工业机器人的应用领域
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• 塑料工业的合作紧密而且专业化程度高。塑料的生产、加工和机械制造紧密相 连。即使在将来，这一行业也将是一重要的经济部门并确保众多的工作岗位。 因为塑料几乎无处不在：从汽车和电子工业到消费品和食品工业。机械制造作 为联系生产和加工的工艺技术在此发挥着至关重要的作用。原材料通过注塑机 和工具被加工成用于精加工的创新型精细耐用的成品或半成品—通过采用自动 化解决方案，生产工艺更高效、经济可靠。化工行业是工业机器人主要应用领 域之一。目前应用于化工行业的主要洁净机器人及其自动化设备有大气机械手 、真空机械手、洁净镀膜机械手、洁净AGV、RGV及洁净物流自动传输系统 等。
人必将对汽车制造业的发展起到极大的促进作用。而中国正由制造
大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量，增加企 业竞争力，这一切都预示机器人的发展前景巨大。
• 电子电气行业，电子类的IC、贴片元器件，工业机器人在这些领域的应用均较普遍。目前世界 工业界装机最多的工业机器人是SCARA型四轴机器人。第二位的是串联关节型垂直6轴机器人 。在手机生产领域，视觉机器人，例如分拣装箱、撕膜系统、激光塑料焊接、高速四轴码垛机 器人等适用于触摸屏检测、擦洗、贴膜等一系列流程的自动化系统的应用。专区内机器人均由 国内生产商根据电子生产行业需求所特制，小型化、简单化的特性实现了电子组装高精度、高 效的生产，满足了电子组装加工设备日益精细化的需求，而自动化加工更是大大提升生产效益 。据有关数据表明，产品通过机器人抛光，成品率可从87%提高到93%，因此无论“机器手臂 ”还是更高端的机器人，投入使用后都会使生产效率大幅提高。
• 美国著名科普作家艾萨克 . 阿西莫夫为机器人提出了三条原则，即“机器人 三定律”：第一定律~机器人不得伤害人，或任人受到伤害而无所作为； 第 二定律~机器人应服从人的一切命令，但命令与第一定律相抵触时例外； 第 三定律~机器人必须保护自身的安全，但不得与第一、第二定律相抵触。 这 些“定律”构成了支配机器人行为的道德标准，机器人必须按人的指令行事 ，为人类生产和生活服务。
• 开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统 。举例：打开灯的开关，按下 开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起已对按开关的这个活动没有影响；投篮，篮 球出手后就无法再继续对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束反馈环节一 个没有反馈环节。
• 闭环控制系统：闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际 与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控制，从输出量变化取出控制信号作为 比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自 动控制通常是闭环控制。比如家用空调温度的控制，达到预调温度时自动停止。图1-9 机器人 组成模型图是闭环控制系统，执行机构的执行情况通过位置检测装置判断的结果通知控制系统 如何调整驱动系统来纠正执行机构的动作。
3.工业机器人的应用领域 • 随着技术的进步，工业机器人应用领域也 在快速扩张，其应用的主要领域如图1-6所 示。
图1-6 工业机器人在中国应用的主要领域
• 在中国61%的工业机器人应用于汽车制造业，其中24%为零部件工 业；在发达国家，汽车工业机器人占机器人总保有量的53%以上。
据统计，世界各大汽车制造厂，年产每万辆汽车所拥有的机器人数 量为10台以上。随着机器人技术的不断发展和日臻完善，工业机器
四、工业机器人的组成和原理
• 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要 求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。机械手主 要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等 所组成。各系统相互之间的关系如机器人组成模型图1-7 所示.
图1-7 机器人组成模型图
1.自动控制基本概念
• （1）伺服与伺服系统 • 机器人是集控制、驱动、执行于一体的伺服系统。“伺服”—词源于希腊语“
• 目前，人类对智能机器人的研究在第三代的阶段，第四代处于概念设计阶段 。真正意义上的第四代具有学习、思考、情感的智能机器人，而基础学科的 发展还没有能力提供这样的技术，因而，第四代机器人人还在概念设计阶段 。要使机器人成为我们生活中无处不在的东西，必须在下列方面取得技术进 步：一是缩短实时系统的响应的总时间，以增强机器人的性能；二是具有先 进的人工智能以增强自主决策能力；三是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；四是具有能量监测和发电能力以延长自主工 作时间。
（1）传感型机器人
• 机器人的本体上没有智能单元只有执行机构和感应机构， 它具有利用传感信息（包括视觉、听觉、触觉、接近觉、 力觉和红外、超声及激光等）进行传感信息处理、实现控 制与操作的能力。
（2）交互型机器人
• 机器人通过计算机系统与操作员或程序员进行人－机对话， 实现对机器人的控制与操作。虽然具有了部分处理和决策 功能，能够独立地实现一些诸如轨迹规划、简单的避障等 功能，但是还要受到外部的控制。
图1-10 Fe - Fe3C相图
4.工业机器人的发展
• 随着制造业对机器人应用的扩展，工业机器人亟须满足高速度、高 精度、重载荷、智能化、多机协调等要求，以适应更加复杂、精细、 可靠、快节拍的作业。工业机器人与制造工艺、制造过程的融合、 辅助系统的配合，也极大影响着制造系统的整体性能。同时，工业 机器人从大规模生产线上封闭的工作站延伸到人和机器人紧密协作 的共用开放作业空间时，人机协作和安全问题成为近年来新的热点。 目前智能机器人 根据其智能程度的不同，又可分为三种：
奴隶”的意思 。把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的 要求而动作。在信号来到之前，被控对象静止不动;信号来到之后，被控对象 立即动作;当信号消失，被控对象能即时自行停止。由于它的“伺服”性能， 因此而得名—伺服系统。 • （2）控制系统分类 • 伺服系统是一种自动控制系统。自动控制系统分开环系统、闭环系统。
（3）自主型机器人
• 自主型机器人的本体上具有感知、处理、决策、执行等模 块，可以就像一个自主的人一样独立地活动和处理问题。 机器人世界杯的中型组 比赛中使用的机器人就属于这一 类型。全自主移动机器人的最重要的特点在于它的自主性 和适应性。
• 智能机器人的最终目标是仿人，这就要求人体医学、生物学、和仿生学的发 展。目前，智能机器人具有较好的运动能力，而心理活动方面技术的发展较 难。
• 塑料工业的合作紧密而且专业化程度高。塑料的生产、加工和机械制造紧密相 连。即使在将来，这一行业也将是一重要的经济部门并确保众多的工作岗位。 因为塑料几乎无处不在：从汽车和电子工业到消费品和食品工业。机械制造作 为联系生产和加工的工艺技术在此发挥着至关重要的作用。原材料通过注塑机 和工具被加工成用于精加工的创新型精细耐用的成品或半成品—通过采用自动 化解决方案，生产工艺更高效、经济可靠。化工行业是工业机器人主要应用领 域之一。目前应用于化工行业的主要洁净机器人及其自动化设备有大气机械手 、真空机械手、洁净镀膜机械手、洁净AGV、RGV及洁净物流自动传输系统 等。
人必将对汽车制造业的发展起到极大的促进作用。而中国正由制造
大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量，增加企 业竞争力，这一切都预示机器人的发展前景巨大。
• 电子电气行业，电子类的IC、贴片元器件，工业机器人在这些领域的应用均较普遍。目前世界 工业界装机最多的工业机器人是SCARA型四轴机器人。第二位的是串联关节型垂直6轴机器人 。在手机生产领域，视觉机器人，例如分拣装箱、撕膜系统、激光塑料焊接、高速四轴码垛机 器人等适用于触摸屏检测、擦洗、贴膜等一系列流程的自动化系统的应用。专区内机器人均由 国内生产商根据电子生产行业需求所特制，小型化、简单化的特性实现了电子组装高精度、高 效的生产，满足了电子组装加工设备日益精细化的需求，而自动化加工更是大大提升生产效益 。据有关数据表明，产品通过机器人抛光，成品率可从87%提高到93%，因此无论“机器手臂 ”还是更高端的机器人，投入使用后都会使生产效率大幅提高。
• 美国著名科普作家艾萨克 . 阿西莫夫为机器人提出了三条原则，即“机器人 三定律”：第一定律~机器人不得伤害人，或任人受到伤害而无所作为； 第 二定律~机器人应服从人的一切命令，但命令与第一定律相抵触时例外； 第 三定律~机器人必须保护自身的安全，但不得与第一、第二定律相抵触。 这 些“定律”构成了支配机器人行为的道德标准，机器人必须按人的指令行事 ，为人类生产和生活服务。
• 开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统 。举例：打开灯的开关，按下 开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起已对按开关的这个活动没有影响；投篮，篮 球出手后就无法再继续对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束反馈环节一 个没有反馈环节。
• 闭环控制系统：闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际 与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控制，从输出量变化取出控制信号作为 比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自 动控制通常是闭环控制。比如家用空调温度的控制，达到预调温度时自动停止。图1-9 机器人 组成模型图是闭环控制系统，执行机构的执行情况通过位置检测装置判断的结果通知控制系统 如何调整驱动系统来纠正执行机构的动作。
3.工业机器人的应用领域 • 随着技术的进步，工业机器人应用领域也 在快速扩张，其应用的主要领域如图1-6所 示。
图1-6 工业机器人在中国应用的主要领域
• 在中国61%的工业机器人应用于汽车制造业，其中24%为零部件工 业；在发达国家，汽车工业机器人占机器人总保有量的53%以上。
据统计，世界各大汽车制造厂，年产每万辆汽车所拥有的机器人数 量为10台以上。随着机器人技术的不断发展和日臻完善，工业机器
四、工业机器人的组成和原理
• 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要 求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。机械手主 要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等 所组成。各系统相互之间的关系如机器人组成模型图1-7 所示.
图1-7 机器人组成模型图
1.自动控制基本概念
• （1）伺服与伺服系统 • 机器人是集控制、驱动、执行于一体的伺服系统。“伺服”—词源于希腊语“
• 目前，人类对智能机器人的研究在第三代的阶段，第四代处于概念设计阶段 。真正意义上的第四代具有学习、思考、情感的智能机器人，而基础学科的 发展还没有能力提供这样的技术，因而，第四代机器人人还在概念设计阶段 。要使机器人成为我们生活中无处不在的东西，必须在下列方面取得技术进 步：一是缩短实时系统的响应的总时间，以增强机器人的性能；二是具有先 进的人工智能以增强自主决策能力；三是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；四是具有能量监测和发电能力以延长自主工 作时间。
（1）传感型机器人
• 机器人的本体上没有智能单元只有执行机构和感应机构， 它具有利用传感信息（包括视觉、听觉、触觉、接近觉、 力觉和红外、超声及激光等）进行传感信息处理、实现控 制与操作的能力。
（2）交互型机器人
• 机器人通过计算机系统与操作员或程序员进行人－机对话， 实现对机器人的控制与操作。虽然具有了部分处理和决策 功能，能够独立地实现一些诸如轨迹规划、简单的避障等 功能，但是还要受到外部的控制。
图1-10 Fe - Fe3C相图
4.工业机器人的发展
• 随着制造业对机器人应用的扩展，工业机器人亟须满足高速度、高 精度、重载荷、智能化、多机协调等要求，以适应更加复杂、精细、 可靠、快节拍的作业。工业机器人与制造工艺、制造过程的融合、 辅助系统的配合，也极大影响着制造系统的整体性能。同时，工业 机器人从大规模生产线上封闭的工作站延伸到人和机器人紧密协作 的共用开放作业空间时，人机协作和安全问题成为近年来新的热点。 目前智能机器人 根据其智能程度的不同，又可分为三种：
奴隶”的意思 。把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的 要求而动作。在信号来到之前，被控对象静止不动;信号来到之后，被控对象 立即动作;当信号消失，被控对象能即时自行停止。由于它的“伺服”性能， 因此而得名—伺服系统。 • （2）控制系统分类 • 伺服系统是一种自动控制系统。自动控制系统分开环系统、闭环系统。
（3）自主型机器人
• 自主型机器人的本体上具有感知、处理、决策、执行等模 块，可以就像一个自主的人一样独立地活动和处理问题。 机器人世界杯的中型组 比赛中使用的机器人就属于这一 类型。全自主移动机器人的最重要的特点在于它的自主性 和适应性。
• 智能机器人的最终目标是仿人，这就要求人体医学、生物学、和仿生学的发 展。目前，智能机器人具有较好的运动能力，而心理活动方面技术的发展较 难。