工业机器人

点焊机器人
弧焊机器 人
装配机器人
高精度装配机器人
汽车装配机器 人
装配机器人主要从事零部件的安装、拆卸以及修复等 工作，由于近年来机器人传感器技术的飞速发展，导致机 器人应用越来越多样化，直接导致机器人装配应用比例的 下滑。
喷涂机ห้องสมุดไป่ตู้人
机器人喷涂主要指的是涂装、点胶、喷漆等工作，由 于喷涂工序中雾状漆料对人体有危害，喷涂环境中照明通 风等环境很差，而且不易改进，因此喷涂机器人已广泛用 于汽车车体，家电产品和各种塑料制品的喷涂作业。
控制软件开发环境
一般工业机器人公司都有自己独立的开发环境和独立的机器人编程 语言，如日本Motoman公司、德国kuka公司、美国的Adept公司、瑞典的 abb公司等，机器人系统开发环境有TeamBots 、 ARIA 、 Player/Stage，、Pyro、CARMEN、MissionLab、ADE.V、 Miro.v.CVS-March17、MARIE.、FlowDesigner.、RobotFlow
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工业机器人关键技术 (1)关键技术——减速器
(2)关键技术——控制器
(3)关键技术——伺服系统
机器人关键技术：减速器 机器人减速器通常有RV减速器和谐波减速器两种
相比于谐波减速器，RV减速器具有更高的刚度和回转精度。因此在 关节型机器人中，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的 位置；而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部；
ABB Robotics
ABB Robotics 是一家上市公司，专注 于工业和操作型机器人。它位于瑞士苏黎 世。ABB 是一家领先的工业机器人、模
块化制造系统与服务的提供商。它提供强
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一、背景
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制定 的原则纲领行动。 1920年，捷克剧作家 卡雷尔·恰佩克在其科幻剧本 《罗萨姆万能机器人制造公司》 （Rossum‘s Universal Robots） 首次使用了ROBOT这个名词，之后 便成为机器人的代名词
(2)关键技术——控制器
(3)关键技术——伺服系统
控制器是机器人的大脑，发布和传递动作指令。包括硬件和软件 两部分： 硬件就是工业控制板卡，包括一些主控单元、信号处理部分等电路 软件部分主要是控制算法、二次开发等
工业机器人控制系统硬件结构
多采用计算能力较强的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel 系列等芯片组成。此外，将特定的处理器与所需要的接口集成在一起 的定制芯片，可简化系统外围电路的设计，缩小系统尺寸，并降低成 本。
卡艾萨克·阿西莫夫
(Isaac Asimov，1920－ 1992）著名科幻小说家、 科普作家
一、背景
1947年10月，维纳写出划时代 的著作《控制论》，1948年出版。
它揭示了机器中的通信和控制 机能与人的神经、感觉机能的共同 规律；为实现机器人的控制提供了 科学理论。
（Norbert Wiener） 美国应用数学家
一、背景
2016年是“十三五”开局之年，我国政府提出《中国制造2025》 发展规划，积极抢占未来科技和产业竞争制高点，从国家战略高度确 定了我国未来十年的发展方向和我国装备制造业转型升级的必由之路。 提出大力支持新能源汽车、高档数控机床及工业机器人等领域的发展， 这将有力推动工业机器人水平进一步发展。
电机用于驱动机器人的关节，要求是要有最大功率质量比和扭 矩惯量比、高启动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别 是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动 机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性， 并且有较大的短时过载能力。
电机性能比较
从使用上的角度来分析： 1、频矩特性：伺服电机>步进电机
诺伯特· 维
一、背景
1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机 器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由 于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。
一、背景
工业机器人发展历程：
•1959年，德沃尔与约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。 •1961年，世界第一台工业机器人应用于工业现场（通用汽车公司）。 •1962年，世界第一台圆柱坐标型工业机器人诞生。命名“Verstran”。 •1969年，首台点焊机器人在通用汽车公司投入使用。 •1969年，挪威Traflla提供了首台商业化应用的喷漆机器人。 •1970年，举行了美国第一届工业机器人研讨会，后更名为国际机器人研讨会ISR。 •1973年，日本日立公司开发了世界第一台安装有动态视觉的工业机器人。 •1974年，瑞典通用电机公司开发出世界第一台全电力驱动，由微处理器控制的工业 机器人IRB6。
目前，全球减 速器市场被日本纳 博特斯克和哈默纳 克两家公司垄断。 并与机器人用户签 订独家供货协议。 国内秦川和绿 的有对应产品，但 与国外差距较大。
RV（Rot-Vector）减速器
RV减速器是在摆线针轮传动基础上发展起来的，具有二级减速和中心 圆盘支承结构。自1986年投入市场以来，因其传动比大、传动效率高、运 动精度高、回差小、低振动、刚性大和高可靠性等优点是机器人的“御 用”减速器。
卡雷尔· 恰佩克
(KarelCapek，1890—1938)
捷克剧作家、科幻文学家、童话寓言家
一、背景
1942年阿西莫夫为机器人提 出的三条“定律”，规定所 有机器人必须遵守： 1.机器人不得伤害人类，且确 保人类不受伤害； 2.在不违背第一法则的前提下， 机器人必须服从人类的命令； 3.在不违背第一及第二法则的 前提下，机器人必须保护自己。
一、背景
近年来，各发达国家纷纷制定符合本国工业发展的复兴计划 以加强本国制造业的竞争力。美国再工业化和工业互联网战略、 德国工业4.0战略、日本机器人新战略、欧洲火花计划、韩国机 器人强国战略、新工业法国、中国制造2025战略，全部将发展重 点瞄向机器人。机器人将对全球科技创新和产业格局带来重大的 影响。
2、控制精度：伺服电机>步进电机
3、低频特性：伺服电机>步进电机 4、过载能力：伺服电机>步进电机 5、控制性能：伺服电机>步进电机 6、响应特性：伺服电机>步进电机
伺服系统外资企业占据绝对优势。日系品牌凭借良好的产品性能
与极具竞争力的价格垄断了中小型OEM市场。2014年，伺服系统市场
TOP15厂商中，前三名均为日系品牌，总份额达到45%。西门子、博 世、施耐德等欧系品牌占据高端，整体市场份额在30%左右。国内企
工业机器人涉及哪 些行业和领域？
应用行业
汽车制造业 电子电气行业 食品行业
家用电器行业
应用行业
橡胶及塑料工业
金属成形行业
烟草行业
化工行业
应用领域占比
2% 8% 10% 45%
机械加工应用（4%）
机器人喷涂应用（6%）
机器人装配应（10%）
35%
机器人焊接应用（35%）
机器人搬运应用（45%）
机械加工机器人
水射流切割
激光切割
机械加工行业机器人应 用量并不高，原因是因为市 面上有许多自动化设备可以 胜任机械加工的任务。机械 加工机器人主要从事应用的 领域包括零件铸造、激光切 割以及水射流切割。
随着制造业的发展，机器人涉及的领域也越来越大，工业机器 人的出现，不仅能提高效率、提高生产品质，而且还能减少人 工成本，因此工业机器人也深入到企业的心脏。工业机器人不 局限于某一个行业，用途比较广泛。
工业机器人关键技术
工业机器人主要由四大部件构成。目前我们所说的工业机器人，是 集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科技术于一体 的自动化装备，由精密减速器、伺服电机、控制系统与本体几大部分构 成。
机器人三大关键技术
减速器、控制器、伺服系统 工业机器人成本份额 2014年精密减速器市场份额
搬运机器人
目前搬运仍然是机器人的 第一大应用领域，约占机器人 应用整体的4成左右。许多自动 化生产线需要使用机器人进行 上下料、搬运以及码垛等操 作。近年来，随着协作机器人 的兴起，搬运机器人的市场份 额一直呈增长态势。
焊接机器人
机器人焊接应用主要包括在汽车行业中使用的点焊 和弧焊，虽然点焊机器人比弧焊机器人更受欢迎，但是 弧焊机器人近年来发展势头十分迅猛。许多加工车间都 逐步引入焊接机器人，用来实现自动化焊接作业。
动力+传动+执行+智能+辅助 • 恩格斯---自然辩证法中的定义 • 我们的理解 动力+传动+执行---本课程的后面内容 辅助—人机关系、绿色环保、安全、维护。。。 智能—自动、控制、决策、智慧。。。 ---无人驾驶、辅助驾驶。。。
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国际标准化组织(ISO):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，能够借助可编程操作来处理各种材料、 零件、工具和专用装置，以执行种种任务。 中国定义：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人 或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是 一种具有高度灵活性的自动化机器。 在工业领域内应有的机器人—工业机器人。通常的定义：工业机器人是一种 模拟人的手、臂的动作，按照预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬 运工件或操作工具的自动化机器。
可达到50-4000，而传动效率高达92%-96%。
HarmonicaDrive产品结构示意
HarmonicaDriveCSF-LW系列产品
按照波发生器的不同有凸轮式、滚轮式和偏心盘式
凸轮
柔轮 钢轮
滚轮
柔轮
钢轮
柔轮
钢轮
凸轮式
滚轮式
偏心盘式
谐波减速器原理
提纲
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工业机器人关键技术 (1)关键技术——减速器
国家战略 展示科技工作者智慧、社会和普通民众关注度。 标志着一个国家高科技水平、国家先进装备制造业的先进水平和综 合实力、工业竞争力强弱。 其应用保障劳动安全，减轻劳动强度，提高生产效率和产品合格 率，提高产品质量和品质。 经济发展的牵引力和推动力 --和计算机、网络技术一样，正在日益改变着人类的生产和生活方 式。机器人的产业化也必然像计算机、汽车一样在国民经济中占有 重要地位。
•1975年，Olivetti公司开发的世界第一台直角坐标型工业机器人（SIGMA）诞生。
•1978年美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已 经完全成熟。
一、背景
工业机器人在经历了诞生、成长、成熟期后，已成为制造业中必 不可少的核心装备，工业机器人不仅在工厂里成了工人必不可少的伙 伴，而且正在以惊人的速度向航空航天、军事、服务、娱乐等人类生 活的各个领域渗透。
业整体份额低于10%左右。 控制器和伺服系统关联紧密，用户选择的排序分别是可靠稳定性、
价格、服务，从服务和性价比入手是国内企业突破的方向。但这需要对 运动控制领域长期深入的研究，大量资金投入和长时间的市场验证，对
技术、资金、人才要求都较高，国内上市公司如新松、新时达、汇川技
术、广州数控、埃斯顿等具备类似的条件。
RV减速器原理
RV减速器特点
RV减速器有以下特点 (1) 结构封闭、紧凑，体积小重量轻 (2) 运动平稳、精度高，轴承寿命长 (3) 传递效率高、速比范围大 (4) 噪音小、刚度大，抗冲击能力强 (5) 过载能力强
谐波减速器
谐波减速器由三部分组成：谐波发生器、柔性轮和刚轮。谐波减 速器传动比大、外形轮廓小、零件数目少且传动效率高。单机传动比
提纲
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工业机器人关键技术 (1)关键技术——减速器
(2)关键技术——控制器
(3)关键技术——伺服系统
伺服控制系统
伺服系统是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系 统，一般包括伺服驱动器和伺服电机。使用在伺服系统中的驱动电机 要求具有响应速度快、定位准确、合适转动惯量。 工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流 环、速度环和位置环。一般情况下，对于交流伺服驱动器，可通过对 其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转矩控制 等多种功能。