1 工业机器人概述
工业机器人基础知识
塑料橡胶制造业
工业机器人在塑料橡胶制造领 域的应用包括注塑、吹塑、挤
出等成型工艺。
其他制造业
工业机器人在其他制造业领域 的应用如食品包装、纺织印染
、木材加工等。
工业机器人市场现状及趋势
市场现状
全球工业机器人市场规模不断扩大，亚洲地区成为最大市场，中国是全球最大的 工业机器人市场之一。
发展趋势
随着人工智能技术的不断发展，工业机器人将越来越智能化，具备更高的自主性 和学习能力；同时，协作机器人（Cobots）将成为未来发展的重要方向，实现 人机协同作业，提高生产效率和质量。
导航技术
利用传感器感知环境信息，结合 地图构建和定位技术，实现工业 机器人在复杂环境中的自主导航 和避障。
机器视觉与图像处理技术
机器视觉
通过图像传感器获取环境信息，利用 计算机视觉算法对图像进行处理和分 析，提取出有用的特征和信息，为工 业机器人的决策和行动提供依据。
图像处理技术
包括图像增强、滤波、边缘检测、特 征提取等算法，用于提高图像质量、 减少噪声干扰、提取目标特征等。
及时更换磨损件
根据机器人的使用情况，定期更换易损件，如轴承、齿轮等，以 保证机器人的正常运行。
软件更新与备份
定期更新机器人软件，以修复潜在漏洞并提高性能；同时备份重 要数据，以防数据丢失。
维修工具及配件选择建议
专用维修工具
选择适用于工业机器人的专用维修工具，如专用螺丝刀、扳手、测 量仪表等，以确保维修质量和效率。
原厂配件
优先选用原厂生产的配件，以确保与机器人原有部件的兼容性和稳 定性。
高品质替代品
若无法获取原厂配件，可选用经过认证的高品质替代品，但需确保其 与机器人原有部件的匹配性和可靠性。
工业机器人的名词解释
工业机器人的名词解释
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由
度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。
它能够接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。
控制系统用来发出指令和执行指令，相当于人类的大脑；驱动系统通过接收指令来行走和工作，相当于人的手和脚。
工业机器人的应用范围很广，涵盖电子、物流、化工等各个工业领域。
它能够提高生产效率、降低成本、保证产品质量，并且能够完成危险或难以进行的劳作，为人类带来诸多便利。
此外，工业机器人能力的评价标准包括智能、机能和物理能等方面。
智能指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能指变通性、通
用性或空间占有性等；物理能指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。
总的来说，工业机器人是一种重要的自动化生产工具，能够为现代工业生产带来巨大的变革和发展。
工业机器人培训课件
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THANKS
提高机器人的工作效率和稳定性。
优化建议
考虑机器人与周边设备的集成问题，如传感器、执行 器、控制系统等，确保整个系统的稳定性和高效性。
06
工业机器人维护与保养知 识
日常检查与维护项目清单
外观检查
检查机器人本体及控制 器是否有损坏、变形或
松动现象。
电缆检查
检查电缆连接是否牢固 ，有无破损或老化现象
。
人机交互系统
01
02
03
示教器
用于对机器人进行手动操 作、程序编写和调试的设 备。
人机界面
提供图形化界面，方便用 户进行机器人操作、监控 和管理。
语音识别与合成
通过语音识别技术接收用 户指令，通过语音合成技 术向用户反馈信息。
03
工业机器人核心技术
伺服驱动技术
伺服电机原理
讲解伺服电机的工作原理、结构特点以及性能 指标。
发展历程
从20世纪60年代的第一代示教再现型机器人，到70年代的第二代感知型机器人 ，再到80年代至今的第三代智能型机器人，工业机器人的技术不断升级，应用 领域也不断扩展。
工业机器人应用领域
汽车制造业
工业机器人广泛应用于汽车制造中的焊 接、装配、喷涂等工序，提高了生产效
率和产品质量。
塑料橡胶行业
工业机器人在塑料橡胶行业的应用涉 及注塑、挤出、吹塑等成型工艺，以
安全操作规范定义
详细阐述工业机器人安全操作规范的 定义，包括操作前准备、操作过程中 注意事项、操作后维护等内容。
安全操作规范重要性
强调遵守安全操作规范对于保障人员 安全、设备安全以及生产顺利进行的 重要性。
安全防护措施和应急处理方案讲解
工业机器人简介
控制系统
01
硬件系统
工业机器人控制系统通常采用高性能的硬件设备，如处理器、内存、存
储设备等，以实现快速、准确的运动控制。
02 03
软件系统
工业机器人控制系统软件通常采用专用的机器人控制系统软件，如ROS （Robot Operating System）等，以实现机器人的运动规划、轨迹生 成、碰撞检测等功能。
02
工业机器人结构与原理
机械结构
关节结构
工业机器人通常采用关节式结构 ，由多个关节连接构成，每个关 节可以独立运动，实现机器人的
灵活操作。
末端执行器
工业机器人末端执行器是机器人 直接与工件接触的部位，根据作 业需求，末端执行器可以设计成 各种形状和功能，如夹具、喷枪
、焊枪等。
传动系统
工业机器人传动系统包括电机、 减速器、传动机构等，用于驱动
通过机器人对生产线的优化，可以减 少人工干预，降低生产成本，提高产 品质量。
生产线监控
机器人可以实时监测生产线的运行状 态，及时发现并处理异常情况，确保 生产过程的稳定性和可靠性。
物料搬运与装配
物料搬运
工业机器人可以用于物料的搬运，包括原材料、半成品和成品等 ，实现快速、准确、高效的物料搬运。
装配作业
应用领域与优势
应用领域
工业机器人广泛应用于汽车制造、电子制造、食品加工、金属加工等各个行业 ，提高了生产效率和产品质量。
优势
工业机器人具有高效、精准、稳定、可靠等优点，能够替代人工完成危险、繁 重、重复的工作，提高生产效率和降低成本。同时，工业机器人还能够提高产 品质量和一致性，减少人为因素对生产过程的影响。
运动控制技术
关节控制
机器人技术概述
机器人技术概述一.工业机器人概述二.工业机器人概念与组成、三.工业机器人的发展趋势四.工业机器人的需求与前景五.致谢六.参考文献工业机器人概述机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。
它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。
它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
有些人认为，最高级的机器人要做的和人一模一样，其实非也。
实际上，机器人是利用机械传动、现代微电子技术组合而成的一种能模仿人某种技能的机械电子设备，他是在电子、机械及信息技术的基础上发展而来的。
然而，机器人的样子不一定必须像人，只要能独立完成一些人类的技能或有一定危险性的工作，就属于机器人大家族的成员。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
一工业机器人的现状1、工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97 年的6．5 万美元。
2、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；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。
3、工业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，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
工业机器人ppt
根据应用领域和功能，工业机器 人可分为关节式、多关节式、平 面式和并联式等多种类型。
发展历程与趋势
发展历程
工业机器人经历了从简单机械手到复 杂智能机器人的发展过程，技术不断 进步。
发展趋势
随着人工智能、物联网等技术的不断 发展，工业机器人将更加智能化、自 主化和互联化。
应用领域与优势
应用领域
安全防护与法律法规问题探讨
安全防护技术
加强工业机器人的安全防护技术，防止意外事故的发生，保障操 作人员和设备的安全。
法律法规制定
完善相关法律法规，明确工业机器人的生产、使用、管理等各方面 的规定和要求，保障行业的健康发展。
政策监管
加强对工业机器人行业的监管力度，确保企业合规生产、使用和管 理工业机器人，防止不法行为的发生。
运动学
运动学是研究物体运动规律的学科。在工业机器人中，运动 学主要研究机器人末端执行器的位置和姿态随时间的变化规 律。
控制系统与算法
控制系统
工业机器人的控制系统负责接收来自外部的输入信号，并根据预设的算法和程序 ，控制机器人的运动。控制系统通常包括硬件和软件两部分。
算法
算法是控制机器人运动的核心。常用的算法包括路径规划、轨迹生成、碰撞检测 等。这些算法能够确保机器人在执行任务时具有高效、准确和稳定的特点。
2023-12-22工业机 Nhomakorabea人汇报人：可编辑
目 录
• 工业机器人概述 • 工业机器人技术原理 • 工业机器人应用案例 • 工业机器人技术挑战与解决方案 • 未来发展趋势预测与展望
01
工业机器人概述
定义与分类
定义
工业机器人是一种自动化设备， 能够在工业环境中执行各种任务 ，如搬运、装配、焊接等。
《工业机器人技术基础》教学ppt课件—第1章-工业机器人概述
作为这个世界上第一个工业机器人和第一家机器人企业的联合 开创者，恩格尔伯格也从此被称为为“机器人之父”。
约瑟夫·恩格尔伯格（美）
Joseph F·Engelberger
研制出了世界上第一台工业机器人 被誉为“机器人之父”
乔治·德沃尔（美）
George Devol
第一台可编程工业机器人的发明者 成立世界上第一家机器人公司Unimation
20世纪70年代，德国就开始了“机器换人”的过程。同时德 国政府通过长期资助和产学研结合，扶植了一批机器人产业和人 才梯队，如KUKA机器人公司。
德国工业机器人
总数位居世界第二位，仅次于日本
随着德国工业迈向以智能生产为代表 的“工业4.0”时代，德国企业对工业 机器人的需求将继续增加。
库卡
品类齐全 领域广泛
人们印象中的机器人
《罗萨姆的万能机器人》剧照
现实的东西
科幻文学作品 玩具商店中的玩具
20世纪50年代 约瑟夫·恩格尔伯格（美）& 乔治·德沃尔（美）设计发明出
世界上第一台工业机器人Unimate
● 意思为“万能自动” ● 是用于压铸的五轴液压驱动机器人 ● 手臂的控制由一台计算机完成 ● 能够记忆完成180个工作步骤
英国简明牛津字典
机器人是“貌似人的自 动机，具有智力的和顺 从于人的但不具人格的 机器”。这一定义并不 完全正确，因为还不存 在与人类相似的机器人 在运行。
美国国家标准 与技术研究院
一种能够进行编程并在 自动控制下执行某些操 作和移动作业任务的机 械装置”。这也是一种 比较广义的工业机器人 定义。
国际标准组织
图中有两台PUMA机器人
世界第一台 SCARA 工业机器人
Selective Compliance Assembly Robot Arm
工业机器人概述
工业机器人概述工业机器人是一种应用于工业制造领域的自动化设备，具备感知、决策和执行等功能。
随着技术的不断进步和应用场景的扩大，工业机器人在现代制造业中扮演着重要的角色。
本文将对工业机器人的概念、应用、发展历程以及未来趋势进行概述。
一、概念和类型工业机器人是一种具备多轴控制系统和各种传感器能力的机械设备，能够执行各种制造工序中的操作任务，大大提高了制造过程的效率和准确性。
根据其功能和应用领域的不同，工业机器人主要分为以下几类：1. 搬运机器人：主要用于搬运和装卸各种物料，如汽车制造中的零部件搬运等。
2. 拆卸机器人：用于拆解废弃物品，如废旧电子产品的拆解和分离。
3. 焊接机器人：广泛应用于汽车、航空航天等行业的焊接工艺，可以提高焊接效率和质量。
4. 组装机器人：主要用于产品的组装和装配过程，如手机、电子产品的组装线。
5. 检测机器人：用于产品质量检测和故障排查，可以准确、快速地完成复杂的检测任务。
6. 喷涂机器人：广泛应用于汽车、家具等行业的表面喷涂，可以节约人力资源，提高涂装的均匀性和一致性。
二、应用领域工业机器人在各个领域的应用越来越广泛，对于提高制造的效率、降低成本、改善安全性和质量控制起到了重要的作用。
以下是工业机器人在不同行业中的应用举例：1. 汽车制造：工业机器人广泛应用于汽车制造的各个环节，如焊接、装配、涂装等，提高了汽车制造的效率和产品质量。
2. 电子制造：工业机器人在电子产品制造中扮演着重要的角色，能够完成电子元件的焊接、组装、检测等任务。
3. 医疗行业：工业机器人在手术室和药品生产等领域具有广泛应用，例如辅助手术机器人可以提高手术准确度和安全性。
4. 快速消费品行业：工业机器人可以应用于各类商品的生产和包装过程，提高生产效率和产品一致性。
5. 食品加工业：工业机器人可以完成各种食品的搬运、包装、烹饪等工序，提高食品加工的效率和卫生标准。
三、发展历程工业机器人的发展历程可以追溯到20世纪50年代，随着计算机技术和自动化技术的迅速发展，工业机器人开始投入到实际的生产中。
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扬州职大 周德卿 2014.6
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③ 球坐标型工业机器人 又称为极坐标型工业机器人， 其手臂的运动由两个转动和一 个直线移动所组成，如图 8-5 所 示。 其工作空间为一球体，它可 以作上下俯仰动作并能抓取地 面上或较低位置的工件。具有 结构紧凑、工作空间范围大的 特点，能与其它工业机器人协 调工作，其位置精度尚可以， 位置误差与臂长成正比。
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②移动式机械夹持器
图8-12a)所示为齿轮齿条平行连杆式移动夹持器，电磁式驱动器3驱 动齿条杆2和2个扇形齿轮l，带动杆5绕O1、O2旋转。连杆5、6，钳爪7 和夹持器4构成一平行四杆机构，驱动两钳爪作平移以夹紧和松开工件。 图8-12b)所示的是左右旋丝杆式移动夹持器，由电动机8驱动一对旋 向相反的丝杠9提供准确的移动夹紧动作。
图8-7 平面关节型工业机器人
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2)按控制方式分类
① 点位控制工业机器人
采用点到点的控制方式，它只在目标点处准确控制工 业机器人手部的位姿，完成预定的操作要求，而不对点与 点之间的运动过程进行严格的控制。 目前应用的工业机器人中，多数属于点位控制方式， 如上下料搬运机器人、点焊机器人等。 ② 连续轨迹控制工业机器人 各关节同时作受控运动，准确控制工业机器人手部按 预定轨迹和速度运动，而手部的姿态也可以通过腕关节的 运动得以控制。 弧焊、喷漆和检测机器人均属连续轨迹控制方式。
Hale Waihona Puke 同理，图8-11b）示出了滑槽杠杆式回转夹持器。图8-11C) 示出了连杆杠杆式回转夹持器，工作原理类似。
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图8-11 回转式机械夹持器
a)楔块杠杆式回转型夹持器 b)滑槽杠杆式回转型夹持器 c)连杆杠杆式回转型夹持器 1、9-杠杆 2弹簧 3-滚子 4-楔块 5-驱动器 6-支架 7、10-杆 8-圆柱销 11-连杆 12-摆动钳爪 13-调整垫片
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④ 传感系统 为了使机器人能获得外围环境信息，除关节伺服驱动系统的位置传 感器外(例如装于电机同轴上的光电编码器) ，有时还要配备视觉、力 觉、触觉、接近觉等多类型的传感器及信号的转换与采样处理。 ⑤ 输入输出接口
为了机器人与周边系统及相应操作进行联系，还应有各种通信接口 和人机通信装置。例如PLC控制系统中用的RS-232、RS-485等异步通信 接口模块，实现PLC与PLC、PLC与上位PC机、PLC与现场设备或远程I/O 之间的信息交换。此外还包括语言合成、识别技术及多媒体系统，以 实现人机对话。
1) 是一种机械装置，可搬运材料、零件、工具或完成多 种操作和动作功能，即具是有通用性。
2) 可以再编程并具有多样程序流程，这为人-机联系提供 了可能，也使具有独立的柔软性。 3) 有一个自动控别系统，可以在无人的参与下，自动完 成操作作业和动作。
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2.工业机器人的基本参数
①臂转:绕小劈轴线方向的旋转称臂转。
②腕摆:使末端执行器相对于手臂进行的摆动称腕摆。
③手转:使末端执行器绕自身轴线方向的旋转称手转。 实现手腕回转运动的机构，应用最多的是气压(液压)缸。结构简单, 但回转角度小于360o，并要求严格密封。若回转角度等于360o时可采 用齿轮齿条或链条链轮传动。
图8-10 腕部回转关节的组合形式
图8-5 球坐标型工业机器人
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④ 多关节型工业机器人
又 称回转坐标型工业机器人，它
的手臂与人体上肢类似 , 前三个关节 都是回转副。 该工业机器人由立柱和大小臂组成。 立柱与大臂间形成肩关节，大臂与小 臂间形成肘关节，可使大臂作回转运 动和俯仰摆动，小臂作俯仰摆动 , 如 图8-6所示。 其结构紧凑，灵活性大，占地面积 最小，工作空间最大，能与其它工业 机器人协调工作。但是位置控制精度 较低，存在平衡问题，控制耦合也比 较复杂。目前，这种机器人的应用越 来越广泛。
工业机器人操作机常采用回转副或移 动副主动关节来实现各个自由度。
图8-8 工业机器人操作机构
1-手臂 2-腕关节 3-手部 4-立柱 5-机座
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1.手臂
手臂是操作机中的主要运动部件，它用来支承手腕和手部，调整 手部在空间的位置。手臂一般至少应有三个自由度, 可以是移动副 和回转副。因此按运动副不同的组合方案，可有27种方案。
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3.手部
手部装在操作机手腕前端，它是操作机直接执行工作的装置。
根据其用途和结构的不同可以分为机械夹持器、专用工具和 万能手三类。多数情况下手部是为特定的用途而专门设计的，但 也可设计成一种适用性较大的多用途手部。为实现快速和自动更 换手部，可以采用电磁吸盘或气动锁紧的接换器。 (1)机械夹持器 ① 回转式机械夹持器 图8-11a)示出了楔块杠杆式回转机械夹持器。当夹持器驱动 向前推动时，通过楔块4楔面和杠杆1，使手爪产生夹紧动作和夹 紧力；当楔块后移时靠弹黄2的拉力使手爪松开。
⑥ 人工智能系统 人工智能系统是机器人计算机控制系统的更高层次发展。主要由两 部分组成： 其一，感觉系统（硬件）。主要靠各类传感器来实现其感觉功能； 其二, 决策、规划系统（软件）。包括辑判断、模式识别、大容量 数据库和规划操作程序等功能。
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（2）工业机器人的分类 1）按操作机构坐标形式分类 按操作机械坐标形式分类，操作机械的坐标形式是指 操作机的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式。
图8-3 直角坐标型工业机器人
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② 圆柱坐标型工业机器人 运动形式是通过一个转动和 两个移动组成的运动系统来实 现的，其工作空间图形为圆柱 形如图8-4所示。 与直角坐标型工业机器人相 比，在相同的工作空间条件下， 机体所占体积小，而运动范围 大，其位置精度仅次于直角坐 标型，与其它机器人协调工作 难。
机器人的基本参数主要有工作空间、自由度、有效负载、运动 精度、运动特性、动态特性等。
一般,机器人自由度等于它的关节数,大多是有6-8个自由度， 自由度越多，机器人的功能就越强。图8-2左图所示的就是具 有6个自由度的工业机器人，各关节动作是由电动执行装置和 齿轮减速传动机械来实现的。6个自由度如下：
1987年国际标准化组织对工业机器人的 定义：工业机器人是一种具有控制的操作 和移动功能，并能完成各种作业的可编程 操作机。日本工业标准JISB0134-1986则定 义为“一种在自动控制下，能够编程完成 某些操作或者动作功能的机械装置”。
图8-l 工业机器人
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综合上述定义 ，工业机器人有以下三个重要特性：
①手臂扫掠（腰左转或右转）； ②肩旋转（肩向上或向下）；
③肘伸展（肘缩进或伸出）；
④俯仰（手腕上转或下转）； ⑤偏航（手腕左转或右转）；
⑥横滚（手腕顺时针转或反时针转）。
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3.工业机器人的组成与分类
(1) 工业机器人的组成
一般由操作机械、计算机控制系统、驱动伺服单元、传感器检测 系统和输入输出接口等几部份组成。如图8-2所示。
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图8-9 PUMA机器人手臂传动机构
1、10-大臂，2、3、5、6、8、9、14、15、19、21、22、23-齿轮 ，4、13、16、20-偏心套 7、11、24-驱动电动机 12-驱动轴17-小臂 18-腰座
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2.手腕
手腕是连接手臂和末端执行器的部件，作用是调整或改变工件的方向， 因而具有独立的自由度。一般需要三个自由度，由3个回转关节组合 而成，常用的组合结构如图8-10所示。各回转方向的名称如下：
工业机器人概述
机械工业出版社
扬州职大 周德卿 2014.6 1
工业机器人
8.1 工业机器人概述
1.什么是机器人？
工业机器人（见图8-1）“Robot”一词 是人类型或动物型的人工机器装置总称。 机器人涉及到机械工程、电子学、控制理 论、传感器技术、计算机科学、仿生学、 人工智能等学科领域，是典型的机电一体 化系统。
手臂的直线运动多数通过液压（气）缸驱动来实现，也可通过齿 轮齿条、滚珠丝杠、直线电动机等来实现。 手臂回转运动的实现手段很多，如蜗轮蜗杆式；液压缸活塞杆上 的齿条驱动齿轮的方式；利用液压缸活塞杆直接驱动手臂回转；由 回转液压（气）缸直接驱动手臂回转；由步进电动机通过齿轮传动 使手臂回转；由直流电动机通过谐波传动装置驱动手臂回转等。 PUMA型工业机器人是由直流伺服电动机驱动的六自由度关节型工 业机器人。其大臂和小臂是用高强度铝合金材料制成的薄臂框形结 构，各运动都是采用齿轮传动。驱动大臂的传动机构如图8-9a)所示， 驱动小臂的传动机构如图8-9b)所示，腰座(用转机座)的回转运动 θ 1如图8-9C)所示。
驱动系统指驱动执行机构的传动装置。由驱动器、减速器、检测元
件等组件组成。根据驱动器的不同，可分为电动、液动和气动驱动系统。 ③ 计算机控制系统
控制系统是工业机器人的核心部分，作用是支配操作机按所需的顺
序，沿规定的位置或轨迹运动。 从控制系统的构成看，有开环控制系统和闭环控制系统；从控制方 式看有程序控制系统、自适应性控制系统和智能控制系统。
直角坐标型工业机器人 圆柱坐标型工业机器人 球坐标型工业机器人 多关节型工业机器人
平面关节型工业机器人
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1）按操作机构坐标形式分类
①直角坐标型工业机器人 运动部分由三个相互垂直的直 线移动组成如图 8-3 所示，其工 作空间图形为长方体。各个轴向 的移动距离，可在各个坐标轴上 直接读出，直观性强；易于位置 和姿态的编程计算，定位精度最 高，控制无耦合，结构简单。 但机体所占空间体积大，动作 范围小，灵活性较差，难与其它 工业机器人协调工作。