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1、第一章 工业机器人概论,1.5 工业机器人的发展和趋势,1.5.1 工业机器人发展概况,1、国外机器人发展阶段美国在50年代末就发明了第一台机器人。日本在七十年代开始机器人产业化，有FANUC、安川、三菱等公司。法国NAO机器人（人工智能机器人）ABB 机器人公司：种类最多的工业机器,ABB机器人,NAO机器人,FANUC机器人,发展路径,美国模式,欧洲模式,日本模式,模仿人的下肢运动,模仿人的手臂,各司其职，分层面完成交钥匙工程。即机器人制造厂商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标，并由其子公司或社会上的工程公司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统,一揽子交钥匙工程。即机器人的生产
2、和用户所需要的系统设计制造，全部由机器人制造商自己完成,采购与成套设计相结合。本国国内基本上不生产普通的工业机器人，企业需要机器人通常由工程公司进口，再自行设计、制造配套的外围设备,2、我国机器人发展阶段理论初级研究阶段：1975-1985年 研究初步阶段。清华、哈工大、华中科技大、华南理工、上海交大、沈阳自动化所等。机器人试制阶段：1986-1995 研发机构-多种机器人。制造-重视工业机器人应用。机器人之父熊有伦-机器人技术基础-1995年出版 应用阶段：1987-2000年 1975-1985，研究的初步阶段。沈阳自动化、一汽等,初步产业化阶段：2001-2013 广州数控、沈阳新松、奇
3、瑞装备等-工业机器人批量生产阶段 创新研究与人才培养：2014-今后 研发：关键技术-创新-理论-自主产权-发展阶段,中国工业机器人发展,国产工业机器人在精度、速度等方面不如进口同类产品，特别是在关键核心技术上还没有取得应用突破。,美国模式 日本模式,低端技术水平有待改善。机器人制造包括整机制造、控制系统、伺服电动机与驱动器、减速器等方面，其中控制系统和减速器的核心技术仍由国外企业掌握。,产业链条待充实与规范。与其他高端装备制造领域的情况不同，机器人制造主要集中在民营企业，产能规模小，研发成果无法得到展现。,1.5.3 几款有未来特色的机器人,1、日本安川DA20机器人,DA20是一款在仿造人
4、类上半身的构造上配备2个6轴驱动臂型“双臂”机器人。上半身构造本身也具有绕垂直轴旋转的关节，尺寸与“成年男性大体相同”，可直接配置在此前人类进行作业的场所。因为可实现接近人类两臂的动作及构造，因此可以稳定地搬运工作，还可从事坚固螺母以及部件的组装和插入等作业。另外，与协调控制2个臂型机器人相比，设置面积更小。单臂负重能力为20kg，双臂可最大搬运40kg的工作。,IA20是一款通过7轴驱动再现人类肘部动作的臂型机器人。在产业机器人中，也是全球首次实现7轴驱动，因此更加接近人类动作。一般来说，人类手臂具有7-8轴的关节。此前的6轴机器人、可再现手臂具有的3个关节、以及手腕具有的3个关节。而IA2
5、0则进一步增加了肘部具有的1个关节。这样一来，就可实现通过肘部折叠式伸出手臂的动作，另外还可以实施绕开靠近机身障碍物的动作。,2、日本安川IA20机器人,3、意大利柯马SMARTS PAL码垛机器人,SMASMARTS PAL码垛机器人采用新的控制单元和无线示教，有效载荷范围为180260kg，作业半径3.1m。该机器人采用一流的碳纤维杆，整体轻量化设计，线速度高，能有效减少和优化时间节拍。该机器人能满足一般工业部门客户的高质量要求，如装载/卸载、多个产品拾取、堆垛和高速操作等场合。节拍：是指完成一个产品所需的平均时间。节拍通常只是用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。,4、KU
6、KA焊接机器人KR 5 are HW,德国KUKA公司的机器人产品气体保护焊接专家KR5 are HW（HoIIow Writst），赢得了全球著名的红点奖，并且获得了“Red Dot:优中之优”杰出设计奖。其机械臂和机械手上有一个50mm宽的通孔，可以保护机械臂上的整套气体软管的敷设。由此不仅可以避免气体软管组件受到机械性损伤，而且可以防止其在机器人改变方向时随意甩动。既可敷设抗扭转软管组件，也可用于无限转动的气体软管组件。对用户来说，这不仅意味着提高了构件的可接近性，保证了对整套软管的最佳保护，而且使离线编程也得到了简化。,5、日本发那科Robot M-3iA装配机器人,Robot M-3
7、iA可采用四轴或六轴模式，具有独特的平行连接结构，并且还具备轻巧便携的特点，承重极限为6kg，此外，M-3iA在同等级机器人（1350mm*500mm）中的工作行程最大。六轴模式下的M-3iA具备一个三轴手腕用于处理复杂的生产线任务，该项技术已申请专利。三轴手腕灵活度极高，能够自如地从各个角度拾取和插入部件，还能按要求旋拧零件。四轴模式下，它的工作速度可达4000/S。,1.6 工业机器人的人才培养,1.6.1 中国制造2025与人才培养 自2013年德国提出“工业40”以来，各国纷纷提出其相关的新时代工业发展计划，我国也在2015年提出了“中国制造2025计划”，从此我国工业机器人发展就进入
8、了一个迅猛发展的时期，呈现出一发不可收拾的势头。,事实上早在2013年起，我国就已经连续三年是全球最大的工业机器人消费市场，以2015年为例，全球工业机器人销量为24.8万台，中国的工业机器人全年销量累计6.67万台，也就是说每卖出4台工业机器人，就有一台是在中国！,随着工业机器人数量的增加，我国的制造业也越来越强大，可是需要的相关人才也越来越紧缺，尤其是工业机器人方面的专业人才。“按照目前中国机器人安装量的增长速度，人才需求早就处于干渴状态了”前哈工大机器人研究所所长，教育部长江学者，特聘教授孙立宁曾说。,可编程控制器(PLC)工业机器人 计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)工业机器人技术
9、需要的是一种跨学科、跨专业的 综合型人才，尤其是横跨工业机器人技术本身和 PLC等技术的人才。,1.6.2 工业机器人技术需要的人才 工业机器人技术是一项综合性应用技术，涵盖了自动控制、电子、人工智能、机械等学科理论，在自动控制领域，有三大技术支柱：,两个层面的人才：(1)操作、编程、使用和维护（中职培养目标）(2)前者+系统集成应用（大专及以上培养目标）,工业机器人的种类,工业机器人按技术水平的分类,第一代机器人,这类机器人能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业。示教可以由操作员手把手地进行，比如操作人员握住机器人上的喷枪，沿喷路线示范一遍，机器人动作中记住这一连串运动，工作时
10、，自动重复这些运动，从而完成给定位置的涂装工作。但是，比较普遍的方式是通过示教器示教。操作人员利用示教器上的开关或按键来控制机器人一步一步地运动，机器人自动记录，然后重复。目前在工业现场应用的机器人大多属于第一代。,第二代机器人,第二代工业机器人具有环境感知装置，能在一定程度上适应环境的变化，目前已进入应用阶段。以焊接机器人为例，机器人焊接的过程一般是通过示教方式给出机器人的运动曲线，机器人携带焊枪沿着该曲线进行焊接。这就要求工件的一致性要好，即工件被焊接位置必须十分准确。否则，机器人携带焊枪沿所走的曲线和工件的实际焊缝位置会有偏差。为解决这个问题，第二代工业机器人（应用于焊接作业时）采用焊缝
11、跟踪技术，通过传感器感知焊缝的位置，再通过反馈控制，机器人就能够自动跟踪焊缝，从而对示教的位置进行修正，即使实际焊缝粗对于原始设定的位置有变化，机器人仍然可以很好地完成焊接工作。类似的技术正越来越多地应用于工业机器人。,激光焊缝跟踪机器人,第三代机器人,第三代工业机器人称为智能机器人，具有发现问题，并且能自主地解决问题的能力，尚处于实验研究阶段。作为发展目标，这类机器人具有多种传感器，不仅可以感知自身的状态，比如所处的位置、自身的故障情况等，而且能够感知外部环境的状态，比如自动发现路况、测出协作机器的相对位置、相互作用的力等。更为重要的是，能够根据获得的信息，进行逻辑推理、判断决策，在变化的内部状态与变化的外部环境中，自主决定自身的行为。这类机器人具有高度的适应性和自治能力。尽管经过多年来的不懈研究，人们研制了很多各具特点的试验装置，提出大量新思想、新方法，但现有工业机器人的自适应技术还是十分有限的。,1.4 工业机器人的分类与应用,20,应用领域,会做饭的机器人大厨,1.4 工业机器人的分类与应用,特种机器人,战场机器人,管道机器人,空间机器人,迎宾机器人,消防机器人,扫地机器人,来自波士顿动力公司的大狗,你替我干嘛？,来自波士顿动力公司的大狗,一不小心滑倒了！,来自波士顿动力公司的大狗,先忍会儿，回头收拾你！,大狗的视频,来自波士顿动力公司的大狗,
