任务 (2).机器人的定义及发展

1+X工业机器人应用编程实训

随着《中国制造2025》的出台，未来中国制造业将向着智能制造方向迈进。工业机器人在智能制造业中的地位非常重要，其在工厂自动化和柔性制造系统中起着关键作用。以“符合人才培养需求，知识与技能一体”为指导思想，以培养学生对工业机器人的编程、操作能力为根本目的进行编写。从实用的角度出发，深入浅出地介绍了工业机器人的编程与操作、I/O通信的使用等内容，使读者结合具体的工业应用案例来对照学习具体的编程指令及参数设置，加深对编程指令的理解。

（1）采用任务驱动方式编写，教学内容围绕任务展开，每个任务都包括任务描述、知识链接、任务实施、任务评价等环节，任务由简单到复杂，循序渐进地展开。（2）学习任务服务于实际应用，教学内容涉及工业机器人的编程、调试、通信等知识技能，可以直接与企业中的工业机器人相关工作进行衔接，具有很强的参考性和可操作性。（3）以培养知识、技能、素质为主线，结合高职院校学生的认知能力和专业特点，按照学习任务合理地安排学习进度与内容。（4）按照教、学、做相结合的原则进行编写，结合理论实践一体化原则，适用于情境化教学。

中国制造2025，是中国政府实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。《中国制造2025》提出，坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针，坚持“市场主导、政府引导，立足当前、着眼长远，整体推进、重点突破，自主发展、开放合作”的基本原则，通过“三步走”实现制造强国的战略目标：第一步，到2025年迈入制造强国行列；第二步，到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；第三步，到新中国成立一百年时，综合实力进入世界制造强国前列。

《中国制造2025》拓展

工业机器人在智能制造中的应用优势

生产效益是企业追求的目标，创新发展的动力，在工业生产中，工业机器人可替代工人去完成高难度的工作，降低人工成本。同时，枯燥机械化操作容易使工人产生情绪，影响工作精度。机器人可以很好地持续保障工作的精度，提高产品生产质量。可见，在智能制造中，工业机器人的应用可提高产品质量、降低生产成本，制造企业可获得更高的生产效益。此外，在工业生产中，工业机器人可与不同数控机床连接，进行多种产品生产，为柔性生产线建设提供帮助。整个过程无需人工操作，工业机器人可24h进行工件生产，表现出生产效率高、产品精度高、一致性强等优势。工业机器人在智能制造业中的应用

在钢铁企业生产中，工业机器人可以大展身手。第一，自动拆捆机器人可自动测量捆带和卷边的位置，进行剪裁，并将捆带压缩为最小尺寸，运输至废料斗中。第二，自动取样机器人可以自动取出小车中的试样板，并在试样板上粘贴标签。有些流水线上还单独使用了自动贴标签机器人，自动完成标签的打印、拾取与粘贴操作。当然，最常见的还是无人化行车，通过计算机编程，可按照最短路线行驶，自动完成钢卷吊装、信息识别与存储等操作，实现准确定位、轻装轻卸。其实，工业机器人应用最广泛的领域就是汽车制造领域。如今，汽车制造的各个环节基本都由机器人完成主要工作，宝马、大众、东风日产等等，都有它们固定的机器人供应商，协助配合完成机器人部署。学习这门课的重要性工业机器人在智能制造中的应用，可提高产品生产效益，建设柔性生产线，实现产品制造的智能化、高效化发展。为了增强工业机器人在智能制造中的应用，需加强人才培养、技术创新与性能优化等工作，加大工业机器人在智能制造中的应用广度与深度，推动智能制造的进一步发展。当然，推进智能制造是一项复杂而庞大的系统工程，也是一件新生事物，这需要一个不断探索、试错的过程，难以一蹴而就，更不能急于求成。所以，需要我们当代大学生认真学习这门课，为智能制造贡献自己的本领。项目一

认识工业机器人（帮助学生明确学习目标，树立理想信念）任务1.1机器人的定义及发展任务1.2工业机器人的基本组成与分类任务1.3认识ABB工业机器人任务1.4工业机器人的维护与保养知识目标

1.了解机器人的定义及发展；2.掌握工业机器人的组成；3.掌握工业机器人各个组成部分的功能；4.了解常用的ABB工业机器人的型号和参数；5.掌握ABB工业机器人的应用注意事项；6.掌握工业机器人的维护和保养知识。项目一认识工业机器人能力目标1.能够根据机器人的特征进行分类；2.能够根据要求选用ABB工业机器人；3.能够合理检查控制器的散热情况；4.能够采用正确的方法清理示教器；5.能够对机器人的本体进行合理的维护；6.能够进行轴制动测试。任务一机器人的定义及发展任务描述了解机器人的定义和各个国家对机器人定义的区别，掌握机器人在我国的标准定义；能够根据机器人的特征对机器人进行分类。

知识链接

一、机器人的定义由于机器人的应用领域众多、发展速度快，加上它又涉及人类的有关概念，因此，对于机器人，世界各国标准化机构甚至同一国家的不同标准化机构至今尚未形成一个统一、准确、世界所公认的严格定义。

例如，欧美国家一般认为，机器人是一种“由计算机控制、可通过编程改变动作的多功能、自动化机械”；而日本作为机器人生产的大国，则将机器人分为“能够执行人体上肢(手和臂)类似动作”的工业机器人和“具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为”的智能机器人两大类。客观地说，欧美国家的机器人定义侧重于其控制方式和功能，其定义和现行的工业机器人比较接近；而日本的机器人定义关注的是机器人的结构和行为特性，而且已经考虑到现代智能机器人的发展需要，其定义更为准确。

作为参考，目前在相关资料中使用较多的机器人定义主要有以下几种。（1）国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization，ISO)的定义：机器人是一种“自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手”，这种机械手具有几个轴，能够借助可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，执行各种任务。（2）日本机器人协会（JapanRobotAssociation，JRA）将机器人分为工业机器人和智能机器人两大类，工业机器人是一种“能够执行人体上肢（手和臂）类似动作的多功能机器”，智能机器人是一种“具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器”。（3）美国机器人协会（RoboticsIndustriesAssociation，RIA）的定义：机器人是一种“用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程的动作来执行各种任务的，具有编程能力的多功能机械手”。（4）我国国家标准GB/T12643—2013《机器人与机器人装备词汇》的定义：机器人是一种能够自动定位控制，可重复编程的，多功能的、多自由度的操作机构，能搬运材料、零件或操持工具，用于完成各种作业。

以上标准化机构及专门组织对机器人的定义，都是在特定时间所得出的结论，多偏重于工业机器人，但科学技术对未来是无限开放的，当代智能机器人无论在外观还是在功能、智能化程度等方面，都已超出传统工业机器人的范畴。机器人正在不断地向人类活动的各个领域渗透，它所涵盖的内容越来越丰富，其应用领域和发展空间正在不断延伸与扩大，这也是机器人与其他自动化设备的重要区别。

二、机器人的发展机器人最早用于工业领域，主要用来协助人类完成重复、频繁、单调、长时间的工作，或在高温、粉尘、有毒、辐射、易燃、易爆等恶劣而危险的环境下作业。随着社会进步、科学技术发展和智能化技术研究的深入，各式各样具有感知、决策、行动和交互能力，可应用于不同领域、各种特殊要求的智能机器人相继被研发出来。机器人已开始进入生产、生活的各个领域，并在其中某些领域逐步取代人类而独立从事相关工作。根据机器人现有的技术水平，人们一般将机器人产品分为以下三代。

1.第一代机器人第一代机器人一般是指能通过离线编程或示教操作生成程序，并再现动作的机器人。第一代机器人所使用的技术和数控机床十分相似，既可通过离线编制的程序控制机器人的运动，又可通过手动示教操作（数控机床称为teachin操作）记录运动过程生成程序。第一代机器人的全部行为完全由人控制，它没有分析和推理能力，不能改变程序动作，无智能性，其控制以示教、再现为主，故又称示教再现机器人。第一代机器人现在已经使用和普及，图1-1-1所示的工业机器人大都属于第一代机器人。

第一代机器人：示教再现型机器人这类机器人是通过一个计算机，来控制一个多自由度的机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作，该类机器人的特点是它对外界的环境没有感知。拓展

2.第二代机器人第二代机器人装备有一定数量的传感器，它能获取作业环境、操作对象等简单信息，并通过计算机的分析与处理，做出简单的推理，从而适当调整自身的动作和行为。例如，在图1-1-2所示的探测机器人上，可通过所安装的摄像头及视觉传感系统，识别图像，判断和规划探测车的运动轨迹，它对外部环境具有一定的适应能力。第二代机器人已具备一定的感知和简单推理等能力，有一定程度的智能，故又称感知机器人或低级智能机器人，当前使用的大多数服务机器人或多或少都已经具备第二代机器人的特征。

20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室，研究带传感器的、“有感觉”的机器人，这种机器人后来被称为第二代机器人。1965年，美国麻省理工学院（MIT）的Roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。同年，美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人，Beast机器人已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。拓展

图1-1-1第一代机器人图1-1-2第二代机器人

3.第三代机器人第三代机器人具有高度的自适应能力，有多种感知机能，可通过复杂的推理做出判断和决策，自主决定机器人的行为，具有相当程度的智能，故称为智能机器人。第三代机器人目前主要用于家庭、个人服务及军事、航天等领域，总体尚处于实验和研究阶段，目前还只有美国、日本、德国等少数发达国家掌握和应用。图1-1-3所示为第三代机器人。图1-1-3第三代机器人

1968年，美国斯坦福研究所（StanfordResearchInstitute，简称SRI）公布了他们研发成功的移动式机器人Shakey，它装备了视觉传感器、碰撞传感器、驱动电机以及编码器，能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务（如寻找木箱并将其推到指定目的位置）。Shakey可以算是世界上第一台智能机器人，从此，第三代机器人的研发拉开序幕。拓展

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。很多人也喜欢叫它机械臂，它是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类的指挥，也可以按照预先编排的程序运行。现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。1954年，美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请的专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现，这就是所谓的示教再现机器人。1959年，第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元，之后日本使机器人得到迅速的发展，目前，日本人已经称为世界上工业机器人产量和拥有量最多的国家。20世纪80年代，生产技术的高度自动化和集成化，工业机器人得以进一步发展，并在这个时代起着十分重要的作用。

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工业机器人发展史

第一代工业机器人一般指工业上大量试用的可编程机器人及遥控操作机。1982年，美国通用汽车公司在装配线上为机器人装备了视觉系统，从而宣告了第二代机器人——感知机器人的问世。（有外部传感器，可进行离线编程，能在传感系统的支持下，具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能）第三代机器人——自治机器人，正在各国研制和发展，出了具有感知功能外，还具有一定的决策和规划能力，能根据人的命令或按照所处环境自行作出决策规划动作，即按任务编程。我国的机器人研究工作起步比较晚，从“七五”开始国家投入资金，对工业机器及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发和研制。1986年，国家高技术研究发展计划开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术前沿，已经取得了一大批科研成果，并成果地研制出了一批特种机器人。拓展

从20世纪90年代初起，我国的国民经济进入了实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮。我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地拓展

任务实施（1）总结机器人的定义。（2）根据机器人的特征对其进行分类。

工业机器人指由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和传感装置构成的一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的光机电一体化生产设备，特别适合于多品种、变批量的弹性制造系统。一、工业机器人按臂部的运动形式分为四种：1、直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；2、圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；3、球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；4、关节型的臂部有多个转动关节。二、工业机器人按执行机构运动的控制机能又可分点位型和连续轨迹型。1、点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；拓展

2、连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。三、工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类：1、编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。2、示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。拓展

四、智能工业机器人具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。二、工业机器人的特点自20世纪60年代初第一代机器人在美国问世以来，工业机器人的研制和应用有了飞速的发展，但工业机器人最显著的特点归纳有以下几个。1.可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统（FMS）中的一个重要组成部分。拓展

2.拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、