《智能建造數字技術基礎》自動化及機器人技術6章第XXX主講人指導人XXX時間指導人學習導讀行業PPT模板/hangye/本章主要介紹辦公自動化技術以及機器人相關知識。在學習過程中，需要對自動作業以及自動裝置（機器人）有一定的基礎了解、同時也需要具備機器人工作原理相關知識。目錄CONTENT行業PPT模板/hangye/01概述02辦公自動化技術03工業自動化技術04機器人應用STEPONE概述01/概述自動化技術是指機器或裝置在無人干預的情況下按規定的程序或指令自動進行操作或控制的過程。自動化應用領域可分為：辦公自動化，工業自動化，信息自動化等等，應用十分廣泛概述辦公自動化是將現代化辦公和計算機技術結合起來的一種新型的辦公方式。凡是在傳統的辦公室中采用各種新技術、新機器、新設備從事辦公業務，都屬于辦公自動化的范疇辦公自動化工業自動化是指在工業生產過程中，通過計算機、儀器儀表、傳感器等先進技術實現生產過程的自動化。而工業機器人是工業自動化的一種重要手段，是一種能夠執行各種工業任務的可編程多功能機器人工業自動化概述STEPTWO辦公自動化技術02/辦公自動化技術發展歷程基于低代碼編程的OA系統第一代第二代第三代發展歷程第一代辦公自動化的特點:以個人計算機和辦公軟件為主要特征，軟件基于文件系統和關系型數據庫系統，以結構化數據為存儲和處理對象，強調對數據的計算和統計能力，實現了數據統計和文檔寫作電子化，完成了辦公信息載體從原始紙介質向電子的飛躍實現了個體工作自動化第二代辦公自動化的特點：以網絡為中心，非結構化數據的信息流（或工作流）為主要存儲和處理對象，不僅提高了辦公效率，還增強了系統的安全性實現了工業流程自動化第三代辦公自動化的特點:以網絡為中心，以數據、信息所提煉和組織的知識為主要處理內容和對象。“辦公”的內容已經不再是簡單的文件處理和行政事務，而是一個管理的過程，在辦公管理中，工作人員之間最基本的聯系是溝通、協調和控制，這些基本要求在以知識管理為核心的辦公自動化系統中都將得到更好的滿足實現以知識管理為核心發展歷程目前，在OA辦公系統中，越來越多地采用低代碼編程技術，它可以讓開發者通過可視化的界面，使用拖拽組件和模型驅動的邏輯，來快速創建網頁和移動應用程序，從而大大提高了系統的柔軟性并能有效地減低系統的導入成本.低代碼編程技術是一種新興的軟件開發范式，其概念最早由Forrester在2014年提出，它是基于經典的可視化和模型驅動理念，結合最新的云原生和多端體驗技術而產生的一種創新的開發方式。低代碼編程技術的出現，是為了應對日益復雜和多變的業務需求，以及日益缺乏和昂貴的專業開發人才基于低代碼編程的OA系統圖6-2基于低代碼編程的辦公自動化系統全棧可視化編程低代碼編程技術提供了一個高維和易用的可視化開發環境，覆蓋了一個完整應用開發所涉及的各個技術層面（界面/數據/邏輯），大多數情況下，開發者不需要寫代碼，而是通過圖形化拖拽和參數配置等方式來完成開發工作全生命周期管理低代碼編程技術支持應用的完整生命周期管理，從設計階段開始，歷經開發、構建、測試和部署，一直到上線后的各種運維和運營，都可以在平臺上一站式完成低代碼擴展能力低代碼編程技術也支持在必要時通過少量的代碼對應用進行靈活擴展，比如添加自定義組件、修改主題樣式、定制邏輯動作等。這樣既保證了應用的靈活性和個性化，又不失去了低代碼編程技術的高效性和易用性低代碼編程技術的主要特點有以下幾個方面:基于低代碼編程的OA系統STEPTHREE工業自動化技術03/工業自動化技術概述機器臂自動搬運技術及裝置（AGV）機器人操作系統（ROS）第一代機器人第二代機器人第三代機器人第四代機器人機器人（Robot）是工業自動化技術的重要組成部分，它是一種能夠按照預先編制的程序，自動執行工作的機械裝置，它具有感知、運動和智能等功能，可以在各種環境中為人類提供服務或輔助。概述1954-1974年，主要是具有簡單的傳感器和控制系統的電氣機械式機器人，主要用于危險或重復性高的工作場合1975-1985年，主要是具有微處理器和編程功能的智能型機器人，主要用于焊接、裝配、噴涂等工作場合1986-2000年，主要是具有視覺、觸覺、力覺等多種傳感器和學習能力的自適應型機器人，主要用于靈活制造系統中2001年至今，主要是具有人工智能和自主決策能力的智能型機器人，主要用于服務業、醫療、教育、娛樂等領域機器人發展階段感知低代碼編程技術提供了一個高維和易用的可視化開發環境，覆蓋了一個完整應用開發所涉及的各個技術層面（界面/數據/邏輯），大多數情況下，開發者不需要寫代碼，而是通過圖形化拖拽和參數配置等方式來完成開發工作運動低代碼編程技術支持應用的完整生命周期管理，從設計階段開始，歷經開發、構建、測試和部署，一直到上線后的各種運維和運營，都可以在平臺上一站式完成智能低代碼編程技術也支持在必要時通過少量的代碼對應用進行靈活擴展，比如添加自定義組件、修改主題樣式、定制邏輯動作等。這樣既保證了應用的靈活性和個性化，又不失去了低代碼編程技術的高效性和易用性據國際標準化組織（ISO）最新資料，將機器人定義為：具有一定程度的自主能力，可在其環境內運動以執行預期任務的可編程執行機構。機器人通常具有以下三個基本功能:概述機器人分類機器人可以分為工業機器人、服務機器人和特種機器人用途分類機器人可以分為輪式機器人、履帶式機器人、步行式機器人、飛行式機器人和水下式機器人等結構分類機器人可以分為遠程控制機器人、半自主機器人和自主機器人智能分類機器人的類型與介紹機器人的類型有很多種，根據不同的標準可以有不同的分類方法。一般來說，機器人可以按照以下幾個方面進行分類內容。機器人分類概述在建設領域：常用的機器人主要有機械臂和AGV兩大類。機械臂是指具有多個關節和自由度的機器人，可以模擬人類手臂的動作，如抓取、旋轉、移動等。AGV是指自動導引車（AutomatedGuidedVehicle）的簡稱，它是一種能夠根據設定的路線和任務，自動行駛和搬運物料的無人駕駛車輛。機械臂和AGV都屬于工業機器人的范疇，但有不同的結構和功能。機械臂一般用于精密的操作，如焊接、裝配、加工等，而AGV一般用于大規模物流，以及作為其它設備的搭載工具內容。概述機器人分類特點：機器人具有高度的靈活性、可編程性、智能性和自主性，能夠適應不同的工作環境和任務需求，與人類進行協作和交互。機器人還具有高速度、高精度、高穩定性、高可靠性等優點，能夠完成人類難以或無法完成的工作。概述機器人的特點及發展方向發展方向：機器人技術不斷朝著更高的智能化、自主化和協同化方向發展，利用人工智能技術提高機器人的感知、認知、決策和學習能力，使機器人能夠適應復雜多變的環境和任務。同時，利用云計算、物聯網、5G等技術提高機器人之間以及機器人與人類之間的協作和交互能力，使機器人能夠形成群體智能和社會智能。串聯式機械臂并聯式機械臂協作機械臂機械臂及分類機器臂機器臂是工業機器人的一種，用以抓取或移動物體，能夠實現多自由度（軸）的運動。其機械機構由一系列剛性構件（連桿）通過鏈接（關節）聯結起來，機械手的特征在于具有用于保證可移動性的臂（arm）,提供靈活性的腕（wrist）和執行機器人所需完成任務的未端執行器（end-effector）。串聯式機械臂在機械手中，臂的任務是滿足腕的定位需求，進而由腕滿足末端執行器的定向需求。從基關節開始，可以按臂的類型和順序，將機械手分為笛卡爾（Cartesian）、圓柱型（cylindrical）、球型（spherical）,SCARA型和擬人型（anthropomorphic）等。機器臂并聯式機械臂并聯機械臂由多個平行的連桿組成，每個連桿都有一個電機驅動，通過一系列的運動學計算來實現末端執行器的運動。與串聯機械臂相比，并聯機械臂負載能力高等特點，但其工作空間相對較小。常用的并聯機械臂平臺有Stewart平臺、Delta平臺。圖6-5左：Stewart平臺，右：Delta機械臂圖6-4典型串聯式機械臂協作機械臂協作機械臂是指可以與人類安全地協同工作的機器臂，具有輕量化、靈活化、智能化等特點。協作機器臂可以通過傳感器、視覺系統、人機界面等方式感知人類的意圖和行為，并與人類進行交互和溝通，實現高效和友好的協作。協作機器臂可以適應各種變化的工作環境和需求，提高生產效率和質量，降低人力成本和風險。65.8%AGV是自動導引車（AutomatedGuidedVehicle）的簡稱，它是一種能夠根據設定的路線和任務，自動行駛和搬運物料的無人駕駛車輛。它也可作為其它設備（如檢測設備）的搭載平臺，成為自動作業機器人。AGV是工業自動化技術中的重要組成部分，其主要技術包括導航技術、控制技術、通信技術和安全技術等。AGV的發展方向是朝著更高的智能化、靈活化和協同化方向發展，利用機器視覺、激光雷達、慣性導航等技術提高AGV的導航精度和適應性，利用ROS等機器人操作系統提高AGV的控制能力和協作能力。自動搬運技術及裝置AGVAGV關鍵技術AGV的關鍵技術之一為環境感知與信息融合技術。AGV系統可靠運行的前提是通過各種傳感器準確的捕捉環境和自身的狀態信息，并加工處理，隨后發出預警或者自動操控。采用多傳感器信息融合技術，即將多個傳感器采集的信息進行合成，形成對環境特征的綜合描述的方法，能夠充分利用多傳感器數據間的冗余和互補特性，獲得我們需要的、充分的信息。利用多源信息的關聯組合，充分識別、分析、估計、調度數據，完成下達決策和精確處理信息的任務，并對周圍環境、狀態等進行適度的估計。AGV另一關鍵技術是定位與導航技術。AGV的導航引導方式也多種多樣，主要分為磁導航、光學導航、激光導航、視覺導航、GPS導航和慣性導航等。定位導航技術好壞直接決定了AGV的精確性和性能穩定性，同時也決定AGV功能性、應用實用性、自動化程度等關鍵因素。定位是即通過傳感器來感知外部信息，通過主控制器的有效控制，以確定被控裝置在現場布局中的位置。定位技術即可以控制AGV在路徑中的位置，通過位置信息準確下達對應任務自動搬運技術及裝置AGVAGV路徑規劃路徑規劃在AGV的應用中起到非常重要的作用，其代表性的算法有Dijkstra算法、A算法、D算法、智能仿生算法、動態障礙物避障算法等。其中，A算法是目前應用最廣泛的路徑規劃算法之一，其收斂速度比較快，穩定性較高機器人操作系統如同計算機需要Windows、手機需要Android操作系統一樣，機器人也需要操作系統。目前，最有影響力的機器人操作系統為ROS（RobotOperatingSystem），此外還有OROCOS、YARP、OpenRTM-aist等。機器人操作系統（ROS）機器人操作系統(ROS)簡介及發展歷程ROS是一個面向機器人的開源的操作系統，提供類似傳統操作系統的諸多功能：硬件抽象、底層設備控制、常用功能實現、進程間消息傳遞、程序包管理等。并且提供相關工具和庫，用于獲取、編譯、編輯代碼以及在多個計算機之間運行程序完成分布式計算。ROS（機器人操作系統）起源于2007年前后斯坦福大學人工智能實驗室的STAIR項目與機器人技術公司WillowGarage的個人機器人項目（PersonalRoboticsProgram）之間的合作，2008年之后由WillowGarage公司推動其發展。自誕生以來，ROS就受到了學術界和工業界的歡迎，已經廣泛應用于機械臂、移動底盤、無人機等許多種類的機器人上。同時，ROS軟件的開發自始至終采用開放的BSD協議，在開源社區中，有2000多個不同的功能包以及有8000多的活躍用戶在為ROS添磚加瓦，其應用也擴展到了先進制造業。ROS是由多個節點（node）組成的分布式系統，節點之間通過消息（message）進行通信，消息有三種機制：話題（topic）、服務（service）和動作（action）。從計算圖的視角ROS是由多個功能包（package）組成的軟件框架，功能包是ROS的最小組織單位，包含了節點、消息、配置文件、依賴關系等。從文件系統視角ROS是一個遵循BSD協議的開源軟件，擁有一個龐大的社區ROSwiki（/），用戶可以在社區中查閱文檔、教程、問答、源碼等資源，也可以貢獻自己的代碼和經驗。從開源社區視角

ROS的架構和基本組成機器人操作系統（ROS）STEPFOUR機器人的應用04/機器人的應用機器人在各行業的應用在工程建設領域中的應用機器人的應用機器人的應用領域非常廣泛，涵蓋了工業、服務、特種等多個行業，如汽車制造、電子電氣、醫療保健、家庭生活、軍事安全等。機器人的發展受到了技術進步、市場需求、政策支持等多方面的影響，未來將呈現出更高的智能化、靈活化和協作化的特點。機器人在各行業的應用根據國際機器人聯盟（IFR）的劃分標準，可將機器人分為：工業機器人；服務機器人。工業機器人是指應用于生產過程與環境的機器人；服務機器人是指除工業機器人以外，用于非制造業并服務于人類的各種機器人，分為個人/家用服務機器人及專業服務機器人。中國電子學會結合中國機器人產業發展特性，將機器人分為工業機器人、服務機器人、特種機器人三類。其中，特種機器人是指應用于特殊環境或執行特殊任務的機器人，如水下、空中、太空、軍事等。用于車身焊接、底盤焊接、發動機裝配、車門裝配、輪胎裝配等環節。汽車制造行業用于IC芯片、貼片元器件等微型零部件的生產和裝配。電子電氣行業用于食品的包裝、揀選、碼垛、加工等環節。食品行業工業機器人應用工業機器人是指應用于生產過程與環境的機器人，其典型應用包括焊接、刷漆、組裝、采集和放置（例如包裝、碼垛和SMT）、產品檢測和測試等；所有的工作的完成都具有高效性、持久性、速度和精確性。工業機器人可以根據其自由度和工作空間的大小，選擇合適的結構形式和運動方式，以適應不同的工業場景和需求。機器人在各行業的應用用于為個人或家庭提供日常服務或娛樂，如掃地、拖地、擦窗、煮飯、陪伴、教育、娛樂等。家庭生活用于為醫療行業提供專業服務，如診斷、手術、護理、康復等。醫療保健用于為公共場合提供一般服務，如送餐、導航、巡檢、清潔等。公共服務服務機器人應用服務機器人是指除工業機器人以外，用于非制造業并服務于人類的各種機器人，其典型應用包括清潔、教育、娛樂、醫療、安保、農業等；所有的工作的完成都具有互動性、友好性和智能性。服務機器人可以根據其外形和功能分為仿生型（模仿動物或植物）、功能型（執行特定功能）、混合型（結合仿生和功能）等。機器人在各行業的應用特種機器人應用特種機器人是指應用于特殊環境或執行特殊任務的機器人，其典型應用包括水下、空中、太空、軍事等。特種機器人具有高度的自主性和適應性，可以在人類難以到達或危險的環境中完成探測、監測、施工、救援等任務。特種機器人可以根據其工作環境和功能分為水下機器人、空中機器人、太空機器人、軍事機器人等。特種機器人的技術難度較高，對機器人的結構、材料、傳感器、控制器、通信等方面都有較高的要求。主要用于航空航天、災難救援、農業植保等空中主要用于航天探索、航天施工等太空主要用于反恐維穩、偵察打擊、后勤保障等軍事水下主要用于海洋開發、海洋探測、海洋施工等機器人在各行業的應用測繪勘察勘察測繪是建設領域的基礎性工作，它為建設項目提供了準確的地形地貌、地質地下水、地下管線等信息，為設計施工提供了依據。傳統的勘察測繪方式主要是遙感測繪或航空攝影測繪，但這些方式只能針對室外大范圍場景，且成本高、精度低、制圖速度慢。在工程建設領域中的應用機器人在建設領域的應用具有安全性好、效率高、可連續作業、對工作環境要求低等優點，可以實現精準操作，大幅解放生產力，非常適用于執行重復、繁重、危險的工作任務，為建設智慧化提供了有效手段。圖6-9鋪軌機器人（中國中鐵四局）軌道鋪設為了提高軌道鋪設的自動化水平，一些國內外的研究機構和企業開發了利用機器人技術進行軌道鋪設的方法和系統，如奧地利的PlasserTheurer公司研制了名為SUZW-500的無砟軌道智能鋪軌機器人、中國中車的CRRC-ZELC-01的無砟軌道智能鋪軌機器人等為其代表。鋪軌機器人一般都采用了自主定位導航系統、智能控制系統、智能檢測系統等技術等，實現無砟軌道板的自動吊裝、對中對標、精密調整等功能，可將鋪軌作業效率提高50%以上。道路及站房裝配代表性的有上海振華重工研制了智能鋪路機器人。該機器人由履帶式底盤行走機構、動力系統、液壓系統、控制系統、伺服系統等組成。該機器人可適用于2米到15米寬度路面的鋪設，可將勞動效率提升2倍以上.在工程建設領域中的應用圖6-10道路鋪裝機器人管道施工傳統的管道施工方式需要開挖溝渠、鋪設管道，最后對管道進行回填。這種方式人力成本高、噪音大，且會對通行造成影響。為此，馬德里卡洛斯三世大學的科研人員受蠕蟲分段式身體的啟發，研制了一款名為Badger的非開挖式管道施工機器人。通過萬向節將身體連接在一起，包括加速度計、陀螺儀、磁力計、探地雷達等多種傳感器，可實現定位及避障功能。由于不必開挖溝渠，因此大幅降低了工程成本，避免了噪聲