《机器人学及其应用-导论》课件 第七章 机器人的典型应用

《机器人学及其应用—导论》第七章机器人的典型应用提纲123特种机器人

服务机器人的典型应用

工业机器人的典型应用总体战略意义制造模式生活方式军事作战形态宏观微观技术发展方向产业竞争格局社会组织形态机器人已成为各国战略性高技术，并与各项高新技术融合发展全球正迎来新的科技时代移动互联网大数据服务物联网新能源智能交通医疗健康机器人与智能制造一台完整的工业机器人由以下几个部分组成：控制系统、驱动系统、机械本体以及可更换的末端执行器。一、工业机器人的典型应用工业机器人主要应用在以下三个方面1）恶劣、危险的工作场合2）特殊作业场合3）自动化生产领域优点：减少劳动力费用提高生产率改进产品质量，增加制造过程的柔性，减少材料浪费控制和加快库存的周转，降低生产成本，消除了危险和恶劣的劳动岗位现代制造业

数字化工厂

自动化柔性制造（基于机器人）中国制造业竞争优势：物美价廉；代价：低廉的劳工成本、相对简陋的劳动保障条件；困境：劳工成本急剧上升。越南1000元人民币/月，印度600元/月，中国3000-4000元/月；2009-2012年，增长近60%。成为亚洲新兴国家中人力成本最高的国家。劳动力人口结构变化：90后，劳动观念变化，就业结构性矛盾突出。工业机器人作为一种新型劳动力，正悄然改变着制造业的用工模式，以人为主的生产模式正逐渐向以机器人为主的模式转变；机器人生产的高效率和低成本优势正逐渐被企业接受；机器人代替人工成为产业结构调整与升级的催化剂；工业化进程本身就是一个“机器替代人”的过程；面对美欧等国家的制造业回归和再工业化的围堵，人口红利的消退，也迫使我们使用机器人来武装“中国制造”。用“机器人”打败“人”，是美国“再工业化”战略的方法之一。核心装备工业机器人的需求5

国际上主要的机器人厂商为FANUC、ABB、安川、库卡等，其在中国市场具有较大份额的市场占有率达。国际工业机器人应用的领域分布工业机器人现状与趋势2006年，Comau,意大利，无线示教盒，Iphone机器人无线控制软件2006年，KUKA，德国，轻型机器人，16Kg，负载7Kg2010年，Fanuc,LearningControlRobot高加速度高速时的震动特性进行学习，学习控制减少了抑振周期2007年，KUKA，1000Kg2008年，Fanuc，1200Kg2008年，ABB，自重25Kg，载荷3Kg2010年，KUKA，90-300kg，货架式机器人工业机器人现状与趋势KR_1000_TITAN，M-2000iA／1200FANUCRobotics世界上最强大的机器人M-2000iA／1200工业机器人现状与趋势

美国Rethink公司

新材料、低成本，直驱机构，无编程示教，可变刚度控制，视觉误差补偿等新技术工业机器人现状与趋势2000-2010应对产品多样化；防止“去工业化”；单元制造；更广泛的应用领域；要求绝对精度的应用领域2010-2020应对低出生率和老龄化社会时代；协助人类更好地开展工作；更广泛的应用领域；传感器的利用增加2020-2030应对劳动力减少；生活服务机器人；工厂外的工业；通过确保精度简化操作技术趋势：应用领域不断拓宽单元-成套高性能（高速、高精、重载）平均功率比密度绝对精度可能会接近重复定位精度智能化(基于传感器的工业机器人)

高动态设计与优化先进材料与功能部件先进智能控制方法高性能低成本制造工业机器人现状与趋势机械本体：结构轻量化、模块化、紧凑型，仿生新型机构控制器：高性能、高速实时网络驱动器：高集成度、一体化软件架构：开放式、高级语言伺服电机：高功率密度智能性：多种传感器集成、智能化人机交互：人机共处协同作业可操作性：简单、直观性能：极端化（高速、高精、重载）应用：越来越广泛工业机器人现状与趋势沈阳所-新松公司：工业机器人及装备、IC机械手、装配检测自动化装备、仓储物流自动化装备，年产值20亿元以上；产业技术创新联盟；--募集30亿，工业、医疗、服务、特种（军用）

哈工大-博实公司：全自动包装机器人码垛生产线、橡胶后处理生产线、搬运机器人等，年产值13亿元以上；--开拓服务（医疗）机器人领域用户系统集成机器人供应商部件开发商工业机器人现状与趋势安徽埃夫特：安徽芜湖机器人产业化基地，产业链；点焊机器人、弧焊机器人等；南京（埃斯顿）：电机与伺服驱动，工业机器人；东莞（启帆）：经济型机器人；广州数控：机床上下料机器人、电机驱动；江苏科斯沃：吸尘机器人，今年上市；固高、恒丰泰、南通振康、绿的、苏州维斯格等：控制器、驱动、控制器、RV、谐波减速机、轴承华恒、巨一、赛佰特；集成应用苏州博实、艾利特：工业、农医常州铭赛等：教育、电子用户系统集成机器人供应商部件开发商工业机器人现状与趋势点焊机器人特点:点位控制5-6个自由度负重30-120公斤工作空间大运动速度高应用于汽车制造业工业机器人典型应用弧焊机器人特点续轨迹控制5-6个自由度位置重复精度高负重5-10公斤应用于机械制造业工业机器人典型应用15搬运及码垛机器人

FlexPicker

机器人

2-DOF并联机器人

Delta-S并联机器人串联搬运机器人并联搬运机器人串联机器人因具有结构简单、工作范围（负荷及几何空间）大、占用空间小等优点，而获得广泛应用；并联机器人由于具有动作频率快、定位精度高、刚度强等优点，也越来越受到人们的关注。16喷涂机器人液压喷涂机器人汽车车体喷漆系统的应用办公设备喷漆系统喷涂机器人在给家具部件喷漆17加工机器人打磨机器人系统埃夫特打磨机器人切削机器人

机器人对于一个给定机械手可在制造工件（研磨、抛光、去毛刺）时提供可以降低至可接受的程度的工具力量。18装配机器人汽车装配机器人电子制造机器人特点：洁净、真空、高精度应用：硅片传输、封装多片硅片搬运2多片硅片搬运1工业机器人典型应用提纲123工业机器人的典型应用

特种机器人

服务机器人的典型应用服务机器人定义:是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类的服务工作，不包括从事生产的设备（国际机器人联合会，IFR）二、服务机器人的典型应用智能机器人技术与产业发展的三大趋势交叉融合基础技术颠覆：仿生结构与感知控制，人工肌肉与软体，认知与情感交互，高效动力电池与安全以服务人为核心，儿童、老人、家政、社会公共服务，先toB后toC，以租赁提供内容方式，从专用服务机器人向社会公共场合与家用机器人定制化智能制造：基于行业与客户订单大数据的柔性自动化生产线无人化、或少人化车间解决方案，包括工业物联网、AGV、智能作业抓持执行器、工业机器人、3D打印、高端数控机床等集成应用一、服务机器人国内外最新进展服务机器人若干应用热点领域社交智能化机器人服务平台公共服务移动平台（银行、接待、展览、餐厅、安防、医生代理、超市导购，教育娱乐、陪护服务等），增值服务与租赁。医用机器人服务：预测、精准、远程、康复随着远程医疗、微创精准外科及3D打印技术在医学领域的应用，手术机器人的需求会越来越多。中国残障人数众多，未来康复机器人市场上百亿，未来国产康复机器人产业大有作为。智能交通系统嵌入无人驾驶汽车、无人机系统，将走进人们的生活，为人们的出行、物流投送，提供便利，也将是未来汽车巨头们与物流商争夺的主要市场。医学检查医院服务非侵入式手术系统外科手术机器人系统医疗机器人：提升医疗质量，延伸医生能力远程诊疗康复治疗术后治疗2013年医疗机器人市场价值为17.81亿美元，2018年预计将达到37.64亿美元，复合年增长率为16.1％。Source:MedicalRobotsMarketbyType(SurgicalRobot,RehabilitationRobotics,Telemedicine,AssistiveRobots,Orthotics,Prosthetics,RadioSurgery,Exoskeleton)&Application(Orthopedic,Neurology,Laparoscopy)-GlobalForecaststo2018--PublishingDate:March

2014亿美元201320142015201620172018(年）

医疗机器人市场规模达芬奇外科手术机器人自动缝合医疗机器人iHolter心脏监护设备，可以帮助心脏病患者监测心脏，当患者心脏有异常时，它会发出信号，通知医院和家人。智能手环、手表等多以加速度传感器数据估算计算步数、卡路里消耗、睡眠质量等信息。RP-VITA远程护理机器人，美国i-robot公司2012年发布，截至目前已有1000多台被应用于医疗系统;通过触控式交互界面，使医生给予病人远程协助;可使医生获得病人病例、超声、电子听诊器、耳镜等数据;可通过iPadapp进行控制诊断监护机器人康复护理器人28MotionMaker康复机器人，瑞士SwortecSA公司通过辅助肢体运动实现偏瘫患者康复;能够依据实时传感信息控制康复训练并配合电刺激以满足治疗需要“心绘”下肢康复训练器LR2，日本安川电机有限公司2014年3月问世，已获得国内许可具有6种运动模式，在急性期进行下肢运动疗法治疗;预防意识障碍/身体残障患者、以及整形疾病患者的关节挛缩、改善水肿Lokomat步态训练系统,瑞士Hocoma公司

实现机器人辅助的全自动步态训练;提高中风、脊髓损伤、颅脑外伤、多发性硬化、内用假体、下肢关节退行性病变等患者的行走能力;截至2014年已有180余台投入使用康复护理器人29ReWalk外骨骼系统,以色列ReWalkRobotics公司2014年7月在美国上市并发布产品，已获FDA审批减缓瘫痪导致的肢体疼痛、肌肉痉挛;帮助肠道消化系统蠕动、加快新陈代谢;在急性期进行下肢运动疗法治疗可穿戴式仿生机械腿,美国EksoBionics公司2012年获FDA批准，截止2014年初，累计出售或出租64台;重量约为23Kg;帮助瘫痪病人直立行走HAL外骨骼机器人,日本Cyberdyne公司2008年发布，2013年获全球首个安全认证，运动完全由使用者控制，不需要任何外部控制设备;通过传感器监测肌肉的电信号，预见和支持人体行动提纲123工业机器人的典型应用

服务机器人的典型应用

特种机器人的典型应用特种机器人定义:指服务机器人中应用于专业领域内的机器人总称，也称作专用服务机器人。根据不同的应用领域和应用场景，它包括水下机器人，空中机器人，空间机器人，军用机器人、农林机器人，建筑机器人，危险作业机器人，采矿机器人，搜救机器人。三、特种机器人野外机器人野外机器人包括应用于采矿、货物装卸、农业、水下勘探和开采、高速公路、行星探测等场合中的特种机器人应用场所和任务种类对机器人提出了各种严苛的要求，需要对机器人的使用环境进行大量的信息采集和建模

，针对复杂多变的环境，解决相关的问题采矿机器人水下机器人水下机器人运动控制体系结构野外机器人“鹞鹰”无人机徘徊者号遥控机器人飞行器UGV机器人高压线巡线机器人

反恐防爆机器人

空间机器人“机遇号”火星探测器

“勇气号”火星探测器日本研究的火星探测器特殊环境的挑战：极端高低温、高真空、高压、腐蚀性气体、电离辐射以及极细微粉尘等。北航--基于再生能源的极地漫游机器人2013年随中国第29次南极科考队赴中山站进行现场试验机器人历时1月，进行5次外场试验，累计运行10km再生能源系统持续1月进行现场数据采集回国后针对现场试验体现出的问题进行模拟试验与改进搭建仿真环境，在国内通过离线方式模拟南极状态下机器人能耗状态在低温、大风、冰冻条件下进行外场试验与数据采集国内首次使用再生能源移动机器人进行南极试验机器人具有部分代替人进行极地科考的可能性机器人应用领域的新突破太阳能风能集成系统能源模拟系统张家口外场试验军用机器人角斗士战术无人车DRAGONRUNNER定义：是一种用于军事领域的具有某种仿人功能的自动机器人排爆机器人DRAGONRUNNER侦查机器人-视频军用机器人有主动适应机构的移动机器人关键技术：机动性：对于机器人的运动机械结构来说，在不平坦地面具有良好的通过能力是至关重要的。在设计过程中应充分考虑稳定性的问题。操作及控制：操作对于排爆任务是至关重要的。能源设计是必须的，包括能源状态检测和能源补充方案。数据通讯：实现远程控制或遥操作，操作人员与机器人之间的通信是非常重要的。双履带机构的被动适应性抢险及搜救机器人---挽救生命目标：机器人通过和受难者、建筑物和自动支撑机构等进行直接接触能够达到这个目标。搜救机器人对灾难的发生作出响应，可提供关于灾难发生时的实时图像和各种传感信息，在应对灾难执行搜救任务中扮演越来越重要的角色。抢险及搜救机器人Quince救援机器人HUBO机器人救援无人机抢险及搜救机器人所面临的问题：机动性：机动性仍然是面临的主要问题，尤其对于正在进行城市搜索和救援的地面机器人。通信：机器人依靠实时通信进行远距离操作，并且可以