外文资料译文
工业机器人
早在机器人变为现实之前，机器人与机器人学这两个术语就已经提出来了。1923年，随着捷克剧作家卡雷尔·查陪克的剧本R.U.R（罗苏姆的通用机器人）英文译本的问世，机器人这一术语就开始进入英语。机器人robot一词源于捷克语，该词意指奴隶或劳工。1942年，另一位作家艾萨克·埃思穆乌（他曾经撰写过许多有关机器人的短篇小说）在创立机器人学三个法则时就提出了机器人学这个专业术语。他曾推断，机器人应该有特殊电路，使其始终遵循下述三个基本原则：
（1）机器人不能伤害人类，也不能通过不执行指令而使人类受到伤害；
（2）在不违背第一条法则的前提下，机器人必须遵从人类意志；
（3）再不违背第一、二条法则的前提下，机器人必须保护自身不受伤害。
当时撰写的这些故事纯属科学幻想。今天，随着机器人变为现实，分析这些机器人法则，从中获得很有价值的理念，可供机器人专家设计人控制系统时参考。
1.机器人的定义
机器人是一种可重复编程的多功能操作器，其设计用途是输送物料、工件、刀具及一些特殊装置，通过各种程控运动来完成多种不同任务。
以上定义被普遍认可，其特点是：工业机器人可以重复编程，且能够沿多种不同轨迹运动。
2.机器人的发展史
随着数控机床的发展，模仿人类手臂操作工件的想法便自然地提出来了。
与常规观点相反，机器人学并非最近发展起来的。事实上，早在20世纪60年代初期，美国人便制造出第一批机器人。万能自动化公司于1961年就生产出机械手臂，其控制装置的时序是由操作者预设的。然而，鉴于这项工作尚属试验，为了避免公众对该项目的抵制情绪，当时的仿形程度较低。1974年，辛辛那提Millicron机器人成为首例以小型计算机控制的机器人。然而，就在同一年，瑞典ASEA公司推出了它的IRB6机器人。这种机器人一直在全球畅销，现在（1991年）还在生产，唯一的重大改进是控制柜电子装置与软件的升级。所以，当人们以为美国正在建立机器人技术的时候，像日本和瑞典这样一些国家，机器人在工业中的应用已经达到很高的水平。
近来有许多原因促使人类愈来愈意识到应用工业机器人的重要性，其中有些原因是日益增加的花费所致：例如培训新工人的费用、改进设计与产品性能的花费、计算机与传感器技术飞速发展所致的费用，以及雇员们希望摆脱平淡、重复、有潜在危险工作环境的花费等。
3.机器人运动机构的确定
为了划分一种工业机器人的设计属于何种类型，我们必须鉴别其运动结构。为了确定运动结构，我们必须知道所有关节的类型与机械手臂具有的“自由度”。
与人类手臂一样，机器人手臂由一系列连杆与关节组成。关节是连接两个连杆的部件，它允许两个连杆之间存在相对运动。
每个机器人都有一个基座，该基座一般稳定在地面上。但是，基座亦可稳定
在墙壁或者天花板上，并能归并到一个构台上。所有这些都使机器人具有节省空间的优点，并增大了工作范围，从而增强了终端执行器（描述机器人手臂终端工具的一个通用术语）的操作能力。机器人的手臂的第一个连杆与基座相连，最后一个连杆与终端执行器相连。一般而言，机器人手臂上的关节越多，其动作就越灵活。
4.关节的类型
下面罗列出在工业机器人手臂上使用的几类关节，机械手臂由其中某种关节组成，或由几种关节复合而成。
（1）回转关节：回转关节允许在两个连杆之间进行转动或旋转运动；
（2）柱状关节：柱状关节允许在两个连杆之间进行直线运动；
（3）球窝关节：球窝关节允许在两个连杆之间进行三种转动或旋转运动。由于很难驱动，球窝关节在工业机器人上很少使用。
5.机器人的类别
可以把机器人按它们的关节类型分为下列五组，其中距机器人基座最近的那三组关节将决定机器人的类别，其他两组关节给终端执行器以更大的运动柔性。
（1）笛卡尔型
（2）圆柱形
（3）球面型
（4）平面关节型
（5）垂直关节型
6.自由度
机械手臂所具有的“自由度”是定义其关节数的常用术语。每一个关节允许在两个连杆之间进行相对运动，形成一个自由度。若能沿着或绕着两个关节运动时，就是两个自由度，其余依次类推。多数机器人有4-6个自由度。与人相比，从肩膀到手腕，人的胳膊共有7个自由度，这还不包括手，它单独就有22个自由度！
7.机器人的基本组件
机器人系统有一系列基本组件：
（1）操作机。
（2）控制器。
（3）动力设置。
（4）终端执行器（夹持器、点焊机、MIG焊机等）。
8.驱动装置
操作机的运动由传动器或驱动装置控制，传动器或驱动装置使各轴在工作单元内运动。驱动装置可使用电能、液压能或气压能工作。驱动系统提供的能量通过各种机械驱动装置转换成机械能。各驱动系统用机械联动装置连接起来，而这些联动装置又驱动机器人的各个轴的运动。机械联动装置可由链、齿轮及滚珠丝杠组成。
9.其他
（1）工作范围
对于从事与机器人系统相关工作的人员来说，最重要的是弄清楚机器人究竟能触及多远。人们把机器人能够触及到的区域定义为该系统的工作范围，而该范围内所有编程点都视为系统的组成部分。这样，若把手臂终端辅具连到机器人上，系统工作范围就延伸了辅具长度。这种工作范围的扩大对操作者的安全非常重
要，在设计机器人工作单元时必须予以考虑。
（2）轨迹
轨迹是一个技术用语，是指动点在某些约束下运动而描绘出的具有一定形状的踪迹。
机器人手臂末端在移动时扫出一条迹线，并可穿越空间形成许多三维迹线，这样便得到许多不同的轨迹。机械手臂被限制在由其实际几何形状所决定的哪些路径上运动。机械手臂所能产生的全部轨迹联合形成一个三维的工作区域，该区域就称为工作区域。
（3）控制器
控制器是机器人系统运行的中枢。控制器的功能大体归为以下几类：·控制各个轴的移动、位置与速度；
·程序控制、各轴之间的协调；
·控制输入、输出设备；
·控制整个系统，机器人可能只是该系统的一个组成部分。
（4）动力装置
动力装置给控制器与操纵机提供动力。有两种能量可供机器人系统使用：一种是交流电，供操纵控制器使用；另一种用来驱动操纵机的各个运动轴，可能是压力能、气压能或电能。
（5）工业机器人的自动化与集成化
随着工业革命的到来，制造工艺变得既专业化，又机械化。不再是一个人设计制造和交付产品，而是工人和/或机床来完成这些宽广的领域中每个领域内的专门任务。这些独立机构间的通讯是用图纸、技术要求、任务书、工艺规程以及其它通讯辅助手段来完成的。为了保证成品件与计划的产品相匹配，引入了质量控制的概念。
机械化阶段积极的一面是：它允许批量生产、零件的互换性、不同级别的精度以及一致性；缺点在于缺乏集成化而导致大量浪费。
自动化提高和增强了专业化制造部分中人与机器的性能和能力。例如：CAD 增强了设计人员和起草者的能力。CNC增强了机械师和计算机辅助规划人员的能力。但是自动化带来的进步在独立的部分或小岛内是孤立的。因此，自动化并不能总是实现自己的潜力。
为了理解自动化关于总的生产力提高的局限性，思考以下的类比。假设一辆汽车的各个子系统（如发动机、转向、刹车）都是自动化的，以使驾驶员的工作更轻松。自动加速、减速、转向和刹车当然比手操纵型更有效率。然而，想一下如果这些各种各样的自动化子系统没有以一种允许它们即时不断的交流和共享精确、最新的信息的方式联系在一起，将会发生什么事情。一个系统可能试图给汽车加速而另一个子系统正想刹车。在自动化制造的环境中有同样的局限性。正是这些局限性导致制造发展到现在的阶段，即集成化阶段的出现。
随着计算机时代的来临，制造业已经完成了整个发展循环。它开始时是一个集成的概念，而CIM又一次变成了一个集成的概念。然而，今天的制造集成化与过去手工时代的集成化有重要的区别。首先，手工时代集成化的仪器是人的大脑。现代制造的集成化的仪器是计算机。其次，现代制造环境中的工艺依旧是专业化与自动化。
另一个观察CIM发展史的方法是检查在过去的一些年里一些CIM单独的部分发展的道路。这些部分如设计、规划以及生产已经作为一种工艺，和用来完成
这些工艺所用到的工具和设备也进行了演变。
设计已经从使用诸如直尺、三角板、铅笔、比例尺和橡皮擦的手工工艺演变成为一种称为CAD的自动化工艺。工艺规划已经从使用诸如规程表、图解和图表的手工工艺演变成为一种称为计算机辅助规划（CAPP）的自动化工艺。生产已经从包含手工机器的手工工艺演变成为一种称为计算机辅助制造（CAM）的自动化的工艺。
这些单独的制造部分演变多年后成为独立的自动化小岛，然而在这些小岛之间的通讯仍然是人工处理。这限制了整个制造工艺中可能实现的生产力发展的水平。当通过计算机网络将这些小岛和其他的自动化制造部分联系起来时，这些局限性就可以得到克服
（6）为何使用机器人
对于使用工业机器人这件事情，机器人行业的主要理由集中在：装备机器人能够提高生产效率、改进质量管理、提高工人的工作满意程度。说明这个理由时，人们最常用的例子是：机器人把人们从危险恶劣的环境中解脱出来，使人们不再从事枯燥无味的工作。
增加效益
管理的主要功能在于提高、至少维持效益。实施证明，如果正确选择与安装工业机器人，它便可以长期执行任务，多数情况下比人类生产效率更高，并能不知疲倦地持续工作。在工作性质特殊而使生产效率持续波动的场合，使用机器人有助于稳定生产效率。不论是哪一种情况，运用机器人技术一般意味着提高企业的生产效率。
可以用一个实例说明这是如何实现的。例如在货物装运时，一个正常工作日需要雇佣两名工人，那么他们的工作可以用一个机器人来取代。这样，失业者的行列中就又会增加两人。如果该公司为了满足生产需要采用两班或三班制，那么，使用工业机器人后就会有六人空闲。
质量管理
质量管理问题经常为人们所忽视。使用合理设计的机器人设备，可以保证产品质量的稳定性，从而消除“周五轿车”现象与其他劣质产品。质量的提高使昂贵的回收与顾客索赔减少、销售更好，进而导致雇佣更多的工人，以生产更多的产品。
Industrial Robot
The term robot and robotics were created well before robots became the reality. The term robots first entered the English language with the translation of Czechoslovakian playwright Karel Capek’s play R.U.R. (Rossum’s Uni versal Robots), in 1923. The word robot comes from the Czech robot that means slave or worker. In 1942, another author Isaac Asimov (who wrote many short stories about robot), created the term robotics when he established his Three Laws of Robotics. Robots, he reasoned would have special circuitry to make the robot always conform to these basic laws:
(1) A robot must not harm a human being, nor through inaction allow one to come to harm;
(2) A robot must always obey human beings, unless that is in conflict with the
first law;
(3) A robot must protect itself from harm, unless that is in conflict with the first or second law.
When these stories were written they were pure science fiction. Today with robots a reality, analyzing these laws of robotics provides a worthwhile concept for roboticists to consider when designing robot control systems.
Robot Definition
A robot is a re-programmable, multi-functional manipulator designed to move materials, parts, tools and special devices through a variety of programmed motions for the performance campaigns to control a variety of different tasks.
This definition is universally recognized. The main point is that industrial robots are re-programmable, and are capable of different types of path movements.
The Development of Robots
With the development of numerically controlled machines the concept of imitating a human arm to manipulate parts became a natural progression.
In contrast with the conventional view, robotics was not developed recently. In fact, the first robots were created in the early 1960’s in American. Unimation produced a robot arm in 1961 with the control unit sequence set by the operator. But due to the experimental nature of the work a low profile was kept mainly to avoid adverse public reaction to the project. In 1974 Cincinnati Millicron was the first mini-computer controlled robot. However, in the same year, the IRB6 robot was introduced by the Swedish company ASEA. This robot has been marketed all over the world and is still in production today (1991) with the only significant improvements in the control counter electronic devices and software upgrades. Therefore, when the United States may be credited for establishing the technology for robotics, countries like Japan and Sweden have utilized it to a greater extent in industrial applications.
Many reasons can be attributed to the increase in awareness and use of industrial robots in recent tine; some being the ever increasing cost of unskilled labor, better design and performance, the rapid advances in computer and sensory technology, the desire to take employees away from mundane, repetitive or potentially dangerous work environments.
Determining a Robot’s Kinematic Structure
To be able to classify to what order of design an industrial robot belongs to, we must be able to identify its kinematic structure. In order to determine the kinematic structure, we need to recognize the joint types used and the "degree of freedom" the arm has.
Like the human arm, the robot arm is made up of a series of links and joints. The joint is the part of the arm that connects two links and allows relative movement between the connecting rod.
Each robot has a base that is normally secured to the floor. However, the base can also be secured to a wall or ceiling and can also be incorporated into a gantry. All give the advantage of saving floor space and improve the robots reach, thus giving the End Effector (which is a general term used to describe the tooling on the end of the robots arm) greater manipulative power. The first link of the robot arm is connected to
the base and the last link is connected to the end effector. In general, the more joints in the robot arm the greater the dexterity it has.
Joint Types
The list below shows the types of joints that can be used for industrial robot arms, the arm is constructed from either one particular group of joints or a combination of these:
(1) Revolute: Revolute joints are simply those that allow revolute, or rotary motion between two links;
(2) Prismatic: Prismatic joints allow linear motion between the two links;
(3) Ball and Socket: Ball and socket joints allow three revolute or rotary motions between the two links. Ball and socket joints in robots are seldom used due to a greater difficulty in activating them.
Classification of Robots
Robots can be classified by their joint types into one of the following five groups. The three groups closest to the robot’s base will determine its classification; the other joints are included to give the end effector greater flexibility of movement.
(1) Cartesian
(2) Cylindrical
(3) Spherical
(4) Horizontally articulated (SCARA)
(5) Vertically articulated.
Degrees of Freedom
A common term define the number of joints in a robot arm is the “Degree of Freedom” an arm has. Each j oint allows relative motion between the two links, giving it one degree of freedom. When motion is possible along or around two joints then there are two degrees of freedom and so on. Most robots have between four and six degrees of freedom. As a comparison the human arm has seven degrees of freedom from the shoulder to the wrist, but including the land which has twenty-two degrees of freedom alone!
Basic Robot Components
The robot system has a series of basic components:
(1)Manipulater.
(2) Controller.
(3)Power Supply.
(4) End Effector (grippers, spot or MIG welders etc).
Drive Systems:
The movement of the manipulator is controlled by actuators, or drive system. The actuator or drive system allows the various axes to move within the work cell. The drive system can use electrical, hydraulic or pneumatic power. The energy developed by the drive system is converted to mechanical power by various mechanical drive systems. The drive systems are coupled through mechanical linkages. These linkages, in turn, drive the axes of the robot. The mechanical linkages may be composed of chains, gears and ball screws.
Others
Work Envelops
The most important characteristic to any individual working near the robotic system is how far the robot can reach. The reach of the robot is define as the work envelope of the system. All programmed points within the reach of the robot are part of the system. Thus any end-of-arm tooling is attached to the robot, the work envelope size will increase by the length of the end-of-arm tooling. This increased dimension is very important for the safety of the operators and must be considered in the design of the robot’s work cell.
Locus and Loci
A locus is a technical term for the shape of a path trahed out by a point constrained to move under certain condition.
The end point of a robot’s arm traces out a path when it is caused to move and is capable of traversing a great number of paths in three dimensions, thus producing many different loci. The arm is considered to move in paths determined by its physical and geometrical configuration. The sum of all the possible loci which the robot arm is capable of generating combines to from a three-dimension working volume called a working envelope.
Controller
The controller in the robotic system is the heart of the operation. The practical aspects of the controller fall broadly into the following categories.
·Control of axis movement, position and velocity;
·Program control and axis coordination;
·Control of input and output devices;
·Overall system control of which the robot may be just one element.
Power Supply
The power supply is the unit that supplies power to the controller and the manipulator. Two types of the power are delivered to the robotic system. One type of power is the AC power for operation of the controller. The other type of power is used for driving the various axis of the manipulator. This power can be developed from either a hydraulic power source, a pneumatic power source or an electric power source.
The Automation and Integration of the Industrial Robot
With the advent of the industrial revolution, manufacturing processes became both specialized and mechanized. Instead of one person designing, producing, and delivering a product, workers and/or machines performed specialized tasks within each of these broad areas. Communication among these separate entities was achieved using drawings, specification, job orders, process plans, and a variety of other communication aids. To ensure that the finished product matched the planned product, the concept of quality control was introduced.
The positive side of the mechanization stage was that it permitted mass production, interchangeability of parts, different levels of accuracy, and uniformity. The disadvantage is that the lack of integration led to a great deal of waste.
Automation improved the performance and enhanced the capabilities of both people and machines within specialized manufacturing components. For example,
CAD enhanced the capability of designers and drafters. CNC enhanced the capabilities of machinists and computer-assisted planners. But the improvements brought on by automation were isolated within individual components or islands. Because of this, automation did not always live up to its potential.
To understand the limitation of automation with regard to overall productivity improvement, consider the following analogy. Suppose that various subsystems of an automobile (i. e., the engine, steering, brakes) were automated to make the driver’s job easier. Automatic acceleration, deceleration, steering, and braking would certainly be more efficient than the manual versions. However, consider what would happen if these various automated subsystems were not tied together in a way that allowed them to communicate and share accurate up-to-date information instantly and continually. One system might be attempting to accelerate the automobile while another system was attempting to apply the brakes. The same limitations apply in an automated manufacturing, integration. These limitations are what led to the current stage in the development of manufacturing, integration.
With the advent of the computer age, manufacturing has developed full circle. It began as a totally integrated concept and, with CIM, has once again become one. However, there are major differences in the manufacturing integration of today and that of the manual era of the past. First, the instrument of integration in the manual era was the human mind. The instrument of integration in modern manufacturing is the computer. Second, processes in the modern manufacturing setting are still specialized and automated.
Another way to view the historical development of CIM is by examining the ways in which some of the individual components of CIM have developed over the years. Such components as design, planning, and production have evolved both as processes and in the tools and equipment used to accomplish the processes.
Design has evolved from a manual process using such tools as slide rules, triangles, pencils, scales, and erasers into an automated process known as computer-aided design (CAD). Process planning has evolved from a manual process using planning tables, diagrams, and charts into an automated process known as computer-aided process planning (CAPP). Production has evolved from a manual process involving manually controlled machines into an automated process known as computer-aided manufacturing (CAM).
These individual components of manufacturing evolved over the years into separate islands of automation. However, communication among these islands was still handled manually. This limited the level of improvement in productivity that could be accomplished in the overall manufacturing process. When these islands and other automated components of manufacturing are linked together through computer networks, these limitations can be overcome.
Why Use Robots
The main arguments presented by the robot industry for implementing industrical robots center around the ideals that they are installed to increase productivity, improve quality control and to improve job satisfaction for the worker. The examples most frequently used are that robots free people from having to work in: dangerous or
unpleasant environments; and on boring and mundane tasks.
Increasing profits
The main function of management is the increase of, or at least the maintaining of profits. It is a proven fact that if selected and installed correctly industrial robots, they will perform a task for longer working periods, in most cases have higher productivity than their human counterpart and work at a constant speed during that time (they don’t suffer from fatigue). In areas where production rates constantly fluctuate because of the nature of the task, the implementation of robots would help to maintain a reliable production rate. In either case robotics would generally mean increase profits for the company.
An example can be used to demonstrate how this is possible. In a palletizing operation, if tow workers are employed during a normal working day, and their jobs are now replaced by an industrial robot, it is quite possible that two more candidates for the unemployment line could be the result. If the company already ran two or three shifts to meet production requirements, the industrial robot would now effectively make up to six people redundant!
Quality management
One effect that is often overlooked is quality control. A correctly designed robotic installation will always give consistent quality products thus eliminating the "Friday Car" and other poor quality items. The improved quality will result in fewer expensive recalls and warrantee claims and more sales which may led to more workers employed to produce more products.
工业机器人发展现状与趋势 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10％左右。2004年增长率达到创记录的20％。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%，如图1所示。
各区域用户工业机器人定购指数（以1996年作为100） 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可*性、易操作性和可维修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
《工业机器人应用技术》课程标准 课程名称：工业机器人应用技术 课程性质：职业技术课 学分：2 计划学时：32 1前言 《工业机器人应用技术》课程是机电一体化各专业方向的一门专业技术课，是一门多学科的综合性技术，它涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多学科的内容。其目的是使学生了解工业机器人的基本结构，了解和掌握工业机器人的基本知识，使学生对机器人及其控制系统有一个完整的理解，培养学生在机器人技术方面分析与解决问题的能力，培养学生在机器人技术方面具有一定的动手能力，为毕业后从事专业工作打下必要的机器人技术基础。 1.1课程定位 本课程的教学以高等职业教育培养目标为依据，遵循“结合理论联系实际，应知、应会”的原则，以拓展学生专业知识覆盖面为重点；注重培养学生的专业思维能力。重点通过对主流工业机器人产品的讲解，使学生对当前工业机器人的技术现状有较为全面的了解，对工业机器人技术的发展趋势有一个明确的认识，为学生进入社会做前导；把创新素质的培养贯穿于教学中。采用行之有效的教学方法，注重发展学生专业思维和专业应用能力，通过简单具体的实例深入浅出地讲解专业领域的知识。 1.2设计思路
以点带面，讲解授课为主的教学方式。课程主要可以分为机械、运动、控制、感觉等几个部分，内容较多。课堂教学上，我们使用重点突破的方法，讲解一个或者两个典型的实例，让学生触类旁通，举一反三，从而带动整个知识面的学习。 我们让学生联系已学各门科目的知识点，达到温故知新的目的。由于涉及的已学课程较多，学生由于基础薄弱，前面课程的遗忘率不容忽视，所以在讲解的过程中，对一些重要的知识点，我们还要做一个较为详细的说明，从而可以加强学生的知识储备，为本课程的学习扫清障碍。 传统的教学手段与现代教育技术手段灵活运用：板书、实物模型、多媒体课件等。尤其是在机械部分，考虑到学生的立体思维能力较为薄弱，多媒体和实物模型的使用能更好地帮助学生理解工业机器人各部分的工作原理。 2课程目标 2.1总体目标 《工业机器人应用技术》是一门培养学生具有机器人设计和使用方面基础知识的专业课，本课程主要研究机器人的结构设计与基本理论。通过本课程的学习，使学生掌握工业机器人基本概念、机器人运动学理论、工业机器人机械系统设计、工业机器人控制等方面的知识。 2.2具体目标 2.2.1知识目标 1．了解机器人的由来与发展、组成与技术参数，掌握机器人分类与应用，对各类机器人有较系统地完整认识。 2．了解机器人运动学、动力学的基本概念，能进行简单机器人的位姿分析和运动分析。
工业机器人应用技术课程标准 、课程基本信息 先修课程：机械设计基础、电气控制与PLG机电设备故障诊断与维修 后续课程：工业机器人现场编程、自动化工业生产的安装与调试 课程类型：专业选修课 二、课程性质 工业机器人技术是一种综合性的机电一体化技术，包括传动机构、伺服系统、数据处理、人机对话以及与机器人工作性质对应的控制功能等。 本门课程致力培养学生具有机器人安装、调试和维护方面等基础知识的专业选修课，课程理论和应用技术紧密结合，使学生能在较短的时间内了解生产现场最需要的工业机器人的实际应用技术。 三、课程的基本理念 以典型案例为载体，设计课程结构；以职业岗位能力要求为基础，改革课程内 容；以职业素质培养为主线，提升学生职业能力。 四、课程设计 该课程以工业机器人常用的技术原理与应用知识为载体，让学生了解工业机器人基 本原理和应用技能为目标，选取基本工业机器人的机械机构和运动控制、基本操作、搬运机器人及其操作应用、码垛机器人及其操作应用、焊接机器人及其操作应用、涂装机器人及其操作应用、装配机器人及其操作应用等内容，采用任务驱动的方式组织教学内容，以典型案例为载体讲述工业机器人的基础知识，培养学生了解和掌握工业机器人应
用能力。教学的过程是：案例导入T相关知识一案例讲解一知识拓展。 五、课程的目标 （一）总目标 通过本门学习领域课程工作任务的完成，使学生了解工业机器人的分类、特点、组成、工作原理等基本理论和技术，掌握工业机器人的使用的一般方法与流程，具备工业机器人选型、操作以及工作站设计等解决实际问题的基本技能，使学生达到理论联系实际、活学活用的基本目标，提高其实际应用技能，并使学生养成善于观察、独立思考的习惯，同时通过教学过程中的案例分析强化学生的职业道德意识和职业素质养成意识以及创新思维的能力。 （二）具体目标： 1知识: 通过本课程的学习，使学生掌握工业机器人的结构，工业机器人的环境感觉技术，工业机器人控制，工业机器人系统等方面的知识。 2、能力 （1）了解如何操作工业机器人，完成简单的动作。 （2）掌握各种工业机器人的构造原理以及特点。 （3）能分析出简单的故障所在。 （4）能设计出简单的末端操作器。 3、素质 （1）培养学生对机器人的兴趣，培养学生关心科技、热爱科学、勇于探索的精神 （2）培养科学的学习态度与作风，利用先进技术进行开拓创新的专业思维。 （3）培养良好的专业触觉。 六、课程内容与学时分配 （一）课程内容与学时分配表
工业机器人原理及应用实例 一、工业机器人概念 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用 机械装置；由计算机控制，是无人参与 的自主自动化控制系统；他是可编程、 具有柔性的自动化系统，可以允许进行 人机联系。可以通俗的理解为“机器人 是技术系统的一种类别，它能以其动作 复现人的动作和职能；它与传统的自动 机的区别在于有更大的万能性和多目 的用途，可以反复调整以执行不同的功 能。” 二、组成结构 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座 和执行机构，包括臂部、腕部和手部， 有的机器人还有行走机构。大多数工业 机器人有3～6个运动自由度，其中腕 部通常有1～3个运动自由度；驱动系 统包括动力装置和传动机构，用以使执 行机构产生相应的动作；控制系统是按 照输入的程序对驱动系统和执行机构 发出指令信号，并进行控制。 三、分类 工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直 角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升 降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部 能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有 多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。 点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、 装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机 构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和 涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程 输入型是将计算机上已编好的作业程 序文件，通过RS232串口或者以太网等 通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵 盒)，将指令信号传给驱动系统，使执 行机构按要求的动作顺序和运动轨迹 操演一遍；另一种是由操作者直接领动 执行机构，按要求的动作顺序和运动轨 迹操演一遍。在示教过程的同时，工作 程序的信息即自动存入程序存储器中 在机器人自动工作时，控制系统从程序 存储器中检出相应信息，将指令信号传 给驱动机构，使执行机构再现示教的各 种动作。示教输入程序的工业机器人称 为示教再现型工业机器人。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作； 如具有识别功能或更进一步增加自适 应、自学习功能，即成为智能型工业机 器人。它能按照人给的“宏指令”自选 或自编程序去适应环境，并自动完成更 为复杂的工作。 四、主要特点 工业机器人最显著的特点有以下几个： (1)可编程。生产自动化的进一步发 展是柔性启动化。工业机器人可随其工 作环境变化的需要而再编程，因此它在 小批量多品种具有均衡高效率的柔性 制造过程中能发挥很好的功用，是柔性 制造系统中的一个重要组成部分。 (2)拟人化。工业机器人在机械结构 上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、 手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。 此外，智能化工业机器人还有许多类似 人类的“生物传感器”，如皮肤型接触 传感器、力传感器、负载传感器、视觉 传感器、声觉传感器、语言功能等。传 感器提高了工业机器人对周围环境的 自适应能力。 (3)通用性。除了专门设计的专用的 工业机器人外，一般工业机器人在执行 不同的作业任务时具有较好的通用性。
2018年我国工业机器人行业现状及发展趋势分析 2017年全球工业机器人销量34.6万台，同比+17.6%，预计至2020年达到52.1万台。2017年中国销量占比30%以上。全球工业机器人销量保持加速增长，中国占比逐步提高。 数据来源：公开资料整理 相关报告：智研咨询发布的《2018-2024年中国工业机器人行业市场深度调研及未来发展趋势报告》 2017年中国机器人产量13.1万台，同比+81%，预期2018-2020年中国工业机器人产量年化增速20%-30%。3C消费电子需求占比提高明显，预期近两年将代替汽车成为工业机器人销量第一大领域。
全球专业服务机器人销量及增速 数据来源：公开资料整理 2016年全球专业服务机器人销量59706台，同比+24％，销售额47亿美元，同比+2％。2017年全球专业服务机器人约销量78700台，预计2018-2020年40万台销量空间，268亿美元销售额空间，销量与销售额增速保持年均20%-25%。 “量看物流机器人+价看医疗机器人” 数据来源：公开资料整理
数据来源：公开资料整理 2016年，物流机器人销量2.54万台，占比42.5%销量最大，销售额9.92亿，占销售额21.1％；预计2018-2020年销量18.97万台，对应58.45亿美元市场空间。2016年，医疗机器人销量1600台，销售额16.12亿美元最大，占比34.3%，单价超100万美元；预计2018-2020年将有约77.48亿美元市场空间。 对于工业机器人，中国总体上是净进口国，依赖进口国际高端品牌以满足国内市场需求。国内机器人企业在上游核心零部件、中游本体及下游集成应用等方向正多点寻求突破，我们认为专业化的集成应用领域有望成为突破口。
《工业机器人技术基础》课程标准 1.课程性质和任务 课程性质:《工业机器人技术基础》是工业机器人技术专业课程体系中的职业基础课程之一，是一门多学科的综合性技术，它涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多学科的内容，是学生职业发展中第一门与工业机器人直接关联的基础课程。是在科学分析确定学院办学定位、明确我院工业机器人技术专业发展方向的前提下，通过对工业机器人技术职业与职业岗位进行整体化的调研与分析形成的一门具有很强的综合性的专业基础课程。 课程任务：主要是引导学生通过对工业机器人本体的认知，掌握工业机器人运动系统设计方法，具有进行总体设计的能力；掌握工业机器人整体性能、主要部件性能的分析方法；掌握工业机器人常用的控制理论与方法，具有进行工业机器人控制系统设计的能力；了解工业机器人的新理论，新方法及发展趋向。掌握工业机器人的一般知识和基本技能，培养学生专业能力及职业能力，为他们走上工业机器人生产第一线的工作岗位做好准备。 2.学习领域描述 工业机器人涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术，其集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体，是工业自动化水平的最高体现。任何从事工业机器人相关岗位的员
工，都有必要预先系统地了解掌握工业机器人的相关知识，包括工业机器人的分类、组成，结构，性能参数，控制技术，传感系统以及典型应用等等，才能够妥善的应对自身职业体系中可能出现的各种问题。 模拟企业新员工的认知流程，学生以小组或独立的工作方式，结合工业机器人认知实训设备，对上述技术要点进行系统的接触、分析、了解和掌握。 3.先修课程和后续课程 先修课程：《电路与电工技术》、《机械制图与CAD》 后续课程：《工业机器人拆装与维护》、《工业机器人离线编程》、《工业机器人操作与编程》 4.课程目标 掌握工业机器人的工作原理和结构知识，掌握六自由度工业机器人的特点及其相关参数知识，能使学生掌握机器人机构设计、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。机器人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的有机融合，通过这门课的学习，使学生对机器人有一个全面、深入的认识，培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力，并相应的掌握一些实用工业机器人控制及规划和编程方法。 学习完本课程后，学生应当能具备从事工业机器人企业生产第一线的生产与管理等相关工作的基础知识和能力储备，包括： （1）了解机器人的由来与发展、组成与技术参数，掌握机器人分类与应用，对各类机器人有较系统地完整认识。 （2）了解机器人运动学、动力学的基本概念，能进行简单机器人的位姿
工业机器人的现状与发展趋势 第一台Unimate型Robot在美国问世至今已45年了,机器人技术正在以超乎一般人所预料的速度向前发展,对机器人这一概念的理解及定义也在变化。1984年末著名科学家钱学森指出:“所谓机器人,就是指那些有特定功能的自动机,它是机电一体化的,具有人工智能因素的20世纪80年代高技术,是新技术革命的重要内容之一。”这是最有权威和精辟归纳的定义,也为20年来的实践所证实其远见卓识。机器人是人类20世纪的重大发明之一。据国外专家预测,2l世纪将是机器人技术革命的世纪,机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。在非常规和极端制造过程中,工业机器人是不可缺少的自动化装备。 一、国外工业机器人的现状及发展趋势 (一国外工业机器人的现状 机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。国外专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的新的大型高技术产业。据国际机器人联合会(IFR统计,世界机器人市场前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90年代,机器人产品发展速度加快,年增长率平均在10%左右,2000年增长率上升到15%,预计21世纪初,工作在各领域的工业机器人将突破100万台。正如《2l世纪日本创建机器人社会技术发展战略报告》指出,“机器人技术(RT与信息技术(IT一样,在强化产业竞争力方面是极为重要的战略高技术领域。培育未来机器人产业是支撑2l世纪日本产业竞争力的产业战略之一,具有非常重要的意义。”最近,韩国也将智能机器人作为十大战略产业之一列入国家发展规划(2003~2007年,现正在实施中。 机器人广泛应用于各行各业。主要进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。目前,全球现役工业机器人83万台。过去10年,机器人的价格降低约80%,现在继续下降,而欧美劳动力成本上涨了40%。现役机器人的平均寿命在10年
《工业机器人技术基础》教学大纲 一、课程基本信息 课程名称：工业机器人技术基础 学时：48 适用对象: 工业机器人技术专业、电气自动化技术专业、机电一体化技术专 业 考核方式：考查 二、课程简介 机器人学是一门高度交叉的前沿学科，机器人技术是集力学、机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等多学科知识之大成，是一项综合性很强的新技术。通过该课程的学习， 使得学生基本熟悉这门技术以及其发展状况，为今后从事工业机器人的操作管 理、维护维修、系统安装调试和集成设计的工作打下基础。 三、课程性质与教学目的 本课程是专业基础课，通过本课程的学习，使学生了解机器人及其应用，掌 握机器人系统组成、机构、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。机器 人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、 控制、检测、通信和计算机的有机融合，通过这门课的学习，使学生对机器人有 一个全面、深入的认识。培养学生综合运用所学基础理论和专业知识分析问题解 决问题的能力。 第1章概述 机器人的基本概念，机器人的组成原理、机器人应用与外部的关系、机器人应用技术的现状 第2章机器人的基础知识 机器人的分类、机器人的基本术语与图形符号、机器人的技术参数、机器人的运动学基础、机器人的动力学基础 第3章机器人的机械结构系统 机器人的机械结构系统、机器人的腕部机构、机器人的手部机构、机器人的行走机构
第4章机器人的驱动系统 机器人的驱动系统概述、电动机及其特性、液压驱动系统及其特性 第5章机器人的控制系统 机器人的控制系统、伺服控制系统及其参数、交流伺服电动机的调速、机器人控制系统结构、机器人控制的示教再现、机器人控制系统举例 第6章机器人的感觉系统 机器人的传感技术、机器人的内部传感器、机器人的外部传感器、机器人的视觉系统、机器人传感器的选择 第7章机器人的语言系统 机器人的语言系统概述、常用的机器人语言简介、机器人的离线编程、机器人的编程示例 第8章工业机器人及其应用 工业机器人概述、焊接机器人、搬运机器人、喷涂机器人、装配机器人 四、各教学环节学时分配 教学环节 教学时数课程内容讲课实验 其他教学 环节 第一章概述 4 第二章机器人的基础知识 4 第三章机器人的机械结构系统 6 1 第四章机器人的驱动系统8 第五章机器人的控制系统8 第六章机器人的感觉系统8 1 第七章机器人的语言系统 6 第八章工业机器人及其应用12
工业机器人发展现状及趋势 1国内工业机器人得发展现状 1、1发展概述 我国得工业机器人研究开始于20世纪80年代中期．在国家得支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关．已经基本实现了实验、引进到自主开发得转变。促进了我国制造业、勘探等行业得发展。但随着我国门户得逐渐开放．国内得工业机器人产业面临着越来越大得竞争与冲击。虽然我国机器人得需求量逐年增加，但目前生产得机器人还很难达到所要求得质量．很多机器人得关键部件还需要进口。所以目前来说。我国还处在一个机器人消费型得同家。 现在，我国从事机器人研发得单位有200多家，专业从事机器人产业开发得企业有50家以上。在众多专家得建议与规划下，“七五”期间由机电部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所与大学参加，国家投入相当资金，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、工业机器人整机及应用工程得开发研究。“九五”期间，在国家“863”高技术计划项目得支持下，沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、上海机电一体化工程公司、北京机械工业自动化所、四川绵阳思维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业基地。此外，还有上海富安工厂自动化公司、哈尔滨焊接研究所、国家机械局机械研究院及北京机电研究所、首钢莫托曼公司、安川北科公司、奇瑞汽车股份有限公司等都以其研发生产得特色机器人或应用工程项目而活跃在当今我国工业机器人市场上。 1、2机器人分类 随着科学技术得不断进步，我国工业机器人已经走上了自主研发阶段，这样标志着我国工业自动化走向了新得里程碑按照工业机器人得关键技术发展过程其可分为三代：第一代就是示教再现机器人，主要由机器人本体、运动控制器与示教盒组成，操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程，并保存示教信息。当机器人自动运行时，由运动控制器解析并执行存储得示教程序，使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动，连续轨迹再现得控制方法，可以完成直线与圆弧得连续轨迹运动，然而复杂曲线得运动则由多段圆弧与直线组合而成。由于操作得容易性、可视性强，所以在当前工业中应用最多。
1、机器人安应用类型可以分为工业机器人、极限作业机器人和娱乐机器人。2﹑机器人按照控制方式可分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。 3、工业机器人的坐标形式主要有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。 4、直角坐标机器人的工作范围是长方形形状；圆柱坐标机器人的工作范围是圆柱体形状；球坐标机器人的工作范围是球面一部分状。 5、工业机器人的参考坐标系主要有关节坐标系、工具参考坐标系、全局参考系坐标系。 6、工业机器人的传动机构是向手指传递运动和动力，该机构根据手指的开合动作特点可以分为回转型和移动型。 7、吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为磁吸附和气吸附两种。 8、气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作。按形成压力差的方法，可分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附几种。 9、手臂是机器人执行机构的重要部件，它的作用是支待手腕并将被抓取的工件运送到指定位置上，一般机器人的手臂有3个自由度，即手臂的伸缩升降及横向移动、回转运动和复合运动。 10、机器人的底座可分为固定式和移动式两种。 11、谐波齿轮传动机构主要有柔轮、刚轮和波发生器三个主要零件构成。 12、谐波齿轮通常将刚轮装在输入轴上，把柔轮装在输出轴上，以获得较大的齿轮减速比。 13、机器人的触觉可以分为接触觉、接近觉、压觉、滑觉和力觉五种。 14、机器人接触觉传感器一般由微动开关组成，根据用途和配置不同，一般用于探测物体位置，路径和安全保护。 二、选择题 1、世界上第一台工业机器人是（B ） A、Versatran B、Unimate C、Roomba D、AIBO 2、通常用来定义机器人相对于其它物体的运动、与机器人通信的其它部件以及运动部件的参考坐标系是（ C ） A、全局参考坐标系 B、关节参考坐标系 C、工具参考坐标系 D、工件参考坐标系 3、用来描述机器人每一个独立关节运动参考坐标系是（ B ） A、全局参考坐标系 B、关节参考坐标系 C、工具参考坐标系 D、工件参考坐标系 4、夹钳式取料手用来加持方形工件，一般选择（A ）指端。 A、平面 B、V型 C、一字型 D、球型 5、夹钳式取料手用来加持圆柱形工件，一般选择（ B ）指端。 A、平面 B、V型 C、一字型 D、球型 6、夹钳式手部中使用较多的是（ D ） A、弹簧式手部 B、齿轮型手部 C、平移型手部 D、回转型手部 7、平移型传动机构主要用于加持（ C ）工件。
工业机器人常见五大应用领域及关键技术 去年全球工业机器人销量达到24万台，同比增长8%。其中，我国工业机器人市场销量超过6.6万台，继续保持全球第一大工业机器人市场的地位。但是，按机器人密度来看，即每万名员工对应的机器人保有量，我国不足30台，远低于全球约为50多台的平均水平。 前瞻产业研究院《2016-2021年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》数据显示：2015年我国工业机器人产量为32996台，同比增长21.7%。2016年机器人产业将继续保持快速增长，今年一季度我国工业机器人产量为11497台，同比增长19.9%。此外，数据显示，2015年我国自主品牌工业机器人生产销售达22257台，同比增长31.3%。国产自主品牌得到了一定程度的发展，但与发达国家相比，仍有一定差距。 2016年未来全球工业机器人市场趋势包括：大国政策主导，促使工业与服务机器人市场增长；汽车工业仍为工业机器人主要用户；双臂协力型机器人为工业机器人市场新亮点。 一、什么是工业机器人 工业机器人是一种通过重复编程和自动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统，它结合制造主机或生产线，可以组成单机或多机自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。 当前，工业机器人技术和产业迅速发展，在生产中应用日益广泛，已成为现代制造生产中重要的高度自动化装备。 二、工业机器人的特点
自20世纪60年代初第一代机器人在美国问世以来，工业机器人的研制和应用有了飞速的发展，但工业机器人最显著的特点归纳有以下几个。 1.可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统（ＦＭＳ）中的一个重要组成部分。 2.拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。 3.通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。 4.机电一体化。工业机器人技术涉及的学科相当广泛，但是归纳起来是机械学和微电子学的结合——机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都和微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展和水平。 三、工业机器人常见的五大应用领域 1.机械加工应用（2%）
国内外工业机器人发展现状 近年，随着劳动力成本不断上涨，工业领域“机器换人”现象普遍工业机器人市场与产业也因此逐渐发展起来，高成本劳动力施压下，利用工业机器人转型智能制造成为发展趋势。同时，对于打造中国制造新优势，推动工业转型升级，加快制造强国建设，改善人民生活水平具有重要意义。 一、中国工业机器人的发展 目前，机器人产业正在全球范围内加速发展，2017年的全球工业机器人销量仍然以两位数大幅增长，销量全年或将达到28.5万台。2015年全球工业机器人销量同比增长12％，而全球正在使用的工业机器人已超过150万台。到2018年，其使用量将突破230万台，其中，140万台在亚洲，占比超过一半。 自2013年以来，中国已成为全球最大的机器人消费国。2014年消费5.6万台机器人，同比增长超55％，占全球总消费量的1／4，相较于2006年的5800台，猛增近10倍。2016年全年产量达7.2万台累计增长34.3％。中国的制造业正面临着向高端转变的挑战，工业机器人的发展成为其中非常关键的一个环节。在政策上，2016年推出了多个利好行业发展的新政法规，将工业机器人作为一大重要发展方向。 2017年中国工业机器人市场发展前景在政策等多方面的推动下，
预计到年末，中国机器人保有量将有超过40万台。未来将有越来越多的中国机器人供应商进入市场。外资和中国本土机器人供应商之间竞争将会越来越激烈。未来中国市场各种机器人的增长潜力巨大。另外，随着我国工业转型升级、劳动力成本不断攀升及机器人生产成本下降，未来“十三五”期间，机器人是重点发展对象之一，国内机器人产业正面临加速增长拐点。相对于服务机器人和商用机器人在国内市场还处于探索期，工业机器人有了一定的发展基础，目前正进入全面普及的阶段。预计到2021年末，我国工业机器人产量将达到11.15万台；销售量将达到23.04万台以及保有量将达到136.04万台。工业机器人未来在中国的发展潜力将是相当可观。 二、国内外工业机器人发展情况对比 在2008 年全球金融危机之后，工业机器人作为高端装备制造业的代表，再次受到了各国普遍重视。各国为提振本国制造业的竞争力，纷纷推出了机器人产业发展战略，加速布局及推动本国工业机器人产业发展。接下来从多个角度对美国、日本、德国、韩国、中国等5 个国家的工业机器人发展战略进行对比分析，梳理五国工业机器人产业发展战略的思路。 （1）五国机器人发展情况介绍 美国是工业机器人的诞生地，机器人研发历史最长，市场竞争充分，拥有许多创新能力强的机器人公司。美国《机器人商业评论》公布的2016 年度全球最具影响力50家机器人公司名单中，美国公司有
简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。 答：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。 1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能。 2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。 3.机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。 4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。 工业机器人与数控机床有什么区别 答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链； 2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标系统； 3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。 4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。 简述下面几个术语的含义：自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。 重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同一位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。 工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为 手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。 什么叫冗余自由度机器人 答：从运动学的观点看，完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。 题图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角范围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作范围（画图时可以设L2=3cm）。
2018年江苏省高等职业院校技能大赛 “工业机器人技术应用”赛项竞赛规程 一、赛项名称 工业机器人技术应用 二、竞赛目的 赛项以“中国制造2025”规划为背景，针对装备制造业转型升级对岗位技能提升的要求，引导职业院校关注行业在“工业机器人技术应用”方面的发展趋势及新技术的应用，促进工学结合人才培养模式和课程的改革与创新。通过技能大赛,展示参赛选手维护、调试、操控机器人的技能，检阅参赛队组织管理、团队协作、工作效率、质量与成本控制、安全意识等职业素养，提升高职院校专业教师的指导水平，以赛促教，为工业机器人及系统在企业中的应用提供人才保障。 三、竞赛方式 竞赛为团体赛。每支参赛队最多由6人组成，其中领队1人（可由指导教师兼任），参赛选手3人（其中队长1人），指导教师2人。 四、竞赛内容 参赛选手在规定时间（4小时30分钟）内，以现场操作的方式，根据赛场提供的有关资料和赛项任务书，完成基本赛项任务及综合赛项任务。 基本赛项任务： 1.生产线空间位置调整、传感器安装及基本功能调试。 2.六关节机器人手爪的安装及手爪控制设备的安装调试。 3.六关节机器人参数设定、标定、现场示教编程及复现；六关节机器人安全工作区间建立。 4.AGV机器人上部输送线安装与调试;工业以太网络连接等。
5.按任务要求完成机器视觉系统的设定、流程编辑，实现托盘流水线上的缺陷工件检测和工件形状种类的识别、工件库建立及坐标变换。 6.完成满足控制要求的立库码垛机和主控系统的人机界面及PLC 控制程序编制。 7.主控PLC、触摸屏、六关节机器人、流水线、立体仓库的网络建立和程序联调测试。 综合赛项任务： 1.由裁判将放有工件的托盘随机摆放到立库各仓位中，由立库码垛机根据赛项任务书的要求，依次取出托盘并放置到磁导AGV小车上。 2.磁导AGV小车每次可以携带3个托盘，沿着磁导线运动并对接到托盘流水线，自动完成立库与托盘流水线之间的工件运输。 3.托盘流水线上设置了视觉检测系统，通过对托盘上的工件进行识别，区分出不同的工件；并将托盘中工件的坐标数据传送到主控PLC 中。 4.由主控PLC通过工业网络操控多关节机器人实现所有工件的抓取、摆放和装配。 1）选用合适的工具自动抓取托盘上不同类型的工件，对合格工件和缺陷工件进行分拣； 2）根据赛项任务书的要求，将抓取的合格工件摆放在装配流水线上的相应位置以完成装配。工件在装配流水线上的具体摆放方式以及装配要求在赛项任务书中有明确规定。 五、竞赛试题 （一）采取提前公开竞赛样题的方式进行比赛，赛前一个月公布样题。 （二）备有10套以上竞赛用试题，每场次比赛试卷由赛点裁判组
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工业机器人的发展与应用 随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化，工业机器人已成为一种高新技术产业，为工业自动化发挥了巨大作用，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了工业机器人的国内国外的发展状况和应用趋势，以及带来的经济效益。 一、工业机器人的介绍 工业机器人是机器人的一种，它由操作机．控制器．伺服驱动系统和检测传感器装置构成，是一种仿人操作自动控制，可重复编程，能在三难空间完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备，特别适合于多品种，变批量柔性生产。它对稳定和提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件的快速更新换代起着十分重要作用。 二、工业机器人带来的效益 广泛的应用工业机器人，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代。提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存，提高企业竞争力。 三、工业机器人的发展 随着科技的不断进步，工业机器人的发展过程可分为三代，第—代，为示教再现型机器人，它主要由机器手控制器和示教盒组成，可按预先引导动作记录下信息重复再现执行，当前工业中应用最多。第二代为感觉型机器人，如有力觉触觉和视觉等，它具有对某些外界信息进行反馈调整的能力，目前已进入应用阶段。第三代为智能型机器人它具有感知和理解外部环境的能力，在工作环境改变的情况下，也能够成功地完成任务，它尚处于实验研究阶段。第一、国外工业机器人的的发展 美国是机器人的诞生地，早在1961年，美国的ConsolidedControlCorp和AMF公司联合研制了第一台实用的示教再现机器人。经过40多年的发展，美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。 日本在1967年从美国引进第一台机器人，1976年以后，随着微电子的快速发展和市场需求急剧增加，日本当时劳动力显著不足，工业机器人在企业里受到了“救世主”般的欢迎，使其日本工业机器人得到快速发展，现在无论机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一，素有“机器人王国”之称。德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五六年，但战
工业机器人的现状及发展趋势
工业机器人的现状及发展趋势
工业机器人的现状及发展趋势 1 引言 机器人学是一门综合性的新兴学科，它涉及机械工程学、电气工程学、微电了工程学、计算机工程学、控制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学以及人工智能工程学等多门尖端学科。工业机器人是机器人学的一个分支，它代表了机电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展，工业机器人己成为柔性制造系统(F M })、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIM S)的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与数量，而目对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，对促进我国制造业的崛起，有着十分重要的意义。 2工业机器人的发展现状 2.1国外工业机器人的发展现状 自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来，机器人在工业发达国家得到了迅速发展。根据国际工业机器人联合会(IFR)前儿年的预测，到2000年全世界工业机器人的总数将达到82万台，比1996年增加24%。其中，日本将拥有42万台，占全世界机器人总数的50%左右，继续保持“机器人王国”地位。除日本外，世界上还有许多工业发达国家，如美国、前苏联和西欧一些国家的机器人产业也发展得很快。例如，在美国，1970-1980年间的机器人台数增加20倍以上。尽管美国所拥有的机器人在台数上不如日本，但其技术水平较高，占有一定的优势。到1998年，美国拥有8
万多台机器人，德国为7万多台，分别占世界机器人总数的15%和13%左右，排名世界第2位和第3位。在亚洲，韩国的机器人产业发展迅速，现排名世界第5位;而日本、韩国和新加坡的机器人密度(即制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量)居世界第1-3位，包揽了前三名。西欧的意大利、法国、英国和东欧的匈牙利、波兰、南斯拉夫以及北美的加拿大等，机器人制造业及应用机器人的情况都有很大发展。表1显示了世界现役机器人台数和预测台数，从中可以看出近几年世界工业机器人的发展状况。 2.2国内工业机器人的发展现状 我国工业机器人起步于20世纪70年代初期，经过30多年的发展，大致可分为3个阶段:70年代的萌芽期，80年代的开发期，90年代的实用化期。在高技术发展的推动下，随着改革开放方针的实施，我国机器人技术的发展得到政府的重视和支持。在80年代中期，国家组织了对工业机器人需求的行业调研，结果表明，对第一代工业机器人的需求主要集中在汽车行业(占总需求的60%一70% )。在众多专家的建议和规划下，于“七五”期间，由机电部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所和大学参加，国家投入相当资金，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、几类工业机器人整机及应用工程的开发研究。经过五年攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术(包括机械手、控制系统、驱动转动单元、测试系统的设计、制造、应用和小批量生产的工艺技术等)的开发，
2018年全国职业院校技能大赛 工业机器人技术应用赛项（高职组） 竞赛任务书 选手须知： 1.任务书共 23 页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判申请 更换任务书。 2.竞赛过程配有两台编程计算机，参考资料放置在“D:\参考资料”文件夹下。 3.参赛团队应在4小时内完成任务书规定内容；选手在竞赛过程中创建的程 序文件必须存储到“D:\技能竞赛\竞赛编号”文件夹下，未存储到指定位置的运行记录或程序文件均不予给分。 4.选手提交的试卷不得出现学校、姓名等与身份有关的信息，否则成绩无效。 5.由于错误接线、操作不当等原因引起机器人控制器及I/O组件、智能相机、 PLC、变频器、AGV的损坏以及发生机械碰撞等情况，将依据扣分表进行处理。 6.每一个任务具体测试要求根据评判要求现场给定或者试题给定。 7.在完成任务过程中，请及时保存程序及数据。 场次：工位号：日期：
竞赛设备描述： “工业机器人技术应用”竞赛在“工业机器人技术应用实训平台”上进行，该设备由工业机器人、AGV机器人、托盘流水线、装配流水线、视觉系统和码垛机立体仓库等六大系统组成，如图1所示。 机器人控制柜 主控柜 码垛机器人控制柜 立体仓库 码垛机器人 AGV小车 磁条托盘流水线装配流水线 防护栏 托盘回收仓 工业机器人 智能相机 图1 竞赛平台结构图 系统的主要工作目标是码垛机从立体仓库中取出工件放置于AGV机器人上部输送线，通过AGV机器人输送至托盘流水线上，通过视觉系统对工件进行识别，然后由工业机器人进行装配，装配完成后，再反向入库。图2为需要识别抓取和装配的工件，分别为机器人关节底座、电机模块、谐波减速器和输出法兰，默认的工件编号从左至右为1-4号。 图2 需要识别抓取和装配的工件 任务中3号和4号工件存在缺陷工件，类型编号分别为3A、4A，并且缺陷工件编号如图3所示。
工业机器人原理及应用实例工业机器人概念 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用机械装置；由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；他是可编程、具有柔性的自动化系统，可以允许进行人机联系。可以通俗的理解为“机器人是技术系统的一种类别，它能以其动作复现人的动作和职能；它与传统的自动机的区别在于有更大的万能性和多目的用途，可以反复调整以执行不同的功能。” 组成结构 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3?6个运动自由度，其中腕部通常有1?3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。 分类工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232 串口或者以太网
等通信方式传送到机器人控制柜。示教输入型 的示教方法有两种：一种是由操作者用手动 控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动 系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨 迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执 行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演 一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息 即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时， 控制系统从程序存储器中检出相应信息，将 指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示 教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称 为示教再现型工业机器人。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有 识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能， 即成为智能型工业机器人。它能按照人给的 “宏指令”自选或自编程序去适应环境，并 自动完成更为复杂的工作。 四、主要特点 工业机器人最显著的特点有以下几个： (1) 可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。 (2) 拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。 (3) 通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器 (手爪、工具等)便可执行不同的作业