柔性自动化制造技术与装备
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柔性自动化制造技术与装备
¡ 在现代制造业的发展中，工业机器人的作用 及其重要性体现在三个方面：①机器人化的 工序设备和系统(喷漆、焊装)；②机器人装 配设备和系统(汽车装配线)；③机器人搬运 设备和系统(自动上下料机械手、加工中心自 动换刀系统)。
¡ 2．工业机器人的基本组成 工业机器人一般由操作机、驱动单元、控制 系统三部分组成
5.柔性制造系统FMS的类型
¡ 柔性制造单元(FMC) FMC由单台带多托盘系统的加工中心或
3台以下的CNC机床组成,具有适应加工多品 种产品的灵活性。FMC的柔性最高,可视为柔 性制造系统FMS的基本单元,是柔性制造系统 FMS向廉价、小型化方向发展的产物。FMC 问世并应用于生产比FMS晚6～8年,现已进入 普及应用阶段。
柔性自动化制造技术与装备
娱乐机器人
世界上两个赛事：微机 器人世界杯 和机器人世 界杯
1999年11月举行首届中 国机器人足球锦标赛
柔性自动化制造技术与装备
•服务机器人：清扫机器 人
柔性自动化制造技术与装备
•保姆机器人
柔性自动化制造技术与装备
•军用机器人：机器人战车
柔性自动化制造技术与装备
3)在范围方面，柔性自动化涉及到产品的全生 命周期的所有过程。
柔性自动化制造技术与装备
4.1.2柔性自动化制造技术发展历程及现状
¡ 1.发展历程 1）第一阶段（1913年－）：刚性自动化，包括刚性
自动化和自动单机。 2）第二阶段（1930年－）：数控加工，包括数控和
计算机数控。 3）第三阶段（1965年－）：柔性制造 4）第四阶段（1973年－）: 计算机集成制造系统 5）第五阶段（1991年－）：智能制造系统
选用工业机器人驱动系统应根据工业机器人 的性能要求、控制功能、运行的功耗、应用 环境及作业要求、性能价格比以及其他因素 进行综合考虑。在充分考虑各种驱动系统特 点的基础上，保证工业机器人的性能规范、 可行性和可靠性。
柔性自动化制造技术与装备
2．工业机器人的控制系统
¡ (1)控制系统的基本功能 控制系统是工业机器人的大脑，其基本功能包括： 1)记忆功能 2)示教功能 3)与外围设备联系功能 4)坐标设置功能 5)人机接口 6)传感器接口 7)位置伺服功能 8)故障诊断与安全保护功能
柔性自动化制造技术与装备
(4)机器人控制系统的结构
按机器人控制方式可将其系统结构分为三类。 1)集中控制方式：采用一台计算机实现全部控
制功能，结构简单，成本低，但实时性差， 难以扩展。
柔性自动化制造技术与装备
2)主从控制方式：
采用主从两级处理器实现系统的全部控制功 能，主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成 和系统自诊断等；从CPU实现所有关节的动 作控制。
柔性自动化制造技术与装备
¡ 柔性自动制造线(FML)
柔性制造线FML是处于非柔性自动线和 FMS之间的生产线,对物料系统的柔性要求低 于FMS，但生产效率更高。FML采用的机床 大多为多轴主轴箱的换箱式或转塔式组合加 工中心，能同时或依次加工少量不同的零件。 FML技术已日趋成熟,进入实用阶段。
柔性自动化制造技术与装备
•军用侦察机器人
柔性自动化制造技术与装备
•世界上最轻的机器人
柔性自动化制造技术与装备
1997年的NASA第一个成功登陆 火星的Sojourney实验机
柔性自动化制造技术与装备
•人形机器人
柔性自动化制造技术与装备
仿人型机器人
柔性自动化制造技术与装备
柔性自动化制造技术与装备
柔性自动化制造技术与装备
柔性自动化制造技术与装备
¡ (1)加工中心 加工中心完成镗、铣、钻、攻螺纹等工作， 与普通数控镗床和数控铣床的区别是，加工 中心附有刀库和自动换刀装置。
柔性自动化制造技术与装备
¡ 加工中心的刀库类型有链式、盘式和转塔式 等。链式刀库的特点是存刀量多、扩展性好、 在加工中心上的配置位置灵活，但结构复杂。 盘式和转塔式刀库的特点是构造简单，适当 选择刀库位置还数百把，最常见的是20～80把。
柔性自动化制造技术与装备
•(2)机器人控制系统的组成
柔性自动化制造技术与装备
(3)机器人控制系统的分类
机器人控制系统有五种不同的分类方式。 1)按控制方式可分为顺序控制、程序控制、自适应 控制和人工智能控制系统。 2)按驱动方式可分为液压驱动、气动驱动和电动驱 动控制系统。 3)按运动方式可分为点位控制、轨迹控制系统。 4)按控制总线标准可分为国际标准总线控制、自定 义总线控制系统。 5)按编程方式可分为物理设置编程、在线编程以及 离线编程控制系统。
• 壁虎机器人
柔性自动化制造技术与装备
•世界上最灵巧的机械手
•
柔性自动化制造技术与装备
4．5 柔性制造系统(FMS)
¡ 4.5.1 概述 1．FMS的定义 ¡ 美国制造工程师协会的计算机辅助统和应用
协会把柔性制造系统定义为:使用计算机控制 柔性工作站和物料运储装置来完成零件族中 某一工序或一系列工序的一种集成制造统。
柔性自动化制造技术与装备
2．常用的加工设备
¡ 加工中心是一种备有刀库并能按预定程序自 动更换刀具，对工件进行多工序加工的高效 数控机床。其最大特点是工序集中和自动化 程度高，可减少工件装夹次数，避免工件多 次定位所产生的累积误差，节省辅助时间， 实现高质、高效加工。
¡ 加工中心按工艺用途可分为镗铣加工中心、 车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工 中心及磨削加工中心等。
柔性自动化制造技术与装备
2.柔性自动化制造技术的研究现状
¡ 1）集成技术与系统技术 ¡ 2）人机一体化系统 ¡ 3）单元系统及其技术 ¡ 4）制造过程计划和调度 ¡ 5）柔性自动化制造技术的深度与广度 ¡ 6）适应现代生产模式的制造环境 ¡ 7）加工系统的复合化和智能化
柔性自动化制造技术与装备
3.柔性自动化制造技术的发展趋势
1）输送带 2）自动小车
柔性自动化制造技术与装备
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/19
柔性自动化制造技术与装备
柔性自动化制造技术与装备
柔性自动化制造技术与装备
3.工业机器人的分类
¡ 工业机器人可按坐标形式、控制方式、驱动 方式和用途等进行分类。
柔性自动化制造技术与装备
4.3.2 工业机器人的驱动系统与控制 系统
¡ 1．工业机器人的驱动系统 工业机器人的驱动系统按动力源可分为液压 驱动、气动驱动和电动驱动三种基本类型。
¡ 1）自动进行批量生产 ¡ 2）通过设置工艺流程及相关参数，便制造出
相关零件族的任何零件 ¡ 3）自动进行物料的运输和储存 ¡ 4）具有多台设备状态下的零件混合化
柔性自动化制造技术与装备
4.FMS中机床的配置形式
¡ （1）机床功能互补式 ¡ （2）机床功能互换式 ¡ （3）机床功能混合式
柔性自动化制造技术与装备
柔性自动化制造技术与 装备
2020/11/19
柔性自动化制造技术与装备
4.1概述
¡ 4.1.1制造自动化技术的内涵
1）在形式上
a代替人的体力劳动
b代替或辅助人的脑力劳动
c实现制造系统中人、机及整个系统的协 调、管理、控制和优化。
2）在功能上用TQCSE模型描述柔性自动化制 造技术的目标，分别为Time、Quality、 Cost、Service 、 Environment.
柔性自动化制造技术与装备
柔性自动化制造技术与装备
¡ 3)分散控制方式：按系统的性质和方式将系 统控制分成几个模块，每一个模块各有不同 的控制任务和控制策略，各模块之间可以是 主从关系，也是平等关系。这种方式实时性 好，易于实现高速、高精度控制，易于扩展， 实现智能控制，是目前流行的方式，
柔性自动化制造技术与装备
¡ 1）制造全球化 ¡ 2）制造敏捷化 ¡ 3）制造网络化 ¡ 4）制造虚拟化 ¡ 5）制造智能化 ¡ 6）制造绿色化
柔性自动化制造技术与装备
4.3工业机器人
¡ 1.工业机器人的定义 是一种能够自动控制、可以重复编程、多功 能、多自由度的操作机、能够搬运材料、工 件或操持工具。
¡ 操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功 能，可以在空间抓放物体或进行其他操作的 机械装置”
柔性自动化制造技术与装备
1．物流系统的输送装置 (1)对FMS输送装置的基本要求
1)通用性 2)变更性 3)扩展性 4)灵活性 5)可靠性 6)安全性
柔性自动化制造技术与装备
(2)FMS输送装置的工作路径
¡ 输送装置的工作路径有直线运行、环线运行 和网线运行三种方式。
¡ （3）FMS输送装置及其分类
¡ 柔性制造工厂(FMF) FMF是将多个FMS连接起来，配置自动
化立体仓库，用计算机进行集成控制，实现 从订货、设计、加工、装配、检验、运送至 发货的完整生产过程。
柔性自动化制造技术与装备
4.5.2 FMS中的加工系统
¡ 1.加工系统的配置与要求 加工回转体与非回转体两大类。
2.加工系统的遵循原则： 1）工序的集中性 2）功能的扩展性 3）刚度、精度和速度 4）运行经济性 5）操作性、可靠性和可维修性 6）自保护和自维护性 7）环境的适应性和保护性
柔性自动化制造技术与装备
4.3.3工业机器人的应用案例
¡ 1．弧焊机器人
柔性自动化制造技术与装备
2．装配机器人
柔性自动化制造技术与装备
3．搬运机器人
柔性自动化制造技术与装备
•工业机器人
柔性自动化制造技术与装备
•一汽——大众公司焊装车间的机器人
柔性自动化制造技术与装备
5.其他用途机器人
•娱乐机器人：机器人演奏家
柔性自动化制造技术与装备
¡ “中华人民共和国国家军用标准”有关“武器 装备柔性制造系统术语”的定义是： FMS是数控加工设备、物料运储装置和计算 机控制系统组成的自动化制造系统。FMS包 括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生 产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、 中等批量生产。
柔性自动化制造技术与装备
2．FMS的基本组成
¡ （1）FMS的硬件组成 1）加工系统：两台以上数控或加工中心以及
其 他设备。 2）自动化运输系统：工件和刀具运储系统 3）计算机控制系统
（2）FMS的软件组成 软件功能：FMS的计划调度、运行控制、系 统管理和网络通信、质量保证等。
柔性自动化制造技术与装备
3.FMS的主要特征
¡ 加工中心的自动换刀装置常采用公用换刀机 械手。公用换刀机械手有单臂式、双臂式、 回转式和轨道式等。
柔性自动化制造技术与装备
•(2)车削加工中心 (3)数控组合机床
柔性自动化制造技术与装备
¡ 4.5.3 FMS中的物流系统 在FMS中流动的物料主要包括工件、刀具、 夹具、切屑以及切削液。物流系统是FMS从 进口到出口，实现对上述物料自动识别、存 储、分配、输送、交换和管理的系统。由于 工件和刀具的流动频率较高，故FMS中的物 流系统主要由工件流系统和刀具流系统两部 分组成。物流系统主要包括输送装置、交换 装置、缓冲装置和存储装置等基本装置。
¡ 在现代制造业的发展中，工业机器人的作用 及其重要性体现在三个方面：①机器人化的 工序设备和系统(喷漆、焊装)；②机器人装 配设备和系统(汽车装配线)；③机器人搬运 设备和系统(自动上下料机械手、加工中心自 动换刀系统)。
¡ 2．工业机器人的基本组成 工业机器人一般由操作机、驱动单元、控制 系统三部分组成
5.柔性制造系统FMS的类型
¡ 柔性制造单元(FMC) FMC由单台带多托盘系统的加工中心或
3台以下的CNC机床组成,具有适应加工多品 种产品的灵活性。FMC的柔性最高,可视为柔 性制造系统FMS的基本单元,是柔性制造系统 FMS向廉价、小型化方向发展的产物。FMC 问世并应用于生产比FMS晚6～8年,现已进入 普及应用阶段。
柔性自动化制造技术与装备
娱乐机器人
世界上两个赛事：微机 器人世界杯 和机器人世 界杯
1999年11月举行首届中 国机器人足球锦标赛
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•服务机器人：清扫机器 人
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•保姆机器人
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•军用机器人：机器人战车
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3)在范围方面，柔性自动化涉及到产品的全生 命周期的所有过程。
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4.1.2柔性自动化制造技术发展历程及现状
¡ 1.发展历程 1）第一阶段（1913年－）：刚性自动化，包括刚性
自动化和自动单机。 2）第二阶段（1930年－）：数控加工，包括数控和
计算机数控。 3）第三阶段（1965年－）：柔性制造 4）第四阶段（1973年－）: 计算机集成制造系统 5）第五阶段（1991年－）：智能制造系统
选用工业机器人驱动系统应根据工业机器人 的性能要求、控制功能、运行的功耗、应用 环境及作业要求、性能价格比以及其他因素 进行综合考虑。在充分考虑各种驱动系统特 点的基础上，保证工业机器人的性能规范、 可行性和可靠性。
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2．工业机器人的控制系统
¡ (1)控制系统的基本功能 控制系统是工业机器人的大脑，其基本功能包括： 1)记忆功能 2)示教功能 3)与外围设备联系功能 4)坐标设置功能 5)人机接口 6)传感器接口 7)位置伺服功能 8)故障诊断与安全保护功能
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(4)机器人控制系统的结构
按机器人控制方式可将其系统结构分为三类。 1)集中控制方式：采用一台计算机实现全部控
制功能，结构简单，成本低，但实时性差， 难以扩展。
柔性自动化制造技术与装备
2)主从控制方式：
采用主从两级处理器实现系统的全部控制功 能，主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成 和系统自诊断等；从CPU实现所有关节的动 作控制。
柔性自动化制造技术与装备
¡ 柔性自动制造线(FML)
柔性制造线FML是处于非柔性自动线和 FMS之间的生产线,对物料系统的柔性要求低 于FMS，但生产效率更高。FML采用的机床 大多为多轴主轴箱的换箱式或转塔式组合加 工中心，能同时或依次加工少量不同的零件。 FML技术已日趋成熟,进入实用阶段。
柔性自动化制造技术与装备
•军用侦察机器人
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•世界上最轻的机器人
柔性自动化制造技术与装备
1997年的NASA第一个成功登陆 火星的Sojourney实验机
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•人形机器人
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仿人型机器人
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¡ (1)加工中心 加工中心完成镗、铣、钻、攻螺纹等工作， 与普通数控镗床和数控铣床的区别是，加工 中心附有刀库和自动换刀装置。
柔性自动化制造技术与装备
¡ 加工中心的刀库类型有链式、盘式和转塔式 等。链式刀库的特点是存刀量多、扩展性好、 在加工中心上的配置位置灵活，但结构复杂。 盘式和转塔式刀库的特点是构造简单，适当 选择刀库位置还数百把，最常见的是20～80把。
柔性自动化制造技术与装备
•(2)机器人控制系统的组成
柔性自动化制造技术与装备
(3)机器人控制系统的分类
机器人控制系统有五种不同的分类方式。 1)按控制方式可分为顺序控制、程序控制、自适应 控制和人工智能控制系统。 2)按驱动方式可分为液压驱动、气动驱动和电动驱 动控制系统。 3)按运动方式可分为点位控制、轨迹控制系统。 4)按控制总线标准可分为国际标准总线控制、自定 义总线控制系统。 5)按编程方式可分为物理设置编程、在线编程以及 离线编程控制系统。
• 壁虎机器人
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•世界上最灵巧的机械手
•
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4．5 柔性制造系统(FMS)
¡ 4.5.1 概述 1．FMS的定义 ¡ 美国制造工程师协会的计算机辅助统和应用
协会把柔性制造系统定义为:使用计算机控制 柔性工作站和物料运储装置来完成零件族中 某一工序或一系列工序的一种集成制造统。
柔性自动化制造技术与装备
2．常用的加工设备
¡ 加工中心是一种备有刀库并能按预定程序自 动更换刀具，对工件进行多工序加工的高效 数控机床。其最大特点是工序集中和自动化 程度高，可减少工件装夹次数，避免工件多 次定位所产生的累积误差，节省辅助时间， 实现高质、高效加工。
¡ 加工中心按工艺用途可分为镗铣加工中心、 车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工 中心及磨削加工中心等。
柔性自动化制造技术与装备
2.柔性自动化制造技术的研究现状
¡ 1）集成技术与系统技术 ¡ 2）人机一体化系统 ¡ 3）单元系统及其技术 ¡ 4）制造过程计划和调度 ¡ 5）柔性自动化制造技术的深度与广度 ¡ 6）适应现代生产模式的制造环境 ¡ 7）加工系统的复合化和智能化
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3.柔性自动化制造技术的发展趋势
1）输送带 2）自动小车
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3.工业机器人的分类
¡ 工业机器人可按坐标形式、控制方式、驱动 方式和用途等进行分类。
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4.3.2 工业机器人的驱动系统与控制 系统
¡ 1．工业机器人的驱动系统 工业机器人的驱动系统按动力源可分为液压 驱动、气动驱动和电动驱动三种基本类型。
¡ 1）自动进行批量生产 ¡ 2）通过设置工艺流程及相关参数，便制造出
相关零件族的任何零件 ¡ 3）自动进行物料的运输和储存 ¡ 4）具有多台设备状态下的零件混合化
柔性自动化制造技术与装备
4.FMS中机床的配置形式
¡ （1）机床功能互补式 ¡ （2）机床功能互换式 ¡ （3）机床功能混合式
柔性自动化制造技术与装备
柔性自动化制造技术与 装备
2020/11/19
柔性自动化制造技术与装备
4.1概述
¡ 4.1.1制造自动化技术的内涵
1）在形式上
a代替人的体力劳动
b代替或辅助人的脑力劳动
c实现制造系统中人、机及整个系统的协 调、管理、控制和优化。
2）在功能上用TQCSE模型描述柔性自动化制 造技术的目标，分别为Time、Quality、 Cost、Service 、 Environment.
柔性自动化制造技术与装备
柔性自动化制造技术与装备
¡ 3)分散控制方式：按系统的性质和方式将系 统控制分成几个模块，每一个模块各有不同 的控制任务和控制策略，各模块之间可以是 主从关系，也是平等关系。这种方式实时性 好，易于实现高速、高精度控制，易于扩展， 实现智能控制，是目前流行的方式，
柔性自动化制造技术与装备
¡ 1）制造全球化 ¡ 2）制造敏捷化 ¡ 3）制造网络化 ¡ 4）制造虚拟化 ¡ 5）制造智能化 ¡ 6）制造绿色化
柔性自动化制造技术与装备
4.3工业机器人
¡ 1.工业机器人的定义 是一种能够自动控制、可以重复编程、多功 能、多自由度的操作机、能够搬运材料、工 件或操持工具。
¡ 操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功 能，可以在空间抓放物体或进行其他操作的 机械装置”
柔性自动化制造技术与装备
1．物流系统的输送装置 (1)对FMS输送装置的基本要求
1)通用性 2)变更性 3)扩展性 4)灵活性 5)可靠性 6)安全性
柔性自动化制造技术与装备
(2)FMS输送装置的工作路径
¡ 输送装置的工作路径有直线运行、环线运行 和网线运行三种方式。
¡ （3）FMS输送装置及其分类
¡ 柔性制造工厂(FMF) FMF是将多个FMS连接起来，配置自动
化立体仓库，用计算机进行集成控制，实现 从订货、设计、加工、装配、检验、运送至 发货的完整生产过程。
柔性自动化制造技术与装备
4.5.2 FMS中的加工系统
¡ 1.加工系统的配置与要求 加工回转体与非回转体两大类。
2.加工系统的遵循原则： 1）工序的集中性 2）功能的扩展性 3）刚度、精度和速度 4）运行经济性 5）操作性、可靠性和可维修性 6）自保护和自维护性 7）环境的适应性和保护性
柔性自动化制造技术与装备
4.3.3工业机器人的应用案例
¡ 1．弧焊机器人
柔性自动化制造技术与装备
2．装配机器人
柔性自动化制造技术与装备
3．搬运机器人
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•工业机器人
柔性自动化制造技术与装备
•一汽——大众公司焊装车间的机器人
柔性自动化制造技术与装备
5.其他用途机器人
•娱乐机器人：机器人演奏家
柔性自动化制造技术与装备
¡ “中华人民共和国国家军用标准”有关“武器 装备柔性制造系统术语”的定义是： FMS是数控加工设备、物料运储装置和计算 机控制系统组成的自动化制造系统。FMS包 括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生 产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、 中等批量生产。
柔性自动化制造技术与装备
2．FMS的基本组成
¡ （1）FMS的硬件组成 1）加工系统：两台以上数控或加工中心以及
其 他设备。 2）自动化运输系统：工件和刀具运储系统 3）计算机控制系统
（2）FMS的软件组成 软件功能：FMS的计划调度、运行控制、系 统管理和网络通信、质量保证等。
柔性自动化制造技术与装备
3.FMS的主要特征
¡ 加工中心的自动换刀装置常采用公用换刀机 械手。公用换刀机械手有单臂式、双臂式、 回转式和轨道式等。
柔性自动化制造技术与装备
•(2)车削加工中心 (3)数控组合机床
柔性自动化制造技术与装备
¡ 4.5.3 FMS中的物流系统 在FMS中流动的物料主要包括工件、刀具、 夹具、切屑以及切削液。物流系统是FMS从 进口到出口，实现对上述物料自动识别、存 储、分配、输送、交换和管理的系统。由于 工件和刀具的流动频率较高，故FMS中的物 流系统主要由工件流系统和刀具流系统两部 分组成。物流系统主要包括输送装置、交换 装置、缓冲装置和存储装置等基本装置。