1、綠山墻安妮讀后感時間過得真快什么是制造業，制造業的范圍有多大什么是制造業，制造業的范圍有多大l 只要是對各種各樣的原材料進行加工處理，生產出為用戶所需要的最終產品，他們可以是飛機、汽車、計算機、電子儀器，也可以是成衣、制鞋、食品加工，都可以歸屬于“制造業”。其所涉及的活動范圍則是從原材料采購、定單處理、產品設計、工藝設計，經過整個生產活動的計劃、調度和加工、裝配活動本身，直到銷售發貨和售后服務，還包括倉庫管理、財務管理、人事管理等等，一句話，覆蓋一個企業的全部活動。l大制造和小制造l 小制造指傳統的機械制造，重點是加工和裝配l 大制造指產品的生命周期中，從供應市場到需求市場整個供應鏈中的所有活

2、動。制造系統概述制造系統概述l輸入（資源和能量）輸入（資源和能量）l 1、有形資源、有形資源 如土地、廠房、機器、設備、能源、動力、各種自然資源、人力資源等、l 2、無形資源、無形資源 主要有管理、市場、技術、信息、知識、智力資源以及企業形象、產品品牌、客戶關系、公眾認可等、l 輸出輸出 （企業系統的基本要素）企業系統的基本要素）l1、產品、產品 硬件產品軟件產品，還包括無形產品如決策咨詢、戰略規劃等l2、服務、服務 售前售后、技術輸出、人員培訓、咨詢服務l3、創造客戶、創造客戶 要留住和開拓新客戶l4、 社會責任社會責任 環境保護、公共建設、人文環境精良生產精良生產l二次大戰后，日本豐田公司

3、的總裁豐田英二和其總工藝師大野耐一，敏銳的認識到大量生產工藝的弱點，認為它們不適合日本當前的情況，決定要走出一條新的適合日本條件取得更快發展的道路，而且事實證明他們確實是成功了。他們真可以說是窮則思變，變出了一條新路。精良生產精良生產l第一個突出的例子就是鈑金件的沖壓。轉向開發簡單的換膜技術，并創造了一種簡單的調整機構。l“減少一切不必要的活動，杜絕浪費”。從生產操作、組織管理、經營方式等各個方面，找出一切不能為產品增值(Value adding)的活動或人員，就加以革除。l綜合了單件生產與大量生產的優點，克服了傳統經營方式中不和理的做法，開創了一種新的經營方式LP，既避免單件生產的高成本，又

4、避免了大量生產的僵化不靈活。精良生產（精良生產（LP）基本思想）基本思想l把工作任務集成為復雜的多面手的工作，或組成小組的任務，來消除多余和重復的工作，減少一切不必要的活動，杜絕浪費。l大量生產方式的目標是使產品足夠好，而精良生產則要求產品盡善盡美。精良生產的生產操作與對工人的要求精良生產的生產操作與對工人的要求l減少以至撤消非增值的人員和崗位，徹底消除各種浪費。l總裝線上工人的集體責任制。l對效率的看法。l與西方傳統不同的勞資關系，很大的激發了工人工作的主動性。精良生產認為有下面七種浪費精良生產認為有下面七種浪費l修復次品是浪費l過量生產是浪費l加工過程中的浪費l搬運的浪費l庫存是浪費l動作

5、是浪費l窩工是浪費敏捷制造的基本思想敏捷制造的基本思想l敏捷制造可被看作是一種包括組織、高度熟練和學識淵博的人、和先進技術三者的集成，以達到合作和創新，來回答向顧客提供高質量的按用戶要求定做的產品需要。敏捷性敏捷性l敏捷性是對于在急速變化、連續分裂的全球市場中提供高質量、高性能、按用戶要求配置的商品和服務而盈利的挑戰 的反應l敏捷性是動態的沒有盡頭的，是專門承上啟下預見到未來的，是進攻性的抓住變化，和始終面向企業發展的。敏捷性敏捷性l敏捷可以和產品的生產周期聯系在一起表示快速；l它可以和大批用戶化生產聯系在一起表示適應性；l也可以和動態聯盟聯系在一起表示暢通的供應鏈和各種方式的聯系；l它可以和

6、重購聯系在一起-表示生產過程的不斷改進；l它可以和一個具有自學習、自調整能力的組織形式聯系在一起-表示一系列的職業培訓和教育；l它可以和精良生產聯系在一起-表示更高的資源利用率。敏捷性敏捷性l敏捷性意味著關于轉變-它允許企業以任何方式來高速、低耗的完成它需要的任何調整。敏捷性還意味著高的開拓創新能力。把敏捷制造（和上述各種提法）相比較是不合適的，因為敏捷制造描述的不是一個具體的生產過程或運行模式。并行工程并行工程l以前的工作模式l串行與并行的差別需求分析產品設計過程設計原形試制需求分析產品設計過程設計原形試制串串 行行 工工 程程并并 行行 工工 程程時間并行工程的定義并行工程的定義l并行工程

7、是集成地、并行地設計產品及其相關的各種過程。（包括制造過程和支持過程）的系統方法。這種方法要求產品開發人員在設計一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢處理的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。關于并行工程的幾點解釋關于并行工程的幾點解釋l并行工程是一個關于設計過程的方法，它需要在設計中全面的考慮到相關過程的各種問題但并非包含制造及其它過程。相反，應強調的是所有設計工作要在生產開始前完成，而不要求在設計產品的同時就進行生產。l并行工程不是指同時或交錯的完成設計和生產任務，而是對產品及其下游過程進行并行設計，它并不能隨意消除一個完整過程中現存的順序的向前傳遞信息的任一必要階段

8、。關于并行工程的幾點解釋關于并行工程的幾點解釋l并行設計的思想是對設計過程的集成，所以它是企業集成的一個側面，并不是超出企業集成的一個新概念。l并行工程期望作到的是優化設計，依靠集成各學科專業人員的智慧作到設計的一次成功。所以必然應該包括對設計的各方面的需求，如生產性、可靠性、可維護性等。實施并行工程的幾點建議實施并行工程的幾點建議l并行工程的目標是縮短周期（包括新產品開發或用戶定制產品）提高質量。l一開始就組成多學科聯合設計組，對概念設計階段投入的力量比傳統方式多得多。有很多問題提前到該階段解決，為設計一次性成功打下基礎。l所用的方法和工具除了計算機輔助設計方法和軟件外，著重在數據交換，數據

9、管理和通訊技術。l應將并行工程的開發和實施整個企業集成的總體規劃之下。第四章第四章 制造自動化制造自動化l第一節 制造自動化技術概述l制造自動化技術的定義、內涵及技術地位l 制造自動化是人類在長期的生產活動小不斷追求的主要目標，制造自動化技術足先進制造技術中的重要組成部分，也是當今制造上程領域小涉及面廣、研究十分活躍的技術。第一節第一節 制造自動化技術概述制造自動化技術概述l 制造自動化的內涵l 制造自動化是在“大制造概念(廣義)”的制造過程的所有環節采用自動化技術，實現刺造全過程的自動化。制造自動化的任務就是研究對制造過程的規劃、管理、組織、控制與協調優化等的自動化，以使產品制造過程實現高效

10、、優質、低耗、及時和潔凈的目標。制造自動化的廣義內涵主要包括以下幾個方面：第一節第一節 制造自動化技術概述制造自動化技術概述l(1)在形式方面，制造自動化有二個方向的含義，即：代替人的體力勞動，代替或輔助人的腦力勞動，制造系統中人、機器及整個系統的協調、管理、控制和優化。l(2)在功能方面，制造自動化的功能目標是多方面的該體系可用TQCSE功能目標模型描述。TQCSE模型中，T、Q、C、S、E是相互關聯的它們構成了一個制造自動化功能目標的有機體系，他們的主要含義分別是：第一節第一節 制造自動化技術概述制造自動化技術概述l T表示時間，是指采用自動化技術，縮短產品制造周期，產品上市快，提高牛產率

11、；Q表示質量，是指采用自動化技術，提高和保證產品質量：C表示成本，是指采用自動化技術有效地降低成本，提高經濟效益；S表示服務，是指利用自動化技術，更好地做好市場服務工作，也能通過替代或減輕制造人員的體力和腦力勞動，直接為制造人員服務；E表示環境友善性，是制造自動化應該有利于充分利用資源，減少廢棄物和環境污染，有利于實現綠色制造及可持續發展制造戰略。第一節第一節 制造自動化技術概述制造自動化技術概述l在范圍方面，制造自動化不僅僅涉及到具體生產制造過程，而且涉及到產品生命周期所有過程。其主要有制造系統開放式智能體系結構及優化與調度理論，生產過程和設備自動化技術以及產品研究與開發過程自動化技術等。產

12、品研究與開發過程自動化技術包括：CAD/CAPP/CAM一體化技術、并行工程技術、虛擬現實技術及快速原型制造技術等，生產過程和設備自動化技術是本章介紹重點，主要有：數控技術、工業機器人、柔性制造技術、智能制造技術、自動化制造系統中的檢測與監控技術等。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l 制造自動化技術的發展歷程l 生產模式的發展過程l 制造自動化技術的發展和制造技術的發展是密切相關的。制造自動化技術服務的生產模式經歷了以下幾個主要發展階段：l用機器代替手工，從作坊形成工廠。l從單件生產方式發展到大量生產方式。l從大量生產方式發展到多品種、小批量的柔性自動化生產方式

13、。l目前已是高效、敏捷與集成經營生產方式。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l 制造自動化的發展過程l 制造自動化的歷史和發展可分為五個階段。l第一階段：剛性自動化，包括自動單機和剛性自動線。l第階段：數控加工，包括數控(NC)和計算機數控(CNC)。l第三階段：柔性制造。本階段特征是強調制造過程的柔性和高效率。l 第四階段：計算機集成制造(CIM)和計算機集成制造系統(CIMS)。其特征是強調制造全過程的系統性和集成性，以解決現代企業生存與競爭的TQCS問題。l 第五階段：新的制造自動化模式，如智能制造、敏捷制造、虛擬制造、網絡制造、全球制造、綠色制造等。第二節

14、制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l 制造自動化技術的研究現狀l 國內外對制造自動化技術的研究非常重視，主要有以下幾個方面l單元系統的研究；以一臺或多臺數控加工設備和物料儲運系統為主體的單元系統在計算機統控制管理下，可進行多品種、中小批量零件自動化加工生產，它是現代集成制造系統的重要組成部分，是自功化工廠車間作業計劃的分解決策層和具體執行機構。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l制造過程的計劃和調度研究l INGERSOLL公司曾分析了在傳統的制造工廠中從原材料進廠到產品出廠的制造過程，結果友明，對個機械零件來說，只有5的時間是在機床上，而

15、另外的95時間中，零件在不同的地方和不同的機床之間運輸或等待。減少這95的時間，是提高制造生產率的重要方向。優化制造過程的計劃和調度是減少95的時間的主要手段。有鑒于此，國內外對制造過程的計劃和調度的研究非常活躍。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l柔性制造技術的研究l FMS的研究已有較長歷史，但由于其復雜性和不斷地發展，至今仍有大量學者對此進行研究。目前的研究主要圍繞FMS的系統結構、控制、管理和優化運行等方面進行。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l制造系統的系統技術和集成技術已成為制造自動化研究熱點l 集成技術包括制造系統中的

16、信息集成和功能集成技術、過程集成技術(如并行工程CE)、企業間集成技術(如敏捷制造AM)等；系統技術包括制造系統分析技術、制造系統建模技術、制造系統運籌技術、制造系統管理技術和制造系統優化技術等等。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l更加注重制造自動化系統中人因作用的研究l 在過去一段時期，人們曾認為全盤自動化和無人化工廠或車間是制造自動化發展的目標。隨著實踐的深入和一些無人化工廠實施的失敗，人們對無人化制造自動化問題進行了反思，并對于人在制造自動化系統中有著機器不可替代的重要作用進行了重新認識。近年來，提出了“人機一體化制造系統”、 “以人為中心的制造系統”等新

17、思想，其內涵就是發揮人的核心作用，采用人機一體的技術路線，將人作為系統結構中的有機組成部分，使人與機器處于優化合作的地位，實現制造系統個人與機器一體化的人機集成的決策機制。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l適應現代生產模式的制造環境的研究l 當前，并行工程、精益生產、敏捷制造、虛擬制造、仿生制造和綠色制造等現代制造模式的提出和研究推動了制造自動化技術研究和應用的發展，以適應現代制造模式應用的需要。圍繞敏捷制造這一21世紀占主導地位的制造模式的研究，主要包括敏捷制造模式下的制造自動化系統體系結構、高效柔性制造系統的建模與重構、制造能力測量、評價與控制和制造加工過程

18、的擬實制造等等。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l底層加工系統的智能化和集成化研究l 目前世界上IMS計劃中，提出了智能完備制造系統HMS(Holonic Manufacturing system)。HMS是由智能完備單元復合而成，其底層設備具有開放、自律、合作、適應柔性、可知、易集成和魯棒性好等特性。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l 制造自動化技術的發展趨勢l 制造自動化技術發展趨勢主要是敏捷化、網絡化、虛擬化、智能化、全球化和制造綠色化。l 制造敏捷化是制造環境和制造過程的必然趨勢，主要內容有：l a 柔性。包括機器柔性、工

19、藝柔性、運行柔性、擴展柔性、勞動力的柔性及知識供應鏈。l b 重構能力。能實現快速重組重構，增強對新產品開發的快速響應能力。l c 快速化的集成制造工藝。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l制造網絡化l 制造的網絡化，特別是基于Internet/intranet的制造已成為重要的發展趨勢。包括以下幾個方面：制造環境內部的網絡化，實現制造過程的集成：制造環境與整個制造企業的網絡化，實現制造環境與企業中工程設計、管理信息系統等各子系統的集成；企業與企業間的網絡化，實現企業間的資源共享、組合與優化利用：通過網絡，實現異地制造。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自

20、動化技術的發展及現狀l制造虛擬化l 基于數字化的虛擬化技術主要包括虛擬現實(VR)、虛擬產品開發(VPD)、虛擬制造(VM)和虛擬企業(VE)。制造虛擬化主要指虛擬制造，又稱擬實制造，是以制造技術和計算機技術支持的系統建模技術和仿真技術為基礎，集現代制造工藝、計算機圖形學、并行工程、人工智能、人工現實技術和多媒體技術等多種高新技術為一體，由多學科知識形成的一種綜合系統技術。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l 制造智能化l 智能化是制造系統在柔性化和集成化基礎上進步的發展和延伸，當前和未來的研究重點是具有自律、分布、智能、仿生、敏捷、分形等特征的新一代自動化制造系

21、統。智能制造技術的宗指在于通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制池過程中的腦力勞動，以實現制造過程的優化。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l制造全球化l 隨著“網絡全球化”、 “市場全球化”、 “競爭全球化”、 “經營全球化”的出現，全球化制造的研究和應用發展迅速，包括以下主要內容：市場的國際化，產品銷售的全球網絡正在形成；l產品設計和開發的國際合作及產品制造的跨國化；制造企業在世界范圍內的重組與集成；制造資源的跨地區、跨國家酌辦調、共亨和優化利用：全球制造購體系結構將會形成。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及

22、現狀l制造綠色化l 近年來，個新的概念已經提出：最有效地利用資源和最低限度地產生廢棄物，是當前世界上環境問題的治本之道。綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中，對環境的影響(負作用)最小，資源使用效率最高。綠色制造已成為全球可持續發展戰略對制造業的具體要求和體現。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l制造自動比技術的關鍵技術l 制造自動化技術涉及的學科范圍很廣，其核心仍是制造科學和技術，其學科領域主要有：系統工程學、設計與制造科學、質量控制工程、信息科學、計算機科學、人機工程

23、學、生產管理、自動控制理論、運籌學、工業工程、規劃論、電氣工程、技術經濟學等。其關鍵技術主要有以下幾個方面：第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l制造自動化系統開放式智能體系結構研究；目標是使制造系統具備自組織和并行作用的能力。l智能4M系統中關鍵技術的研究；智能4M系統就是將建模(Modeling)、加工(Manufacturing)、測量(Measuring)、機器人操作(Manipulation)四者一體化的智能系統，實現信息共享，促進建模、加工、測量、裝夾、操作的一體化，其目的是實現快速制造、快速檢測、快速響應和快速重組。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二

24、節制造自動化技術的發展及現狀l制造自動化系統的優化理論與調度方法l 制造系統是一類離散事件動態系統(Discrete Event Dynamic System，DEDS)，其物流、信息流以及各種資源的規則、調度和控制等有獨特的要求。對這類系統的更精確的描述、分析和控制，需要在離散事件動態系統理論方面進一步突破。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l面向制造自動化的虛擬制造技術研究l 虛擬制造關鍵技術的研究分為四個層次，即：虛擬制造哲理研究、虛擬制造技術層、虛擬制造原型系統層、虛擬制造集成開發平臺層。它由三大主體技術群和個支撐技術群組成。l建模技術群。用來開發VMS中

25、各種模型的所有技術與方法，包括產品過程及生產系統建模技術，虛擬公司建模技術，虛擬制造環境與現實制造環境之間結構、功能映射關系的管理、維護、監控和更新問題。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀l仿真技術群。即運行和操作構成VMS的各種模型的所有方法和技術。l控制技術群。即建模過程、仿真過程所用到的各種管理、組織與控制技術與方法。l支撐技術群。即支持虛擬制造系統開發控制與運行的基礎性技術。第二節制造自動化技術的發展及現狀第二節制造自動化技術的發展及現狀lCAD/CAPP/CAM一體化技術的研究l 主要研究內容有：CAD系統面向產品的整個生命周期，充分考慮產品信息的繼承性

26、，滿足并行設計的要求，CAD與產品信息標準化相結合，產品模型的可轉換性，面向全國乃至全球的產品信息編碼系統等方面的研究；具有很好的可移植性和自組織性的軟件系統、智能化CAD系統的研究、虛擬現實設計技術的研究。CADCAPPCAM一體化技術中個重要研究內容就是CAPP技術的研究，主要有：基于并行工程的CAPP技術；虛擬制造模式下的CAPP技術：基于PDM的CADCAPPCAM集成系統；第二節第二節 制造自動化技術的發展及現狀制造自動化技術的發展及現狀l面向制造自動化的數控技術研究l 數控技術是自動化技術的基礎及關鍵單元技術，又是精密、高效、高可靠性加工技術的支撐，它正朝著集成化和實用化方向發展。

27、數控技術的研究與開發重點是：開放性結構系統的發展，采用新元件、新工藝；不斷改善和擴展以高精、高速、高效為代表的功能，改善和發展伺服處術，采用通信技術，研制開發超精數控系統等。第二節第二節 制造自動化技術的發展及現狀制造自動化技術的發展及現狀l柔性制造技術和智能制造技術的研究l 柔性制造系統的理論和技術所涉及領域很廣，主要包括：生產調度理論與算法的研究；計算機通信及數據庫技術的研究；計算機仿真技術的研究；生產組織及控制模式理論和技術的研究；制造資源控制管理理論和技術的研究。第二節第二節 制造自動化技術的發展及現狀制造自動化技術的發展及現狀l 機器人化制造技術的研究l 機器入是一種高度柔性化的自動

28、化設備，未來的典型制造工廠將是計算機網絡控制的包含多個機器人加工單元的分布式自主制造系統，工業機器人(1R)、智能加工中心(1Mc)、坐標測量機(CMM)、自動導引小車(AGV)均被觀為“智能機器”，這些智能機器依據不同的要求有機地組成機器人化制造單元，實現多元化產品生產。第二節第二節 制造自動化技術的發展及現狀制造自動化技術的發展及現狀l先進制造智能傳感與檢測的研究l 未來的桃測系統必須與制造自動化、智能化、柔性化及集成化相適應，是一通用型模型化、集成化、智能化的具備自學習訓練與自適應調整功能的多傳感器、多參數、多模型綜合決策系統。第三節第三節 數控技術數控技術l 數控技術處指用數字化信號對

29、設備運行及其加工過程進行控制的種自動化技術。它是一種可編程的自動控制方式，它所控制的量一般是位置、角度、速度等機械量，也有溫度、壓力、流量、顏色等物理量，這些量的大小不僅可用數字表示，而且是可測的。第四節第四節 工業機器人工業機器人l 工業機器人定義、組成、分類、運動軸系、自由度和技術地位l 機器人學是關于設計、制造和應用機器人的一門正在發展中的新興學科。工業機器人技術涉及機構學、控制理論和技術、計算機、傳感技術、人工智能、仿生學等諸領域，是一門多學科的綜合性高新技術。第四節第四節 工業機器人工業機器人l工業機器人定義及組成l 綜合各國對工業機器人(Industrial Robot)的定義，其

30、在“可編程”、 “計算機控制”和“機械裝置”三方面的共同點是：工業機器人，是一種可以搬運物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機械裝置；由計算機進行控制，是無人參與的自主自動化控制系統：它是可編程、具有柔性的自動化系統，可以允許進行人機聯系。可以通俗地理解為“機器人是技術系統的一種類別，它能以其動作復現人的動作和職能；它與傳統的自動機的區別在于有更大的萬能性和多目的用途，可以反復調整以執行不同的功能。”這一概念反映了人類研制機器人的最終日標是為了創造一種能夠綜合人的所有動作和智能特征，延伸人的活動范圍，使其具有通用性、柔性和靈活性的自動機械。第四節第四節 工業機器人工業機器人l 機器人的分類

31、l 按自動化功能層次分類為l a 專用機器人。以固定程序在固定地點工作的機器人，結構簡單，造價低，適用于在大量生產系統中工作。l b 通用機器人。具有獨立的控制系統，動作靈活多樣，通過改變控制程序能完成多種作業的機器人。它的工作范圍大，定位精度高，通用性能強，但結構復雜，適用于柔性制造系統。l c 示教再現機器人。這是具有記憶功能、能完成復雜動作的機器人，它在由人示教操作后，能按示教的順序、位置、條件與其他信息反復重現示教作業。l d 智能機器人。具有各種感覺功能和識別功能，能做出決策自動進行反饋糾正的機器人。它采用計算機控制，依賴于識別、學習、推理和適應環境等智能，決定其行動或作業。第四節第

32、四節 工業機器人工業機器人l按驅動方式分類可分為：氣壓傳動機器人、電氣傳動機器人、液壓傳動機器人以及復合傳動機器人。l按控制方式分類l (1)固定程序控制機器人。采用固定程序的繼電器控制器或固定邏輯控制器組成控制系統，按預先設定的順序、條件和位置，邁次執行各階段動作，但不能用編程的方法改變己設定的信息。l (2)可編程控制機器人。可利用編程方法改變機器人的動作順序和位置。第四節第四節 工業機器人工業機器人l工業機器人的運動軸系和自由度l工業機器人的運動軸系l 機器人執行機構的運動軸系通常分為四類：直角坐標系、圓柱坐標系，球坐標系和關節系。l工業機器人的自由度l 為了使工業機器人能夠按必要的動作

33、順序運動，需要六個基本運動軸即所謂六個自內度。這六個自由度用來模仿人手臂的各種功能動作，并非所有的機器人都需要具備全部六個自由度。這六個基本運動中三個是腕部的，三個是臂部和機身。第四節第四節 工業機器人工業機器人l機器人技術的發展l 機器人技術發展進程及現狀l 機器人的發展 1954年，美國人發明了一種稱為可編程序的關節型搬運裝置，發表了“通用重復型機器人”專刊論文，首先提出了工業機器人和示教再現的概念。1958年，美國聯合控制公司研制出第一臺數控工業機器人原型機，揭開了研制機器人的序幕。20世紀60年代初，美國機床和鑄造公司(AMF)研制出示教再現型工業機器人商品，是圓柱坐標機構、點位和連續

34、路徑兩種控制方式。第四節第四節 工業機器人工業機器人l 從此以后，機器人技術進入高速發展階段。到20世紀80年代，工業機器人普及應用，其操作機、驅動器、控制系統不斷改進，以適應高速、高精度、輕量化和智能化。80年代后期，各類帶焊縫跟蹤的弧焊機器人、高功能裝配機器人相繼應用于柔性自動化生產系統中，以滿足多品種、少批量的各類需求。第四節第四節 工業機器人工業機器人l 90年代是具有各類傳感功能的第二代工業機器人走向實用化的年代。瑞典ABB機器人公司推出TR5002、TR5003、67軸新型交流伺服噴漆機器人，并推出IRB6000交流伺服點焊機器人新系列，負載達1176N。近年來，各種類型具有視覺、

35、觸覺、高靈巧手指、能行走的智能機器人相繼出現，開始用于精密裝配、核工業、宇航和深海開發、各種惡劣環境和農業部門，并出現了多傳感器融合、具有一定語言能力的機器人。機器人正朝著學習、自適應控制、自治行動的智能化第三代方向發展。第四節第四節 工業機器人工業機器人l 機器人技術的現狀；機器人技術發展到今天，正朝著自學習、自適應控制、自主性(自治行動)、智能性等方向發展。人們將在更現實基礎上開拓機器人在各個領域的應用，開發的機器人應當是具有靈活的可操作性和移動性，豐富的傳感器及其處理系統，全面的智能行為和友好協調的人機器人交互能力的高級機器人。第四節第四節 工業機器人工業機器人l機器人技術的前沿課題l操

36、作機l 在智能機器人操作機研究方面，人們重點集中在各種具有柔性感、靈巧性的手爪和手臂上。研究前沿有：手臂結構，關鍵是其輕質化，研究新型高剛度、抗震結構和材料：機器人手、手腕及其連接機構，實現快速、準確、靈活性、柔順性以及結構的緊湊性；冗余自由度柔性操作機，為適應狹小環境中的靈活操作，需要像人手那樣地靈巧、需達到27個自由度且結構可變的柔性操作機；微型操作機，其線徑小于1mm，用于軍事偵察和各種微型操作。第四節第四節 工業機器人工業機器人l動力源和驅動；智能機器人的機動性要求動力源輕、小、出力大，研究重點是改善動力源的現狀，以提高機器人的自主性。智能機器人的主要驅動器是電動機。為使智能機器人的作

37、業能力與人相當，它的指、肘、肩、腕各關節大致需要3300Nm的輸出力矩和3060r/min的輸出轉速。減輕電動機質量的措施有：采用交流電動機、優化電氣及結構參數。l 新型驅動器，如形狀記憶合金、人工肌肉、壓電元件、撓性軸絲繩集束傳動等已得到人們關注，在實用方面近來已達到伺服電動機水平。第四節第四節 工業機器人工業機器人l移動技術l 移動技術是智能機器人與一般機器人顯著的區別之一。研究前沿有：新型移動機構，開發用于凹凸不平路面、樓梯、高山、彎管、海面、水下、高空等環境中的移動機構；用于行走的傳感技術，主要是高級的三維視覺、觸覺和接近覺等；移動路途分析，采用動態規劃等方法，對移動環境、成本、時間等

38、進行綜合分析、規劃最佳路徑；人機協調行走控制，：行走動作選擇，對于復雜環境多自由度行走，選擇最佳動作，研究最佳關節配置及動作級語言等。第四節第四節 工業機器人工業機器人l微機器人l 微機器人是近期機器入研究一個熱點，其可能引起機器入結構的變革。微機器人是一個智能機器入系統，最終目標是將移動、傳感、控制、能源集于一身，具有廣泛應用前景，研究前沿課題有：執行元件和認識機構的微型化：從感覺傳感器回路的微型化向微小的位置姿態控制方向發展：從微型電池向化學能源和外部能源場的方向發展：各種材料的微型部件的加工裝配向縮小法和自動生成方向發展；微小生物運動機構、生物執行器、生物能源機構規律的探索和人工化。第四

39、節第四節 工業機器人工業機器人l仿生機構l 開展仿生機構的研究，可以從生物體構造、移動模式、運動機理、能量分配、信息處理與綜合，以及感知和認識等方面多層次得到啟發。目前人工肌肉、以軀體為構件的蛇形移動機構、仿象鼻子柔性臂、人造關節、假肢、多肢體動物的運動協調等得到關注。第四節第四節 工業機器人工業機器人l機構與控制的一體化設計l 機器人學的新問題是，如何進行機構控制傳感器驅動的一體化優化設計，以滿足機械手高速高精度定位的要求。機器入機電一體優化設計的目標函數除動作時間外，還可以選擇能量、誤差、力矩、成本等，除成本一項外，其余指標都與機器人的運動性能有密切關系。第四節第四節 工業機器人工業機器人l智能控制與人工智能及示教技術l 智能控制方面發展動向主要是多級分布式計算機控制、基于神經網絡的控制，以及實現通用模塊、智能機器人核心程序模塊、機器入操作系統的通用化等。l 人工智能在機器人技術方面應用主要有：規劃和知識表述；機器人數據庫；自治功能；智能通信。l 示教技術方面發展動向主要是：實現復雜柔性作業的機器入綜合語言，帶有三維動態顯示的離線示教以適應多機群控操作，滿足復雜環境行走