《智能制造导论》课件-第2章 智能制造装备技术

智能制造导论—智能制造装备技术机械工业出版社主编：2.1工业机器人技术2.2

增材制造技术2.3

智能检测技术2、智能制造装备技术2.4

物联网技术2.5

高档数控机床技术2.1工业机器人技术机器人涉及了人的概念，这就使什么是机器人成为一个难以回答的哲学问题。美国机器人工业协会：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过可编程序动作来执行各种任务并具有编程能力的多功能机械手。日本工业机器人协会（JIRA）：一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。我国科学家：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具有一些与人或生物相似的智能能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。2.1.1机器人的定义2.1工业机器人技术2.1.2机器人的分类

1、按应用领域分类名称

特征说明

产业机器人工业机器人、农业机器人、林业机器人、医疗机器人等。极限作业机器人核电站、深海、太空等极限作业环境。服务型机器人娱乐机器人、福利机器人、保安机器人等。2.1工业机器人技术2.1.2机器人的分类2、按机器人的发展程度分类名称

特征说明

第一代机器人（示教－再现）按事先示教或编程的位置和姿态进行重复作业的机器人。（实用，主要用于搬运，喷漆，点焊等）第二代机器人（感知机器人）带有如视觉触觉等外部传感器，具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能。可完成较为复杂的作业，如装配，检查等第三代机器人（智能机器人）除具有外部感觉感知功能，还具有一定决策和规划的能力，从而可适应环境的变化而自主地工作。第四代机器人（情感机器人）具有人类的情感，是人类的梦想。2.1工业机器人技术2.1.2机器人的分类

3、按控制方式名称

特征说明

操作机器人人在一定距离处直接操作其进行作业的机器人。（主－从方式实现遥控操作）程序机器人按照预先给定的程序、条件、位置等信息进行作业。（固定动作顺序工作）示教再现机器人按事先示教或编程的位置和姿态进行重复作业的机器人。（标志工业机器人广泛应用的开始）数控机器人动作信息由编制的计算机程序提供，机器人依据这一信息进行作业。智能机器人具有感知和理解外部环境信息的功能，即使其工作环境发生变化，也能够成功地完成作业任务。2.1工业机器人技术2.1.2机器人的分类

4、按机器人关节连接形式分类名称

特征说明

串联机器人（开链式）杆件和关节采用串联的方式进行连接。并联机器人（开链式）杆件和关节采用并联的方式进行连接。运动平台和基座间至少由两根活动连杆连接。2.1工业机器人技术5、按臂部的运动形式可分为四种：直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和关节型。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。2.1工业机器人技术2.1.3工业机器人的系统组成四大部分：机械部分（身体、骨骼四肢）驱动部分（肌肉）控制部分（大脑、神经）感知部分（五官、皮肤）2.1工业机器人技术机器人最显著特点：（1）拟人功能：机器人是模仿人或者动物肢体动作的机器，能像人那样使用工具，因此数控机床、汽车不是机器人。（2）可编程：机器人具有‘智力’或具有‘感觉’和‘识别’能力，可随工作环境变化而再编程。因此电动玩具不是机器人。（3）通用性：一般机器人在执行不同的作业任务时，具有较好的通用性。

（4）机电一体化：工业机器人技术是机械学和微电子学的结合2.1.4工业机器人的特点2.1工业机器人技术2.1.5工业机器人的关键核心技术

我国工业机器人尽管在某些关键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突破，特别是在制造工艺与整套装备方面，缺乏高精密、高速与高效的减速机、伺服电动机、控制器等关键部件。2.1工业机器人技术2.1.6工业机器人技术应用现状及发展趋势

工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。

未来我国工业机器人技术发展的重点：一是危险、恶劣等环境作业的机器人。主要有防暴、星球探测、高压带电清扫、油气管道清淤等工业机器人；二是仿生工业机器人。主要有移动机器人，无线遥控操作机器人等；三是医药行业、建筑行业、机械加工行业等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成控制。2.2增材制造技术

增材制造技术（AdditiveManufacturing,AM）是相对于传统的机加工等“减材制造”技术而言的，该技术基于离散/堆积原理，以粉末或丝材为原材料，采用激光、电子束等高能束进行原位冶金熔化/快速凝固逐层堆积叠加形成所需要的零件，也称作3D打印、直接数字化制造、快速原型。2.2增材制造技术2.2.1增材制造工艺及分类2.2增材制造技术“狭义”的增材制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系；而“广义”增材制造则以材料累加为基本特征，以直接制造零件为目标的大范畴技术群。2.2增材制造技术2.2.2增材制造技术的应用燃机涡轮发动机零件及燃烧室

栅格结构液压系统功能歧路箱F1赛车进气歧管

股骨头植入体下颌骨打印件2.2增材制造技术2.2.3增材制造的关键技术1、软件技术2、新材料技术3、再制造技术4、增材制造装备OptomecDesign公司采用LSF技术修复的航空发动机零件西北工业大学采用LSF技术修复的航空发动机零件2.3智能检测技术

智能检测是包含测量、检验、信息处理、判断决策和故障诊断等多种内容，是检测设备模仿人类智能的结果，是将计算机技术、信息技术和人工智能等相结合而发展的检测技术，具有测量过程的软件化、测量速度快、精度高、灵活性高，含智能反馈和控制子系统，能实现多参数检测和数据融合，智能化、功能强等特点。2.3智能检测技术2.3.1智能检测系统的工作原理和结构1、工作原理2.3智能检测技术2、智能检测系统结构2.3智能检测技术2.3.2智能检测系统的分类1、按被测对象分类在线实时智能检测系统离线智能监测系统

﹛2、按采用的标准接口总线分类

计算机通用总线系统IEC-625系统CAMAC系统HP-IL系统等。﹛2.3智能检测技术2.3.3智能检测的发展阶段1、萌芽期（1960-1970）2、形成期（1970-1980）3、发展期（1980-）2.3智能检测技术2.3.4智能检测的主要理论1、基于信息论的分级递阶智能理论2、模糊系统理论3、神经网络理论4、专家系统5、基于规则的仿人智能检测控制6、多种方法的综合集成2.3智能检测技术2.3.5现代智能检测技术及应用带有白光测量头的机器人用于车身生产线的在线检测采取手持方式检测夹具对覆盖件进行快速测量焊接件的快速检测2.4物联网技术

物联网（TheInternetofthings）是指在物理世界的实体中，部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的嵌入式芯片和软件，使之成为智能物体，通过网络设施实现信息传输、协同和处理，从而实现物与物、物与人之间的互联。

物联网作为一种“物物相连的互联网”，无疑消除了人与物之间的隔阂，使人与物、物与物之间的对话得以实现。2.4物联网技术2.4.1物联网技术框架2.4物联网技术2.4.2物联网关键技术2.4物联网技术1、射频识别（RFID）RFID（radiofrequencyidentification，射频识别）射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID基本上是由标签、阅读器、天线3部分组成。2.4物联网技术2、传感器网络与检测技术

传感器是机器感知物质世界的“感觉器官”，可以感知热、力、光、电、声、位移等信号,为网络系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。

传统传感器(dumbsensor)→智能传感器(smartsensor)→嵌入式Web传感器(embeddedwebsensor)2.4物联网技术3、智能技术

智能技术是为了有效地达到某种预期的目的,利用知识所采用的各种方法和手段。通过在物体中植入智能系统,可以使得物体具备一定的智能性,能够主动或被动的实现与用户的沟通,也是物联网的关键技术之一。2.4物联网技术2.4.3物联网在制造行业的应用

物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、健康护理与监测等生活、工作、健康和社会活动的各个领域。

目前国内已有部分大型机械制造企业在其生产制造、产品销售以及售后服务上应用物联网技术，取得了较好的成效2.5高档数控机床技术

高档数控机床是指具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能的数字化数控机床系统。

国际上把五轴联动数控机床等高档机床技术作为一个国家工业化的重要标志。《中国制造“2025”》将数控机床和基础制造装备列为“加快突破的战略必争领域”2.5高档数控机床技术2.5.1数控技术国内外现状

数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。数控技术五个发展阶段：电子管数控，晶体管数控，中小规模NC数控，小型计算机数控，微处理器数控1、开放结构的发展开放系统有两种基本结构：(1)CNC+PC主板(2)PC+运动控制板2.5高档数控机床技术2、伺服系统

伺服技术是数控系统的重要组成部分。采用计算机控制，控制法采用软件的伺服装置称为“软件伺服”。它有以下优点：(1)无温漂，稳定性好。(2)基于数值计算，精度高。(3)通过参数对设定，调整减少。(4)容易做成ASIC电路。2.5高档数控机床技术3、CNC系统的连网数控系统从控制单台机床到控制多台机床的分级式控制需要网络进行通信；网络的主要任务是进行通信，共享信息。这种通信通常分三级：(1)工厂管理级。一般由以太网组成。(2)车间单元控制级。一般由DNC功能进行控制。

(3)现场设备级。现场级与车间单元控制级及

信息集成系统。2.5高档数控机床技术2.5.2数控技术的发展趋势1、性能发展方向1）高速高精高效化2）柔性化3）工艺复合性和多轴化4）实时智能化2.5高档数控机床技术2、功能发展方向1）用户界面图形化2）科学计算可视化3）插补和补偿方式多样化4）内装高性能PLC5）多媒体技术应用化2.5高档数控机床技术3、体系结构的发展方向1）集成化2）模块化3）网络化4）通用型开放式闭环控制模式2.5高档数控机床技术2.5.3国内外高档数控机床发展现状

美、德、日三国事当今世上在数控机床科研、设计、制作和应用上,技巧最先进、经验最多的国家。美国哈斯数控机床WaldrichCoburgTaurus4AxisCNCMillingMachines2.5高档数控机床技术使用MAZATROLSmoothX控制系统的数控机床2.5高档数控机床技术2.5.4国内外数控系统发展现状

在数控技术研究应用领域主要有两大阵营:一个是以发那科(FANUC)、西门子(SIEMENS)为代表的专业数控系统厂商;另一个是以山崎马扎克(MAZAK)、德玛吉(DMG)为代表，自主开发数控系统的大型机床制造商。

国产高端数控系统与国外相比在功能、

性能和可靠性方面仍存在一定差距2.5高档数控机床技术2.5.4国内外数控系统发展现状2.5高档数控机床技术2.5.5国内外高档数控机床发展趋