工業(yè)機(jī)器人及其關(guān)鍵技術(shù)[共80頁(yè)]

現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人及其關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院提綱工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介1國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況2工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)34其他工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院 1920年，捷克劇作家卡里洛奇別克在其科幻劇本羅薩姆萬(wàn)能機(jī)器人制造公司(Rossums Universal Robots)首次使用了ROBOT這個(gè)名詞，意思是“人造的人”?，F(xiàn)在已被人們作為機(jī)器人的專用名詞。美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）的機(jī)器人定義：“機(jī)器人是用以搬運(yùn)材料、零件、工具的可編程序的多功能操作器或是通過(guò)可改變程序動(dòng)作來(lái)完成各種作業(yè)的特殊機(jī)械裝置?！比毡竟I(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）的定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器（ end effector）的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)自動(dòng)完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類(lèi)勞動(dòng)的通用機(jī)器?！?國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義：“機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來(lái)處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)?！爆F(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類(lèi)似與人或其它生物的某些器官的功能。機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類(lèi)似與人或其它生物的某些器官的功能。 是一種自動(dòng)機(jī)械裝置，可以在無(wú)人參與下（獨(dú)立性），自動(dòng)完成多種操是一種自動(dòng)機(jī)械裝置，可以在無(wú)人參與下（獨(dú)立性），自動(dòng)完成多種操作或動(dòng)作功能，即具有通用性?？梢栽倬幊?，程序流程可變，即具有柔作或動(dòng)作功能，即具有通用性。可以再編程，程序流程可變，即具有柔性性( (適應(yīng)性）。適應(yīng)性）。 具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)。具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)。 一般認(rèn)為機(jī)器人應(yīng)具有的共同點(diǎn)為：現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院我國(guó)機(jī)器人當(dāng)前主要研究方向智能機(jī)器人技術(shù)智能機(jī)器人技術(shù)材材 料料感知感知仿生仿生網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)微型微型智能智能交互交互前沿技術(shù)前沿技術(shù)探索探索多機(jī)器人多機(jī)器人協(xié)調(diào)技術(shù)協(xié)調(diào)技術(shù)人機(jī)器人機(jī)器人和諧共人和諧共存與交互存與交互網(wǎng)絡(luò)化與網(wǎng)絡(luò)化與移動(dòng)感知移動(dòng)感知新型機(jī)構(gòu)新型機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)與驅(qū)動(dòng)仿生運(yùn)動(dòng)仿生運(yùn)動(dòng)與智能控與智能控制制微納操作微納操作技術(shù)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)攻關(guān)仿生與生仿生與生物機(jī)器人物機(jī)器人極地科考極地科考機(jī)器人機(jī)器人助老助殘助老助殘家庭服務(wù)家庭服務(wù)微制造微制造機(jī)器人裝備機(jī)器人裝備核工業(yè)核工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人油氣管道油氣管道檢測(cè)檢測(cè)電力檢測(cè)電力檢測(cè)機(jī)器人機(jī)器人系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成應(yīng)用示范應(yīng)用示范現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院涂膠機(jī)器人涂膠機(jī)器人龍門(mén)式噴漆機(jī)器人龍門(mén)式噴漆機(jī)器人SCARA型裝配機(jī)器人型裝配機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人碼垛機(jī)器人碼垛機(jī)器人噴漆機(jī)器人噴漆機(jī)器人現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院機(jī)器人的組成、分類(lèi) 機(jī)器人是一個(gè)機(jī)電一體化的設(shè)備。從控制觀點(diǎn)來(lái)看，機(jī)器人系統(tǒng)可以分成四大部分：機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)、感知反饋系統(tǒng)。 機(jī)機(jī) 器器 人人執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)感知系統(tǒng) 基基 座座(固定或移動(dòng)固定或移動(dòng))手部手部腕部腕部臂部臂部腰部腰部電驅(qū)動(dòng)裝置電驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置處理器處理器關(guān)節(jié)伺服控制關(guān)節(jié)伺服控制器器內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器外部傳感器外部傳感器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院一、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。相當(dāng)于人的肢體。二、驅(qū)動(dòng)裝置 包括：驅(qū)動(dòng)源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。三、感知反饋系統(tǒng) 包括：內(nèi)部信息傳感器，檢測(cè)位置、速度等信息；外部信息傳感器，檢測(cè)機(jī)器人所處的環(huán)境信息。相當(dāng)于人的感官和神經(jīng)。四、控制系統(tǒng) 包括：處理器及關(guān)節(jié)伺服控制器等，進(jìn)行任務(wù)及信息處理，并給出控制信號(hào)。相當(dāng)于人的大腦和小腦。內(nèi)部傳感器（位形檢測(cè)）內(nèi)部傳感器（位形檢測(cè)）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置裝置執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)工作對(duì)象工作對(duì)象外部傳感器（環(huán)境檢測(cè)）外部傳感器（環(huán)境檢測(cè)） 1處理器處理器關(guān)節(jié)控制器關(guān)節(jié)控制器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院機(jī)器人的分類(lèi)1、按照結(jié)構(gòu)形態(tài)，負(fù)載能力和動(dòng)作空間劃分可分為超大型機(jī)器人：負(fù)載能力 1000 kg 以上大型機(jī)器人：100-1000 kg / 10 m2 以上中型機(jī)器人：10-100 kg / 1 10 m2小型機(jī)器人：0.1-10 kg / 0.1-1 m2超小型機(jī)器人：0.1 kg 以下 / 0.1 m2 以下現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院2 2、按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類(lèi)、按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類(lèi) 1）直角坐標(biāo)型機(jī)器人 2）圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 3）極坐標(biāo)型機(jī)器人 4）關(guān)節(jié)型機(jī)器人通過(guò)沿三個(gè)互相垂直的軸線的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手部空間位置的改變通過(guò)兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)位置的改變運(yùn)動(dòng)由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組成運(yùn)動(dòng)由前后的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)組成現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院提綱工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介1國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況2工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)34其他工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人構(gòu)成上游中游下游 控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng) 減速機(jī)、控制器、伺服電機(jī)等核心零部件 手臂、底座、轉(zhuǎn)座、手腕、支柱等本體零部件 操作系統(tǒng)、傳感器等 系統(tǒng)集成、軟件二次開(kāi)發(fā) 手爪等定制末端執(zhí)行器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院日本、德國(guó)的工業(yè)機(jī)器人水平全球領(lǐng)先，其中，日本在工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵零部件（減速機(jī)、伺服電機(jī)等）的研發(fā)方面具備較強(qiáng)的技術(shù)壁壘。德國(guó)工業(yè)機(jī)器人在原材料、本體零部件和系統(tǒng)集成方面有一定優(yōu)勢(shì)。 中國(guó)處于工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈下游，多數(shù)廠商承擔(dān)系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)、定制部件和售后服務(wù)等附加值低的工作。但市場(chǎng)需求正在迅速擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)企業(yè)的自主研發(fā)能力不斷提升，未來(lái)幾年將拉近與國(guó)際廠商的差距。 日本、德國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)四國(guó)的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)成熟度高，中國(guó)是最具潛能的發(fā)展國(guó)家市場(chǎng)成長(zhǎng)率高高市場(chǎng)成熟度低領(lǐng)先國(guó)家發(fā)展國(guó)家現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院中國(guó)、日本、美國(guó)是工業(yè)機(jī)器人主要購(gòu)買(mǎi)國(guó)，但中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的滲透率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家18297213072300025110365601500010000500003000025000200004000035000德國(guó)韓國(guó)美國(guó)日本中國(guó)2015年工業(yè)機(jī)器人主要購(gòu)買(mǎi)國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)量（臺(tái)）工業(yè)機(jī)器人分布（保有量）22W70W40W1W1W現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院國(guó)家國(guó)家/區(qū)域區(qū)域產(chǎn)能產(chǎn)能份額份額保有量保有量份額份額機(jī)器機(jī)器人人密度密度日本66%23%約300臺(tái)/萬(wàn)人歐洲26%29%約200臺(tái)/萬(wàn)人中國(guó)不足1%10%不足30臺(tái)/萬(wàn)人日本、德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和滲透率優(yōu)勢(shì)明顯先發(fā)優(yōu)勢(shì)PLC、CNC等先進(jìn)系統(tǒng) 源于國(guó)外，減速機(jī)、控制器等核心零部件被國(guó)際企業(yè)壟斷，其中日本在減速機(jī)、伺服電機(jī)等核心零部件的研發(fā)方面處于全球領(lǐng)先。上世紀(jì)70年代，日本、德國(guó)等國(guó)的人口紅利消失，勞動(dòng)力成本大幅提升，而汽車(chē)、電子等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展倒逼企業(yè)提升產(chǎn)能。1954年，美國(guó)率先提 出工業(yè)機(jī)器人概念。1967年日本引進(jìn)工業(yè) 機(jī)器人技術(shù)，處于領(lǐng)先。技術(shù)沉淀環(huán)境驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院日本是全球工業(yè)機(jī)器人最大的生產(chǎn)國(guó),中國(guó)為最大消費(fèi)國(guó)331381276721903280002868025110-40%-60%-80%80%60%40%20%0%-20%100005000035000300002500020000150002010201120122013201420152010-2015年工業(yè)機(jī)器人日本銷(xiāo)量工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)量（臺(tái)）增長(zhǎng)率Analysys 易觀智庫(kù) 國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）304001350000300000250000200000150000100000500000中國(guó)德國(guó)美國(guó)韓國(guó)日本2015年主要國(guó)家工業(yè)機(jī)器人保有量工業(yè)機(jī)器人保有量（臺(tái)）Analysys 易觀智庫(kù) 國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院品牌及品牌及LOGO主營(yíng)業(yè)務(wù)主營(yíng)業(yè)務(wù)重點(diǎn)應(yīng)用重點(diǎn)應(yīng)用2015年年?duì)I業(yè)收入營(yíng)業(yè)收入2015年年機(jī)器人收入機(jī)器人收入發(fā)那科（FANUC）數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器人等汽車(chē)、金屬加工等60億美元14億美元安川電機(jī)（YASKAWA）伺服電機(jī)、控制系統(tǒng)、機(jī)器人等汽車(chē)、食品、機(jī)械加工等38億美元13億美元那智不二越（NACHI）液壓元器件、軸承、鍛壓機(jī)床、機(jī)器人、控制系統(tǒng)等汽車(chē)、機(jī)械加工等1757億日元132億日元川崎重工（Kawasaki）工業(yè)機(jī)器人、能源開(kāi)發(fā)設(shè)備、航空航天設(shè)備等汽車(chē)、航空、船舶、醫(yī)療、石油化工等13.4億美元未知日本知名工業(yè)機(jī)器人廠商現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院ABB、發(fā)那科、庫(kù)卡、安川電機(jī)四家企業(yè)是全球主要的工業(yè)機(jī)器人供貨商從全球來(lái)看，日本和歐洲是工業(yè)機(jī)器人的主要產(chǎn)地，ABB、發(fā)那科（FANUC）、庫(kù)卡（KUKA）和安川電機(jī)（YASKAWA）四家企業(yè)是工業(yè)機(jī)器人的主要供貨商。 2015年四大家族工業(yè)機(jī)器人收入合計(jì)約為50 億美元，占據(jù)著全球約50%的市場(chǎng)份額。工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)集中度非常高，伺服電機(jī)、控制系統(tǒng)、減速機(jī)等核心零部件的技術(shù)壁壘較高，高昂的生產(chǎn)成本和技術(shù)專利壟斷是制約其他企業(yè)發(fā)展的重要因素?，F(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院區(qū)域區(qū)域劃分劃分品牌品牌機(jī)器人產(chǎn)品機(jī)器人產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品系列產(chǎn)品系列歐系A(chǔ)BB控制系統(tǒng)、本體、伺服電機(jī)、系統(tǒng)集成汽車(chē)、3C、食品和飲料、醫(yī)療等控制力好，整體性強(qiáng)IRB系列庫(kù)卡（KUKA）本體、系統(tǒng)集成、控制器汽車(chē)工業(yè)、金屬加工等開(kāi)源系統(tǒng)平臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)化編程、輕量化、響應(yīng)速度快LBR、KR系列日系安川電機(jī)Yaskawa伺服電機(jī)、變頻器、本體、系統(tǒng)集成汽車(chē)、電子電氣、食品等高精度、雙臂機(jī)器人、多軸機(jī)器人Motoman、SEMISTAR系列發(fā)那科（FANUC）數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機(jī)、本體汽車(chē)工業(yè)、電子電氣、金屬加工等輕量化、標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)稱、操作簡(jiǎn)單R系列、M系列、LR系列等18工業(yè)機(jī)器人四大家族比較現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院企業(yè)名稱主營(yíng)業(yè)務(wù)2013年?duì)I業(yè)收入公司現(xiàn)狀新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司機(jī)器人、控制器等13.19億元人民幣公司成立于2000年. 在北京、上海、深圳、廣州、濟(jì)南設(shè)有機(jī)器人工程中心,新松在國(guó)內(nèi)規(guī)模最大,品牌產(chǎn)品線齊全,最具影響力。廣州數(shù)控?cái)?shù)控系統(tǒng)、機(jī)器人、控制器等2.43億元人民幣為用戶提供GSK全系列機(jī)床控制系統(tǒng)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電機(jī)、大功率主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和主軸伺服電機(jī)等數(shù)控系統(tǒng)的集成解決方案。GSK工業(yè)機(jī)器人是主研發(fā)生產(chǎn)，具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的最新產(chǎn)品。 安徽埃夫特機(jī)器人、系統(tǒng)集成等7.64億元人民幣埃夫特智能裝備股份有限公司是國(guó)內(nèi)唯一一家通過(guò)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用而邁向研發(fā)制造的機(jī)器人公司,也是目前國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售規(guī)模最大的工業(yè)機(jī)器人廠商。產(chǎn)品迅速在汽車(chē)零部件、衛(wèi)陶、五金、家電、機(jī)加工、釀酒及消費(fèi)類(lèi)電子等行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用滲透。南京埃斯頓自動(dòng)化股份有限公司數(shù)控系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)、機(jī)器人4.5億元人民幣公司自成立以來(lái)始終專注于高端智能機(jī)械裝備及其核心控制和功能部件研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售，主要產(chǎn)品包括應(yīng)用于金屬成形機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)、廣泛適用于各種機(jī)械裝備的交流伺服系統(tǒng)，以及工業(yè)機(jī)器人及成套設(shè)備等。國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人廠商盤(pán)點(diǎn)上市企業(yè)現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院新松機(jī)器人中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的領(lǐng)先者新松機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人：SR系列、SRB系列等，種類(lèi)分為多關(guān)節(jié)型和SCARA坐標(biāo)型。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車(chē)、電子電器、金融等。應(yīng)用領(lǐng)域：教育、安防、餐飲等。服務(wù)機(jī)器人：家用機(jī)器人、教育機(jī)器人、展示機(jī)器人等。系統(tǒng)集成：計(jì)算機(jī)軟件、控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、物流系統(tǒng)等。其他：AGV小車(chē)、機(jī)械元器件、機(jī)器人零部件等。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車(chē)、電子電器、電力等。應(yīng)用領(lǐng)域：交通、能源、金融、醫(yī)療等?，F(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院廣數(shù)機(jī)器人真正的中國(guó)主品牌工業(yè)機(jī)器人廣州數(shù)控機(jī)器人自主設(shè)計(jì)機(jī)械本體自行制造減速器等關(guān)鍵零部件自主研發(fā)專用伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器自主研發(fā)高性能控制器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院提綱工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介1國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況2工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)34其他工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人主要由四大部件構(gòu)成。目前我們所說(shuō)的工業(yè)機(jī)器人，是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科技術(shù)于一體的自動(dòng)化裝備，由精密減速器、伺服電機(jī)、控制系統(tǒng)與本體幾大部分構(gòu)成。現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院2014年精密減速機(jī)市場(chǎng)份額工業(yè)機(jī)器人成本份額機(jī)器人三大關(guān)鍵技術(shù)減速器、控制器、伺服系統(tǒng)現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院提綱工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)3(1)關(guān)鍵技術(shù)減速器(2)關(guān)鍵技術(shù)控制器(3)關(guān)鍵技術(shù)伺服系統(tǒng)(4)關(guān)鍵技術(shù)傳感器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)：減速器機(jī)器人減速器通常有RV減速器和諧波減速器兩種現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院 相比于諧波減速器，RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度。因此在關(guān)節(jié)型機(jī)器人中，一般將RV減速器放置在機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置；而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部； 目前，全球減速器市場(chǎng)被日本納博特斯克和哈默納克兩家公司壟斷。并與機(jī)器人用戶簽訂獨(dú)家供貨協(xié)議。 國(guó)內(nèi)秦川和綠的有對(duì)應(yīng)產(chǎn)品，但與國(guó)外差距較大?，F(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院RV（Rot-Vector）減速器RV減速器是在擺線針輪傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，具有二級(jí)減速和中心圓盤(pán)支承結(jié)構(gòu)。自1986年投入市場(chǎng)以來(lái)，因其傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、低振動(dòng)、剛性大和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器人的“御用”減速器?，F(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院RV減速器原理現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院(1) 結(jié)構(gòu)封閉、緊湊，體積小重量輕 (2) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度高，軸承壽命長(zhǎng)(3) 傳遞效率高、速比范圍大(4) 噪音小、剛度大，抗沖擊能力強(qiáng)(5) 過(guò)載能力強(qiáng)RV減速器特點(diǎn) RV減速器有以下特點(diǎn) 現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院 擺線輪齒廓形成有外滾法和內(nèi)滾法兩種，外滾法中，半徑r的滾圓在半徑R基圓的圓周上作純滾動(dòng)，滾圓圓周上任意一點(diǎn)C的軌跡 稱為外擺線。擺線輪齒廓成型 內(nèi)滾法中，滾圓半徑rb、基圓半徑rg，且rbrg，滾圓在基圓上純滾動(dòng)，此時(shí)滾圓圓周上的點(diǎn)C的軌跡為外擺線?，F(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院根據(jù)擺線輪加工原理，擺線輪齒形修形有三種基本方法： 移距修形，磨削擺線齒廓時(shí)，將磨頭相對(duì)加工臺(tái)移動(dòng)微小距離 等距修形，磨削擺線齒廓時(shí)，使磨頭的半徑增大微小值 轉(zhuǎn)角修形，磨出標(biāo)準(zhǔn)擺線輪齒廓后，再使加工臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)微小角度，然后繼續(xù)磨削，形成新的擺線齒廓擺線輪齒廓修形現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院這種減速機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)也是難點(diǎn)，從1997年大連交通大學(xué)等高校承接第一期863計(jì)劃算起，仿制RV減速器已有近20年，為什么至今我們還沒(méi)有完全掌握其核心技術(shù)，使RV減速器產(chǎn)業(yè)化呢？RV減速器制造難點(diǎn) 對(duì)RV減速器的機(jī)理及制造工藝研究不足； RV減速器對(duì)零件的加工、裝配精度及材料要求非常高，我國(guó)的精密制造技術(shù)及設(shè)備尚不能達(dá)到加工RV減速器的水平；現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院諧波減速器 諧波減速器由三部分組成：諧波發(fā)生器、柔性輪和剛輪。諧波減速器傳動(dòng)比大、外形輪廓小、零件數(shù)目少且傳動(dòng)效率高。單機(jī)傳動(dòng)比可達(dá)到50-4000，而傳動(dòng)效率高達(dá)92%-96%。HarmonicaDrive產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意HarmonicaDriveCSF-LW系列產(chǎn)品現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院按照波發(fā)生器的不同有凸輪式、滾輪式和偏心盤(pán)式諧波減速器原理現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院 北京中技克美諧波傳動(dòng)有限公司 北京諧波傳動(dòng)技術(shù)所 蘇州綠的國(guó)內(nèi)諧波減速器制造由于諧波傳動(dòng)理論提出較早，目前專利保護(hù)已經(jīng)到期，因此國(guó)內(nèi)展開(kāi)仿制的公司較多?，F(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院提綱工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)3(1)關(guān)鍵技術(shù)減速器(2)關(guān)鍵技術(shù)控制器(3)關(guān)鍵技術(shù)伺服系統(tǒng)(4)關(guān)鍵技術(shù)傳感器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院 控制器是機(jī)器人的大腦，發(fā)布和傳遞動(dòng)作指令。包括硬件和軟件兩部分： 硬件就是工業(yè)控制板卡，包括一些主控單元、信號(hào)處理部分等電路 軟件部分主要是控制算法、二次開(kāi)發(fā)等現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)多采用計(jì)算能力較強(qiáng)的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片組成。此外，將特定的處理器與所需要的接口集成在一起的定制芯片，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)，縮小系統(tǒng)尺寸，并降低成本?？刂栖浖_(kāi)發(fā)環(huán)境一般工業(yè)機(jī)器人公司都有自己獨(dú)立的開(kāi)發(fā)環(huán)境和獨(dú)立的機(jī)器人編程語(yǔ)言，如日本Motoman公司、德國(guó)kuka公司、美國(guó)的Adept公司、瑞典的abb公司等，機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境有TeamBots 、 ARIA 、Player/Stage，、Pyro、CARMEN、MissionLab、ADE.V、Miro.v.CVS-March17、MARIE.、FlowDesigner.、RobotFlow現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院控制軟件速度規(guī)劃：T型或S型位置控制：PID控制誤差補(bǔ)償：無(wú)國(guó)內(nèi)外機(jī)器人控制器差距T型速度規(guī)劃S型速度規(guī)劃現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院機(jī)器人位置控制a) 末端位置穩(wěn)定問(wèn)題b) 末端點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)問(wèn)題c) 關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤問(wèn)題d) 操作空間軌跡跟蹤問(wèn)題Benosman 和 Vey 指出，機(jī)器人的控制問(wèn)題可以歸結(jié)為四個(gè)方面，分別是：現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院機(jī)器人系統(tǒng)中有多種未知因素，構(gòu)成不確定性不確定性Irregular disturbancesVarying payloadUn-modeled dampingJoint flexibilityImprecise design parameterNonlinear frictionUncert-ainties?現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院剛性關(guān)節(jié)柔性關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)2nn全驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)建模的區(qū)別現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院KUKA LBR iiwa robot1. Preface現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院11111()(,()M qJ qq qC q11111112212( )( , )( )()0()M q qC q q qG qK qqJqK qq 2242321342423( )( )( )( ),( ),( )( )( )tx tS x tX tx tx tx tS x t 不同機(jī)器人模型及控制算法剛性模型0( )( )tpdtK eK ee t 控制模型柔性模型控制模型現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院p 卡爾曼濾波器(1959-1961)p 狀態(tài)空間表達(dá)式(1960)p 穩(wěn)定性理論(1960)p LQG (1962)p 能控性、能觀性如何處理系統(tǒng)的不確定性因素？現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院宏觀世界真的存在隨機(jī)性嗎？現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院Joseph Ford (Georgia Institute of Technology): Coin/dice tossing is a deterministic chaotic motion, rather than random.“How Random is a Coin Toss?”, Physics Today , April 1983, pp. 40-47“Randomness reexamined”. Modeling, Identification and Control, 1994. 15(3): p. 141-151.現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院p 模糊集理論(1965)p 模糊決策(1967)p 模糊推理(1973)p 模糊控制(1973)p 軟計(jì)算(1996)p 隨機(jī)理論: 描述一個(gè)事件發(fā)生的頻率p 模糊理論:描述一個(gè)事件發(fā)成的程度用模糊方法描述不確定性ABC現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院控制算法的變化2121 11121 1111121 111( )()()( )TtxS xxS xtkxS x 2242 32242 3122242 322( )()( ) )TtxS xxS xtkxS x虛擬控制真實(shí)控制(),()min(,),max(,),()min(,),max(,),(/)min(/,/,/,/),max(GHgh ghGHgh ghgh ghG Hg h g h g h g hg h g h g h g hG Hgh gh gh gh /,/,/,/).gh gh gh gh如果G 和 H 是兩個(gè)模糊數(shù)模糊數(shù)學(xué):現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院提綱工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)3(1)關(guān)鍵技術(shù)減速器(2)關(guān)鍵技術(shù)控制器(3)關(guān)鍵技術(shù)伺服系統(tǒng)(4)關(guān)鍵技術(shù)傳感器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院 伺服系統(tǒng)是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，一般包括伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、合適轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 工業(yè)機(jī)器人電動(dòng)伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為三個(gè)閉環(huán)控制，即電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。一般情況下，對(duì)于交流伺服驅(qū)動(dòng)器，可通過(guò)對(duì)其內(nèi)部功能參數(shù)進(jìn)行人工設(shè)定而實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等多種功能。伺服控制系統(tǒng)現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院 電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，要求是要有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機(jī)器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機(jī)，尤其是要求快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)必須具有較高的可靠性，并且有較大的短時(shí)過(guò)載能力。 現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院電機(jī)性能比較從使用上的角度來(lái)分析：1、頻矩特性：伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)2、控制精度：伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)3、低頻特性：伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)4、過(guò)載能力：伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)5、控制性能：伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)6、響應(yīng)特性：伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院 伺服系統(tǒng)外資企業(yè)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。日系品牌憑借良好的產(chǎn)品性能與極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格壟斷了中小型OEM市場(chǎng)。2014年，伺服系統(tǒng)市場(chǎng)TOP15廠商中，前三名均為日系品牌，總份額達(dá)到45%。西門(mén)子、博世、施耐德等歐系品牌占據(jù)高端，整體市場(chǎng)份額在30%左右。國(guó)內(nèi)企業(yè)整體份額低于10%左右。 控制器和伺服系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密，用戶選擇的排序分別是可靠穩(wěn)定性、價(jià)格、服務(wù)，從服務(wù)和性價(jià)比入手是國(guó)內(nèi)企業(yè)突破的方向。但這需要對(duì)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域長(zhǎng)期深入的研究，大量資金投入和長(zhǎng)時(shí)間的市場(chǎng)驗(yàn)證，對(duì)技術(shù)、資金、人才要求都較高，國(guó)內(nèi)上市公司如新松、新時(shí)達(dá)、匯川技術(shù)、廣州數(shù)控、埃斯頓等具備類(lèi)似的條件。現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院提綱工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)3(1)關(guān)鍵技術(shù)減速器(2)關(guān)鍵技術(shù)控制器(3)關(guān)鍵技術(shù)伺服系統(tǒng)(4)關(guān)鍵技術(shù)傳感器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院二維視覺(jué)傳感器主要就是一個(gè)攝像頭，它可以完成物體運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)以及定位等功能，二維視覺(jué)傳感器已經(jīng)出現(xiàn)了很長(zhǎng)時(shí)間，許多智能相機(jī)可以配合協(xié)調(diào)工業(yè)機(jī)器人的行動(dòng)路線，根據(jù)接收到的信息對(duì)機(jī)器人的行為進(jìn)行調(diào)整。1、二維視覺(jué)傳感器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院最近三維視覺(jué)傳感器逐漸興起，三維視覺(jué)系統(tǒng)必須具備兩個(gè)攝像機(jī)在不同角度進(jìn)行拍攝，這樣物體的三維模型可以被檢測(cè)識(shí)別出來(lái)。相比于二維視覺(jué)系統(tǒng)，三維傳感器可以更加直觀的展現(xiàn)事物。2、三維視覺(jué)傳感器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院力扭矩傳感器是一種可以讓機(jī)器人知道力的傳感器，可以對(duì)機(jī)器人手臂上的力進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)機(jī)器人接下來(lái)行為作出指導(dǎo)。3、力扭矩傳感器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人尤其是協(xié)作機(jī)器人最大的要求就是安全，要營(yíng)造一個(gè)安全的工作環(huán)境，就必須讓機(jī)器人識(shí)別什么事不安全。一個(gè)碰撞傳感器的使用，可以讓機(jī)器人理解自己碰到了什么東西，并且發(fā)送一個(gè)信號(hào)暫?；蛘咄Ｖ箼C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。4、碰撞檢測(cè)傳感器/安全傳感器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院除了這些還有其他的許多傳感器，比如焊接縫隙追蹤傳感器，要想做好焊接工作，就需要配備一個(gè)這樣的傳感器，還有觸覺(jué)傳感器等等。傳感器為工業(yè)機(jī)器人帶來(lái)了各種感覺(jué)，這些感覺(jué)幫助機(jī)器人變得更加智能化，工作精確度更高。6、其他傳感器現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院提綱工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介1國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況2工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)34其他工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院柔性串聯(lián)機(jī)器人現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院并聯(lián)機(jī)器人現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代集成制造與數(shù)控裝備研究所 CIMS Institute機(jī)械工程學(xué)院