1、模塊二機器人的基礎知識機器人的根本屬于與圖形符號1機器人的主要技術參數2機器人的舉例分析3機器人的工作原理與應用技術4 本模塊主要介紹機器人的根底知識，包括機器人的根本術語與各類圖形符號，機器人的主要技術參數等，并介紹了幾種實際產品的技術規格和機構簡圖。單元提要 學習完本模塊的內容后，學生應純熟掌握機器人的根本術語和各類圖形符號的含義；可以讀懂并解釋機器人技術規格書的內容，可以純熟繪制出機器人機構簡圖和各種機械構造的運動簡圖；掌握運動學和動力學的根本問題，理解機器人的位置與變量的關系，理解運動學、靜力學和動力學的一般表示方法，能用上述所學解釋機器人的位置、姿態和運動的關系。學習要求學習單元一機

2、器人的根本術語與圖形符號一、機器人的根本術語 關節joint即運動副，是允許機器人手臂各零件之間發生相對運動的機構，是兩構件直接接觸并能產生相對運動的活動連接，如圖2-1所示。A、B兩部件可以做互動連接。圖1-13 不同坐標構造的機器人1. 關節關節 高副(higher pair)機構簡稱高副，指的是運動機構的兩構件通過點或線的接觸而構成的運動副。例如，齒輪副和凸輪副就屬于高副機構。平面高副機構擁有兩個自由度，即相對接觸面切線方向的移動和相對接觸點的轉動。相對而言，通過面的接觸而構成的運動副稱為低副機構。一、機器人的根本術語一、機器人的根本術語1 1）回轉關節）回轉關節 回轉關節又稱回轉副、旋

3、轉關節，是使連接兩桿件的組件中的一件相對于另一件繞固定軸線轉動的關節，兩個構件之間只做相對轉動的運動副，如手臂與機座、手臂與手腕，并實現相對回轉或擺動。回轉關節由驅動器、回轉軸和軸承組成。多數電動機能直接產生旋轉運動，但常需各種齒輪、鏈、帶傳動或其他減速裝置，以獲取較大的轉矩。一、機器人的根本術語 移動關節又稱移動副、滑動關節、棱柱關節，是使連接兩桿件的組件中的一件相對于另一件做直線運動的關節，兩個構件之間只做相對移動。它采用直線驅動方式傳遞運動，包括直角坐標結構的驅動、圓柱坐標結構的徑向驅動和垂直升降驅動極坐標結構的徑向伸縮驅動。2 2）移動關節）移動關節一、機器人的根本術語 圓柱關節又稱回

4、轉移動副、分布關節，是使連接兩桿件的組件中的一件相對于另一件移動或繞一個移動軸線轉動的關節，兩個構件之間除了做相對轉動之外，還同時可以做相對移動。3 3）圓柱關節）圓柱關節一、機器人的根本術語4 4）球關節）球關節一、機器人的根本術語2. 連桿連桿 連桿link指機器人手臂上被相鄰兩關節分開的部分，是保持各關節間固定關系的剛體，是機械連桿機構中，兩端分別與主動和從動構件鉸接，以傳遞運動和力的桿件。例如，在往復活塞式動力機械和壓縮機中，用連桿來連接活塞與曲柄。連桿多為鋼件，其主體部分的截面多為圓形或工字形，兩端有孔，孔內裝有青銅襯套或滾針軸承，供裝入軸銷而構成鉸接。 連桿是機器人中的重要部件，它

5、連接著關節，其作用是將一種運動形式轉變為另一種運動形式，并把作用在主動構件上的力傳給從動構件，以輸出功率。一、機器人的根本術語3. 剛度剛度 剛度stiffness是機器人機身或臂部在外力作用下抵抗變形的才能。它是用外力和在外力作用方向上的變形量位移之比來度量的。在彈性范圍內，剛度是零件載荷與位移成正比的比例系數，即引起單位位移所需的力。剛度的倒數稱為柔度，即單位力引起的位移。剛度可分為靜剛度和動剛度。 在任何力的作用下，體積和形狀都不發生改變的物體稱為剛體(rigid body)。在物理學中，理想的剛體是一個固體的、尺寸值有限的、形變可以被忽略的物體。不管是否受力，在剛體內任意兩點間的間隔

6、都不會改變。在運動中，剛體上任意條直線在各個時刻的位置都保持平行。一、機器人的根本術語1.運動副的圖形符號運動副的圖形符號二、機器人的圖形符號體系二、機器人的圖形符號體系2.基本運動的圖形符號基本運動的圖形符號二、機器人的圖形符號體系2.基本運動的圖形符號基本運動的圖形符號二、機器人的圖形符號體系3.運動機能的圖形符號運動機能的圖形符號二、機器人的圖形符號體系二、機器人的圖形符號體系二、機器人的圖形符號體系4.運動機構的圖形符號運動機構的圖形符號二、機器人的圖形符號體系三、機器人的圖形符號表示 機器人的機構簡圖是描繪機器人組成機構的直觀圖形表達形式，可以將機器人的各個運動部件用簡便的符號和圖形

7、表達出來，此圖可用上述圖形符號體系中的文字與代號表示。5. 4種坐標機器人的機構簡圖種坐標機器人的機構簡圖圖圖2-2 42-2 4種坐標機器人的機構簡圖種坐標機器人的機構簡圖2. 機器人運動原理圖機器人運動原理圖 機器人運動原理圖是描述機器人運動的直觀圖形表達形式，是將機器人的運動功能原理用簡便的符號和圖形表達出來，此圖可用上述圖形符號體系中的文字與代號表示。 機器人運動原理圖是建立機器人坐標系、運動和動力方程式、設計機器人傳動原理圖的基礎，也是在學習使用機器人最有效的工具。三、機器人的圖形符號表示 由圖可見，機構運動示意圖可以簡化為機構運動原理圖，以明確主要因素。圖2-3 PUMA-262機

8、器人的機構運動示意圖和機構運動原理圖三、機器人的圖形符號表示3.機器人傳動原理圖機器人傳動原理圖 將機器人動力源與關節之間的運動及傳動關系用簡潔的符號表示出來，就是機器人傳動原理圖。PUMA-262機器人的傳動原理圖如圖2-4所示。機器人的傳動原理圖是機器人傳動系統設計的依據，也是理解傳動關系的有效工具。三、機器人的圖形符號表示圖圖2-4 PUMA-2622-4 PUMA-262機器人的傳動原理圖機器人的傳動原理圖三、機器人的圖形符號表示 該四自由度機器人構造簡單，有3個轉動關節、1個螺紋挪動關節。其構造簡圖如圖2-5所示。4.典型機器人的結構簡圖典型機器人的結構簡圖1 1）KUKAKUKA公

9、司的公司的KR5 SCARAKR5 SCARA圖圖2-5 KR5 SCARA2-5 KR5 SCARA的結構簡圖的結構簡圖三、機器人的圖形符號表示2 2）ABBABB公司的公司的IRB 2400IRB 2400 ABB、FUNAC、KUKA的大多數產品均為六自由度機器人，MOTOMAN也有六自由度產品，它們的關節分布比較類似，多采用安川交流驅動電動機。其中，ABB公司的IRB 2400產品是全球銷量最大的型號之一，已安裝20 000套。圖圖2-6 IRB 24002-6 IRB 2400的結構簡圖的結構簡圖三、機器人的圖形符號表示3 3）FUNACFUNAC公司的公司的R-2000iBR-20

10、00iB ABB、FUNAC、KUKA的大多數產品均為六自由度機器人，MOTOMAN也有六自由度產品，它們的關節分布比較類似，多采用安川交流驅動電動機。其中，ABB公司的IRB 2400產品是全球銷量最大的型號之一，已安裝20 000套。圖圖2-7 R2-7 R2000iB2000iB的結構簡圖的結構簡圖三、機器人的圖形符號表示4 4）MOTOMANMOTOMAN公司的公司的IA20IA20MOTOMAN的IA20是七自由度機器人，其構造簡圖如圖2-8所示。圖圖2-8 IA202-8 IA20的結構簡圖的結構簡圖三、機器人的圖形符號表示5 5）MOTOMANMOTOMAN公司的公司的DIA10

11、DIA10 MOTOMAN的DIA10產品的構造較為復雜，有15個自由度，其構造簡圖如圖2-9所示。圖圖2-9 DIA102-9 DIA10的結構簡圖的結構簡圖三、機器人的圖形符號表示學習單元二機器人的主要技術參數一、自由度 自由度是指描述物體運動所需要的獨立坐標數。機器人的自由度是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數目，其中不包括手爪（末端執行器）的開合自由度。機器人的自由度反映機器人動作靈活的尺度，一般以軸的直線移動、擺動或旋轉動作的數目來表示。 如圖2-10所示的機器人，臂部在xO1y面內有3個獨立運動升降L1、伸縮L2和轉動1，腕部在xO1y面內有一個獨立的運動轉動2。機器人手部位置需要

12、一個獨立變量手部繞自身軸線O3C的旋轉3。這種用來確定手部相對于機身其他參照系統位置的獨立變化的參數L1、L2、1、2、3即為機器人的自由度。二、機器人的歷史與開展圖圖2-10 2-10 五自由度機器人簡圖五自由度機器人簡圖二、機器人的分類二、機器人的歷史與開展二、機器人的分類 從運動學的觀點看，完成某一特定作業時具有冗余自由度的機器人稱為冗余自由度機器人，也稱冗余度機器人。例如，MOTOMAN公司生產的IA20機器人和PUMA公司生產的PUMA700機器人執行印制電路板上接插電子器件的作業時就成為冗余度機器人。利用冗余的自由度可以增加機器人的靈活性，躲避障礙物，改善動力性能。例如，人的手臂（

13、大臂、小臂、手腕）共有7個自由度，所以工作起來很靈巧，可躲避障礙物，從不同方向到達同一個目的點。 工作空間又稱工作范圍、工作區域，是設備所能活動的所有空間區域。機器人的工作空間是指機器人手臂末端或手腕中心（手臂或手部安裝點）所能到達的所有點的集合，不包括手部本身所能達到的區域。由于末端執行器的形狀和尺寸是多種多樣的，為真實反映機器人的特征參數，機器人的工作范圍是指不安裝末端執行器時的工作區域。 二、工作空間 二、工作空間 不同廠家對工作速度規定的內容也有所不同，有的廠家定義工作速度為工業機器人主要自由度上最大的穩定速度；有的廠家定義工作速度為手臂末端最大的合成速度，通常在技術參數中加以說明。一

14、般來說，工作速度是指機器人在工作載荷條件下、勻速運動過程中，機械接口中心或工具中心點在單位時間內所挪動的間隔 或轉動的角度。 顯而易見，工作速度越高，工作效率就越高。但是，工作速度越高，就要花費越多的時間去升速或降速，對工業機器人最大加速度變化率及最大減速度變化率的要求也越高。 三、工作速度 在使用或設計機器人時，確定機器人手臂的最大行程后，根據循環時間安排每個動作的時間，并確定各動作是同時進展還是順序進展，這樣就可以確定各動作的運動速度。分配各動作的時間除考慮工藝動作要求外，還要考慮慣性和行程大小、驅動和控制方式、定位和精度要求。 為了進步消費率，要求縮短整個運動循環時間。運動循環包括加速起

15、動、等速運行和減速制動3個過程。過大的加(減)速度會導致慣性力加大，影響動作的平穩和精度。為了保證定位精度，加減速過程往往占用較長時間。 三、工作速度 工作載荷又稱為承載能力，是機器人在規定的性能范圍內，機械接口處能承受的最大負載重量（包括手部），即在工作范圍內的任何位姿上所能承受的最大重量。工作載荷通常用重量、力矩、慣性矩來表示。 四、工作載荷 負載大小主要考慮機器人各運動軸上所受的力和力矩。承載才能不僅決定于負載的重量、機器人末端執行器的重量，即手部的重量、抓取工件的重量，而且與機器人運行的速度和加速度的大小和方向，即由運動速度變化而產生的慣性力和慣性力矩有關。 一般機器人在低速運行時承載

16、才能大，為平安考慮，規定在高速運行時所能抓取的工件重量作為承載才能指標，即承載才能這一技術指標是指高速運行時的承載才能。目前使用的工業機器人，其承載才能范圍較大，最大可達1 000 kg。二、機器人的歷史與開展 在機器人學中，分辨率常常容易和精度、重復定位精度混淆。機器人的分辨率由系統設計檢測參數決定，并受到位置反饋檢測單元性能的影響。 分辨率是指機器人每根軸能夠實現的最小移動距離或最小轉動角度。分辨率分為編程分辨率與控制分辨率，統稱為系統分辨率。 五、分辨率 編程分辨率是指程序中可以設定的最小間隔 單位，又稱為基準分辨率。例如，當電動機旋轉0.1，機器人腕點(手臂尖端點)挪動的直線間隔 為0

17、.01 mm時，其基準分辨率為 0.01 mm。 控制分辨率是位置反響回路可以檢測到的最小位移量。例如，假設每周轉1 000個脈沖的增量式編碼盤與電動機同軸安裝，那么電動機每旋轉0.36(360，1 000 r/min)，編碼盤就發出一個脈沖，0.36以下的角度變化無法檢測，那么該系統的控制分辨率為0.36。顯然，當編程分辨率與控制分辨率相等時，系統性能最高。 五、分辨率 六、精度 (2) 控制算法誤差主要指算法能否得到直接解和算法在計算機內的運算字長所造成的比特(bit)誤差。因為16位以上CPU進展浮點運算時，精度可到達82位以上，所以比特誤差與機構誤差相比根本可以忽略不計。 (3) 分辨

18、率系統誤差可取1/2基準分辨率，其理由是基準分辨率以下的變位既無法編程又無法檢測。機器人的精度可認為是1/2基準分辨率與機械誤差之和，即 機器人的精度=1/2基準分辨率+機械誤差 假設可以做到使機械的綜合誤差到達1/2基準分辨率，那么精度等于分辨率。但是，就目前的科技程度而言，除納米領域的機構以外，工業機器人尚難以實現。 六、精度 重復定位精度是指在一樣的運動位置命令下，機器人連續假設干次運動軌跡之間的誤差度量。假設機器人重復執行某位置給定指令，它每次走過的間隔 并不一樣，而是在一平均值附近變化，那么該平均值代表精度，而變化的幅度代表重復定位精度。因此，重復定位精度是關于精度的統計數據。 任何

19、一臺機器人即使在同一環境、同一條件、同一動作、同一命令之下，每一次動作的位置也不可能完全一致。例如，對某一個型號的機器人的測試結果為：在20 mm/s、200 mm/s的速度下分別重復10次，其重復定位精度為0.4 mm，如圖2-11所示，那么重復定位精度為 0.2 mm，指所有的動作位置停頓點均在以平均值位置為中心的0.2 mm范圍內。七、重復定位精度圖圖2-11 2-11 重復定位精度重復定位精度七、重復定位精度七、重復定位精度七、重復定位精度圖圖2-12 2-12 精度和重復定位精度測試的典型情況精度和重復定位精度測試的典型情況 精度、重復定位精度和分辨率都用來表示機器人手部的定位才能。

20、工業機器人的精度、重復定位精度和分辨率要求是根據其使用要求來確定的。機器人本身所能到達的精度取決于機器人構造的剛度、運動速度控制和驅動方式、定位和緩沖等因素。由于機器人有轉動關節，回轉半徑不同時其直線分辨率是變化的，因此造成了機器人的精度難以確定。由于精度一般較難測定，通常工業機器人只給出重復精度。七、重復定位精度 八、其他參數安裝方式是指機器人本體安裝的工作場合的形式，通常有地面安裝、架裝、吊裝等形式。驅動方式是指關節執行器的動力源形式，通常有氣動、液壓、電動等形式。控制方式是指機器人用于控制軸的方式，是伺服還是非伺服，伺服控制方式是實現連續軌跡還是點到點的運動。3）安裝方式2）驅動方式1）

21、控制方式 八、其他參數環境參數是指機器人在運輸、存儲和工作時需要提供的環境條件，如溫度、濕度、振動、防護等級和防爆等級等。本體質量是指機器人在不加任何負載時本體的重量，用于估動力源容量是指機器人動力源的規格和消耗功率的大小，如氣壓的大小和耗氣量、液壓上下、電壓形式與大小、消耗功率等。6）環境參數5）本體質量4）動力源容量學習單元三機器人的舉例分析 一、直角坐標型機器人分析1. 一般說明一般說明 1XYC4-G系列直角坐標型機器人適用于小型工作空間的緊湊尺寸。利用扁平電纜實現該級別內的最小尺寸，此種型號機器人適用于較小空間，可利用其建立較小的設備。 2廣泛的變化。XYC4-G系列機器人直角坐標型

22、左臂類型、右臂類型，且有48種行程，針對用戶需要可以有多種選擇。 一、直角坐標型機器人分析 3利用高強度滑動單元可獲得最大負載。高強度滑動單元和大功率交流伺服電動機可使機械手搬動重達10 kg的物體，適用于搬運重物或使用雙手的情況。 4大功率或低功率兩種驅動功率形式。通過控制電流，用戶可以用大功率形式執行高速或重載任務，而用低功率形式執行精細任務。 5標準配置。該設備包括6套空氣管線系統，10個信號閥和電磁閥。 一、直角坐標型機器人分析2. 外形圖外形圖圖圖2-13 XYC4-G2-13 XYC4-G系列直角坐標型機器人的外形系列直角坐標型機器人的外形 一、直角坐標型機器人分析3. 工作范圍工

23、作范圍圖2-14 XYC4-G系列直角坐標型機器人的工作范圍 一、直角坐標型機器人分析4. 技術參數技術參數 一、直角坐標型機器人分析 美國Unimation公司的Versatran系列圓柱坐標型機器人的構造簡圖如圖2-15(a)所示，它是一臺持重30 kg，供搬運、檢測、裝配用的圓柱坐標型工業機器人。這臺機器人的主要技術指標如下。 (1)自由度。該機器人共有3個根本關節1、2、3和兩個選用關節4、5。 (2)該機器人的工作范圍如圖2-15b所示。二、圓柱坐標型機器人分析二、圓柱坐標型機器人分析圖圖2-15 2-15 美國美國UnimationUnimation公司的公司的VersatranV

24、ersatran系列圓柱坐標型機器人系列圓柱坐標型機器人 (3)該機器人的關節挪動范圍及速度如表2-7所示。 (4)重復定位誤差：0.05 mm。 (5)控制方式：五軸同時可控，點位控制。 (6)持重最大伸長、最高速度下：30 kg。 (7)驅動方式：3個根本關節由交流伺服電動機驅動，并采用增量式角位移檢測裝置。二、圓柱坐標型機器人分析 激光切割機器人有CO2氣體激光切割機器人和YAG固體激光切割機器人。通常激光切割機器人既可進展切割又能用于焊接。三、極坐標型機器人分析圖圖2-16 L-10002-16 L-1000型型COCO2 2氣體激光切割機器人的結構簡圖氣體激光切割機器人的結構簡圖 L

25、-1000型CO2氣體激光切割機器人是極坐標式5軸控制機器人，配用C1000C3000型激光器。光束經由設置在機器人手臂內的4個反射鏡傳送，聚焦后從噴嘴射出。反射鏡用銅制成，外表經過反射處理，使光束傳遞損失不超過0.8%，且焦點的位置精度較高。 為了防止反射鏡受到污損，光路完全不與外界接觸，同時還在光路內充入經過濾器過濾的干凈空氣，并具有一定的壓力，從而防止周圍的灰塵進入。三、極坐標型機器人分析三、極坐標型機器人分析三、極坐標型機器人分析三、極坐標型機器人分析四、多關節坐標型機器人分析圖圖2-17 MOTOMAN UP62-17 MOTOMAN UP6型型通用工業機器人的外形通用工業機器人的外

26、形圖圖2-18 MOTOMAN UP62-18 MOTOMAN UP6型通用型通用工業機器人的工作范圍工業機器人的工作范圍四、多關節坐標型機器人分析四、多關節坐標型機器人分析 適用領域：搬運與裝卸，包裝及揀選，釬焊、涂漆、表面處理、涂膠水和密封材料，安裝、固定塑料加工設備，置入、裝夾、操作其他機床，測量、檢測或檢驗。五、平面關節坐標型機器人分析1. 產品用途產品用途2. 性能特點性能特點ADT-6004G300-5機器人在負載5 kg時的作用范圍為0550 mm，且具有很高的定位精確性。高性能控制器可控制機器人實現高速點位運動、空間直線插補運動、空間圓弧插補運動等功能；系統擴展性強，參數配置簡

27、單，易于維護；基于高性能處理芯片的機器人功能部件保證了系統的實時控制與調度，實現多伺服功能部件的聯動與插補；系統界面簡潔大方，提供豐富的顯示及監控信息；機器人語言指令系統簡單易學，能滿足絕大部分工業需求。五、平面關節坐標型機器人分析五、平面關節坐標型機器人分析3. 技術參數技術參數五、平面關節坐標型機器人分析五、平面關節坐標型機器人分析圖圖2-19 ADT-6002-19 ADT-6004G300-54G300-5機器機器人本體的外形尺寸與動作范圍人本體的外形尺寸與動作范圍學習單元四機器人的工作原理與應用技術 一、機器人的構造及工作原理圖圖2-20 2-20 工業機器人的系統結構工業機器人的系

28、統結構 1機械手總成。機械手總成是機器人的執行機構，它由驅動器、傳動機構、手臂、末端執行器及內部傳感器等組成。它的任務是準確地保證末端執行器所要求的位置、姿態，并實現其運動。 2控制器。控制器是機器人的神經中樞。它由計算機硬件、軟件和一些專用電路構成，其軟件包括控制器系統軟件、機器人專用語言、機器人運動學和動力學軟件、機器人控制軟件、機器人自診斷和自保護功能軟件等，它處理機器人工作過程中的全部信息和控制其全部動作。 3示教系統。示教系統是機器人與人的交互接口，在示教過程中它將控制機器人的全部動作，并將其全部信息送入控制器的存儲器中，示教系統本質上是一個專用的智能終端。 一、機器人的構造及工作原

29、理2. 工業機器人的工作原理工業機器人的工作原理 現在廣泛應用的工業機器人都屬于第一代機器人，它的基本工作原理是示教再現。 示教也稱為導引，即由用戶引導機器人一步步將實際任務操作一遍，機器人在引導過程中自動記憶示教的每個動作的位置、姿態、運動參數、工藝參數等，并自動生成一個連續執行全部操作的程序。完成示教后，只需給機器人一個起動命令，機器人將精確地按示教動作一步步完成全部操作，這就是示教與再現。 一、機器人的構造及工作原理1)1)機器人機械臂的運動機器人機械臂的運動機器人的機械臂是由數個剛性桿體和旋轉或移動的關節連接而成的，它是一個開環關節鏈，開環關節鏈的一端固接在基座上，另一端是自由的，安裝

30、著末端執行器（如焊槍），在機器人工作時，機器人機械臂前端的末端執行器必須與被加工工件處于相適應的位置和姿態，而這些位置和姿態是由若干個臂關節的運動所合成的。因此，在機器人運動控制中，必須知道機械臂各關節變量空間和末端執行器的位置與姿態之間的關系，這就是機器人運動學模型。一臺機器人機械臂的幾何結構確定后，其運動學模型即可確定，這是機器人運動控制的基礎。 一、機器人的構造及工作原理2)2)機器人的軌跡規劃機器人的軌跡規劃機器人機械手端部從起點的位置與姿態到終點的位置和姿態的運動軌跡空間曲線稱為路徑。軌跡規劃的任務是用一種函數來“內插”或“逼近”給定的路徑，并沿時間軸產生一系列控制設定點，用于控制機

31、械手運動。目前常用的軌跡規劃方法有空間關節插值法和笛卡兒空間規劃法兩種。 一、機器人的構造及工作原理3)3)機器人機械手的控制機器人機械手的控制 當一臺機器人機械手的動態運動方程已給定，它的控制目的就是按預定性能要求保持機械手的動態響應。但是由于機器人機械手的慣性力、耦合反響力和重力負載都隨運動空間的變化而變化，因此要對它進展高精度、高速度、高動態品質的控制是相當復雜而困難的。 目前工業機器人上采用的控制方法是把機械手上每一個關節都當作一個單獨的伺服機構，即把一個非線性的、關節間耦合的變負載系統簡化為線性的非耦合單獨系統。 一、機器人的構造及工作原理 二、機器人的應用技術1. 機器人應用涉及的

32、領域機器人應用涉及的領域 機器人技術是集機械工程學、計算機科學、控制工程、電子技術、傳感器技術、人工智能、仿生學等學科為一體的綜合技術，它是多學科科技革命的必然結果。每一臺機器人都是一個知識密集和技術密集的高科技機電一體化產品。 二、機器人的應用技術圖圖2-21 2-21 機器人與外部的關系機器人與外部的關系 1傳感器技術：得到與人類感覺機能相似的傳感器技術。 2人工智能計算機科學：得到與人類智能或控制機能相似才能的人工智能或計算機科學。 3假肢技術。 4工業機器人技術：把人類作業技能詳細化的工業機器人技術。 5挪動機械技術：實現動物行走機能的行走技術。 6生物功能：以實現生物機能為目的的生物

33、學技術。 二、機器人的應用技術2. 機器人應用研究的內容機器人應用研究的內容1 1）空間結構學）空間結構學 空間機構在機器人中的應用表達在機器人機身和臂部機構的設計、機器人手部機構的設計、機器人行走機構的設計和機器人關節部機構的設計上。 二、機器人的應用技術 機器人的執行機構實際上是一個多剛體系統，研究要涉及組成這一系統的各桿件之間及系統與對象之間的相互關系，需要一種有效的數學描述方法。2 2）機器人運動學）機器人運動學 二、機器人的應用技術 機器人與環境之間的接觸會引起它們之間的相互作用力和力矩，而機器人的輸入關節力矩由各個關節的驅動裝置提供，并通過手臂傳至手部，使力和力矩作用在環境的接觸面

34、上。這種力和力矩的輸入、輸出關系在機器人控制中是十分重要的。靜力學主要討論機器人手部端點力與驅動器輸入力矩的關系。3)3)機器人靜力學機器人靜力學 二、機器人的應用技術 機器人是一個復雜的動力學系統，要研究和控制這個系統，首先要建立它的動力學方程。動力學方程是指作用于機器人各機構的力或力矩與其位置、速度、加速度關系的方程式。4 4）機器人運力學）機器人運力學 二、機器人的應用技術5 5）機器人控制技術）機器人控制技術 二、機器人的應用技術6 6）機器人傳感器）機器人傳感器 二、機器人的應用技術7)7)機器人編程語言機器人編程語言 機器人編程語言是機器人和用戶的軟件接口，編程的功能決定了機器人的

35、適應性和給用戶的方便性。機器人編程與傳統的計算機編程不同，機器人操作的對象是各類三維物體，其運動在一個復雜的空間環境，還要監視和處理傳感器信息。因此，機器人編程語言主要有面向機器人的編程語言和面向任務的編程語言兩類。面向機器人的編程語言的主要特點是其可以描繪機器人的動作序列，每一條語句大約相當于機器人的一個動作。面向任務的編程語言允許用戶發出直接命令，以控制機器人去完成一個詳細的任務，而不需要說明機器人需要采取的每一個動作的細節。 二、機器人的應用技術1.國際機器人應用技術的現狀國際機器人應用技術的現狀 當今機器人技術正逐漸向著具有行走才能、多種感覺才能及對作業環境的較強自適應才能方面開展。美

36、國某公司已成功地將神經網絡裝到芯片上，其分析速度比普通計算機快千萬倍，可更快、更好地完成語言識別、圖像處理等工作。 目前，對全球機器人技術開展最有影響力的國家是美國和日本。美國在機器人技術的綜合研究程度上仍處于領先地位，而日本消費的機器人在數量、種類方面居世界首位。機器人技術的開展推動了機器人學的建立，許多國家成立了機器人協會，美國、日本、英國、瑞典等國家設立了機器人學學位。 三、機器人應用技術的現狀 20世紀70年代以來，許多大學開設了機器人課程，開展了機器人學的研究工作，如美國的麻省理工學院、斯坦福大學、康奈爾大學、加州大學等都是研究機器人學富有成果的著名學府。隨著機器人學的開展，相關的國

37、際學術交流活動也日漸增多，目前最有影響力的國際會議是IEEE每年舉行的機器人學及自動化國際會議，此外還有國際工業機器人會議(ISIR)和國際工業機器人技術會議CIRT等。 目前，世界上機器人總數最多的國家是日本，占世界機器人總數的一半以上。歐洲約占20%，美國約占10%。 三、機器人應用技術的現狀 國際機器人聯合會(IFR)發布的季度報告數據顯示，全球工業機器人需求在2013年達到了有史以來的最高點，全年銷售量約為16.8萬臺，同比增長了5%。報告稱，2013年機器人銷售臺數的增長，主要依賴于北美和亞洲日益增長的自動化生產需求。此外，在2013年第四季度，歐洲市場的復蘇也刺激了對機器人的需求。

38、 三、機器人應用技術的現狀 北美機器人工業協會在年年初的報告中指出，年汽車行業仍然是北美機器人最大的應用市場，但出貨量根本與年持平，而機器人在非汽車市場的出貨量卻猛增31%。在非汽車行業中，生命科學、制藥、生物醫藥領域出貨量增幅高達142%，食品及消費品市場漲幅達61%，塑料和橡膠行業漲幅為36%。年，來自非汽車市場的機器人訂單同比增長了22%，對工業機器人行業而言，這是一個積極的信號。 年11月，國際機器人結合會曾發布報告稱，中國已成為世界上增長最快的工業機器人市場，并預言中國或在2016年成為全球最大的機器人市場。也有美國媒體指出，機器人時代將很快降臨，并將引領一場工業革命。 三、機器人應

39、用技術的現狀2.我國機器人應用技術的現狀我國機器人應用技術的現狀1)1)我國的機器人市場我國的機器人市場 我國的機器人市場已成為全球增長最快的市場。年市場銷量為14 980臺，年到達22 577臺，同比增長50.7%， 年銷量到達26 902臺，同比增長19.2%。年，國內機器人銷量復合增長率到達28%，而同期世界機器人市場銷量復合增長率為10%。 年，國內機器人安裝量已占到當年全球安裝量的14.6%。國際機器人結合會(IFR)預測，到年，中國機器人市場需求總量將達萬臺，占全球銷量比重的 16.9%。 三、機器人應用技術的現狀 將來我國機器人市場仍有很大的開展空間。截至年年底，國內工業機器人累

40、計安裝量已超過10萬臺，占全世界正在服役的工業機器人總量的8%左右。目前，我國制造業總產值占全球的比重已接近20%，機器人的普及率仍有很大的上升空間。 從制造業使用機器人密度的指標來看，我國每萬名工人擁有機器人的數量僅為25臺按照制造業4 000萬名工人估算，而在興隆國家，這一指標普遍在50臺以上。國內制造業的自動化程度與興隆國家差距很大。從機器人行業占機床行業產值的比例來看，年我國機器人行業銷售額到達億元，僅占當年機床行業總產值的2%左右，顯示國內加工制造領域的自動化程度仍偏低。假設將來5年我國機器人使用密度到達50臺萬人的程度，那么國內機器人銷量復合增速將到達30%。 三、機器人應用技術的

41、現狀2)2)我國的機器人應用方式我國的機器人應用方式 按照提供產品的差異區分，行業內企業可分為單元產品供給商和系統集成商兩類。工業機器人的下游應用領域廣泛，需求千差萬別，而機器人商業化的前提是產業化、規模化。單元產品供給商負責消費機器人本體，產品具有較高開放性，標準化程度高，可批量化消費。系統集成商那么根據下游客戶的需要，將單元產品組成可實現的消費系統，起著供需雙方橋梁的作用。單元產品是機器人產業開展的根底，系統集成商是機器人商業化、大規模普及的關鍵。從國內產業鏈來看，機器人單元產品由于技術壁壘較高，處于金字塔頂端，屬于賣方市場。系統集成商的壁壘相對較低，與上、下游的議價才能較弱，毛利程度不高

42、，但市場規模遠大于單元產品。 三、機器人應用技術的現狀 目前，在國內機器人單元產品市場中，銷量占據前十位的仍以國外品牌為主。其中，發那科、安川、庫卡和ABB公司被稱為國際工業機器人行業四巨頭，20092012年，這4家廠商在華銷量整體呈明顯上揚趨勢。2012年其銷量總和達14 470臺，占當年中國機器人市場銷量的53.8%。3)3)國外機器人公司在國內的發展國外機器人公司在國內的發展 三、機器人應用技術的現狀 早在10年前，國外的機器人企業開始在我國長三角、珠三角地區布局，開始是通過代理商模式開拓市場，逐步建立研發中心、工程中心，在具備一定市場需求的情況下，建立自己的生產基地。目前，德國庫卡、

43、日本發那科、瑞士ABB和日本安川公司四大機器人企業都已全面進入中國市場，意大利、美國、韓國的機器人及配套企業也已經在中國市場布局。可以說，中國市場已經成為全球機器人及智能裝備企業競逐的最熱門市場，“分享中國大餐”已經成為全球共識。 三、機器人應用技術的現狀4)4)國內機器人公司的發展國內機器人公司的發展 目前，國內企業與外資企業的差距仍很大。根據中國機器人網統計，年外鄉品牌機器人銷量僅為1 112臺，而獨資及合資品牌銷量高達25 790臺，市場占有率分別為4%和96%。 中國的自動化系統集成市場是機器人單元產品市場規模的10倍以上，根據工控網統計，國內自動化產品市場規模年已達920億元，年已超過1 000億元。國內自動化市場下游應用領域以裝備制造業為主，占比40%左右，其中機床工業是自動化產品的主要客戶，需求占裝備制造業總需求的1/4。 三、機器人應用技術的現狀 三、機器人應用技術的現狀5)5)工業機