工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用

1、1.1 什么是工業(yè)機器人,機器人涉及到人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。,所,處,位,置,【,課,堂,一種帶有存儲器件和末端操作器的通用機械， 它能夠通過自動化的動作替代人類勞動。,認,知,】,返回,目錄,4/28,一種能自動控制，可重復編程，多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或操持工具來完成各種作業(yè)。,1.1 什么是工業(yè)機器人,所,處,位,置,廣義地說：工業(yè)機器人是一種在計算機控制下的可編程的自動機器。它具有四個基本特征：,【,課,堂,認,知, 特定的機械機構(gòu),】, 通用性, 不同程度的智能, 獨立性,返回,目錄,5/28,2020/9/18,進口部分（22000）,我國2012

2、年工業(yè)機器人數(shù)據(jù),進 口：22,000臺,富士康：10,000臺,本 土：1,000臺,補充：機器人的發(fā)展概況,國產(chǎn)機器人與進口機器人尚存一定差距，具體現(xiàn)狀如下：,第一，低端技術(shù)水平有待改善。,第二，產(chǎn)業(yè)鏈條亟待充實與規(guī)范。,9/18/2020,工業(yè)機器人核心技術(shù),諧波減速器,國產(chǎn)精度不夠,高精度機器人減速機： 基本依賴進口,伺服電機和驅(qū)動器： 大多需要進口。,機器人控制器： 性能與國外較大差距。,工業(yè)機器人核心技術(shù),工業(yè)機器人核心技術(shù),工業(yè)機器人核心部件與技術(shù),未端執(zhí)行器與本體 -基本自主研制,諧波減速器 -依賴進口,控制系統(tǒng) -進口占80%,伺服系統(tǒng) -進口占80%,耗能耗材最大,核心軟件

3、技術(shù),1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,1.4.1 工業(yè)機器人的分類,所,處,位,關(guān)于工業(yè)機器人分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標準，可按負載重量、控制方式、自由度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域等劃分。,置,1 、按機器人的技術(shù)等級劃分,【,課,（ 1 ） 示教再現(xiàn)機器人 第一代工業(yè)機器人能夠按照人類預先示教的軌跡、行為、順序和速度重復作業(yè)，示教可由操作員手把手進行或通過示教器完成 。,堂,認,知,】,返回,示教器示教,手把手示教,目錄,13/28,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,所,處,位,（ 2 ） 感知機器人 第二代工業(yè)機器人程具有環(huán)境感知裝置，能在一定度上適應(yīng)環(huán)境的變化，目前已經(jīng)進入應(yīng)用階段。,置,【,課,

4、堂,認,知,】,配備視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人,返回,目錄,14/28,配備感覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人,（ 3 ） 智能機器人 第三代工業(yè)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。,到目前為止，在世界范圍內(nèi)還沒有一個統(tǒng)一的智能機器人定義。大多數(shù)專家認為智能機器人至少要具備以下三個要素： 一是感覺要素，用來認識周圍環(huán)境狀態(tài)； 二是運動要素，對外界做出反應(yīng)性動作； 三是思考要素，根據(jù)感覺要素所得到的信息，思考出采用什么樣的動作。,智能機器人根據(jù)其智能程度的不同，又可分為三種：,一、傳感型機器人 又稱外部受控機器人。機器人的本體上沒有智能單元只有執(zhí)行機構(gòu)和感應(yīng)機構(gòu)，它具有利用傳感信息（

5、包括視覺、聽覺、觸覺、接近覺、力覺和紅外、超聲及激光等）進行傳感信息處理、實現(xiàn)控制與操作的能力。受控于外部計算機，在外部計算機上具有智能處理單元，處理由受控機器人采集的各種信息以及機器人本身的各種姿態(tài)和軌跡等信息，然后發(fā)出控制指令指揮機器人的動作。目前機器人世界杯的小型組比賽使用的機器人就屬于這樣的類型。,二、交互型機器人 機器人通過計算機系統(tǒng)與操作員或程序員進行人機對話，實現(xiàn)對機器人的控制與操作。雖然具有了部分處理和決策功能， 能夠獨立地實現(xiàn) 一些諸如軌跡 規(guī)劃、簡單的 避障等功能， 但是還要受到 外部的控制。,三、自主型機器人 在設(shè)計制作之后，機器人無需人的干預，能夠在各種環(huán)境下自動完成各

6、項擬人任務(wù)。自主型機器人的本體上具有感知、處理、決策、執(zhí)行等模塊，可以就像一個自主的人一樣獨立地活動和處理問題。機器人世界杯的中型組比賽中使用的機器人就屬于這一類型。全自主移動機器人的最重要的特點在于它的自主性和適應(yīng)性，自主性是指它可以在一定的環(huán)境中，不依賴任何外部控制，完全自主地執(zhí)行一定的任務(wù)。適應(yīng)性是指它可以實時識別和測量周圍的物體，根據(jù)環(huán)境的變化，調(diào)節(jié)自身的參數(shù)，調(diào)整動作策略以及處理緊急情況。由于全自主移動機器人涉及諸如驅(qū)動器控制、傳感器數(shù)據(jù)融合、圖像處理、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等許多方面的研究，所以能夠綜合反映一個國家在制造業(yè)和人工智能等方面的水平。,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,所,處

7、,位,置,2 、按機器人的機構(gòu)特征劃分,【,課,堂,工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式,認,知,】,直角坐標系,柱面坐標系,球面坐標系,多關(guān)節(jié)坐標系,返回,目錄,15/28,按機器人結(jié)構(gòu)坐標系特點方式分類 1）直角坐標型機器人 2）圓柱坐標型機器人 3）極坐標型機器人 4）關(guān)節(jié)型機器人,通過沿三個互相垂直的軸線的移動來實現(xiàn)機器人手部空間位置的改變,通過兩個移動和一個轉(zhuǎn)動實現(xiàn)位置的改變,運動由一個直線運動和兩個轉(zhuǎn)動組成,運動由前后的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)組成,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,1.4.1 工業(yè)機器人的分類,所,處,位,y,置,工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式,z,【,直角坐標系,課,x,堂,認,知,柱面坐標系,】

8、,球面坐標系,多關(guān)節(jié)坐標系,直角坐標機器人 具有空間上相互垂直的多個直線移動軸，通過直角坐標方向的 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。,返回,目錄,16/28,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,1.4.1 工業(yè)機器人的分類,所,處,位,置,r,工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式,x,【,直角坐標系,課,堂,認,知,柱面坐標系,】,球面坐標系,多關(guān)節(jié)坐標系,柱面坐標機器人 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，其動作空間呈圓柱形。,17/28,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,1.4.1 工業(yè)機器人的分類,所,處,位,置,工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式,r,【,直

9、角坐標系,課,堂,認,柱面坐標系,知,】,球面坐標系,多關(guān)節(jié)坐標系,球面坐標機器人 空間位置分別由旋轉(zhuǎn)、擺動和平移 3 個自由度確定，動作空間形成球面的一部分。,18/28,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,1.4.1 工業(yè)機器人的分類,所,處,位,置,工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式,【,直角坐標系,課,堂,認,柱面坐標系,知,】,球面坐標系,多關(guān)節(jié)坐標系,垂直多關(guān)節(jié)機器人模擬人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸、帶動小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸以及小臂前端的手腕等組成，手腕通常有 23 個自由度，其動作空間近似一個球體。,19/28,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,1.4.1 工業(yè)機器人的分類,所,z, 2,

10、1,處,位,置,工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)形式, 3,【,直角坐標系,課,堂,認,柱面坐標系,知,】,球面坐標系,多關(guān)節(jié)坐標系,水平多關(guān)節(jié)機器人 結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的兩個能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂，自由度可依據(jù)用途選擇 24 個，動作空間為一圓柱體。,20/28,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,1.4.2 工業(yè)機器人的應(yīng)用,所,處,按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機器人分為搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝配機器人 。,位,置,【,課,堂,認,知,機器人搬運 被廣泛應(yīng)用于機床上下料、沖壓機自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。,】,機器人搬運,返回,目錄,21/28,搬運機器人,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)

11、用,1.4.2 工業(yè)機器人的應(yīng)用,所,處,按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機器人分為搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝配機器人 。,位,置,【,課,堂,認,機器人碼垛被廣泛應(yīng)用于化工、飲料、食品、啤酒、塑料等生產(chǎn)企業(yè)，對紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適用。,知,】,機器人碼垛,返回,目錄,22/28,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,1.4.2 工業(yè)機器人的應(yīng)用,所,處,按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機器人分為搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝配機器人 。,位,置,【,課,堂,機器人焊接最早應(yīng)用在裝配生產(chǎn)線上。開拓了一種柔性自動化生產(chǎn)方式，實現(xiàn)了在一條焊接機器人生產(chǎn)線上同時自動生產(chǎn)若干種焊件 。,認,知,】,機器人焊接

12、,返回,目錄,23/28,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,1.4.2 工業(yè)機器人的應(yīng)用,所,處,按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機器人分為搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝配機器人 。,位,置,【,課,堂,認,知,】,機器人涂裝被廣泛應(yīng)用汽車、汽車零配件、鐵路、家電、建材、機械等行業(yè) 。,機器人涂裝,返回,目錄,24/28,1.4 工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用,1.4.2 工業(yè)機器人的應(yīng)用,所,處,按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機器人分為搬運、碼垛、焊接、涂裝、裝配機器人 。,位,置,【,課,堂,認,機器人裝配被廣泛應(yīng)用于各種電器的制造行業(yè)及流水線產(chǎn)品的組裝作業(yè)，具有高效，精確，不間斷工作的特點。,知,】,機器人裝配,返回,目錄,25/

13、28,本章小結(jié),所,工業(yè)機器人是一種能自動定位控制并可重新編程予以變,處,位,動的多功能機器。它有多個自由度，可用來搬運材料、零件,置,和握持工具，以完成各種不同的作業(yè)。,【,工業(yè)機器人的發(fā)展過程可分為三代： 第一代為示教 - 再現(xiàn)型機器人，它可以按照預先設(shè)定的程 序，自主完成規(guī)定動作或操作，當前工業(yè)中應(yīng)用最多。 第二代為感覺型機器人，如有力覺、觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進行反饋調(diào)整的能力，目前已進入應(yīng)用階段。 第三代為智能型機器人，其尚處于實驗研究階段。,本,章,結(jié),】,返回,目錄,26/28,思考練習,1 、填空,所,處,（ 1 ）國際工業(yè)機器人技術(shù)日趨成熟，基本沿著兩個路徑在發(fā)展

14、：一是模仿人,位,的 _ ，實現(xiàn)多維運動，在應(yīng)用上比較典型的是點焊、弧焊機器人；二是模,置,仿人的 _ ，實現(xiàn)物料輸送、傳遞等搬運功能，例如搬運機器人。,（ 2 ）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 _ 機器,【,人、 _ 機器人和 _ 機器人。,思,（ 3 ）目前在我國應(yīng)用的工業(yè)機器人主要分 _ 、 _ 和國產(chǎn)三種。,考,練,習,2 、選擇,】,（ 1 ）工業(yè)機器人一般具有的基本特征是（ ）。,擬人性；特定的機械機構(gòu)；不同程度的智能；獨立性；通用性,A. B. C. D. ,（ 2 ）按基本動作機構(gòu)，工業(yè)機器人通常可分為（ ）。,直角坐標機器人；柱面坐標機器人；球面坐標機器人；關(guān)節(jié)型機器人,A. B. C. D. ,（ 3 ）機器人行業(yè)所說的四巨頭指的是（ ）。, PANASONIC ； FANUC ； KUKA ； OTC ； YASKAWA ； FANUC ；, NACHI ； ABB,A. B. C. D. ,返回,目錄,27/28,思考練習,3 、判斷,所,處,（ 1 ）工業(yè)機器人是一種能自動控制，可重復編程，多功能、多自