工业机器人的分类及应用

1、1.1 1.1 什么是工业机器人什么是工业机器人 机器人涉及到人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。 所 处 位 置 一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力通过程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能操作机。的多功能操作机。 【 课 堂 一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。它能够通过自动化的动作替代人类劳动。 认 知 】 返回 目录 4/28 一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由一种能自动控制，可重复编程

2、，多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具来完度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具来完成各种作业。成各种作业。一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或者生物相似的智能能力，如感知能力、些与人或者生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。度灵活性的自动化机器。 中国中国1.1 什么是工业机器人 所 处 位 置 广义地说广义地说：工业机器人是一种在计算机控制下的可工业机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器。编程的自动机器。它具有四个

3、基本特征基本特征： 【 课 堂 认 知 特定的机械机构特定的机械机构 】 通用性通用性 不同程度的智能不同程度的智能 独立性独立性 返回 目录 5/28 2022-5-10进口部分（22000）我国2012年工业机器人数据 进 口：22,000台富士康：10,000台 本 土：1,000台补充：机器人的发展概况国产机器人与进口机器人尚存一定差距国产机器人与进口机器人尚存一定差距，具体现状如下： 第一，低端技术水平有待改善。低端技术水平有待改善。 第二，产业链条亟待充实与规范。产业链条亟待充实与规范。 5/10/2022工业机器人核心技术谐波减速器国产精度不够高精度机器人减速机：基本依赖进口 伺

4、服电机和驱动器：大多需要进口。 机器人控制器：性能与国外较大差距。工业机器人核心技术工业机器人核心技术 工业机器人核心部件与技术未端执行器与本体-基本自主研制谐波减速器-依赖进口控制系统-进口占80%伺服系统-进口占80%耗能耗材最大核心软件技术1.4 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 1.4.1 工业机器人的分类 所 处 位 关于工业机器人分类，国际上没有制定统一的标准，可按负载重量、控制方式、自由度、结构、应用领域等划分。 置 1 、按机器人的技术等级划分、按机器人的技术等级划分 【 课 （ 1 ） 示教再现机器人示教再现机器人 第一代工业机器人能够按照人类预先按照人类预先示教

5、的轨迹、行为、顺序和速度重复作业示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业，示教可由操作员手把手进行或通过示教器完成 。 堂 认 知 】 返回 示教器示教示教器示教 手把手示教手把手示教 目录 13/28 1.4 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 所 处 位 （ 2 ） 感知机器人感知机器人 第二代工业机器人程具有环境感知装置，具有环境感知装置，能在一定度上适应环境的变化能在一定度上适应环境的变化，目前已经进入应用阶段。置 【 课 堂 认 知 】 配备视觉系统的工业机器人 返回 目录 14/28 配备感觉系统的工业机器人 （ 3 ） 智能机器人智能机器人 第三代工业机器人具有发现问题，并

6、且具有发现问题，并且能自主地解决问题的能力，能自主地解决问题的能力，尚处于实验研究阶段。 到目前为止，在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三三个要素个要素：一是感觉要素，一是感觉要素，用来认识周围环境状态；二是运动要素，二是运动要素，对外界做出反应性动作；三是思考要素，三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。智能机器人根据其智能程度智能程度的不同，又可分为三种：一、传感型机器人一、传感型机器人 又称外部受控机器人。机器人的本体上又称外部受控机器人。机器人的本体上没有智能单元没有智能单元只只有执行机构和感应机构有执行机构和感应

7、机构，它具有利用，它具有利用传感信息传感信息（包括视（包括视觉、听觉、触觉、接近觉、力觉和红外、超声及激光等）觉、听觉、触觉、接近觉、力觉和红外、超声及激光等）进行传感信息处理、实现控制与操作的能力进行传感信息处理、实现控制与操作的能力。受控于外部。受控于外部计算机，在外部计算机上具有计算机，在外部计算机上具有智能处理单元智能处理单元，处理由受控，处理由受控机器人采机器人采集的各种信息集的各种信息以及机器人本身的各种姿态和轨迹以及机器人本身的各种姿态和轨迹等信息，等信息，然后发出控制指令指挥机器人的动作然后发出控制指令指挥机器人的动作。目前。目前机器机器人世界杯人世界杯的小型组比赛使用的机器人

8、就属于这样的类型的小型组比赛使用的机器人就属于这样的类型。二、交互型机器人二、交互型机器人 机器人通过计算机系统计算机系统与操作员或程序员操作员或程序员进行人机对话，实现对机器人的控制与操作。虽然具有了部分处理部分处理和决策功能和决策功能，能够独立地实现一些诸如轨迹规划、简单的避障等功能，但是还要受到受到外部的控制外部的控制。三、自主型机器人三、自主型机器人 在设计制作之后，机器人无需人的干预无需人的干预，能够在各种环境下自动完成各项拟人任务自动完成各项拟人任务。自主型机器人的本体上具有感感知、处理、决策、执行知、处理、决策、执行等模块，可以就像一个自主的人一样独立地活动和处理问题。机器人世界

9、杯的中型组中型组比赛中使用的机器人就属于这一类型。全自主移动机器人的最重要的特点在于它的自主性自主性和适应性适应性，自主性自主性是指它可以在一定的环是指它可以在一定的环境中，不依赖任何境中，不依赖任何外部控制外部控制，完全自主地执行一定的任务，完全自主地执行一定的任务。适应性适应性是指它可以实时识别和测量周围的物体，根据环境的是指它可以实时识别和测量周围的物体，根据环境的变化，调节自身的参数，调整动作策略以及处理紧急情况。变化，调节自身的参数，调整动作策略以及处理紧急情况。由于全自主移动机器人涉及诸如驱动器控制、传感器数据融驱动器控制、传感器数据融合、合、图像处理图像处理、模式识别模式识别、神

10、经网络、神经网络等许多方面的研究，所以能够综合反映一个国家在制造业和人工智能制造业和人工智能等方面的水平。1.4 工业机器人的分类及应用 所 处 位 置 2 、按机器人的机构特征划分 【 课 堂 工业机器人的结构形式工业机器人的结构形式 认 知 】 直角坐标系直角坐标系 柱面坐标系柱面坐标系 球面坐标系球面坐标系 多关节坐标系多关节坐标系 返回 目录 15/28 按机器人结构坐标系特点方式分类按机器人结构坐标系特点方式分类1）直角坐标型机器人直角坐标型机器人 2）圆柱坐标型机器人圆柱坐标型机器人 3）极坐标型机器人极坐标型机器人4）关节型机器人关节型机器人通过沿三个互相垂通过沿三个互相垂直的轴

11、线的移动来直的轴线的移动来实现机器人手部空实现机器人手部空间位置的改变间位置的改变通过两个移动通过两个移动和一个转动实和一个转动实现位置的改变现位置的改变运动由一个直线运动运动由一个直线运动和两个转动组成和两个转动组成运动由前后的俯运动由前后的俯仰及立柱的回转仰及立柱的回转组成组成1.4 工业机器人的分类及应用 1.4.1 工业机器人的分类 所 处 位 y 置 工业机器人的结构形式 z 【 直角坐标系 课 x 堂 认 知 柱面坐标系 】 球面坐标系 多关节坐标系 直角坐标机器人 具有空间上相互垂直的多个直线移动轴，通过直角坐标方向的 3 个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体其

12、动作空间为一长方体。 返回 目录 16/28 1.4 工业机器人的分类及应用 1.4.1 工业机器人的分类 所 处 位 置 r 工业机器人的结构形式 x 【 直角坐标系 课 堂 认 知 柱面坐标系 】 球面坐标系 多关节坐标系 柱面坐标机器人 主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。其动作空间呈圆柱形。 17/28 1.4 工业机器人的分类及应用 1.4.1 工业机器人的分类 所 处 位 置 工业机器人的结构形式 r 【 直角坐标系 课 堂 认 柱面坐标系 知 】 球面坐标系 多关节坐标系 球面坐标机器人 空间位置分别由旋转、摆动和平移 3

13、个自由度确定，动作空间动作空间形成球面的一部分。形成球面的一部分。 18/28 1.4 工业机器人的分类及应用 1.4.1 工业机器人的分类 所 处 位 置 工业机器人的结构形式 【 直角坐标系 课 堂 认 柱面坐标系 知 】 球面坐标系 多关节坐标系 垂直多关节机器人模拟人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋转轴、带动小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等组成，手腕通常有 23 个自由度，其动作空间近其动作空间近似一个球体。似一个球体。 19/28 1.4 工业机器人的分类及应用 1.4.1 工业机器人的分类 所 z 2 1 处 位 置 工业机器人的结构形式 3 【 直角坐标系 课 堂 认 柱面

14、坐标系 知 】 球面坐标系 多关节坐标系 水平多关节机器人 结构上具有串联配置的两个能够在水平面内旋转的手臂，自由度可依据用途选择 24 个，动作动作空间为一圆柱体。空间为一圆柱体。 20/28 1.4 工业机器人的分类及应用 1.4.2 工业机器人的应用 所 处 按作业任务将工业机器人分为搬运、码垛、焊接、涂装、装搬运、码垛、焊接、涂装、装配配机器人 。 位 置 【 课 堂 认 知 机器人搬运机器人搬运 被被广泛应用于机广泛应用于机床上下料、冲床上下料、冲压机自动化生压机自动化生产线、自动装产线、自动装配流水线、码配流水线、码垛搬运、集装垛搬运、集装箱等的自动搬箱等的自动搬运。运。】 机器人

15、搬运 返回 目录 21/28 搬运机器人1.4 工业机器人的分类及应用 1.4.2 工业机器人的应用 所 处 按作业任务将工业机器人分为搬运、码垛、焊接、涂装、装配机器人 。 位 置 【 课 堂 认 机器人码垛机器人码垛被被广泛应用于化广泛应用于化工、饮料、食工、饮料、食品、啤酒、塑品、啤酒、塑料等生产企业，料等生产企业，对纸箱、袋装、对纸箱、袋装、罐装、啤酒箱、罐装、啤酒箱、瓶装等各种形瓶装等各种形状的包装成品状的包装成品都适用。都适用。 知 】 机器人码垛 返回 目录 22/28 1.4 工业机器人的分类及应用 1.4.2 工业机器人的应用 所 处 按作业任务将工业机器人分为搬运、码垛、焊

16、接、涂装、搬运、码垛、焊接、涂装、装配装配机器人 。 位 置 【 课 堂 机器人焊接机器人焊接最最早应用在装配早应用在装配生产线上。开生产线上。开拓了一种柔性拓了一种柔性自动化生产方自动化生产方式，实现了在式，实现了在一条焊接机器一条焊接机器人生产线上同人生产线上同时自动生产若时自动生产若干种焊件干种焊件 。 认 知 】 机器人焊接 返回 目录 23/28 1.4 工业机器人的分类及应用 1.4.2 工业机器人的应用 所 处 按作业任务将工业机器人分为搬运、码垛、焊接、涂装、搬运、码垛、焊接、涂装、装配装配机器人 。 位 置 【 课 堂 认 知 】 机器人涂机器人涂装装被广泛被广泛应用汽车、应

17、用汽车、汽车零配汽车零配件、铁路、件、铁路、家电、建家电、建材、机械材、机械等行业等行业 。 机器人涂装 返回 目录 24/28 1.4 工业机器人的分类及应用 1.4.2 工业机器人的应用 所 处 按作业任务将工业机器人分为搬运、码垛、焊接、涂装、搬运、码垛、焊接、涂装、装配装配机器人 。 位 置 【 课 堂 认 机器人装配机器人装配被广泛应用被广泛应用于各种电器于各种电器的制造行业的制造行业及流水线产及流水线产品的组装作品的组装作业，具有高业，具有高效，精确，效，精确，不间断工作不间断工作的特点。的特点。知 】 机器人装配 返回 目录 25/28 本章小结本章小结 所 工业机器人是一种能自

18、动定位控制并可重新编程予以变工业机器人是一种能自动定位控制并可重新编程予以变 处 位 动的多功能机器。它有多个自由度，可用来搬运材料、零件动的多功能机器。它有多个自由度，可用来搬运材料、零件 置 和握持工具，以完成各种不同的作业。和握持工具，以完成各种不同的作业。 【 工业机器人的发展过程可分为三代：工业机器人的发展过程可分为三代：第一代为示教第一代为示教 - 再现型机器人再现型机器人，它可以按照预先设定的程，它可以按照预先设定的程 序，自主完成规定动作或操作，当前工业中应用最多。序，自主完成规定动作或操作，当前工业中应用最多。第二代为感觉型机器人第二代为感觉型机器人，如有力觉、触觉和视觉等，它具，如有力觉、触觉和视觉等，它具有对某些外界信息进行反馈调整的能力，目前已进入应用有对某些外界信息进行反馈调整的能力，目前已进入应用阶段。阶段。第三代为智能型机器人第三代为智能型机器人，其尚处于实验研究阶段。，其尚处于实验研究阶段。 本 章 结 】 返回 目录 26/28 思考练习 1 、填空 所 处 （ 1 ）国际工业机器人技术日趋成熟，基本沿着两个路径在发展：一是模仿人 位 的 _ ，实现多维运动，在应用上比较典型的是点焊、弧焊机器人；二是模 置 仿人的 _ ，实现物料输送、传递等搬运功能，例如搬运机器