工业机器人技术及应用(教案)1-绪论(完整资料)

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第一章绪论

1.1 什么是工业机器人

1.2 为何发展工业机器人

1.3 工业机器人发展概况

1.3.1 工业机器人的诞生

1.3.2 工业机器人的发展

1.4 工业机器人的分类及应用

1.4.1 工业机器人的分类

1.4.2 工业机器人的应用

学习目标

*掌握工业机器人的定义

*了解工业机器人的发展事由和历程

*熟悉工业机器人的常见分类及其行业应用

导入案例

富士康“百万机器人”上岗折射中国制造业升级

2011 年，富士康 CEO 郭台铭表示,希望到 2012 年底装配 30 万台机器人，到2014 年装配 100 万台，要在 5 到 10 年数年内通过自动化消除简单重复性的工序。机器人的投产使用，可将目前的人力资源转移到具备更高附加值的岗位上，这也符合将我国“人口红利”转为“人才红利”的大目标。

这一工业机器人的井喷潮涌，何时会蔓延到“中国制造”的每一个工厂、每一条生产线、每一个工序、每一个工位上，将为“中国制造”的转型提“智”做出何等贡献？我们对此充满期待。

课堂认知

1.1 什么是工业机器人

机器人涉及到人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。

美国:一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能操作机。

日本: 一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。

中国: 一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或者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。

ISO一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具来完成各种作业。

广义地说：工业机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器。

它具有四个基本特征：

①特定的机械机构

②通用性

③不同程度的智能

④独立性

1.2 为何发展机器人

让机器人替人类干那些人不愿干、干不了、干不好的工作。

ABB 给出十大投资机器人的理由：第一，降低运营成本；第二，提升产品质量与一致性；第三，改善员工的工作环境；第四，扩大产能；第五，增强生产的柔性；第六，减少原料浪费，提高成品率；第七，满足安全法规，改善生产安全条

件；第八，减少人员流动，缓解招聘技术工人的压力；第九，降低投资成本，提高生产效率；最后一点，节约宝贵的生产空间。

第一年

第二年

第三年

第四年

第五年

0 5 10 15 20 25 万元

使用机器人与普工的年均成本比较

1.3 工业机器人发展概况

1.3.1 工业机器人的诞生

1959 年，美国造出了世界上第一台工业机器人 Unimate ，可实现回转、伸缩、俯仰等动作。

Unimate

1.3 工业机器人发展概况

1.3.2 工业机器人发展现状和趋势

2005年， YASKAWA 推出可代替人完成组装或搬运机器人 MOTOMAN-DA20 和MOTOMAN-IA20 。

MOTOMAN-DA20 MOTOMAN-IA20

YASKAWA 机器人

2010 年意大利柯马（ COMAU ）推出 SMART5 PAL 机器人，可实现装载 / 卸载、多产品拾取、堆垛等。

SMART5 PAL

KUKA 公司推出 KR 5 arc HW （ Hollow Wrist ），其机械臂和机械手上有一

个 50 mm 宽的通孔，可以保护机械臂上的整套保护气体软管的敷设。

KR 5 arc HW

FANUC 推出的 Robot M-3iA 装配机器人采用四轴或六轴模式，具有独特的平行连接结构，具备轻巧便携的特点，承重范围可达 6 kg 。

Robot M-3iA

国际工业机器人技术日趋成熟，基本沿着两个路径在发展：一是模仿人的手臂，实现多维运动，典型应用为点焊、弧焊机器人；二是模仿人的下肢运动，实现物料输送、传递等搬运功能，如搬运机器人。

机器人研发水平最高的是日本、美国与欧洲，他们在发展工业机器人方面各有千秋：

日本模式: 各司其职，分层面完成交钥匙工程。

欧洲模式: 一揽子交钥匙工程。

美国模式: 采购与成套设计相结合。

国产机器人与进口机器人尚存一定差距，具体现状如下：

第一，低端技术水平有待改善。

第二，产业链条亟待充实与规范。

1.4 工业机器人的分类及应用

1.4.1 工业机器人的分类

关于工业机器人分类，国际上没有制定统一的标准，可按负载重量、控制方式、自由度、结构、应用领域等划分。

1 、按机器人的技术等级划分

（ 1 ）示教再现机器人第一代工业机器人能够按照人类预先示教的轨迹、

行为、顺序和速度重复作业，示教可由操作员手把手进行或通过示教器完成。

手把手示教

示教器示教

（ 2 ）感知机器人第二代工业机器人程具有环境感知装置，能在一定度上适应环境的变化，目前已经进入应用阶段。

配备视觉系统的工业机器人

（ 3 ）智能机器人第三代工业机器人具有发现问题，并且能自主地解决问题的能力，尚处于实验研究阶段。

关于工业机器人分类，国际上没有制定统一的标准，可按负载重量、控制方式、自由度、结构、应用领域等划分。

2 、按机器人的机构特征划分

工业机器人的结构形式

1 直角坐标系

直角坐标机器人具有空间上相互垂直的多个直线移动轴，通过直角坐标方向的 3 个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。

2 柱面坐标系

柱面坐标机器人主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。

3 球面坐标系