自動化概論-第5章自動化學(xué)科的前沿技術(shù)

⒉機(jī)器人能力的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)智能：指感覺和感知，包括記憶、運(yùn)算、比較、鑒別、判斷、決策、學(xué)習(xí)和邏輯推理等。機(jī)能：指變通性、通用性或空間占有性等；物理能：指力、速度、連續(xù)運(yùn)行能力、可靠性、聯(lián)用性、壽命等。機(jī)器人是具有生物功能的三維空間坐標(biāo)機(jī)器。自動化教研室⒊機(jī)器人的組成機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)等組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機(jī)構(gòu)，其中的運(yùn)動副（轉(zhuǎn)動副或移動副）常稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個(gè)數(shù)通常即為機(jī)器人的自由度數(shù)。根據(jù)關(guān)節(jié)配置型式和運(yùn)動坐標(biāo)形式的不同，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式等類型。出于擬人化的考慮，常將機(jī)器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對于移動機(jī)器人）等。

自動化教研室機(jī)器人一般由程序控制，具有人或生物的某些功能。智能機(jī)器人可以通過傳感器了解外部環(huán)境或自身狀態(tài)的變化，可以做出自己的邏輯推理、判斷與決策。計(jì)算機(jī)是機(jī)器人的大腦，傳感器是機(jī)器人的感覺器官，輸入/輸出設(shè)備是人與機(jī)器人的交互工具，常用的有顯示器、鍵盤、示教盒、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口等。人I/O設(shè)備計(jì)算機(jī)硬件及軟件驅(qū)動器機(jī)器人本體傳感器機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成自動化教研室⒋機(jī)器人的分類⑴工業(yè)機(jī)器人面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。⑵特種機(jī)器人除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等?？罩袡C(jī)器人又叫無人機(jī)器，近年來在軍用機(jī)器人家族中，無人機(jī)是科研活動最活躍、技術(shù)進(jìn)步最大、研究及采購經(jīng)費(fèi)投入最多、實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)最豐富的領(lǐng)域自動化教研室5.1.1工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人（industrialrobot。簡稱IR）是廣泛適用的能夠自主動作，且多軸聯(lián)動的機(jī)械設(shè)備。在必要情況下配備有傳感器，其動作步驟包括靈活的，轉(zhuǎn)動都是可編程控制的（即在工作過程中，無需任何外力的干預(yù)）。它們通常配備有機(jī)械手、刀具或其他可裝配的的加工工具，以及能夠執(zhí)行搬運(yùn)操作與加工制造的任務(wù)。自動化教研室⒈工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體：即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動自由度；驅(qū)動系統(tǒng)：包括動力裝置和傳動機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。

自動化教研室六自由度串聯(lián)機(jī)械人自動化教研室⒉工業(yè)機(jī)器人的分類⑴按臂部的運(yùn)動形式分為四種。

直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動；

圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；

球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；

關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。⑵按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的控制機(jī)能，又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。自動化教研室

⑶按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計(jì)算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件，通過RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動作順序和運(yùn)動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領(lǐng)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動作順序和運(yùn)動軌跡操演一遍。在示教過程的同時(shí)，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機(jī)器人自動工作時(shí)，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號傳給驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動作。自動化教研室六自由度并聯(lián)機(jī)器人自動化教研室汽車生產(chǎn)線上的機(jī)器人自動化教研室弧焊機(jī)器人自動化教研室5.1.2特種機(jī)器人特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。

自動化教研室⒈水下機(jī)器人海底壓力非常大，而且環(huán)境惡劣，水下機(jī)器人必須具有足夠的抗壓能力和密封性能，它可以用于沉船打撈、海上救生、光纜鋪設(shè)，資源勘探和開采等。水下機(jī)器人可以分為兩大類：一類是有纜水下機(jī)器人，母船通過電纜向機(jī)器人提供動力，人可以在母船上遙控機(jī)器人；另一類是無纜水下機(jī)器人，自帶能源，能自主潛航和操作，依靠自身的自治能力來完成人賦予的使命。自動化教研室美國CURV3型有纜遙控水下機(jī)器人自動化教研室美國海軍研制的無纜水下機(jī)器人AUSS自動化教研室洛克西德公司的無人水下航行器自動化教研室無纜水下勘探機(jī)器人自動化教研室

⒉空間機(jī)器人空間機(jī)器人是指在大氣層內(nèi)外從事各種作業(yè)的機(jī)器人，包括在內(nèi)層空間進(jìn)行觀測和作業(yè)的飛行機(jī)器人、各種航天器或空間站使用的機(jī)器人、到其他星球上進(jìn)行探測作業(yè)的星球探測機(jī)器人等?？臻g機(jī)器人工作在微重力、高真空、超低溫、強(qiáng)輻射的環(huán)境中，一般要求重量輕、能耗低、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能全、智能程度高。在未來的空間活動中，將有大量的空間加工、生產(chǎn)，裝配、實(shí)驗(yàn)、維修等工作要依靠空間機(jī)器人來完成。自動化教研室國際空間站及組裝、維修機(jī)器人

自動化教研室美國研制的“Nomad”月球探測機(jī)器人自動化教研室美國的火星探測機(jī)器人自動化教研室中國的月球探測車在進(jìn)行沙漠實(shí)驗(yàn)自動化教研室⒊服務(wù)機(jī)器人主要有清潔機(jī)器人、家用機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、醫(yī)療及康復(fù)機(jī)器人、老年及殘疾人護(hù)理機(jī)器人、辦公及后勤服務(wù)機(jī)器人、建筑機(jī)器人、救災(zāi)機(jī)器人、酒店售貨及餐廳服務(wù)機(jī)器人等。智能化是服務(wù)機(jī)器人發(fā)展的主要方向，最先進(jìn)的智能化技術(shù)已經(jīng)可以讓機(jī)器人在綜合智能方面達(dá)到人類3歲嬰兒左右的智力水平，某些單項(xiàng)智能則可以接近甚至超過人類，但是要進(jìn)一步提高綜合智能水平卻仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。自動化教研室康復(fù)機(jī)器人一種新型假手“導(dǎo)盲犬”機(jī)器人自動化教研室爬墻機(jī)器人自動化教研室管道清洗機(jī)器人自動化教研室機(jī)器人靈巧手自動化教研室RoboCup足球機(jī)器人（類人組）自動化教研室RoboCup足球機(jī)器人自動化教研室微型機(jī)器人自動化教研室清洗玻璃幕墻的機(jī)器人自動化教研室機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)自動化教研室日本東京大學(xué)研制的“HRP-2”服務(wù)機(jī)器人自動化教研室5.2管控一體化系統(tǒng)管控一體化系統(tǒng)（Management-ControlIntegrationSystem，簡稱MCI）。MCI是處于ERP與現(xiàn)場控制層的中間層。MCI采用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、自動控制和接口通信等諸多先進(jìn)技術(shù)，以生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過對企業(yè)生產(chǎn)管理、過程控制等信息的處理、分析、優(yōu)化、整合、存儲、發(fā)布，運(yùn)用現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)管理模式建立覆蓋企業(yè)生產(chǎn)管理與基礎(chǔ)自動化的綜合系統(tǒng)。將企業(yè)生產(chǎn)全過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理信息有機(jī)集成并優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息共享和有效利用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程的整體優(yōu)化。自動化教研室管控一體化系統(tǒng)MCI是一個(gè)數(shù)字化“大”系統(tǒng)。它不僅包含了企業(yè)底層生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、能源檢測與監(jiān)控等大量工業(yè)現(xiàn)場信息，而且覆蓋了企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)管理全過程，通過流程整體優(yōu)化、信息集成和功能集成，實(shí)現(xiàn)對企業(yè)生產(chǎn)資源的計(jì)劃、調(diào)度和控制，增加產(chǎn)品產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)消耗和生產(chǎn)經(jīng)營成本，提高整個(gè)企業(yè)的運(yùn)營效率和市場競爭能力。自動化教研室城市集中供熱管控一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖自動化教研室自動化教研室自動化教研室自動化教研室彩電裝配生產(chǎn)線自動化教研室中國首條全自動化重卡大沖生產(chǎn)線自動化教研室5.3柔性制造系統(tǒng)簡稱ＦＭＳ，是一組數(shù)控機(jī)床和其他自動化的工藝設(shè)備，由計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運(yùn)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的整體。柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個(gè)子系統(tǒng)組成。柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運(yùn)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(jī)械制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem)。

自動化教研室FMS的工藝基礎(chǔ)是成組技術(shù)，它按照成組的加工對象確定工藝過程，選擇相適應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備和工件、工具等物料的儲運(yùn)系統(tǒng)，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，故能自動調(diào)整并實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)多種工件的成批高效生產(chǎn)(即具有“柔性”)，并能及時(shí)地改變產(chǎn)品以滿足市場需求。自動化教研室自動化教研室⒈柔性制造系統(tǒng)的組成(1)中央管理和控制計(jì)算機(jī)(2)物流控制裝置(3)自動化倉庫(4)無人輸送臺(5)制造單元(6)中央刀具庫(7)夾具站(8)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)(9)隨行工作臺

自動化教研室自動化教研室自動化教研室自動化教研室⒉系統(tǒng)的功能1)以成組技術(shù)為核心的對零件分析編組的功能。2)以微型計(jì)算機(jī)為核心的編排作業(yè)計(jì)劃的智能功能。3)以加工中心為核心,自動換刀、換工件的加工功能。4)以托盤和運(yùn)輸系