机器人应用技术概论(2)

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1、机器人应用技术大连职业技术学院 董春利 13804090490 QQ：958385645 实训楼414A第一章 机器人应用技术概论1.1 机器人的基本概念 1.2 机器人的组成原理 1.3 机器人应用技术Compiled by: Dong Chunli课前提问o简述机器人的定义。 o说明机器人的主要特性。 o机器人三原则对机器人做了哪些要求？ o近代机器人和现代机器人的典型产品。 o机器人的发展方向有哪些？机 器 人 的 组 成 原 理o 按照机器人各个部件的作用，一个机器人系统一般由 三部分、六个子系统组成 o 这三部分是机械部分、传感部分、控制部分； o 六个子系统是驱动系统、机械结构系

2、统、感受系统、 人机交互系统、机器人-环境交互系统、控制系统。1.2.1机器人的组成机械部分（1）驱动系统 o 要使机器人运行起来，需给各个关节即每个运动自由度 安置传动装置，这就是驱动系统。其作用是提供机器人 各部位、各关节动作的原动力。 o 根据驱动源的不同，驱动系统可分为电动、液压、气动 三种，或者把它们结合起来应用的综合系统。 o 驱动系统可以与机械系统直接相连，也可通过同步带、 链条、齿轮、谐波传动装置等与机械系统间接相连。机械部分（2）机械结构系统 o 机械结构系统又称操作机或执行机构系统，是机器人的 主要承载体，它由一系列连杆、关节或其他形式的运动 副所组成。 o 机械系统通常包

3、括机座、立柱、腰关节、臂关节、腕关 节和手爪等，构成一个多自由度的机械系统。 o 工业机器人的机械结构系统由机身、手臂、末端执行器 三大件组成。 o 每一大件都有若干自由度，构成一个多自由度的机械系 统。机械部分机械结构系统传感部分（1）感受系统 o 感受系统通常由内部传感器模块和外部传感器模块组成 ，用以获取内部和外部环境状态中有意义的信息。 o 智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智 能化的水准。 o 人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的，然 而，对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更 有效率。传感部分（2）机器人环境交互系统 o 机器人环境交互系统是实现机器人与外

4、部环境中的设 备相互联系和协调的系统。 o 工业机器人往往与外部设备集成为一个功能单元，如加 工制造单元、焊接单元、装配单元等。 o 也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储 装置等集成为一个去执行复杂任务的功能单元。控制部分（1）人机交互系统 o 人机交互系统是人与机器人进行联系和参与机器人控 制的装置， n例如，计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板及危险信 号报警器等。 o 该系统归纳起来实际上就是两大类： n指令给定装置 n信息显示装置。控制部分（2）控制系统 o 控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传 感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成规 定的运动和功

5、能。 o 如果机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统； o 具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。 o 根据控制原理可分为程序控制系统，适应性控制系统和 人工智能控制系统。 o 根据控制运动的形式可分为点位控制和连续轨迹控制。1.2.2 机器人的工作原理1机器人的系统结构 一台通用的工业机器人，一般由 3 个相互关联 的部分组成： 机械手总成 控制器 示教系统。1.2.2 机器人的工作原理1机器人的系统结构 o 工业机器人一般由 3 个相互关联的部分组成：n 机械手总成 n 控制器 n 示教系统1.2.2 机器人的工作原理2机器人的工作原理 o示教也称导引，即由用户导引机 器人，一步步按实际

6、任务操作一 遍，机器人在导引过程中自动记 忆示教的每个动作的位置、姿态 、运动参数、工艺参数等，并自 动生成一个连续执行全部操作的 程序。 o完成示教后，只需给机器人一个 启动命令，机器人将精确地按示 教动作，一步步完成全部操作。 这就是示教与再现。1.2.2 机器人的工作原理2机器人的工作原理 （1）机器人手臂的运动 （2）机器人轨迹规划 （3）机器人机械手的控制1.3 机器人应用技术o 1.3.1机器人应用与外部的关系 o 1.3.2机器人应用技术的现状1.3.1机器人应用与外部的关系1机器人应用涉及的领域。 1）传感器技术得到与人类感觉机 能相似的传感器技术； 2）人工智能计算机科学得到

7、与人 类智能或控制机能相似能力的 人工智能或计算机科学； 3）假肢技术； 4）工业机器人技术把人类作业技 能具体化的工业机器人技术； 5）移动机械技术实现动物行走机 能的行走技术； 6）生物功能以实现生物机能为目 的的生物学技术。1.3.1机器人应用与外部的关系2. 机器人应用研究的内容 （1）空间机构学 （2）机器人运动学 （3）机器人静力学 （4）机器人动力学 （5）机器人控制技术 （6）机器人传感器 （7）机器人编程语言 1国际机器人应用技术的现状 o 对全球机器人技术发展最有影响的国家是美国和日本。 n美国在机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位， n日本生产的机器人在数量、种类方面

8、则居世界首位。 o 许多大学开设了机器人课程，开展了机器人学的研究工 作 o 随着机器人学的发展，相关的国际学术交流活动也日渐 增多1.3.2 机器人应用技术的现状1国际机器人应用技术的现状 o 世界上机器人总数 n最多的国家是日本，占世界总数的一半以上。 n其次是欧洲，约占20%， n美国约占10%。 o 在制造业中， n汽车的焊接、 n机器加工、 n电子产品装配。1.3.2 机器人应用技术的现状1国际机器人应用技术的现状 o 全球工业机器人需求在2013年16.8万台n北美和亚洲日益增长的自动化需求 n欧洲市场的复苏也刺激了对机器人需求。 o 2013年北美机器人n最大的应用市场汽车行业。

9、 n非汽车市场的出货量猛增31%。o生命科学、制药、生物医药、食品及消费品、塑料和橡胶行业 o 中国已成为世界上增长最快的工业机器人市场 n2016年成为全球最大的机器人市场 n国内上市公司也在持续投入机器人产业 o 机器人时代将很快来临，并将引领一场工业革命。1.3.2 机器人应用技术的现状2我国机器人应用技术的现状 （1）我国的机器人市场 o 成为全球增长最快的市场。 n2010年14,980台，2011年22,577台，2012年26,902台， n国内机器人销量复合增长率达到28%， n同期世界机器人市场销量复合增长率为10%。 o 2015年中国机器人市场需求总量将达3.5万台， n

10、占全球销量比重16.9%，成为世界规模最大的市场。1.3.2 机器人应用技术的现状2我国机器人应用技术的现状 （2）我国的机器人应用方式 o 行业内企业分类为单元产品供应商和系统集成商两类。 n工业机器人的下游应用领域广泛，需求千差万别。 n机器人商业化的前提是产业化、规模化。 o 单元产品供应商 n负责生产机器人本体，产品具有较高开放性、标准化程度高， 可批量化生产。 o 系统集成商 n则根据下游客户的需要，将单元产品组成可实现的生产系统， 起着供需双方桥梁的作用。1.3.2 机器人应用技术的现状2我国机器人应用技术的现状 （2）我国的机器人应用方式 o 行业内企业分类为单元产品供应商和系统

11、集成商两类。 n工业机器人的下游应用领域广泛，需求千差万别。 n机器人商业化的前提是产业化、规模化。 o 单元产品供应商 n负责生产机器人本体，产品具有较高开放性、标准化程度高， 可批量化生产。 o 系统集成商 n则根据下游客户的需要，将单元产品组成可实现的生产系统， 起着供需双方桥梁的作用。1.3.2 机器人应用技术的现状2我国机器人应用技术的现状 （3）外国机器人公司的在国内应用 o 国内机器人单元产品市场中，国外品牌销量占据前十位 n发那科、安川、库卡和ABB被称为行业四巨头 n2012年其销量总和达14,470台，占当年中国市场的53.8%。 nABB全球机器人业务总部于2006年迁到

12、上海 n2013年底，库卡在中国制造的首台机器人和控制柜下线 n川崎重工在中国投资近100亿日元建设工业机器人的生产工厂。 n日本安川电机也已在常州开办工业机器人工厂并已正式投产。1.3.2 机器人应用技术的现状2我国机器人应用技术的现状 （4）国内机器人公司的应用 o 2012年本土品牌机器人销量仅为1,112台，占有4%。 o 我国工业机器人企业主要有 n沈阳新松、广州数控、长沙长泰、安徽埃夫特 n深圳众为兴、昆山华恒、北京机械自动化所等1.3.2 机器人应用技术的现状3工业机器人应用技术的现状 （1）工业机器人50%以上用在汽车领域 （2）焊接机器人在汽车制造业中发挥着不可替代的作用 （3）移动机器人（AGV）将实在效益载入汽车制造业 （4）工业机器人促进机器视觉发展1.3.2 机器人应用技术的现状作业1. 机器人的主要部件有哪些？机器人的主要结构 有哪些？他们有什么联系与区别？ 2. 机器人的系统结构有哪些？ 3. 工业机器人控制器的主要功能有哪些？ 4. 机器人应用涉及的领域有哪些？ 5. 机器人应用研究与哪些基础学科密切相关？ 6. 谈谈国内和国外机器人应用技术的现状。 7. 简述工业机器人的主要应用场合，这些场合有 什么特点？