《機器人學(xué)及其應(yīng)用-導(dǎo)論》課件 第七章 機器人的典型應(yīng)用

《機器人學(xué)及其應(yīng)用—導(dǎo)論》第七章機器人的典型應(yīng)用提綱123特種機器人

服務(wù)機器人的典型應(yīng)用

工業(yè)機器人的典型應(yīng)用總體戰(zhàn)略意義制造模式生活方式軍事作戰(zhàn)形態(tài)宏觀微觀技術(shù)發(fā)展方向產(chǎn)業(yè)競爭格局社會組織形態(tài)機器人已成為各國戰(zhàn)略性高技術(shù)，并與各項高新技術(shù)融合發(fā)展全球正迎來新的科技時代移動互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)新能源智能交通醫(yī)療健康機器人與智能制造一臺完整的工業(yè)機器人由以下幾個部分組成：控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機械本體以及可更換的末端執(zhí)行器。一、工業(yè)機器人的典型應(yīng)用工業(yè)機器人主要應(yīng)用在以下三個方面1）惡劣、危險的工作場合2）特殊作業(yè)場合3）自動化生產(chǎn)領(lǐng)域優(yōu)點：減少勞動力費用提高生產(chǎn)率改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，增加制造過程的柔性，減少材料浪費控制和加快庫存的周轉(zhuǎn)，降低生產(chǎn)成本，消除了危險和惡劣的勞動崗位現(xiàn)代制造業(yè)

數(shù)字化工廠

自動化柔性制造（基于機器人）中國制造業(yè)競爭優(yōu)勢：物美價廉；代價：低廉的勞工成本、相對簡陋的勞動保障條件；困境：勞工成本急劇上升。越南1000元人民幣/月，印度600元/月，中國3000-4000元/月；2009-2012年，增長近60%。成為亞洲新興國家中人力成本最高的國家。勞動力人口結(jié)構(gòu)變化：90后，勞動觀念變化，就業(yè)結(jié)構(gòu)性矛盾突出。工業(yè)機器人作為一種新型勞動力，正悄然改變著制造業(yè)的用工模式，以人為主的生產(chǎn)模式正逐漸向以機器人為主的模式轉(zhuǎn)變；機器人生產(chǎn)的高效率和低成本優(yōu)勢正逐漸被企業(yè)接受；機器人代替人工成為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級的催化劑；工業(yè)化進(jìn)程本身就是一個“機器替代人”的過程；面對美歐等國家的制造業(yè)回歸和再工業(yè)化的圍堵，人口紅利的消退，也迫使我們使用機器人來武裝“中國制造”。用“機器人”打敗“人”，是美國“再工業(yè)化”戰(zhàn)略的方法之一。核心裝備工業(yè)機器人的需求5

國際上主要的機器人廠商為FANUC、ABB、安川、庫卡等，其在中國市場具有較大份額的市場占有率達(dá)。國際工業(yè)機器人應(yīng)用的領(lǐng)域分布工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢2006年，Comau,意大利，無線示教盒，Iphone機器人無線控制軟件2006年，KUKA，德國，輕型機器人，16Kg，負(fù)載7Kg2010年，F(xiàn)anuc,LearningControlRobot高加速度高速時的震動特性進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)控制減少了抑振周期2007年，KUKA，1000Kg2008年，F(xiàn)anuc，1200Kg2008年，ABB，自重25Kg，載荷3Kg2010年，KUKA，90-300kg，貨架式機器人工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢KR_1000_TITAN，M-2000iA／1200FANUCRobotics世界上最強大的機器人M-2000iA／1200工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢

美國Rethink公司

新材料、低成本，直驅(qū)機構(gòu)，無編程示教，可變剛度控制，視覺誤差補償?shù)刃录夹g(shù)工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢2000-2010應(yīng)對產(chǎn)品多樣化；防止“去工業(yè)化”；單元制造；更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域；要求絕對精度的應(yīng)用領(lǐng)域2010-2020應(yīng)對低出生率和老齡化社會時代；協(xié)助人類更好地開展工作；更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域；傳感器的利用增加2020-2030應(yīng)對勞動力減少；生活服務(wù)機器人；工廠外的工業(yè)；通過確保精度簡化操作技術(shù)趨勢：應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬單元-成套高性能（高速、高精、重載）平均功率比密度絕對精度可能會接近重復(fù)定位精度智能化(基于傳感器的工業(yè)機器人)

高動態(tài)設(shè)計與優(yōu)化先進(jìn)材料與功能部件先進(jìn)智能控制方法高性能低成本制造工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢機械本體：結(jié)構(gòu)輕量化、模塊化、緊湊型，仿生新型機構(gòu)控制器：高性能、高速實時網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器：高集成度、一體化軟件架構(gòu)：開放式、高級語言伺服電機：高功率密度智能性：多種傳感器集成、智能化人機交互：人機共處協(xié)同作業(yè)可操作性：簡單、直觀性能：極端化（高速、高精、重載）應(yīng)用：越來越廣泛工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢沈陽所-新松公司：工業(yè)機器人及裝備、IC機械手、裝配檢測自動化裝備、倉儲物流自動化裝備，年產(chǎn)值20億元以上；產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟；--募集30億，工業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)、特種（軍用）

哈工大-博實公司：全自動包裝機器人碼垛生產(chǎn)線、橡膠后處理生產(chǎn)線、搬運機器人等，年產(chǎn)值13億元以上；--開拓服務(wù)（醫(yī)療）機器人領(lǐng)域用戶系統(tǒng)集成機器人供應(yīng)商部件開發(fā)商工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢安徽埃夫特：安徽蕪湖機器人產(chǎn)業(yè)化基地，產(chǎn)業(yè)鏈；點焊機器人、弧焊機器人等；南京（埃斯頓）：電機與伺服驅(qū)動，工業(yè)機器人；東莞（啟帆）：經(jīng)濟(jì)型機器人；廣州數(shù)控：機床上下料機器人、電機驅(qū)動；江蘇科斯沃：吸塵機器人，今年上市；固高、恒豐泰、南通振康、綠的、蘇州維斯格等：控制器、驅(qū)動、控制器、RV、諧波減速機、軸承華恒、巨一、賽佰特；集成應(yīng)用蘇州博實、艾利特：工業(yè)、農(nóng)醫(yī)常州銘賽等：教育、電子用戶系統(tǒng)集成機器人供應(yīng)商部件開發(fā)商工業(yè)機器人現(xiàn)狀與趨勢點焊機器人特點:點位控制5-6個自由度負(fù)重30-120公斤工作空間大運動速度高應(yīng)用于汽車制造業(yè)工業(yè)機器人典型應(yīng)用弧焊機器人特點續(xù)軌跡控制5-6個自由度位置重復(fù)精度高負(fù)重5-10公斤應(yīng)用于機械制造業(yè)工業(yè)機器人典型應(yīng)用15搬運及碼垛機器人

FlexPicker

機器人

2-DOF并聯(lián)機器人

Delta-S并聯(lián)機器人串聯(lián)搬運機器人并聯(lián)搬運機器人串聯(lián)機器人因具有結(jié)構(gòu)簡單、工作范圍（負(fù)荷及幾何空間）大、占用空間小等優(yōu)點，而獲得廣泛應(yīng)用；并聯(lián)機器人由于具有動作頻率快、定位精度高、剛度強等優(yōu)點，也越來越受到人們的關(guān)注。16噴涂機器人液壓噴涂機器人汽車車體噴漆系統(tǒng)的應(yīng)用辦公設(shè)備噴漆系統(tǒng)噴涂機器人在給家具部件噴漆17加工機器人打磨機器人系統(tǒng)埃夫特打磨機器人切削機器人

機器人對于一個給定機械手可在制造工件（研磨、拋光、去毛刺）時提供可以降低至可接受的程度的工具力量。18裝配機器人汽車裝配機器人電子制造機器人特點：潔凈、真空、高精度應(yīng)用：硅片傳輸、封裝多片硅片搬運2多片硅片搬運1工業(yè)機器人典型應(yīng)用提綱123工業(yè)機器人的典型應(yīng)用

特種機器人

服務(wù)機器人的典型應(yīng)用服務(wù)機器人定義:是一種半自主或全自主工作的機器人，它能完成有益于人類的服務(wù)工作，不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備（國際機器人聯(lián)合會，IFR）二、服務(wù)機器人的典型應(yīng)用智能機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大趨勢交叉融合基礎(chǔ)技術(shù)顛覆：仿生結(jié)構(gòu)與感知控制，人工肌肉與軟體，認(rèn)知與情感交互，高效動力電池與安全以服務(wù)人為核心，兒童、老人、家政、社會公共服務(wù)，先toB后toC，以租賃提供內(nèi)容方式，從專用服務(wù)機器人向社會公共場合與家用機器人定制化智能制造：基于行業(yè)與客戶訂單大數(shù)據(jù)的柔性自動化生產(chǎn)線無人化、或少人化車間解決方案，包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、AGV、智能作業(yè)抓持執(zhí)行器、工業(yè)機器人、3D打印、高端數(shù)控機床等集成應(yīng)用一、服務(wù)機器人國內(nèi)外最新進(jìn)展服務(wù)機器人若干應(yīng)用熱點領(lǐng)域社交智能化機器人服務(wù)平臺公共服務(wù)移動平臺（銀行、接待、展覽、餐廳、安防、醫(yī)生代理、超市導(dǎo)購，教育娛樂、陪護(hù)服務(wù)等），增值服務(wù)與租賃。醫(yī)用機器人服務(wù)：預(yù)測、精準(zhǔn)、遠(yuǎn)程、康復(fù)隨著遠(yuǎn)程醫(yī)療、微創(chuàng)精準(zhǔn)外科及3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，手術(shù)機器人的需求會越來越多。中國殘障人數(shù)眾多，未來康復(fù)機器人市場上百億，未來國產(chǎn)康復(fù)機器人產(chǎn)業(yè)大有作為。智能交通系統(tǒng)嵌入無人駕駛汽車、無人機系統(tǒng)，將走進(jìn)人們的生活，為人們的出行、物流投送，提供便利，也將是未來汽車巨頭們與物流商爭奪的主要市場。醫(yī)學(xué)檢查醫(yī)院服務(wù)非侵入式手術(shù)系統(tǒng)外科手術(shù)機器人系統(tǒng)醫(yī)療機器人：提升醫(yī)療質(zhì)量，延伸醫(yī)生能力遠(yuǎn)程診療康復(fù)治療術(shù)后治療2013年醫(yī)療機器人市場價值為17.81億美元，2018年預(yù)計將達(dá)到37.64億美元，復(fù)合年增長率為16.1％。Source:MedicalRobotsMarketbyType(SurgicalRobot,RehabilitationRobotics,Telemedicine,AssistiveRobots,Orthotics,Prosthetics,RadioSurgery,Exoskeleton)&Application(Orthopedic,Neurology,Laparoscopy)-GlobalForecaststo2018--PublishingDate:March

2014億美元201320142015201620172018(年）

醫(yī)療機器人市場規(guī)模達(dá)芬奇外科手術(shù)機器人自動縫合醫(yī)療機器人iHolter心臟監(jiān)護(hù)設(shè)備，可以幫助心臟病患者監(jiān)測心臟，當(dāng)患者心臟有異常時，它會發(fā)出信號，通知醫(yī)院和家人。智能手環(huán)、手表等多以加速度傳感器數(shù)據(jù)估算計算步數(shù)、卡路里消耗、睡眠質(zhì)量等信息。RP-VITA遠(yuǎn)程護(hù)理機器人，美國i-robot公司2012年發(fā)布，截至目前已有1000多臺被應(yīng)用于醫(yī)療系統(tǒng);通過觸控式交互界面，使醫(yī)生給予病人遠(yuǎn)程協(xié)助;可使醫(yī)生獲得病人病例、超聲、電子聽診器、耳鏡等數(shù)據(jù);可通過iPadapp進(jìn)行控制診斷監(jiān)護(hù)機器人康復(fù)護(hù)理器人28MotionMaker康復(fù)機器人，瑞士SwortecSA公司通過輔助肢體運動實現(xiàn)偏癱患者康復(fù);能夠依據(jù)實時傳感信息控制康復(fù)訓(xùn)練并配合電刺激以滿足治療需要“心繪”下肢康復(fù)訓(xùn)練器LR2，日本安川電機有限公司2014年3月問世，已獲得國內(nèi)許可具有6種運動模式，在急性期進(jìn)行下肢運動療法治療;預(yù)防意識障礙/身體殘障患者、以及整形疾病患者的關(guān)節(jié)攣縮、改善水腫Lokomat步態(tài)訓(xùn)練系統(tǒng),瑞士Hocoma公司

實現(xiàn)機器人輔助的全自動步態(tài)訓(xùn)練;提高中風(fēng)、脊髓損傷、顱腦外傷、多發(fā)性硬化、內(nèi)用假體、下肢關(guān)節(jié)退行性病變等患者的行走能力;截至2014年已有180余臺投入使用康復(fù)護(hù)理器人29ReWalk外骨骼系統(tǒng),以色列ReWalkRobotics公司2014年7月在美國上市并發(fā)布產(chǎn)品，已獲FDA審批減緩癱瘓導(dǎo)致的肢體疼痛、肌肉痙攣;幫助腸道消化系統(tǒng)蠕動、加快新陳代謝;在急性期進(jìn)行下肢運動療法治療可穿戴式仿生機械腿,美國EksoBionics公司2012年獲FDA批準(zhǔn)，截止2014年初，累計出售或出租64臺;重量約為23Kg;幫助癱瘓病人直立行走HAL外骨骼機器人,日本Cyberdyne公司2008年發(fā)布，2013年獲全球首個安全認(rèn)證，運動完全由使用者控制，不需要任何外部控制設(shè)備;通過傳感器監(jiān)測肌肉的電信號，預(yù)見和支持人體行動提綱123工業(yè)機器人的典型應(yīng)用

服務(wù)機器人的典型應(yīng)用

特種機器人的典型應(yīng)用特種機器人定義:指服務(wù)機器人中應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的機器人總稱，也稱作專用服務(wù)機器人。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用場景，它包括水下機器人，空中機器人，空間機器人，軍用機器人、農(nóng)林機器人，建筑機器人，危險作業(yè)機器人，采礦機器人，搜救機器人。三、特種機器人野外機器人野外機器人包括應(yīng)用于采礦、貨物裝卸、農(nóng)業(yè)、水下勘探和開采、高速公路、行星探測等場合中的特種機器人應(yīng)用場所和任務(wù)種類對機器人提出了各種嚴(yán)苛的要求，需要對機器人的使用環(huán)境進(jìn)行大量的信息采集和建模

，針對復(fù)雜多變的環(huán)境，解決相關(guān)的問題采礦機器人水下機器人水下機器人運動控制體系結(jié)構(gòu)野外機器人“鷂鷹”無人機徘徊者號遙控機器人飛行器UGV機器人高壓線巡線機器人

反恐防爆機器人

空間機器人“機遇號”火星探測器

“勇氣號”火星探測器日本研究的火星探測器特殊環(huán)境的挑戰(zhàn)：極端高低溫、高真空、高壓、腐蝕性氣體、電離輻射以及極細(xì)微粉塵等。北航--基于再生能源的極地漫游機器人2013年隨中國第29次南極科考隊赴中山站進(jìn)行現(xiàn)場試驗機器人歷時1月，進(jìn)行5次外場試驗，累計運行10km再生能源系統(tǒng)持續(xù)1月進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集回國后針對現(xiàn)場試驗體現(xiàn)出的問題進(jìn)行模擬試驗與改進(jìn)搭建仿真環(huán)境，在國內(nèi)通過離線方式模擬南極狀態(tài)下機器人能耗狀態(tài)在低溫、大風(fēng)、冰凍條件下進(jìn)行外場試驗與數(shù)據(jù)采集國內(nèi)首次使用再生能源移動機器人進(jìn)行南極試驗機器人具有部分代替人進(jìn)行極地科考的可能性機器人應(yīng)用領(lǐng)域的新突破太陽能風(fēng)能集成系統(tǒng)能源模擬系統(tǒng)張家口外場試驗軍用機器人角斗士戰(zhàn)術(shù)無人車DRAGONRUNNER定義：是一種用于軍事領(lǐng)域的具有某種仿人功能的自動機器人排爆機器人DRAGONRUNNER偵查機器人-視頻軍用機器人有主動適應(yīng)機構(gòu)的移動機器人關(guān)鍵技術(shù)：機動性：對于機器人的運動機械結(jié)構(gòu)來說，在不平坦地面具有良好的通過能力是至關(guān)重要的。在設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮穩(wěn)定性的問題。操作及控制：操作對于排爆任務(wù)是至關(guān)重要的。能源設(shè)計是必須的，包括能源狀態(tài)檢測和能源補充方案。數(shù)據(jù)通訊：實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或遙操作，操作人員與機器人之間的通信是非常重要的。雙履帶機構(gòu)的被動適應(yīng)性搶險及搜救機器人---挽救生命目標(biāo)：機器人通過和受難者、建筑物和自動支撐機構(gòu)等進(jìn)行直接接觸能夠達(dá)到這個目標(biāo)。搜救機器人對災(zāi)難的發(fā)生作出響應(yīng)，可提供關(guān)于災(zāi)難發(fā)生時的實時圖像和各種傳感信息，在應(yīng)對災(zāi)難執(zhí)行搜救任務(wù)中扮演越來越重要的角色。搶險及搜救機器人Quince救援機器人HUBO機器人救援無人機搶險及搜救機器人所面臨的問題：機動性：機動性仍然是面臨的主要問題，尤其對于正在進(jìn)行城市搜索和救援的地面機器人。通信：機器人依靠實時通信進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作，并且可以