现代制造系统课件

現代製造系統第一章現代製造系統的

基本原理製造系統概述新一代製造系統什麼是製造業，製造業的範圍有多大

只要是對各種各樣的原材料進行加工處理，生產出為用戶所需要的最終產品，他們可以是飛機、汽車、電腦、電子儀器，也可以是成衣、制鞋、食品加工，都可以歸屬於“製造業”。其所涉及的活動範圍則是從原材料採購、定單處理、產品設計、工藝設計，經過整個生產活動的計畫、調度和加工、裝配活動本身，直到銷售發貨和售後服務，還包括倉庫管理、財務管理、人事管理等等，一句話，覆蓋一個企業的全部活動。大製造和小製造小製造指傳統的機械製造，重點是加工和裝配大製造指產品的生命週期中，從供應市場到需求市場整個供應鏈中的所有活動。製造系統概述輸入（資源和能量）

1、有形資源

如土地、廠房、機器、設備、能源、動力、各種自然資源、人力資源等、

2、無形資源主要有管理、市場、技術、資訊、知識、智力資源以及企業形象、產品品牌、客戶關係、公眾認可等、

輸出（企業系統的基本要素）1、產品硬體產品軟體產品，還包括無形產品如決策諮詢、戰略規劃等2、服務售前售後、技術輸出、人員培訓、諮詢服務3、創造客戶要留住和開拓新客戶4、社會責任環境保護、公共建設、人文環境精良生產二次大戰後，日本豐田公司的總裁豐田英二和其總工藝師大野耐一，敏銳的認識到大量生產工藝的弱點，認為它們不適合日本當前的情況，決定要走出一條新的適合日本條件取得更快發展的道路，而且事實證明他們確實是成功了。他們真可以說是窮則思變，變出了一條新路。精良生產第一個突出的例子就是鈑金件的衝壓。轉向開發簡單的換膜技術，並創造了一種簡單的調整機構。“減少一切不必要的活動，杜絕浪費”。從生產操作、組織管理、經營方式等各個方面，找出一切不能為產品增值(Valueadding)的活動或人員，就加以革除。綜合了單件生產與大量生產的優點，克服了傳統經營方式中不和理的做法，開創了一種新的經營方式LP，既避免單件生產的高成本，又避免了大量生產的僵化不靈活。精良生產（LP）基本思想把工作任務集成為複雜的多面手的工作，或組成小組的任務，來消除多餘和重複的工作，減少一切不必要的活動，杜絕浪費。大量生產方式的目標是使產品足夠好，而精良生產則要求產品盡善盡美。精良生產的生產操作與對工人的要求減少以至撤銷非增值的人員和崗位，徹底消除各種浪費。總裝線上工人的集體責任制。對效率的看法。與西方傳統不同的勞資關係，很大的激發了工人工作的主動性。精良生產認為有下麵七種浪費修復次品是浪費過量生產是浪費加工過程中的浪費搬運的浪費庫存是浪費動作是浪費窩工是浪費敏捷製造的基本思想敏捷製造可被看作是一種包括組織、高度熟練和學識淵博的人、和先進技術三者的集成，以達到合作和創新，來回答向顧客提供高質量的按用戶要求定做的產品需要。敏捷性敏捷性是對於在急速變化、連續分裂的全球市場中提供高質量、高性能、按用戶要求配置的商品和服務而盈利的挑戰的反應敏捷性是動態的沒有盡頭的，是專門承上啟下預見到未來的，是進攻性的抓住變化，和始終面向企業發展的。敏捷性敏捷可以和產品的生產週期聯繫在一起—表示快速；它可以和大批用戶化生產聯繫在一起—表示適應性；也可以和動態聯盟聯繫在一起—表示暢通的供應鏈和各種方式的聯繫；它可以和重購聯繫在一起---表示生產過程的不斷改進；它可以和一個具有自學習、自調整能力的組織形式聯繫在一起---表示一系列的職業培訓和教育；它可以和精良生產聯繫在一起---表示更高的資源利用率。敏捷性敏捷性意味著關於轉變---它允許企業以任何方式來高速、低耗的完成它需要的任何調整。敏捷性還意味著高的開拓創新能力。把敏捷製造…（和上述各種提法）相比較是不合適的，因為敏捷製造描述的不是一個具體的生產過程或運行模式。並行工程以前的工作模式串行與並行的差別需求分析產品設計過程設計原形試製需求分析產品設計過程設計原形試製串行工程並行工程時間並行工程的定義並行工程是集成地、並行地設計產品及其相關的各種過程。（包括製造過程和支持過程）的系統方法。這種方法要求產品開發人員在設計一開始就考慮產品整個生命週期中從概念形成到產品報廢處理的所有因素，包括品質、成本、進度計畫和用戶要求。關於並行工程的幾點解釋⒈並行工程是一個關於設計過程的方法，它需要在設計中全面的考慮到相關過程的各種問題但並非包含製造及其它過程。相反，應強調的是所有設計工作要在生產開始前完成，而不要求在設計產品的同時就進行生產。⒉並行工程不是指同時或交錯的完成設計和生產任務，而是對產品及其下游過程進行並行設計，它並不能隨意消除一個完整過程中現存的順序的向前傳遞資訊的任一必要階段。關於並行工程的幾點解釋⒊並行設計的思想是對設計過程的集成，所以它是企業集成的一個側面，並不是超出企業集成的一個新概念。⒋並行工程期望作到的是優化設計，依靠集成各學科專業人員的智慧作到設計的一次成功。所以必然應該包括對設計的各方面的需求，如生產性、可靠性、可維護性等。實施並行工程的幾點建議⒈並行工程的目標是縮短週期（包括新產品開發或用戶定制產品）提高品質。⒉一開始就組成多學科聯合設計組，對概念設計階段投入的力量比傳統方式多得多。有很多問題提前到該階段解決，為設計一次性成功打下基礎。⒊所用的方法和工具除了電腦輔助設計方法和軟體外，著重在數據交換，數據管理和通訊技術。⒋應將並行工程的開發和實施整個企業集成的總體規劃之下。第四章製造自動化第一節製造自動化技術概述⒈製造自動化技術的定義、內涵及技術地位製造自動化是人類在長期的生產活動小不斷追求的主要目標，製造自動化技術足先進製造技術中的重要組成部分，也是當今製造上程領域小涉及面廣、研究十分活躍的技術。第一節製造自動化技術概述⑴製造自動化的內涵製造自動化是在“大製造概念(廣義)”的製造過程的所有環節採用自動化技術，實現刺造全過程的自動化。製造自動化的任務就是研究對製造過程的規劃、管理、組織、控制與協調優化等的自動化，以使產品製造過程實現高效、優質、低耗、及時和潔淨的目標。製造自動化的廣義內涵主要包括以下幾個方面：第一節製造自動化技術概述(1)在形式方面，製造自動化有二個方向的含義，即：代替人的體力勞動，代替或輔助人的腦力勞動，製造系統中人、機器及整個系統的協調、管理、控制和優化。(2)在功能方面，製造自動化的功能目標是多方面的．該體系可用TQCSE功能目標模型描述。TQCSE模型中，T、Q、C、S、E是相互關聯的．它們構成了一個製造自動化功能目標的有機體系，他們的主要含義分別是：第一節製造自動化技術概述T表示時間，是指採用自動化技術，縮短產品製造週期，產品上市快，提高牛產率；Q表示品質，是指採用自動化技術，提高和保證產品品質：C表示成本，是指採用自動化技術有效地降低成本，提高經濟效益；S表示服務，是指利用自動化技術，更好地做好市場服務工作，也能通過替代或減輕製造人員的體力和腦力勞動，直接為製造人員服務；E表示環境友善性，是製造自動化應該有利於充分利用資源，減少廢棄物和環境污染，有利於實現綠色製造及可持續發展製造戰略。第一節製造自動化技術概述⑶在範圍方面，製造自動化不僅僅涉及到具體生產製造過程，而且涉及到產品生命週期所有過程。其主要有製造系統開放式智能體系結構及優化與調度理論，生產過程和設備自動化技術以及產品研究與開發過程自動化技術等。產品研究與開發過程自動化技術包括：CAD/CAPP/CAM一體化技術、並行工程技術、虛擬現實技術及快速原型製造技術等，生產過程和設備自動化技術是本章介紹重點，主要有：數控技術、工業機器人、柔性製造技術、智能製造技術、自動化製造系統中的檢測與監控技術等。第二節制造自動化技術的發展及現狀⒈製造自動化技術的發展歷程

⑴生產模式的發展過程製造自動化技術的發展和製造技術的發展是密切相關的。製造自動化技術服務的生產模式經歷了以下幾個主要發展階段：①用機器代替手工，從作坊形成工廠。②從單件生產方式發展到大量生產方式。③從大量生產方式發展到多品種、小批量的柔性自動化生產方式。④目前已是高效、敏捷與集成經營生產方式。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑵製造自動化的發展過程

製造自動化的歷史和發展可分為五個階段。第一階段：剛性自動化，包括自動單機和剛性自動線。第—階段：數控加工，包括數控(NC)和電腦數控(CNC)。第三階段：柔性製造。本階段特徵是強調製造過程的柔性和高效率。第四階段：電腦集成製造(CIM)和電腦集成製造系統(CIMS)。其特徵是強調製造全過程的系統性和集成性，以解決現代企業生存與競爭的TQCS問題。第五階段：新的製造自動化模式，如智能製造、敏捷製造、虛擬製造、網路製造、全球製造、綠色製造等。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑶製造自動化技術的研究現狀國內外對製造自動化技術的研究非常重視，主要有以下幾個方面①單元系統的研究；以一臺或多台數控加工設備和物料儲運系統為主體的單元系統在電腦統—控制管理下，可進行多品種、中小批量零件自動化加工生產，它是現代集成製造系統的重要組成部分，是自功化工廠車間作業計畫的分解決策層和具體執行機構。第二節制造自動化技術的發展及現狀②製造過程的計畫和調度研究

INGERSOLL公司曾分析了在傳統的製造工廠中從原材料進廠到產品出廠的製造過程，結果友明，對—個機械零件來說，只有5％的時間是在機床上，而另外的95％時間中，零件在不同的地方和不同的機床之間運輸或等待。減少這95％的時間，是提高製造生產率的重要方向。優化製造過程的計畫和調度是減少95％的時間的主要手段。有鑒於此，國內外對製造過程的計畫和調度的研究非常活躍。第二節制造自動化技術的發展及現狀③柔性製造技術的研究

FMS的研究已有較長歷史，但由於其複雜性和不斷地發展，至今仍有大量學者對此進行研究。目前的研究主要圍繞FMS的系統結構、控制、管理和優化運行等方面進行。第二節制造自動化技術的發展及現狀④製造系統的系統技術和集成技術已成為製造自動化研究熱點集成技術包括製造系統中的資訊集成和功能集成技術、過程集成技術(如並行工程CE)、企業間集成技術(如敏捷製造AM)等；系統技術包括製造系統分析技術、製造系統建模技術、製造系統運籌技術、製造系統管理技術和製造系統優化技術等等。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑤更加注重製造自動化系統中人因作用的研究

在過去一段時期，人們曾認為全盤自動化和無人化工廠或車間是製造自動化發展的目標。隨著實踐的深入和一些無人化工廠實施的失敗，人們對無人化製造自動化問題進行了反思，並對於人在製造自動化系統中有著機器不可替代的重要作用進行了重新認識。近年來，提出了“人機一體化製造系統”、“以人為中心的製造系統”等新思想，其內涵就是發揮人的核心作用，採用人機一體的技術路線，將人作為系統結構中的有機組成部分，使人與機器處於優化合作的地位，實現製造系統個人與機器一體化的人機集成的決策機制。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑥適應現代生產模式的製造環境的研究當前，並行工程、精益生產、敏捷製造、虛擬製造、仿生製造和綠色製造等現代製造模式的提出和研究推動了製造自動化技術研究和應用的發展，以適應現代製造模式應用的需要。圍繞敏捷製造這一21世紀占主導地位的製造模式的研究，主要包括敏捷製造模式下的製造自動化系統體系結構、高效柔性製造系統的建模與重構、製造能力測量、評價與控制和製造加工過程的擬實製造等等。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑦底層加工系統的智能化和集成化研究目前世界上IMS計畫中，提出了智能完備製造系統HMS(HolonicManufacturingsystem)。HMS是由智能完備單元複合而成，其底層設備具有開放、自律、合作、適應柔性、可知、易集成和魯棒性好等特性。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑷製造自動化技術的發展趨勢製造自動化技術發展趨勢主要是敏捷化、網路化、虛擬化、智能化、全球化和製造綠色化。

①製造敏捷化是製造環境和製造過程的必然趨勢，主要內容有：

a柔性。包括機器柔性、工藝柔性、運行柔性、擴展柔性、勞動力的柔性及知識供應鏈。

b重構能力。能實現快速重組重構，增強對新產品開發的快速回應能力。

c快速化的集成製造工藝。第二節制造自動化技術的發展及現狀②製造網路化製造的網路化，特別是基於Internet/intranet的製造已成為重要的發展趨勢。包括以下幾個方面：製造環境內部的網路化，實現製造過程的集成：製造環境與整個製造企業的網路化，實現製造環境與企業中工程設計、管理資訊系統等各子系統的集成；企業與企業間的網路化，實現企業間的資源共用、組合與優化利用：通過網路，實現異地製造。第二節制造自動化技術的發展及現狀③製造虛擬化基於數位化的虛擬化技術主要包括虛擬現實(VR)、虛擬產品開發(VPD)、虛擬製造(VM)和虛擬企業(VE)。製造虛擬化主要指虛擬製造，又稱擬實製造，是以製造技術和電腦技術支持的系統建模技術和仿真技術為基礎，集現代製造工藝、電腦圖形學、並行工程、人工智慧、人工現實技術和多媒體技術等多種高新技術為一體，由多學科知識形成的一種綜合系統技術。第二節制造自動化技術的發展及現狀④製造智能化智能化是製造系統在柔性化和集成化基礎上進—步的發展和延伸，當前和未來的研究重點是具有自律、分佈、智能、仿生、敏捷、分形等特徵的新一代自動化製造系統。智能製造技術的宗指在於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池過程中的腦力勞動，以實現製造過程的優化。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑤製造全球化隨著“網路全球化”、“市場全球化”、“競爭全球化”、“經營全球化”的出現，全球化製造的研究和應用發展迅速，包括以下主要內容：市場的國際化，產品銷售的全球網路正在形成；產品設計和開發的國際合作及產品製造的跨國化；製造企業在世界範圍內的重組與集成；製造資源的跨地區、跨國家酌辦調、共亨和優化利用：全球製造購體系結構將會形成。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑥製造綠色化近年來，—個新的概念已經提出：最有效地利用資源和最低限度地產生廢棄物，是當前世界上環境問題的治本之道。綠色製造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代製造模式，其目標是使產品從設計、製造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命週期中，對環境的影響(負作用)最小，資源使用效率最高。綠色製造已成為全球可持續發展戰略對製造業的具體要求和體現。第二節制造自動化技術的發展及現狀⒉製造自動比技術的關鍵技術製造自動化技術涉及的學科範圍很廣，其核心仍是製造科學和技術，其學科領域主要有：系統工程學、設計與製造科學、品質控制工程、資訊科學、電腦科學、人機工程學、生產管理、自動控制理論、運籌學、工業工程、規劃論、電氣工程、技術經濟學等。其關鍵技術主要有以下幾個方面：第二節制造自動化技術的發展及現狀⑴製造自動化系統開放式智能體系結構研究；目標是使製造系統具備自組織和並行作用的能力。⑵智能4M系統中關鍵技術的研究；智能4M系統就是將建模(Modeling)、加工(Manufacturing)、測量(Measuring)、機器人操作(Manipulation)四者一體化的智能系統，實現資訊共用，促進建模、加工、測量、裝夾、操作的一體化，其目的是實現快速製造、快速檢測、快速回應和快速重組。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑶製造自動化系統的優化理論與調度方法製造系統是一類離散事件動態系統(DiscreteEventDynamicSystem，DEDS)，其物流、資訊流以及各種資源的規則、調度和控制等有獨特的要求。對這類系統的更精確的描述、分析和控制，需要在離散事件動態系統理論方面進一步突破。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑷面向製造自動化的虛擬製造技術研究

虛擬製造關鍵技術的研究分為四個層次，即：虛擬製造哲理研究、虛擬製造技術層、虛擬製造原型系統層、虛擬製造集成開發平臺層。它由三大主體技術群和—個支撐技術群組成。①建模技術群。用來開發VMS中各種模型的所有技術與方法，包括產品過程及生產系統建模技術，虛擬公司建模技術，虛擬製造環境與現實製造環境之間結構、功能映射關係的管理、維護、監控和更新問題。第二節制造自動化技術的發展及現狀②仿真技術群。即運行和操作構成VMS的各種模型的所有方法和技術。③控制技術群。即建模過程、仿真過程所用到的各種管理、組織與控制技術與方法。④支撐技術群。即支持虛擬製造系統開發控制與運行的基礎性技術。第二節制造自動化技術的發展及現狀⑸CAD/CAPP/CAM一體化技術的研究

主要研究內容有：CAD系統面向產品的整個生命週期，充分考慮產品資訊的繼承性，滿足並行設計的要求，CAD與產品資訊標準化相結合，產品模型的可轉換性，面向全國乃至全球的產品資訊編碼系統等方面的研究；具有很好的可移植性和自組織性的軟體系統、智能化CAD系統的研究、虛擬現實設計技術的研究。CAD／CAPP／CAM一體化技術中—個重要研究內容就是CAPP技術的研究，主要有：基於並行工程的CAPP技術；虛擬製造模式下的CAPP技術：基於PDM的CAD／CAPP／CAM集成系統；第二節製造自動化技術的發展及現狀⑹面向製造自動化的數控技術研究數控技術是自動化技術的基礎及關鍵單元技術，又是精密、高效、高可靠性加工技術的支撐，它正朝著集成化和實用化方向發展。數控技術的研究與開發重點是：開放性結構系統的發展，採用新元件、新工藝；不斷改善和擴展以高精、高速、高效為代表的功能，改善和發展伺服處術，採用通信技術，研製開發超精數控系統等。第二節製造自動化技術的發展及現狀⑺柔性製造技術和智能製造技術的研究柔性製造系統的理論和技術所涉及領域很廣，主要包括：生產調度理論與演算法的研究；電腦通信及資料庫技術的研究；電腦仿真技術的研究；生產組織及控制模式理論和技術的研究；製造資源控制管理理論和技術的研究。第二節製造自動化技術的發展及現狀⑻機器人化製造技術的研究機器入是一種高度柔性化的自動化設備，未來的典型製造工廠將是電腦網絡控制的包含多個機器人加工單元的分佈式自主製造系統，工業機器人(1R)、智能加工中心(1Mc)、座標測量機(CMM)、自動導引小車(AGV)均被觀為“智能機器”，這些智能機器依據不同的要求有機地組成機器人化製造單元，實現多元化產品生產。第二節製造自動化技術的發展及現狀⑼先進製造智能傳感與檢測的研究未來的桃測系統必須與製造自動化、智能化、柔性化及集成化相適應，是一通用型模型化、集成化、智能化的具備自學習訓練與自適應調整功能的多感測器、多參數、多模型綜合決策系統。第三節數控技術

數控技術處指用數位化信號對設備運行及其加工過程進行控制的—種自動化技術。它是一種可編程的自動控制方式，它所控制的量一般是位置、角度、速度等機械量，也有溫度、壓力、流量、顏色等物理量，這些量的大小不僅可用數字表示，而且是可測的。第四節工業機器人⒈工業機器人定義、組成、分類、運動軸系、自由度和技術地位機器人學是關於設計、製造和應用機器人的一門正在發展中的新興學科。工業機器人技術涉及機構學、控制理論和技術、電腦、傳感技術、人工智慧、仿生學等諸領域，是一門多學科的綜合性高新技術。第四節工業機器人⑴工業機器人定義及組成

綜合各國對工業機器人(IndustrialRobot)的定義，其在“可編程”、“電腦控制”和“機械裝置”三方面的共同點是：工業機器人，是一種可以搬運物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機械裝置；由電腦進行控制，是無人參與的自主自動化控制系統：它是可編程、具有柔性的自動化系統，可以允許進行人機聯繫。可以通俗地理解為“機器人是技術系統的一種類別，它能以其動作複現人的動作和職能；它與傳統的自動機的區別在於有更大的萬能性和多目的用途，可以反復調整以執行不同的功能。”這一概念反映了人類研製機器人的最終日標是為了創造一種能夠綜合人的所有動作和智能特徵，延伸人的活動範圍，使其具有通用性、柔性和靈活性的自動機械。第四節工業機器人⑵機器人的分類

①按自動化功能層次分類為

a專用機器人。以固定程式在固定地點工作的機器人，結構簡單，造價低，適用於在大量生產系統中工作。

b通用機器人。具有獨立的控制系統，動作靈活多樣，通過改變控制程式能完成多種作業的機器人。它的工作範圍大，定位精度高，通用性能強，但結構複雜，適用於柔性製造系統。

c示教再現機器人。這是具有記憶功能、能完成複雜動作的機器人，它在由人示教操作後，能按示教的順序、位置、條件與其他資訊反復重現示教作業。

d智能機器人。具有各種感覺功能和識別功能，能做出決策自動進行回饋糾正的機器人。它採用電腦控制，依賴於識別、學習、推理和適應環境等智能，決定其行動或作業。第四節工業機器人②按驅動方式分類可分為：氣壓傳動機器人、電氣傳動機器人、液壓傳動機器人以及複合傳動機器人。③按控制方式分類

(1)固定程式控制機器人。採用固定程式的繼電器控制器或固定邏輯控制器組成控制系統，按預先設定的順序、條件和位置，邁次執行各階段動作，但不能用編程的方法改變己設定的資訊。

(2)可編程控制機器人。可利用編程方法改變機器人的動作順序和位置。第四節工業機器人⑶工業機器人的運動軸系和自由度①工業機器人的運動軸系機器人執行機構的運動軸系通常分為四類：直角坐標系、圓柱坐標系，球坐標系和關節系。②工業機器人的自由度為了使工業機器人能夠按必要的動作順序運動，需要六個基本運動軸．即所謂六個自內度。這六個自由度用來模仿人手臂的各種功能動作，並非所有的機器人都需要具備全部六個自由度。這六個基本運動中三個是腕部的，三個是臂部和機身。第四節工業機器人⒉機器人技術的發展⑴機器人技術發展進程及現狀

①機器人的發展1954年，美國人發明了一種稱為可編程序的關節型搬運裝置，發表了“通用重複型機器人”專刊論文，首先提出了工業機器人和示教再現的概念。1958年，美國聯合控制公司研製出第一台數控工業機器人原型機，揭開了研製機器人的序幕。20世紀60年代初，美國機床和鑄造公司(AMF)研製出示教再現型工業機器人商品，是圓柱座標機構、點位和連續路徑兩種控制方式。第四節工業機器人

從此以後，機器人技術進入高速發展階段。到20世紀80年代，工業機器人普及應用，其操作機、驅動器、控制系統不斷改進，以適應高速、高精度、輕量化和智能化。80年代後期，各類帶焊縫跟蹤的弧焊機器人、高功能裝配機器人相繼應用於柔性自動化生產系統中，以滿足多品種、少批量的各類需求。第四節工業機器人90年代是具有各類傳感功能的第二代工業機器人走向實用化的年代。瑞典ABB機器人公司推出TR5002、TR5003、6—7軸新型交流伺服噴漆機器人，並推出IRB6000交流伺服點焊機器人新系列，負載達1176N。近年來，各種類型具有視覺、觸覺、高靈巧手指、能行走的智能機器人相繼出現，開始用於精密裝配、核工業、宇航和深海開發、各種惡劣環境和農業部門，並出現了多感測器融合、具有一定語言能力的機器人。機器人正朝著學習、自適應控制、自治行動的智能化第三代方向發展。第四節工業機器人②機器人技術的現狀；機器人技術發展到今天，正朝著自學習、自適應控制、自主性(自治行動)、智能性等方向發展。人們將在更現實基礎上開拓機器人在各個領域的應用，開發的機器人應當是具有靈活的可操作性和移動性，豐富的感測器及其處理系統，全面的智能行為和友好協調的人——機器人交互能力的高級機器人。第四節工業機器人⑵機器人技術的前沿課題①操作機

在智能機器人操作機研究方面，人們重點集中在各種具有柔性感、靈巧性的手爪和手臂上。研究前沿有：手臂結構，關鍵是其輕質化，研究新型高剛度、抗震結構和材料：機器人手、手腕及其連接機構，實現快速、準確、靈活性、柔順性以及結構的緊湊性；冗餘自由度柔性操作機，為適應狹小環境中的靈活操作，需要像人手那樣地靈巧、需達到27個自由度且結構可變的柔性操作機；微型操作機，其線徑小於1mm，用於軍事偵察和各種微型操作。第四節工業機器人②動力源和驅動；智能機器人的機動性要求動力源輕、小、出力大，研究重點是改善動力源的現狀，以提高機器人的自主性。智能機器人的主要驅動器是電動機。為使智能機器人的作業能力與人相當，它的指、肘、肩、腕各關節大致需要3—300N·m的輸出力矩和30～60r/min的輸出轉速。減輕電動機品質的措施有：採用交流電動機、優化電氣及結構參數。新型驅動器，如形狀記憶合金、人工肌肉、壓電元件、撓性軸絲繩集束傳動等已得到人們關注，在實用方面近來已達到伺服電動機水準。第四節工業機器人③移動技術移動技術是智能機器人與一般機器人顯著的區別之一。研究前沿有：新型移動機構，開發用於凹凸不平路面、樓梯、高山、彎管、海面、水下、高空等環境中的移動機構；用於行走的傳感技術，主要是高級的三維視覺、觸覺和接近覺等；移動路途分析，採用動態規劃等方法，對移動環境、成本、時間等進行綜合分析、規劃最佳路徑；人機協調行走控制，：行走動作選擇，對於複雜環境多自由度行走，選擇最佳動作，研究最佳關節配置及動作級語言等。第四節工業機器人④微機器人

微機器人是近期機器入研究一個熱點，其可能引起機器入結構的變革。微機器人是一個智能機器入系統，最終目標是將移動、傳感、控制、能源集於一身，具有廣泛應用前景，研究前沿課題有：執行元件和認識機構的微型化：從感覺感測器回路的微型化向微小的位置姿態控制方向發展：從微型電池向化學能源和外部能源場的方向發展：各種材料的微型部件的加工裝配向縮小法和自動生成方向發展；微小生物運動機構、生物執行器、生物能源機構規律的探索和人工化。第四節工業機器人⑤仿生機構開展仿生機構的研究，可以從生物體構造、移動模式、運動機理、能量分配、資訊處理與綜合，以及感知和認識等方面多層次得到啟發。目前人工肌肉、以軀體為構件的蛇形移動機構、仿象鼻子柔性臂、人造關節、假肢、多肢體動物的運動協調等得到關注。第四節工業機器人⑥機構與控制的一體化設計機器人學的新問題是，如何進行機構—控制—感測器—驅動的一體化優化設計，以滿足機械手高速高精度定位的要求。機器入機電一體優化設計的目標函數除動作時間外，還可以選擇能量、誤差、力矩、成本等，除成本一項外，其餘指標都與機器人的運動性能有密切關係。第四節工業機器人⑦智能控制與人工智慧及示教技術智能控制方面發展動向主要是多級分佈式電腦控制、基於神經網路的控制，以及實現通用模組、智能機器人核心程式模組、機器入操作系統的通用化等。人工智慧在機器人技術方面應用主要有：規劃和知識表述；機器人資料庫；自治功能；智能通信。示教技術方面發展動向主要是：實現複雜柔性作業的機器入綜合語言，帶有三維動態顯示的離線示教以適應多機群控操作，滿足複雜環境行走和野外作業的智能主從操作示教。第五節柔性製造技術和智能製造技術⒈柔性製造技術概述；柔性製造技術(F1exibleManufacturing