《工业机器人安装与调试》课件 项目1 工业机器人的基础认知

第四周模块一认识工业机器人项目1工业机器人基础认知

知识点与技能点知识点了解工业机器人发展历程和发展趋势；了解工业机器人主要品牌和行业应用；掌握工业机器人的组成和技术参数以及主要分类技能点认识工业机器人项目1工业机器人的基础认知任务1.1工业机器人的发展历程认知学习任务描述在认识了工业机器人的定义后，能够对工业机器人的发展历史和发展趋势有一定了解。学习任务实施1.1.1工业机器人的定义美国机器人协会奖工业机器人定义为：一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机。日本工业机器人协会指出：工业机器人是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代替人类劳动。我国科学家对工业机器人的定义是：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器人具备一些与人或生物相似的能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。国际标准化组织定义：工业机器人是一种能自动控制、可重复编程，多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，来完成各种作业。任务1.1工业机器人的发展历程认知学习任务实施1.1.1工业机器人的定义任务1.1工业机器人的发展历程认知图1-1ABB双臂机器人YuMi工业机器人是由仿生机械结构、电动机、减速机和控制系统组成的，用于从事工业生产，能够自动执行工作指令的机械装置。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现在工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则和纲领行动，如图1-1所示。学习任务实施1.1.2工业机器人的发展历史1959年，德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人Unimate，如图1-2所示，机器人的历史才真正拉开了帷幕。1960年，美国机器和铸造公司AMF生产了柱坐标型Versatran，如图1-3所示。Versatran机器人可进行点位和轨迹控制，是世界上第一台用于工业生产的机器人。任务1.1工业机器人的发展历程认知图1-2Unimate机器人图1-3Versatran机器人学习任务实施美国工业机器人发展分析20世纪60年代到70年代期间，美国的工业机器人主要立足于研究阶段，未把工业机器人列入重点发展项目。70年代后期，美国政府和企业界虽对工业机器人的制造和应用认识有所改变，但仍将技术路线的重点放在研究机器人软件等其他方面。进入20世纪80年代之后，美国政府和企业界才开始真正重视机器人，制定和采取了相应的政策和措施。80年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要。美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国60%的机器人市场。任务1.1工业机器人的发展历程认知学习任务实施德国工业机器人发展分析20世纪70年代中后期，德国政府采用的积极行政手段也为工业机器人的推广开辟了道路。如在“改善劳动条件计划”中规定，对于一些危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替普通人的劳动。这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。目前，德国工业机器人的总数占世界第二位，仅次于日本。任务1.1工业机器人的发展历程认知学习任务实施英国工业机器人发展分析英国的工业机器人起步比当今的机器人大国日本还要早，并曾经取得了早期的辉煌。20世纪70年代初期，英国科学研究委员会颁布了否定人工智能和机器人的Lighthall报告，导致政府对工业机器人实行了限制发展的严厉措施。这个错误决策导致英国的机器人工业一蹶不振，在西欧几乎处于末位。从20世纪70年代末开始，推行并实施了一系列支持机器人发展的政策和措施，使英国机器人开始r在生产领域广泛应用及大力研制的兴盛时期；但为时已晚，老牌资本主义国家的风采已不复存在。任务1.1工业机器人的发展历程认知学习任务实施日本工业机器人发展分析在20世纪80年代至90年代初期，日本的工业机器人可谓处于繁荣鼎盛时期，似乎无所不能。然而，花无百日红，自20世纪90年代中期开始，随着欧洲和北美工业机器人产业的崛起，国际市场的格局发生了明显的变化，从日本转向了欧洲和北美。在度过了几年的低迷期之后，21世纪初日本的工业机器人又开始重新焕发生机，尤其是伴随着中国和其他周边国家对工业机器人需求的增长，以及日本本国早年工业机器人因服务期限而带来的更新换代，预期将对日本工业机器人的发展发挥积极的作用。任务1.1工业机器人的发展历程认知学习任务实施中国工业机器人发展分析我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。2020年，中国机器人产业营业收入首次突破1000亿元。“十三五”期间，工业机器人产量从7.2万套增长到21.2万套，年均增长31%。2022年，中国工业机器人市场占据了全球市场的52%，机器人产业营业收入超1700亿元，保持两位数增长，工业、服务、特种机器人产量快速增长；品牌实力不断增强，机器人领域专精特新“小巨人”企业达273家，10家机器人企业成长为制造业单项冠军。任务1.1工业机器人的发展历程认知学习任务实施1.1.3工业机器人的发展趋势工业机器人在制造业中的优势主要体现为自动化、高效率和安全性。随着工业机器人在现代制造业发展过程中的价值越来越突出，工业机器人正呈现以下发展趋势：任务1.1工业机器人的发展历程认知1）工业机器人走向智能化2）工业机器人由单机走向多机协同3）传统工业机器人将走向人机共融4）复合式工业机器人成趋势5）工业机器人应用行业与场景不断延伸拓展6）云化机器人及工业机器人云平台兴起学习任务实施1.1.3工业机器人的发展趋势任务1.1工业机器人的发展历程认知图1-4

安川机器人商用车白车身焊接工位学习任务实施1.1.3工业机器人的发展趋势任务1.1工业机器人的发展历程认知图1-5KUKA线性滑轨机器人与KUKA移动机器人KMRiiwa任务1.2工业机器人的企业认知学习任务描述学习国内外主要工业机器人的企业和品牌，对国内外工业机器人的发展有一定了解。学习任务实施1.2.1国外工业机器人主要企业认知目前世界上著名的工业机器人公司，其主要非为日系和欧美系，日系中主要有FANUC、安川、松下、不二越、川崎、爱普生等公司；欧美系中主要有德国的KUKA、瑞典的ABB、瑞⼠的史陶比尔、意大利的COMAU公司。世界四大家族：ABB、KUKA（库卡）、FANUC（发那科）、YASKAWA（安川）。四小家族则有多种说法，比较多的是：Panasonic（松下）、Kawasaki（川崎）、NACHI（那智不二越）、staubli（史陶比尔）。任务1.2工业机器人的企业认知学习任务实施1.2.1国外工业机器人主要企业认知任务1.2工业机器人的企业认知图1-6ABB机器图学习任务实施1.2.1国外工业机器人主要企业认知1.ABB（AseaBrownBoveri）ABB是一家瑞士瑞典的跨国公司，集团总部位于瑞士苏黎世。1988年创立于欧洲，1994年进入中国，1995年成立ABB中国有限公司。从2005年起，ABB机器人的生产、研发、工程中心开始转移到中国，目前，中国已经成为ABB全球第一大市场。ABB于1969年售出全球第一台喷涂机器人，稍后于1974年发明了世界上第一台工业电动机器人，并拥有当今最多种类、最全面的机器人产品、技术和服务。任务1.2工业机器人的企业认知学习任务实施1.2.1国外工业机器人主要企业认知2.发那科（FANUC）自1974年，FANUC首台机器人问世以来，FANUC致力于机器人技术上的创新，FANUC是由机器人来做机器人的公司，是提供集成视觉系统的机器人企业，是既提供智能机器人又提供智能机器的公司。FANUC机器人产品系列多达260种，如图1-7所示，负重从0.5公斤到2.3吨，广泛应用在装配、搬运、焊接、铸造、喷涂、码垛等不同生产环节，满足客户的不同需求。2008年6月，FANUC机器人销量突破20万台；2015年，FANUC全球机器人装机量已超40万台；2020年，FANUC全球机器人装机量已超64万台。任务1.2工业机器人的企业认知学习任务实施1.2.1国外工业机器人主要企业认知任务1.2工业机器人的企业认知图1-7

发那科机器人产品学习任务实施1.2.1国外工业机器人主要企业认知3.库卡（KUKA）库卡KUKA机器人有限公司于1898年建立于德国巴伐利亚州的奥格斯堡，是世界领先的工业机器人制造商之一。公司的名字，KUKA（库卡），是KellerundKnappichAugsburg的四个首字母组合，它同时是库卡公司所有产品的注册商标。库卡机器人，如图1-8所示，可以提供负载量从3千克至1000千克的标准工业6轴机器人以及一些特殊应用机器人，机械臂工作半径从635毫米到3900毫米，全部由一个基于工业PC平台的控制器控制，操作系统采用WindowsXP系统。任务1.2工业机器人的企业认知学习任务实施1.2.1国外工业机器人主要企业认知任务1.2工业机器人的企业认知图1-8KUKA机器人学习任务实施1.2.1国外工业机器人主要企业认知4.安川（YASKAWA）1977年，安川电机在日本制造出全电动工业用机器人“MOTOMAN”（莫托曼）一号机。之后又相继开发出焊接、装配、喷涂、搬运等多种用途的自动化作业机器人，并在国内外工业机器人市场处于前列。1977年至今，安川电机的累计出货机器人台数达500，000台以上。安川的多功能机器人以"提供解决方案"为概念，在重视客户交流对话的同时，针对更宽广的需求和多种多样的问题提供合适的的解决方案。任务1.2工业机器人的企业认知学习任务实施1.2.1国外工业机器人主要企业认知任务1.2工业机器人的企业认知图1-9

安川机器人主流产品学习任务实施1.2.2国内工业机器人主要企业认知1．新松机器人自动化股份有限公司新松公司创立于2000年，隶属于中国科学院，是一家以机器人独有技术为核心,致力于数字化智能高端装备制造的高科技上市企业。公司的机器人产品线涵盖工业机器人、洁净（真空）机器人、移动机器人、特种机器人及智能服务机器人五大系列，如图1-6所示。任务1.2工业机器人的企业认知图1-6新松机器人学习任务实施1.2.2国内工业机器人主要企业认知2．南京埃斯顿自动化股份有限公司南京埃斯顿自动化股份有限公司成立于1993年，目前已经成为国内高端智能机械装备及其核心控制和功能部件制造业领军企业之一。埃斯顿自动化已经形成包括金属成形机床数控系统、电液伺服系统、交流伺服系统及运动控制系统和工业机器人及成套设备等四大类产品。任务1.2工业机器人的企业认知学习任务实施1.2.1国内工业机器人主要企业认知3．上海新时达机器人有限公司上海新时达机器人有限公司是新时达股份全资子公司。2003年新时达收购了德国AntonSigrinerElektronikGmbH公司，分别在德国巴伐利亚与中国上海设立了研发中心，把全球领先的德国机器人技术引入中国。2013年在中国上海建立了年产能2000台的生产基地。新时达机器人适用于各种生产线上的焊接、切割、打磨抛光、清洗、上下料、装配、搬运码垛等上下游工艺的多种作业，广泛应用于电梯、金属加工、橡胶机械、工程机械、食品包装、物流装备、汽车零部件等制造领域。任务1.2工业机器人的企业认知学习任务实施1.2.1国内工业机器人主要企业认知4．上海沃迪自动化装备股份有限公司上海沃迪自动化装备股份有限公司成立于1999年，沃迪装备下设立两大事业部：食品装备事业部，机器人装备事业部。沃迪机器人智能装备事业部源于智能食品装备发展趋势的推动，专注于国产工业搬运机器人的研发及产业化，主营产品为码垛机器人和并联机器人。5．安徽埃夫特智能装备有限公司安徽埃夫特智能装备有限公司成立于2007年8月，注册资本20000万元，是一家专门从事工业机器人、大型物流储运设备及非标生产设备设计和制造的高新技术企业。埃夫特公司拥有各类技术和管理人才300余人。任务1.2工业机器人的企业认知学习任务实施工业机器人主要品牌和行业应用工业机器人主要品牌概况目前在我国应用的机器人主要分日系、欧系和国产三种。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、川崎等公司的产品。欧系中主要有KUKA、ABB、。国产机器人主要是沈阳新松机器人公司产品。任务1.2工业机器人的企业认知表1-1日系、欧系和国产工业机器人对比类型对比国产存在经营规模较小、性能指标薄弱、品牌竞争力不强日系定位精度能满足设计的使用要求，但比欧系对比来说要差，同时，省材料是日系产品的特点，自然刚性是要弱于欧系机器人，使用寿命也相对欧系短；程序开放性差。欧系欧系机器人具有较高的重复定位精度、手臂刚性好、使用寿命长的特点，源程序开放，有利于系统集成商的用户的二次开发学习任务实施工业机器人主要品牌和行业应用任务1.2工业机器人的企业认知表1-2国内外主要工业机器人品牌任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务描述学习工业机器人的分类、工业机器人的组成及主要技术参数，认识工业机器人。学习任务实施1.3.1工业机器人的分类1.按程序输入方式划分按程序输入方式划分为编程输入型和示教输入型两类。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。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.1工业机器人的分类1.按程序输入方式划分按程序输入方式划分为编程输入型和示教输入型两类。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。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.1工业机器人的分类2．按驱动方式划分根据能量转换方式的不同，工业机器人驱动类型可以划分为液压驱动、气压驱动、电力驱动和新型驱动四种类型。1）气压驱动气压驱动机器人是以压缩空气来驱动执行机构的。这种驱动方式的特点是：空气来源方便，动作迅速，结构简单。缺点是：工作的稳定性与定位精度不高，抓力较小，所以常用于负载较小的场合。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.1工业机器人的分类2）液压驱动液压驱动是使用液体油液驱动执行机构的。与气压驱动机器人相比，液压驱动机器人具有大而多的负载能力，其结构紧凑，传动平稳，但液体容易泄露，不宜在高温或低温场合作业。3）电力驱动电力驱动是利用电动机产生的力矩驱动执行机构的。目前，越来越多的机器人采用电力驱动方式，电力驱动易于控制，运动精度高，成本低。4）新型驱动伴随着机器人技术的发展，出现了利用新的工作原理制造的新型驱动器，如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动器，人工肌肉及光电驱动器。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.1工业机器人的分类工业机器人按操作机/本体坐标形式（坐标形式是指操作机的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式）分以下几类：可分为圆柱坐标型机器人、球坐标型机器人、直角坐标型机器人、多关节型机器人、平面关节型（SCARA）机器人等5种；（1）直角坐标机器人任务1.3工业机器人的基本结构认知图1-11直角坐标机器人直角坐标机器人是指在工业应用中，能够实现自动控制的，可重复编程的，在空间上具有相互垂直关系的三个独立自由度的多用途机器人，如图1-11所示。学习任务实施1.3.1工业机器人的分类（2）柱面坐标机器人柱面坐标机器人是指能够形成圆柱坐标系的机器人。其结构主要由一个旋转机座形成的转动关节和垂直、水平移动的两个移动关节构成。柱面坐标机器人具有空间结构小，工作范围大，末端执行器速度高、控制简单、运动灵活等优点。缺点是工作时，必须有沿γ轴线前后方向的移动空间，空间利用率低。目前柱面坐标系主要用于重物的卸载、搬运等工作。（3）球面坐标机器人球面坐标机器人一般由两个回转关节和一个移动关节构成。其轴线按极坐标配置。这种机器人运动所形成的轨迹表面是半球面所以称为球面坐标机器人。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.1工业机器人的分类（4）多关节机器人关节机器人也称为关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中应用最为广泛的一种机器人。多关节机器人按照关节的构型不同，又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。垂直多关节机器人主要由机座和多关节臂组成，目前常见的关节臂数十3—6个。ABB六关节工业机器人IRB1090。水平多关节机器人也称为SCARA机器人，如图1-12所示。水平多关节机器人一般具有四个轴和四个自由度，它的第一、而、四轴具有转动特性，第三轴具有线性移动特性，并且第三轴和第四轴可以根据工作需要的不同，制造出多种不同的形态。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.1工业机器人的分类任务1.3工业机器人的基本结构认知图1-11IRB1090机器人图1-12SCARA机器人IRB930学习任务实施1.3.1工业机器人的分类（5）并联机器人并联机器人是近年来发展起来的一种由固定机座和具有若干自由度的末端执行器、以不少于两条独立运动链连接形成的新型机器人，如图1-14所示。任务1.3工业机器人的基本结构认知图1-14并联机器人学习任务实施1.3.1工业机器人的分类4.按应用领域划分工业机器人按照其用途的不同，可以分为焊接机器人、搬运机器人、码垛机器人、喷涂机器人、装配机器人、打磨机器人和冲压机器人等多个类别。它们被广泛应用于各种工业领域，如汽车制造、电子制造、金属加工以及家具制造等。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.1工业机器人的分类（1）焊接机器人（2）搬运机器人（3）码垛机器人任务1.3工业机器人的基本结构认知图1-13

焊接机器人图1-14搬运机器人图1-15码垛机器人学习任务实施1.3.1工业机器人的分类（4）喷涂机器人（5）装配机器人（6）打磨机器人（7）冲压机器人任务1.3工业机器人的基本结构认知图1-16喷涂机器人图1-17装配机器人图1-18打磨机器人学习任务实施1.3.1工业机器人的分类5.按负载来划分按负载来划分，机器人可以分为小型负载机器人（负载小于20kg）和中型负载机器人（负载介于20kg到100kg之间），如图1-19所示不同负载的ABB机器人。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.2工业机器人的基本组成及技术参数1．工业机器人的外围设备所有不包括在工业机器人系统内的设备统称为外围设备，如工具、保护装置、皮带传送机、传感器等等。任务1.3工业机器人的基本结构认知图1-15机器人学习任务实施1.3.2工业机器人的基本组成及技术参数2．工业机器人系统工业机器人系统把工业机器人本体、机器人控制器、控制软件和应用软件与机器人外围设备结合起来，应用于焊接、搬运、插装、喷涂、机床上下料等工业自动化领域。3．工业机器人的技术参数虽然工业机器人的种类，用途不尽相同，但任一工业机器人都具有使其使用的作业范围和要求，目前，工业机器人的主要技术参数有以下几种：自由度、分辨率、定位精度和重复定位精度、作业范围、运动速度和承载能力。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.2工业机器人的基本组成及技术参数任务1.3工业机器人的基本结构认知1.工业机器人的组成学习任务实施1.3.2工业机器人的基本组成及技术参数（1）机械结构系统从机械结构来看，工业机器人总体上分为串联机器人和并联机器人。串联机器人的特点是一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点，而并联机器人一个轴运动则不会改变另一个轴的坐标原点。2）驱动系统驱动系统是向机械结构系统提供动力的装置。根据动力源不同，驱动系统的传动方式分为液压式、气压式、电气式和机械式4种。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.2工业机器人的基本组成及技术参数（3）感知系统机器人感知系统把机器人各种内部状态信息和环境信息从信号转变为机器人自身或者机器人之间能够理解和应用的数据和信息，除了需要感知与自身工作状态相关的机械量，如位移、速度和力等。感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成。（4）机器人—环境交互系统机器人—环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。机器人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。当然也可以是多台机器人集成为一个去执行复杂任务的功能单元。任务1.3工业机器人的基本结构认知学习任务实施1.3.2工业机器人的基本组成及技术参数（5）人机交互系统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。例如：计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板、危险信号报警器等。（6）控制系统控制系统的任务是根据机器人的作业指令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