工业机器人绪论汇总.共62页

控制系统
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第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
■工业机器人示教器
示教器是人机交互的一个接口，也称示教盒或示教编程器，主要由液晶屏和可供 触摸的操作按键组成。操作时由控制者手持设备，通过按键将需要控制的全部信 息通过与控制器连接的电缆送入控制柜中的存储器中，实现对机器人的控制。示 教器是机器人控制系统的重要组成部分，操作者可以通过示教器进行手动示教， 控制机器人到达不同位姿，并记录各个位姿点坐标，也可以利用机器人语言进行 在线编程，实现程序回放，让机器人按编写好的程序完成轨迹运动。
随着工业机器人的应用越来越广泛，我国也在积极推动我国机器人产业的发展。
尤其是进入“十三.五”以来，国家出台的《机器人产业发展规划（2016-2020）》对机
器人产业进行了全面规划，要求行业、企业搞好系列化、通用化、模块化设计，积极
推进工业机器人产业化进程。
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第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
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第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
1.1 工业机器人定义及其发展 工业机器人定义 定义虽不同，但有一定的共性： 工业机器人是由仿生机械结构，电机、减速机和控制系统组成的，用于从 事工业生产，能够自动执行工作指令的机械装置。它可以接受人类指挥， 也可以按照预先编排的程序运行，现代工业机器人还可以根据人工智能技 术制定的原则和纲领行动。 一般情况下，工业机器人应该具有四个特征： 1. 特定的机械结构； 2. 从事各种工作的通用性能； 3. 具有感知、学习、计算、决策等不同程度的智能； 4. 相对独立性。
量22.5万台，亚洲的销量占到2/3，中国市场的机器人销量近45500台，增长35%。到目
前为止，全球的主要机器人市场集中在亚洲、澳洲、欧洲、北美，其累计安装量已超

------Science Fiction play :called "R.U.R.: Rossum's Universal Robots", written in 1921.
------In Capeks play, robots were humanoid (human-like in form) machines created by Rossum and his son to be used as servants for people.
表面处理、打孔、焊接
图06 激光加工机器人
和模具修复等。
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真空机器人
真空机器人是一种在真
空环境下工作的机器人，
主要应用于半导体工业
中，实现晶圆在真空腔
室内的传输。真空机械
手难进口、受限制、用
量大、通用性强，其成
为制约了半导体装备整
机的研发进度和整机产
品竞争力的关键技术。
而且国外对中国买家严
加审查，归属于禁运产
• 工业机器人的研究源于遥控机械手和数控机床的研发。
•
20世纪50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研
究能搬运核原料的遥控操纵机械手，这是一种主从型控制
系统，主机械手的运动。系统中加入力反馈，可使操作者
获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作
者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的
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2) “Robotics”
-----from Issac Asimov, who used this word for the first time to describe the science of robots.
1959年第一台工业机器人在美 国诞生（Unimation），开创了机 器人发展的新纪元。

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80年代 开始进入智能机器人研究阶段
• 80年代，不同结构、不同控制方法和不同用途的工业机器人在工业发达国 家真正进入了实用化的普及阶段。
• 随着传感技术和智能技术的发展，开始进入智能机器人研究阶段。
• 机器人视觉、触觉、力觉、接近觉等项研究和应用，大大提高了机器人的 适应能力，扩大了机器人的应用范围，促进了机器人的智能化进程。
器人、微操作和微装配机器人等。
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1.4 机器人的结构与控制方式
( Structure and Control of Robots )
1.4.1 机器人的结构 ( The Structure of Robot )
• 简单地说，机器人主要由执行机构、驱动和传动装置、传感器 和控制器四大部分构成（如图）。
• 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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日本三菱公司产MOVEMASTER-EX 五自由度机器人
▼ MOVEMASTER-EX 五 自由度机器人结构图
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• 按照结构形态，负载能力和动作空间划分可分为
• 超大型机器人：负载能力 1000 kg 以上 • 大型机器人：100-1000 kg / 10 m2 以上 • 中型机器人：10-100 kg / 1 –10 m2 • 小型机器人：0.1-10 kg / 0.1-1 m2 • 超小型机器人：0.1 kg 以下 / 0.1 m2 以下
剧中的人造劳动者取名为Robota，捷克语的意思是 “苦力”、“奴隶”。英语的Robot一词就是由此而来的， 以后世界各国都用Robot作为机器人的代名词。

想象 工业应用 商业应用 个人应用
1998年丹麦乐高公司推出机器人 （Mind-storms）套件，让机器人制造变 得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼 装，使机器人开始走入个人世界。
三、 工业机器人的发展过程
工业机器人的发展过程可分为三个阶段：
①
②
③
第一代机器人 ----示教再现机器人 第二代机器人 ----带感觉的机器人 第三代机器人 ----智能机器人
工业机器人的由来
1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》
中将外表像人的机器起名为android，它由四部分组成：
1：生命系统（平衡、步行、发声、身体摆动、感觉 、表情、调节运动等）； 2：造型解质（关节能自由运动的金属覆盖体，一种 盔甲）；
3：人造肌肉（在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等
身体的各种形态）；
电力驱动
这种驱动是目前在工业机器人中用的 最多的一种。早期多采用步进电动机(SM) 驱动，后来发展了直流伺服电动机(DC)， 现在交流伺服电动机(AC)驱动也开始广泛 应用。上述驱动单元有的直接驱动机构运 动．有的通过谐波减速器装置来减速，结 构简单紧凑。
液压驱动
液压传动机器人有很大的抓取能力， 抓取力可高达上百公斤力，液压力可达 7MPa，液压传动平稳，动作灵敏，但对密 封性要求高，不宜在高或低温现场工作， 需配备一套液压系统。

与已定义的外部环境交流Leabharlann 与硬件环境的交互
与未定义的外部 环境的交流

与外部设备的通信 工作域中的障碍 自由空间的描述 操作对象物的描述 与生产单元监控计算机所提 供的管理信息系统的通信
从外部环境中感知、

与软件环境的交互

学习、判断和推理， 实现环境预测，产生 新的适应指令，并根 据客观环境规划自己 的行动。

1949-1953 美国麻省理工学院开始研制数控铣床

随 着 先 进 飞 机 制 造 的 需 要 ， 美 国 麻 省 理 工 学 院 辐 射 实 验 室 （ MIT Radiation Laboratory）开始研制数控铣床。 1953年研制成功能按照模型轨迹做切削动作的多轴数控铣床。


1954年 “可编程”“示教再现”机器人
工业机器人技术
Technology of Industry Robots
北京联合大学 Beijing Union University
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2015年5月11日
章节安排
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
绪论 工业机器人机械系统设计 工业机器人运动学 工业机器人静力计算及动力学分析 工业机器人控制 工业机器人感觉系统 工业机器人轨迹规划与编程 工业机器人应用
术，研制出第一台真正意义上的工业机器人，并成立了Unimation 公司， 开始定型生产名为Unimate的工业机器人。

两年后，美国“机床与铸造公司”（ AMF ）也生产了另一种可编程工业 机器人Versatran。

70年代 机器人技术发展成为专门学科

机器人产业得到蓬勃发展，机器人技术发展成为专门学科，称之为机器人 学（Robotics）。 机器人的应用领域进一步扩大，不同的应用场所，导致了各种坐标系统、 各种结构的机器人相继出现，大规模集成电路和计算机技术飞跃发展使机 器人的控制性能大大提高，成本不断下降。
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2015年5月11日
按照结构形态，负载能力和动作空间划分可分为
超大型机器人：负载能力 1000 大型机器人：100-1000 kg 中型机器人：10-100 kg 小型机器人：0.1-10 kg 超小型机器人：0.1 kg

绪论
名称：BigDog 研制：由波士顿动力公司、福斯特-米勒 公司、喷气推进实验室，以及哈福大学康 德菲尔德研究站共同于2005年研发。 心脏：带有液压系统的单缸两冲程汽油发 动机 身高：0.7m 体长：1m、 体重：约75kg 负重：154 kg
1. 二十世纪的伟大发明
量子理论 相对论 原子能技术 信息技术 DNA技术 机器人技术
6.我国机器人发展
搬运机器人 海尔机器人公司
6.我国机器人发展
机器人应用工程 一汽集团 沈阳自动化所 哈工大
6.我国机器人发展
水下6000米无缆自治机器人 沈阳自动化研究所，蒋新松院士
6.我国机器人发展
蒋新松（1931－ 1997）院士
6.我国机器人发展
水陆两栖蛇形机器人 沈阳自动化所
6.我国机器人发展
3.工业机器人应用
全自动焊接生产线 冲压搬运机器人
机器人椅脚自动抛光 不锈钢架氩弧焊
3.工业机器人应用
工业机器人玻璃包边
工业机器人码垛
机器人双机搬运
4.机器人引发的事故
1978年9月6日，日本广岛一家工厂的切 割机器人在切钢板时，突然发生异常，将 一名值班工人当作钢板操作，这是世界上 第一宗机器人杀人事件。
9.机器人技术发展方向
⑴ 缩短实时系统响应的总时间； ⑵ 具有先进的人工智能以增强自主决策能力； ⑶ 传感器和执行器更为小巧和轻便以减小机器人的体 积并提高能效； ⑷ 具有能量监测和发电能力以延长自主工作时间。
谢谢大家！
4.机器人引发的事故
1982年5月，日本山梨县阀门加工厂的一 个工人，正在调整停工状态的螺纹加工机
器人时，机器人突然启动，抱住工人旋转
起来，造成了悲剧。
4.机器人引发的事故

40、学而不思则罔放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
工业机器人课件详解4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳

机器人可以通过语音、文字、图像等多种方式与人类进行交互， 提供更加自然和多样化的交流体验。
情感识别与表达
结合情感计算技术，机器人能够识别和表达情感，使人机交互更 加富有情感色彩。
个性化交互
根据用户的个性化需求和偏好，机器人可以提供定制化的服务和 交互体验，提高用户满意度。
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未来展望与产业发展趋势
控制与优化技术
控制理论
介绍控制理论在机器人控制中的 应用，如PID控制、鲁棒控制、
自适应控制等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
优化算法
阐述优化算法在机器人控制中的 作用，如遗传算法、粒子群算法、
模拟退火算法等。
多机器人协同控制
探讨多机器人系统中的协同控制 方法，如分布式控制、集中式控
制、分层式控制等。
04
典型机器人系统介绍及案例分析
THANKS
感谢观看
国外研究现状
美国、日本和欧洲等发达国家在机器人技术研究方面处于领先地位。这些国家不仅拥有先进的研发技术和丰富的 经验积累，还形成了完整的产业链和生态系统。近年来，随着人工智能技术的快速发展，国外机器人技术开始向 智能化、自主化方向发展。
02
机器人基本原理与结构
机器人运动学原理
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02
03
机器人运动学概述
应用案例
工业机器人在汽车制造、电子制造、塑料制品等领域得到广泛应用。例如，在汽车制造中 ，工业机器人可完成车身焊接、零部件装配等任务，提高生产效率和产品质量。
服务机器人系统及应用案例
服务机器人的定义和分类
服务机器人是一种能够为人类提供服务的自动化设备，根据服务内容和场景可分为家用服务机器人、医疗服务机器人 、教育服务机器人等。
传感器与执行器的集成

5、按驱动方式分类 气压传动机械手：以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点
是：空气来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低，无污染。但是 ，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低。
液压传动机械手：以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是： 具有较大的抓举能力，可达上千牛顿，传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置 要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工 作。
5、行走机构 当工业机械手需要完成较远距离的操作或扩大使用范围时， 可在机座上安装滚轮、轨道等行走机构，实现工业机械手的 整机运动。滚轮式行走机构可分为有轨和无轨两种。驱动滚 轮运动则应另外增设机械传动装置。
6、机座 机座是机械手的基础部分。机械手执行机构的各部件和驱动 系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。
机械传动机械手：由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等） 驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力由工作机械传递。它的 主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于工 作主机的上、下料。
表2-6 TCP固定功能下各轴的运动方式
轴
运动方式
轴1
主运动轴 轴2 TCP平移运动方向取决于坐标系
轴3
腕运动轴
轴4
轴5
末端点位置不变，姿态分别绕X、 Y、Z轴转动
轴6
注：在不同坐标系下腕运动轴的转动方向是不同的。
2.1.3 机械手的组成
工业机器人机械本体即机械手包括手部、手腕、手臂 和立柱等部件，有的还增设行走机构。
臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。手臂的各种 运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现。

第1章 绪 论
图 1.8 火星探险者
第1章 绪 论
1.2 工业机器人的应用和发展
工业机器人的应用 1.2.1 工业机器人的应用 工业机器人最早应用于汽车制造工业, 常用于焊接、 喷 漆、上下料和搬运。工业机器人延伸和扩大了人的手足和大脑 功能,它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣 环境中的工作; 代替人完成繁重、单调的重复劳动, 提高劳动 生产率, 保证产品质量。 工业机器人与数控加工中心、 自动 搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算 机集成制造系统(CIMS), 实现生产自动化。
第1章 绪 论 从20世纪90年代初期起, 我国的国民经济进入实现两个根 本转变时期, 掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮。 我国的工业机器人又在实践中迈进了一大步, 先后研制出了点 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, 为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。
第1章 绪 论 智能机器人不仅可以进行预先设定的动作, 还可以按照工 作环境的变化改变动作。 综合机器人是由操纵机器人、示教再现机器人、智能机器 人组合而成的机器人, 如火星机器人。1997年7月4日, “火星 探险者”(Mars Pathfinder)在火星上着陆, 着陆体是四面体 形状,着陆后三个盖子的打开状态如图1.8所示。它在能上、下、 左、右动作的摄像机平台上装有两台CCD摄像机,通过立体观测 而得到空间信息。整个系统可以看作是由地面指令操纵的操作 机器人。
第1章 绪 论
第1章 绪 论
1.1 机器人的分类 1.2 工业机器人的应用和发展 1.3 工业机器人的基本组成及技术参数 习题

应用领域不断扩大
工业机器人的应用领域正在不断扩大，除了传统的制造业，还将深入 到医疗、农业、服务业等多个领域。
THANKS
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安全巡检
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工业机器人在安全巡检行业中用于代替人工进行危险环境的巡
检工作，如核电站、石油化工等领域的巡检和维护。
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总结与展望
工业机器人的发展成果与贡献
生产效率大幅提高
工业机器人的广泛应用使得生产线上的劳动力得到极大解放，生 产效率显著提高。
降低生产成本
通过使用工业机器人，企业可以大幅减少人工成本，同时降低残 次品率，提高产品质量。
工业机器人广泛应用于生产线 上的装配、焊接、喷涂等环节 ，提高生产效率和产品质量。
物料搬运
工业机器人可以承担重物搬运 、零件配装等任务，减轻工人 劳动强度，提高生产效率。
精密加工
工业机器人可以完成高精度、 高强度、高危险性的加工任务 ，提高生产效率和产品质量。
定制化生产
工业机器人可以根据客户需求 进行定制化生产，满足不同客
监视。
语音识别与合成
通过语音识别技术，实现人对机 器人的语音控制和信息输入，同 时通过语音合成技术，实现机器
人对人的语音输出。
自然语言处理
通过自然语言处理技术，实现人 对机器人的文本控制和信息输入 ，同时通过自然语言处理技术，
实现机器人对人的文本输出。
机械结构设计
机构设计
材料选择
根据应用场景和功能需求，设计机器人机 械结构，包括关节设计、传动系统设计、 负载设计等。
表面贴装
工业机器人携带贴片机 ，进行电子设备的表面 贴装工作，如将芯片和 元器件贴装到PCB板上 。
其他行业中的应用案例分析