机器人技术基础-第9章

机器人技术基础第九章机器人应用第九章机器人应用第九章机器人应用第一节应用工业机器人必须考虑

的因素第二节工业机器人应用示例第三节其他机器人应用实例第九章机器人应用第一节应用工业机器人必须考虑的因素1.1机器人的任务估计在估计作业任务时，必须把当前进行的作业任务与应当由机器人进行的作业任务加以区别。例如，对于一个手工操作，操作人员可能依次拿起一系列手动工具，并在一个固定的工件上进行工作，要进行这种工作，操作者必须逐一捡起和放下每件工具，但工具的拿起、放下并不创造价值，只有用工具对工件或零件进行操作才能创造价值。如果由机器人捡起零件，握在手中，并将其送至每个工具应属的固定位置，那就要容易得多。采用机器人能够提供由改变过程变量来显著提高生产率的机会，如果对这些变量的灵活性不够了解，那么采用机器人仅仅是取代工人劳动而不是提高生产率，因此在任务估计时，必须发现并论证什么是要改变的，什么是无需改变的。第九章机器人应用1.2应用机器人三要素1．技术因素考虑的技术因素包括性能要求、布局要求、产品特性、设备更换、过程变更等。2．经济因素在经济方面所考虑的因素包括劳动力、材料、生产率、能源、设备和成本等。3．人的因素在考虑人的因素时，涉及机器人的操作人员、管理人员、维护人员、经理和工程师等。第九章机器人应用1.3使用机器人的经验准则美国通用电气公司（GE）过程自动化和控制系统经理弗农∙E∙埃斯蒂斯（VernonE.Estes）曾提出八条使用机器人的经验准则，人们后来称之为弗农（Vernon）准则。它对于那些想使用机器人自动化形式来发展生产的人们至今仍值得借鉴。弗农经验准则如下：1．应当从恶劣工种开始执行机器人计划。2．考虑在生产率落后的部门应用机器人。3．要估计长远需要。4．使用费用不与机器人成本成正比。5．力求简单实效。6．确保人员和设备安全。7．不要期望卖主提供全套承包服务。8．不要忘记机器人需要人。第九章机器人应用1.4采用机器人的步骤1．全面考虑并明确自动化要求。包括提高劳动生产率、增加产量、减轻劳动强度、改善劳动条件、保障经济效益和社会就业等问题。2．制定机器人化技术。在全面和可靠的调查研究基础上，制定长期的机器人计划，包括确定自动化目标、培训技术人员、编绘作业类别一览表、编制机器人化顺序表和日程表等。3．探讨采用机器人的条件。根据预先准备好的调查研究项目表进行深入细致的调查，并进行详细的测定和图表资料收集工作。4．对辅助作业和机器人性能进行标准化。必须按照现有的和新研制的机器人规格进行标准化工作。此外，需要判断各机器人具有哪些适于特定用途的性能，以便进行机器人性能及其表示方法的标准化工作。

第九章机器人应用1.4采用机器人的步骤5．设计机器人化作业系统方案，设计并比较各种理想的、可行的或折中的机器人化作业系统方案，选定最符合使用目标的机器人及其配套件来组成机器人化柔性综合作业系统。6．选择适宜的机器人系统评价指标。建立和选用适宜的机器人化作业系统评价标准和方法，既要考虑到能够适应产品变化和生产计划变更的灵活性，又要兼顾目前和长远的经济效益。7．详细设计和具体实施。对选定的实施方案进一步进行具体设计工作，提出具体实施细则，并交付执行。第九章机器人应用第二节工业机器人应用示例2.1工业机器人的特点与分类工业机器人具有以下4个特点：（1）工业机器人具有特定机械结构，其动作类似于人或某些生物的器官（肢体、感受等）；（2）工业机器人具有通用性，可从事多种工作，可灵活改变动作程序；（3）工业机器人具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等；（4）工业机器人具有独立性，完善的机器人系统在工作中可以不依赖人的干预。第九章机器人应用工业机器人的分类工业机器人可以根据其用途分为搬运、码垛机器人；焊接机器人；打磨抛光机器人、移动式工业机器人、自动化装配机器人和涂装机器人等。ESTUN搬运机器人FANUC搬运机器人

KUKAKR1000titan搬运机器人ABB搬运机器人第九章机器人应用工业机器人的分类(焊接机器人)按照机器人作业中所采用的焊接方法，可将焊接机器人分为点焊机器人、弧焊机器人、搅拌摩擦焊机器人、激光焊接机器人等类型。

KUKAKRCYBERTECH系列KUKAKR

QUANTEC系列ABBIRB1520ID弧焊机器人LAPRISS机器人激光焊接系统第九章机器人应用工业机器人的分类(上下料机器人)

上下料机器人有以下优点：1．生产效率高：为了提高生产效率，须控制生产节拍。除了固定的生产加工节拍无法提高外，自动上下料机器人取代了人工操作，这样就可以很好地控制节拍，避免了由于人为因素而对生产节拍产生的影响，大大提高了生产效率。2．工艺修改灵活：我们可以通过修改程序和手爪夹具，迅速的改变生产工艺，调试速度快，免去了对人工进行培训的时间，可快速投产。3．提高工件出场质量：上下料机器人自动化生产线，从上料、装卡、下料完全有机器人完成，减少了中间环节，零件质量大大提高，特别是工件表面更为美观。第九章机器人应用第三节其他机器人应用示例3.1家政服务机器人家政机器人就是代替人完成家务劳动的机器人，主要进行卫生清洁、烹饪美食、防盗检测、物品搬运、家电控制、收支管理等工作。家庭清洁机器人割草机器人可穿戴式外骨骼机器人教育娱乐机器人(AIBO机器狗）第九章机器人应用3.2医疗机器人常用的医疗机器人分四类：手术机器人、康复机器人、辅助机器人与医疗服务机器人。（1）手术机器人手术机器人现在主流的应用有三大类，第一类是达芬奇机器人，在微创上完成许多复杂的手术，在医生控制下可以更好地提高精细化手术的质量。第二类是放射机器人，精度可以达到亚毫米级，能精准地指向病灶区域，避免因为手抖或者瞄得不准加大放射剂量的现象，减少损伤度。第三类是辅助手术系统，在导航设备帮助下，手术更精准，手术效果更好。达芬奇手术机器人第九章机器人应用3.2医疗机器人

（2）康复机器人康复机器人的应用主要分三大类，第一类是Rewalk，通过传感器和监控器，使用户可以站立行走。第二类是通过生物电的感应器，强调与人体的结合度。第三类，有三种模式：FirstStep、AcTIveStep、ProStep。AcTIveStep指在这个过程中用户可以自主控制康复机器人，帮助用户更好实现康复的联系。ProStep更多是自动感应，可以自动感应用户身体的移动，通过感应移动动作，去修正、去触发下一步的行为。机器人用于康复领域包括助残和老人看护等方面，其研究领域主要包括手臂残疾患者使用的康复机械手、下肢残疾患者使用的智能轮椅、双目失明患者使用的移动式康复机器人，以及家庭和单位之间的交互设备及智能控制界面。第九章机器人应用3.2医疗机器人（3）辅助机器人辅助机器人，从主流来说分两类，一类是个人护理机器人，很多是在出院以后监控病人的身体状况，跟医院互动。还有一类是PARO，是高级治疗机器人，从感知互动的角度来讲，帮助治疗痴呆症，老年痴呆和认知障碍，这里面有AR技术。（4）医疗服务机器人医疗服务机器人可分为两大类，一个是杀菌消毒机器人，更多的是在医疗机构，通过机器人不断运作，提高整个机构的杀菌消毒率。在医疗机构里，交叉感染率很多，有统计数据说过去存在很多交叉感染情况，可能大概有九个去医院的病人就有一个交叉感染的情况发生。这种情况可以通过消毒杀菌机器人提高杀毒程度规避交叉感染率，提高医院整体环境质量。第二类是运输机器人，用于辅助护士完成食物、药品、医疗器械、杂志的传送和投递工作，减少医护人员的工作量。机器人的行走设计是基于传感器和运动规划算法实现的，适用于结构化环境。第九章机器人应用3.3农业机器人农业机器人是一种以农产品为操作对象、兼有人类部分信息感知和四肢行动功能、可重复编程的柔性自动化或半自动化设备，它能减轻劳动强度、解决劳动力不足、提高劳动生产率和作业质量，防止农药、化肥等对人体的伤害。1．农业机器人的特点农业机器人之所以具有较高的生产效率，是因为它可以在实际农业生产作业中真实模拟人的具体作业动作，在生产作业新型技术的辅助下，能替代人在不良环境条件下进行生产作业，提高农业生产作业质量。它有以下特点:（1）作业对象复杂（2）作业环境多变（3）作业路线特殊（4）操作对象适用性第九章机器人应用2．农业机器人的案例(1)嫁接机器人嫁接机器人技术是一种融合了机械、自动化控制以及园艺技术的高新技术，其在具体的应用上可以实现在很短的时间内处理繁重的嫁接工作，解决了人工嫁接工作当中存在的低效率问题。第九章机器人应用2．农业机器人的案例(2)移栽机器人机器人在蔬菜、花卉、苗木、株苗等的移栽方面也有一定的应用。利用机器人的信息传感功能以及智能化功能，能够有效地识别出苗的质量，并作出移栽到指定位置的决策，除去坏苗，降低人工成本，提升移栽的操作水平以及移栽工作的效率。移栽机器人可以根据树苗以及农作物苗的发育状态，依据管理人员设定的程序利用摄像器传递并识别一些枝丫，用机械装置来修建作物。荷兰飞梭贸易公司PC-21型移栽机丹麦BEKIDAN公司PKM多肉植物育苗系统第九章机器人应用2．农业机器人的案例(3)灌溉、喷洒农药机器人机器人发挥信息采集以及处理等方面的优势，依据光反射和折射的原理，对作物需水量准确预测，通过对土壤的具体情况来决定施肥的准确用量，降低工作成本，并能够有效地改善地下水的质量，避免产生环境污染。灌溉、喷洒农药机器人第九章机器人应用2．农业机器人的案例(4)自动采摘机器人农业机器人在农产品的自动采摘方面应用十分广泛，通过应用机器人的信息感知功能，能够有效地识别被采摘作物成熟程度，保障采摘到的果实质量，代替人工操作，如应用于番茄、洋葱、马铃薯等蔬菜的采摘，另外软体机器手也出现在水果的采摘上，其收获率以及采摘完整率具有相当明显的优势。韩国庆北大学苹果采摘机器人番茄采摘机器人软体机械手水果抓取

由于不同种类果实大小、质量和硬度的差异性，传统的刚性机械手和负压吸盘在抓取浆果类非硬质对象时容易造成表面损坏及吸合不稳定，相比之下，软体机械手可以根据抓取对象的变化来改变自身形状和尺寸，具有刚性机械手无可比拟的优点。软体机械手利用柔软材料制作，一般是杨氏模量低于人类肌肉的材料；如介电弹性体（DE）、离子聚合物金属复合材料（IPMC）、形状记忆合金（SMA）、形状记忆聚合物