从工业机器人到仿人机器人.ppt

熟悉RobotStudio软件的编程界面，包括菜单栏、 工具栏、程序编辑器、仿真环境等。
编程环境优化
根据个人习惯和需求，对编程环境进行个性 化设置，如调整界面布局、自定义快捷键等 。
基本语法规则和编程技巧
01
程序结构与控制流
学习RAPID语言的程序结构，包 括顺序、选择（if-else）、循环 （for、while）等控制流语句。
多机器人协同作业方案设计
01
机器人通信与协同 规划
建立多机器人之间的通信机制， 实现信息共享和协同规划，确保 各机器人能够协同完成任务。
02
任务分配与负载均 衡
根据机器人的能力和任务需求， 进行合理的任务分配和负载均衡 ，提高整体作业效率。
03
碰撞检测与避免策 略
设计有效的碰撞检测算法和避免 策略，确保多机器人在协同作业 过程中不会发生碰撞事故。
仿真技术原理及应用实践
仿真技术概念及作用阐述
仿真技术定义
利用计算机模型对实际系统或过程进行模拟 ，以预测、分析和优化系统性能的技术。
预测性能
仿真可以避免实际试验的高昂成本，提高研 发效率。
降低成本
通过仿真可以预测实际系统的性能，为决策 提供支持。
优化设计
通过仿真可以优化产品设计，提高产品质量 和性能。
等。
结果分析
对仿真结果进行分析，评 估机器人的性能，如运动
精度、稳定性等。
04
实际操作与案例分析
编程实例演示及讲解
1
实例一
基础搬运任务编程。通过演示和讲解， 使学员掌握ABB工业机器人基础搬运任 务的编程方法，包括如何设置机器人路 径、添加IO信号、调用工具等。
2
实例二
复杂装配任务编程。通过演示和讲解， 使学员掌握ABB工业机器人复杂装配任 务的编程方法，包括如何设置装配流程 、调用子程序、实现高精度定位等。

当前面临挑战分析
01 02
技术瓶颈
机器人技术涉及多个领域，如机械、电子、计算机等，技术集成度高， 目前仍存在许多技术瓶颈，如机器视觉、语音识别等方面的准确性问题 。
法规政策
机器人产业的法规政策尚不完善，涉及安全、隐私等方面的法律法规缺 失，给产业发展带来一定的不确定性。
03
市场应用
机器人市场应用广泛，但不同领域的需求差异大，定制化程度高，如何
国外研究现状
日本、美国、欧洲等发达国家在机器人领域的研究处于领先 地位，拥有众多知名的机器人企业和研究机构。这些国家在 工业机器人、服务机器人、特种机器人等领域都有较为成熟 的应用和产业化经验。
发展历程及未来趋势
发展历程
机器人的发展历程经历了从第一代示教再现型机器人到第二代感觉型机器人，再到第三 代智能型机器人的演变。随着人工智能技术的不断发展，机器人的智能化水平不断提高
02
03
内部传感器
检测机器人自身状态，如 位置、速度、加速度等。
外部传感器
检测外部环境信息，如距 离、温度、声音、光线等 。
传感器融合技术
将多个传感器的信息进行 融合处理，提高检测精度 和鲁棒性。
控制技术
开环控制
根据预设的指令或程序， 对机器人进行精确控制。
闭环控制
通过反馈机制，实时调整 机器人的行为，以达到预 期目标。
校企合作
与企业合作，引入先进技术和资源，为学生提供更多实践机会和就业渠道
社区互动
利用社区资源，开展线上线下交流活动，拓宽学生视野和交际圈
优秀案例展示和评价标准探讨
案例一
学生自主研发智能小车，实现自动寻 迹、避障等功能
案例二
学生利用Python编程实现人脸识别系 统，应用于校园安全管理

•
医疗方面发挥作用。
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微型飞行器：被认为是未来战场上的重要侦察和攻击武器，能以可接受的成本执行某一有价值的任务。这种飞行器必须能够传输实时图像或执行其它功能，有足够小的尺寸（小于20厘米）、足够的巡航范围（如不小于5公里）和飞行时间（不小于15分钟）。
微型战术无人机：可用于战争危险估计、目标搜索、通信中继，监测化学、核或 生物武器，侦察建筑物内部情况。可适 用于城市、丛林等多种战争环境。因为 其便于携带，操作简单，安全性好的优
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•
应用领域的进一步扩大
机器人在制造业中的发展是成功的，正逐步涉足非制造业。随着人类改造大自然要求的提高，以及机器人适应特殊环境能力的增强，农业、林 业、军事、海洋勘探、太空探索、生物医学工程 等行业将是机器人崭露头角的新领域。深入日常生活在人们的日常生活中，各种服务机器人也将向我们走来，娱乐机器人将给我们的生活增添无限乐趣。清洁机器人将减轻我们繁重的家务。保健机器人可为老人和残疾人提供保健帮助，是人
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即分为示教－存储－再现-操作四
•
示教－再现步进行。
示教：方式有两种：(1) 直接示教－手把手；(2) 间接示教－示教盒控制。存储：保存示教信息。再现：根据需要，读出存储的示教信息向机器人发出重复动作的命令。
7.12.13 控制
顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备）按动作先后顺序的设定、检测等。位置信息：作业之间各点的坐标值，包括手爪在该点上的姿态，通常总称为位姿（ POSE）。时间信息：各顺序动作所需时间，即机器人完成各个动作的速度。
•
执4 行机构：机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等，它是机器人运动和完成某项任务所必不可少的组成部分。
5 控制器：是机器人的核心，它负责对机器人的运动和各种动作控制及对环境的识别。现代工业机器人的控制器都是由计算机控制系统组成，控制方式主要有示教再现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。

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日本研制的拟人机器人
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各种仿人手部
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拟人机器人
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双足移动拟人机器人
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履带式移动机器人
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非制造环境下的机器人-步行拟人机器人
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总目录
退出87
北京航空航天大学研究的多指灵巧手
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物
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我国沈阳自动
化所研制的排
爆机器人
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工兵机器人
美国将M60坦克的炮塔去掉后改装的豹式扫雷车
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德国研制的Minebreaker 2000机器人扫雷车
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三、 水下机器人
水下机器人的关键技术 能源技术 水下精确定位、通信和零可见度导航技术 材料技术 作业技术 智能技术 回收技术
第二章 机器人应用
机器人广泛的应用于生活生产及科 研的各个领域，大致分为7类：
工业、军用、水下、空间、服务、 农业、仿人机器人
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1
一、 工业机器人
应用工业机器人的准则 从恶劣工种开始采用机器人 在生产率和生产质量落后部门使用机器人 有长远规划 机器人投入和使用成本 应用机器人时需要人 现有机器机器人化
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水下机器人-水下移动潜水器
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四、 空间机器人
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如何实现可持续性发展。
工业机器人在汽车制造业中 的应用
2
动方式和应用环境的不同，工业机器 人可以被划分为哪几种？
工业机器人在汽车生产线上的表现非
常优异， 既保证了高质量和高效率，
又提高了工作环境的安全性。 让我们
3
工业机器人在电子制造业中
来看看工业机器人如何在汽车制造业
的应用
中大显身手！
工业机器人在电子制造业中起到了极
为重要的作用，令电子产品的生产和
工业机器人在医疗制造业中
4
组装变得更加准确、高效、安全和富
的应用
有成效。让我们来看看工业机器人在
电子制造业中的应用。
工业机器人还应用于医疗行业，如外
科手术中使用受控机械臂等。这些机
器人的高度精度和准确性意味着可以
降低医疗费用、提高标准医疗水平。
让我们一起了解工业机器人在医疗行
业中的应用吧！
工业机器人的系统结构和工作原理
工业机器人的出现在人类历史上仅是短短的几 十年，但其发展历程却令人叹为观止，让我们 一起了解机器人到工业机器人
很多人可能会把机器人和银河系漫游指南中的 机器人形象联想到一起，其实，真正的工业机
工业机器人的分类及应用领域
1
工业机器人的分类
哪些是工业机器人？根据其结构、驱
工业机器人的未来展望和市场前景分析
工业机器人的未来展望
随着科技的迅猛发展，工业机器人的应用越来 越广泛。机器人工程师的需求正在迅速增长， 而随着人工智能和物联网的快速发展，工业机 器人的未来充满了无限可能。
工业机器人市场前景分析
工业机器人市场具有非常良好的发展前景，在 汽车、电子、医疗、军事以及新兴领域，工业 机器人都将发挥越来越重要的作用。让我们一 起来了解工业机器人市场的前景分析。

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机器人相扑大赛
相扑机器人
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雕刻机器人：电脑雕刻系统集扫描、编辑、 排版、雕刻诸功能于一体，是CAD/CAM 一体化的典型产品，能方便快捷地在各种 材质上雕刻出逼真、精致、耐久的二维图 形及三维立体浮雕。
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服务机器人-导盲犬 服务机器人-加油机器人
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娱乐服务机器人-机器狗
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娱乐服务机器人-足球机
器人
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医疗机器人-外科手术机器人
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护士助手机器人
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电缆操作机器人
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清华制造所研制的排水管道清淤机器人
第二章 机器人应用
机器人广泛的应用于生活生产及科 研的各个领域，大致分为7类：
工业、军用、水下、空间、服务、 农业、仿人机器人
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1
一、 工业机器人
应用工业机器人的准则 从恶劣工种开始采用机器人 在生产率和生产质量落后部门使用机器人 有长远规划 机器人投入和使用成本 应用机器人时需要人 现有机器机器人化
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服务机器人-外墙清洗移动机器人 服务机器人-玻璃清洗机器人
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清洗巨人：利用两套计算机和一个机 器人控制器来控制飞机的清洗 ，不仅 减轻了工人的劳动强度，而且大大提 高了工作效率。例如，人工清洗一架 波音747飞机需要95个工时，而机器 人清洗仅需12个工时。

及时反馈给控制系统，控制系统根据这
个反馈信息在发出调整动作的信号，使
执行机构进一步动作，从而使执行系统
一一定的精度到达规定的位置和姿势。
三、工业种类
焊接机器人 喷漆机器人 装配机器人 采矿机器人 搬运机器人 食品工业机器人
①零件供给器
零件供给器的作用是保证机器人能逐个正确地抓取待 装配零件，保证装配作业正常进行。
❖给料器 用振动或回转机构把零件排齐，并逐个送到指 定位置。
❖托 盘 大零件或易磕碰划伤的零件加工完毕后一般应 码放在称为"托盘"的容器中运输，托盘装置能按一定精度 要求把零件送到给定位置，然后再由机器人一个一个取出。
人工智能系统赋予工业机器人五种感觉功能，以 实现机器人对工件的自动识别和适应性操作。具有自 适应性的智能化的机械系统也是当前机电一体化技术 的发展方向，模糊计算机的应用虽然处于这一步的初 级阶段，但真正具有自适应性的智能化系统必将总这 里突破。
4、检测系统
检测系统主要用来检测自己的执行
系统所处的位置、姿势，并将这些情况
二、精密装配机器人
（1）装配机器人（装配单元、装配线）
水平多关节型机器人是装配机器人的典型代表。 它共有4个自由度:两个回转关节，上下移动以及手腕的转 动。 最近开始在一些机器人上配备各种可换手，以增加通用性
手爪主要有电动手爪和气动手爪两种形式
气动手爪相对来说比较简单，价格便宜， 因而在一些要求不太高的场合用得比较多。
机器人举例（视频）
机
机
器
械
爬
手
虫
机
机 器 恐 龙
器 人 走 迷 宫
工业机器人应用
第一节 工业机器人概述
一、工业机器人的含义 二、工业机器人的组成 三、工业机器人的特点 四、工业机器人的分类 五、工业机器人发展简况及趋向

学习方法
部分学员分享了学习机 器人相关知识的有效方 法，如阅读专业书籍、 参加线上课程、加入专 业社群等。
27
对未来机器人发展提出期望和建议
技术创新
期望未来机器人技术能够持 续创新，提高自主性和智能 化水平，更好地适应复杂环 境和任务需求。
应用拓展
建议拓展机器人在更多领域 的应用，如教育、环保、农 业等，为社会进步和经济发 展做出更大贡献。
生物电信号控制机器人
利用生物电信号控制机器人的运动，实现更加自然的交互 方式。
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伦理、法律和社会问题探讨
机器人伦理问题
探讨机器人的道德和伦理标准，以及机器人对人类的影响。
法律和监管问题
研究如何制定和执行相关法律法规，确保机器人的安全使用。
社会和经济影响
分析机器人对社会和经济的影响，以及如何应对相关挑战。
第二代机器人（1990年代-2000年代）
以感知机器人为代表，具有初步的感知和决策能力，但仍需要人工干预。
2024/1/27
第三代机器人（2010年代至今）
以智能机器人为代表，具有高度的自主性和智能化水平，能够实现复杂任务的自主完成。
5
当代机器人技术现状
机器人技术发展迅速，涉及领域 广泛
包括工业机器人、服务机器人、医疗机器 人、农业机器人等。
2024/1/27
7
古代自动机械装置
古希腊神话中的自动机械
中世纪的自动机械
塔罗斯（Talos），一个由青铜制成的 巨人，能够自动识别和攻击敌人。
钟表匠人开始制造具有自动行走、写 字、画画等功能的机械装置，如法国 的Vaucanson制造的自动鸭。
古代中国的自动机械
南朝时期，祖冲之制造的指南车，利 用齿轮传动原理，使车辆在行驶过程 中始终保持方向指向南方。

机械手 机器人走迷宫
机器人举例（视频）
机器爬虫
机器恐龙
工业机器人应用
第一节 工业机器人概述
一、工业机器人的含义 二、工业机器人的组成 三、工业机器人的特点 四、工业机器人的分类 五、工业机器人发展简况及趋向
一、工业机器人的含义
工业机器人是能模仿人体某些器官的功能( 主要是动作功能)、有独立的控制系统、可以改 变工作程序和编程的多用途自动操作装置。 工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调 、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣 环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处 理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和 简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门 中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
按照結构坐標系來分，可以分為 ：直角坐標型 、圓柱坐標型、球坐標型、全關節型。
二、焊接机器人的优點
穩定和提高焊接質量，保証其均勻性。 提高勞動生產率，一天可24小時連續生產。 改善工人勞動條件，可在有害環境下工作。 降低對工人操作技術的要求。 縮短產品改型換代的准備周期，減少相應的設
、大型结构件等喷漆生产线，以保证产
品的加工质量、提高生产效率、减轻操
作人员劳动强度。
二、特点
喷涂机器人在使用环境和动作要求上有 如下的特点:
① 工作环境包含易爆的喷涂剂蒸气; ② 沿轨迹高速运动，途经各点均为作
业点; ③ 多数和被喷涂件都搭载在传送带上
，边移动边喷涂，所以它需要一些特殊 性能。
2、机械本体
（1）机械本体的作用 机械本体用来支承手部、腕部和臂部，驱动装置及
其他装置也固定在机械本体上。 （2）行走机构
对用可以行走的工业机器人，它的机械本体是可以 移动的；否则，机械本体直接固定在基座上。行走机 构用来移动工业机器人。有的行走机构是模仿人的双 腿，有的只不过是轨道和车轮机构而已。 （3）驱动系统

其他领域应用拓展
医疗行业
工业机器人在医疗领域逐渐得到应 用，如手术辅助机器人、康复机器 人等，为医疗行业带来创新和发展 。
农业领域
农业机器人也逐渐兴起，应用于播 种、施肥、除草、收割等农业生产 环节，提高农业生产效率和质量。
教育领域
工业机器人在教育领域的应用也逐 渐增多，如机器人编程教育、机器 人竞赛等，为培养创新型人才提供
高刚度与轻量化
采用高强度材料和结构优 化，实现高刚度与轻量化 的平衡。
精密传动系统
采用高精度齿轮、滚珠丝 杠等传动元件，确保机器 人运动精度。
传感器与感知技术
位置传感器
检测机器人关节角度和位置，实现精 确运动控制。
视觉传感器
通过图像处理技术，识别目标物体和 场景信息。
力/力矩传感器
实时监测机器人受力情况，实现力控 制策略。
05
工业机器人安装调试与维护保养
安装调试流程规范
机械安装
按照图纸要求组装机器人本体 ，确保各部件位置正确、紧固 可靠。
软件调试
配置机器人控制软件，设置相 关参数，测试各功能模块正常 运行。
准备工作
确认机器人型号、规格及配件 齐全，熟悉安装图纸和说明书 。
电气连接
根据电气图纸连接机器人控制 系统及外围设备，检查接线无 误。
智能制造与数字化工厂
智能制造将成为产业升级的重要方向，工业机器人将实现与数字化 工厂的深度融合，提高生产效率和质量。
绿色制造与可持续发展
环保和可持续发展日益受到重视，工业机器人需要实现绿色制造， 降低能耗和排放，提高资源利用效率。
政策法规影响分析
政府支持与引导
政府将加大对工业机器人的支持力度，通过政策引导和资金支持， 推动工业机器人的研发和应用。

机器人
(a) 搬运机器人；(b) 涂料机器人；(c) 焊接机器人
工业机器人的组成
工业机器人一般由执行机构、控制系统、 驱动系统以及位置检测机构等几个局部组 成。
工业机器人的分类
1) 按系统功能分类 (1) 专用机器人：在固定地点以固定程序工作
的机器人。其结构简单，无独立控制系统， 造价低廉，如附设在加工中心机床上的自动 换刀机械手。
▪ 2) 按驱动方式分类 ▪ (1) 气压传动机器人：以压缩空气作为动
力源驱动执行机构运动的机器人，具有动 作迅速、结构简单、本钱低廉的特点，适 用于高速轻载、高温和粉尘大的作业环境。 ▪ (2) 液压传动机器人：采用液压元器件驱 动，具有负载能力强、传动平稳、结构紧 凑、动作灵敏的特点，适用于重载或低速
动作平稳可靠，运行速度快，称重精度高， 缝口位置准确，码垛垛形整齐。 4) 在采矿业中的应用 (1) 特殊煤层采掘机器人 目前，一般煤矿都用综合机械化采煤机采煤， 但对于薄煤层这类特殊情况，
运用综合机械化采煤机采煤就很不方便，有时 甚至是不可能的，而人工采煤作业又十分艰苦 和危险，但如果舍弃薄煤层，又会造成资源的 极大浪费。因此，采用遥控机器人进行特殊煤 层的采掘是最正确的方法。这种采掘机器人应 该能拿起各种工具，比方高速转机、电动机和 其它采爆器械等，并且能操作这些工具。这种 机器人的肩部应装有强光源和视觉传感器，这 样能及时将采区前方的情况传
机器人
▪ 机器人学是人们设计和应用机器人的技术 和知识。
▪ 机器人系统不仅由机器人组成，还需要其 他装置和系统连同机器人一起来共同完成 必需的任务。
▪ 机器人学是一门交叉学科，它得益于机械 工程、电气与电子工程、计算机科学、生 物学以及其他许多学科。

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13
1973
1973
世界第一台安装有动态视觉的工业机器人 1973年，日本日立公司（Hitachi）开发 出为混凝土桩行业使用的自动螺栓连接机 器人。这是第一台安装有动态视觉传感器 的工业机器人。它在移动的同时能够认识 浇铸模具上螺栓的位置，并且和浇铸模具 的移动同步，完成螺栓拧紧和拧松工作。
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先驱。1969年，川崎重工公司成功开发
了 Kawasaki-Unimate2000 机 器 人 ， 这
是日.本生产的第一台工业机器人。
9
1970
1970
国际机器人研讨会成立
1970年，在美国芝加哥举行第一届美国工业机器人研讨会。 一年以后，该研讨会升级为国际工业机器人研讨会 （International Symposium on Industrial Robots，ISIR）。 举行国际工业机器人研讨会的目的是给在机器人领域的世界各 地的研究人员和工程师提供一个机会以展示他们的作品，并分 享自己的想法。1997年，该研讨会更名为国际机器人研讨会 （International Symposium on Robotics，ISR），其中包 括服务机器人的技术。 目前，国际机器人研讨会（ISR）继续开展有关机器人的所有 科学、技术和产业发展的会议议题。研讨会的主要目的是加强 学术界和产业界的联系。现在的ISR配合国际机器人展每年举 办一次，由美国、欧洲或亚洲的某个国家机器人协会主办。
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20
1977
1977
首届恩格柏格机器人奖颁布
1977年，首届恩格柏格（Engelberger）机器人奖颁 布。恩格柏格机器人奖是世界上最负盛名的机器人荣誉。 该奖项授给那些在机器人产业的技术开发、应用领域作 出卓越贡献的个人。每位获奖者获得一笔酬金和带有下 面题词的纪念章，“在为人类服务的机器人科学的进步 做出贡献。” 恩 格 柏 格 机 器 人 奖 每 年 由 机 器 人 工 业 协 会 （ Robotic Industries Association，RIA）授予给世界各地在机 器人领域作出杰出贡献的个人。自1977年首届恩格柏 格机器人奖颁布以来，至今该奖项已授给世界上17个 不同国家的114名杰出个人。

加藤一郎提出的具有如下三个条件的机器称为机器 人：
1.具有脑、手、脚等三要素的个体 2.具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息） 和接触传感器 3.具有平衡觉和固定觉传感器
1987年 国际标准化组织的定义
机器人的动作机构具有类似于人或其他生物的某 些器官（肢体、感受等）的功能；
机器人具有通用性，可从事多种工作，可灵活改 变动作程序；
接近觉 研究它的目的是是使机器人在移动或操作过程中获 知目标（障碍）物的接近程度，移动机器人可以实现避障， 操作机器人可避免手爪对目标物由于接近速度过快造成的 冲击。
机器人技术
机器人感知系统
听觉 机器能听懂人的话吗？随着语音识别技术的发展，梦想 正在变为现实。
观看一个春晚的小品：《机器人趣话》
形状记忆合金：指具有一定初始形状 的合金在低温下经塑性形变并固定成 另一种形状后，通过加热到某一临界 温度以上又可恢复成初始形状的一类 合金。 人工肌肉 光驱动器
机器人技术
人工智能系统
机器人的大脑有计算机硬件和人工智能控制软件组成。 人工智能系统是一个知识处理系统，它包含三个基本问题：知识 表示、知识利用和知识获取。 人工智能对于机器人来说，是指机器人的“大脑”具有能执行通 常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、理解、设 计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。 人工智能系统的发展，表现为机器人越来越聪明和能干。
第一代机器人是“可编程机器人”：这种机器人一般可以根据操作人员 所编的程序, 完成一些简单的重复性操作。这一代机器人是从 60 年代后 半叶开始投入实际使用的, 目前在工业界已得到广泛应用。 这种机器人 不具有外界信息的反馈能力，不能适应环境的变化。
第二代机器人
第二代机器人是“感知机器人”：又叫做自适应机器人, 它在第一代机 器人的基础上发展起来的, 能够具有不同程度的“感知”周围环境的能 力。这类利用感知信息以改善机器人性能的研究开始于 70年代初期, 到 1982 年, 美国通用汽车公司为其装配线上的机器人装配了视觉系统, 宣 告了感知机器人的诞生, 在 80 年代得到了广泛应用。机器人工作时，根 据感觉器官（听觉、视觉、触觉传感器）获得的信息，灵活调整自己的 工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。