工业机器人及其关键技术

现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院工业机器人及其关键技术现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院提纲工业机器人简介1国内外工业机器人发展概况2工业机器人关键技术34其他工业机器人现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院1920年，捷克剧作家卡里洛·奇别克在其科幻剧本《罗萨姆万能机器人制造公司》(Rossum’sUniversalRobots)首次使用了ROBOT这个名词，意思是“人造的人”。现在已被人们作为机器人的专用名词。美国机器人协会（RIA）的机器人定义：“机器人是用以搬运材料、零件、工具的可编程序的多功能操作器或是通过可改变程序动作来完成各种作业的特殊机械装置。”日本工业机器人协会（JIRA）的定义：“工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器（endeffector）的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。”国际标准化组织(ISO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务。”现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院机器人的动作机构具有类似与人或其它生物的某些器官的功能。是一种自动机械装置，可以在无人参与下（独立性），自动完成多种操作或动作功能，即具有通用性。可以再编程，程序流程可变，即具有柔性(适应性）。具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习。一般认为机器人应具有的共同点为：现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院我国机器人当前主要研究方向智能机器人技术材料感知仿生网络微型智能交互前沿技术探索多机器人协调技术人－机器人和谐共存与交互网络化与移动感知新型机构与驱动仿生运动与智能控制微纳操作技术关键技术攻关仿生与生物机器人极地科考机器人助老助残家庭服务微制造机器人装备核工业机器人油气管道检测电力检测机器人系统集成应用示范现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院涂胶机器人龙门式喷漆机器人SCARA型装配机器人搬运机器人码垛机器人喷漆机器人现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院机器人的组成、分类机器人是一个机电一体化的设备。从控制观点来看，机器人系统可以分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。机器人执行机构驱动装置控制系统感知系统基座(固定或移动)手部腕部臂部腰部电驱动装置液压驱动装置气压驱动装置处理器关节伺服控制器内部传感器外部传感器现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院一、执行机构包括：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。相当于人的肢体。二、驱动装置包括：驱动源、传动机构等。相当于人的肌肉、筋络。三、感知反馈系统包括：内部信息传感器，检测位置、速度等信息；外部信息传感器，检测机器人所处的环境信息。相当于人的感官和神经。四、控制系统包括：处理器及关节伺服控制器等，进行任务及信息处理，并给出控制信号。相当于人的大脑和小脑。内部传感器（位形检测）控制系统驱动装置执行机构工作对象外部传感器（环境检测）1处理器关节控制器现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院机器人的分类1、按照结构形态，负载能力和动作空间划分可分为超大型机器人：负载能力1000kg以上大型机器人：100-1000kg/10m2以上中型机器人：10-100kg/1–10m2小型机器人：0.1-10kg/0.1-1m2超小型机器人：0.1kg以下/0.1m2以下现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院2、按机器人结构坐标系特点方式分类1）直角坐标型机器人2）圆柱坐标型机器人3）极坐标型机器人4）关节型机器人通过沿三个互相垂直的轴线的移动来实现机器人手部空间位置的改变通过两个移动和一个转动实现位置的改变运动由一个直线运动和两个转动组成运动由前后的俯仰及立柱的回转组成现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院提纲工业机器人简介1国内外工业机器人发展概况2工业机器人关键技术34其他工业机器人现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院工业机器人构成上游中游下游•控制系统、伺服系统•减速机、控制器、伺服电机等核心零部件•手臂、底座、转座、手腕、支柱等本体零部件•操作系统、传感器等•系统集成、软件二次开发•手爪等定制末端执行器现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院•日本、德国的工业机器人水平全球领先，其中，日本在工业机器人关键零部件（减速机、伺服电机等）的研发方面具备较强的技术壁垒。德国工业机器人在原材料、本体零部件和系统集成方面有一定优势。•中国处于工业机器人生产的产业链下游，多数厂商承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。但市场需求正在迅速扩大，国内企业的自主研发能力不断提升，未来几年将拉近与国际厂商的差距。日本、德国、韩国、美国四国的工业机器人市场成熟度高，中国是最具潜能的发展国家市场成长率高高市场成熟度低领先国家发展国家现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院中国、日本、美国是工业机器人主要购买国，但中国工业机器人的渗透率远低于发达国家18297213072300025110365601500010000500003000025000200004000035000德国韩国美国日本中国2015年工业机器人主要购买国工业机器人销量（台）工业机器人分布（保有量）≈22W≈70W≈40W＜1W≈1W现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院国家/区域产能份额保有量份额机器人密度日本66%23%约300台/万人欧洲26%29%约200台/万人中国不足1%10%不足30台/万人日本、德国、美国等发达国家工业机器人技术和渗透率优势明显先发优势•PLC、CNC等先进系统源于国外，减速机、控制器等核心零部件被国际企业垄断，其中日本在减速机、伺服电机等核心零部件的研发方面处于全球领先。•上世纪70年代，日本、德国等国的人口红利消失，劳动力成本大幅提升，而汽车、电子等产业的快速发展倒逼企业提升产能。•1954年，美国率先提出工业机器人概念。•1967年日本引进工业机器人技术，处于领先。技术沉淀环境驱动现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院日本是全球工业机器人最大的生产国,中国为最大消费国331381276721903280002868025110-40%-60%-80%80%60%40%20%0%-20%100005000035000300002500020000150002010201120122013201420152010-2015年工业机器人日本销量工业机器人销量（台）增长率@Analysys易观智库･国际机器人联盟（IFR）年主要国家工业机器人保有量工业机器人保有量（台）@Analysys易观智库･国际机器人联盟（IFR）年机器人收入发那科（FANUC）数控系统、机器人等汽车、金属加工等60亿美元14亿美元安川电机（YASKAWA）伺服电机、控制系统、机器人等汽车、食品、机械加工等38亿美元13亿美元那智不二越（NACHI）液压元器件、轴承、锻压机床、机器人、控制系统等汽车、机械加工等1757亿日元132亿日元川崎重工（Kawasaki）工业机器人、能源开发设备、航空航天设备等汽车、航空、船舶、医疗、石油化工等13.4亿美元未知日本知名工业机器人厂商现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院ABB、发那科、库卡、安川电机四家企业是全球主要的工业机器人供货商••从全球来看，日本和欧洲是工业机器人的主要产地，ABB、发那科（FANUC）、库卡（KUKA）和安川电机（YASKAWA）四家企业是工业机器人的主要供货商。2015年四大家族工业机器人收入合计约为50亿美元，占据着全球约50%的市场份额。工业机器人的市场集中度非常高，伺服电机、控制系统、减速机等核心零部件的技术壁垒较高，高昂的生产成本和技术专利垄断是制约其他企业发展的重要因素。现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院区域划分品牌机器人产品应用领域产品优势产品系列欧系ABB控制系统、本体、伺服电机、系统集成汽车、3C、食品和饮料、医疗等控制力好，整体性强IRB系列库卡（KUKA）本体、系统集成、控制器汽车工业、金属加工等开源系统平台，标准化编程、轻量化、响应速度快LBR、KR系列日系安川电机Yaskawa伺服电机、变频器、本体、系统集成汽车、电子电气、食品等高精度、双臂机器人、多轴机器人Motoman、SEMISTAR系列发那科（FANUC）数控系统、伺服电机、本体汽车工业、电子电气、金属加工等轻量化、标准化标称、操作简单R系列、M系列、LR系列等18工业机器人四大家族比较现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院企业名称主营业务2013年营业收入公司现状新松机器人自动化有限公司机器人、控制器等13.19亿元人民币公司成立于2000年.在北京、上海、深圳、广州、济南设有机器人工程中心,新松在国内规模最大,品牌产品线齐全,最具影响力。广州数控数控系统、机器人、控制器等2.43亿元人民币为用户提供GSK全系列机床控制系统、进给伺服驱动装置和伺服电机、大功率主轴伺服驱动装置和主轴伺服电机等数控系统的集成解决方案。GSK工业机器人是主研发生产，具有独立知识产权的最新产品。安徽埃夫特机器人、系统集成等7.64亿元人民币埃夫特智能装备股份有限公司是国内唯一一家通过大规模产业化应用而迈向研发制造的机器人公司,也是目前国内销售规模最大的工业机器人厂商。产品迅速在汽车零部件、卫陶、五金、家电、机加工、酿酒及消费类电子等行业进行应用渗透。南京埃斯顿自动化股份有限公司数控系统、电液伺服系统、机器人4.5亿元人民币公司自成立以来始终专注于高端智能机械装备及其核心控制和功能部件研发、生产和销售，主要产品包括应用于金属成形机床的数控系统、电液伺服系统、广泛适用于各种机械装备的交流伺服系统，以及工业机器人及成套设备等。国内工业机器人厂商盘点——上市企业现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院新松机器人——中国工业机器人的领先者新松机器人工业机器人：SR系列、SRB系列等，种类分为多关节型和SCARA坐标型。应用领域：汽车、电子电器、金融等。应用领域：教育、安防、餐饮等。服务机器人：家用机器人、教育机器人、展示机器人等。系统集成：计算机软件、控制系统、检测系统、物流系统等。其他：AGV小车、机械元器件、机器人零部件等。应用领域：汽车、电子电器、电力等。应用领域：交通、能源、金融、医疗等。现代集成制造与数控装备研究所CIMSInstitute机械工程学院广数机器人——真正的中国主品牌工业机器人广州数控机器人自主设计机械本体自行制造减速器等关键零部件