工业机器人技术及应用 课件 1 工业机器人概述

工业机器人技术及应用主讲人：课程性质课程内容课程目标参考资料过程考核课程介绍1课程介绍专业核心课课程性质理论学时：48学时实践环节课内实践（6学时）工业机器人认识和操作二级项目（4周）工业机器人编程和操作综合实验（16学时）工业机器人控制和操作工业机器人的基本理论工业机器人的编程和操作奠定基础知识和基本技能从事工业机器人工作打基础注重理论知识学习加强实践动手能力锻炼培养解决实际问题的能力课程内容课程介绍能力LO2：正确识别主流工业机器人的硬件系统；解释工业机器人控制软件的工作过程；能够正确操作工业机器人，初步具备工业机器人编程和调试的能力。LO3：初步具备应用工业机器人仿真软件实现典型应用的能力。知识LO1：正确应用工业机器人的基本概念，包括机械、控制、驱动系统等基本知识，正确识别机器人及其工作站的周边设备。态度LO4：具有团队协作意识及明辨思维，在团队项目中自己承担好自己的角色。5课程目标课程介绍作业（10%）阶段测验（15%）线上学习（15%）实操（10%）期末考试（50%）

过程考试改革

课程介绍定义产生发展分类应用工业机器人概述2什么是工业机器人b)服务机器人c)特种机器人a)工业机器人机器人的种类工业机器人概述什么是机器人？什么是工业机器人国际标准化组织（ISO）定义为：“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”。国家标准GB/T12643-2013《机器人与机器人装备词汇》将机器人暂定义为“具有两个或两个以上可编程的轴，以及一定程度的自主能力，可在其环境内运动以执行预期任务的执行机构”。工业机器人概述工业机器人具有以下四个特点：具有特定的机械结构，其动作具有类似人的手、腰、大臂、小臂、手腕、手等肢体的功能。具有通用性，其可根据工作要求，更换末端操作器与动作程序，从事多种工作。具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等。相对独立性，可以在不依赖人的干预下，独立完成工作任务。为何要发展工业机器人发展工业机器人的主要目的是在不违背“机器人三原则”的前提下，让机器人协助或替代人类干那些人不愿干、干不了、干不好的工作，把人类从劳动强度大、工作环境恶劣、危险性高的低水平工作中解放出来，实现生产自动化和柔性化。我国机器人产业正处于爆发的临界点（如图），人工成本的逐年上升，机器人购置与维护成本的逐年下降，都将给“数字化劳动力”带来广阔的市场发展空间。使用机器人与普工的年均成本比较工业机器人概述工业机器人的产生1920年，捷克作家卡雷尔•恰佩克发表了剧本《罗萨姆的万能机器人》，剧中叙述了一个叫作罗萨姆的公司将机器人作为替代人类劳动的工业品推向市场的故事，这是最早出现的机器人启蒙思想。1959年，戴沃尔与美国发明家英格伯格联手制造出第一台工业机器人，随后创办了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司，由于英格伯格对工业机器人富有成效的研发和宣传，他被称为“工业机器人之父”。世界首台工业机器人Unimate工业机器人概述1979年，美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经成熟。PUMA至今仍然工作在生产第一线，许多机器人技术的研究都以该机器人为模型和对象。1979年，日本山梨大学牧野洋教授发明了平面关节型SCARA机器人，该型机器人此后在装配作业中得到了广泛应用。工业机器人的产生工业机器人概述1980年被称为“机器人元年”，这个时期开发出点焊机器人、弧焊机器人、喷涂机器人以及搬运机器人这四大类型的工业机器人。进入20世纪90年代以后，装配机器人和柔性装配技术得到了广泛的应用，并进入了一个大发展时期。2012年，多家机器人著名厂商开发出双臂协作机器人。工业机器人的产生工业机器人概述工业机器人的发展当前，对全球机器人技术的发展最有影响的国家是美国和日本。美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，尤其在特种机器人研究方面处于全球领先。而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位，全球一度有60%的工业机器人都来自日本。在国外，工业机器人技术已逐渐成熟，成为一种标准设备而被各行业广泛采用，形成了一批有影响力的工业机器人公司。工业机器人概述

2008-2017年全球工业机器人市场销售统计情况

2013-2018年全球工业机器人市场销售额统计工业机器人的发展ABBFANUCKUKAYaskawa工业机器人概述全球四大工业机器人生产商工业机器人的发展工业机器人核心技术伺服电动机及驱动减速器机器人本体机器人控制器视觉与传感器技术工业机器人概述产业链环节说明知名企业关键零部件控制系统设定模拟输出信号的名字ABB、KUKA（库卡）、FANUC（发那料）、YASKAWA（安川）、松下、那智不二越、三菱、贝加莱、KEBA、倍福等伺服电机博世力士乐、FANUC（发那料）、YASKAWA（安川）、松下、三菱、三洋、西门子、贝加莱等减速器设定信号所在的I/O模块Harmonicdrive（哈默纳科）、Nabtesco（纳博特斯克）、SUMITOMO（住友）、SEJINIGB（赛劲）、SPINEA等机器人本体ABB、KUKA（库卡）、FANUC（发那料）、YASKAWA（安川）、OTC（欧地希）、PANASONIC（松下）、KOBELCO（神钢）、川崎重工、那智不二越、现代重工、REIS（徕斯）、COMAU（柯马）、ADEPT（爱德普）、EPSON（爱普生）等系统集成ABB、KUKA（库卡）、FANUC（发那料）、YASKAWA（安川）、PANASONIC（松下）、KOBELCO（神钢）、COMAU（柯马）、DURR（杜尔）、REIS（徕斯）、CLOOS（克鲁斯）、德玛泰克、埃森曼、IGM、OTC（欧地希）、UNIX（优尼）、ADEPT（爱德普）、EPSON（爱普生）等

2013-2020年中国工业机器人销售情况2015年全球工业机器人市场分布工业机器人的发展从2013年开始，中国已经是全球工业机器人年销量最大的国家。工业机器人概述

2019年我国机器人密度140工业机器人的发展工业机器人概述“四大家族”垄断中国高端工业机器人市场情况

超级机器人名称

机型示例

重载型工业机器人(a)Midea-KukaKR1000TitanF

(b)FanucM-2000iA/2300重载型全向自主移动机器人omniMove

小型轻量级工业机器人(a)Motoman-MINI(b)Motoman-MHJF高速并联式工业机器人(a)FanucM-1iA/1H(b)FanucM-1iA/0.5S(c)FanucM-1iA/0.5A(a)(b)(a)(b)(a)(b)(c)工业机器人的发展工业机器人概述工业机器人的发展

灵巧机器人名称

机型示例单/双臂7轴工业机器人(a)Motoman-SIA30D

(b)Motoman-SDA10D新一代人机协作机器人(a)Midea-KukaMobileRoboticsiiwa

(b)ABBIRB14000-0.5/0.5(b)(a)(a)(b)工业机器人概述工业机器人未来的发展趋势：在技术发展方面，工业机器人正向结构轻量化、智能化、模块化和系统化的方向发展。未来主要的发展趋势如下：01机器人结构的模块化和可重构化。02控制技术的高性能化、网络化。03控制软件架构的开放化、高级语言化。04伺服驱动技术的高集成度和一体化。05多传感器融合技术的集成化和智能化。06人机交互界面的简单化、协同化。工业机器人的发展工业机器人概述工业机器人的分类搬运作业/上下料机器人焊接机器人涂装机器人加工机器人装配机器人按工作类型分类01工业机器人概述工业机器人的分类按技术等级分类02第三代认知智能机器人借助人工智能技术和以物联网、大数据、云计算为代表的新一代物物相连、物物相通信息技术，具有高度的适应性，能自学、推断、决策等。第二代感知智能机器人具有环境感知装置，对外界环境有一定感知能力，并具有听觉、视觉、触觉等功能，工作时，根据感觉器官（传感器）获得信息，灵活调整自己的工作状态，基本实现了人-机-物的闭环控制。第一代示教再现机器人基本工作原理：“示教-再现”，具有记忆能力，这类机器人能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业。目前在工业中大量应用的传统机器人多数属于此类。工业机器人概述工业机器人的分类按机械结构分类03单自由度关节

工业机器人本体是由一系列杆件和连接它们的旋转或移动关节(运动副)构成。名称符号名称符号回转旋转平移关节的基本构型工业机器人概述按机械结构分类03

机器人类型特点图示示意图/实物图直角坐标型机器人

也称为笛卡尔坐标机器人(CartesianRobot)，具有空间上相互独立垂直的三个移动轴，其优点是刚度好，位置精度高；但其动作范围小、灵活性差且占地面积较大，因其稳定性好适用于大负载搬送。一般用于机械零件的搬运、上下料、码垛作业。工业机器人概述

在实际操作中，机器人搬运、码垛、上下料等作业主要是将工件或物料从一个位置转运至另一个位置，为此，工业机器人本体的结构一般至少具有3个自由度。按机械结构分类03

机器人类型特点图示示意图/实物图圆柱坐标型机器人圆柱坐标型机器人(CylindricalRobot)具有空间上相互独立垂直的两个移动关节和一个转动关节，作业范围为圆柱形状。其特点是：位置精度高，控制简单，结构简单，占地面积小，但其不能抓取靠近立柱或地面上的物体。一般被用于生产线尾的码垛作业。球坐标型机器人又称为极坐标机器人(PolarRobot)，它具有空间上相互独立垂直的两个转动轴和一个移动轴，作业范围为空心球体状的。其特点是结构紧凑，动作灵活，占地面积小；但其结构复杂，定位精度低。一般被用于金属铸造中的搬运作业。工业机器人概述按机械结构分类03

机器人类型特点图示示意图/实物图关节型机器人①平面关节型机器人又称SCARA机器人(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm)，其轴线相互平行，可在平面内进行定位和定向。其还有一个移动关节，用于完成手爪在垂直于平面方向上的运动。一般被用于

3C电子产品中小规格零件的快速拾取、压装和插装作业。②垂直关节型机器人。结构紧凑、灵活性高，作业范围大，能抓取靠近机身的物体；是通用型工业机器人的主流配置。应用最为广泛，一般被用于焊接、涂装、加工、装配等柔性作业。工业机器人概述按机械结构分类03机器人类型特点图示示意图/实物图关节型机器人③并联式机器人又称Delta机器人、“拳头”机器人或“蜘蛛手”机器人(ParallelRobot)，具有低负载、高速度、高精度等优点，比较适合流水生产线上轻小产品或包装件的高速拣选、整列、装箱、装配等作业。工业机器人概述按机械结构分类03

关节型工业机器人的安装方式安装方式结构特点适用场合结构图示固定式落地式（地装式）将机器人本体直接安装在钢制底座上。通用设备制造业、汽车制造业、家电制造业等离散式生产自动化。落地式（侧挂式、倒挂式）将机器人本体侧向悬挂在墙壁上或倒置悬挂在天花板及类似钢制悬梁上。食品、饮料、烟草、医药等行业的流程式生产自动化。工业机器人概述按机械结构分类03

安装方式结构特点适用场合结构图示移动式地装滑轨式(地轨式)将机械臂以正挂、侧挂或倒挂方式安装在1~3轴线性滑轨上。工程机械、矿山机械、建筑机械等中、小尺度产品及零部件的加工制造自动化。天吊滑轨式(龙门式)将机械臂以正挂、侧挂或倒挂方式安装在固定或移动龙门架上，通过扩展的1~3个运动轴延伸机器人的工作空间。海洋工程、建筑工程、铁路运输等设备制造业大、中尺度产品的柔性加工制造。轮式将机械臂安装在半自动或自动移动平台上，沿标记或外部引导命令指示的预设路径移动。面向航空、船舶、风机等大尺度产品的柔性加工制造以及仓储物流自动化。工业机器人概述工业机器人的应用根据中国机器人产业联盟(CRIA)的统计数据，2016年国产工业机器人所服务的行业已经覆盖国民经济34个行业大类，91个行业中类，行业分布趋向多元化发展。2016年国产工业机器人应用行业分布

从应用领域看，工业机器人正从知识密集型的高附加值产业逐渐延伸到劳动密集型的低附加值产业，包括：①环境危险、恶劣、有害的作业(焊接、喷漆、涂釉、切割、抛光)；②劳动密集的工序(装配、包装)，劳动强度大的工种(机加工、热加工、搬运)；③高精密、高清洁的常态制造(半导体分立器件制造、集成电路制造、光伏设备及元器件制造)；④极高(低)温、极高压、强能场、强能束下的超常态制造(巨系统制造、微纳制造、超常环境制造、超精密