工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用(教案)1-緒論

1、.第一章 緒論1.1 什么是工業(yè)機(jī)器人1.2 為何發(fā)展工業(yè)機(jī)器人1.3 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況1.3.1 工業(yè)機(jī)器人的誕生1.3.2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展1.4 工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用1.4.1 工業(yè)機(jī)器人的分類1.4.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)*掌握工業(yè)機(jī)器人的定義*了解工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展事由和歷程*熟悉工業(yè)機(jī)器人的常見分類及其行業(yè)應(yīng)用導(dǎo)入案例富士康“百萬機(jī)器人”上崗折射中國制造業(yè)升級2011 年，富士康 CEO 郭臺銘表示,希望到 2012 年底裝配 30 萬臺機(jī)器人，到 2014 年裝配 100 萬臺，要在 5 到 10 年數(shù)年內(nèi)通過自動(dòng)化消除簡單重復(fù)性的工序。機(jī)器人的投產(chǎn)使用，可將目前的人力資

2、源轉(zhuǎn)移到具備更高附加值的崗位上，這也符合將我國“人口紅利” 轉(zhuǎn)為“人才紅利”的大目標(biāo)。這一工業(yè)機(jī)器人的井噴潮涌，何時(shí)會蔓延到“中國制造”的每一個(gè)工廠、每一條生產(chǎn)線、每一個(gè)工序、每一個(gè)工位上，將為“中國制造”的轉(zhuǎn)型提“智”做出何等貢獻(xiàn)？我們對此充滿期待。課堂認(rèn)知1.1 什么是工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人涉及到人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問題。美國:一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動(dòng)作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能操作機(jī)。日本:一種帶有存儲器件和末端操作器的通用機(jī)械，它能夠通過自動(dòng)化的動(dòng)作替代人類勞動(dòng)。中國:一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或者生物相似的智能

3、能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。ISO一種能自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能、多自由度的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具來完成各種作業(yè)。廣義地說：工業(yè)機(jī)器人是一種在計(jì)算機(jī)控制下的可編程的自動(dòng)機(jī)器。它具有四個(gè)基本特征： 特定的機(jī)械機(jī)構(gòu) 通用性 不同程度的智能 獨(dú)立性1.2 為何發(fā)展機(jī)器人讓機(jī)器人替人類干那些人不愿干、干不了、干不好的工作 。ABB 給出十大投資機(jī)器人的理由：第一，降低運(yùn)營成本；第二，提升產(chǎn)品質(zhì)量與一致性；第三，改善員工的工作環(huán)境；第四，擴(kuò)大產(chǎn)能；第五，增強(qiáng)生產(chǎn)的柔性；第六，減少原料浪費(fèi)，提高成品率；第七，滿足安全法規(guī)，改善生產(chǎn)安全條

4、件；第八，減少人員流動(dòng)，緩解招聘技術(shù)工人的壓力；第九，降低投資成本，提高生產(chǎn)效率；最后一點(diǎn)，節(jié)約寶貴的生產(chǎn)空間。第一年第二年第三年第四年第五年0510152025萬元使用機(jī)器人與普工的年均成本比較1.3 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況1.3.1 工業(yè)機(jī)器人的誕生1959 年，美國造出了世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人 Unimate ，可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、伸縮、俯仰等動(dòng)作。Unimate1.3 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況1.3.2 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢2005年， YASKAWA 推出可代替人完成組裝或搬運(yùn)機(jī)器人 MOTOMAN-DA20 和MOTOMAN-IA20 。MOTOMAN-DA20MOTOMAN-IA20YASKA

5、WA 機(jī)器人2010 年意大利柯馬（ COMAU ）推出 SMART5 PAL 機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)裝載 / 卸載、多產(chǎn)品拾取、堆垛等。SMART5 PALKUKA 公司推出 KR 5 arc HW （ Hollow Wrist ），其機(jī)械臂和機(jī)械手上有一個(gè) 50 mm 寬的通孔，可以保護(hù)機(jī)械臂上的整套保護(hù)氣體軟管的敷設(shè)。KR 5 arc HWFANUC 推出的 Robot M-3iA 裝配機(jī)器人采用四軸或六軸模式，具有獨(dú)特的平行連接結(jié)構(gòu)， 具備輕巧便攜的特點(diǎn)，承重范圍可達(dá) 6 kg 。Robot M-3iA國際工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，基本沿著兩個(gè)路徑在發(fā)展： 一是模仿人的手臂，實(shí)現(xiàn)多維運(yùn)動(dòng)，典型應(yīng)

6、用為點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人；二是模仿人的下肢運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物料輸送、傳遞等搬運(yùn)功能，如搬運(yùn)機(jī)器人 。機(jī)器人研發(fā)水平最高的是日本、美國與歐洲 ，他們在發(fā)展工業(yè)機(jī)器人方面各有千秋： 日本模式: 各司其職，分層面完成交鑰匙工程。歐洲模式: 一攬子交鑰匙工程。美國模式: 采購與成套設(shè)計(jì)相結(jié)合。國產(chǎn)機(jī)器人與進(jìn)口機(jī)器人尚存一定差距，具體現(xiàn)狀如下： 第一，低端技術(shù)水平有待改善。第二，產(chǎn)業(yè)鏈條亟待充實(shí)與規(guī)范。1.4 工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用1.4.1 工業(yè)機(jī)器人的分類關(guān)于工業(yè)機(jī)器人分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可按負(fù)載重量、控制方式、自由度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域等劃分。1 、按機(jī)器人的技術(shù)等級劃分（ 1 ） 示教再現(xiàn)機(jī)器人

7、第一代工業(yè)機(jī)器人能夠按照人類預(yù)先示教的軌跡、行為、順序和速度重復(fù)作業(yè)，示教可由操作員手把手進(jìn)行或通過示教器完成 。手把手示教示教器示教（ 2 ） 感知機(jī)器人 第二代工業(yè)機(jī)器人程具有環(huán)境感知裝置，能在一定度上適應(yīng)環(huán)境的變化，目前已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段。配備視覺系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人（ 3 ） 智能機(jī)器人 第三代工業(yè)機(jī)器人具有發(fā)現(xiàn)問題，并且能自主地解決問題的能力，尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。關(guān)于工業(yè)機(jī)器人分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可按負(fù)載重量、控制方式、自由度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域等劃分。2 、按機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征劃分工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式1 直角坐標(biāo)系 直角坐標(biāo)機(jī)器人 具有空間上相互垂直的多個(gè)直線移動(dòng)軸，通過直角坐標(biāo)方

8、向的 3 個(gè)獨(dú)立自由度確 定其手部的空間位置，其動(dòng)作空間為一長方體。2 柱面坐標(biāo)系 柱面坐標(biāo)機(jī)器人 主要由旋轉(zhuǎn)基座、垂直移動(dòng)和水平移動(dòng)軸構(gòu)成，具有一個(gè)回轉(zhuǎn)和兩個(gè)平移自由度，其動(dòng)作空間呈圓柱形。3 球面坐標(biāo)系球面坐標(biāo)機(jī)器人 空間位置分別由旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)和平移 3 個(gè)自由度確定，動(dòng)作空間形成球面的一部分。4 多關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人 模擬人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸、帶動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸以及小臂前端的手腕等組成，手腕通常有 23 個(gè)自由度，其動(dòng)作空間近似一個(gè)球體。 水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人 結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的兩個(gè)能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂，自由度可依據(jù)用途選擇 24 個(gè)，動(dòng)作空間為一圓柱體。

9、1.4.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機(jī)器人分為搬運(yùn)、碼垛、焊接、涂裝、裝配機(jī)器人 。機(jī)器人搬運(yùn) 被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)。 機(jī)器人碼垛 被廣泛應(yīng)用于化工、飲料、食品、啤酒、塑料等生產(chǎn)企業(yè)，對紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適用。 機(jī)器人焊接 最早應(yīng)用在裝配生產(chǎn)線上。開拓了一種柔性自動(dòng)化生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)了在一條焊接機(jī)器人生產(chǎn)線上同時(shí)自動(dòng)生產(chǎn)若干種焊件 。 機(jī)器人涂裝 被廣泛應(yīng)用汽車、汽車零配件、鐵路、家電、建材、機(jī)械等行業(yè) 機(jī)器人裝配 被廣泛應(yīng)用于各種電器的制造行業(yè)及流水線產(chǎn)品的組裝作業(yè)，具有高效，精確，不

10、間斷工作的特點(diǎn)。 本章小結(jié)工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)定位控制并可重新編程予以變動(dòng)的多功能機(jī)器。它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)材料、零件和握持工具，以完成各種不同的作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展過程可分為三代。第一代為示教 - 再現(xiàn)型機(jī)器人，它可以按照預(yù)先設(shè)定的程序，自主完成規(guī)定動(dòng)作或操作，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二代為感覺型機(jī)器人，如有力覺、觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進(jìn)行反饋調(diào)整的能力，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段。第三代為智能型機(jī)器人，其尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。思考練習(xí)1 、填空（ 1 ）國際工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，基本沿著兩個(gè)路徑在發(fā)展：一是模仿人的 _ ，實(shí)現(xiàn)多維運(yùn)動(dòng)，在應(yīng)用上比較典型的是點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人；二是

11、模仿人的 _ ，實(shí)現(xiàn)物料輸送、傳遞等搬運(yùn)功能，例如搬運(yùn)機(jī)器人。（ 2 ）按照機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展水平，可以將工業(yè)機(jī)器人分為三代 _ 機(jī)器人、_機(jī)器人和 _ 機(jī)器人。（ 3 ）目前在我國應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人主要分 _ 、 _ 和國產(chǎn)三種。2 、選擇（ 1 ）工業(yè)機(jī)器人一般具有的基本特征是（ ）。擬人性；特定的機(jī)械機(jī)構(gòu)；不同程度的智能；獨(dú)立性；通用性A. B. C. D. （ 2 ）按基本動(dòng)作機(jī)構(gòu)，工業(yè)機(jī)器人通常可分為（ ）。直角坐標(biāo)機(jī)器人；柱面坐標(biāo)機(jī)器人；球面坐標(biāo)機(jī)器人；關(guān)節(jié)型機(jī)器人A. B. C. D. （ 3 ）機(jī)器人行業(yè)所說的四巨頭指的是（ ）。 PANASONIC ； FANUC ； KUKA ； OTC ； YASKAWA ； FANUC ； NACHI ； ABBA. B. C. D. 3 、判斷（ 1 ）工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能、多自由度的操作機(jī)。