无锡南洋职业技术学院 工业机器人技术基础 机器人包老师 2020年02月20日 内容： 1、视频短片直观了解“工业机器人技术”给现代社会带来的便捷和高效； 2、内容了解： 工业机器人作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，已成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。我国正处于加快转型升级的重要时期，以工业机器人为主体的机器人产业，正是破解我国产业成本上升、环境制约问题的重要路径选择。中国工业机器人市场近年来持续表现强劲，市场容量不断扩大。工业机器人的热潮带动机器人产业园的新建。上海、徐州、常州、昆山、哈尔滨、天津、重庆、唐山和青岛等地均已经着手开建机器人产业园区。产业的发展急需大量高素质高级技能型专门人才，人才短缺已经成为产业发展的瓶颈。 一、工业机器人概述及背景应用 1.1机器人技术意义——国家战略 1.2机器人技术意义——工业 ●现今大多数机器人的起源都可以追溯到早期工业机器人的设计 ●工业机器人是迄今为止机器人技术最重要的商业应用。有竞争力的工业制造包括三个方面:高产量、高质量、低成本，工业机器人被认为是制造业领域的中流砥柱。 ●虽然在大规模的制造业中，尤其是汽车制造和相关组件装配中，机器人已经得到了妥善的使用，但是仍有很多富有挑战性的问题需要解决 ●如果机器人能更容易安装，能与其他制造过程集成和编程，尤其具备自适应感知和自动纠错恢复能力，那么可行的应用范围将被大大地拓宽。 ●为了使机器人生产保持在- -个足够的产量上，一个机器人的设计应当能满足潜在应用最大集的需要。 ●由于通用的机器人并不存在，因此产生了各种不同类别的针对不同负载能力的机器人设计。 ●一个机器人工作单元由- -个或多个机器人组成，并具有控制器和周围相应的设备。 ●不断提高的安全标准允许直接的人机协作，使得机器人和工人得以分享同样的工作环境。. 1.3工业机器人历史概述——工业机器人的诞生 1954年乔治德沃尔申请了一个“可编程关节式转移物料装置”的专利约瑟夫恩格尔伯格与德沃尔合作成立了世界上第一一个机器人公司Unimation1959年研制出第- -台工业机器人Unimate,并在1961年将其应用到汽车生产线上，用于将铸件中的零件取出。Unimation是Universal和Automation的组合。 1960年被称为机器人元年。 德沃尔和恩格尔伯格被称为工业机器人之父。 左图: 1973年IRB-6工业机器人， 是第.一个性的系列机器人产品，纯电气驱动和由微型计算机用于编程和控制，非常结实，寿命超过20年。 右图:日本山梨大学广 志牧野提出了SCARA机器人方法，第- -台SCARA机器人Hirata公司的AR-300于1978年诞生于日本，结合了竖直方向的刚性和平面转动的灵活性。该图为其下一代产品AR-i350. SCARA, The Selective Compliance Assembly Robot Arm可选择柔顺装配机械手 工业机器人应用中早期较为前沿的应用是点焊流水线和录像机(VCR)装配1985年工业机器恩出现在汽车车体电焊的焊接流水线上 左图为发过雪铁龙CX汽车的生产线情景。 右图为19年SONY公司的一个VCR自动装配线，带有多个手爪工具的SCARA. 左图:用于高速抓取的ABB FlexPicker并联机器人 右图: KUKA轻量化机械臂 并联机器(Parallel Kinematic Machines, PKM)低惯性、高刚度，允许精确高速移动，最早由Clavel提出了4轴并联机器人，可达10g加速度。德国字航中心(DLR)长期研发成果，自重与负载之比为1:1.7,用于模仿人手臂进行人机协作。 1.4工业机器人典型应用 工业机器人焊接 工业机器人车身装配 ●车身装配就成为了占据主导地位的机器人应用实例，因为机器人自动化所带来的优点和收益极为明显 ●处理和定位金属薄板、定点焊接和传送车身框架对工人来说是有相当风险的或需要消耗很大体力的任务 ● 车体装配通常步骤:金属板压出车体，进行固定和拼接，点焊，然后喷涂车体，最终装配成车体(车门，仪表盘，挡风玻璃，电动座椅和轮胎等) 生 工业机器人喷涂 挪威的Tralfa公司在1969年开发了-一种简单的盘式喷涂机器人。 能容纳气体的中空手腕和喷涂缆绳允许快速敏捷的移动。 机器人的喷得到明显的改进，从而可以利用很少的喷漆和溶剂得到统- - 的质量，可以在不同喷漆颜色间切换。 可以利用编程系统提出集成化的过程仿真，以此优化喷滦沉积、厚度以及覆盖面 工业机器人取放作业 ●基于激光三角测量原理: 在离线计算中转换为具有高散空间角度的CAD虚拟物体:产生每个视点的特征图并存入数据库;实际特征与仿真集匹配方法可以决定物体的位置。从而选择无冲突轨迹。 ●黑箱抓取问题目前还有没有通用的完美解决方案。 工业机器人加工与测量 ●相对于车床或铣床， 标准机器人拥有更少的刚度，但更大的灵活性 ●一个串联机器 人的刚度通常在其整个工作空间各向异性地变化 ●机器人连续动作必须是自动生成， 这需要结合带有工件的几何形状的工艺信息 人机协作任务 ●操作者可以在机器人减速工作时抓住开关，启动机器人的协作模式，通过手柄几乎不费力的牵引机器人，在最后装配中使齿轮箱以较高精度进入齿轮轴架。 1.5典型工业机器人 二、工业机器人技术研究内容 2.1机器人的定义 各国机器人定义有三个共同特点: 1.机械装置 2.具有自动控制系统 3.可再编程(不同任务) ●机器人的核心问题 ●用工程的方法实现人体所特有的动作功能，以及完成这些功能所必要的智能。 2.2机器人的分类 2.3工业机器人机构分类 2.4工业机器人发展水平 第一代机器人 (使用主流) 示教再现、顺序控制;由于其不具有传感器的反馈信息，因此不能在作业过程中从外界不断获取信息，来改善其自易的行动品质，故应用范围和精度受到。 第二代机器人(研发主流) 有若干传感器，能对自身运动状态和外部环及进行探测，从而调整率先编程地操作。关键技术是“视觉”和“触觉”，目前还未能达到完善的实用阶段，尚有待于进一步研究和开发。 第三代机器人(期望主流) 能感知外界环境与对象物，对复杂信息进行准确处理，对自己行为作出自主决策能力的智能机器人。能实现搜索、追踪、辨色识图等多种仿生动作;具有专家知识、语音功能和自学习能力等人工智能。 2.5工业机器人研究内容 ●机器人抓取技术 ●机器人操作技术 ●机器人移动技术 ●机器人驱动技术 ●机器人传感技术 ●机器人控制技术 ●机器人轨迹规划 ●机器人设计 ●机器人运动学、静力学与动力学 ●机器人外骨骼 ●机器人视觉 ●机器人软件与机器人语言 ●机器人体系结构与操作系统 ●多机器人协作技术 ●人工智能 三、工业机器人技术与操作 3.1结构化环境操作 3.2快速变化环境操作 3.3多机协同操作 3.4多臂固定式机器人 3.5单臂移动式机器人 四、工业机器人技术与发展 4.1工业机器人技术的发展趋势 ●机器人及智能装备不断向智能化、协作型及高适应能力方向发展。 ●机器人的平均价格大幅下降，自动化技术越来越便宜。 ●机器人的性能参数比如速度、载荷能力、平均故障间隔时间得到显著的改善。 ●多机器人能通过一个控制器实时编程和协调同步，这使得机器人可以在同一个工作空间精确地协同工作。 ●用于物体识别、定位和优良控制的视觉系统越来越多地成为机器人控制器的一部分。 ●零件层一机器人材料、结构 刚性和柔性分别能够满足部分要求，面对更广的应用范围和通用性，需要结合起来达到刚柔并济的新型机器人。 ●部件层一机器人智能技术 目前云平台的计算能力已经能够提高较好的计算性能，多传感器融合、多机器人信息交互的大数据实时处理技术对于处理复杂问题变得可行。系统层一 共融机器人系统未来机器人能够与作业环境、操作者和其它机器人之间自然互动，实现人和机器人之间、机器人与机器人之间的协同智能操作 ●云层一服务器端大数据采集与处理系统 4.2工业机器人技术产品展示 轮式移动机器人 轮式交互机器人 表情交互机器人 快递服务机器人 分练机器人 多足机器人 波士顿机器人 考核: “工业机器人技术”测验一 分数 1、 工业机器人对于我国工业4.0升级改造有何意义？ 2、 简述一下工业机器人历史发展与现代进程。 3、 工业机器人可以用来做什么？ “工业机器人技术”测验二 分数 4、 简述一下工业机器人定义，分类及组成。 5、 工业机器人总共分为几代？有什么特点。 6、 工业机器人研究内容有哪些？ “工业机器人技术”测验三 分数 7、 简述一下工业机器人操作方式有哪些。 8、 说一说你所了解的工业机器人有哪些（3-5种）。 9、 网上找一段工业机器人操作运动小视频（3-5分钟）描述一下操作过程。 “工业机器人技术”测验四 分数 针对本次职业素养课程的个人总结和对课程的建议：（不够可另附页）
