工业基础技术 1

工业机器人技术及应用(第3版)第1章

绪

论认识工业机器人战略价值，树立行业责任与使命。明晰产业格局与智能制造关联，培养系统全局思维。01价值塑造02知识传授03能力培养掌握工业机器人基本概念与工作原理。了解发展历程及未来趋势。熟悉产业现状与市场格局。掌握核心知识，能分析解决生产实际应用问题。明确机器人在智能制造中的作用，具备系统集成与创新能力。Chapter1学习目标知识地图国之重器知识讲解拓展阅读知识测评01````01什么是工业机器人020304工业机器人发展概况工业机器人的诞生工业机器人发展现状工业机器人未来发展趋势为何发展工业机器人工业机器人产业现状全球市场格局产业发展模式产业扶持政策国之重器知识讲解拓展阅读知识测评知识地图学习目标02Chapter1工业机器人：科技走入生活，保障民生福祉，助力制造强国发展展望:推动制造业升级与服务业转型，未来将在更多领域应用，为制造强国注入动力。推动社会进步、助力制造强国建设，保障民生福祉。工业机器人核心价值马鞍山长江公路大桥应用厦门后溪长途客运站应用钢结构制造环节，工业机器人高精度完成切割、焊接，提升质量与效率，缩短建设周期。支撑智能售票、引导系统建设，实现设备巡检维护，保障车站稳定运转，提升旅客体验。知识地图知识讲解拓展阅读知识测评国之重器学习目标Chapter103知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标GB/T12643—2025《机器人词汇》将工业机器人定义为“自动控制且可重复编程的多用途操作机，能对三个或更多的轴编程，能固定在某一位置或固定在移动平台上，在工业自动化中使用”。工业机器人包括操作机、控制器和某些集成的附加轴。美国机器人协会将工业机器人定义为一种用于移动各种材料、零件、工具和专用装置的，用可重复编制的程序动作来执行各种任务的多功能操作机。日本科学家森政弘与合田周平提出，工业机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性七个特征的柔性机器。1.1什么是工业机器人Chapter104两大属性机械和人结构化通用性智能化工业机器人是在二维平面或三维空间模仿人体肢体动作（主要是上肢操作和下肢移动）的多功能执行机构，具有形式多样的机械结构类型，并非一定是“仿人型”的。工业机器人可根据生产需求灵活改变程序，控制“身体”完成一定的动作，具有执行不同任务的实际能力。工业机器人在执行任务时基本不依赖于人的干预，具有不同程度的环境适应能力，包括感知环境变化的能力、分析任务空间的能力和执行操作规划的能力等。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标1.1什么是工业机器人三大基本特征Chapter105人力成本持续上涨，制造业严控生产成本，企业亟需以机器人转型，摆脱传统廉价劳动力依赖。社会老龄化加剧，养老服务人力缺口持续扩大，亟需智能机器人填补服务缺口、赋能养老服务。人类探索深海、太空等极端环境日渐频繁，各类灾害与安全事故频发。人类身处此类场景作业风险高、难度大，亟需机器人替代完成高危艰巨任务。主要目的：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工作，实现生产自动化和柔性化。

知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标1.2为何发展工业机器人Chapter106工业机器人的诞生1920“机器人”一词是1920年由卡雷尔·恰佩克首先提出的，它成为这词的起源并一直沿用至今。1954年，美国人乔治·德沃尔（G.C.Devol）成功申请“通用机器人”专利。195419591959年，乔治·德沃尔和约瑟夫·恩格尔伯格合作研制出世界上首台数字化可编程工业机器人Unimate,可用于点对点搬运工作。1961年，美国通用汽车公司首次将Unimate应用于生产线，这标志着第一代可编程控制再现型工业机器人的诞生。19611.3工业机器人发展概况知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标Chapter107知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标工业机器人发展现状1.3工业机器人发展概况悉数国际主流的工业机器人产品，其发展方向无外乎两类悉数国际主流的工业机器人产品，其发展方向无外乎两类超级机器人负载大、精度高、速度快的灵巧机器人以柔性臂、双臂、人机协作等为代表Chapter108知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标工业机器人发展现状——超级机器人1.3工业机器人发展概况汽车、铸造、建材等行业常需搬运重型构件，德国KUKA、日本Fanuc顺势研制出各自的“明星级”重载型工业机器人。KukaKR1000Titan世界上第一款六轴重载型机器人，额定负载为1000kg，位姿重复性为±0.１mm。FanucM-2000iA/2300通过与FanuciRVision组合搭配，可实现机器人作业的高可靠性。除KukaKR1000Titan这类固定式重载机器人外，多款重载型全向移动重载机器人，可满足船舶、航空等领域大件产品灵活型生产KukaomniMoveKukaomniMove采用麦克纳姆轮结构，搭配激光雷达无标识自主导航，狭小空间亦可全向灵活移动。模块扩展性强，可毫米级精准转运超大重型构件。Chapter109

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标工业机器人发展现状1.3工业机器人发展概况超级机器人Motoman-MotoMINI2015年，日本Yaskawa公司开发的迷你型工业用六轴台式机器人，本体质量仅为7kg，轻量化优势显著，运行速度翻倍、作业节拍缩短25%，适配电子行业柔性生产需求。灵巧机器人农副食品、医药、电器及3C等行业，普遍存在分拣、拾取、装箱、装配等重复性作业。FanucM-1iA/FanucM-2iA/FanucM-3iA日本Fanuc推出的多款适配轻工搬运装配的并联机器人，负载规格齐全。机身小巧可多角度安装，防护等级高耐水洗，搭配视觉、力觉传感实现智能作业，广泛应用于分拣、装配、包装等产线。Chapter110

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标工业机器人发展现状——灵巧机器人1.3工业机器人发展概况在追求绿色、高效、安全和生产多样化的今天，新一代协作机器人将能够直接与人类员工并肩工作，实现互补协作。KukaMobileRoboticsiiwaFanucM-2000iA/2300全球首款真正实现人机协作的双臂机器人，轻量化外表可缓冲外部撞击，人机协同作业安全便捷。Motoman-SIA30D/SDA10D2025年起，日本Yaskawa推出八款增设肘部关节的SIA系列七轴单臂机器人，负载5至50kg，高度模拟人体手臂动作；同时研发SDA系列双臂协作机器人，其中SDA10D配备腰部回转轴，双臂均为七轴驱动，作业精度高、活动范围广，可完成单臂设备难以实现的工件转运、翻转及协同装配等复杂工作。依托AGV平台搭载轻型机械臂，可自主完成抓取、分拣与转运，适用于仓库等狭小场地作业。Chapter111学习与进化问题研究基于反馈机制的在线学习算法，依托自主迭代学习与经验借鉴提升性能，达成协同进化，适配动态环境与复杂作业任务。环境理解问题研究机器人在自然、不可预知、动态环境中的感知技术。行为方式及安全问题研究机器人与人在紧密接触、密切配合行为过程中确保人—机—物安全的技术。交互问题研究机器人作为“人类助手”，乃至进入普通人生活，及与之相适应的自然、友好、智能的人机交互技术。01040203传统工业机器人仅具备作业功能，而新一代机器人更侧重类人特性，兼具智能、易用、安全与交互能力，其发展需攻克环境、行为、交互及学习进化四大难题。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标工业机器人未来发展趋势1.3工业机器人发展概况Chapter112其他国家目前在全球制造业领域，工业机器人使用密度已经达到

162台/万人，尤其工业发达国家（韩国）的机器人使用密度超过1000台/万人。中国自2013年起，我国持续蝉联全球第一大工业机器人应用市场，2023年的销量达到27.6万台/套（机器人使用密度为470台/人，虽已超过全球平均水平，但与发达国家仍有较大差距），占全球市场份额的约五成。总体格局IFR发布的报告显示，2023年中日韩等主要国家的工业机器人销售总计约占全球销量的

70％。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标全球市场格局1.4工业机器人产业现状Chapter113知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标全球市场格局1.4工业机器人产业现状Chapter114核心零部件生产工业机器人产业链机器人本体制造系统集成行业应用机器人核心零部件生产企业处于产业链的上游，负责提供五大机器人核心零部件，包括高精密减速器、高性能机器人专用伺服电动机及驱动器、高速高性能控制器、传感器和末端执行器。中游是机器人本体制造企业，负责设计本体、编写软件，采购或自制零部件，以组装方式生产本体，然后通过经销商、代理商、贸易商等销售给系统集成商。下游是系统集成商，直接面向终端客户，国内企业主要集中在这个环节上。长三角地区是我国机器人产业发展核心高地，已建成涵盖上游核心零部件、中游机器人本体、下游系统集成的完整产业链，技术实力与产品创新能力位居全国前列。自《中国制造2025》实施后，我国机器人企业超万家，形成六大产业集聚区域。珠三角地区依托区域内良好的应用市场基础，重点发展机器人系统集成业务，加速推动本地制造业转型升级。京津冀地区人才、政策、金融条件优越，聚焦搭建智能机器人创新平台，人工智能对产业赋能拉动效果显著。东北地区稳固工业与特种机器人产业优势，产业链体系完善，依托龙头企业与科研院所研发实力，积淀充足核心技术与自主知识产权。中部地区集聚多家本土知名机器人企业，着力打造规模化生产示范基地，依托战略布局与政策扶持形成产业集聚优势。西部地区着力引进国内外头部机器人企业，依托其成熟运营模式与产业集聚效应，助推本地中小机器人初创企业加速发展。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标全球市场格局1.4工业机器人产业现状Chapter115于数控机床和伺服电动机的领先优势，发展工业机器人产业。瑞士ABB是电气化时代的开拓者，涉足机器人领域，具备电气技术优势。瑞士ABB德国KUKA德国KUKA从焊机系统延伸到机器人领域。相对于其他三大著名机器人企业，ＫUKA是最专注于机器人业务的公司。日本Fanuc世界上首家使用机器人来生产机器人的公司，也是世界上首家提供集成视觉系统的机器人企业。日本YaskawaYaskawa产品主打高附加值机械设备、配套机械控制器等核心产品。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标产业发展模式1.4工业机器人产业现状Chapter116

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南智能化时期产业发展期产业孕育期技术准备期产业形成期工业机器人产业发展美、日、欧工业机器人产业发展已经完成前四个阶段并形成各自的产业模式。美国的优势在系统集成，日本强调产业链分工，欧洲更为重视本体加集成的整体。我国机器人产业还处于产业发展期，应从“美国模式”着手，在条件成熟

（真正突破机器人本体大规模国产化）后逐步向“日本模式”靠近。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标产业发展模式1.4工业机器人产业现状Chapter117我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，《中国制造2025》站在历史的新高度，从战略全局出发，明确提出我国实施制造强国战略的第一个十年的行动纲领，将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一，并在重点领域技术创新路线图中明确我国未来十年机器人产业的发展重点主要为两个方向：0102开发工业机器人本体和关键零部件系列化产品，推动工业机器人产业化及应用，满足我国制造业转型升级迫切需求。突破智能机器人关键技术，开发一批智能机器人，积极应对新一轮科技革命和产业变革的挑战。整体而言，我国机器人产业链日趋完善，区域特色鲜明、集聚效应凸显，但仍存在研发薄弱、盈利水平偏低等短板。知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标产业扶持政策1.4工业机器人产业现状Chapter11801系统集成是目前主流，核心零部件是成本瓶颈。02有较强技术能力的集成公司会先于机器人制造企业发展。03在一段时间内工业机器人市场还是以国外主流产品为主。04能攻克高精密减速器、高性能机器人专用伺服电动机及驱动器、高速高性能控制器等核心零部件的国内公司有望实现进口替代。国内机器人产业发展趋势知识地图国之重器拓展阅读知识测评知识讲解学习目标产业扶持政策1.4工业机器人产业现状Chapter119智能制造与工业机器人智能制造是制造强国建设主攻方向，助力两化融合与产业改革，夯实实业根基，赋能新型工业化发展。智能制造新一轮变革与国际竞争下，我国制造业坚守智能制造发展主线，向全球价值链中高端迈进，其体系可从三方面维度构建阐述。智能制造领域不可或缺的一员———工业机器人人口红利消退、智造转型提速，工业机器人应用愈发广泛，且适配智能制造多维度架构体系。知识地图国之重器知识测评学习目标拓展阅读知识讲解Chapter120知识地图国之重器学习目标知识讲解知识测评拓展阅读1.填空题智能化高精密减速器中国不同程度的环境适应能力Chapter121（１）工业机器人的三个基本特征包括结构化、通用性和

。（２）工业机器人的核心零部件包括

、高性能机器人专用伺服电动机及驱动器、高速高性能控制器等。（３）持续蝉联全球第一大工业机器人应用市场的是

。（４）工业机器人的智能化特征表现在它们在执行任务时基本不依赖于人的干预，具有

。知识地图国之重器学习目标知识讲解知识测评拓展阅读2.选择题（１）工业机器人的（

）特征强调了它们能够适应不同的工作环境和任务需求。Ａ.结构化

Ｂ.通用性

Ｃ.移动性

Ｄ.智能化（２）“机器人三原则”是指（

）。Ａ.机器人必须服从人类命令、保护自身安全、完成分配任务Ｂ.机器人不得伤害人类、服从人类的一切命令、保护自身的安全Ｃ.机器人必须优先服务人类、保护环境、不违反操作规程Ｄ.机器人必须自我复制、自我升级、自我维护CChapter122BB知识地图国之重器学习目标知识讲解知识测评拓展阅读2.选择题（３）正确描述工业机器人产业的发展趋势的选项是

（

）。Ａ.工业机器人市场将完全由国内产品主导Ｂ.工业机器人将完全取代人工劳动力Ｃ.工业机器人产业将向系统集成和核心零部件自主研发方向发展Ｄ.工业机器人的研发和应用将完全停止增长CChapter123知识地图国之重器学习目标知识讲解知识测评拓展阅读2.选择题（４）工业机器人“四大家族”指的是（

）。Ａ.ABB、KUKA、Fanuc、YaskawaＢ.Panasonic、OTC、Kawasaki、NachiＣ.KUKA、Reis、COMAU、YaskawaＤ.ABB、KUKA、Simens、Bosch（５）2023年工业机器人使用密度最高的国家是（

）。Ａ.中国

Ｂ.日本

Ｃ.德国

Ｄ.美国AAChapter124知识地图国之重器学习目标知识讲解知识测评拓展阅读3.判断题