工业机器人技术课件.

@HPU工业机器人技术与应用-----基于IRB120@HPUIRC5CompactController指导教师简介王红旗，河南理工大学电气工程与自动化学院自动化系，博士，研究方向：机器人控制技术邮箱：[e-mail]QQ群：4380188手机：[phone]地址：电气学院先进控制实验室（D218）欢迎机械设计、机电一体化、电气（自动化）专业的学生报考我的研究生，或参与我的研究课题。@HPUIRC5CompactController课程介绍课程性质：实践性公共选修课学时：16考核：实验（50）+理论（30）+考勤（20）教学内容：中国机器人技术的发展状况（1学时）机器人技术基础（6学时）工业机器人控制系统的组成、技术参数及分类（1学时）机器人运动学分析（4学时）机器人运动规划（1学时）工业机器人实验（9学时）熟悉ABBIRB120工业机器人控制系统（3学时）IRB120的TCP及重定向实验（2学时）IRB120建立工件坐标系实验（2学时）IRB120运动编程实验（2学时）@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况中国，作为亚洲第三大工业机器人需求国，市场发展稳定，汽车及其零部件制造仍然是工业机器人的主要应用领域。随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移，我国的机器人市场会进一步加大，市场扩展的速度也会进一步提高。对于国外的先发、领先优势，我国的机器人产业的研发远远落后于美、日两国，甚至比起韩国也落后一步，尤其是在青少年中远未开展机器人的组装、制作的科学活动，这将关系到二、三十年后我国的产业发展。近年来，国外正在兴起一个与文化产业和科学技术有紧密关系的未来产业——机器人的研究、开发及制造。参与者除了传统从事学术研究的科技工作者、大学研究梯队、企业产品的专门研究人员之外，更有一大批的青少年积极加入这一新兴的科学技术新潮流之中。@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况与国外差距基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了一定的基础，但是无论从质量、产品系列，还是批量化供给方面都与国外存在较大的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显，造成关键零部件长期依赖进口，影响了我国机器人的价格竞争力。中国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有一批企业从事机器人的开发，但是都没有形成较大的规模，缺乏市场的品牌认知度，在机器人市场方面一直面临国外机器人品牌的打压。认识不到位，鼓励工业机器人产业化发展的政策少。工业机器人的制造及应用水平，代表了一个国家的制造业水平，应从国家高度认识发展中国工业机器人产业的重要性。@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况我国工业机器人起步于20世纪70年代初，大致可分为三个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期，90年代的实用化期。在80年代中期，国家组织了对工业机器人的需求的行业的调研，对第二代工业机器人的需求主要集中于汽车行业（占总需要的60%～70%）1985年，工业机器人被列入了国家“七五”科技攻关计划研究重点，目标锁定在工业机器人基础技术、基础器件开发、搬运、喷涂和焊接机器人开发研究等五个方面。拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。“七五”期间，完成了示教再现式工业机器人成套技术，研制出喷涂、弧焊、点焊和搬运等作业机器人整机。在应用方面，在第二汽车厂建立的我国第一条采用国产机器人的生产线－东风系列驾驶室多品种混流机器人喷涂生产线。@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况在基础技术研究方面，进行了机构学，控制编程，驱、传动方式，检测等基础理论与技术的研究。开发出具有国际先进水平的测量系统，编制了我国工业机器人标准体系和12项国标、行标。80年代，在国家高技术计划中，安排了智能机器人的研究开发，包括水下无缆机器人，高功能装配机器人和各类特种机器人，进行了智能机器人体系结构，机构控制，人工智能、机器视觉，高性能传感器及新材料的应用研究已取得一批成果。形成了京津、东北、华东、华南等机器人技术地区。80年代中期，我国机器人的研发单位大大小小已有200多家，然而，由于多半从事的是低水平、重复性的研究，全国尚无一台机器人产品问世，直至1985年，我国机器人才迎来了“春天”。从90年代初期起，在国家“863”计划支持下，我国工业机器人又在实践中迈进一大步，具有自主知识产权的点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装、码垛等7种工业机器人产品相继问世，还实施了100多项机器人应用工程、建立了20余个机器人产业化基地。@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况90年代初期，主要开发了下列机器人及相关技术：1.喷涂机器人。开发了交流伺服离线编程机器人，喷涂机器人（顶喷、侧喷、仿形喷）小型马达等系列产品，但还未达到产品的定型。开发了汽车喷涂生产线，马达，箱体，陶瓷等生产线的机器人应用工程，共完成20条生产线及工作站。2.焊接机器人。进行了新机构的探索和焊缝跟踪、工装、变位机等的研究。3.搬运机器人。根据用户需求，一些单位开发了码垛机器人，已在多条生产线上应用。4.装配机器人及视觉、力觉等传感器技术得到高技术计划的支持，研制了高档样机，开始了工程应用。90年代后期，国产机器人的商品化，为产业化奠定基础。@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况一些机器人专家认为：应继续开发和完善喷涂、点焊、弧焊、搬运等机器人系统成套应用技术，完成交钥匙工程。在掌握机器人开发和应用技术基础上，进一步开拓市场，扩大应用领域，从汽车制造业逐渐扩展到其他制造业和非制造业领域，开发第二代工业机器人及各类适合我国国情的经济型机器人，以满足不同行业多层次的需求，开展机器人柔性装配系统的研究，充分发挥工业机器人在CIMS（计算机集成制造系统）中的核心技术作用。嫁接国外技术，促进国际合作，促使我国工业机器人得到进一步发展，为21世纪机器人产业奠定更坚实的基础。“十五”期间是我国机器人产业发展的一个关键转折点。经过多年的研究开发，我国的机器人技术已日趋成熟；市场需求在“十五”初期也有了一个“井喷式”的发展，此外我国已经形成了几家具有一定竞争力的机器人公司和产业化基地。@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况1980年—研制成功中国第一台工业机器人样机。1985年—中国第一台水下机器人（“海人一号”）首航成功。1986年—中国第一台水下机器人深海试验成功。1988年—中国第一台中型水下机器人（“瑞康４号”）投入使用。1989年—水下机器人首次出口美国。1990年—中国第一台工业机器人通用控制器研制成功。1992年—国产ＡＧＶ第一次应用于柔性生产线。1993年—中国唯一的机器人技术国家工程研究中心成立。1994年—中国第一台五自由度高压水切割机器人投入使用。1994年—中国第一台1000米水下机器人（“探索者”）海试成功。1995年—中国第一台6000米水下机器人（“ＣＲ-０１”）海试成功。1995年—中国首台四自由度点焊机器人开发成功，第一条点焊机器人生产线投入使用。1995年—自主开发的机器人技术－ＡＧＶ技术出口韩国。1997年—具有自主版权的高性能机器人控制器小批量生产。1997年—自主开发的国内第一条机器人冲压自动化线用于一汽大众生产线。1998年—国内首台激光加工机器人开发成功。1998年—国内首台浇注机器人用于生产。1998年—中国机器人领域唯一一家通过了ＩＳＯ９００１国际质量体系认证。@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况我国从上世纪80年代开始，在高校和科研单位全面开展工业机器人的研究，近20年来取得不少的科研成果。但是由于没有和企业有机地进行联合，至今仍未形成具有影响力的产品和有规模的产业。目前国内除了一家以组装为主的中日合资的机器人公司（首钢莫特曼机器人公司）外，具有自主知识产权的工业机器人尚停留在高校或科研单位组织的零星生产，未能形成气候。近10年来，进口机器人的价格大幅度降低，对我国工业机器人的发展造成了一定的影响，我国自行制造的普通工业机器人在价格上根本无法与之竞争。尤其是我国在研制机器人的初期，没有同步发展相应的零部件产业，使得国内企业在生产的机器人过程中，只能依赖配套进口的零部件，更削弱了我国企业的价格竞争力。随着中国经济持续快速的发展，劳动力过剩程度降低、单个工人成本上升、对产品质量有更高的要求、国家对装备制造业的重视等变化改善了机器人的使用环境，工业机器人及技术在中国已逐步得到了政府和企业的重视。@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况市场特征以汽车制造业为主的制造业发展促进了工业机器人的发展。汽车制造业属于技术、资金密集型产业，也是工业机器人应用最广泛的行业。在我国，工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业，主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。2000年开始，受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响,我国汽车工业进入了一个高速增长期，整个行业的增产扩能增加了对工业机器人需求。沿海经济发达地区是工业机器人的主要市场。我国工业机器人的使用集中在广东、江苏、上海、北京等地，工业机器人的拥有量占全国的一半以上，这种分布态势和增长趋势符合我国现阶段经济发展状况。外商独资企业、中外合资企业和国有企业是工业机器人的主要客户。工业机器人属于技术含量高，价格相对昂贵的制造装备，采用工业机器人较多的企业，一般对产品的质量要求较高，企业在市场上具有更高的影响力。现阶段，工业机器人使用量最多的仍是外商独资或中外合资企业。国有企业也在加大对工业机器人的采购用于技术改造。另外,我国的民营企业正逐渐认识到工业机器人的优势，对工业机器人的采用量也在逐步增加。国内进口工业机器人的国家和地区分布。2001～2004年，我国进口的工业机器人主要来自日本与台湾，2004年日本对华出口金额占我国进口工业机器人金额的一半。@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况目前，国际制造业中心已经转向中国，用信息化带动工业化、用高新技术改造传统产业，已成为我国工业发展的必由之路。作为先进制造装备之典型代表的工业机器人必将拥有一个很大的产业发展空间，市场前景广阔。但是，国外机器人巨头已经全部涌入中国，市场竞争日益加剧，所以中国未来机器人产业的发展不会一帆风顺。国家应借鉴日本机器人产业发展的成功做法，制定机器人产业发展战略和相关政策，这是我国机器人产业发展成败之关键。趋势工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化、作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。@HPUIRC5CompactController1中国机器人技术的发展状况机器人是人造机器的“终极”形式。它涉及机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科的发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有：性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），单机价格不断下降。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；关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。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，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性