工业机器人课程简介

工业机器人课程简介（13篇）

1.工业机器人课程简介 篇一

《工业机器人技术》课程教学改革

摘要：《工业机器人技术》是一门多学科交叉的、理论与实践结合紧密的课程。本文结合《工业机器人技术》课程特点和教学中存在的若干问题，提出建立贯穿教学内容的主线，改善实践条件和鼓励自我探索的改革措施。实践表明这些改革措施是合理的，并在教学中取得了良好的效果。

关键词：工业机器人；教学改革；应用型本科

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）25-0074-02

当前，世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行，国家实施创新驱动发展、“中国制造2025”、“互联网+”等重大战略，机器人技术专业领域的人才需求愈趋旺盛，因此培养具有创新性，符合社会实践岗位的人才是当前应用型本科院校进行《工业机器人技术》课程教学改革的核心。

一、《工业机器人技术》课程教学现状

《工业机器人技术》是机电一体化、自动化等相关专业的专业方向课之一，涵盖机器人结构、机器人运动学、动力学、轨迹规划、机器人控制等内容[1][2]，涉及机械原理、机械设计、电子电路技术、自动控制原理、传感器技术等知识，是一门多学科交叉、理论与实践紧密结合的课程，对培养学生机电一体化、自动控制技术的综合实践能力具有重要意义。

目前我院的机械设计及其自动化专业和自动化专业均尝试开设《工业机器人技术》课程，课程被安排在第七学期开课，理论32课时，实践8课时，在教学过程中主要存在问题如下：

1.课程需要的先学知识欠缺。学生在学习《工业机器人技术》这门课程之前，需要具备一定的机械结构和控制理论方面的基础知识，而大部分应用型本科院校中，机械设计及其自动化专业和机电一体化专业的同学具有力学、运动学、机械结构、电工、电子方面的知识却缺乏控制理论的基础知识，自动化专业的同学具有控制理论、电机拖动、信号与系统等方面的知识却缺乏力学、机械结构方面的知识，导致在这些专业开设《工业机器人技术》都有不少的障碍，学生难以对课程产生整体认识。

2.缺乏适合的教材。应用型本科院校以本科教育为主，面向区域经济社会，以学科为依托，以应用型专业教育为基础，以社会人才需求为导向，培养高层次应用型人才，要求学生具有一定的理论素养，以满足应用所学理论知识进行科技创新的需要，同时要求学生掌握本专业相关技术，具有较强的实践动手能力。工业机器人的相关教材有的偏重理论讲解，而有的教材却流于产品说明或用户指南[3]，难以适应应用型本科学生的特点与教学需求。

3.涉及的概念抽象。工业机器人的控制以运动学和动力学为基础，这就离不开D-H坐标系的建立和空间坐标的变换，即使能让学生看到机器人实体也难以直观展现抽象的坐标系、工作空间、关节空间等概念。此外运动学、动力学方程的推导、微分运动分析等抽象、复杂的数学推导很容易让学生望而却步，丧失学好该课程的信心，不利于课堂教学的开展[4]。

4.实践条件缺乏。目前的工业机器人产品缺乏规范性，品牌繁杂且互不兼容，开放程度较低，因此如何选择具体的工业机器人进行实践教学也是面临的一个难题，而且机器人造价不菲，受资金和场地等条件的制约，构建专门的机器人实验室的成本太高，这就造成了目前这门课程的实践条件缺乏，实践环节难以开展，无法充分调动学生的学习热情。

二、改革措施的探索

《工业机器人技术》的教学目的包括：使学生了解有关机器人技术方面的基本知识和机器人学的基本原理和方法，掌握机器人所涉及的基本理论和关键技术，培养学生综合运用所学基础理论和专业知识解决专业领域内实际问题的能力，为此对课程进行如下三个方面的改革。

1.建立贯穿教学内容的主线。坐标变换、运动学、动力学、机器人本体结构、机器人控制是《工业机器人技术》的关键部分，为了让学生将零散的知识有个整体的认识，先从机器人的机械结构入手，讲解机器人三大组成部分（机械部分、传感部分、控制部分）的关系[5]。由于机器人控制的本质是对下列方程式的双向控制[2]：

V（t）？圮T（t）？圮C（t）？圮θ（t）？圮X（t）

（其中：X（t）为末端执行装置的状态，包括位置、姿态和开闭状态等，θ（t）为关节变量，C（t）为作用在各关节上的力矩矢量，T（t）为各传动电动机的力矩矢量，经过变送器送到各个关节，V（t）为施加在电动机上的电流或电压矢量。）

以机器人双向控制方程式为主线，以典型机器人（如PUMA560）为例，对坐标变换、运动学、动力学、轨迹规划、机器人控制系统进行由浅及深的讲解，明确各个部分内容在上述控制方程式中的作用，先对机器人控制有个全局的了解，再细化到实现机器人控制的每一个层级，带着问题一层一层剖析，整个课程的学习就连贯起来了，而且学生也能明白地知道每次课在整个机器人控制中的位置，目标明确了，更能调动学习的主动性和积极性。最后，结合授课老师的科研项目或对具体对象控制过程的相关视频资料，展开典型工业机器人的应用分析，如喷涂、焊接、码垛机器人，使学生对所学基础内容的工程应用有深入的了解和直观的认识。此外，在课程授课过程中穿插与课程内容有关的机器人最新研究成果，比如本田公司的双足机器人、用于军队和康复治疗的穿戴式机器人等，不仅对于提高同学们的学习兴趣有一定的帮助，而且能拓宽同学们的视野，提高其领悟力。

2.改善实践条件。工业机器人的实践环节作为《工业机器人技术》教学体系中的重要组成部分，将学生的综合素质培养和创新能力培养作为核心，在加强学生对基础理论知识理解的同时，更培养学生运用所学知识的实践操作能力和创新能力。工业机器人的认识实验共2学时，主要以实验室现有的6轴工业机械手为对象，了解工业机器人基本结构与工作原理，熟悉机器人机械结构特点、电气线路硬件情况及手动运行机械臂，观察关节运动情况。机器人的运动学、动力学、轨迹规划和运动仿真共4学时，利用MATLAB的robotics toolbox实现[6]，利用ADAMS软件强大的仿真模块，在Simulink中实现对虚拟样机的控制操作，最后安排2学时到校外企业观摩工业机器人的工程应用，增强对所学知识应用场景的切身体验。后继的工业机器人技术实践环节拟引入ABB公司的Robot Studio建立工业机器人离线编程示教工作站[7]，以数字化工厂为实践平台，增加学生的动手??践、创新的机会。

3.鼓励自我探索。哈佛前校长认为，教学内容固然重要，但对于学生影响更为深远的是教学方法[8]。《工业机器人技术》是一门较难的课程，通过前述机器人双向控制方程式将分散的知识点贯穿成一整体，帮助同学明确每一部分在整个机器人控制中的作用，每开始新的知识点前，必用启发式的问题，引导学生思考在已有知识的基础上，如何往下一步展开，从而引起学生的学习兴趣，鼓励学生在课后搜集相关资料，主动寻找答案。以参与期末综合评分作为激励，分组在课堂上展开讨论，最后由老师对研讨情况进行点评、总结和补充讲解，让学生带着问题学习，充分调动学生的学习积极性，通过这个过程，学生的自我学习、探索和创新能力可以得到有效培养。

三、结语

《工业机器人技术》对学生难，对授课老师也是很大的挑战，由于没有完全适应的教材，授课老师需要根据教学目标选定的授课内容，引入紧跟时代潮流的知识丰富教学内容，整理讲义，选择能激发学习兴趣的教学方法，有效培养学生的综合应用所学知识解决实际问题的能力和工程实践能力，?@个过程永无止境。课程教学改革是一个长期、不断深化的过程，相信在后续的教学过程中会有不断的改进和完善。

参考文献：

[1]李团结.机器人技术[M].北京：电子工业出版社，2009.[2]蔡自兴.机器人学基础[M].北京：机械工业出版社，2015.[3]于霜.高职院校工业机器人创新实践教学研究[J].科技创新导报，2015，12（20）：25-25.[4]黄用华.理工科高校《工业机器人》课程教学改革浅析[J].科技信息，2012，（21）：20.[5]于楚泓.《工业机器人技术》课程教学改革探索[J].科技风，2017，（8）：54-54.[6]谢斌.基于MATLAB R obotics Toolbox的机器人学仿真实验教学[J].计算机教育，2010，（19）：140-143.[7]高慧.工业机器人离线编程技术课程教学创新[J].佳木斯职业学院学报，2017，（7）.22-24.[8]戴敏，张志胜，史金飞.大学生创新与实践能力培养的探索――“教育机器人设计与制作综合实践”课程建设的一点体会[J].东南大学学报：哲学社会科学版，2008，（s1）：259-261.

2.工业机器人课程简介 篇二

目前工业机器人的应用越来越普遍, 而且工业机器人已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。同时受技术快速发展、劳动力资源不断稀缺、生产效率要求近一步提高等因素影响, 工业机器人将迎来更为广阔的发展空间和更高的发展速度[1]。

据英国报刊《经济学人》报道: 在2013年中国购买的机器人数量已经超过日本, 成为购买机器人数量最多的国家。由于机器人产业的发展, 现在机器人的价格在不断下降, 在投资回报期大幅度缩短, 企业也有意愿去购买工业机器人应用生产。

广西柳州作为一个工业重镇, 汽车制造, 钢铁, 化工等行业非常发达, 工业机器人技术应用的培育、成长, 也将成为一种发展趋势。作为高等职业学校, 培养工业机器人安装、操作、系统维护的高级技术人才, 为地方经济发展提供人才技术支持显得尤为迫切。

2. 目前高校该课程设置现状

目前《工业机器人技术》课程在高校中往往设置为理论课程, 授课过程以理论教授为主, 按章节顺序授课。由于这门课程牵涉到非常多的数学运算, 比如求解机器人的正逆运动, 就要用到就在的运算。这对于职业院校的学生来讲难度非常大。而且就算学会了这些理论知识, 真正去操作控制机器人又要学习相关的操作规程和参数设置。这样既浪费了时间同时授课效率又较低。不仅如此, 在纯理论授课过程中, 学生是被动的接受知识, 主动性差, 容易造成学生厌学的情绪。

3. 项目式教学的设计

3. 1项目式教学方法的特点。在《工业机器人技术》授课过程中依托机器人实训室的双控机器人设备对理论知识进行项目细分。对项目进行细分过程中融合相应的理论和实践知识[2]。

授课过程中, 理论和实践知识的传授有实际的设备做辅助, 学这种学习氛围和环境增添了学习的兴趣, 缓解了纯理论学习的枯燥, 沉闷的学习心情, 学习效率会大幅度提高。一个项目教学的教学———学习环节高效进行, 为课程后续开展打下良好的基础。在项目教学中, 最重要的环节不是教学———学习环节, 而是在“做”的环节。理论和实践讲授后, 学生学习的效果如何要看学生自己动手实做的环节。这个环节也可以成为反馈环节, 是对项目教学效果的一个反馈。所以在项目式教学过程中最大的特点就是容易开展“教学做”一体化的教学模式。

3. 2项目式教学实施过程。项目式教学在《工业机器人技术》课程中实施过程有几个方面。

首先, 要设定学习的任务。要设定好教学项目中的任务, 教师起着非常重要的作用。设定一个教学项目任务之前教师要深入研究与课程相关的需要运用理论知识或者实践知识解决的各种问题, 同时也要结合学生现有的理论和实践知识水平。把教学任务设计好以后, 合理安排的教学计划中去, 学习任务可以以书面的形式下发给学生。其次, 制定实施项目任务的具体计划。实施过程计划中可以列明需要哪些知识, 查阅哪些手册; 实施过程计划中还要写明是个人完成还是团体完成, 如果是团体完成, 明确小组成员及职责; 同时项目实施计划时间的安排表是不能够少的。第三, 项目式教学在学生动手操作过程中, 要让学生有方案的决策权。这样做的目的是为了培养学生在问题的解决中独立思考的习惯, 同时提高知识的获取的能力。有这个过程也能促进团队的协作精神。

3. 3课程项目设计思路。双控模块化机器人实训设备的主要特点就是模块化。机器人的六个轴就是六个模块, 每个模块可以独立控制。利用该特点, 可以开发出各个模块的控制程序, 对每个模块进行运行控制, 并应用与教学。根据这些特点, 可以开发: 各轴控制的相关教学项目; 各轴之间传动的相关教学项目; 各模块之间通讯的相关教学项目等。通过教学项目开发, 使该实训设备更方便教师教学、学生理论学习及动手实验, 即“教学做一体化”。

4. 结束语

项目式教学, 主要是在建构主义教学理论的指导下, 通过对课程“项目”的选取和情景的设置[4], 把学生当作“主角”, 由学生自己合作完成预定“项目工作”的学习方式。这种方式很大程度上提高了学生的学习积极性, 主动性; 在掌握知识技能方面, 比单纯的理论讲解更有效。

摘要：目前工业机器人已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志, 受技术快速发展、劳动力资源不断稀缺、生产效率要求进一步提高等因素影响, 工业机器人将迎来更为广阔的发展空间和更高的发展速度。工业机器人的应用于发展意味着对相关技能人才的需求, 作为职业高校有着对人才培养的责任。但是目前职业学院里所开设的《工业机器人技术》课程, 大部分以理论课程进行教学。纯理论性教学对技能型实用人才的培养有着很大的制约, 本文讨论项目式教学在该课程中的应用。

关键词：项目式教学,工业机器人,模块化,教学做一体

参考文献

[1]邵长春弧焊机器人和变位机的耦合与解耦分析, 广西科技大学2013-07-01

[2]陈瑜项目式教学法之我见时代教育2012.12

[3]蔡自兴.机器人学[M].北京:清华大学出版社, 2000.59-65

3.工业机器人课程简介 篇三

关键词： 项目导向教学法    工业机器人技术    主动性

一、引言

目前工业机器人制造技术已经成为一个国家制造业水平高低的标志，工业机器人几乎用于生产制造各个领域。随着国家人力资源成本上升，机器人在企业中的应用优势越来越凸显。企业对掌握工业机器人技术的技能型人才的需求越来越大，当然对工业机器人技术人才的要求越来越高。工业机器人技术是一门涉及多学科知识同时是实践性很强的专业课程。高职院校该课程的教学目标是：以工业机器人实验室的设备实际案例为切入点，以传动机构、电动机工作基本原理为基础，以PLC控制技术和通讯技术为重点，学习掌握工业机器人保养、维修与操作基本技术。纯理论教学模式已不适应社会和技术需要。采用项目导向教学方法，有利于工业机器人技术人才培养。项目导向教学方法指教师按教学目标设计出相应的项目，通过对每个项目“教学做一体”化的学习和实训，提高学生学习主动性和积极性，从而达到人才培养目的[1]。

二、工业机器人技术课程教学现状

工业机器人技术课程是高职自动化专业一门主干课程，这门课程学习的主要内容有：机器人的机械结构、传感器在机器人上的应用、机器人的驱动系统、机器人的控制系统、机器人的编程语言及机器人的应用。教材不同，内容虽然有所变化但基本内容大致相同。这些内容有个最大特点就是理论性非常强。职业院校培养工业机器人技术人才的目标是：掌握工业机器人的保养、维修与操作基本技术。从这个目标来看，要求实践性课程环节较多，与学习内容理论性相矛盾。在这种矛盾的情况下，理论课程比较抽象，同时单纯理论学习往往不能让学生将所学知识与实践联想起来，如虽然学习了传感器方面的知识，但是不知道传感器如何在机器人上应用，更不能举一反三。同时学生被动地接受理论知识，缺乏主动性，这种情况下容易产生厌学情绪。工业机器人技术涉及多门学科知识，需要学生主动学习相关知识，综合运用。就算开设一些验证性实验课程，不能发挥学生开创性思维，激发学生学习兴趣。实验课上，实验机理固定单一，且实验模式刻板，学生只需按照实验指导书上的步骤即可完成实验，未能为学生预留出思考空间，机器人的系统控制、编程语言的应用、机器人的驱动等细节无法深入学习。

三、项目导向教学法设计要点

（一）依据教学目标，设置项目任务。

设定好教学项目中的任务，教师起非常重要的作用。设定教学项目任务之前教师要深入研究与课程相关的需要运用理论知识或者实践知识解决的各种问题，同时要结合学生现有理论和实践知识水平。把教学任务设计好以后，合理安排教学计划，学习任务可以书面形式下发给学生。

（二）制订实施项目任务的具体计划。

由于学生爱好、兴趣和技能知识水平不同，实施计划的设置需要根据学生实际水平。具体计划可以分为多个部分：基础部分、提高部分、发挥部分等，以适应不同水平层次学生完成相应的任务难度与工作量要合理设置，任务工作量过大远远超出学生能力，学生难以完成。任务工作量过小，学生提前完成，未能很好掌握相关知识点。

实施过程计划中可以列明需要哪些知识，查阅哪些手册;实施过程计划中还要写明是个人完成还是团体完成，如果是团体完成，明确小组成员及职责;同时项目实施计划时间的安排表不能少。

（三）项目实施。

在项目实施过程中，教学阶段是教师、学生、设备互动阶段，也是老师边讲解边操作，学生边听讲边操作设备。在学生实做阶段，要发挥学生积极主动性，根据任务要求及时间安排完成，以实现“教学做”一体的教学模式。

（四）项目评估。

对于教学项目的完成要及时评估和总结，也可以说是反馈。这个过程中包括考核、实训总结、作业等。

在任务评估过程中，任务评估标准表的制定很重要，要按教学目标的知识点和技能点细化，列出评分考核点。其中评分可以分为自我评分、同学互评、教师评分，评分比例可以根据具体项目不同设计。自我评分有助于学生认识自身优点和不足;同学互评可以促使学生互相学习，学习他人长处，同时在交流中进步、成长;教师评价主要是对任务知识点和技能点进行强化与总结。

四、工业机器人技术项目导向教学法设计

下面以“模块化机器人与工业机器人的认识”项目为例，讲述工业机器人技术课程教学中如何应用项目导向实施教学。

（一）依据教学目标，设置项目任务。

教学目标是了解什么是机器人，了解机器人发展现状与发展趋势;掌握机器人的整体结构;掌握机器人的相关参数。这些教学目标就是本项目的任务。

（二）制订实施项目任务的具体计划。

制订具体计划，查阅非常多的相关资料。对机器人的由来发展趋势及结构等资料要尽量多地收集。

通过对搜集资料分类、整理，对比较新知识点、技能点在制订计划过程中需要注意问题的导入和时间的分配，让学生在整体上对任务设计有所了解，计划的设定就是任务执行思路。

（三）项目实施。

在项目实施过程中，教学阶段是教师、学生、设备互动阶段，也是老师边讲解边操作，学生边听讲边操作设备。在学生实做阶段，要发挥学生积极主动性，根据任务要求及时间安排完成，以实现“教学做”一体的教学模式。整个过程中，教师起着协同作用。任务实施要调动学生积极性，所以要多设置问题，非技术问题可以不具体。如针对项目任务：了解什么是机器人？

对于这个任务可以让同学们分组讨论，讨论结果可以书面形式写下来作为小组项目执行成果。也可以就讨论结果让小组推荐一人表述。锻炼同学们的协调组织能力及表达能力成为项目中的一个任务。

对于具体问题，如机器人的整体结构是什么样子的？可以根据实训室里的设备参考搜集的资料完成。在完成具体问题过程中老师起引领作用。

（四）对项目任务实施进行评估。

当一个教学项目完成时，要及时评估和总结，也可以说是反馈。这个过程中包括实训总结、作业考核等。

其中任务考核针对不同项目考核标准及考核手段可以灵活多样。对项目完成情况的评价可以作为成绩考核标准。如对一个项目设置总分数为100分，学生自己、同学之间、教师对学生都可以进行评分。

其中评分可以分为：自我评分、同学互评、教师评分，评分比例根据具体项目不同设计。自我评分有助于学生认识自身优点和不足：同学互评可以促使学生互相学习，学习他人長处，同时在交流中进步、成长;教师评价主要是对任务知识点和技能点进行强化与总结。

在任务评估过程中，任务评估标准表的制定也很重要，按教学目标的知识点和技能点进行细化，列出评分考核点（见下表）。

表    完成任务评分表

在对“模块化机器人与工业机器人的认识”项目任务的评估中，总分是百分制，机器人的认识占20分，发展趋势论述占20分，机器人的整体结构占30分，参数认知占30分。任务评价栏让学生和教师对任务进行点评，写出对任务的评价。可以在表中填写评分细节，哪些地方失分，进一步改正措施是什么等。

五、结语

项目导向教学法在工业机器人技术课程中的应用，能让学生在完成任务的过程中学习新技能、新知识。任务实施是以学生为中心，学生作为主要参与者，让学生主动学习、探究、分析、完成任务，发挥创新思维，提高学习主动性。当学生看着自己完成的任务作品时，会产生成就感，有利于提高学生的学习兴趣，形成良性循环[3]。

参考文献：

[1]邵长春.弧焊机器人和变位机的耦合与解耦分析.广西科技大学，2013-07-01.

[2]陈瑜.项目式教学法之我见.时代教育，2012.12.

[3]李水明.任务驱动教学法在传感器技术课程的应用.教育界，2015-04.

4.工业机器人开题报告 篇四

一、选题的目的和意义：

工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且可以保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本。因此，研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组部分。

二、国内外研究综述：

20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。

我国工业机器人经过20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。

虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。

在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。

机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术（产业化），必须具备5个要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。广泛使用机器人是实现工业自动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人才，打开市场。

三、毕业设计（论文）所用的主要技术与方法：

在本次设计中，拟应用到的文献涉及机械原理机械设计类，机械绘图类，机械工程控制类，机械工程材料和力学以及工业机器人或工业机器人手臂相关的资料，在设计过程中这些材料可以首先帮我们从整体上了解与机器人手臂相关的技术以及现在国内外的发展趋势；其次，利用这些资料，可以在设计过程中进行合理的结构分析和设计方案的初步制定；最后，机器人手臂设计过程中的所需材料的选择，设计与校核计算，运动过程的控制以及其他的注意事项，都可以在相关文献资料中得到一些指导与帮助。

机器人本体由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。共有六个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆。机器人采用电动机驱动。这种驱动方式具有结构简单、易于控制、使用维修方便、不污染环境等优点，这也是现代机器人应用最多的驱动方式。为实现机器人灵活自由地移动，驱动系统使用了蓄电池供电。电动机可以选择步进电机或直流伺服电机。使用直流伺服电机能构成闭环控制，精度高，额定转速高，但价格较高，而步进电机驱动具有成本低，控制系统简单的优点。确定这种机器人的6 个关节都采用步进电驱动，开环控制。各部件组成和功能描述如下：(1)底座部件： 底座部件包括底座、回转部件、传动部件和步进电机等。底座部件固定在自动引导车（AGV）上，支持整个操作机，步进电机固定在底座上，一级同步带传动将运动传递到腰部回转轴，同时起到减速作用。2)腰部回转部件： 腰部回转部件包括腰部支架、回转轴、支架、谐波减速器和步进电机、制动器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回转运动。在腰部支上固定着驱动大臂俯仰和小臂俯仰的电机。(3)大臂部件：包括大臂和传动部件。(4)小臂部件：包括小臂、减速齿轮箱、传动部件、传动轴等，在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驱动手腕三个运动的步进电机(5)手腕部件：包括手腕壳体、传动齿轮和传动轴、机械接口等(6)末端执行器： 为抓取不同形状、不同材质的物体，末端执行器设计得开合范围比较大，为 0～100mm。考虑在指尖的平面上贴传器片，进行力的控制。

四、主要参考文献与资料获得情况：

[1].孟庆鑫、王晓东.《机器人技术基础》.哈尔滨工业大学出版社，2006.[2].董华梁、彭文生.《机械设计基础》.高等教育出版社，2007.[3].周伯英.《工业机械人设计》.机械工业出版社，1995 [4].郑堤、唐可洪.《机电一体化设计基础》.机械工业出版社，1997 [5].张铁、谢存禧.《机械人学》.华南理工大学出版社，2004 [6].曲兴华.《仪器制造技术》.机械工业出版社，2010 [7].柳晖.《互换性与技术测量基础》.华东理工大学出版社，2006 [8].沈鸿.《机械工程手册》.机械工业出版社，1983

五、毕业设计（论文）进度安排（按周说明）第5-6周 收集并整理相关资料

第7-8周 研究资料、编写开题报告

第9-10周 完成毕业设计论文的初稿

5.工业机器人调研报告 篇五

一、本课题的来源及意义

本课题研究的是直角坐标电力控制机械手升降、伸缩部分的设计。机械手是机器人的一个重要组成部分，它是随着机器人技术和传感器技术的不断成熟而不断发展的。而机器人在现代生产中应用日益广泛，作用越来越重要，工业机械手尤其如此，因此设计实用高效的机械手对于机械设计者来说是个富有意义和挑战的课题。

通常机械手由多自由度机械臂和末端夹持器组成。机械手通过多自由度机械臂的姿态调整和末端夹持器的动作完成操作任务。球坐标机械手突出特点是具有较强的机动性、灵活性，机构承载能力强，具有较好的通用性，重复定位精度高，动作速度快，能够成功的应用于包装、上下料以及工业生产等广泛领域；而电力控制中步进电机可直接实现数字控制，控制结构简单，控制性能好，通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制，位置误差不会累积；在机器人中，机械手起着连接和承受外力的作用，机械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其结构、工作范围、灵活性以及抓重大小、定位精度等对机械手性能影响很大。综上所述，设计球坐标步进电机驱动的机械手是个很有意义的课题。

二、国内外发展状况

专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的年代。通用机械手的应用和发展又促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用了一些电子技术、电视技术、通信技术、计算技术无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视。几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断修改，品种在不断增加，应用领域也在不断扩大。

早在20世纪40年代，随着原子能工业的发展，以出现了模拟关节式的第一代机械手。50~60年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。

1968～1970年，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，使第二代机械手这一新技术进入了应用阶段，70年代机械手可以说是处于技术发展阶段。

80年代以来，国际机械手的发展速度平均保持在25%～30%的年增长率（其中1986、1987、1993、1994年略低，无增长）。如此高的增长率有其深刻的社

会背景。首先，60年代末70年代初，由于世界石油价格的冲击，国际竞争加剧，产品更新换代的速度也越来越快，致使30年代～50年代逐步建立起来的单一产品的大规模生产流水线上遇上了在改变产品品种是，原有的单一产品专用生产装置改变的困难（时间、投资、停产等）以及如何实现多品种、中小批量或混流生产的自动化难题。为此，“柔性生产”的概念及其试验性的设计就诞生了。这些因素都促进了机械手的高速发展。

我国机械手起步较晚,经过30多年的发展。我国机器手的研究，有了长足的发展，有的方面已达到了世界先进水平。但与先进的国家相比，还有很大距离，从总体上看，我国机器手的研究仍然任重道远。

三、本课题研究目标和内容 本文研究的直角坐标电液控制机械手升降伸缩部分的设计，包括机械结构方案的确定，电动机控制系统的确定（设计选型和校核），编制PLC梯形图，绘制I/O端子接线图，控制系统原理图，驱动电路原理图，升降及伸缩机构零件图和装配图。（任务量为3张零号图纸）目标是希望通过本课题，能巩固和加强专业基本理论知识，理解机械手的功能、组成及工作原理，研究步进电机的性能，熟悉以PLC为核心的编程与控制装置应具备的基本功能，掌握整个机电一体会系统的设计思想和具体方法；同时训练专业基本技能，提高自己查阅资料，独立分析问题和解决问题的能力，为以后深造研究打下良好基础。

四、本课题研究的方法和手段 研究方法：主要是搜索相关文献，包括图书馆电子资源CNKI学术网络总库，Springer link电子期刊，专业图书上课笔记，以及机器人等期刊，网上的豆丁网以及百度文库中的许多论文和专利；通过对已有产品的分析，对信息进行分类和整理，作为依据，确定在我的机械手设计中相应的参数，并对其进行改进和提高。研究手段：首先是前期准备，收集相关资料，查阅中外文献，请教老师和同学；同时学习使用AutoCAD软件。然后进行机械手的总体设计包括机械手俯仰伸缩机械结构方案的确定，机械传动部分的结构，继而进行电力驱动部分选型和计算，分析工艺流程，绘制PLC的端子接线图和控制图，最后编写论文。努力在老师的指导下，定期完成工作任务。

五、本课题可行性分析和已具备的实验条件

已具备的条件：

我国的机器人研究始于70年代。经过近20年努力，特别是经过“七11.”攻关、“ 863”计划，取得了一批重要成果，已经系统掌握了机器人控制系统硬件设计、软件设计、机器人语言等技术。就全国来说，目前我国机器人研究开发工作做得较好的地区是:以中科院沈阳自动化研究所为首的东北地区机器人工程中心，以机电部广州机床所为龙头的华南地区的机器人工程中心。而各工程中心_L作的侧重点又有所不同:东北地区以特种机器人、水下机器人开发为L,华北地区以喷漆Y1lt人、焊接机器人开发为主，华东地区以搬运机器人、装配机器人、移动机器人开发为主。

我国的高等院校，如长沙国防科技大学、上海交通大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等在步行机器人、精密装配机器人及7自由度机器人研制等前沿领域内也做出了可喜的成绩，有了相当的基础。

通过调研，我知道直角坐标型机器人能够在空间中的任意两点距离中移动，所以能够抓取离地面较高，或者中间有障碍的工件，其位置精度高，位置误差与臂长成正比等。为了在X轴和Y轴的自由移动，可以滚珠丝杠与螺母相连接完成旋转便直线的运动，通过行星齿轮减速机可以使机器人运转更稳使控制更精确。通过交流伺服电机的闭环反馈能达到相当高的精度要求。

该机械手的基本技术参数如下： 水平横梁：3500mm,50mm/s 竖直大臂：1500mm,50mm/s 负载重量：200Kg；

驱动方式：交流伺服电机驱动 样式如图1-1

图1-1 直角坐标机械手

六、进度安排

第一周：获得设计题目，制定毕业设计进度计划；查阅相关资料；着手进行外文

翻译。

第二周：通过实地调查研究和查阅相关资料，完成实习（调研）报告；完成外文翻译，并对其进行完善。

第三周：对机械手相关知识，软件进行学习和准备工作。第四周：选定传动机构，确定机械手整体机械结构部分。第五周：计算选定结构的参数和精度，并着手画AutoCAD图。第六周：确定具体的细节结构，着手画装配图。

第七周：对相关的电机进行选型，查阅在实际中能买到的型号。第八周：对机械部分进行计算校核。第九周：PLC选型。

第十周：对机械手控制部分，分析动作顺利，画梯形图。第十一周：对控制部分进行整理。第十二周：编写设计计算说明书1份。

第十三周：整理毕业设计材料，对其进行完善、补充；准备毕业设计答辩。第十四周：进行毕业设计答辩。

七、主要参考文献

[1] 胡玉睿.机械手原理[M].北京：中央广播电视大学出版社，2004 [2] 王承义.机械手及其应用[M].北京：机械工业出版社.1981 [3] 孙志礼等主编.机械设计[M].沈阳：东北大学出版社.2000 [4] 巩云鹏等主编.机械设计课程设计[M].沈阳：东北大学出版社.2000 [5] 蔡春源.机电液设计手册（上）[M].北京：机械工业出版社.1997 [6] 蔡春源.机电液设计手册（下）[M].北京：机械工业出版社.1997 [7] 赵松年.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版社.2004 [8] 吴中俊 黄永红.可编程控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社.2004 [9] 喻子建等主编.机械设计习题与解题分析[M].沈阳：东北大学出版社.2000 [10]郝桐生.理论力学[M].北京：高等教育出版社.2003 [11] 吴玉香.S7-200PLC集成脉冲输出功能的应用[J].机电工程，2000，17（5）：33-34 [12] 刘涛等.基于S7-200PLC的三维机械手控制设计[J].科技广场，2011.9：180-182 [13] 西门子.S7-200可编程序控制器系统手册.[M].2008.8 [14] 王丰等.利用可编程控制器实现步进电动机控制.[J]微机电，2008，41（9）：87-89

6.高职院校工业机器人专业前景 篇六

2015-09-23 11:21:26来源：新浪教育作者：责任编辑：王宏泽

工业机器人时代，我国职业院校该如何应对？

本文内容源自媒体对2015全国职业技能大赛工业机器人技术应用赛项总设计师黄麟的采访。

日前，中国机器人产业联盟在2015中国重庆国际机器人及智能制造装备博览会上宣布：我国已连续两年成为全球机器人最大消费国，作为“中国制造2025”十大支柱产业之一，机器人产业迎来黄金发展期。对应的机器人相关专业人才，尤其是技术技能型人才需求也将出现井喷。

据统计，自2011年常州机电职业技术学院在全国首开工业机器人应用专业后，各地职业院校紧随其后。截至2014年底，全国已有120余家职业院校开设机器人相关专业。对于这样一个发展才几年的新专业，高职院校的机器人专业该如何建设、发展，以更好地对接和服务产业？

为此，2015年全国职业技能大赛工业机器人技术应用赛项总设计师、无锡职业技术学院控制技术学院院长黄麟，详细介绍了我国职业院校机器人应用专业的发展情况和广阔前景。

我国将全面进入“机器人”时代

数据显示，2014年中国市场销售的机器人达到5.7万台，占全球销量四分之一，成为全球机器人销量第一大国。2015年中国机器人销量继续蝉联第一宝座。但纵观全球，ABB、发那科、安川、库卡是工业机器人行业中的“四大家族”，占据重要的市场和技术优势。

而同时，随着中国制造2025计划的提出，“机器人代替人”的工业需求也越来强烈。与世界上其他国家横向比较，我国目前平均一万名工人中的工业机器人使用量约为55个，而日本、韩国的这一比例为3%，美国为2%。可见，我国的工业机器人蕴藏着巨大的发展机遇和市场前景。

黄麟表示，不管是客观的工业转型需求，还是当下的销售总量数据，主动张开双臂“拥抱”机器人时代，已经成为我国经济发展的必然选择。他认为，一方面，要加紧机器人核心技术和应用的研发，掌握机器人行业的话语权和主动权；另一方面，要推动应用，让机器人真正能帮助到人们的生产、生活之中。

职业院校定位机器人集成应用

7月1日至4日，2015年全国职业技能大赛在天津举行。该大赛最大亮点是工业机器人技术应用赛项第一次被列入比赛项目。

“机器人在技能大赛以及其他各类展示场合亮相的频率并不低，但仅停留于展示、表演，比如机器人跳舞、机器人做家务等。但作为工业机器人运用到生产流水线，这绝对是第一次。”黄麟直言，这对于职业教育机器人技术应用专业建设和发展，具有重要的导向和引领作用。

黄麟表示，工业机器人技术包括核心部件机器层、核心应用算法层、工业生产的通讯层和表演展示的示教层。前两个层次需要很高的理论知识，应该由研究性大学来培养相应人才，而示教层的发展有限。作为职业教育，我们选择通讯层，即工业机器人的数据融合和集成应用方向，即培养学生的机器人安装调试、编程组合应用的能力。

为什么这么选择这个方向与定位？黄麟表示，我们也是经过多年摸索、尝试而得出的方向，与企业深入合作共同研发AGV机器人，不断提高运动精准度，让流水线的机器人换人成为可能；2011年学院启动的智能工厂项目，又让工业机器人找准了与物联网结合的数据融合发展之路。

黄麟进一步阐述到，简单说来就是以智能制造为切入点，通过“互联网+”，把多种机器人结合到一条生产流水线中去。这样，既可实现机器人代替人，同时互联网技术又能实时采集生产过程中的数据，便于监管、分析和后期优化工艺等，对我国的工业生产具有重要的价值和意义。

解决问题是专业建设的中心

按照该赛项的要求，参赛者需要在9小时内完成对码垛机器人、AGV自助运料机器人、六关节机器人的安装调试和电脑编程，使这三种机器人实现特定工件的搬运、识别和分类包装等功能。“对应到实际的生产中，就是特定工件的搬运、识别和筛选包装，再整合、丰富功能，就可代替一条完整的生产流水线。”

黄麟表示，目前，国内并没有系统公认的工业机器人课程体系、教材和实训设备等教学资源。因此，工业机器人相关专业当下都处在探索的阶段，教什么、怎么教、甚至实训平台怎么开发，都没有固定的模式可以借鉴。但有一条，这一切都得以学生能有效解决生产中的实际问题为最终目的。

2013年，无锡职业技术学院在机电一体化专业中增设工业机器人技术应用方向，2014年这一专业正式独立开设。“我们自主设计了一整套从课程体系建设、教材编写到实训平台搭建的人才培养方案，跟该赛项的设计思路是一样的，就是‘数据融合、集成应用’八个字。

7.首届工业机器人用户使用调查 篇七

《金属加工》杂志作为行业内知名媒体, 特此发起了在金属加工领域内首届“工业机器人用户使用调查”, 本着公平、公正、实事求是的原则, 邀请广大朋友在百忙中抽出一点时间认真填写问卷, 希望此问卷能真实的反映目前金属加工领域工业机器人使用的情况, 为广大需要使用机器人的用户提供参考。

认真填写问卷, 可获得《金属加工》杂志社送出的精美礼品一份!

问卷填完可传真至010-68327225, 或者扫描发送至LB1950@126.com,

8.工业机器人发展前景 篇八

机器人发展前景及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。

机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。

1990年10月，国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类：⑴顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系统；⑵沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业，如焊接。喷漆等；⑶远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人；⑷智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能。

日本工业机器人产业早在上世纪90年代就已经普及了第一和第二类工业机器人，并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有：低成本技术、高速化技术、小型和轻量化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、网络化技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。

根据日本政府2007年指定的一份计划，日本2050年工业机器人产业规模将达到1.4兆日元，拥有百万工业机器人。按照一个工业机器人等价于10个劳动力的标准，百万工业机器人相当于千万劳动力，是目前日本全部劳动人口的15%。

我国工业机器人起步于上世纪70年代初，其发展过程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。而今经过20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。

一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术（产业化），必须具备5个要素即5M：Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有着“机器人王国”之称的日本相比，我国有着截然不同的基本国情，那就是人口多，劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以，我国工业机器人起步晚发展缓。但是正如前所述，广泛使用机器人是实现工业自动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人才，打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策，我国在“十二五”装备制造业规划中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。

9.工业机器人专业主要学什么 篇九

工业机器人专业目前以培养工业机器人应用领域的技能型人才为主，随着工业机器人的普及应用，未来相关领域会释放出大量的技能型岗位，所以选择该专业未来的就业前景还是比较广阔的。

中国是全球第一大工业机器人应用市场，约占全球市场份额的1/3。随着生产智能制造化加速升级改造，工业机器人市场将持续旺盛，而工业机器人技术人才紧缺，机器人研发人才，工业机器人维护，安装调试人才及系统集成项目人才是中国工业机器人应用市场非常缺乏的，未来几年工业机器人技术专业的就业前景非常可观。

10.浅谈中职院校工业机器人教学 篇十

关键词：中职院校 工业机器人 教学

随着科技的快速发展，机器人作为集机械、电子、控制、传感以及计算机技术等多领域知识于一体的典型代表以及工业自动化的三大支柱之一，已广泛应用于各个领域的工业现场。随着工业机器人的广泛应用，不少中高职院校都把机器人的教学引入教学大纲和实训环节。

工业机器人是一门理论与实际相结合的课程。在教学过程中，教师应理论联系实际，善于利用多媒体教学与实践教学，多角度地激发和提高学生的学习兴趣和学习能力，提高机器人基础知识的教学效果，以达到预期的教学目的。

一、在理论教学中，要善于创设情境与利用多媒体教学

在传统教学中，往往因为学校条件的限制，学生较少有机会接触工业机器人实物，所以，为了让学生对机器人技术及其应用有更好地了解和认识，要充分利用视频和图片让学生了解什么是机器人，机器人产品会涉及哪些机构部分、哪些技术以及哪些领域。

在教学过程中，教师的课堂讲授应该以视频资料和图片为载体，借助启发式、讨论式、互动式等教学方法，重点对工业机器人历史、现状、发展等方面进行介绍。通过直观的图片、形象的视频，增加师生间的互动与交流，增进学生对所学知识的兴趣。在讲授机器人编程时，教师可采用任务驱动法，设计不同形式的任务，引导学生发现问题、分析问题、解决问题。

在理论课堂讲授过程中，要充分利用机器人三维可视化离线编程和动态仿真系统。例如：如何实现将工件从A处搬运到B处。通过导入工件及机器人三维模型，在计算机上再现机器人及工件的三维虚拟世界，通过实现对机器人离线编程三维运动轨迹的规划，模拟机器人运动，实现动态仿真。

二、在实训教学中，要善于进行演练示范教学及开展小组竞赛

工业机器人能代替人在危险有害的环境中作业，但又可能发生工业机器人伤人事故。在实训过程中，教师和学生对机器人进行任何操作都必须注意安全。在进行编程、测试及维修等工作时，必须将机器人置于手动模式，并且建议在操作机器人时，用笔芯代替机器人末端执行器，并且降低机器人的运行速度。

在教学过程中，教师应正确演练示范教学，提高学生的操作规范认识以及安全认识，运用小组竞赛方式，调动学生的学习热情以及学习积极性。首先，让学生熟悉示教器上各个按钮的作用和操作。其次，在讲授工业机器人的基础操作指令MoveL、MoveJ、MoveC时，可以采取小组竞赛的方式，进行机器人定位精度测量、操纵机器人并对测试点进行实际测量和重复定位精度测量结果的竞赛，通过小组竞赛成绩和个人成绩相结合的方式考查学生的掌握程度，通过小组竞赛，提高学生的学习热情。在掌握工业机器人的基础操作指令后，可以让学生自行设计机器手的行走路线，鼓励学生自己动手实践，将自己的想法通过实际操作来实现，既让学生能够掌握相关的技术，又锻炼了学生的动手能力，培养了学生的创新能力。

三、课后指导要善于引导学生创新与合作

教师除了课堂教学外，可以布置一些课外的机器人设计任务，并且参与到学生学习设计当中，加强师生间的交流，了解学生学习过程中遇到的问题。在机器人学习及设计过程中，教师可以鼓励学生设计不同的解决方案解决课堂问题，然后在课堂上讨论自己的方案，互相交流意见，最后进行总结。在这一过程中，学生充分锻炼了搜集资料、自主学习、提出问题和解决问题等能力。

四、结论

工业机器人是一门理论性和实践性都很强的课程，但是现在教材普遍都是重理论轻实践，而且校内的实验设备缺乏。因此在教学中，我们应把理论知识贯穿于实践中，通过实验、仿真等办法，充分利用多媒体教学以及实践练习，深入浅出地将知识内容讲授给学生，调动学生的学习积极性和主动性，使学生能够相对容易地理解和吸收工业机器人的相关知识，提高学生的综合能力。

参考文献：

[1]郭温，姜维.浅谈机器人在高职高专教学中的应用[J]. 科技信息，2008（35）.

[2]陈伟华.独立学院《机器人技术及其应用》教学探讨[J].中国科技信息，2012（7）.

[3]黄守麟，梁艳.欧启标.机器人实践教学的探讨和优势[J].广西物理，2011（2）.

11.国内机器人工业还需努力 篇十一

工业机器人是一种可编程的智能型自动化设备, 是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。在无人参与的情况下, 工业机器人可以自动按不同轨迹、不同运动方式完成规定动作和各种任务。机器人和机械手的主要区别是:机械手没有自主能力, 不可重复编程, 只能完成定位点不变的简单的重复动作;机器人由计算机控制, 可重复编程, 能完成任意定位的复杂运动。

全球工业机器人市场需求较大, 增长较快。在机器人应用领域, 汽车工业是最广泛的领域。随着我国工业化水平的提高, 机器人需求也在不断增长, 但是, 国内机器人发展差距和国外比较还非常明显。

工业机器人市场需求增长较快

1.创新推动工业机器人工业增长

西杰优盛预计机器人工业每年将以7.7%的速度增长, 中小型制造商将是增长的主要来源, 而汽车行业的投资继续减少。机器人工业增长的动力是产品创新, 包括:不间断运转的传动装置、特殊的八轴运动学以及能和其他机器人合作的机器人。除了这些进步, 还包括提高了速度、可信赖程度和经常的重复性。创新还促使形成任何机器人之间新型的合作关系, 操作人员不仅仅只能起到检测机器人的作用, 还可以和他们的“机器人同事”并排工作, 形成相互影响的工作关系。对机器人进行编程方面的创新, 这样编程人员就不需要很多的编程知识, 即可实现机械手臂复杂的运动。即使对于所有的工厂在规划中, 从头到尾都必须要用到的模拟仿真产品, 也有了进一步的发展。这些模拟仿真软件如此精确地重现了机器人的运动, 就像它们能控制机器人一样。

除此以外, 还有一种新产品, 可以离线予以编程, 并且在机器人安装到工厂之前, 可以测量到所有的生产标准。针对应用开发的特殊软件能够刺激机器人市场的销售额, 因为它无需太多的编程知识即可实现复杂的任务。模拟仿真软件可实现对应用软件进行离线测试, 是数控生产型号热销的关键。它有利于对生产线和整个设备的编程。工业机器人市场的显著特点是节流和竞争激烈, 超过50%的市场由四家大型供货商控制, 其他的份额由许多小型供货商所占领, 他们产品品种丰富多样。四家大型企业主要生产用于汽车工业的机器人, 例如点焊或者脉冲焊, 而其他供货商的产品种类则要涵盖更多的使用用途, 从材料运输到装备。

2.国内机器人市场需求较大

从市场需求看, 在人力成本日益高涨的今天, 机器人代替人力走上一些特设岗位, 不仅会节约大量工资成本, 还有助提高劳动效率。近年我国沿海一些企业进口工业机器人数量呈明显上升趋势, 说明机器人需求潜力很大。从研发机器人的进展来说, 虽然美日等发达国家先行一步, 取得不少实际成果, 但是已具备“神舟飞天”科技优势的我国, 在机器人开发能力方面不比任何一个国家差。近些年我国不时有各类机器人研制成功的消息问世, 证明在这方面我们可以大有作为。有资料说, 目前我国使用的工业机器人大部分要靠从国外进口, 在机器人制造的整体核心技术上我们与国外仍有很大差距, 至于要求更高的家用机器人研制难度就更大了。所以企业要想抓住新的市场机遇, 必须从技术创新做起。作为企业, 相信没有谁不愿意让自己的产品抢先占领市场, 但是不少企业创新面临着诸如人才资金不足以及法律和税收等市场环境方面的困扰与问题。而中国大量廉价劳动力的存在, 客观上也让机器人的研制缺乏推动力。有观点认为, 能否尽快提升机器人制造技术, 关系到我国从制造大国到制造强国的转型问题。在经济全球化背景下, 机器人市场我们不及时占领, 很快会成外来产品的天下。为此, 从国家到企业都应该借扩大内需的时机, 提高对机器人产业的投入与开发的重视程度, 努力培养和创出自己的品牌, 早日让民用机器人成为市场新的消费热点。

汽车与食品行业是应用的主要领域

资料显示, 2003～2007年间, 全球机器人以每年40%左右的速度增长, 到2009年年底, 全球投入使用的服务机器人将达到450万台。

就目前的工业机器人行业来说, 应用最广泛的应该就是在汽车行业了。汽车行业的喷涂车间及焊接车间应用机器人, 可以极大地提高产品的质量与生产效率。在像汽车制造业这类制造行业使用工业机器人, 是有很大的好处的。应用工业机器人, 容易实现生产过程的完全自动化;对生产设备的适应能力将大大加强;可以提高产品的生产效率及质量;可以明显改善工作条件。汽车制造业具有较高的增长趋势。汽车制造业是一个技术和资金高度密集型的产业, 也是工业机器人应用最广泛的行业, 几乎占到整个机器人应用的一半以上。在中国, 工业机器人的最初应用也主要是集中在汽车和工程机械行业, 用于汽车及工程机械的点焊、弧焊、喷漆、装配、搬运、冲压等。据预测, 我国正在进入汽车拥有率迅速上升时期, 在今后10～15年, 中国将逐渐成为最大的汽车消费国, 汽车工业的产值也将保持大概10%的增长。为获取更大的市场和利润空间, 汽车整车和汽车零部件生产企业势必不断加大竞争力度, 而这些竞争实际上就是生产能力、技术力量和装备水平的竞争, 这无疑为面向中国汽车工业的装备供应商提供了更好的商机。工业机器人作为汽车制造业中最具竞争力的装备之一, 其需求也将保持一个很高的增长趋势。

工业机器人在食品行业的应用, 全球的营业额大约有3.2万亿美元, 是最大的工业行业。在食品行业的增长主要来自于对食品安全的投资。机器人能够帮助生产过程达到清洁度的规定, 同时能保证生产效率。工业机器人能长时间重负荷工作, 而与人工成本相比要便宜很多。从整个工业看来, 机器人能承担托盘化运输、材料运输、包装和分类的工作。机器人制造商聚焦于各种特殊的使用用途, 比如食品、奢侈品、制药工业和电子、家用电器、航空和半导体行业的材料运输、组装、装备和托盘化运输, 给自身的发展和其他行业注入了新的活力。

国内机器人发展差距明显

1.欧盟对机器人研发投入在加大

2010年, 欧盟对机器人研发的投资将在2007年的基础上实现翻番, 即将斥资4亿欧元来支持机器人的研发活动。同时, 欧盟委员会还呼吁欧盟产业界加快机器人重要零部件在欧盟的研发和生产速度, 以便能有效应对来自亚洲的激烈竞争和避免对世界其他地区的战略性依赖。欧盟信息社会与媒体委员表示, 对欧洲自动化控制产业, 特别是机器人制造产业而言, 欧盟的资金支持显然是一个重要的机会窗口。不仅要在机器人研发和制造领域保持全球领先地位, 同时还要提高欧盟机器人制造业在产业价值链的位置。为此, 就需要欧盟产业界在诸多方面做出艰苦努力。目前, 欧盟工业机器人制造业处于全球领先地位, 全球约1/3的工业机器人是由欧盟机器人制造商制造的。在未来20年中, 机器人市场将会成为全球经济的重要组成部分。据国际机器人联合会的预测, 2010年前, 全球工业机器人市场规模将在目前40亿欧元的基础上年均增长4.2%。除工业机器人外的服务机器人开拓了新的应用领域并创造了新的市场机会。

国际机器人联合会预计, 2009～2010年, 服务机器人市场将以年均10%～15%的速度增长。2010年, 职业服务机器人数量将从2006年的4万台增至7.5万台。职业服务机器人在包括货物传送、汽车清洗、农业和医疗等领域均具有广泛应用。发展机器人产业对欧盟未来的国际竞争力具有重要战略意义。在欧盟这样的高工资成本地区, 要保证制造业的生存和发展只有通过自动化手段才能得以实现。同时, 自动化还可以在确保生产的可持续性和资源耗费最小化方面发挥重要作用。另外, 机器人产业的发展将有助于缓解因人口老龄化而导致劳动力供应不足的不利局面。作为4亿欧元机器人研发拨款的一个组成部分, 欧盟委员会将对科研成果的产业化提供资金支持, 并将制定研发机构与工业部门间的技术转让计划。欧盟机器人研发机构可以使用企业的设备进行大规模试验项目, 而所取得的研究成果将直接反馈给参加共同研发的相关企业。除了参与机器人的联合研发工作以外, 欧盟产业界也意识到有必要降低对关键零部件的对外依存度。同时, 欧盟委员会也鼓励欧盟相关企业就机器人的标准化和商业模式达成一致, 以确保关键零部件的不间断供应。

2.日本机器人使用率最高

目前, 日本工业机器人的装备量约占世界工业机器人装备量的60%。根据日本政府的预测, 2010年全国机器人产业的产值将达到260亿美元, 比2006年 (52亿美元) 高出五倍多, 而在2025年这一产业将创造700亿美元的产值。2005年全日本的工厂里共有37万个机器人在工作, 占全世界工厂机器人的40%以上, 日本制造业雇员与机器人的比例为1000∶32, 也是世界第一。对于日本的企业来说, 使用机器人工作除了能够应对劳动力短缺问题外, 还能减少大量保险、退休金的支出。在日本, 政府一直希望机器人能够完全代替一线工人的工作。根据日本政府2007年制定的一份计划, 日本将在2025年拥有100万个工业机器人。按照一个机器人能完成10个工人的工作量计算, 届时这100万机器人相当于1000万产业工人, 这一数字相当于目前日本全部劳动人口的15%。在日本的计划中, 机器人技术下一步发展重点是家用机器人。跟人一样的、走进人们日常生活的机器人将是机器人开发的方向。

3.国内工业机器人发展有待提高

12.工业机器人的特性参数和技术要求 篇十二

工业机器人的主要特性参数有：

(1)坐标型式；常用的坐标型式有直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等。

(2)运动自由度数，自由度数表示机器人动作的灵活程度。一般少于6个，也有多于6个的。

(3)各自由度的动作范围，指各关节的活动范围。各关节的基本动作范围决定了机器人操作机工作．空间的形状和大小。

(4)各自由度的动作速度，指各关节的极限速度。

(5)额定负载，指在规定性能范围内，在手腕机械接口处所能承受的最大负载允许值。

(6)精度。主要包括位姿精度、位姿重复性、轨迹精度、轨迹重复性等。

13.工业机器人运用于激光切割的研究 篇十三

随着生产工业的需要，激光加工机器人是国际上面向21世纪的先进制造技术。本文从工业机器人出发，综述了机器人对于激光切割技术的作用、应用及体系构建。生产制造工业企业对于智能化机器人的要求也越来越高。而工业机器人在工艺激光切割应用中的实用性也越来越强。因此，本文从工艺激光切割工业智能化的角度出发，结合相关理论对工业的生产工艺进行研究，如PLC 激光信号的应用及切割工艺的应用等，本文的研究具备长远意义，可为日后的生产应用作参考。

0 引言

几乎在激光诞生的同时，1962 年美国Unimation公司推出首台工业机器人。此后，机器人技术经历了一系列不断的发展过程。直到 20世纪 90 年代全球信息化浪潮风起云涌，计算机技术、微电子技术、网络技术和先进制造技术等快速进步，工业机器人技术也得到了飞速发展。它具有重复性精确生产特征，适应制造业中规模化批量生产要求，装配在生产线上代替人工作业，不仅解除了工人的繁复劳动，而且提高了生产质量。它可以流动作业，适应个性化生产需求。目前工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备而广泛应用于工业界，国内外形成了一批著名的工业机器人公司。当社会经济结构遭遇工业智能化信息结构的影响，各个经济产业都会应势而转型。产业与产业之间开始对专业化人才的要求越来越高，而工业智能化应用作为现代应用的代表作，在我国各个行业的工业生产中都有其意义所在。其中，制造工业企业所需的专业化人才也越来越多，相关科研所为了摒弃脱离现代化制造产业的传统应用模式，开始对工业机器人进行有效的应用与管理，信息技术能够加强高科技工业企业的生产应用能力。因此，本文以工业机器人在工艺激光切割的应用为研究对象，探索社会所需的专业工业智能化应用模式，进而提高生产工业能力，促进经济发展。工业机器人在工艺激光切割工业生产中的作用

近年来激光技术飞速发展，涌现出可与机器人柔性耦合的光纤传输的高功率工业型激光器。先进制造领域在智能化、自动化和信息化技术方面的不断进步促进了机器人技术与激光技术的结合，特别是汽车产业的发展需求，带动了激光加工机器人产业的形成与发展。从20世纪90年代开始，德国、美国、日本等发达国家投入大量人力物力进行研发激光加工机器人。进入 2000 年，德国 KUKA，瑞士的ABB，日本 FA NUC 等机器人公司均研制激光焊接机器人和激光切割机器人的系列产品。目前在国内外汽车产业中，激光焊接机器人和激光切割机器人已成为最先进的制造技术，获得了广泛应用。德国大众汽车、美国通用汽车、日本丰田汽车等汽车装配生产线上，已大量采用激光焊接机器人代替传统的电阻点焊设备，不仅提高了产品质量和档次，而且减轻了汽车车身重量，节约了大量材料，使企业获得很高的经济效益，提高了企业市场竞争能力。在中国，一汽大众、上海大众汽车公司也引进了激光机器人焊接生产线。目前有沈阳新松机器人公司涉足激光切割和焊接机器人制造领域。对于工业机器人在激光切割中的应用，主要归结为三点作用：一是工业机器人能够通过现代信息化制造技术为生产工人提供更前沿的学习内容。工艺激光切割所应用的行业涉及到金工、电子、数控等产业。在制造工艺的应用中，传统的应用模式俨然跟不上社会发展节奏。因此，工业机器人加强了生产工人对于信息、材料、通信、控制、环保等生产要素的应用，并实时为生产工人提供更前沿、更创新的新技术和新制造工艺；二是工业机器人还能为生产工人创造更全面的工业企业生产支持，帮助生产工人更好的掌握制造产业的生产流程。工艺激光切割应用在光纤激光器，此项应用在于体现工业机器人的生产优势，尤其是在生产波束范围广及效果良好、工作功率与效率稳定、光斑小及切割速度快精准等；三是提升了激光接线信号，激光接线信号由激光占空比、激光频率、激光功率、氧气压力、激光开关、随动开关、氧气开关、开始生产、暂停生产、停止生产、回零位等组成，这些激光信号来源主要以模拟量与数字量的方式输出，端口分别以软信号无需接线、PLC-2AO-

1、PLC-2AO-

2、PLC-CPU1-DQa0.2、PLC-CPU1-DQa0.3、PLC-CPU1-DQa0.4、PLC-CPU1-DIa0.1、PLC-CPU1-DIa0.2、PLC-CPU1-DIa0.3、PLC-CPU1-DIa0.4 等为主。PLC 激光信号的输出分为CPU 模块和模拟量模块，而工业机器人在这两个模块的应用性是比较好的。工业机器人的应用

2.1 生产应用

基于PLC激光信号，工业智能化设计与制造产业对机器人应用进行创新性研究，而工艺激光切割的工智能化应用模式应以工业智能化机器人现代制造应用为主。然而，在生产中，机器人需要四点信息整合：一是机器人信息；二是工业信息；三是PLC 激光信息；四是生产工人信息。工业信息主要是生产工艺、制造和管理等。而激光机器人信息则是以符合国家生产标准的机器人在工作原理、原则及激光处理等工作内容的信息录入。PLC 激光信息则是以激光信号发射出来的工作，包括设备、工装、原材料、耗材等信息的录入。生产工人信息是以工人的生产权限划分为主。机器人在生产激光应用中，应遵循工业智能化生产标准，整合专业应用内容，进行高效应用。而完善工业智能化设计与制造一体化应用平台，实现在机械工程学科应用中的应用与推广，对于工艺激光切割应用模式的创新有促进作用。在通过工业智能化设计制造一体化的研究中，机器人科研所需实现与工业企业的对接，为工业企业提供设计制造一体化原型系统和人员培训，打造一个机器人高效稳定的工作平台。

2.2 切割工艺应用

工艺激光切割机器人的工艺应用主要是以火焰切割原理、等离子切割原理、激光切割原理出发，以数控切割技术和机器人切割技术为主。火焰切割原理是以火焰实现切割过程的，在金属燃烧过程中效率更高。火焰切割工艺具备燃点低于熔点、热量足及热性低、熔点低及流动性好等特点。等离子切割较于火焰切割熔点更低，等离子切割用其气压、电压及磁场的共同物理切割流程，让自由弧迅速化成极小的离子弧。激光切割工艺的切割密度更高，工业机器人用机械数据处理技术和机器人辅助工程，运用逆向工程技术进行激光熔化切割、激光汽化切割、激光氧化切割和激光划片与控制断裂等。火焰切割运用材料是低合金钢，切割板厚是中、大厚度钢板，切割速度慢，切割精度是0.7-1.0mm，切割表面Ra 值是50um，切缝大小是0.9-1.2mm，切割断面垂直度好，热影响区是大(0.6-1.2mm)，切割板材变形大，设备费用低，维护方式简单。等离子切割运用材料是碳钢、不锈钢、铝铜、铸铁等导电金属，切割板厚是中厚1-38mm，切割速度快，切割精度是较高的0.5mm-1.0mm，切割表面Ra 值是30-100um，切缝大小是1.0mm，切割断面垂直度是0.5 度-1.5 度倾斜，热影响区是较小的(0.5-1.0mm)，切割板材变形较小，设备费用中高，维护方式需要许多组件维护。激光切割运用材料是(特种)金属材料、非金属材料、复合材料，切割板厚是中薄，切割速度快（<=6mm 以下），切割精度是高的0.05mm-0.1mm，切割表面Ra 值是20-100um，切缝大小是0.2mm-0.3mm，切割断面垂直度好，热影响区是很小的(<=0.1mm)，切割板材变形很小，设备费用高，维护方式需要专业人员及维护复杂。因此，对比之下，激光切割的优势更好。另外，这帮助了生产工人更好的切割应用。

2.3 激光应用

PLC激光切割的应用帮助生产工人拥有更好的生产能力，Pro/E等软件的组合应用也能加强机器人的有效应用以及加强生产工人对于数控自动编程的操作能力。在工艺激光切割中，生产工人需以机器人辅助设计与制造为主。产品设计、装备设计以及反求设计共同组成机器人生产环节，而工艺设计与制造环节、质检环节需融合工业活动的具体需求，巧妙应用PLC 激光切割的软硬件。工业智能化工业制造可关联到三点：一是工业智能化设计；二是工业智能化制造；三是工业智能化管理。工业智能化制造主要针对机器人辅助离线切割，工艺以激光随动、数控技术NC 以及快速原型技术RP 等的应用为主，用有限元法对于离线切割进行更好的应用。而工业机器人辅助工艺过程中，注重激光随动系统中零件信息的描述与输入、派生式激光随动系统和创成式激光随动系统等。工业机器人辅助数控加工编程，并用工业机器人与Pro/E 软件加工组合使用。其中，工业机器人的激光应用需要逆向工程技术、虚拟制造技术、网络化制造和快速响应制造等技术的整合使用。在工业机器人的支撑下，机械系统集成在产品数据交换标准的应用应用中也是难题之一。工业机器人激光切割体系的构建

按照工业生产制造产业链的结构需要，工业激光切割体系拟提供工业智能化激光切割与设计、工业机器人与技术研发、工业智能激光科研成果转化等。

3.1 工业智能化激光切割、设计与咨询

工业智能化激光切割与设计：包括工业智能化现场切割、数据处理与分析、机器人激光方案设计、机器人激光规划、机器人激光技术咨询等。采用智能化切割设备对工业制造进行自动化切割，通过激光专家系统对切割数据进行处理和分析，诊断制造类型和产生机理，为客户提供激光规划、激光方案设计、激光技术咨询、激光工程量及投资预算等决策信息。

3.2 激光技术与材料研发

随着“资源节约型、环境友好型”社会建设的持续深入发展，低碳环保的要求不断提高，工业机器人激光切割技术需会在工业建设中得到广泛应用。随着工业生产高峰的纷至沓来，未来工业产业切割材料及相关技术等的市场规模需会飞速发展。

工业机器人一直奉行“抢占技术制高点，制造社会大生产”的发展理念，为加快产业转型升级，走可持续发展之路，自2006 年以来，投入了大量资金和人力开展相关技术研究，并取得了一系列国内领先和国际先进的研究成果，部分成果已在工业建设和激光上得到应用，为需来机器人发展打下了坚实的技术基础。工业激光切割体系组建后，需固定科技研发队伍，保证研发资金可持续投入，继续开展工业智能绿色机器人激光技术、“高精尖”难点技术、激光新材料、新工艺的研发，抢占技术制高点，以技术培育和主导市场。

3.3 工业智能机器人激光科研成果转化

相关研究所需研发相关机器人激光切割材料，促进其大规模推广应用，主营材料生产与销售、应用技术咨询等。同时，机器人还应实现废物利用和节能减排。研究工业机器人激光切割的成套技术，从事相关材料生产与销售、应用技术咨询等，并研发再生剂及应用成套技术。未来可以从事工业面切割生产技术咨询与制造、生产质量控制与监测等业务。结论与展望

未来的发展中，工业产业需与机器人科研单位按照现金出资的方式，以独立法人形式共同组建机器人工业激光切割体系。机器人工业激光切割体系出资只收购激光切割方案的设计资产及资质，并购买常规试验检测设备。涉及大型的智能化激光切割项目，工业激光切割体系可与工业生产中心合作完成，共享项目利润。在工业机器人激光切割中，工业激光切割体系需以激光技术和高精尖难点技术研发与推广应用为产业发展方向。工业机器人是专业工业生产的现代化平台，工艺激光切割专业应用后，生产工人的专业应用性更强，工业的生产效率也会增高。同时，工业机器人的应用内容涉及到生产制造工业的生产环境，工业机器人的应用加大了生产工人对于工业生产制造工艺的优化。本文的研究对于工艺激光切割的应用主要归结于生产应用，切割工艺应用及激光应用。本文的研究总结的内容比较多，涉及到工业机器人的作用，专业化工业生产的应用内容及发展情况，文章的研究在通信、制造、工艺等具备可塑性，可为此领域下的相关研究做参考依据。

参考文献：