《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》 教案全套 陳乾 任務(wù)1-20 工業(yè)4.0與智能制造- 工業(yè)機器人應(yīng)用崗位與發(fā)展前景

《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題工業(yè)4.0與智能制造課時2教學(xué)目的與要求1、掌握工業(yè)4.0的含義及特點。2、掌握工業(yè)4.0的九大技術(shù)支柱。3、掌握智能制造的含義。教學(xué)重點與難點重點：1）掌握工業(yè)4.0的含義及特點。 2）掌握智能制造的含義。難點：1）掌握智能制造的含義。教學(xué)方法課堂講授（PPT授課+小組討論）主要內(nèi)容及步驟備注教學(xué)過程一、組織教學(xué)：組織課堂，新課前的自我介紹，介紹本節(jié)課程的體系結(jié)構(gòu)，告知學(xué)習(xí)的基本要求。二、課題導(dǎo)入：改善工業(yè)4.0，根據(jù)工業(yè)4.0的含義描述工業(yè)機器人領(lǐng)域，了解工業(yè)4.0。三、新課講授：工業(yè)4.0的含義及特點四、強化鞏固利用實際生活中接觸的例子加強鞏固五、總結(jié)拓展1.課堂內(nèi)容總結(jié) 2.布置作業(yè)小組討論授課效果分析總結(jié)教學(xué)內(nèi)容課堂互動一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強調(diào)本門課程的上課時間、地點。推薦教材：《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》活頁式教材二、課題導(dǎo)入我們學(xué)習(xí)工業(yè)機器人技術(shù)，那么思考：工業(yè)4.0在工業(yè)機器人技術(shù)上啟到什么作用呢？導(dǎo)入：在我們的生活隨從著時間推移，一步一步的走向科技時代，從原來的封建王朝；到工業(yè)革命；再到現(xiàn)在的科技自動化。現(xiàn)在我們生活上的穿衣打扮，手機通訊，都離不開工業(yè)，我們把這個納入行業(yè)叫做“工業(yè)自動化行業(yè)”。今天我們學(xué)習(xí)的工業(yè)自動化行業(yè)中，什么叫做工業(yè)4.0，那么它的含義到底在哪里呢？三、新課講授工業(yè)4.0介紹（一）工業(yè)4.0概述1、什么是工業(yè)4.0（1）從工業(yè)1.0到工業(yè)4.0發(fā)展歷程1）工業(yè)1.018世紀60年代，在英國，蒸汽機開始被廣泛應(yīng)用。隨著蒸汽驅(qū)動的機械制造設(shè)備的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)方式實現(xiàn)了機械化，人類進入了“蒸汽時代”，這是第一次工業(yè)革命，也被稱為工業(yè)1.0。工業(yè)1.0是以蒸汽機為標(biāo)志，用蒸汽動力驅(qū)動機器取代人力，從此手工業(yè)從農(nóng)業(yè)分離出來，正式進化為工業(yè)。2）工業(yè)2.0從19世紀70年代開始，隨著電力的發(fā)明和使用、內(nèi)燃機和新交通工具和新通訊方式的出現(xiàn)，特別是新能源電力的廣泛應(yīng)用，使工業(yè)生產(chǎn)方式實現(xiàn)了電氣化，人類進入了“電氣時代”，這是第二次工業(yè)革命，也被稱為工業(yè)2.0。工業(yè)2.0是以電力的廣泛應(yīng)用為標(biāo)志，用電力驅(qū)動機器取代蒸汽動力，從此零部件生產(chǎn)與產(chǎn)品裝配實現(xiàn)分工，工業(yè)進入大規(guī)模生產(chǎn)時代。3）工業(yè)3.020世紀四五十年代以來，在原子能、電子計算機、微電子技術(shù)、航天技術(shù)、分子生物學(xué)和遺傳工程等領(lǐng)域取得的重大突破，標(biāo)志著科學(xué)技術(shù)的到來；最有劃時代意義的是電子計算機的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使工業(yè)生產(chǎn)方式實現(xiàn)了自動化，標(biāo)志著人類開始進入“自動化時代”，這是第三次工業(yè)革命，也被稱為工業(yè)3.0。工業(yè)3.0是以PLC（可編程邏輯控制器）和PC（電子計算機）的應(yīng)用為標(biāo)志，從此機器不但接管了人的大部分體力勞動，同時也接管了一部分腦力勞動，工業(yè)生產(chǎn)能力也自此超越了人類的消費能力，人類進入了產(chǎn)能過剩時代。4）工業(yè)4.0從現(xiàn)階段開始，基于物聯(lián)信息融合系統(tǒng)，將生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造、銷售信息數(shù)據(jù)化和智能化，新能源、新材料、新環(huán)境、新生物不斷出現(xiàn)和應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)方式將向著智能化前進，人類開始進入以“智能制造”為核心的“綠色工業(yè)時代”。這將是第四次工業(yè)革命，也被稱為工業(yè)4.0。工業(yè)4.0是以智能制造為主導(dǎo)，運用信息物理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)方式的現(xiàn)代化。簡而言之，工業(yè)4.0就是“互聯(lián)網(wǎng)＋制造”。（2）工業(yè)4.0的概念德國政府首先提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，并在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出，其目的是為了提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機。而這一概念，在美國叫“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，我國叫“中國制造2025”，這三者本質(zhì)內(nèi)容是一致的，都指向一個核心，就是智能制造。工業(yè)4.0的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。如圖1-1所示。一是“智能工廠”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)。二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。三是“智能物流”，主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率，而需求方，則能夠快速獲得服務(wù)匹配，得到物流支持。圖1-1工業(yè)4.0智能工廠2、工業(yè)4.0的主要特點（1）互聯(lián)：工業(yè)4.0的核心是連接，要把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品和客戶緊密地聯(lián)系在一起。（2）數(shù)據(jù)：工業(yè)4.0連接產(chǎn)品數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、研發(fā)數(shù)據(jù)、工業(yè)鏈數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)、消費者數(shù)據(jù)。（3）集成：工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過信息物理系統(tǒng)形成一個智能網(wǎng)絡(luò)。通過這個智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機器、機器與機器、以及服務(wù)與服務(wù)之間，能夠形成一個互聯(lián)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端到端的高度集成。（4）創(chuàng)新：工業(yè)4.0的實施過程是制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的過程，制造技術(shù)、產(chǎn)品、模式、業(yè)態(tài)、組織等方面的創(chuàng)新，將會層出不窮，從技術(shù)創(chuàng)新到產(chǎn)品創(chuàng)新，到模式創(chuàng)新，再到業(yè)態(tài)創(chuàng)新，最后到組織創(chuàng)新。（5）轉(zhuǎn)型：對于中國的傳統(tǒng)制造業(yè)而言，轉(zhuǎn)型實際上是從傳統(tǒng)的工廠，從2.0、3.0的工廠轉(zhuǎn)型到4.0的工廠，整個生產(chǎn)形態(tài)上，從大規(guī)模生產(chǎn)，轉(zhuǎn)向個性化定制。實際上整個生產(chǎn)的過程更加柔性化、個性化、定制化。3、工業(yè)4.0的九大技術(shù)支柱工業(yè)4.0的九大技術(shù)支柱中的很多技術(shù)其實已經(jīng)應(yīng)用在制造業(yè)中，但工業(yè)4.0技術(shù)將這些技術(shù)整合到一起，成為完整的生產(chǎn)流程，這將改變供應(yīng)商、制造商和消費者之間的關(guān)系，以及人與機器之間的關(guān)系。如圖1-2所示。圖1-2工業(yè)4.0的九大技術(shù)支柱（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，越來越多的設(shè)備，甚至包括一些半成品，都將裝備嵌入式計算技術(shù)，并通過標(biāo)準技術(shù)實現(xiàn)互聯(lián)。屆時，身處不同地理位置的產(chǎn)品設(shè)備將能進行互動和溝通，并由中央處理器集中控制?；ヂ?lián)網(wǎng)將實現(xiàn)決策的去中心化，互聯(lián)設(shè)備能進行自動分析和決策，對環(huán)境變化進行實時反應(yīng)。（2）工業(yè)云計算：隨著工業(yè)4.0的到來，越來越多與生產(chǎn)相關(guān)的任務(wù)需要更多的跨地域和跨公司的數(shù)據(jù)分享。與此同時，云技術(shù)的性能也會不斷增強，使反應(yīng)速度達到幾毫秒。機器數(shù)據(jù)和功能將逐漸遷移到云端，越來越多的生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)也會應(yīng)運而生。未來，檢測和控制生產(chǎn)流程的系統(tǒng)也會搬到云端。一些制造執(zhí)行系統(tǒng)供應(yīng)商已經(jīng)開始提供云端服務(wù)解決方案。（3）工業(yè)大數(shù)據(jù)：在制造業(yè)領(lǐng)域，基于海量數(shù)據(jù)的分析方興未艾，但它已經(jīng)能幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)質(zhì)量、節(jié)省能源并改進設(shè)備服務(wù)。在工業(yè)4.0的環(huán)境下，對不同數(shù)據(jù)源（生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)以及企業(yè)和客戶管理系統(tǒng)等）進行收集和分析將成為未來企業(yè)進行實時決策的標(biāo)準配備。（4）工業(yè)機器人：很多行業(yè)制造商已經(jīng)廣泛采用機器人完成復(fù)雜的生產(chǎn)任務(wù)，但今天的機器人技術(shù)則變得更加強大。它們變得更加靈活且智能。最終，這些機器人之間不但可以互通互聯(lián)，更可以安全地與人類一起工作，甚至從人類身上學(xué)習(xí)新的技能。這些新機器人不但在性能上遠超今天的工業(yè)機器人，更大大降低了成本。（5）3D打印：3D打印是制造史上最大的技術(shù)突破。3D打印在美國、德國有很多新的技術(shù)突破，可以看到3D打印的衣服、汽車、甚至心臟支架。（6）知識工作自動化：在過去，我們講究生產(chǎn)流程的標(biāo)準化、生產(chǎn)設(shè)備的自動化。其實，未來社會是一個知識工作者聯(lián)合作戰(zhàn)的時代，知識工作者的工作會變得更加自動化，這是一個數(shù)萬億的新市場。工業(yè)時代的管理模式、大師、理論在互聯(lián)網(wǎng)時代大部分都將不復(fù)存在，針對互聯(lián)網(wǎng)的管理模式尚未形成。知識工作者的形態(tài)、標(biāo)準還未形成。（7）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全：在過去可以看到，服務(wù)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全里，現(xiàn)在有企業(yè)級的網(wǎng)絡(luò)安全，有一定的防范和安全指數(shù)。但是在工業(yè)里，過去的數(shù)據(jù)是基于PC和PC的互聯(lián)，那么未來機器和機器互聯(lián)，第一存在接口兼容問題，第二這些數(shù)據(jù)保存在云端，數(shù)據(jù)之間的安全防范性變成至關(guān)重要的選擇。所以工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全是工業(yè)4.0技術(shù)里面一個非常重要，也是近些年來中國增長最快的一類服務(wù)公司。（8）虛擬現(xiàn)實：在工程設(shè)計領(lǐng)域，不少公司都采用了3D模擬技術(shù)來設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料。未來，模擬技術(shù)將在工廠運營中擴展到更廣的范圍。人們可以用實時數(shù)據(jù)來模仿包括機器、產(chǎn)品和人在內(nèi)的物理世界，將新產(chǎn)品放入虛擬的生產(chǎn)環(huán)境中。在進行實際生產(chǎn)前，公司可以對這些新產(chǎn)品進行測試和優(yōu)化，從而減少設(shè)備裝配調(diào)試的時間并提高產(chǎn)品質(zhì)量。（9）人工智能：在未來的工業(yè)4.0時代，軟件重要還是硬件重要，這個答案非常簡單：軟件決定一切，軟件定義機器。所有的工廠都是軟件企業(yè)，都是數(shù)據(jù)企業(yè)，所有工業(yè)軟件在工業(yè)4.0時代，是至關(guān)重要的，所以說軟件定義一切。美國硅谷有一個未來學(xué)家預(yù)測，2045年機器的智能將超過人工的智能。（二）智能制造1、什么是智能制造智能制造（IntelligentManufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造是工業(yè)4.0的核心，一個廣域概念智能制造有五個方面，生產(chǎn)方式智能化、服務(wù)智能化、產(chǎn)品智能化、裝備智能化、管理智能化。未來智能工廠是人與機器智能并存。實現(xiàn)智能制造跨越五個階段，從督導(dǎo)階段到產(chǎn)供銷階段，到制造業(yè)價值鏈階段，再到物聯(lián)網(wǎng)階段，最后到4.0階段。毫無疑問，智能化是制造自動化的發(fā)展方向。在制造過程的各個環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。專家系統(tǒng)技術(shù)可以用于工程設(shè)計、工藝過程設(shè)計、生產(chǎn)調(diào)度、故障診斷等。也可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)等先進的計算機智能方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方，生產(chǎn)調(diào)度等，實現(xiàn)制造過程智能化。而人工智能技術(shù)尤其適合于解決特別復(fù)雜和不確定的問題。2、我國智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀中國隨著生產(chǎn)成本的不斷上升，傳統(tǒng)制造業(yè)的優(yōu)勢不斷削弱，過去制造業(yè)是依靠發(fā)達國家來拉動，現(xiàn)在這種局面正在發(fā)生著改變。中國如何實現(xiàn)從制造向創(chuàng)造的轉(zhuǎn)變，將長期成為我國制造業(yè)內(nèi)思考的問題。然而智能制造對于我國制造業(yè)是個發(fā)展的好時期，應(yīng)該把握好這次機遇，從而提升我國制造業(yè)綜合水平，脫離低效率和高消耗的困境。實際上，中國早期也對智能制造進行了初步的研究。早在1993年，中國對“智能制造系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”進行了探討研究。最近這幾年政府和企業(yè)更加注重智能制造的發(fā)展，一是國家持續(xù)頒布了一些政策關(guān)于智能制造的發(fā)展，如:《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》。當(dāng)前，我國已具備發(fā)展智能制造的基礎(chǔ)與條件：（1）我國已經(jīng)取得了一大批相關(guān)的基礎(chǔ)研究成果，掌握了長期制約我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的部分智能制造技術(shù)，如機器人技術(shù)、感知技術(shù)、復(fù)雜制造系統(tǒng)、智能信息處理技術(shù)等。以新型傳感器、智能控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人、自動化成套生產(chǎn)線為代表的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系初步形成。（2）我國制造業(yè)數(shù)字化具備一定的基礎(chǔ)。目前規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)在研發(fā)設(shè)計方面應(yīng)用數(shù)字化工具普及率已經(jīng)達到54%，生產(chǎn)線上數(shù)控裝備比重已經(jīng)達到30%。然而，與發(fā)達國家相比，我國還有較大差距，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）智能制造基礎(chǔ)理論和技術(shù)體系建設(shè)滯后。目前，我國主要側(cè)重智能制造技術(shù)追蹤和技術(shù)引進，而基礎(chǔ)研究能力相對不足，對引進技術(shù)的消化吸收力度不夠，原始創(chuàng)新匱乏；控制系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)薄弱，技術(shù)體系不夠完整。（2）我國發(fā)展智能制造的數(shù)字化基礎(chǔ)較為薄弱，制造業(yè)發(fā)展整體上還處于機械自動化向數(shù)字自動化過渡階段，如果以德國工業(yè)4.0作為參照系，比較一致的看法是我國總體上還處于2.0時代，部分企業(yè)在向3.0時代邁進。（3）關(guān)鍵技術(shù)和核心部件受制于人。高端傳感器、智能儀器儀表、高檔數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)應(yīng)用軟件等市場份額不到5%，大型工程機械所需30Mpa以上液壓件全部進口，大型轉(zhuǎn)載機進口部件占整機價值量的50%-60%。（4）高端軟件產(chǎn)品缺乏。我國制造業(yè)的“兩化”融合程度相對較低，低端CAD軟件和企業(yè)管理軟件得到很好普及，但應(yīng)用于各類復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計和企業(yè)管理的智能化高端軟件產(chǎn)品缺失，在計算機輔助設(shè)計、資源計劃軟件、電子商務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域與發(fā)達國家差距依然較大。（5）企業(yè)系統(tǒng)集成能力較為薄弱，缺乏像西門子、GE一樣的國際級大型企業(yè)，質(zhì)量和水平不高。3、我國智能制造的未來發(fā)展趨勢就目前來看，國內(nèi)現(xiàn)階段智能制造的發(fā)展主要涉及以下幾個方向：（1）工業(yè)體系的轉(zhuǎn)型：在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的制造業(yè)正在急速變化，智能制造表現(xiàn)為:產(chǎn)品更新?lián)Q代加快、設(shè)計周期減小，生產(chǎn)效率高。在這種趨勢的推動下，中國傳統(tǒng)的工業(yè)體系會向智能的工業(yè)體系轉(zhuǎn)型。（2）制造業(yè)服務(wù)化：在信息時代，企業(yè)和用戶是通過產(chǎn)品和服務(wù)建立關(guān)系的。服務(wù)融合在制造業(yè)的各個環(huán)節(jié)，有利于提升價值鏈。（3）智能制造裝備：企業(yè)需求具有感知、分析、控制等多功能的智能裝備，包括高檔數(shù)控機床、智能控制系統(tǒng)、智能儀器設(shè)備、智能工業(yè)機器人等。當(dāng)前，國內(nèi)急需促進傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級，從而提升中國經(jīng)濟在全球競爭中的地位。在信息時代中國應(yīng)把握住這次發(fā)展時機，在“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)的驅(qū)動下，實現(xiàn)“中國制造”向“中國智造”的轉(zhuǎn)型。智能制造推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，先進制造技術(shù)的加速融合使得制造業(yè)的設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)各個環(huán)節(jié)日趨智能化，智能制造正在引領(lǐng)制造企業(yè)全流程的價值最大化。歸納來看，智能制造至少能從以下6個方面推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級：（一）智能設(shè)計指應(yīng)用智能化的設(shè)計手段及先進的設(shè)計信息化系統(tǒng)（CAX、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計、設(shè)計知識庫等），支持企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計過程各個環(huán)節(jié)的智能化提升和優(yōu)化運行。例如，實踐中，建模與仿真已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計，新產(chǎn)品進入市場的時間實現(xiàn)大幅壓縮。（二）智能產(chǎn)品在智能產(chǎn)品領(lǐng)域，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、數(shù)字化技術(shù)嵌入傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計，使產(chǎn)品逐步成為互聯(lián)網(wǎng)化的智能終端，比如將傳感器、存儲器、傳輸器、處理器等設(shè)備裝入到產(chǎn)品當(dāng)中，使生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有動態(tài)存儲、通訊與分析能力，從而使產(chǎn)品具有可追溯、可追蹤、可定位的特性，同時還能廣泛采集消費者個體對創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計的個性化需求，令智能產(chǎn)品更加具有市場活力。（三）智能裝備智能制造模式下的工業(yè)生產(chǎn)裝備需要與信息技術(shù)和人工智能等技術(shù)進行集成與融合，從而使傳統(tǒng)生產(chǎn)裝備具有感知、學(xué)習(xí)、分析與執(zhí)行能力。生產(chǎn)企業(yè)在裝備智能化轉(zhuǎn)型過程中可以從單機智能化或者單機裝備互聯(lián)形成智能生產(chǎn)線或者智能車間兩方面著手。但是值得注意的是，單純地將生產(chǎn)裝備智能化還不能算真正意義上的裝備智能化，只有將市場和消費者需求融入到裝備升級改造中，才算的上是真正實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈裝備智能化。（四）智能生產(chǎn)，個性化定制在傳統(tǒng)工業(yè)時代，產(chǎn)品的價值與價格完全由生產(chǎn)廠商主導(dǎo)，廠家生產(chǎn)什么消費者就只能購買什么，生產(chǎn)的主動權(quán)完全由廠家掌控。而在智能制造時代，產(chǎn)品的生產(chǎn)方式不再是生產(chǎn)驅(qū)動，而是用戶驅(qū)動，即生產(chǎn)智能化可以完全滿足消費者的個性化定制需求，產(chǎn)品價值與定價不再是企業(yè)一家獨大，而是由消費者需求決定。（五）智能管理隨著大數(shù)據(jù)、云計算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動通訊技術(shù)以及智能設(shè)備的成熟，管理智能化也成為可能。在整個智能制造系統(tǒng)中，企業(yè)管理者使用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等實現(xiàn)智能生產(chǎn)的橫向集成，再利用移動通訊技術(shù)與智能設(shè)備實現(xiàn)整個智能生產(chǎn)價值鏈的數(shù)字化集成，從而形成完整的智能管理系統(tǒng)。此外，生產(chǎn)企業(yè)使用大數(shù)據(jù)或者云計算等技術(shù)可以提高企業(yè)搜集數(shù)據(jù)的準確性與及時性，使智能管理更加高效與科學(xué)。（六）智能服務(wù)智能服務(wù)作為智能制造系統(tǒng)的末端組成部分，起到連接消費者與生產(chǎn)企業(yè)之間的作用，服務(wù)智能化最終體現(xiàn)在線上與線下的融合服務(wù)，即一方面生產(chǎn)企業(yè)通過智能化生產(chǎn)不斷拓展其業(yè)務(wù)范圍與市場影響力，另一方面生產(chǎn)企業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動通訊技術(shù)將消費者連接到企業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，通過消費者的不斷反饋與意見提升產(chǎn)品服務(wù)質(zhì)量、提高客戶體驗度。智能服務(wù)強調(diào)知識性、系統(tǒng)性和集成性，強調(diào)以人為本的精神，為客戶提供主動、在線、全球化服務(wù)，它采用智能技術(shù)提高服務(wù)狀態(tài)／環(huán)境感知、服務(wù)規(guī)劃／決策／控制水平，提升服務(wù)質(zhì)量，擴展服務(wù)內(nèi)容，促進現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)這一新業(yè)態(tài)的不斷發(fā)展和壯大。智能制造可實現(xiàn)整個制造業(yè)價值鏈的智能化，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，在智能制造發(fā)展的大勢所趨下，制造企業(yè)應(yīng)憑借自身在核心技術(shù)領(lǐng)域的實力，加快建設(shè)智慧物聯(lián)平臺，著力提升產(chǎn)品智能化生產(chǎn)水平、制造質(zhì)量和整體運營效率，逐步實現(xiàn)“機器換人”、“軟件換人”、“智能運營”階段目標(biāo)，推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。智能制造已成為我國建設(shè)制造強國的主攻方向，加快發(fā)展智能制造解決方案是推動中國制造邁向高質(zhì)量發(fā)展、形成國際競爭新優(yōu)勢的必由之路。中國制造企業(yè)必須通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型提升產(chǎn)品創(chuàng)新與管理能力，提質(zhì)增效，從而贏得競爭優(yōu)勢，實現(xiàn)“制造”向“智造”的轉(zhuǎn)變。五、任務(wù)總結(jié)（1）工業(yè)4.0是以智能制造為主導(dǎo)，運用信息物理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)方式的現(xiàn)代化。簡而言之，工業(yè)4.0就是“互聯(lián)網(wǎng)＋制造”。（2）智能制造是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。四、強化鞏固什么是工業(yè)4.0；什么是智能制造五、總結(jié)拓展（一）課堂總結(jié)（1）工業(yè)4.0的定義（2）工業(yè)4.0的特點（3）智能制造的含義（二）布置作業(yè)總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容提前組織教學(xué)課題導(dǎo)入基本知識講解本節(jié)課重點本節(jié)課重點重點掌握《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題工業(yè)4.0與智能制造課時2教學(xué)目的與要求1、了解機器人名稱的來源。2、了解機器人三定律。3、了解國內(nèi)外對機器人的定義。教學(xué)重點與難點重點：1）了解機器人名稱的來源。難點：1）了解國內(nèi)外對機器人的定義。教學(xué)方法課堂講授（PPT授課+小組討論）主要內(nèi)容及步驟備注教學(xué)過程一、組織教學(xué)：組織課堂，新課前的自我介紹，介紹本節(jié)課程的體系結(jié)構(gòu)，告知學(xué)習(xí)的基本要求。二、課題導(dǎo)入：什么叫做機器人，機器人名稱的來源，國內(nèi)外對機器人的定義。三、新課講授：機器人的定義和三大定律四、強化鞏固利用實際生活中接觸的例子加強鞏固五、總結(jié)拓展1.課堂內(nèi)容總結(jié) 2.布置作業(yè)小組討論授課效果分析總結(jié)教學(xué)內(nèi)容課堂互動一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強調(diào)本門課程的上課時間、地點。推薦教材：《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》活頁式教材二、課題導(dǎo)入我們學(xué)習(xí)機器人，那么思考：機器人為什么還有些叫工業(yè)機器人呢？導(dǎo)入：說到機器人大家應(yīng)該不是很陌生吧，像我們看的變形金剛啊，什么機甲變身啊，這些都是屬于機器人，但是現(xiàn)在這個時代只存在想象當(dāng)中，那么這些機器人是什么發(fā)明出來的呢，今天我們來學(xué)習(xí)一下，什么叫做機器人？三、新課講授認識機器人在科技界，科學(xué)家會給每一個科技術(shù)語一個明確的定義。但機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統(tǒng)一的意見。原因之一是機器人還在發(fā)展，新的機型，新的功能不斷涌現(xiàn)，領(lǐng)域不斷擴展。但根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學(xué)問題。就像機器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。（一）機器人名稱的來源1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》。在劇本中，卡佩克把捷克語“Robota”寫成了“Robot”，“Robota”是奴隸的意思。該劇預(yù)告了機器人的發(fā)展對人類社會的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當(dāng)成了機器人一詞的起源。在該劇中，機器人按照其主人的命令默默地工作，沒有感覺和感情，以呆板的方式從事繁重的勞動。后來，羅薩姆公司取得了成功，使機器人具有了感情，導(dǎo)致機器人的應(yīng)用部門迅速增加。在工廠和家務(wù)勞動中，機器人成了必不可少的成員。機器人發(fā)覺人類十分自私和不公正，終于造反了，機器人的體能和智能都非常優(yōu)異，因此消滅了人類。但是機器人不知道如何制造它們自己，認為它們自己很快就會滅絕，所以它們開始尋找人類的幸存者，但沒有結(jié)果。最后，一對感知能力優(yōu)于其它機器人的男女機器人相愛了。這時機器人進化為人類，世界又起死回生了。如圖2-1所示。圖2-1智能機器人（二）機器人三大定律卡佩克提出的是機器人的安全、感知和自我繁殖問題。科學(xué)技術(shù)的進步很可能引發(fā)人類不希望出現(xiàn)的問題。雖然科幻世界只是一種想象，但人類社會將可能面臨這種現(xiàn)實。目前關(guān)于對機器人行為的描述中，以科幻小說家以撒·艾西莫夫在小說《我，機器人》中所訂立的“機器人三定律”最為著名。艾西莫夫為機器人提出的三條“定律”（law），程序上規(guī)定所有機器人必須遵守：（1）機器人不得傷害人類，且確保人類不受傷害；（2）在不違背第一法則的前提下，機器人必須服從人類的命令；（3）在不違背第一及第二法則的前提下，機器人必須保護自己。“機器人三定律”的目的是為了保護人類不受傷害，但艾西莫夫在小說中也探討了在不違反三定律的前提下傷害人類的可能性，甚至在小說中不斷地挑戰(zhàn)這三定律，在看起來完美的定律中找到許多漏洞。在現(xiàn)實中，“三定律”成為機械倫理學(xué)的基礎(chǔ)，機器人學(xué)術(shù)界一直將這三條定律作為機器人開發(fā)的準則。（三）國內(nèi)對機器人的定義我國科學(xué)家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。在研究和開發(fā)未知及不確定環(huán)境下作業(yè)的機器人的過程中，人們逐步認識到機器人技術(shù)的本質(zhì)是感知、決策、行動和交互技術(shù)的結(jié)合。隨著人們對機器人技術(shù)智能化本質(zhì)認識的加深，機器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動的各個領(lǐng)域滲透。結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點，人們發(fā)展了各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的特種機器人和各種智能機器人，如移動機器人、微機器人、水下機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、空中空間機器人、娛樂機器人等。對不同任務(wù)和特殊環(huán)境的適應(yīng)性，也是機器人與一般自動化裝備的重要區(qū)別。如圖2-2所示。這些機器人從外觀上已遠遠脫離了最初仿人型機器人和工業(yè)機器人所具有的形狀，更加符合各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增強，從而為機器人技術(shù)開辟出更加廣闊的發(fā)展空間。圖2-2鰭源水下機器人（四）國外對機器人的定義1967年日本召開了第一屆機器人學(xué)術(shù)會議，提出了兩個有代表性的定義。一是森政弘與合田周平提出的：“機器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性7個特征的柔性機器”。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動性、智能性、個體性、半機械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動性等10個特性來表示機器人的形象。如圖2-3所示。圖2-3機器人餐廳另一個是加藤一郎提出的具有如下3個條件的機器稱為機器人：（1）具有腦、手、腳等三要素的個體；（2）具有非接觸傳感器（用眼、耳接受遠方信息）和接觸傳感器；（3）具有平衡覺和固有覺的傳感器。該定義強調(diào)了機器人應(yīng)當(dāng)仿人的含義，即它靠手進行作業(yè)，靠腳實現(xiàn)移動，由腦來完成統(tǒng)一指揮的作用。非接觸傳感器和接觸傳感器相當(dāng)于人的五官，使機器人能夠識別外界環(huán)境，而平衡覺和固有覺則是機器人感知本身狀態(tài)所不可缺少的傳感器。這里描述的不是工業(yè)機器人而是自主機器人。機器人的定義是多種多樣的，其原因是它具有一定的模糊性。動物一般具有上述這些要素，所以在把機器人理解為仿人機器的同時，也可以廣義地把機器人理解為仿動物的機器。1988年法國的埃斯皮奧將機器人定義為：“機器人學(xué)是指設(shè)計能根據(jù)傳感器信息實現(xiàn)預(yù)先規(guī)劃好的作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法作為研究對象”。1987年國際標(biāo)準化組織對工業(yè)機器人進行了定義：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機”。四、強化鞏固什么是工業(yè)機器人五、總結(jié)拓展（一）課堂總結(jié)（1）了解機器人名稱的來源。（2）了解機器人三定律。（3）了解國內(nèi)外對機器人的定義。（二）布置作業(yè)總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容提前組織教學(xué)課題導(dǎo)入基本知識講解本節(jié)課重點《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題國內(nèi)外工業(yè)機器人的發(fā)展與品牌課時2教學(xué)目的與要求（1）了解國內(nèi)外工業(yè)機器的發(fā)展。（2）了解世界知名工業(yè)機器人品牌。（3）了解中國知名工業(yè)機器人品牌。教學(xué)重點與難點重點：1）了解工業(yè)機器人的品牌和發(fā)展。教學(xué)方法課堂講授（PPT授課+小組討論）主要內(nèi)容及步驟備注教學(xué)過程一、組織教學(xué)：組織課堂，新課前的自我介紹，介紹本節(jié)課程的體系結(jié)構(gòu)，告知學(xué)習(xí)的基本要求。二、課題導(dǎo)入：工業(yè)機器人也有各種各樣的品牌，國內(nèi)國外工業(yè)機器人的發(fā)展由來新課講授：工業(yè)機器人的國內(nèi)外各個品牌四、強化鞏固利用實際生活中接觸的例子加強鞏固五、總結(jié)拓展1.課堂內(nèi)容總結(jié) 2.布置作業(yè)小組討論授課效果分析總結(jié)教學(xué)內(nèi)容課堂互動一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強調(diào)本門課程的上課時間、地點。推薦教材：《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》活頁式教材二、課題導(dǎo)入我們認識了什么叫做機器人，那么思考：這些機器人都有哪些品牌呢？導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)了什么叫做機器人，有一種類型的機器人就是代替人類干一些危險的工作而產(chǎn)生的，我們通常稱它為《工業(yè)機器人》。那這些機器人在國內(nèi)外有哪些品牌呢？新課講授國內(nèi)外工業(yè)機器人的發(fā)展與品牌一）國外工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)代機器人的研究始于20世紀中期，其技術(shù)背景是計算機和自動化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。自1946年第一臺數(shù)字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進展，其結(jié)果之一便是1952年數(shù)控機床的誕生。與數(shù)控機床相關(guān)的控制、機械零件的研究又為機器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，原子能實驗室的惡劣環(huán)境要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國原子能委員會的阿爾貢研究所于1947年開發(fā)了遙控機械手，1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手。1.工業(yè)機器人在美國的發(fā)展美國是機器人的誕生地。早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機器人。比起號稱機器人王國的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過40多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機器人強國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進。綜觀它的發(fā)展史。道路是曲折的，不平坦的。20世紀60年代到70年代期間，美國的工業(yè)機器人主要立足于研究階段，只是幾所大學(xué)和少數(shù)公司開展了相關(guān)的研究工作。那時，美國政府并未把工業(yè)機器人列入重點發(fā)展項目，特別是，美國當(dāng)時失業(yè)率高達6.65％，政府擔(dān)心發(fā)展機器人會造成更多人失業(yè)，因此既未投入財政支持，也未組織研制機器人。70年代后期，美國政府和企業(yè)界雖對工業(yè)機器人的制造和應(yīng)用認識有所改變，但仍將技術(shù)路線的重點放在研究機器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級機器人的開發(fā)上，致使日本的工業(yè)機器人后來居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機器人制造業(yè)上很快超過了美國，產(chǎn)品在國際市場上形成了較強的競爭力。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（UNECE）和國際機器人聯(lián)合會(IFR)的統(tǒng)計，至2003年末，在美國運行的機器人總量為112400套，比2002年增長7%。預(yù)計到2007年底，運行的機器人數(shù)量將達到145000套。就每萬雇員擁有工業(yè)機器人數(shù)進行統(tǒng)計，至2003年末，美國制造業(yè)中，每1萬雇員擁有63個工業(yè)機器人。盡管從排名上說，美國已經(jīng)進入世界前十名，但其與前幾名仍然有著很大的差距，僅相當(dāng)于德國的43％，意大利的54％，歐盟的68％。與普通的制造業(yè)相比，美國汽車工業(yè)中每萬個產(chǎn)業(yè)工人擁有的工業(yè)機器人數(shù)量大大提高，達到740個，但仍然遠遠低于日本（1400個機器人）、意大利（1400個機器人）和德國（1000個機器人）。2.工業(yè)機器人在日本的發(fā)展1965年，MIT的Roborts演示了第一個具有視覺傳感器的、能識別與定位簡單積木的機器人系統(tǒng)。1967年日本成立了人工手研究會（現(xiàn)改名為仿生機構(gòu)研究會），同年召開了日本首屆機器人學(xué)術(shù)會。1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機器人學(xué)術(shù)會議。1970年以后，機器人的研究得到迅速廣泛的普及。1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺由小型計算機控制的工業(yè)機器人，它是液壓驅(qū)動的，能提升的有效負載達45公斤。到了1980年，工業(yè)機器人才真正在日本普及，故稱該年為“機器人元年”。隨后，工業(yè)機器人在日本得到了巨大發(fā)展，日本也因此而贏得了“機器人王國的美稱”。與此同時，十九世紀七十年代的日本正面臨著嚴重的勞動力短缺，這個問題已成為制約其經(jīng)濟發(fā)展的一個主要問題。毫無疑問，在美國誕生并已投入生產(chǎn)的工業(yè)機器人給日本帶來了福音。1967年日本川崎重工業(yè)公司首先從美國引進機器人及技術(shù)，建立生產(chǎn)廠房，并于1968年試制出第一臺日本產(chǎn)unimate機器人。經(jīng)過短暫的搖籃階段，日本的工業(yè)機器人很快進入實用階段，并由汽車業(yè)逐步擴大到其它制造業(yè)以及非制造業(yè)。1980年被稱為日本的“機器人普及元年”，日本開始在各個領(lǐng)域推廣使用機器人，這大大緩解了市場勞動力嚴重短缺的社會矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓勵政策，這些機器人收到了廣大企業(yè)的歡迎。1980年~1990年日本的工業(yè)機器人處于鼎盛時期，后來國際市場曾一度轉(zhuǎn)向歐洲和北美，但日本經(jīng)過短暫的低迷期又恢復(fù)其昔日的輝煌。1993年末，全世界安裝的工業(yè)機器人有61萬臺，其中日本占60%，美國占8%，歐洲占17%，俄羅斯和東歐占12%。工業(yè)機器人在德國的發(fā)展德國工業(yè)機器人的數(shù)量占世界第三，僅次于日本和美國，其智能機器人的研究和應(yīng)用在世界上處于領(lǐng)先地位。目前在普及第一代工業(yè)機器人的基礎(chǔ)上，第二代工業(yè)機器人經(jīng)推廣應(yīng)用成為主流安裝機型，而第三代智能機器人已占有一定比重并成為發(fā)展的方向。

世界上的機器人供應(yīng)商分為日系和歐系。瑞典的ABB公司是世界上最大機器人制造公司之一。1974年研發(fā)了世界上第一臺全電控式工業(yè)機器人IRB6，主要應(yīng)用于工件的取放和物料搬運。1975年生產(chǎn)出第一臺焊接機器人。到1980年兼并Trallfa噴漆機器人公司后，其機器人產(chǎn)品趨于完備。ABB公司制造的工業(yè)機器人廣泛應(yīng)用在焊接、裝配鑄造、密封涂膠、材料處理、包裝、噴漆、水切割等領(lǐng)域。德國的KUKA

Roboter

Gmbh公司是世界上幾家頂級工業(yè)機器人制造商之一。1973年研制開發(fā)了KUKA的第一臺工業(yè)機器人。年產(chǎn)量達到一萬臺左右。所生產(chǎn)的機器人廣泛應(yīng)用在儀器、汽車、航天、食品、制藥、醫(yī)學(xué)、鑄造、塑料等工業(yè)，主要用于材料處理、機床裝備、包裝、堆垛、焊接、表面休整等領(lǐng)域。（二）國內(nèi)工業(yè)機器人的發(fā)展我國機器人起步于20世紀70年代初，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期，90年代的實用化期。1.20世紀70年代的萌芽期我國于1972年開始研制工業(yè)機器人，上海、天津、吉林、哈爾濱、廣州和昆明等地方的十幾個研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序、結(jié)合式、液壓伺服型機器人，并開始了機構(gòu)學(xué)（包括步行機構(gòu)）、計算機控制和應(yīng)用技術(shù)的研究，這些機器人大約有1/3用于生產(chǎn)。在該技術(shù)的推動下，隨著改革開放方針的實施，我國機器人技術(shù)的發(fā)展得到政府的重視和支持，在80年代中期，國家組織了對工業(yè)機器人的需求的行業(yè)的調(diào)研，結(jié)果表明，對第二代工業(yè)機器人的需求主要集中于汽車行業(yè)（占總需要的60%～70%）。2.20世紀80年代的開發(fā)期在眾多專家的建議和規(guī)劃下，于“七五”期間，由機電部主持，中央各部委，中科院及地方十幾所科研院所和大學(xué)參加，國家投入相當(dāng)?shù)馁Y金，進行了工業(yè)機器人基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)元器件、幾類工業(yè)機器人整機及應(yīng)用工程的開發(fā)研究，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術(shù)（包括機械手、控制系統(tǒng)、驅(qū)動傳動單元、測試系統(tǒng)的設(shè)計、制造、應(yīng)用和小批量生產(chǎn)的工藝技術(shù)等）的開發(fā)，研制出噴涂、弧焊、點焊和搬運等作業(yè)機器人整機。在應(yīng)用方面，在第二汽車廠建立了我國第一條采用國產(chǎn)機器人的生產(chǎn)線——東風(fēng)系列駕駛室多品種混流機器人噴涂生產(chǎn)線，該線由7臺國產(chǎn)PJ系列噴涂機器人和PM系列噴涂機器人和周邊設(shè)備構(gòu)成，已運行十幾年，很好地完成噴涂東風(fēng)系列駕駛室的生產(chǎn)任務(wù)，成為國產(chǎn)機器人應(yīng)用的一個窗口；此外，還建立了幾個弧焊和點焊機器人工作站。與此同時，還研制了幾種SCARA型裝配機器人樣機，并進行了試應(yīng)用。在基礎(chǔ)技術(shù)研究方面，解剖了國外10余種先進的機型，并進行了機構(gòu)學(xué)，控制編程，驅(qū)動傳動方式，檢測等基礎(chǔ)理論與技術(shù)的系統(tǒng)研究。開發(fā)出具有國際先進水平的測量系統(tǒng)，編制了我國工業(yè)機器人標(biāo)準體系和12項國標(biāo)、行標(biāo)。為了跟蹤國外高技術(shù)，20世紀80年代在國家高技術(shù)計劃中，安排了智能機器人的研究開發(fā)，包括水下無纜機器人，高功能裝配機器人和各類特種機器人。如圖3-1所示。圖3-1國產(chǎn)機械臂應(yīng)用于汽車行業(yè)3.20世紀90年代的實用化期90年代后期是實現(xiàn)國產(chǎn)機器人的商品化，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)的時期。國內(nèi)一些機器人專家認為：應(yīng)繼續(xù)開發(fā)和完善噴涂、點焊、弧焊、搬運等機器人系統(tǒng)應(yīng)用成套技術(shù)，完成交鑰匙工程。在掌握機器人開發(fā)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步開拓市場，擴大應(yīng)用領(lǐng)域，從汽車制造業(yè)逐漸擴展到其他制造業(yè)并滲透到非制造業(yè)領(lǐng)域，開發(fā)第二代工業(yè)機器人及各類適合我國國情的經(jīng)濟型機器人以滿足不同行業(yè)多層次的需求，開展機器人柔性裝配系統(tǒng)的研究，充分發(fā)揮工業(yè)機器人在CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）中的核心技術(shù)作用。在此過程中，嫁接國外技術(shù)，促進國際合作，促使我國工業(yè)機器人得到進一步發(fā)展，為21世紀機器人產(chǎn)業(yè)奠定更堅實的基礎(chǔ)。經(jīng)過20年的改革開放，隨著對商品高質(zhì)量和多樣化的要求普遍提高，生產(chǎn)過程的柔性自動化要求日益迫切，在電子、家電、汽車、輕工業(yè)等行業(yè)，工業(yè)機器人的應(yīng)用日趨廣泛，隨著我國加入WTO后國際競爭更加激烈，對工業(yè)機器人的需求會越來越大。我國的工業(yè)機器人將在21世紀得到普及，隨著我國加入世界貿(mào)易組織（WTO），我國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)將面臨新的發(fā)展機遇和來自國外的挑戰(zhàn)，把握機遇，迎接挑戰(zhàn)，為我國躋身于機器人強國之列而努力奮斗。1986年底，中共中央24號文件把智能機器人列為國家863計劃自動化領(lǐng)域兩大主題之一，代號為512，其主要目標(biāo)是“跟蹤世界先進水平，研發(fā)水下機器人等極限環(huán)境下作業(yè)的特種機器人”。在國家863計劃精心組織下，1994年“探索者”號研制成功，它工作深度達到1000米，甩掉了與母船間聯(lián)系的電纜，實現(xiàn)了從有纜向無纜的飛躍。從1992年6月起，又與俄羅斯科學(xué)院海洋技術(shù)研究所合作，以我方為主，先后研制開發(fā)出了“CR-01、CR-02”6000米無纜自治水下機器人，為我國深海資源的調(diào)查開發(fā)提供了先進裝備。2008年，水下機器人首次用于我國第三次北極科考冰下試驗，獲取了海冰厚度、冰底形態(tài)等大量第一手科研資料。4.服務(wù)機器人的發(fā)展期相對于已經(jīng)成熟的工業(yè)機器人來說，我國服務(wù)機器人起步較晚，與國外存在較大的差距。我國服務(wù)機器人的研究始于90年代。仿人機器人走出實驗室，我國成為繼日本之后投入實際展示應(yīng)用的第二個國家；烹飪機器人實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，它能做出50多種美味菜肴，烹飪水平不低于專業(yè)廚師；機器人護理床、智能輪椅等各種助老助殘服務(wù)機器人相繼問世，并積極推進服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)化進程；國內(nèi)的大型玩具企業(yè)正在和科研院所合作，研發(fā)高端玩具機器人產(chǎn)品，企業(yè)的積極參與將推動以高端玩具為代表的教育娛樂機器人的產(chǎn)業(yè)化進程。如圖3-2所示。圖3-2服務(wù)機器人2005年，我國服務(wù)機器人市場開始初具規(guī)模。同年，發(fā)展服務(wù)機器人被列為國家863計劃先進制造與自動化技術(shù)領(lǐng)域重點項目。2006年，發(fā)展智能服務(wù)機器人被列為《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》。2008年，科技部將北京四季青模范敬老院和上海徐家匯福利院列為服務(wù)機器人應(yīng)用示范區(qū)。目前，我國的服務(wù)機器人主要有吸塵器機器人，教育、娛樂、保安機器人，智能輪椅機器人，智能穿戴機器人，智能玩具機器人，同時還有一批為服務(wù)機器人提供核心控制器、傳感器和驅(qū)動器功能部件的企業(yè)。（三）世界知名工業(yè)機器人品牌機器人產(chǎn)業(yè)是發(fā)達國家工業(yè)化的重要標(biāo)志，在勞動力成本不斷飆升和機器人成本日趨下降的大背景下，機器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展愈來愈受到社會各界的廣泛關(guān)注。隨著智能裝備的高速發(fā)展，工業(yè)機器人在工業(yè)制造中的優(yōu)勢和作用越來越顯著，機器人企業(yè)也如雨后春筍般的出現(xiàn)。然而占據(jù)主導(dǎo)地位的還是那些龍頭企業(yè)。素有工業(yè)機器人“四大家族”之稱的ABB、庫卡、發(fā)那科、安川電機仍擁有半壁江山。1.ABB1988年創(chuàng)立于歐洲的ABB公司于1994年進入中國，1995年成立ABB中國有限公司。2005年起，ABB機器人的生產(chǎn)、研發(fā)、工程中心都開始轉(zhuǎn)移到中國，可見國際機器人巨頭對中國市場的重視。目前，中國已經(jīng)成為ABB全球第一大市場。如圖3-3所示。圖3-3ABB機器人2011年ABB集團銷售額達380億美元，其中在華銷售額達51億美元，同比增長了21%。近年來，國際上一些先進的機器人企業(yè)瞄準了中國龐大的市場需求，大舉進入中國。目前，ABB機器人產(chǎn)品和解決方案已廣泛應(yīng)用于汽車制造、食品飲料、計算機和消費電子等眾多行業(yè)的焊接、裝配、搬運、噴涂、精加工、包裝和碼垛等不同作業(yè)環(huán)節(jié)，幫助客戶大大提高其生產(chǎn)率。例如，今年安裝到雷柏公司深圳廠區(qū)生產(chǎn)線上的70臺ABB最小的機器人IRB120，不僅將工人從繁重枯燥的機械化工作中解放出來，實現(xiàn)生產(chǎn)效率的成倍提高，成本也降低了一半。另外，這些機器人的柔性特點還幫助雷柏公司降低了工程設(shè)計難度，將自動設(shè)備的開發(fā)時間比預(yù)期縮短了15%。2.庫卡（KUKA）庫卡（KUKA）及其德國母公司是世界工業(yè)機器人和自動控制系統(tǒng)領(lǐng)域的頂尖制造商，它于1898年在德國奧格斯堡成立，當(dāng)時稱“克勒與克納皮赫奧格斯堡（KellerundKnappichAugsburg）”。在1995年KUKA公司分為KUKA機器人公司和KUKA庫卡焊接設(shè)備有限公司（即現(xiàn)在的KUKA制造系統(tǒng)），2011年3月中國公司更名為：庫卡機器人（上海）有限公司。如圖3-4所示。圖3-4庫卡機器人KUKA產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、冶金、食品和塑料成形等行業(yè)。KUKA機器人公司在全球擁有20多個子公司，其中大部分是銷售和服務(wù)中心。KUKA在全球的運營點有：美國，墨西哥，巴西，日本，韓國，臺灣，印度和歐洲各國。1973年KUKA研發(fā)其第一臺工業(yè)機器人，即名為FAMULUS。這是世界上第一臺機電驅(qū)動的6軸機器人。今天該公司四軸和六軸機器人有效載荷范圍達3–1300公斤、機械臂展達350–3700mm，機型包括：SCARA、碼垛機、門式及多關(guān)節(jié)機器人，皆采用基于通用PC控制器平臺控制。KUKA的機器人產(chǎn)品最通用的應(yīng)用范圍包括工廠焊接、操作、碼垛、包裝、加工或其它自動化作業(yè)，同時還適用于醫(yī)院，比如腦外科及放射造影。庫卡工業(yè)機器人的用戶包括通用汽車、克萊斯勒、福特汽車、保時捷、寶馬、奧迪、奔馳（Mercedes-Benz）、大眾（Volkswagen）、哈雷-戴維森（Harley-Davidson）、波音（Boeing）、西門子（Siemens）、宜家（IKEA）、沃爾瑪（Wal-Mart）、雀巢（Nestle）、百威啤酒（Budweiser）以及可口可樂（Coca-Cola）等眾多單位。3.發(fā)那科（FANUC）FANUC（發(fā)那科）是日本一家專門研究數(shù)控系統(tǒng)的公司，成立于1956年。是世界上最大的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家，占據(jù)了全球70%的市場份額。FANUC1959年首先推出了電液步進電機，在后來的若干年中逐步發(fā)展并完善了以硬件為主的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。進入70年代，微電子技術(shù)、功率電子技術(shù)，尤其是計算技術(shù)得到了飛速發(fā)展，F(xiàn)ANUC公司毅然舍棄了使其發(fā)家的電液步進電機數(shù)控產(chǎn)品，一方面從GETTES公司引進直流伺服電機制造技術(shù)。1976年FANUC公司研制成功數(shù)控系統(tǒng)5，隨后又與SIEMENS公司聯(lián)合研制了具有先進水平的數(shù)控系統(tǒng)7，從這時起，F(xiàn)ANUC公司逐步發(fā)展成為世界上最大的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)家。如圖3-5所示。圖3-5發(fā)那科機器人FANUC機器人產(chǎn)品系列多達240種，負重從0.5公斤到1.35噸，廣泛應(yīng)用在裝配、搬運、焊接、鑄造、噴涂、碼垛等不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)，滿足客戶的不同需求。自1974年，F(xiàn)ANUC首臺機器人問世以來，F(xiàn)ANUC致力于機器人技術(shù)上的領(lǐng)先與創(chuàng)新，是世界上唯一一家由機器人來做機器人的公司，是世界上唯一提供集成視覺系統(tǒng)的機器人企業(yè)，是世界上唯一一家既提供智能機器人又提供智能機器的公司。4.安川（Yaskawa）日本安川電機株式會社創(chuàng)立于1915年，公司是有近百年的歷史專業(yè)電氣廠商。公司AC伺服和變頻器市場份額位居全球第一。截至2011年3月，安川公司的機器人累計出售臺數(shù)已突破23萬臺，活躍在從日本國內(nèi)到世界各國的焊接、搬運、裝配、噴涂以及放置在無塵室內(nèi)的液晶顯示器、等離子顯示器和半導(dǎo)體制造的搬運搬送等各種各樣的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中。如圖3-6所示。圖3-6安川機器人日本安川（Yaskawa）工業(yè)機器人一直獲得用戶的青睞。安川在斯洛文尼亞Ribnica開設(shè)了新的機器人中心。該中心在2013年之前為歐洲中心。安川將德國的生產(chǎn)線轉(zhuǎn)移至斯洛文尼亞，并與當(dāng)?shù)氐腗otomanRobotec和Ristro合作。上述兩家當(dāng)?shù)仄髽I(yè)已更名為YaskawaSlovenia和YaskawaRistro。YaskawaRistro計劃滿足歐洲對合成機器人需求的60%，并在2013年前成為歐洲機器人外圍產(chǎn)品的頂尖企業(yè)。合成機器人用于汽車工業(yè)、金屬加工業(yè)、食品生產(chǎn)業(yè)和制藥業(yè)。（四）中國知名工業(yè)機器人品牌中國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫，機器換人進行得如火如荼，在政府的大力扶持和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的拉動下，機器人概念或?qū)⒊掷m(xù)火爆，市場參與熱度繼續(xù)上升。國內(nèi)涌現(xiàn)出了一批代表著中國目前工業(yè)機器人生產(chǎn)水平和發(fā)展方向的制造生產(chǎn)企業(yè)。下面我們就中國十個比較著名的機器人企業(yè)進行簡單的介紹。（排名不分先后）1.安徽埃夫特智能裝備有限公司安徽埃夫特智能裝備有限公司成立于2007年8月，注冊資本11460萬元，是一家專門從事工業(yè)機器人、大型物流儲運設(shè)備及非標(biāo)生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計和制造的高新技術(shù)企業(yè)。埃夫特公司擁有各類技術(shù)和管理人才300余人，先后牽頭承擔(dān)工信部國家科技重大專項2項，科技部863計劃項目4項，發(fā)改委智能制造裝備發(fā)展專項2項，安徽省科技攻關(guān)項目3項，獲得國家科技進步二等獎1項，參與制定機器人行業(yè)國家標(biāo)準1項。如圖3-7所示。圖3-7埃夫特機器人埃夫特公司2009年11月被認定為高新技術(shù)企業(yè)，2010年3月通過ISO9001國際質(zhì)量體系認證，2013年5月成立蔡鶴皋院士工作站。埃夫特公司是中國機器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟和中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)起人和副主席單位，所研制的國內(nèi)首臺重載165公斤機器人載入中國企業(yè)創(chuàng)新紀錄，榮獲2012年中國國際工業(yè)博覽會銀獎。埃夫特機器人在奇瑞汽車等企業(yè)歷經(jīng)五年的苛刻考驗和充分驗證之后，被廣泛推廣到汽車及零部件行業(yè)、家電行業(yè)、電子行業(yè)、衛(wèi)浴行業(yè)、機床行業(yè)、機械制造行業(yè)、日化行業(yè)、食品和藥品行業(yè)、光電行業(yè)、鋼鐵行業(yè)等。埃夫特公司以“‘智’造自動化裝備，解放人類生產(chǎn)力”為己任，致力成為國際一流的自動化裝備制造商。2.南京埃斯頓機器人工程有限公司埃斯頓自動化公司于1993年在中國六朝古都南京注冊設(shè)立，專注、誠信的企業(yè)經(jīng)營理念和改革開放的良好市場環(huán)境，使埃斯頓自動化一步一步成長和壯大，今天已經(jīng)成為國內(nèi)智能裝備核心控制功能部件制造業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)之一。公司總部位于江寧開發(fā)區(qū)將軍大道15號。如圖3-8所示。圖3-8埃斯頓機器人埃斯頓機器人公司現(xiàn)擁有一支高水平的專業(yè)研發(fā)團隊，具有與世界工業(yè)機器人技術(shù)同步發(fā)展的技術(shù)優(yōu)勢；公司已經(jīng)具有全系列工業(yè)機器人產(chǎn)品，包括Delta和Scara工業(yè)機器人系列，其中標(biāo)準工業(yè)機器人規(guī)格從6kg到300kg，應(yīng)用領(lǐng)域分布點焊，弧焊，搬運，機床上下料等。同時，公司已經(jīng)建立擁有一支強大的工業(yè)機器人工程應(yīng)用設(shè)計團隊，致力于客戶價值最大化，為客戶提供工業(yè)機器人應(yīng)用完整解決方案。埃斯頓機器人工程有限公司的發(fā)展目標(biāo)是：成為具有國際影響力的中國工業(yè)機器人公司。3.上海新時達電氣有限公司上海新時達電氣股份有限公司是專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)銷售工業(yè)控制、傳動控制、運動控制和機器人產(chǎn)品并服務(wù)于全球的高新技術(shù)企業(yè)，創(chuàng)立于1995年，注冊商標(biāo)STEP。公司管理體系通過德國TUV機構(gòu)的ISO9001認證、ISO14001認證；產(chǎn)品通過歐洲CE、EN-81、北美CSA等國際認證。企業(yè)技術(shù)中心擁有EMC實驗室、環(huán)境實驗室、電梯試驗井道、試驗中心、多功能會議廳及客戶培訓(xùn)中心等設(shè)施。如圖3-9所示。圖3-9新時達機器人公司是2008年首批認定的國家高新技術(shù)企業(yè)、上海市知識產(chǎn)權(quán)示范企業(yè)、上海市專利示范企業(yè)、國家創(chuàng)新型企業(yè)，技術(shù)中心被認定為上海市企業(yè)技術(shù)中心。公司設(shè)有國家級博士后科研工作站，參與編制與修訂國家技術(shù)標(biāo)準12項，已申請專利194項，其中發(fā)明專利10項，獲得專利授權(quán)100項，其中發(fā)明專利27項。新時達憑借多年積累的驅(qū)動與控制的技術(shù)實力，推動驅(qū)、控一體化機器人控制系統(tǒng)的開發(fā)，通過不斷增強軟實力，已經(jīng)具備了機器人全系統(tǒng)開發(fā)能力，在滿足通用機器人產(chǎn)品需求的基礎(chǔ)上，能夠根據(jù)客戶的應(yīng)用需求，為客戶定制開發(fā)專用領(lǐng)域的機器人產(chǎn)品。公司現(xiàn)擁有一支以國內(nèi)一流高校的博士、碩士為主的高水平機器人研發(fā)團隊，已形成275、50、16、6公斤等系列機器人產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋電梯、機加工、食品、印刷包裝、汽車零部件、電子、橡機、陶瓷等眾多行業(yè)。新時達三年斥巨資推動機器人研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，新建機器人產(chǎn)業(yè)基地、機器人研發(fā)中心，以企業(yè)技術(shù)中心為平臺，與國內(nèi)外一流的大學(xué)合作，研發(fā)、生產(chǎn)國內(nèi)一流的機器人產(chǎn)品。4.沈陽新松機器人自動化股份有限公司新松公司隸屬中國科學(xué)院，是一家以機器人獨有技術(shù)為核心，致力于數(shù)字化智能高端裝備制造的高科技上市企業(yè)，同時是國內(nèi)唯一一家生產(chǎn)工業(yè)機器人進入全球前十品牌的企業(yè)。公司的機器人產(chǎn)品線涵蓋工業(yè)機器人、潔凈（真空）機器人、移動機器人、特種機器人及智能服務(wù)機器人五大系列，其中工業(yè)機器人產(chǎn)品填補多項國內(nèi)空白，創(chuàng)造了中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上88項第一的突破；潔凈（真空）機器人多次打破國外技術(shù)壟斷與封鎖，大量替代進口；移動機器人產(chǎn)品綜合競爭優(yōu)勢在國際上處于領(lǐng)先水平，被美國通用等眾多國際知名企業(yè)列為重點采購目標(biāo)；特種機器人在國防重點領(lǐng)域得到批量應(yīng)用。如圖3-10所示。圖3-10新松機器人公司在高端智能裝備方面已形成智能物流、自動化成套裝備、潔凈裝備、激光技術(shù)裝備、軌道交通、節(jié)能環(huán)保裝備、能源裝備、特種裝備產(chǎn)業(yè)群組化發(fā)展。公司以近150億的市值成為沈陽最大的企業(yè)，是國際上機器人產(chǎn)品線最全廠商之一，也是國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)。四、強化鞏固世界知名的機器人四大家族是哪些，國內(nèi)的四大家族是哪些五、總結(jié)拓展（一）課堂總結(jié)（1）了解國內(nèi)外工業(yè)機器的發(fā)展。（2）了解世界知名工業(yè)機器人品牌。（3）了解中國知名工業(yè)機器人品牌。（二）布置作業(yè)總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容提前組織教學(xué)課題導(dǎo)入基本知識講解《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題工業(yè)機器人的分類課時2教學(xué)目的與要求1、了解工業(yè)機器人按應(yīng)用環(huán)境分類。2、了解工業(yè)機器人按技術(shù)等級分類。3、了解工業(yè)機器人按驅(qū)動方式分類。4、了解工業(yè)機器人按坐標(biāo)系統(tǒng)分類。教學(xué)重點與難點重點：1）了解工業(yè)機器人的分類。難點：1）按驅(qū)動分類。教學(xué)方法課堂講授（PPT授課+小組討論）主要內(nèi)容及步驟備注教學(xué)過程一、組織教學(xué)：組織課堂，新課前的自我介紹，介紹本節(jié)課程的體系結(jié)構(gòu)，告知學(xué)習(xí)的基本要求。二、課題導(dǎo)入：工業(yè)機器人按照應(yīng)用環(huán)境、技術(shù)等級、驅(qū)動方式、坐標(biāo)系統(tǒng)的分類。三、新課講授：工業(yè)機器人的各個分類四、強化鞏固利用實際生活中接觸的例子加強鞏固五、總結(jié)拓展1.課堂內(nèi)容總結(jié) 2.布置作業(yè)小組討論授課效果分析總結(jié)教學(xué)內(nèi)容課堂互動一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強調(diào)本門課程的上課時間、地點。推薦教材：《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》活頁式教材二、課題導(dǎo)入我們學(xué)習(xí)工業(yè)機器人的品牌，那么思考：這些工業(yè)機器人有哪些分類呢？導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)工業(yè)機器人的各種品牌，那么我們本次來學(xué)習(xí)一下工業(yè)機器人的分類吧，這些工業(yè)機器人也是人類根據(jù)不同場所，不同的應(yīng)用和要求規(guī)劃出來的，我們來看一下有哪些呢？新課講授工業(yè)機器人的分類我國的機器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機器人分為兩大類，工業(yè)機器人和特種機器人，即制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下的特種機器人所謂工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人，包括焊接機器人、搬運機器人、裝配機器人、處理機器人、噴涂機器人等。而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進機器人，包括：服務(wù)機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務(wù)機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。（一）按應(yīng)用環(huán)境分類按應(yīng)用環(huán)境分類見表4-1表4-1按應(yīng)用環(huán)境分類焊接機器人點焊機器人弧焊機器人搬運機器人上下料機器人碼垛機器人分揀機器人移動小車（AGV)裝配機器人裝配機器人處理機器人切割機器人沖壓、鍛造機器人打磨、拋光機器人噴涂機器人噴涂機器人1.焊接機器人焊接機器人是把焊槍固定在機器人手臂上，然后通過一系列的程序控制電焊機啟動，焊接、停止。同時控制機器人手臂旋轉(zhuǎn)，擺動等等，實現(xiàn)全自動焊接的工作站。如圖4-1所示。圖4-1焊接機器人2.上下料機器人上下料機器人是將待加工工件送裝到加工位置和將已加工工件從加工位置取下的工件自動上下料的工作站。如圖4-2所示。圖4-2上下料機器人3.碼垛機器人碼垛機器人是通過定位信息，將已輸送到抓取工位的工件，由機器人自動抓取到碼垛位置進行碼垛，然后重復(fù)抓取工件進行新垛的碼放的工作站。如圖4-3所示。圖4-3碼垛機器人4.分揀機器人分揀機器人是一種具備了傳感器、物鏡和電子光學(xué)系統(tǒng)的機器人，可以快速進行貨物分揀的工作站。如圖4-4所示。圖4-4分揀機器人5.AGV移動小車AGV移動小車是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)向系統(tǒng)，可以保障系統(tǒng)在不需要人工引航的情況下就能夠沿預(yù)定的路線自動行駛，將貨物或物料自動從起始點運送到目的地的無人駕駛運輸車。如圖4-5所示。圖4-5AGV小車6.裝配機器人裝配機器人是通過機器人、控制器、智能傳感器和末端執(zhí)行器，根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序和從傳感器反饋回來的信號，自動控制末端執(zhí)行器來完成工件裝配的工作站。如圖4-6所示。圖4-6裝配機器人7.切割機器人水切割機器人是利用高壓水流切割技術(shù)，完成對材料切割的工作站。激光切割機器人是利用高功率密度激光束照射技術(shù)，完成對材料切割的工作站。如圖4-7所示。圖4-7切割機器人8.鍛造沖壓機器人鍛造沖壓機器人是利用鍛造沖壓機械的錘頭、砧塊、\t"/item/%E9%94%BB%E5%8E%8B/_blank"沖頭或通過模具對坯料施加壓力，使之產(chǎn)生\t"/item/%E9%94%BB%E5%8E%8B/_blank"塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的制件的工作站。如圖4-8所示。圖4-8鍛造沖壓機器人9.打磨、拋光機器人打磨、拋光機器人是應(yīng)用壓力控制技術(shù)，透過數(shù)字化編程在工件上準確地控制磨料的磨損補償，以自動化拋光、打磨系統(tǒng)為核心的工作站。如圖4-9所示。圖4-9打磨、拋光機器人10.噴涂機器人噴涂機器人是在產(chǎn)品生產(chǎn)加工完成后，控制噴涂設(shè)備借助于壓力或離心力，分散成均勻而微細的霧滴，自動噴涂于被涂物表面的工作站。如圖4-10所示。圖4-10噴涂機器人（二）按技術(shù)等級分類按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平可以將工業(yè)機器人分為三代。1.示教再現(xiàn)工業(yè)機器人第一代工業(yè)機器人是示教再現(xiàn)型。如圖4-11所示。這類機器人能夠按照人類預(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行，比如操作人員握住機器人上的噴槍，沿噴漆路線示范一遍，機器人動作中記住這一連串運動，工作時，自動重復(fù)這些運動，從而完成給定位置的噴涂工作。這種方式即所謂的“直接示教”。圖4-11示教再現(xiàn)型機器人2.感知型工業(yè)機器人第二代工業(yè)機器人具有環(huán)境感知裝置，是具有感覺功能的工業(yè)機器人，包括具有光覺、視覺、觸覺、聲覺等。如圖4-12所示。這類機器人能在一定程度上適應(yīng)環(huán)境變化，目前已進入應(yīng)用階段。以焊接機器人為例，機器人焊接的過程一般是通過示教方式給出機器人的運動曲線，機器人攜帶焊槍沿著該曲線進行焊接。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確。否則，機器人攜帶焊槍沿所走的曲線和工件的實際焊縫位置會有偏差。為解決這個問題，第二代工業(yè)機器人（應(yīng)用于焊接作業(yè)時）采用焊縫跟蹤技術(shù)，通過傳感器感知焊縫的位置，再通過反饋控制，機器人就能夠自動跟蹤焊縫，從而對示教的位置進行修正，即使實際焊縫相對于原始設(shè)定的位置有變化，機器人仍然可以很好地完成焊接工作。圖4-12感知型工業(yè)機器人3.智能工業(yè)機器人第三代工業(yè)機器人稱為智能機器人，具有發(fā)現(xiàn)問題，并且能自主地解決問題的能力，尚處于實驗研究階段。作為發(fā)展目標(biāo)，這類機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)，比如自動發(fā)現(xiàn)路況、測出協(xié)作機器的相對位置、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。如圖4-13所示。圖4-13智能工業(yè)機器人這類機器人具有高度的適應(yīng)性和自治能力。盡管經(jīng)過多年來的不懈研究，人們研制了很多各具特點的試驗裝置，提出大量新思想、新方法，但現(xiàn)有工業(yè)機器人的自適應(yīng)技術(shù)還是十分有限的。（四）按驅(qū)動方式分類機器人驅(qū)動器是用來使機器人發(fā)出動作的動力機構(gòu)。機器人驅(qū)動器可將電能、液壓能和氣壓能轉(zhuǎn)化為機器人的動力。因而，按機器人的驅(qū)動方式可以將工業(yè)機器人分為電氣驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動三類。如表4-2所示。1.電氣驅(qū)動電氣驅(qū)動，包括直流伺服電機、步進電機和交流伺服電機等。如圖4-14所示。圖4-14電氣驅(qū)動機器人2.液壓驅(qū)動液壓驅(qū)動，包括電液步進馬達和油缸等。如圖4-15所示。圖4-15液壓驅(qū)動機器人3.氣壓驅(qū)動氣動驅(qū)動，包括氣缸和氣動馬達等。表4-2工業(yè)機器人常用的驅(qū)動方式性能對比表驅(qū)動方式輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積使用范圍制造液壓驅(qū)動壓力高，可獲得大的輸出力油液不可壓縮，壓力、流量均容易控制，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制維修方便，液體對溫度變化敏感，油液泄漏易著火在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅(qū)動方式小中、小型及重型機器人液壓元件成本較高，油路比較復(fù)雜氣壓驅(qū)動氣體壓力低，輸出力較小，如需輸出力大時，其結(jié)構(gòu)尺寸過大可高速運行，沖擊較嚴重，精確定位困難。氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易與CPU連接維修簡單，能在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄露無影響體積較大中、小型機器人結(jié)構(gòu)簡，介質(zhì)來源成本低電氣驅(qū)動輸出力較小或較大容易與CPU連接，控制性能好，響應(yīng)快，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜維修使用較復(fù)雜需要減速裝置，體積較小高性能、運動軌跡要求嚴格的機器人成本較高（五）按坐標(biāo)系統(tǒng)分類工業(yè)機器人的機械配置形式多種多樣，典型工業(yè)機器人的機構(gòu)運動特征是用其坐標(biāo)特性來描述的。按基本動作機構(gòu)，工業(yè)機器人通?？煞譃橹苯亲鴺?biāo)機器人、柱面坐標(biāo)機器人和關(guān)節(jié)型機器人等類型。1.直角坐標(biāo)機器人直角坐標(biāo)機器人是只具有移動關(guān)節(jié)的工業(yè)機器人，如圖4-16所示。其具有空間上相互垂直的多個直線移動軸，通常3個。通過直角坐標(biāo)方向的3個獨立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長方體。圖4-16直角坐標(biāo)機器人直角坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，空間軌跡易于求解；但其動作范圍相對較小，設(shè)備的空間因數(shù)較低，實現(xiàn)相同的動作空間要求時，機體本身的體積較大。2.柱面坐標(biāo)機器人柱面坐標(biāo)機器人具有一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、其余為移動關(guān)節(jié)的工業(yè)機器人，如圖4-17所示。其空間位置機構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)基座、垂直移動和水平移動軸構(gòu)成。具有一個回轉(zhuǎn)和兩個平移自由度，其動作空間呈圓柱體。圖4-17點膠機柱面坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，但缺點是在機器人的動作范圍內(nèi)，必須有沿軸線前后方向的移動空間，空間利用率較低。4.多關(guān)節(jié)型機器人多關(guān)節(jié)型機器人由多個旋轉(zhuǎn)和擺動機構(gòu)組合而成的工業(yè)機器人。這類機器人結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大、動作最接近人的動作，對噴涂、裝配、焊接等多種作業(yè)都有良好的適應(yīng)性，應(yīng)用范圍越來越廣。不少著名的工業(yè)機器人都采用了這種型式，其擺動方向主要有垂直方向和水平方向兩種，因此這類機器人又可分為垂直多關(guān)節(jié)機器人和水平多關(guān)節(jié)機器人。如美國Unimation公司20世紀70年代末推出的機器人PUMA就是一種垂直多關(guān)節(jié)機器人，而日本山梨大學(xué)研制的機器人SCARA則是一種典型的水平多關(guān)節(jié)機器人。目前世界工業(yè)界裝機最多的工業(yè)機器人是串聯(lián)關(guān)節(jié)型垂直6軸機器人和SCARA型四軸機器人。如圖4-18所示。圖4-18多關(guān)節(jié)型機器人四、強化鞏固工業(yè)機器人都分哪些類型五、總結(jié)拓展（一）課堂總結(jié)按應(yīng)用環(huán)境分類按技術(shù)等級分類按驅(qū)動方式分類按坐標(biāo)系統(tǒng)分類（3）智能制造的含義（二）布置作業(yè)總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容提前組織教學(xué)課題導(dǎo)入基本知識講解本節(jié)重點本節(jié)難點《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題工業(yè)機器人的本體課時2教學(xué)目的與要求（1）掌握六軸多關(guān)節(jié)機器人的結(jié)構(gòu)。（2）掌握水平關(guān)節(jié)機器人的結(jié)構(gòu)。（3）掌握并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)。（4）掌握工業(yè)機器人本體的線路連接。教學(xué)重點與難點重點：1）掌握各類型機器人的結(jié)構(gòu)難點：2）掌握工業(yè)機器人本體的線路連接教學(xué)方法課堂講授（PPT授課+小組討論）主要內(nèi)容及步驟備注教學(xué)過程一、組織教學(xué)：組織課堂，介紹本節(jié)課程的體系結(jié)構(gòu)，告知學(xué)習(xí)的基本要求。二、課題導(dǎo)入：工業(yè)機器人本體的結(jié)構(gòu)，本體的線路連接新課講授：工業(yè)機器人各類本體的結(jié)構(gòu)和線路連接四、強化鞏固利用實際生活中接觸的例子加強鞏固五、總結(jié)拓展1.課堂內(nèi)容總結(jié) 2.布置作業(yè)小組討論授課效果分析總結(jié)教學(xué)內(nèi)容課堂互動一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強調(diào)本門課程的上課時間、地點。推薦教材：《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》活頁式教材二、課題導(dǎo)入我們學(xué)習(xí)工業(yè)機器人，那么思考：工業(yè)機器人的本體有哪些部分組成？導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)了工業(yè)機器人的品牌，本次課堂上我們學(xué)習(xí)工業(yè)機器人本體是上面部件組成的，為什么可以自己動起來呢？新課講授工業(yè)機器人的本體（一）六軸多關(guān)節(jié)機器人1.機械臂機械臂是工業(yè)機器人的機械主體，是用來完成各種作業(yè)的執(zhí)行機構(gòu)。如圖5-2所示。該圖為6自由度關(guān)節(jié)機器人的基本構(gòu)造，具體各關(guān)節(jié)如表5-1所示。為適應(yīng)不同的用途，機器人本體最后一個軸的接口通常為一個法蘭，可以安裝不同的操作裝置（習(xí)慣上稱末端執(zhí)行器），如夾緊爪、吸盤、焊槍等。圖5-2六軸多關(guān)節(jié)機器人本體結(jié)構(gòu)表5-1六軸各關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)軸1軸2軸3軸4軸5軸6關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人的機械臂是由關(guān)節(jié)連在一起的許多機械連桿的集合體。它的每一個關(guān)節(jié)均采用1個交流伺服電動機驅(qū)動。關(guān)節(jié)通常是移動關(guān)節(jié)和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。移動關(guān)節(jié)允許連桿作直線移動，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)僅允許連桿之間發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動。由關(guān)節(jié)-連桿結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的機械臂大體可分為基座、腰部、臂部（大臂和小臂）和手腕4個部分，由4個獨立旋轉(zhuǎn)“關(guān)節(jié)”（腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)）串聯(lián)而成。（1）基座?；菣C器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。整個執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動裝置都安裝在基座上。對固定式機器人，直接連接在地面基礎(chǔ)上；對移動式機器人，則安裝在移動機構(gòu)上，可分為有軌和無軌兩種。（2）腰部。腰部是機器人手臂的支撐部分。根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)坐標(biāo)系的不同，腰部可以在基座上轉(zhuǎn)動，也可以和基座制成一體。有時腰部也可以通過導(dǎo)桿或?qū)Р墼诨弦苿?，從而增大工作空間。（3）臂部。有大臂和小臂，手臂是連接機身和手腕的部分，由機械臂的動力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成。它是執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的主要運動部件，也稱主軸，主要用于改變手腕和末端執(zhí)行器的空間位置，滿足機器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到基座。（4）手腕。手腕是連接末端執(zhí)行器和手臂的部分，將作業(yè)載荷傳遞到臂部，也稱次軸，主要用于改變末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)。2.驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置是驅(qū)使工業(yè)機器人機械臂運動的裝置。按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機器人產(chǎn)生動作。工業(yè)機器人常用的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動三種類型。目前除了個別精度要求不高，重負或有防爆要求的機器人采用液壓、氣壓驅(qū)動以外，工業(yè)機器人大多都是采用電氣驅(qū)動，而其中交流伺服電機用的最廣，而且一般都是每個關(guān)節(jié)由一個驅(qū)動獨立控制。如圖5-3所示。圖5-3工業(yè)機器人驅(qū)動表5-2工業(yè)機器人驅(qū)動裝置1機器人減速機2伺服電機3伺服驅(qū)動器4機器人控制器1）伺服電機伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。如表5-2所示。伺服電機可控制速度，通過控制速度來控制位置精度，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機可分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。如圖5-4和圖5-5所示。圖5-4伺服電機外形圖5-5伺服電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)2）伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器又稱為伺服控制器、伺服放大器，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。如表5-2所示。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。如圖5-6所示。圖5-6伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器是現(xiàn)代運動控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人及數(shù)控加工中心等自動化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機的伺服驅(qū)動器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動器設(shè)計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計合理與否，對于整個伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。3）傳動單元驅(qū)動裝置的受控運動必須通過傳動單元帶動機械臂產(chǎn)生運動，以精確的保證末端執(zhí)行器所要求的位置、姿態(tài)和實現(xiàn)其運動。目前工業(yè)機器人廣泛采用的機械傳動單元是減速機，關(guān)節(jié)減速機要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點。精密減速機使機器人伺服電機在一個合適的速度下運轉(zhuǎn)，并精確地將轉(zhuǎn)速降到工業(yè)機器人各部位所需要的速度，在提高機械本體剛性的同時輸出更大的轉(zhuǎn)矩。大量用在關(guān)節(jié)型機器人上的減速機主要有兩類：諧波減速機和RV減速機。一般將諧波減速機放在手臂、腕部或手部等輕負載位置（20kg以下機器人關(guān)節(jié)）；而將RV減速機放置在基座、腰部、大臂等重負載位置（20kg以上機器人關(guān)節(jié)）。此外，機器人還采用齒輪傳動、鏈條（帶）傳動、直線運動單元等。①諧波減速機諧波減速機主要由諧波發(fā)生器、柔性齒輪和剛性齒輪三個基本構(gòu)件組成，諧波傳動減速器，是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運動和動力的齒輪傳動。如圖5-7所示。諧波齒輪傳動減速器是利用行星齒輪傳動原理發(fā)展起來的一種新型減速器，諧波齒輪傳動簡稱為諧波傳動。②RV減速機RV減速機主要由擺線針輪和行星支架組成，如圖5-7。RV傳動是新興起的一種傳動，它是在傳統(tǒng)針擺行星傳動的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，不僅克服了一般針擺傳動的缺點，而且以其體積小，抗沖擊力強，扭矩大，定位精度高，振動小，減速比大等諸多優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人、機床、醫(yī)療檢測設(shè)備、衛(wèi)星接收系統(tǒng)等領(lǐng)域。如圖5-8所示。圖5-7諧波減速機圖5-8RV減速機與諧波傳動相比，RV傳動具有較高的疲勞強度和剛度以及較長的壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不像諧波傳動，隨