工业机器人技术体系梳理分析
随着我国生产力的发展和经济结构调整的不断深入，相关基础科学与技术（尤其是信息技术）研究的巨大进步，电机、IC、工业计算机等机器人基础部件的性能不断提高，成本不断降低，机器人的发展正面临重大发展机遇。大力发展智能机器人的核心技术和产业标准，结合我国在制造业方面的成本优势，鼓励和扶持一批大中型企业发展机器人产业，早日成为智能机器人的研发和制造大国，对于提升国家竞争力具有重要的战略意义。
对工业机器人的定义各国并不统一。GB/T 12643-1997认为：“（操作型）工业机器人是自动控制的，可重复编程，多用途，并可对三个和三个以上轴进行编程。可以是固定式或移动式，在工业自动化中使用”。可见，工业机器人多指面向工业领域的，可编程并实现多种用途的多关节机械手或多自由度机器人。
工业机器人的广泛应用是我国装备制造业转型升级的重要手段和内容，这对于上海地区更具有现实意义。工业机器人可以在以下几方面发挥重要作用：产品的复杂化、多样化，生产的周期缩短要求产品的可靠性、精度等得到更有效的控制，避免人为因素的干扰；“以人为本”和人力成本的提高要求把劳动力从单调、枯燥、有危害的环境中解放出来；市场经济要求企业不断提高劳动生产率，增强核心竞争力；用户的个性化需求要求不断降低生产调整时间，提高生产过程的“柔性”。
1．工业机器人行业现状工业机器人生产企业可分成几种类型：（1）国际机器人公司及合资公司
跨国企业：发那科、库卡、ABB、安川电机、川崎等。
合资企业：首钢莫托曼等。
（2）已形成产业的国内骨干机器人企业
沈阳新松机器人公司、海尔机器人公司、奇瑞机器人公司等。
（3）机床企业的机器人(设备)部门
沈阳机床、华中数控、大连机床、友嘉等机床企业都在进行工业机器人研发，初步形成产业化的只有广州数控。
（4）小型机器人专业公司
生产某些类型或系列的机器人产品或从事集成、应用开发。
2．工业机器人应用领域
机器人主要产销国日本2010年的统计数据显示，工业机器人主要应用在：装配（普通装配、贴片、钎焊、涂胶等）、焊接（弧焊、点焊、气焊等）、净室（平板显示、半导体等）、原料输送、注塑、涂装、机械加工（上下料、切割等）及其它领域（按销售额递减排序）。08、09年资料也表明，中国工业机器人的主
要种类为搬运、焊接和净室，应用行业为汽车及零部件、电子电器和化工（塑料和橡胶）等。和全球工业机器人情况类似，所占比例略有不同。
3．工业机器人主流产品
（1）焊接机器人包括点焊、弧焊、激光焊等。主要用于汽车整车、零部件的焊接工作。
（2）搬运机器人用于机床上下料、码垛搬运、冲压自动化生产线、自动装配流水线等。
（3）装配机器人用于普通装配、贴片工艺、钎焊、钻孔和连接（铆接、螺栓连接、粘接）等。
（4）喷涂机器人用于汽车、马达、箱体、工程机械等的喷涂生产线。
（5）净室机器人在洁净环境中使用的机器人，多用于电子电器行业。
（6）真空机器人多用于半导体工业中，实现晶圆在真空环境中的传输。
4．上海在工业机器人方面的技术水平
上海市已成功研制了“上海一号”、“上海二号”、“上海三号”、“上海四号”等工业机器人，在机器人优化设计制造技术、机器人控制技术及驱动系统等积累了多年的研发经验。在工业机器人应用领域，已掌握多关节、桥架、码垛等工业机器人系统及周边自动化设备集成技术，具备搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等机器人工作单元成套、成线能力。
5．未来产业化发展的要求
（1）注重功能组件核心技术的研究和产业化
开展面向应用的机器人核心部件的国产化开发（机器人用伺服系统、机器人控制器、机器人智能控制技术、高精度减速机等），把企业行为提升为国家行为；深入开展机器人控制技术的研究。提升机器人的高速平稳性、动态跟踪精度、智能控制等方面的性能。
（2）着力提升机器人系统的可靠性和产业体系的建立。
从样机到成熟产品要通过长时间应用验证和不断改进，需要由企业牵头开展国产机器人稳定性、可靠性等问题的研究和应用测试；加强研发、加工、装配、检测、维护、管理等机器人产业体系的建立。
（3）瞄准未来，支持研发智能型工业机器人技术
（一）主流产品体系架构及研发重点
产品分类体系、功能模块分解
1．产品分类体系
工业机器人的分类方法众多，可以按照运动机构分（直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型、移动型），按照驱动方式分（电力、液压、气动驱动），按照运动方式分（点位控制、连续轨迹控制），按程序输入方式分（编程输入、示教输入）及按照完成功能（操作、移动）等。根据1990年工业机器人国际标准大会的文件，把工业机器人按控制方式分为四类[2]：
（1）顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系统；
（2）沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业，如焊接。喷漆等；
（3）远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人；
（4）智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能；能在较为复杂的环境下工作；能按照人的指令自选或自编程序去适应环
境，并自动完成更为复杂的工作。
目前，机器人强国日本的工业机器人已在第发展（3）、（4）类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。国内应用大多局限在（1）、（2）类上，某些大公司的产品中部分单元模块（如视觉）体现出智能化，但整体智能化水平不高。
2．产品功能模块
工业机器人产品主要由本体、驱动系统、控制系统、感知系统等部分组成。
（1）本体，即机座和执行机构（即机械壳体部分）
包括机械臂、腕部和手部，有的机器人还有移动机构；机械主体占全部成本的15%左右，国产化程度最高，很多国外机器人的本体也叫国内工厂代工。
（2）驱动系统，包括动力装置和传动机构
用以使执行机构产生相应动作的装置。国产伺服电机、驱动器、减速器等与欧洲和日本的产品还有较大差距。主要表现在对运动控制核心技术和制造工艺的掌握上；高精度减速机的国产化也是影响工业机器人发展的难题，其它大部份关键部件则要依赖进口，使国内机器人成本居高不下。
（3）控制系统
控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等，我国缺少机器人控制器和相应机器人控制器硬件平台。
（4）感知系统
是实现工业机器人与人、环境互操作的人机接口，也是工业机器人智能化以完成更复杂操作的必备条件。由各种传感器和接口组成。
3．智能型工业机器人研究的重要领域
（1）面向与人类近距离或有接触作业的高负载自重比机械臂的安全性、轻型化、灵巧性技术；
（2）基于新材料（如碳纤维材料）机构轻量化、模块化设计、加工工艺，基于力反馈的安全性控制和柔顺控制等方法；
（3）面向运动的核心部件，包括电机总成、驱动器、控制器、传感器及大载荷、高功率比密度结构与驱动集成设计等，制定各硬件模块互
联的接口标准；
（4）提高工业机器人安全防护性及系统可靠性的措施；
（5）控制与规划；
（6）高精度和健壮性的传感器；
（7）人机接口方式；
（8）机器人协作系统；
（9）自学习和自适应性；
（10）建模仿真及分析；
（11）低成本技术。
区域重点产品或方向
根据上海市“两个中心”的定位和产业布局，建议：重点发展面向汽车、电子电器行业、飞机制造、光伏、风电设备制造等产业需求的工业机器人；着力提高传统汽车行业国产工业机器人运行的可靠性；长期、持续投入，深入开展新一代智能型工业机器人的研究。
统计数据表明，日、韩等国近年来在电子电器行业销售额增长迅速，而在汽车焊接等传统领域有所下降。长三角地区是中国电子电器行业的心脏，也是劳动密集型企业的聚集地，在此行业大力推广工业机器人产品具有特殊意义。该行业对应的机器人类型主要有：小型装配机器人（装配、贴片、钎焊等）、净室加工机器人、真空机器人等。
积极探索面向飞机制造、新能源汽车、太阳能发电、风电设备制造等新兴产业的工业机器人和柔性自动化生产线的开发。目前，库卡等机器人国际巨头已经开始面向这些新兴产业所需产品的研发和布局。
汽车及零部件生产是上海的传统优势产业，也是工业机器人使用量最大的行业。典型类型有：点焊机器人、弧焊机器人、涂装机器人等。在此应着力开展国产机器人运行可靠性的研究和测试，大力推广国产工业机器人及相关设备。
加大投入，开展新一代智能化工业机器人长期、持续的研发和应用测试。争取在高起点上与主要机器人生产大国的技术水平同步，避免始终走重复研究、追赶国外技术的老路。
（二）关键技术体系分析
关键技术体系框架
1．整机设计制造技术
2．机器人控制技术
3．可重构装配技术
4．末端执行器
5．机器人协作
6．人机合作
7．非结构化环境下的信息感知
8．建模及仿真
技术实现方案和路径：主流的、潜在的
1．整机设计制造技术
以往工业机器人的研究方法主要在借鉴国外先进技术的基础上进行二次开发，造成自身创新技术少，基础零部件制造能力和关键技术落后，制约了工业机器人的发展。应着力解决工业机器人的整机设计制造能力，大力支持高性能伺服电机、基于高速总线的新型控制器、高精度减速器、健壮性高精度传感器等机器人关键部件设计制造技术的研发，加速机器人产业化和高端制造业发展步伐。通过5-15年的长期研究开发，下列目标可能得到突破：
短期（2015）：初步解决关键部件的设计制造技术，设计开发汽车、电子工业中常用主流型号的机器人，具备机器人整机设计及制造能力。
中期（2020）：解决机器人关键部件的设计制造技术，电子、汽车等主流行业机器人产品系列化、产业化，在飞机制造、太阳能发电、风电设备制造等新兴产业开发出亟需的典型产品和配套自动化生产线。
短期（2025）：完全掌握代表世界先进水平的机器人关键部件的设计制造，成为相关产品的主要研发、制造基地之一。智能型工业机器人及配套生产线的设计制造能力达到国际同类水平
2．机器人控制技术
机器人控制技术是机器人技术的核心，直接影响着机器人性能。为提高机器人的动态响应、轨迹跟踪精度、抑制运动中的振动等，除了关注机器人控制器，还要注重机器人控制方法和相关软件的研究和开发。加强对与人类近距离或有接触作业的“人机合作”环境中控制技术的研究。经过不断的研究工作，希望在5-15
年内在以下方面实现突破：
短期（2015）：为电子、汽车工业中常用主流型号机器人及其组成的自动化生产线控制提供技术支持和配套的控制软件，在基于力反馈的安全性控制、柔顺控制和多机器人协调控制方面取得明显进展。
中期（2020）：提供满足主流行业和新兴产业中工业机器人控制要求的控制技术，开发具有预测功能、分布式、自调整的自整定控制器。
长期（2025）：为智能型工业机器人及配套生产线提供技术支撑，开展容错、自动可重组控制器的研究。
3．末端执行器
国内使用的机械手等机器人末端执行器在力量和速度上已获得很大发展，但在完成抓取细小物体等灵巧操作任务时与国外产品差距很大。因为要达到的操作性能往往受到机器视觉、运动规划、高性能传感器、数据处理方法等诸多条件的限制。经过5-15年长期研发后，希望未来的末端执行器能够达到如下目标：短期（2015）：应用具有几个关节、复杂程度较低的专用末端执行器在特定的工业环境下实现抓、拾、放等简单操作，能完成一般经济精度的装配工作。
中期（2020）：用中等复杂程度的多关节末端执行器实现对工业环境下典型工件、工具的抓取和实现一定的灵巧动作，对典型零部件完成精度较高的装配。
长期（2025）：用具有类似人的触觉传感器和高性能执行机构的末端执行器进行复杂程度很高的抓取，实现工业环境下需要的各种灵巧动作，完成复杂的装配工作。
4．可重构的装配生产线
目前从设计到产品推出的开发周期仍然过长，大量的时间花费在新产品生产前的设备调整、调试上，要求未来设备应具有自适应性强的可重构生产能力，体现设备的“柔性”。在未来5-15年间希望通过持续的研发，达到如下目标：短期（2015）：在较短的时间内完成包括工业机器人、刀具安装到附属设备安装在内的典型新产品装配生产线的安装、调配、编程、调试等工作。
中期（2020）：在24小时内完成包括工业机器人、刀具安装到附属设备安装在内的典型新产品生产线的安装、调配、编程、调试等工作。
长期（2025）：在5-8小时内完成包括工业机器人、刀具安装到附属设备安装在内的典型新产品生产线的安装、调配、编程、调试等工作，包括工业机器人、工具和其它外部设备等。
5．机器人协作
机器人协作是多个机器人共同完成或分工完成复杂任务，工作过程涉及多台机器人的任务规划、协调控制等，是分布式人工智能理论的典型应用。目前，协作中控制任务通常预先人工设定和划分，在中央控制单元控制下由各台机器人分别执行。经过5-15年的长期研发，未来的机器人协作希望达到如下目标：
短期（2015）：能够协作完成如汽车焊接、喷涂、装配等系列工作，采用集中控制、通信和公共地图，为各台机器人分别划分任务。
中期（2020）：为团队确定明确的任务，采用分布式控制和内部智能通信实现任务协作。粒子群理论和规则得到应用。
长期（2025）：由机器人自主进行任务的获取和分配，完成协作任务。
6．人机合作
人与机器人共存、合作共处的工作环境是未来工厂的普遍场景，在这种生产线中，工业机器人以人类助手或智能机器等多种方式与人合作。因此需要在人机接口、安全性等方面进行深入研究。经过5-15年的长期的研发，未来的人-机器人合作（co-robot）希望达到如下目标：
短期（2015）：机器人能够理解人的自然语言、肢体语言等，能根据人的要求，在一段不需要人干预的时间（5个小时）完成生产线上的简易装配。
中期（2020）：机器人有效理解人的自然语言、肢体语言等，根据人的要求要求完成生产线上较复杂的装配任务，维持10-20小时不需要人的干预。
长期（2025）：机器人有效理解理解人的自然语言、肢体语言等，根据人的要求与人共处，完成生产线的复杂装配任务，维持40-60小时不需要人干预。
7．非结构化环境下的信息感知
面向小批量、多样化客户需求的柔性自动化生产线需要工业机器人的智能化水平更高，能够在与人近距离接触的非结构化环境中安全运行，这就要求工业机器人的信息感知能力大幅提升。信息感知能力与传感器技术、计算机技术和通信技术的发展密切相关，它们为机器人的信息获取提供保障。经过5-15年的深入研究，在机器人信息感知方面希望达到如下目标：
短期（2015）：三维视觉、力觉及其它传感技术获得长足发展，工业机器人在半结构化或非结构化典型工作环境下（针对典型产品）可利用感知到的三维信息完成批量操作任务。
中期（2020）：利用信息感知技术完成小规模、成批生产任务，使工业机器人广泛应用到小型加工企业；
长期（2025）：利用信息感知技术，使工业机器人可以完成单件个性化生产需求。
8．建模及仿真
建立数学模型的是对现实世界的一种描述方式。虽然在很多领域都会用到这种方法，但由于工业机器人的多自由度机电一体化系统的特点和运动形态，决定其在设计制造过程中对实际对象及组件进行建模、仿真显得格外重要。在数学建模方面我国有较好的理论基础和人才储备，希望经过5-15年的深入研究，在这方面不断取得进展，达到如下目标：
短期（2015）：探索建立描述机器人模型的标准语言；
中期（2020）：形成描述机器人模型的标准语言，采用优化算法建立了可互换的模型。
长期（2025）：完成对机器人和环境状态的精确判断，实现实时动态建模。（三）技术体系图
表1智能机器人总体技术体系图
①: 上海的优势技术②: 共性技术③：能突破的技术④：能冲击市场的技术⑤：必要的基础技术⑥：必要的安全性技术⑦：标准化技术
表３工业机器人技术体系图
①：上海的优势技术②：共性技术③：能突破的技术④：能冲击市场的技术⑤：必要的基础技术⑥：必要的安全性技术⑦：标准化技术
《工业机器人应用技术》课程标准 课程名称：工业机器人应用技术 课程性质：职业技术课 学分：2 计划学时：32 1前言 《工业机器人应用技术》课程是机电一体化各专业方向的一门专业技术课，是一门多学科的综合性技术，它涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多学科的内容。其目的是使学生了解工业机器人的基本结构，了解和掌握工业机器人的基本知识，使学生对机器人及其控制系统有一个完整的理解，培养学生在机器人技术方面分析与解决问题的能力，培养学生在机器人技术方面具有一定的动手能力，为毕业后从事专业工作打下必要的机器人技术基础。 1.1课程定位 本课程的教学以高等职业教育培养目标为依据，遵循“结合理论联系实际，应知、应会”的原则，以拓展学生专业知识覆盖面为重点；注重培养学生的专业思维能力。重点通过对主流工业机器人产品的讲解，使学生对当前工业机器人的技术现状有较为全面的了解，对工业机器人技术的发展趋势有一个明确的认识，为学生进入社会做前导；把创新素质的培养贯穿于教学中。采用行之有效的教学方法，注重发展学生专业思维和专业应用能力，通过简单具体的实例深入浅出地讲解专业领域的知识。 1.2设计思路
以点带面，讲解授课为主的教学方式。课程主要可以分为机械、运动、控制、感觉等几个部分，内容较多。课堂教学上，我们使用重点突破的方法，讲解一个或者两个典型的实例，让学生触类旁通，举一反三，从而带动整个知识面的学习。 我们让学生联系已学各门科目的知识点，达到温故知新的目的。由于涉及的已学课程较多，学生由于基础薄弱，前面课程的遗忘率不容忽视，所以在讲解的过程中，对一些重要的知识点，我们还要做一个较为详细的说明，从而可以加强学生的知识储备，为本课程的学习扫清障碍。 传统的教学手段与现代教育技术手段灵活运用：板书、实物模型、多媒体课件等。尤其是在机械部分，考虑到学生的立体思维能力较为薄弱，多媒体和实物模型的使用能更好地帮助学生理解工业机器人各部分的工作原理。 2课程目标 2.1总体目标 《工业机器人应用技术》是一门培养学生具有机器人设计和使用方面基础知识的专业课，本课程主要研究机器人的结构设计与基本理论。通过本课程的学习，使学生掌握工业机器人基本概念、机器人运动学理论、工业机器人机械系统设计、工业机器人控制等方面的知识。 2.2具体目标 2.2.1知识目标 1．了解机器人的由来与发展、组成与技术参数，掌握机器人分类与应用，对各类机器人有较系统地完整认识。 2．了解机器人运动学、动力学的基本概念，能进行简单机器人的位姿分析和运动分析。
PLC的工业机器人设计及发展分析 作者:辛颖 摘要工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术定的原则纲领行动。本文从工业机器人的特点出发,简单介绍了基于PLC的工业机器人关节直流伺服系统的设计,并简单分析了工业机器人的现状及发展. 关键词工业机器人PLC 先进技术 一、引言 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的专门系统。因其灵活性高、输出功率大、定位精确的特点，工业机器人被广泛应用于制造业的各个环节。以其高效，高质、稳定的运转工作，工业机器人为所在行业的高效生产和稳定质量起到重要作用。 在生产方面，以工业自动化为主要发展方向的方针下，我国自主研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，这些研制出来的专用工业机器人，在很大程度上提高了我国生产率和生产效率，对我国国民经济的发展起
到了重要的推动作用。 在军事方面，目前世界上许多国家正在致力于研发军事机器人，并且已有正式投入于现代战争的实例。军事机器人主要被应用于侦查、探测、拆弹等比较危险的方面，军事机器人可以在对人类构成威胁的环境中运行自如，以此来把士兵从充斥着死亡的战场中解放出来。 在人们的生活中，也能发现机器人的影子。医疗机器人，已经应用于用于世界各地的许多手术室中的外科手术机器人，由医用机器人和工业机器人的技术结合而诞生的康复机器人，它们都给人们的生活带来更多的方便。 二、工业机器人特点 工业机器人最显著的特点有以下几个： (1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。 (2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。 (3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、
工业机器人应用技术课程标准 、课程基本信息 先修课程：机械设计基础、电气控制与PLG机电设备故障诊断与维修 后续课程：工业机器人现场编程、自动化工业生产的安装与调试 课程类型：专业选修课 二、课程性质 工业机器人技术是一种综合性的机电一体化技术，包括传动机构、伺服系统、数据处理、人机对话以及与机器人工作性质对应的控制功能等。 本门课程致力培养学生具有机器人安装、调试和维护方面等基础知识的专业选修课，课程理论和应用技术紧密结合，使学生能在较短的时间内了解生产现场最需要的工业机器人的实际应用技术。 三、课程的基本理念 以典型案例为载体，设计课程结构；以职业岗位能力要求为基础，改革课程内 容；以职业素质培养为主线，提升学生职业能力。 四、课程设计 该课程以工业机器人常用的技术原理与应用知识为载体，让学生了解工业机器人基 本原理和应用技能为目标，选取基本工业机器人的机械机构和运动控制、基本操作、搬运机器人及其操作应用、码垛机器人及其操作应用、焊接机器人及其操作应用、涂装机器人及其操作应用、装配机器人及其操作应用等内容，采用任务驱动的方式组织教学内容，以典型案例为载体讲述工业机器人的基础知识，培养学生了解和掌握工业机器人应
用能力。教学的过程是：案例导入T相关知识一案例讲解一知识拓展。 五、课程的目标 （一）总目标 通过本门学习领域课程工作任务的完成，使学生了解工业机器人的分类、特点、组成、工作原理等基本理论和技术，掌握工业机器人的使用的一般方法与流程，具备工业机器人选型、操作以及工作站设计等解决实际问题的基本技能，使学生达到理论联系实际、活学活用的基本目标，提高其实际应用技能，并使学生养成善于观察、独立思考的习惯，同时通过教学过程中的案例分析强化学生的职业道德意识和职业素质养成意识以及创新思维的能力。 （二）具体目标： 1知识: 通过本课程的学习，使学生掌握工业机器人的结构，工业机器人的环境感觉技术，工业机器人控制，工业机器人系统等方面的知识。 2、能力 （1）了解如何操作工业机器人，完成简单的动作。 （2）掌握各种工业机器人的构造原理以及特点。 （3）能分析出简单的故障所在。 （4）能设计出简单的末端操作器。 3、素质 （1）培养学生对机器人的兴趣，培养学生关心科技、热爱科学、勇于探索的精神 （2）培养科学的学习态度与作风，利用先进技术进行开拓创新的专业思维。 （3）培养良好的专业触觉。 六、课程内容与学时分配 （一）课程内容与学时分配表
工业机器人原理及应用实例 一、工业机器人概念 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用 机械装置；由计算机控制，是无人参与 的自主自动化控制系统；他是可编程、 具有柔性的自动化系统，可以允许进行 人机联系。可以通俗的理解为“机器人 是技术系统的一种类别，它能以其动作 复现人的动作和职能；它与传统的自动 机的区别在于有更大的万能性和多目 的用途，可以反复调整以执行不同的功 能。” 二、组成结构 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座 和执行机构，包括臂部、腕部和手部， 有的机器人还有行走机构。大多数工业 机器人有3～6个运动自由度，其中腕 部通常有1～3个运动自由度；驱动系 统包括动力装置和传动机构，用以使执 行机构产生相应的动作；控制系统是按 照输入的程序对驱动系统和执行机构 发出指令信号，并进行控制。 三、分类 工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直 角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升 降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部 能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有 多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。 点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、 装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机 构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和 涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有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。 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。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作； 如具有识别功能或更进一步增加自适 应、自学习功能，即成为智能型工业机 器人。它能按照人给的“宏指令”自选 或自编程序去适应环境，并自动完成更 为复杂的工作。 四、主要特点 工业机器人最显著的特点有以下几个： (1)可编程。生产自动化的进一步发 展是柔性启动化。工业机器人可随其工 作环境变化的需要而再编程，因此它在 小批量多品种具有均衡高效率的柔性 制造过程中能发挥很好的功用，是柔性 制造系统中的一个重要组成部分。 (2)拟人化。工业机器人在机械结构 上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、 手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。 此外，智能化工业机器人还有许多类似 人类的“生物传感器”，如皮肤型接触 传感器、力传感器、负载传感器、视觉 传感器、声觉传感器、语言功能等。传 感器提高了工业机器人对周围环境的 自适应能力。 (3)通用性。除了专门设计的专用的 工业机器人外，一般工业机器人在执行 不同的作业任务时具有较好的通用性。
项目工程设备操作和管理等工作。 主要职业能力 1．具备对新知识、新技能的学习能力和创新创业能力； 2．具备新能源（太阳能、风能等）工程装备操作和管理能力； 3．具备简单机械设备的拆装、调试与维护能力； 4．具备简单机床的操作、加工与零件设计能力； 5．具备新能源（太阳能、风能等）装备性能测试和维护管理能力； 6．具备新能源（太阳能、风能等）装备现场安装和生产调试能力； 7．掌握新能源（太阳能、风能等）装备的生产流程和制造工艺； 8．熟练运用计算机处理工作领域内的信息和技术交流。 核心课程与实习实训 1．核心课程 机械制造基础、机械设计基础、机械制图与CAD、电工电子技术、PLC系统编程与维护、典型光伏生产设备应用与装调、典型风机生产设备应用与装调、生产设备检测技术等。 2．实习实训 在校内进行机加工、CAD、光伏组件生产、小型风机装配、光伏生产设备装调、风机生产设备装调等实训。 在新能源生产设备制造企业进行实习。 职业资格证书举例 机电工程师维修电工 衔接中职专业举例 机电设备安装与维修 接续本科专业举例 新能源科学与工程 5603 自动化类 专业代码560301 专业名称机电一体化技术 基本修业年限三年 培养目标 本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素养，掌握机械加工技术、电工电子技术、检测技术、液压与气动、电气控制技术、自动生产线技术及机电设备维 377
修等基本知识，具备机电一体化设备操作、安装、调试、维护和维修能力，从事自动生产线等机电一体化设备的安装调试、维护维修、生产技术管理、服务与营销以及机电产品辅助设计与技术改造等工作的高素质技术技能人才。 就业面向 主要面向机电一体化设备制造和应用企业，在机电一体化技术及工业自动化技术领域，从事机电一体化设备操作、安装调试、维护维修、现场技术管理、服务与营销，以及机电产品的质量检验和质量管理、机电产品辅助设计与技术改造等工作。 主要职业能力 1．具备对新知识、新技能的学习能力和创新创业能力； 2．具备机电设备和自动化生产线的安装、调试、运行和维护维修能力； 3．具备一般机电一体化设备营销和售后服务能力； 4．具备进行装备制造类企业生产现场技术管理的能力； 5．具备机电产品质量检验和管理能力； 6．掌握阅读及绘制零件图、装配图、原理图和接线图的方法，能识读机电产品和自动化生产线装配图、接线图； 7．熟悉机电一体化设备操作规程与规范，能正确使用工具、量具、仪器仪表及辅助设备； 8．熟练操作机床完成工件加工。 核心课程与实习实训 1．核心课程 机械制图、机械设计与加工、气动与液压技术、电工与电子、电气控制与PLC、自动生产线、工业机器人技术、机电设备维护维修与管理等。 2．实习实训 在校内进行钳工、机加工、数控加工、电子产品设计与制作、小型设备电气系统安装与调试、自动生产线安装与调试等实训。 在机电一体化设备制造和应用企业进行实习。 职业资格证书举例 机修钳工数控机床操作工电工 衔接中职专业举例 机电技术应用机电设备安装与维修机械制造技术 接续本科专业举例 机械电子工程机械设计制造及其自动化 378
《工业机器人技术基础》课程标准 1.课程性质和任务 课程性质:《工业机器人技术基础》是工业机器人技术专业课程体系中的职业基础课程之一，是一门多学科的综合性技术，它涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多学科的内容，是学生职业发展中第一门与工业机器人直接关联的基础课程。是在科学分析确定学院办学定位、明确我院工业机器人技术专业发展方向的前提下，通过对工业机器人技术职业与职业岗位进行整体化的调研与分析形成的一门具有很强的综合性的专业基础课程。 课程任务：主要是引导学生通过对工业机器人本体的认知，掌握工业机器人运动系统设计方法，具有进行总体设计的能力；掌握工业机器人整体性能、主要部件性能的分析方法；掌握工业机器人常用的控制理论与方法，具有进行工业机器人控制系统设计的能力；了解工业机器人的新理论，新方法及发展趋向。掌握工业机器人的一般知识和基本技能，培养学生专业能力及职业能力，为他们走上工业机器人生产第一线的工作岗位做好准备。 2.学习领域描述 工业机器人涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术，其集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体，是工业自动化水平的最高体现。任何从事工业机器人相关岗位的员
工，都有必要预先系统地了解掌握工业机器人的相关知识，包括工业机器人的分类、组成，结构，性能参数，控制技术，传感系统以及典型应用等等，才能够妥善的应对自身职业体系中可能出现的各种问题。 模拟企业新员工的认知流程，学生以小组或独立的工作方式，结合工业机器人认知实训设备，对上述技术要点进行系统的接触、分析、了解和掌握。 3.先修课程和后续课程 先修课程：《电路与电工技术》、《机械制图与CAD》 后续课程：《工业机器人拆装与维护》、《工业机器人离线编程》、《工业机器人操作与编程》 4.课程目标 掌握工业机器人的工作原理和结构知识，掌握六自由度工业机器人的特点及其相关参数知识，能使学生掌握机器人机构设计、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。机器人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的有机融合，通过这门课的学习，使学生对机器人有一个全面、深入的认识，培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力，并相应的掌握一些实用工业机器人控制及规划和编程方法。 学习完本课程后，学生应当能具备从事工业机器人企业生产第一线的生产与管理等相关工作的基础知识和能力储备，包括： （1）了解机器人的由来与发展、组成与技术参数，掌握机器人分类与应用，对各类机器人有较系统地完整认识。 （2）了解机器人运动学、动力学的基本概念，能进行简单机器人的位姿
1.1.工业机器人发展史 1.1.1.1959-1978 机器人技术发展阶段 1956年，美国发明家乔治? 德沃尔（George Devol）和 物理学家约瑟?英格柏格 （Joe Engelberger）成立了 一家名为Unimation的公 司。公司名字来自于两个单 词“Universal”和 “Animation”的缩写。 1959年，乔治·德沃尔和约 瑟·英格柏格发明了世界上 第一台工业机器人，命名为 Unimate（尤尼梅特），意思 是“万能自动”。英格伯格负 责设计机器人的“手”、“脚”、 “身体”，即机器人的机械部 分和完成操作部分；由德沃 尔设计机器人的“头脑”、“神 经系统”、“肌肉系统”，即机 器人的控制装置和驱动装 置。Unimate重达两吨，通 过磁鼓上的一个程序来控 制。它采用液压执行机构驱 动，基座上有一个大机械臂， 大臂可绕轴在基座上转动， 大臂上又伸出一个小机械 臂，它相对大臂可以伸出或 缩回。小臂顶有一个腕子， 可绕小臂转动，进行俯仰和 侧摇。腕子前头是手，即操 作器。这个机器人的功能和 人手臂功能相似。Unimate 的精确率达1/10000英寸。
1971年，日本机器人协会（Japanese Robot Association）成立。这是世界上第一个国家机器人协会。日本机器人协会最初是一个非官方的自发组织，以开展工业机器人座谈会的形式成立。1972年，工业机器人座谈会改名为日本工业机器人协会（Japan Industrial Robot Association ，JIRA），1973年正式注册成立。1994年改为现名――日本机器人协会（Japanese Robot Association，JARA）。日本工业机器人协会更名为日本机器人协会，是因为机器人领域的重大进展导致了对机器人需求的多样化，机器人由制造业扩展到非制造业，例如，核电站、医疗服务及福利事业，民用工程及建筑业以及海洋事业等方面。1974年，第一台弧焊机器人在日本投入运行。日本川崎Array 重工公司将用于制造川崎摩托车框架的Unimate点焊机器人改造成弧焊机器人。同年，川崎还开发了世界上首款带精密插入控制功能的机器人，命名为“Hi-T-Hand”，该机器人还具备触摸和力学感应功能。这款机器人手腕灵活并带有力反馈控制系统，因此它可以插入一个约 10微米间隙的机械零件。
社会需求 工业机器人作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，已成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。目前我国正处于加快转型升级的重要时期，以工业机器人为主体的机器人产业，正是破解我国产业成本上升、环境制约问题的重要路径选择。中国工业机器人市场近年来持续表现强劲，市场容量不断扩大。工业机器人的热潮带动机器人产业园的新建。到目前为止，上海、徐州、常州、昆山、哈尔滨、天津、重庆、唐山和青岛等地均已经着手开建机器人产业园区。产业的发展急需大量高素质高级技能型专门人才，人才短缺已经成为产业发展的瓶颈。 培养目标 本专业主要培养德、智、体、美全面发展，具有在生产一线从事工业机器人及其相关机电设备的安装、编程、调试、运行维护和设备管理的高端技能型专门人才。 培养拥护党的基本路线，具备德、智、体、美等全面发展的综合素质，掌握使用工业机器人为主的工业控制、自动化应用等必备知识，具备从事工业机器人自动化生产线安装、调试、维护、系统集成的综合职业能力，适应工业机器人操作、工业机器人调试、工业机器人生产线维护、工业机器人设备集成和改造等职业岗位任职要求的高素质技术技能应用型人才。
能力要求 要求学生通过三年的学习，能够掌握一般工业机器人的结构、运动原理等基本知识，掌握机器人的安装调试、编程操作、维护与维修的技能，并具有良好的实际生产水平，满足工业机器人应用的技能要求。具有良好的团结协作、钻研、踏实肯干的职业精神与专业素养。相关优秀院校 南阳职业学院 主要课程： 专业核心课程：《机器人机械系统》、《机器人控制技术》、《机器人视觉与传感技术》、《工业机器人应用与编程》、《现场总线技术及其应用》。 主要实践环节：《典型电气控制设备专项训练》、《自动生产线的集成与控制》、《嵌入式控制系统专项训练》、《机器人机械系统专用周》、机器人技术综合实训、《电工电子实训》、《顶岗实习Ⅰ》、《毕业实践》。就业面向 1)面向机器人及其关联设备制造企业，从事机器人及其相关机电设备的应用、编程、调试和系统集成;2)面向机器人及其关联设备销售企业(主要代理公司)，从事机器人及其相关机电设备的应用、编程、调试和维护;3)面向拥有机器人及其关联设备的公司(主要自动化企业)，从事机器人及其相关机电设备的运行维护和系统集成。
《工业机器人技术基础》教学大纲 一、课程基本信息 课程名称：工业机器人技术基础 学时：48 适用对象: 工业机器人技术专业、电气自动化技术专业、机电一体化技术专 业 考核方式：考查 二、课程简介 机器人学是一门高度交叉的前沿学科，机器人技术是集力学、机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等多学科知识之大成，是一项综合性很强的新技术。通过该课程的学习， 使得学生基本熟悉这门技术以及其发展状况，为今后从事工业机器人的操作管 理、维护维修、系统安装调试和集成设计的工作打下基础。 三、课程性质与教学目的 本课程是专业基础课，通过本课程的学习，使学生了解机器人及其应用，掌 握机器人系统组成、机构、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。机器 人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、 控制、检测、通信和计算机的有机融合，通过这门课的学习，使学生对机器人有 一个全面、深入的认识。培养学生综合运用所学基础理论和专业知识分析问题解 决问题的能力。 第1章概述 机器人的基本概念，机器人的组成原理、机器人应用与外部的关系、机器人应用技术的现状 第2章机器人的基础知识 机器人的分类、机器人的基本术语与图形符号、机器人的技术参数、机器人的运动学基础、机器人的动力学基础 第3章机器人的机械结构系统 机器人的机械结构系统、机器人的腕部机构、机器人的手部机构、机器人的行走机构
第4章机器人的驱动系统 机器人的驱动系统概述、电动机及其特性、液压驱动系统及其特性 第5章机器人的控制系统 机器人的控制系统、伺服控制系统及其参数、交流伺服电动机的调速、机器人控制系统结构、机器人控制的示教再现、机器人控制系统举例 第6章机器人的感觉系统 机器人的传感技术、机器人的内部传感器、机器人的外部传感器、机器人的视觉系统、机器人传感器的选择 第7章机器人的语言系统 机器人的语言系统概述、常用的机器人语言简介、机器人的离线编程、机器人的编程示例 第8章工业机器人及其应用 工业机器人概述、焊接机器人、搬运机器人、喷涂机器人、装配机器人 四、各教学环节学时分配 教学环节 教学时数课程内容讲课实验 其他教学 环节 第一章概述 4 第二章机器人的基础知识 4 第三章机器人的机械结构系统 6 1 第四章机器人的驱动系统8 第五章机器人的控制系统8 第六章机器人的感觉系统8 1 第七章机器人的语言系统 6 第八章工业机器人及其应用12
工业机器人技术的应用及未来发展 摘要:结合工业机器人的研究经验与相关文献，对工业机器人的含义、发展原因、组成结构及技术特点等方面展开探讨，阐述了工业机器人技术的应用与未来发展趋势，为进一步促进工业机器人技术应用领域的深层次发展奠定基础。[1] 关键词:工业机器人;机器人技术;应用发展 The application and future development of industrial robot technology Abstract:Combing with the research experience and related literature，the meaning，development reason，composinstructure and technical features of industrial robot were discussed，the application and future development of industrirobot were expounded，which laid a foundation for promoting the deep development in industrial robot technology-appliefield. Key words:Industrial robot;Robot technology;Application development 工业机器人的设计与制造是一个非常复杂的过程,涉及的技术与领域很多,如机电、电气、计算机、工业设计等,其是多种先进技术的有机结合体,因此工业机器人的发展离不开所涉及的各项技术的支持。为了更好地满足人们对使用功能的要求,工业机器人不断地向标准化和网络化发展,以下对工业机器人的技术发展与应用进行浅析。[2] 1机器人的含义及发展原因 机器人就是一种自动化机器，而控制器就是机器人的核心部分，即机器人的“大脑”。机器人的“大脑”不仅具有感知、运作、规划、协同等诸多功能，还可以通过控制机器人的“大脑”定向模拟人类的某些行为与思想。近些年，机器人实现了飞速发展且具有良好的发展前景，主要原因是机器人可以完成许多人们无法完成、不愿意做的工作，特别是在一些恶劣的、危险的、特殊的、极限的工作环境中，都可以指派机器人完成施工作业，使人们远离危险作业环境。[3]在太空、海洋等领域，人类无法在其中工作，由机器人进行探索恰恰能实现预期目标，这也是现今大力发展工业机器人的重要理由。 2工业机器人的国内外发展史 2.1国内发展史 受核心技术的限制,我国在工业机器人领域起步较晚,直到20世纪70年代才有企业和高校开始进行工业机器人的研发,截止到目前,已经开展了近40年的研究,并取得了一定的成果。在早期的研究中,主要是解决国产化的问题,因为缺乏先进的技术和经验,导致在研发过程中出现各种各样的问题,致使进度相对缓慢,随着我国对工业机器人重视程度的提升,并将其列入国家计划当中,工业机器人的发展速度明显提升,尤其是在数个五年计划中均给予工业机器人足够的支持,为其发展提供了良好的契机。[4]近些年来,随着科技的发展和社会的进步,工业机器人被广泛应用于工业生产中,并为企业带来高额的利润,其需求量也在不断扩
工业机器人技术专业人才培养方案 一、培养目标 本专业培养热爱祖国、拥护党的基本路线，适应机械装备制造行业及应用工业机器人的制造行业、汽车制造、电子元件制造、化工、包装、食品加工等行业的生产、建设、管理、服务等一线需要的技术技能型人才，具有较强的实践能力，能够胜任工业机器人本体、工业机器人工作站或智能制造生产线设备的操作、编程、安装、调试、维护、维修、销售和工业机器人相关设备管理等工作，在德、智、体、美等方面全面发展的高素质技术技能型人才。 二、招生对象及学制 （一）招生对象：普通高中毕业生、中职学校毕业生 （二）学制：全日制三年 三、就业面向岗位与能力要求 （一）初始就业岗位、目标就业岗位、拓展岗位和就业范围 1.思想品德、人文和身心素质
2.必备的基础理论知识和专门知识
（1）基本能力： ①培养学生具有较扎实的理工科基础知识、系统的专业基本理论和实践技能，了解学科前沿及发展趋势，增强学生适应未来社会发展的能力。 ②培养学生具有宽口径专业应用知识，掌握本专业高级技术人员所涉及的机械工程基础、传感检测技术、液压与气压传动技术、单片机原理及应用、工业机器人操作与编程、工业机器人自动线安装、调试与维护以及机器人故障诊断等领域的专业知识，具有较强的专业实践能力。 ③使学生获得必要的综合能力和工程训练，具有本专业所需的系统设计和产品开发能力外，还应能够胜任现场系统调试、运行和维护等工作，富有创新意识和创新能力。 ④培养学生熟练掌握一门外语，能比较顺利地阅读专业外文书刊，具有听、说、写的基础。 （2）基本技能 ①钳工技能：根据零件图选择合适的加工方法，完成平面轮廓工件的加工； （小手捶的制作、插销板制作、标尺的制作、刀口尺的制作） ②机加工能力：能够根据零件图选择合适的加工方法。 （木质阶梯手柄制作、六面体铣削加工） ③掌握单片机原理及应用，取得单片机工程师证。 （循迹机器人设计制作、无人机设计、机械手设计制作）
1、机器人安应用类型可以分为工业机器人、极限作业机器人和娱乐机器人。2﹑机器人按照控制方式可分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。 3、工业机器人的坐标形式主要有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。 4、直角坐标机器人的工作范围是长方形形状；圆柱坐标机器人的工作范围是圆柱体形状；球坐标机器人的工作范围是球面一部分状。 5、工业机器人的参考坐标系主要有关节坐标系、工具参考坐标系、全局参考系坐标系。 6、工业机器人的传动机构是向手指传递运动和动力，该机构根据手指的开合动作特点可以分为回转型和移动型。 7、吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为磁吸附和气吸附两种。 8、气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作。按形成压力差的方法，可分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附几种。 9、手臂是机器人执行机构的重要部件，它的作用是支待手腕并将被抓取的工件运送到指定位置上，一般机器人的手臂有3个自由度，即手臂的伸缩升降及横向移动、回转运动和复合运动。 10、机器人的底座可分为固定式和移动式两种。 11、谐波齿轮传动机构主要有柔轮、刚轮和波发生器三个主要零件构成。 12、谐波齿轮通常将刚轮装在输入轴上，把柔轮装在输出轴上，以获得较大的齿轮减速比。 13、机器人的触觉可以分为接触觉、接近觉、压觉、滑觉和力觉五种。 14、机器人接触觉传感器一般由微动开关组成，根据用途和配置不同，一般用于探测物体位置，路径和安全保护。 二、选择题 1、世界上第一台工业机器人是（B ） A、Versatran B、Unimate C、Roomba D、AIBO 2、通常用来定义机器人相对于其它物体的运动、与机器人通信的其它部件以及运动部件的参考坐标系是（ C ） A、全局参考坐标系 B、关节参考坐标系 C、工具参考坐标系 D、工件参考坐标系 3、用来描述机器人每一个独立关节运动参考坐标系是（ B ） A、全局参考坐标系 B、关节参考坐标系 C、工具参考坐标系 D、工件参考坐标系 4、夹钳式取料手用来加持方形工件，一般选择（A ）指端。 A、平面 B、V型 C、一字型 D、球型 5、夹钳式取料手用来加持圆柱形工件，一般选择（ B ）指端。 A、平面 B、V型 C、一字型 D、球型 6、夹钳式手部中使用较多的是（ D ） A、弹簧式手部 B、齿轮型手部 C、平移型手部 D、回转型手部 7、平移型传动机构主要用于加持（ C ）工件。
工业机器人常见五大应用领域及关键技术 去年全球工业机器人销量达到24万台，同比增长8%。其中，我国工业机器人市场销量超过6.6万台，继续保持全球第一大工业机器人市场的地位。但是，按机器人密度来看，即每万名员工对应的机器人保有量，我国不足30台，远低于全球约为50多台的平均水平。 前瞻产业研究院《2016-2021年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》数据显示：2015年我国工业机器人产量为32996台，同比增长21.7%。2016年机器人产业将继续保持快速增长，今年一季度我国工业机器人产量为11497台，同比增长19.9%。此外，数据显示，2015年我国自主品牌工业机器人生产销售达22257台，同比增长31.3%。国产自主品牌得到了一定程度的发展，但与发达国家相比，仍有一定差距。 2016年未来全球工业机器人市场趋势包括：大国政策主导，促使工业与服务机器人市场增长；汽车工业仍为工业机器人主要用户；双臂协力型机器人为工业机器人市场新亮点。 一、什么是工业机器人 工业机器人是一种通过重复编程和自动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统，它结合制造主机或生产线，可以组成单机或多机自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。 当前，工业机器人技术和产业迅速发展，在生产中应用日益广泛，已成为现代制造生产中重要的高度自动化装备。
二、工业机器人的特点 自20世纪60年代初第一代机器人在美国问世以来，工业机器人的研制和应用有了飞速的发展，但工业机器人最显著的特点归纳有以下几个。 1.可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统（ＦＭＳ）中的一个重要组成部分。 2.拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。 3.通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。 4.机电一体化。工业机器人技术涉及的学科相当广泛，但是归纳起来是机械学和微电子学的结合——机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都和微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展和水平。 三、工业机器人常见的五大应用领域 1.机械加工应用（2%） 机械加工行业机器人应用量并不高，只占了2%，原因大概也是因为市面上有许多
工业机器人技术专业简介 专业代码560309 专业名称工业机器人技术 基本修业年限三年 培养目标 本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素养，掌握机械制图、机械设计、电工与电子、电气控制、液压与气动、PLC 应用技术、工业机器人应用技术等基本知识，具备工业机器人系统应用能力，从事工业机器人及工作站系统的安装与调试、维护与维修、技术与生产管理、服务与营销等工作的高素质技术技能人才。 就业面向 主要面向工业机器人制造、工业机器人应用、工业机器人系统集成等企业，从事工业机器人及工作站系统编程、调试、维护、系统集成、产品销售、售后服务等工作。 主要职业能力 1.具备对新知识、新技能的学习能力和创新创业能力； 2.具备安全生产、节能环保等意识，熟悉操作规程与规范，能正确使用常用的工具、量具、仪器仪表及辅助设备； 3.具备工业机器人工作站系统结构安装和电气原理图及接线图识读能力； 4.具备对常见自动化系统中工业机器人进行示教编程的能力； 5.具备伺服驱动系统和检测传感装置的安装调试能力，并能编制逻辑运算程序； 6.具备根据自动化生产线工作要求，编制、调整工业机器人控制程序的能力； 7.具备根据工业机器人应用方案要求，安装、调试工业机器人工作站系统的能力； 8.具备对工业机器人工作站系统设备进行维护、保养，排除简单电气与机械故障
的能力； 9.具备从事工业机器人产品营销和售后服务的能力。 核心课程与实习实训 1.核心课程 电工电子技术、工程制图、工业机器人技术基础、C 语言程序设计、电气控制技术、运动控制技术、液压与气动技术、工业机器人现场编程、工业机器人离线编程技术、可编程控制器技术应用、工控组态与现场总线技术、工业机器人工作站系统集成、工业机器人系统维护等。 2.实习实训 在校内进行钳工、电工电子、电气 CAD、组态软件技术、电气控制、液压与气动技术、可编程控制器技术、工业机器人示教编程、工业机器人离线编程、工业机器人工作站系统集成、工业机器人工作站系统应用综合等实训。 在工业机器人制造、工业机器人应用企业进行实习。 职业资格证书举例 可编程序控制系统设计师工业机器人编程员 衔接中职专业举例 机电技术应用电气运行与控制电气技术应用电子与信息技术 接续本科专业举例 电气工程及其自动化自动化机械电子工程
简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。 答：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。 1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能。 2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。 3.机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。 4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。 工业机器人与数控机床有什么区别 答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链； 2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标系统； 3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。 4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。 简述下面几个术语的含义：自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。 重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同一位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。 工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为 手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。 什么叫冗余自由度机器人 答：从运动学的观点看，完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。 题图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角范围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作范围（画图时可以设L2=3cm）。
我国工业机器人技术的现状与发展趋势 摘要：本文结合在机器人领域的相关工作，分析我 国与机器人强国在机器人产业化方面的差距产生的原因，就工业机器人目前涉及的灵巧操作、自主导航、环境感知、人机交互与安全性等前沿技术的研究做简要的综述。提出我国工业机器人产业发展的若干思考和建议，希望能够在把握国内外工业机器人前沿技术发展动态的同时，为发展我国工业机器人技术与产业提供相关战略思考与建议。 关键词：工业机器人；自主导航；产业化；发展战略 机器人是一种半自主或全自主工作的机器，它能完成有益于人类的工作，应用于生产过程称为工业机器人，应用于特殊环境称为专用机器人（特种机器人），应用于家庭或直 接服务人称为（家政）服务机器人。这种内涵广义的理解是机器人自动化机器，而不应该理解为如翻译的像人一样机器。 国际标准化组织（ISO）对机器人的定义为“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。按照ISO定义，工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控
制能力来实现各种功能的一种机器；它接受人类的指令后，将按照设定的程序执行运动路径和作业。工业机器人的典型应用包括焊接、喷涂、组装、采集和放置（例如包装和码垛等）、产品检测和测试等。 1.国内外工业机器人发展状况 工业机器人从1960年开始，经过50年发展，产业化整机的世界规模100亿～120亿美元，年销售台套16万台套，累计装机量120万～150万台套。工业机器人作为高端制造装备的重要组成部分，技术附加值高，应用范围广，是我国先进制造业的重要支撑技术和信息化社会的重要生产装备，将对未来生产和社会发展及增强军事国防实力都具有十分 重要的意义，有望成为继汽车、飞机、计算机之后出现的又一战略性新兴产业。 世界各国工业机器人发展计划。世界各国纷纷将突破机器人技术、发展机器人产业摆在本国科技发展的重要战略地位。美国、日本、欧洲等地都非常重视机器人技术与产业的发展，将机器人产业作为战略产业，纷纷制定其机器人国家发展战略规划。 美国相关机器人发展计划。美国机器人发展起步早，其发展思路是立足于相关机器人核心技术实现产业化。接着，美国在2013年3月提出了“美国机器人发展发展路线图”，将围绕制造业攻克工业机器人的强适应性和可重构的装配、
《工业机器人技术与应用》试卷 （A ） 一、填空（每空1分，共30分） 1．按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 ___ _ ___ 机器 人、 ____ __ _ 机器人和 ___ ____ 机器人。 2．机器人行业所说的四巨头是__________ 、 __________ 、 __________ 、__________。 3．机器人常用的驱动方式主要有_____ _ ____、 ____ __和______ ____ 三种基本类型。 4．一般来说，机器人运动轴按其功能 可划分为 __ ____ 、 _ 和工装轴，________ 和工装轴统称 _______。 5．从结构形式上看，搬运机器人可分为 __________ 、 __________ 、 __________ 、 __________ 和关节式搬运机器人。 6．码垛机器人工作站按进出物料方式可 分为 __ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和四进四出等形 式。 7．装配机器人常见的末端执行器主要有__ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和 。 8．弧焊系统是完成弧焊作业的核心装 备，主要由 、送丝机、 和气瓶等组成。 9．目前工业生产应用中较为普遍的涂装 机器人按照手腕构型分主要有两种： 涂 装 机 器 人 和 涂装机器人，其中 手腕机器人更适合用于涂装作业。 二、判断（每题2分，共20分） （ ）1．涂装机器人的工具中心点 （ TCP ）通常设在喷枪的末端中心处。 （ ）2．一个完整的点焊机器人系统 由操作机、控制系统和点焊焊接系统几部分组成。 （ ）3. 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。 （ ）4．工业机器人的腕部传动多采 用 RV 减速器，臂部则采用谐波减速器。 班级 姓名 学号