)各行各業(yè)第一篇漫談篇——工業(yè)機器人世界漫游

機器人系統(tǒng)在不斷發(fā)展，并漸漸滲透進(jìn)了人類的諸多生活領(lǐng)域內(nèi)，從制造業(yè)、醫(yī)學(xué)和遠(yuǎn)程探測技術(shù)到娛樂、安全與私人助理等不一而足。下面列舉一些在醫(yī)療、生活、娛樂等行業(yè)的最棒最新的機器人，它們讓我們看到未來……1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)1.4.1牙疼機器人牙疼機器人Hanako（圖7-14）來自日本的醫(yī)生和機器人研究人員推出了一款仿人機器人“Hanako”，該機器人可以通過眨動眼睛、以及像病人那樣流口水，甚至可以表達(dá)疼痛的表情。而Hanako可作為牙科學(xué)生的演練工具，以及用來測驗和評估牙科學(xué)生的技能水平。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-27牙疼機器人Hanako具有女性外形的機器人Hanako面部表情非常豐富，甚至能夠開口說話：“請多多關(guān)照?！钡?，當(dāng)牙科學(xué)生鉆孔時鉆的過多、或者鉆的地方不對時，Hanako會說：“你碰疼我了”，然后不斷的搖動其塑料材質(zhì)的頭部。而牙科學(xué)生會根據(jù)機器人的表現(xiàn)來做出修正。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)1.4.2手術(shù)機器人手術(shù)機器人是一位醫(yī)這療保健一眼五臂的“醫(yī)生”。有人預(yù)測：“25年后，手術(shù)臺前也許看不到大夫，主刀的將是機器人?！比鐖D1-28所示，國內(nèi)首臺微創(chuàng)外科手術(shù)機器人“妙手A”在操作人員的控制下，演示著外科大夫在手術(shù)中常做的操作，對捏、剪切、縫合、打結(jié)等操作。這些都是在和手術(shù)臺完全獨立的一部控制器前完成的，手術(shù)臺前的主刀大夫是一臺具有一眼——內(nèi)墻窺視鏡，五臂——手持各種手術(shù)器械的機械手。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-28手術(shù)機器人圖1-29是馬薩諸塞州米爾頓的米爾頓醫(yī)院泌尿科醫(yī)生克利福德?格魯克（CliffordGluck）正在操作“達(dá)芬奇”機器人系統(tǒng)。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-29“達(dá)芬奇”機器人1.4.3服務(wù)員機器人在泰國首都曼谷的一家日本餐館，機器人服務(wù)員為客人上菜。這家日本餐館是泰國首家擁有機器人服務(wù)員的餐館，顧客可以通過電子觸摸屏進(jìn)行點菜，機器人則會帶來相應(yīng)的服務(wù)。機器人服務(wù)員能有節(jié)奏地跳舞，還可以自動到餐桌為客人收走空盤子。如圖1-30所示。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-30機器人服務(wù)員如圖1-31所示，日本東京的早稻田大學(xué)機械工程系實驗室開發(fā)的“機器人21”，它的指間正在靈巧地抓取一根吸管，展示出它對細(xì)小物體的操縱能力。菅野茂樹(ShigekiSugano)博士領(lǐng)導(dǎo)早稻田大學(xué)的一個科研組研發(fā)了這種非常先進(jìn)的機器人，他們希望這些機器人能幫助老年人。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-31機器人21如圖1-32所示，在東京舉行的衛(wèi)生機器人展覽活動中，被稱作“MySpoon”的機器人助手正在給日本政府高官喂飯吃。日本Secom公司研發(fā)的這款“MySpoon”機器人是為了幫助殘疾人利用嘴巴、手或腳控制一個操作桿吃飯。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-32喂飯機器人1.4.4地外探測車如圖1-33所示，美國宇航局的“全地形六腿地外探測車”正在穿越與迪蒙沙丘接壤的加州地區(qū)。“全地形六腿地外探測車”經(jīng)過特殊設(shè)計，將能在未來的月球任務(wù)中像阿波羅飛船一樣穿越極端起伏不平的地形，并能攀越極其崎嶇或者陡峭的地形。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-33全地形六腿地外探測車如圖1-34所示，美國航空航天局的新型地球探測車GROVER只在格陵蘭的最高點進(jìn)行工作。該探測車可以經(jīng)得住零下30攝氏度的低溫，和37公里時速的大風(fēng)。如圖1-35所示是日本東芝公司的探測機器人，它甚至可以到被核輻射的福島核電站進(jìn)行探測去污工作任務(wù)。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-34地球探測車GROVER圖1-35東芝探測機器人1.4.5娛樂機器人如圖1-36所示是豐田汽車公司的機器人在陳列室中正在演奏樂器。如圖1-37所示是科威特的駱駝競賽俱樂部，背著機器人騎師的駱駝只在比賽。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-37機器人騎師圖1-36演奏機器人1.4.6保安機器人如圖1-38所示，在東京舉辦的一次展覽中，一位模擬入侵者躺在遙控保安機器人T-34身邊的地上正在網(wǎng)中掙扎，這張網(wǎng)是T-34機器人發(fā)射的。T-34的用戶可通過該機器人的照相機看到運動的物體圖像，并可利用手機控制這種機器人。T-34機器人具有對體溫和聲音產(chǎn)生反應(yīng)的傳感器，通過遙控可以發(fā)射出一張網(wǎng)，捉住入侵者。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-38安保機器人

如圖1-39所示，是Dok-Ing公司研發(fā)的MVF-5多功能機器人滅火系統(tǒng)正在國際應(yīng)急管理學(xué)會的年會上進(jìn)行表演。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-39多功能滅火機器人1.4.7人形手機器人如圖1-40所示，在倫敦科學(xué)博物館里，一名觀眾在和名叫“貝爾蒂”（Berti）的機器人握手。它是跟真人一樣大的人形機器人，設(shè)計師制造它的目的是模仿人類手勢。如圖1-41所示，德國中部漢諾威舉行的世界最大規(guī)模的高科技展覽會CeBIT上觀看人形遙控系統(tǒng)“RollinJustin”表演調(diào)制速溶茶。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-40握手機器人圖1-41機器人調(diào)制速溶茶1.4.8人腦意念機器人日本本田汽車公司日前開發(fā)出一種新技術(shù)，可以將大腦思維與機器人相連接，也許將來有一天，像打開汽車行李箱或控制室內(nèi)空調(diào)這樣的舉動都可以由機器人來替我們完成，至于轎車將來有一天是否不用方向盤靠人的思維自動駕駛。如圖1-42所示，在一個人想象四個簡單動作時(如移動右手、移動左手、跑步和吃飯)，可閱讀頭皮上電流模式以及大腦血流變化的技術(shù)。分析了此類思維模式，然后通過無線方式把信息傳輸給人形機器人阿西莫(Asimo)，阿西莫對大腦信號作出回應(yīng)動作。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-42人腦意念機器人根據(jù)機器人的應(yīng)用環(huán)境，國際機器人聯(lián)盟（IFR）將機器人分為工業(yè)機器人和服務(wù)機器人。其中，工業(yè)機器人指應(yīng)用于生產(chǎn)過程與環(huán)境的機器人，主要包括人機協(xié)作機器人和工業(yè)移動機器人；服務(wù)機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機器人，主要包括個人/家用服務(wù)機器人和公共服務(wù)機器人?，F(xiàn)階段，考慮到我國在應(yīng)對自然災(zāi)害和公共安全事件中，對特種機器人有著相對突出的需求，我們將機器人劃分為工業(yè)機器人、服務(wù)機器人、特種機器人三類。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)本書重點介紹的工業(yè)機器人指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人，在工業(yè)生產(chǎn)加工過程中通過自動控制來代替人類執(zhí)行某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，主要包括焊接機器人、搬運機器人、碼垛機器人、包裝機器人、噴涂機器人、切割機器人和凈室機器人。服務(wù)機器人指在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的先進(jìn)機器人，主要包括家用服務(wù)機器人、醫(yī)療服務(wù)機器人和公共服務(wù)機器人，其中，公共服務(wù)機器人指在農(nóng)業(yè)、金融、物流、教育等除醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外的公共場合為人類提供一般服務(wù)的機器人。特種機器人指代替人類從事高危環(huán)境和特殊工況的機器人，主要包括軍事應(yīng)用機器人、極限作業(yè)機器人和應(yīng)急救援機器人。1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)1.4機器人服務(wù)各行各業(yè)圖1-43根據(jù)應(yīng)用場景的機器人主要分類謝

謝第二篇認(rèn)識篇——工業(yè)機器人家族本領(lǐng)任務(wù)一工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)第二篇認(rèn)識篇——工業(yè)機器人家族本領(lǐng)

2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)一、按照機器人的運動形態(tài)分類按照機器人的運動形態(tài)分類，可以分為直角坐標(biāo)型工業(yè)機器人、圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機器人、球坐標(biāo)型工業(yè)機器人、多關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人、平面關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人和并聯(lián)型工業(yè)機器人，各類型實物圖如圖2-1所示。2.1.1工業(yè)機器人的分類(a)直角坐標(biāo)型(b)圓柱坐標(biāo)型(c)球坐標(biāo)型(d)多關(guān)節(jié)型(e)平面關(guān)節(jié)型(f)并聯(lián)型圖2-1工業(yè)機器人類型2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)1、直角坐標(biāo)型工業(yè)機器人直角坐標(biāo)型工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-2所示。手部空間的位置變化是通過沿著3個相互垂直的軸線移動來實現(xiàn)，常用于生產(chǎn)設(shè)備的上下料和高精度的裝配和檢測作業(yè)。一般直角坐標(biāo)型工業(yè)機器人的手臂可以垂直上下移動（Z軸方向），并可以沿著滑架和橫梁上的導(dǎo)軌進(jìn)行水平二維平面的移動（X、Y方向）。顯然直角坐標(biāo)型工業(yè)機器人有3個移動關(guān)節(jié)，即3個自由度。圖2-2直角坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)示意2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)（1）直角坐標(biāo)型工業(yè)機器人有如下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單；編程容易，在X、Y、Z三個方向的運動沒有耦合，便于控制系統(tǒng)的設(shè)計；直線運動速度快，定位精度高，蔽障性能較好；（2）直角坐標(biāo)型工業(yè)機器人有如下缺點：動作范圍小，靈活性較差；導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，維護(hù)比較困難，導(dǎo)軌暴露面大，不如轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)密封性好；結(jié)構(gòu)尺寸較大，占地面積較大；移動部分慣量較大，增加了對驅(qū)動性能的要求；2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)2、圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機器人圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-3所示。有兩個移動關(guān)節(jié)和一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，末端操作器的安裝軸線的位姿由（z，r,θ）坐標(biāo)予以表示，其主體具有3個自由度：腰部轉(zhuǎn)動、升降運動、手臂伸縮運動。圖2-3圓柱坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)示意2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)（1）圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機器人主要有如下優(yōu)點：控制精度較高，控制較簡單，結(jié)構(gòu)緊湊；對比直角坐標(biāo)形式，在垂直和經(jīng)向的兩個往復(fù)運動可以采用伸縮套簡式結(jié)構(gòu)，在腰部轉(zhuǎn)動時可以把手臂縮回，從而減少轉(zhuǎn)動慣量，改善了力學(xué)負(fù)載?？臻g尺寸較小，工作范圍較大，末端操作器可獲得較高的運動速度。（2）圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機器人主要有如下缺點：由于機身結(jié)構(gòu)的原因，手臂不能到達(dá)底部，末端操作器離z軸愈遠(yuǎn)，減小了機器人的工作范圍，其切向線位移的分辨精度就愈低。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)3、球坐標(biāo)型工業(yè)機器人球坐標(biāo)型工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-4所示，有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)，末端操作器的安裝軸線的位姿由（θ，φ，r）坐標(biāo)予以表示。機械手能夠里外伸縮移動，在垂直平面內(nèi)擺動已經(jīng)繞底座在水平面內(nèi)移動，因為這種機器人的工作空間形成球面的一部分。很多知名企業(yè)球坐標(biāo)型工業(yè)機器人其手臂采用液壓驅(qū)動的移動關(guān)節(jié)，繞垂直和水平軸線的轉(zhuǎn)動也采用了液壓伺服系統(tǒng)。圖2-4球坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)示意2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)球坐標(biāo)型工業(yè)機器人的特點是：占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，位置精度尚可；蔽障性能較差，存在平衡問題；2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)4、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型工業(yè)機器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)型工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-5所示，主要由底座、大臂和小臂組成。大臂和小臂間的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)稱為肘關(guān)節(jié)，大臂和底座間的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)稱為肩關(guān)節(jié)。底座可以繞垂直軸線轉(zhuǎn)動，稱為腰關(guān)節(jié)。它是一種廣泛應(yīng)用的擬人化機器人。圖2-5關(guān)節(jié)坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)示意2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)（1）關(guān)節(jié)坐標(biāo)型工業(yè)機器人的優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積??；靈活性好，手部到達(dá)位置好，具有較好的蔽障性能；沒有移動關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)密封性能好，摩擦小，慣量??；關(guān)節(jié)驅(qū)動力小，能耗較低；（2）關(guān)節(jié)坐標(biāo)型工業(yè)機器人的缺點有：運動過程中存在平衡問題，控制存在耦合；當(dāng)大臂和小臂舒展開時，機器人結(jié)構(gòu)剛度較低；2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)5、并聯(lián)型工業(yè)機器人并聯(lián)型機構(gòu)，是動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構(gòu)可以具有兩個、三個、四個、五個或六個自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機構(gòu)。（a）二自由度（b）三自由度（c）四自由度圖2-6并聯(lián)型工業(yè)機器人2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)從運動形式來看，并聯(lián)機構(gòu)可分為平面機構(gòu)和空間機構(gòu)；細(xì)分可分為平面移動機構(gòu)、平面移動轉(zhuǎn)動機構(gòu)、空間純移動機構(gòu)、空間純轉(zhuǎn)動機構(gòu)和空間混合運動機構(gòu)，并聯(lián)型結(jié)構(gòu)特點：與串聯(lián)機構(gòu)相比剛度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；承載能力大；微動精度高；運動負(fù)荷??；在位置求解上，串聯(lián)機構(gòu)正解容易，但反解十分困難，而并聯(lián)機構(gòu)正解困難反解卻非常容易。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)二、按照輸入信息的方式分類按照輸入信息的方式分類，可以分為操作機械手、固定程序工業(yè)機器人、可編程型工業(yè)機器人、程序控制工業(yè)機器人、示教型工業(yè)機器人、智能型工業(yè)機器人。各機器人的特點見表2-1。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)三、按照驅(qū)動方式分類按照驅(qū)動方式分類，可以分為液壓型工業(yè)機器人、電動型工業(yè)機器人、氣壓型工業(yè)機器人。其特點見表2-2。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)四、按照運動軌跡分類按照運動軌跡分類，可以分為點位型工業(yè)機器人、連續(xù)軌跡型工業(yè)機器人。點位控制是控制機器人從一個位姿到另一個位姿，其路徑不限；連續(xù)軌跡控制是控制機器人的機械接口，按編程規(guī)定的位姿和速度，在指定的軌跡上運動。通常我們見到的工業(yè)機械手屬于智能型、連續(xù)軌跡、多關(guān)節(jié)工業(yè)機器人，末端手爪多為氣動或者電動。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)一、工業(yè)機器人市場快速增長2022年10月13日，國際機器人聯(lián)合會在法蘭克福發(fā)布新的全球機器人報告顯示，2021年，全球工業(yè)機器人新增裝機量達(dá)517385臺，堪稱巔峰之年，同比增長31%，超過新冠肺炎疫情前的2018年，增加幅度為22%。截至目前，全球在役機器人存量達(dá)到350萬臺，創(chuàng)歷史新高。2.1.2工業(yè)機器人的市場分析2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)從國內(nèi)市場來看，在國內(nèi)密集出臺的政策和不斷成熟的市場等多重因素驅(qū)動下，工業(yè)機器人增長迅猛，除了汽車、3C電子兩大需求最為旺盛的行業(yè)，化工、石油等應(yīng)用市場逐步打開。中國作為疫情控制最好的國家，工業(yè)機器人發(fā)展持續(xù)向好，已成為驅(qū)動機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主引擎，近五年中國工業(yè)機器人市場規(guī)模始終保持增長態(tài)勢，2022年市場規(guī)模將繼續(xù)保持增長，預(yù)計將達(dá)到87億美元，預(yù)計到2024年中國工業(yè)機器人市場規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，將超過110億美元。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)圖2-72017-2024年中國工業(yè)機器人銷售額統(tǒng)計及預(yù)測2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)韓國的工業(yè)機器人2018年安裝量約38000臺，每年增長率12%,密度（774臺/萬人）是全世界平均值的八倍以上。韓國擁有了一批在世界上具有影響力的企業(yè)，比如現(xiàn)代重工旗下的HYUNDAI（韓國現(xiàn)代機器人）、韓國領(lǐng)先企業(yè)Robostar（羅普伺達(dá)機器人）、DongbuRobot（東部機器人）、Doosungrobot（斗星機器人）、AlphaRobotics（阿爾帕機器人）等。日本的工業(yè)機器人銷量增長了21%，達(dá)到55000臺，創(chuàng)下了該國有史以來的最高值。對于一個已經(jīng)高度自動化的工業(yè)生產(chǎn)市場來說，2013年以來17%的平均年增長率是驚人的。日本目前也是世界第一大工業(yè)機器人制造商，2018年交付了全球供應(yīng)量的52%。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)美國的工業(yè)機器人安裝量連續(xù)第八年增長，2018年安裝量約40300臺，達(dá)到新的峰值。這比2017年高出22%。自2010年以來，美國所有制造業(yè)的增長一直由自動化生產(chǎn)驅(qū)動，以增強美國國內(nèi)和全球市場的產(chǎn)業(yè)實力。德國是世界第五大機器人市場，歐洲排名第一，其次是意大利和法國。2018年工業(yè)機器人銷量增長26%，達(dá)到近27000臺，創(chuàng)下歷史新高,安裝量主要來自汽車工業(yè)的驅(qū)動。從工業(yè)機器人密度來看(每萬名制造業(yè)員工所擁有的機器人數(shù)量)，新加坡達(dá)到831臺，全球最高，其次是韓國(774臺)與德國(338臺)。中國的工業(yè)機器人密度為140臺，高于全球各地區(qū)的平均水平84臺。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)2019年進(jìn)入?yún)f(xié)作機器人時代，雖然份額較低，僅占安裝總量的3.24%，但增長較快，在整個市場中屬于利基市場。從2017年的11100臺到2018年的14000臺，協(xié)作機器人增長率達(dá)到了23%。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)二、工業(yè)機器人的主要應(yīng)用行業(yè)汽車、電子電氣、金屬和機械、化工和食品和飲料行業(yè)共五個行業(yè)是目前工業(yè)機器人重要的應(yīng)用行業(yè)，五個行業(yè)銷量占比超過了80%。汽車行業(yè)和電子電氣行業(yè)是工業(yè)機器人應(yīng)用最重要的兩個行業(yè)，兩個行業(yè)銷量占比超過60%。根據(jù)2018年IFR數(shù)據(jù)來看，2018年全球工業(yè)機器人在汽車、電子電氣、金和機械、化工和食品行業(yè)銷量占比分別為37.44%、26.28%、11.16%、5.35%、2.79%。圖2-82018年國際市場工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域分布情況2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)1、汽車行業(yè)汽車行業(yè)仍然是全球最大的機器人應(yīng)用行業(yè)，在2018年約占總供應(yīng)量的30%。對新車生產(chǎn)能力和現(xiàn)代化的投資推動了該行業(yè)對機器人的需求。使用新材料、開發(fā)節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)以及所有主要汽車市場的激烈競爭都推動了該項投資。目前79%的汽車工業(yè)機器人安裝量分布在5個主要市場：中國(39351臺)、日本(17346臺)、德國(15673臺)、美國(15246臺)和韓國(11034臺)。據(jù)OICA的統(tǒng)計，作為世界第四大汽車生產(chǎn)國，印度的汽車工業(yè)也安裝了大約2100臺工業(yè)機器人。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)

2、電氣/電子行業(yè)電氣/電子行業(yè)本將在未來幾年取代汽車行業(yè)，成為工業(yè)機器人最重要的應(yīng)用行業(yè)。然而，全球?qū)﹄娮釉O(shè)備和組件的需求大幅下降對這一趨勢造成了影響。該行業(yè)可能是受中美貿(mào)易危機影響最大的行業(yè)，因為亞洲國家是制造電子產(chǎn)品和零部件的領(lǐng)頭羊。電氣/電子行業(yè)2018年的機器人安裝量約12.2萬臺，該行業(yè)總安裝量的79%分布在三個主要國家：中國(43%)、韓國(19%)、日本(17%)。在幾個重大項目的推動下，越南在2017年實現(xiàn)了安裝量的一次性增長(7080臺)，增長幅度最大的國家。2.1工業(yè)機器人的分類、市場分析與主要應(yīng)用行業(yè)

3、金屬和機械工業(yè)金屬和機械工業(yè)已成為工業(yè)機器人的第三大應(yīng)用行業(yè)，2018年安裝量占總需求的10%。近年來，金屬制品(不含汽車零部件)生產(chǎn)商和工業(yè)機械生產(chǎn)商都購買了大量機器人。2018年金屬和機械工業(yè)裝機量增至約43500臺，該行業(yè)最大的安裝市場分布在芬蘭(44%)、瑞典(42%)、瑞士(40%)、比利時(30%)、奧地利(27%)、意大利(26%)和丹麥(21%)。謝

謝第二篇認(rèn)識篇——工業(yè)機器人家族本領(lǐng)任務(wù)二工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)第二篇認(rèn)識篇——工業(yè)機器人家族本領(lǐng)

2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)從工業(yè)機器人的總體結(jié)構(gòu)上看（如圖2-9所示），可以分為“三大部分六個系統(tǒng)”。三大部分、六大系統(tǒng)是一個統(tǒng)一的整體，如圖2-10所示。2.2.1工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)功能圖2-9工業(yè)機器人的總體結(jié)構(gòu)圖2-10三大部分六大系統(tǒng)的組成示意圖2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)三大部分是指用于實現(xiàn)各種動作的機械部分、用于感知內(nèi)部和外部的信息的傳感部分和用于控制機器人完成各種動作的控制部分。六大系統(tǒng)分別是驅(qū)動系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（又叫執(zhí)行系統(tǒng)）、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)一、驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構(gòu)，用以使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作。有電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動、其它驅(qū)動形式。根據(jù)需要，可采用由這三種基本驅(qū)動類型的一種，或合成式驅(qū)動系統(tǒng)，目前最常用的是電機驅(qū)動。這三種基本驅(qū)動系統(tǒng)的主要特點見表2-3。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)的選用，應(yīng)根據(jù)工業(yè)機器人的性能要求、控制功能、運行的功耗、應(yīng)用環(huán)境及作業(yè)要求、性能價格比以及其他因素綜合加以考慮。在充分考慮各種驅(qū)動系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，在保證工業(yè)機器人性能規(guī)范、可行性和可靠性的前提下做出決定。一般情況下，各種機器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計選用原則大致如下：（1）控制方式對物料搬運（包括上、下料）、沖壓用的有限點位控制的程序控制機器人，低速重負(fù)載時可選用液壓驅(qū)動系統(tǒng)；中等負(fù)載時可選用電機驅(qū)動系統(tǒng)；輕負(fù)載時可選用電機驅(qū)動系統(tǒng)；輕負(fù)載、高速時可選用氣動驅(qū)動系統(tǒng)，沖壓機器人手爪多選用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)（2）作業(yè)環(huán)境要求從事噴涂作業(yè)的工業(yè)機器人，由于工作環(huán)境需要防爆，考慮到其防爆性能，多采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)和具有本征防爆的交流電動伺服驅(qū)動系統(tǒng)。水下機器人、核工業(yè)專用機器人、空間機器人，以及在腐蝕性、易燃易爆氣體、放射性物質(zhì)環(huán)境中工作的移動機器人，一般采用交流伺服驅(qū)動。如要求在潔凈環(huán)境中使用，則多要求采用直接驅(qū)動電動機驅(qū)動系統(tǒng)。（3）操作運行速度對于裝配機器人，由于要求其有較高的點位重復(fù)精度和較高的運行速度，通常在運行速度相對較低（≤4.5m/s）的情況下，可采用AC、DC或步進(jìn)電動機伺服驅(qū)動系統(tǒng)；在速度、精度要求均很高的條件下，多采用直接驅(qū)動（DD）電動機驅(qū)動系統(tǒng)。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)機器人對關(guān)節(jié)驅(qū)動電機的主要要求規(guī)納如下：（1）快速性。電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間應(yīng)短。響應(yīng)指令信號的時間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好，一般是以伺服電動機的機電時間常數(shù)的大小來說明伺服電動機快速響應(yīng)的性能。（2）起動轉(zhuǎn)矩慣量比大。在驅(qū)動負(fù)載的情況下，要求機器人的伺服電動機的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動慣量小。（3）控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，電動機的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)（4）調(diào)速范圍寬。能使用于1：1000～10000的調(diào)速范圍。（5）體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。（6）能經(jīng)受得起苛刻的運行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內(nèi)承受過載。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)目前，由于高起動轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的交、直流伺服電動機在工業(yè)機器人中得到廣泛應(yīng)用，一般負(fù)載1000N（相當(dāng)100kgf）以下的工業(yè)機器人大多采用電伺服驅(qū)動系統(tǒng)。所采用的關(guān)節(jié)驅(qū)動電動機主要是AC伺服電動機，步進(jìn)電動機和DC伺服電動機。其中，交流伺服電動機、直流伺服電動機、直接驅(qū)動電動機（DD）均采用位置閉環(huán)控制，一般應(yīng)用于高精度、高速度的機器人驅(qū)動系統(tǒng)中。步進(jìn)電動機驅(qū)動系統(tǒng)多適用于對精度、速度要求不高的小型簡易機器人開環(huán)系統(tǒng)中。交流伺服電動機由于采用電子換向，無換向火花，在易燃易爆環(huán)境中得到了廣泛的使用。機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動電動機的功率范圍一般為0.1～10kW。工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)中所采用的電動機，大致可細(xì)分為以下幾種（圖2-12）：2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)（1）交流伺服電動機：包括同步型交流伺服電動機及反應(yīng)式步進(jìn)電動機等。（2）直流伺服電動機：包括小慣量永磁直流伺服電動機、印制繞組直流伺服電動機、大慣量永磁直流伺服電動機、空心杯電樞直流伺服電動機。（3）步進(jìn)電動機：包括永磁感應(yīng)步進(jìn)電動機。（a）交流伺服電動機（b）直流伺服電動機

（c）步進(jìn)電動機圖2-12工業(yè)機器人驅(qū)動電機2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)速度傳感器多采用測速發(fā)電機和旋轉(zhuǎn)變壓器；位置傳感器多用光電碼盤和旋轉(zhuǎn)變壓器。近年來，國外機器人制造廠家已經(jīng)在使用一種集光電碼盤及旋轉(zhuǎn)變壓器功能為一體的混合式光電位置傳感器，伺服電動機可與位置及速度檢測器、制動器、減速機構(gòu)組成伺服電動機驅(qū)動單元。圖2-13伺服驅(qū)動系統(tǒng)的組成2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)工業(yè)機器人電動伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為三個閉環(huán)控制，即電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。目前國外許多電動機生產(chǎn)廠家均開發(fā)出與交流伺服電動機相適配的驅(qū)動產(chǎn)品，用戶根據(jù)自己所需功能側(cè)重不同而選擇不同的伺服控制方式，一般情況下，交流伺服驅(qū)動器，可通過對其內(nèi)部功能參數(shù)進(jìn)行人工設(shè)定而實現(xiàn)以下功能：位置控制方式、速度控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式、位置與速度混合方式、位置與轉(zhuǎn)矩混合方式、速度與轉(zhuǎn)矩混合方式、轉(zhuǎn)矩限制、位置偏差過大報警、速度PID參數(shù)設(shè)置、速度及加速度前饋參數(shù)設(shè)置、零漂補償參數(shù)設(shè)置、加減速時間設(shè)置等。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)目前工業(yè)機器人中也使用了一些特種驅(qū)動器，如：（1）壓電驅(qū)動器。眾所周知，利用壓電元件的電或電致伸縮現(xiàn)象已制造出應(yīng)變式加速度傳感器和超聲波傳感器，壓電驅(qū)動器利用電場能把幾微米到幾百微米的位移控制在高于微米級大的力，所以壓電驅(qū)動器一般用于特殊用途的微型機器人系統(tǒng)中。（2）超聲波電動機。（3）真空電動機，用于超潔凈環(huán)境下工作的真空機器人，例如用于搬運半導(dǎo)體硅片的超真空機器人等。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)二、機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（也就傳統(tǒng)稱為機器人“本體”）由機身、手臂、手腕、末端執(zhí)行器四大件組成（如圖2-14所示），有的機器人還有行走機構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機器人有3～6個運動自由度。圖2-14機器人機械結(jié)構(gòu)組成1-手部（末端執(zhí)行器）2-手腕3-臂部4-機身2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)（1）機身：起支承作用，固定式機器人的基座直接聯(lián)接在地面基礎(chǔ)上，移動式機器人的基座安裝在移動機構(gòu)上。（2）臂部：聯(lián)接機身和手腕，主要改變末端執(zhí)行器的空間位置。在工作中直接承受腕、手和工件的靜、動載荷，自身運動又較多，故受力復(fù)雜。圖2-15鼻部內(nèi)部圖2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)手臂的長度尺寸要滿足工作空間的要求，由于手臂的剛度、強度直接影響機器人的整體運動剛度，同時又要靈活運動，故應(yīng)盡可能選用高強度輕質(zhì)材料，減輕其重量。在臂體設(shè)計中，也應(yīng)盡量設(shè)計成封閉形和局部帶加強肋的結(jié)構(gòu)，以增加剛度和強度。手臂結(jié)構(gòu)可分為橫梁式、立柱式、機座式和屈伸式四種，見表2-4所示。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)（3）手腕：聯(lián)接臂部和末端執(zhí)行器，手腕確定末端執(zhí)行器的作業(yè)姿態(tài)，一般需要三個自由度，由三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組合而成，組合方式多樣，手腕關(guān)節(jié)組合示意圖如圖2-14所示。為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實現(xiàn)對空間三個坐標(biāo)軸x、y、z的轉(zhuǎn)動。回轉(zhuǎn)方向分為：“臂轉(zhuǎn)”是繞小臂軸線方向的旋轉(zhuǎn)；“手轉(zhuǎn)”是使末端執(zhí)行器繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)；“腕擺”是使手部相對臂部的擺動。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計要滿足傳動靈活、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、避免干涉。機器人多數(shù)將腕部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動部分安排在小臂上。首先設(shè)法使幾個電動機的運動傳遞到同軸旋轉(zhuǎn)的心軸和多層套筒上去。運動傳入腕部后再分別實現(xiàn)各個動作。圖2-16手腕關(guān)節(jié)組合示意圖2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)（4）手部（末端執(zhí)行器）：是機器人的作業(yè)工具。如抓取工件的各種抓手、取料器、專用工具的夾持器等，還包括部分專用工具，如擰螺釘螺母機、噴槍、焊槍、切割頭、測量頭等。工業(yè)機器人的手部就像人的手爪一樣，能夠靈活的運動關(guān)節(jié)，能夠抓取各種各樣的物品，但是機械手的手部由于抓取的工業(yè)用品體型、材料、重量等因素不一樣，機械手手部是根據(jù)所抓物品來單獨量身定做。圖2-17手部法蘭2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)工業(yè)機器人的手部（也稱抓手）是最重要的執(zhí)行機構(gòu)，從功能和形態(tài)上看，它可分為工業(yè)機器人的手部和仿人機器人的手部。常用的轉(zhuǎn)手按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類，圖2-16所示兩種握持的應(yīng)用。（a）碼垛抓持料袋轉(zhuǎn)手（b）吸取玻璃抓手圖2-18抓手應(yīng)用2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)①夾持類夾持類手部除常用的夾鉗式外，還有脫鉤式和彈簧式。此類手部按其手指夾持工件時的運動方式不同又可分為手指回轉(zhuǎn)型和指面平移型。夾鉗式是工業(yè)機器人最常用的一種手部形式，一般夾鉗式（圖2-19）由以下幾部分組成：手指、傳動機構(gòu)、驅(qū)動裝置和支架。1-手指2-傳動機構(gòu)3-驅(qū)動裝置4-支架5-工件圖2-19夾鉗式手部的組成2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)手指：它是直接與工件接觸的構(gòu)件。手部松開和夾緊工件，就是通過手指的張開和閉合來實現(xiàn)的。一般情況下，機器人的手部只有兩個手指，少數(shù)有三個或多個手指。它們的結(jié)構(gòu)形式常取決于被夾持工件的形狀和特性（圖2-20）。（a）V型指（b）平面指（c）尖指（d）特形指圖2-20手指與被夾物件的形狀與特性關(guān)系表2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)根據(jù)工件形狀、大小及其被夾持部位材料質(zhì)軟硬、表面性質(zhì)等的不同，手指的指面有光滑指面、齒型指面和柔性指面3種形式。夾持金屬材料的抓手分類如圖2-21所示。（a）平行抓（b）三抓平行抓（c）角抓（d）鈑金抓圖2-21夾持金屬抓手分類2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)手指材料選用恰當(dāng)與否，對機器人的使用效果有很大的影響。對于夾鉗式手部，其手指材料可選用一般碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。傳動機構(gòu)：它是向手指傳遞運動和動力，以實現(xiàn)夾緊和松開動作的機構(gòu)。驅(qū)動裝置：它是向傳動機構(gòu)提供動力的裝置，按驅(qū)動方式不同有液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動之分。支架：使手部與機器人的腕或臂相聯(lián)接。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)②吸附類吸附類主要有氣吸式和磁吸式兩種。氣吸式手部是工業(yè)機器人常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤（一個或幾個）、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成（圖2-22），具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便可靠等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于非金屬材料（如板材、紙張、玻璃等物體）或不可有剩磁的材料的吸附。圖2-22氣吸吸盤2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)氣吸式手部的另一個特點是對工件表面沒有損傷，且對被吸持工件預(yù)定的位置精度要求不高；但要求工件上與吸盤接觸部位光滑平整、清潔，被吸工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。氣吸式手部是利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差而工作的。按形成壓力差的方法，可分為真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附工件的，其應(yīng)用較廣。磁吸式手部與氣吸式手部相同，不會破壞被吸收表面質(zhì)量，電磁吸盤如圖2-23所示。磁吸收式手部比氣吸收式手部優(yōu)越的方面是：有較大的單位面積吸力，對工件表面粗糙度及通孔、溝槽等無特殊要求。圖2-23電磁吸盤2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)目前，大部分工業(yè)機器人的手部只有2個手指，而且手指上一般沒有關(guān)節(jié)。因此取料不能適應(yīng)物體外形的變化，不能使物體表面承受比較均勻的夾持力，因此無法滿足對復(fù)雜形狀、不同材質(zhì)的物體實施夾持和操作，圖2-24所示仿人手機器人的動。圖2-24仿人手機器人的動作2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)為了提高機器人手部和手腕的操作能力、靈活性和快速反應(yīng)能力，使機器人能像人手一樣進(jìn)行各種復(fù)雜的作業(yè)，就必須有一個運動靈活、動作多樣的靈巧手，即仿人手。每個手指的關(guān)節(jié)通常通過鋼絲繩、記憶合金、人造肌纖維驅(qū)動。有了像人一樣的“手指”，就可以做更多細(xì)致精確的動作了！它也可以心靈手巧了！2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)多指機器人主要有柔性手和多指靈活手兩種，如圖2-25所示。圖2-25柔性手和多指靈活手2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)多指機器人靈巧手絕大多數(shù)也采用了電機驅(qū)動，部分采用了電機驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和形狀記憶合金等驅(qū)動方式，少數(shù)采用了一些新型的驅(qū)動技術(shù)，如壓電陶瓷驅(qū)動，可伸縮性聚合體驅(qū)動等。驅(qū)動形式多數(shù)都是通過旋轉(zhuǎn)型驅(qū)動器或直線型驅(qū)動器帶動腱傳動系統(tǒng)進(jìn)行手指關(guān)節(jié)的遠(yuǎn)距離驅(qū)動。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)三、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)實現(xiàn)工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。機器人與外部設(shè)備集成為一個功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。也可以是多臺機器人、多臺機床或設(shè)備、多個零件儲存裝置等集成為一個去執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。例如：達(dá)?芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)主要由一個人機控制臺（外科醫(yī)生），一個裝有四支7自由度交互手臂的手術(shù)臺和一個高精度的3DHD視覺系統(tǒng)構(gòu)成，如圖2-26所示。圖2-26達(dá)?芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)例如：柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)，往往會有多臺工業(yè)機器人和多臺數(shù)控機床配合完成復(fù)雜的生產(chǎn)過程，柔性制造系統(tǒng)如圖2-27所示。圖2-27工業(yè)機器人與機床的柔性制造系統(tǒng)2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)四、感受系統(tǒng)感受系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，其作用是獲取機器人內(nèi)部和外部環(huán)境信息，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)。內(nèi)部傳感器用于檢測各個關(guān)節(jié)的位置、速度等變量，為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)提供反饋信息。外部傳感器用于檢測機器人與周圍環(huán)境之間的一些狀態(tài)變量，如距離、接近程度和接觸情況等，用于引導(dǎo)機器人，便于其識別物體并做出相應(yīng)處理。外部傳感器一方面使機器人更準(zhǔn)確地獲取周圍環(huán)境情況，另一方面也能祈禱誤差矯正的作用。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)如圖2-28為工業(yè)機器人的視覺定位系統(tǒng)，基本構(gòu)成有機器人本體、交流伺服驅(qū)動裝置、運動控制器、PC機和工業(yè)數(shù)字?jǐn)z像頭。如圖2-29為工業(yè)機器人的“五官”系統(tǒng)，包括了觸覺（力與力矩傳感器）、視覺（視頻）、聽覺（語音）、工業(yè)PDA（RFID讀寫器）等，向工業(yè)機器人發(fā)送信息，構(gòu)成信息反饋控制系統(tǒng)。圖2-28工業(yè)機器人的視覺定位系統(tǒng)

圖2-29工業(yè)機器人的“五官”系統(tǒng)2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)五、人機交互系統(tǒng)人機交互系統(tǒng)是人與機器人進(jìn)行聯(lián)系和參與機器人控制的裝置，分別是指令給定裝置和信息顯示裝置，就想我們打游戲需要游戲機操作手柄一樣。工業(yè)機器人的人機交互系統(tǒng)包含自帶示教單元和上位機軟件。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)六、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。信號傳輸線路大多數(shù)都在機械手內(nèi)部，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-30所示。控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號，支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)去完成規(guī)定的運動和功能。如果機器人不具備信息反饋特征，則為開環(huán)控制系統(tǒng)；具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖2-30工業(yè)機器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)一、自由度是指機器人所具有的獨立坐標(biāo)軸運動的數(shù)目，不應(yīng)包括手爪（末端執(zhí)行器）的開合自由度。在工業(yè)機器人系統(tǒng)中，一個自由度就需要有一個電機驅(qū)動。在三維空間中描述一個物體的位置和姿態(tài)（簡稱位姿）需要6個自由度。但是，工業(yè)機器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計的，可能小于6個自由度，也可能大于6個自由度。2.2.2工業(yè)機器人的主要參數(shù)圖2-315自由度機器人

圖2-326自由度機器人2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)二、精度工業(yè)機器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機器人手部實際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異，用反復(fù)多次測試的定位結(jié)果的代表點與指定位置之間的距離來表示。重復(fù)定位精度是指機器人重復(fù)定位手部于同一目標(biāo)位置的能力，以實際位置值的分散程度來表示。實際應(yīng)用中常以重復(fù)測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差值的3倍來表示，它是衡量一系列誤差值的密集度。圖2-33所示為工業(yè)機器人定位精度和重復(fù)定位精度圖例。圖2-33

工業(yè)機器人定位精度和重復(fù)定位精度圖例2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)三、工作范圍工作范圍是指機器人手臂末端或手腕中心所能達(dá)到的所有點的集合，也叫做工作區(qū)域。因為末端操作器的形狀和尺寸是多種多樣的，為了真實地反映機器人的特征參數(shù)，一般工作范圍是指不安裝末端操作器的工作區(qū)域。工作范圍的形狀和大小是十分重要的，機器人在執(zhí)行某作業(yè)時可能會因為存在手部不能到達(dá)的作業(yè)死區(qū)而不能完成任務(wù)，圖2-34是ABBIRB120和IRB1410工業(yè)機器人的工作范圍示意圖。圖2-34IRB120和IRB1410工作范圍示意圖2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)四、最大工作速度最大工作速度，有的廠家指工業(yè)機器人自由度上最大的穩(wěn)定速度，有的廠家指手臂末端最大合成速度，通常歐洲技術(shù)參數(shù)中就有說明。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更多的實踐去升速和降速。2.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)五、承載能力承載能力是指機器人在工作范圍內(nèi)的任何位置上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅決定于負(fù)載的重量，而且與機器人運行的速度、加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見，承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運行時的承載能力。承載能力不僅指負(fù)載，而且包括了機