1、機器人技術大作業（2015年秋季學期）題目工業機器人概述姓名學號班級專業機械設計制造及其自動化報告提交日期2015125哈爾濱工業大學內容及要求1. 以某種機器人（如搬運、焊接、噴漆、裝配等工業機器人；服務機器人；仿生魚、蛇等仿生機器人；軍用及其它機器人等）為例，撰寫一篇大作業，題目自擬，以下內容僅作參考：1） 機器人的機械結構設計（包括各部分名稱、功能、傳動等）；2） 機器人的運動學及動力學分析；3） 機器人的控制及軌跡規劃；4） 驅動及伺服系統設計；5） 電氣控制電路圖及部分控制子程序。2. 題目自擬，拒絕雷同和抄襲；3. 參考文獻不少于7 篇，其中至少有2 篇外文文獻；4. 報告統一用該

2、模板撰寫，字數不少于5000字，上限不限；5. 正文為小四號宋體，倍行距；圖表規范，標注為五號宋體；6. 用 A4 紙單面打印；左側裝訂，1 枚釘；7. 提交打印稿及03 版 word 電子文檔，由班長收齊。8. 此頁不得刪除。評語：成績 （ 20 分） ：教師簽名：年工業機器人概述機器人學是當今世界極為活躍的研究領域之一，它涉及計算機科學、機械學、 電子學、自動控制、人工智能等多種學科。隨著計算機、人工智能和光機電一體化技術的迅速發展，機器人已經成為人類的好幫手。在航空航天，深海探測中，往往使用機器人代替人類去完成復雜的極限工作任務。工業機器人是一個多功能、多自由度的機械和電氣一體化的自動機

3、械設備和系統，它可以在制造過程中完成各種任務。它結合制造主機或生產線，可以形成一個單一的或多臺機器自動化系統，在無人參與下，實現搬運、焊接、裝配和噴涂等多種生產作業。目前，工業機器人技術飛速發展，在生產中的應用日益廣泛，已成為現代制造業重要的生產高度自動化設備。一、工業機器人特性自 20 世紀 60 年代美國第一代機器人的開始，工業機器人的發展和應用迅速發展起來，工業機器人的最重要的特性概括如下。1、可編程。生產自動化的進一步發展是柔性自動化。工業機器人能根據工作環境不同、 做出相應規劃和變化，因而在小批量多品種的高效柔性制造過程可以起到很好的作用，是柔性制造系統（FMS）的重要組成部分。2、

4、擬人化。工業機器人在機械結構上類似于人體行走、腰轉、大臂、小臂、手腕、手爪和部分，在控制上有計算機類似大腦。此外，智能工業機器人具有許多類似生物傳的感器，如皮膚接觸傳感器、力傳感器、負載傳感器、視覺傳感器、聲傳感器、語言功能等。該傳感器提高了自適應能力。3、通用性。除了專門的特種工業機器人外，一般工業機器人在執行不同任務時具有很好的通用性。例如，更換工業機器人末端執行器（夾具、工具等）可以執行不同的任務。4、機電一體化。工業機器人技術涉及的學科相當廣泛，但總結起來就是是機電一體化技術。 第三代智能機器人不僅具有獲取外界環境信息的能力，而且具有記憶、語言理解、圖像識別、推理和判斷等能力，這與微電

5、子技術、特別是計算機技術的應用有著密切的關系。因此，機器人技術的發展將帶動其他技術的發展，機器人技術的發展和應用也可以驗證一個國家科技和工業技術的發展和水平。二、工業機器人組成工業機器人系統由三大部分和六個子系統組成。三大部分：機部分、傳感部分、控制部分。六個子系統：驅動系統、機械結構系統、感覺系統、機器人環境交互系統、人機交互系統、控制系統。1、驅動系統，要使機器人運行起來，就需給各個關節即每個運動自由度安置傳動裝置，這就是驅動系統。驅動系統可以是液壓傳動、氣動傳動、電動傳動，或者把它們結合起來應用的綜合系統；可以直接驅動或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機械傳動機構進行間接驅動。2、機

6、械結構系統，工業機器人的機械結構系統是工業機器人為完成各種運動的機械部件。系統由骨骼（桿件）和連接它們的關節（運動副）構成，具有多個自由度，主要包括手部、腕部、臂部、機身等部件。3、感覺系統由內部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，用以獲得內部和外部環境狀態中有意義的信息。智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應性和智能化的水準。人類的感受系統對感知外部世界信息是極其靈巧的，然而，對于一些特殊的信息，傳感器比人類的感受系統更有效。4、機器人一環境交換系統是現代工業機器人雨外部環境中的設備互換聯系和協調的系統。 工業機器人與外部設備集成為一個功能單元，如加工單元、焊接單元、裝配單元等。當然，也可以

7、是多臺機器人、多臺機床或設備、多個零件存儲裝置等集成為一個去執行復雜任務的功能單元。5、人工交換系統是操作人員與機器人控制并與機器人聯系的裝置，例如，計算機的標準終端，指令控制臺，信息顯示板，危險信號報警器等。該系統歸納起來分為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。6、控制系統的任務是根據機器人的作業指令程序以及傳感器反饋回來的信號支配機器人的執行機構去完成規定的運動和功能。假如工業機器人不具備信息反饋特征，則為開環控制系統；若具備信息反饋特征，則為閉環控制系統。根據控制原理，控制系統可分為程序控制系統、適應性控制系統和人工智能控制系統。根據控制運行的形式，控制系統可分為點位控制和軌跡控制。三、

8、工業機器人種類應用工業機器人主要有以下幾類1、移動機器人移動機器人是工業機器人的一種類型，它由計算機控制，具有移動、自動導航、多傳感器控制、網絡交互等功能，它可廣泛應用于機械、電子、紡織、卷煙、醫療、食品、造紙等行業的柔性搬運、傳輸等功能，也用于自動化立體倉庫、柔性加工系統、柔性裝配系統；同時可在車站、機場、郵局的物品分撿中作為運輸工具。國際物流技術發展的新趨勢之一，而移動機器人是其中的核心技術和設備，是用現代物流技術配合、支撐、改造、提升傳統生產線，實現點對點自動存取的高架箱儲、作業和搬運相結合，實現精細化、柔性化、信息化，縮短物流流程，降低物料損耗，減少占地面積，降低建設投資等的高新技術和

9、裝備。2、點焊機器人用于點焊自動作業的工業機器人。使用點焊機器人最多領域為汽車車身的自動裝配車間。點焊機器人由機器人本體、計算機控制系統、示教盒和點焊焊接系統幾部分組成，由于為了適應靈活動作的工作要求，通常電焊機器人選用關節式工業機器人的基本設計，一般具有六個自由度：腰轉、大臂轉、小臂轉、腕轉、腕擺及腕捻。3、弧焊機器人弧焊機器人主要應用于各類汽車零部件的焊接生產。在該領域，國際大型工業機器人生產企業主要以向成套裝備供應商提供單元產品為主。4、激光加工機器人激光加工機器人是將機器人技術應用于激光加工中，通過高精度工業機器人實現更加柔性的激光加工作業。本系統通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方

10、式進行編程。該系統通過對加工工件的自動檢測，產生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數據直接加工。可用于工件的激光表面處理、打孔、焊接和模具修復等。四、工業機器人的發展趨勢1、工業機器人的技術發展趨勢從近幾年世界機器人推出的產品來看，工業機器人技術正在向智能化、模塊化和系統化的方向發展，其發展趨勢主要為：結構的模塊化和可重構化；控制技術的開放化、PC化和網絡化；伺服驅動技術的數字化和分散化；多傳感器融合技術的實用化；工作環境設計的優化和作業的柔性化以及系統的網絡化和智能化等方面。2、工業機器人的產業發展趨勢國際機器人聯盟（IFR）與聯合國歐洲經濟委員會（UNECE發布的數據顯示，全

11、球多用途工業機器人銷售從2003 年開始恢復增長，預計在2005 年到 2008 年間，全球工業機器人銷量預計年均增長，到2008 年增至萬臺。以具體地區而言，亞太地區仍將是工業機器人使用量最高的地區，預計日本的工業機器人銷量將由2004 年的萬臺增至2008 年的萬臺。而整體亞太地區的工業機器人銷量將由2004 年的萬臺增至2008 年的萬臺。北美地區的工業機器人銷量也將穩定增加，預計將由2004 年的萬臺增至2008 年的萬臺。而歐洲地區的工業機器人銷量預計到2008 年將增至萬臺。3、我國工業機器人的發展歷程與現狀我國工業機器人起步于20 世紀 70 年代初期，經過20 多年的發展，大致

12、經歷了3 個階段： 70 年代的萌芽期、80 年代的開發期和90 年代的適用化期。目前，我國研制的工業機器人已達到了工業應用水平。現在，國家更加重視機器人工業的發展，也有越來越多的企業和科研人員投入到機器人的開發研究中。經過五十多年的發展，工業機器人已在越來越多的領域得到了應用。在制造業中，尤其是在汽車產業中，工業機器人得到了廣泛的應用。如在毛坯制造（沖壓、壓 鑄、 鍛造等 ）、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業中，機器人都已逐步取代了人工作業。隨著工業機器人向更深更廣方向的發展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業推廣到其

13、他制造業，進而推廣到諸如采礦機器人、建筑業機器人以及水電系統維護維修機器人等各種非制造行業。此外，在國防軍事、醫療衛生、生活服務等領域機器人的應用也越來越多，如無人偵察機（飛行器）、警備機器人、醫療機器人、家政服務機器人等均有應用實例。機器人正在為提高人類的生活質量發揮著重要的作用。工業機器人在許多生產領域的使用實踐證明，它在提高生產自動化水平，提高勞動生產率和產品質量以及經濟效益，改善工人勞動條件等方面， 有著令世人矚目的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關注。在新的世紀，機器人工業必將得到更加快速的發展和更加廣泛的應用。從近幾年世界機器人推出的產品來看，工業機器人技術正在向智能化、模

14、塊化和系統化的方向發展，其發展趨勢主要為：結構的模塊化和可重構化；控制技術的開放化、PC化和網絡化；伺服驅動技術的數字化和分散化；多傳感器融合技術的實用化；工作環境設計的優化和作業的柔性化以及系統的網絡化和智能化等方面。機器人技術是高技術的重要組成部分，其產業化的進程在我國剛剛起步，雖然取得了一定的成績，但仍然存在很多困難和不足，因此更需要多方面的關心和支持。國家政策支持，是加速高新技術產業化的重要前提。根據我國政府有關部門應組織力量進行充分地調查研究，在此基礎上，制定切實可行的推廣、應用機器人和促進機器人研究開發的傾斜政策。如在稅收、投資和貸款方面對機器人產業實行扶持政策。日本政府通過制定政

15、策，采取一系列措施鼓勵企業應用機器人，為日本機器人在國內開拓市場的經驗值得我們借鑒。另外，對機器人用戶，可以考慮給予一定的資金補貼，以鼓勵購買為了避免危險惡劣的工作環境導致的工傷事故和職業病，保護工人的身心安全，對一些特殊工種，如噴涂，鑄造等通過勞動法強制采用工業機器人來代替這樣可以大大增加工業機器人的需求數量。我國的機器人產業化必須由市場來拉動。機器人作為高技術，它的發展與社會的生產、經濟狀況密切相關。機器人的研制、開發只有從技術上實現可能性大為原則選擇機器人優先應用的領域，并以此為突破口，向其他領域滲透、擴散至為重要。我國機器的應用人要順利走上市場，實現產業化，還是需要各方面的共同努力。五、結語機器人技術為工業生產帶來了高效率與高品質，體現了一個國家科技和工業技術的發展和水平。我相信在不久將來，機器人產業會如同汽車一樣成為國家的經濟支柱產業，美國是“車輪上的國