机器人在教育中的应用课件

机器人在教育中的应用机器人在教育中的应用程武山 教授上海工程技术大学 机械工程学院二零一四年十一月十五日 机器人在教育中的应机器人在教育中的应用用内容安排二、中国机器人产业发展一、基本概念三、我们的工作21.1 1.1 机器人名称的由来机器人名称的由来(About(About“RobotRobot”)机器人的英文名词是Robot，Robot一词最早出现在1920年捷克作家卡雷尔卡佩克（Karel Capek）所写的一个剧本中，这个剧本的名字为 Rossums Universal Robots，中文意思是“罗萨姆的万能机器人”。剧中的人造劳动者取名为Robota，捷克语的意思是“苦力”、“奴隶”。英语的Robot一词就是由此而来的，以后世界各国都用Robot作为机器人的代名词。一、基本概念31.2 1.2 机器人的发展历史机器人的发展历史 (The Developing History of Robots)(The Developing History of Robots)古代古代“机器人机器人”现代机器人的雏形现代机器人的雏形 人类对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史西西周周时时期期，我国的能工巧匠偃师研制出的歌舞艺人，是我国最早记载的机器人。春春秋秋后后期期，据墨经记载，鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”。公公元元前前2 2世世纪纪，古希腊人发明了最原始的机器人太罗斯，它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的青铜雕像，它可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。18001800年年前前的的汉汉代代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车，计里鼓车每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。一、基本概念4后后汉汉三三国国时时期期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”，并用其在崎岖山路中运送军粮，支援前方战争。16621662年年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪的道顿堀演出。17381738年年，法国天才技师杰克戴瓦克逊发明了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。17731773年年，著名的瑞士钟表匠杰克道罗斯和他的儿子利路易道罗斯制造出自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，他们创造的自动玩偶是利用齿轮和发条原理而制成的，它们有的拿着画笔和颜色绘画，有的拿着鹅毛蘸墨水写字，结构巧妙，服装华丽，在欧洲风靡一时。19271927年年，美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出，它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。一、基本概念5现代机器人的发展历史现代机器人的发展历史二战期间（二战期间（1938-19451938-1945）由于核工业和军事工业的发展，研制了“遥控操纵器”（Teleoperator）主要用于放射性材料的生产和处理过程。1947年，对这种较简单的机械装置进行了改进，采用电动伺服方式，使其从动部分能跟随主动部分运动，称为主从机械手（Master-Slave Manipulator）。1949-1953 美国麻省理工学院开始研制数控铣床随着先进飞机制造的需要，美国麻省理工学院辐射实验室（MIT Radiation Laboratory）开始研制数控铣床。1953年研制成功能按照模型轨迹做切削动作的多轴数控铣床。1954年年“可编程”“示教再现”机器人 美国人George C.Devol设计制作了世界上第一台机器人实验装置，并发表了题为适用于重复作业的通用性工业机器人的文章。一、基本概念660年代年代 机器人产品正式问世，机器人技术开始形成1960年美国“联合控制公司”（Consolidated Control）根据Devol的专利技术，研制出第一台真正意义上的工业机器人，并成立了Unimation公司，开始定型生产名为Unimate的工业机器人。两年后，美国“机床与铸造公司”（AMF）也生产了另一种可编程工业机器人Versatran。70年代年代 机器人技术发展成为专门学科机器人产业得到蓬勃发展，机器人技术发展成为专门学科，称之为机器人学（Robotics）。机器人的应用领域进一步扩大，不同的应用场所，导致了各种坐标系统、各种结构的机器人相继出现，大规模集成电路和计算机技术飞跃发展使机器人的控制性能大大提高，成本不断下降。一、基本概念780年代年代 开始进入智能机器人研究阶段80年代，不同结构、不同控制方法和不同用途的工业机器人在工业发达国家真正进入了实用化的普及阶段。随着传感技术和智能技术的发展，开始进入智能机器人研究阶段。机器人视觉、触觉、力觉、接近觉等项研究和应用，大大提高了机器人的适应能力，扩大了机器人的应用范围，促进了机器人的智能化进程。经经历历了了40多多年年的的发发展展，机器人技术逐步形成了一门新的综合性学科 机器人学（Robotics）它包括有基础研究和应用研究两个方面主要研究内容有：(1)机械手设计；(2)机器人运动学、动力学和控制；(3)轨迹设计和路径规划；(4)传感器(包括内部传感器和外部传感器)；(5)机器人视觉；(6)机器人语言；(7)装置与系统结构；(8)机器人智能等。一、基本概念81.3 1.3 机器人的定义和分类机器人的定义和分类 （Definition and Classifying for RobotsDefinition and Classifying for Robots）1.3.1 1.3.1 机器人的定义机器人的定义 (Definition of Robots)(Definition of Robots)机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。同时由于机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来,机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。下面给出一些有代表性的定义。一、基本概念9国际和国外相关组织的定义国际和国外相关组织的定义国国际际标标准准化化组组织织（ISO）的的定定义义：机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务。美美国国国国家家标标准准局局（NBS）的的定定义义：机器人是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。美美国国机机器器人人协协会会（RIA）的的定定义义：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手。日日本本工工业业机机器器人人协协会会（JIRA）的的定定义义：工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。一、基本概念10有关学者的定义有关学者的定义在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上提出了两个有代表性的定义。森森政政弘弘与合合田田周周平平提出的定义：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。从这一定义出发，森森政政弘弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象。日本早稻田大学加加藤藤一一朗朗（日本机器人之父）教授认为：机器人是由能工作的手，能行动的脚和有意识的头脑组成的个体，同时具有非接触传感器（相当于耳、目）、接触传感器（相当于皮肤）、固有感及平衡感等感觉器官的能力。一、基本概念11综合诸家的解释，概括各种机器人的性能，我们认为可以按以下特征来描述机器人：1.机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官(如 肢体、感官等)的功能；2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变，是柔性加工主要组成部分；3.机器人具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等；4.机器人具有独立性，完整的机器人系统，在工作中可以不依赖于人的干预。一、基本概念12 1.3.2 1.3.2 机器人的分类机器人的分类 (Classifying of Robots)(Classifying of Robots)按照从低级按照从低级高级的发展程度可分为三类机器人高级的发展程度可分为三类机器人u第第一一代代机机器器人人（First Generation Robots）：即可编程、示教再现工业机器人机器人，已进入商品化、实用化。u第第二二代代机机器器人人（Second Generation Robots）：装备有一定的传感装置，能获取作业环境、操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，能作出简单的推理，对动作进行反馈的机器人，通常称为低级智能机器人，由于信息处理系统的庞大与昂贵，第二代机器人目前只有少数可投入应用。u第第三三代代机机器器人人（Third Generation Robots）：具有高度适应性的自治机器人。它具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断决策，在作业环境中独立行动。第三代机器人又称作高级智能机器人，它与第五代计算机关系密切，目前还处于研究阶段。一、基本概念13按照开发内容和目的区分，可分为以下三类机器人按照开发内容和目的区分，可分为以下三类机器人u工业机器人（Industrial Robot）：如焊接、喷漆、装配机器人。u操纵机器人（Teleoperator Robot）：如主从手，遥控排险、水下作业机器人。u智能机器人（Intelligent Robot）：如演奏、表演、下棋、探险机器人。特种机器人和微型机器人是目前机器人发展的一个重要方向特种机器人和微型机器人是目前机器人发展的一个重要方向u特种机器人（Special Robots）：如航天飞机上的机械手在失重状态下的工作，海洋探测机器人、军用机器人、防核防化机器人、爬壁机器人、微小物体操作机器人等。u微型机器人（Micro-robots）：体积小，如管道机器人、血管疏通机器人。u微动机器人（Micro-movement robots）：动作小、精度高，如细胞切割机器人、微操作和微装配机器人等。一、基本概念141.4 1.4 机器人的结构与控制方式机器人的结构与控制方式(Structure and Control of Robots)(Structure and Control of Robots)1.4.1 1.4.1 机器人的结构机器人的结构 (The Structure of Robot)简单地说，机器人主要由执执行行机机构构、驱驱动动和和传传动动装装置置、传传感感器器和和控控制器制器四大部分构成（如图）。一、基本概念记忆、示教 装置控制装置驱动装置传感器工业机器人系统结构15执执行行机机构构：机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等，它是机器人运动和完成某项任务所必不可少的组成部分。驱驱动动和和传传动动装装置置：用来有效地驱动执行机构的装置，通常采用液压、电动和汽动，有直接驱动和间接驱动二种方式。传传感感器器：是机器人获取环境信息的工具，如视觉、听觉、嗅觉、触觉、力觉、滑觉和接近觉传感器等，它们的功能相当于人的眼、耳、鼻、皮肤及筋骨。控控制制器器：是机器人的核心，它负责对机器人的运动和各种动作控制及对环境的识别。现代工业机器人的控制器都是由计算机控制系统组成，控制方式主要有示教再现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。一、基本概念16日本三菱公司产日本三菱公司产MOVEMASTER-EX MOVEMASTER-EX 五自由度机器人五自由度机器人一、基本概念 实验室中的MOVEMASTER-EX机器人实物照片 MOVEMASTER-EX 五自由度机器人结构图17美国美国UNIMATEUNIMATE公司产公司产PUMA/560PUMA/560型六自由度机器人型六自由度机器人一、基本概念 PUMA/560机器人（照片）PUMA/560六自由度机器人结构18 1.4.2 1.4.2 机器人的工作原理（机器人的工作原理（The Principle of RobotThe Principle of Robot）机器人的工作原理是一个比较复杂的问题。简单地说，机器人的原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。从控制的角度，机器人可以通过如下四种方式来达到这一目标。“示示教教再再现现”方式：它通过“示教盒”或人“手把手”两种方式教机械手如何动作，控制器将示教过程记忆下来，然后机器人就按照记忆周而复始地重复示教动作，如喷涂机器人。一、基本概念19u“可可编编程程控控制制”方式：工作人员事先根据机器人的工作任务和运动轨迹编制控制程序，然后将控制程序输入给机器人的控制器，起动控制程序，机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完成，如果任务变更，只要修改或重新编写控制程序，非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。u“遥遥控控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。u“自自主主控控制制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。一、基本概念201.5 1.5 机器人的应用机器人的应用（The Applications of RobotsThe Applications of Robots）机器人的应用十分广泛，在许多领域机器人都得到了成功的应用或有着美好的应用前景。特特种种机机器器人人 替代人在繁重、危险、恶劣环境下作业必不可少的工具，如航天航空、消防（灭火）机器人、防暴机器人、盾构机器人等。工工业业机机器器人人 是机器人领域的一个重要研究方向，在国防、空间技术、生物医学工程、智能制造和微机电系统（MEMS）中有广泛的应用前景。服服务务机机器器人人 已经开始或在不久的将来进入人类家庭生活，如娱乐机器人、保健机器人，导盲机器人、垃圾清扫和擦玻璃机器人等。一、基本概念21二、中国机器人产业发展中国是一个制造大国中国是一个制造大国中国制造业规模很大，产值世界第一(2013年)：中国制造业产值 2.05万亿美元美国制造业产值1.78万亿美元中国制造业在全世界所占份额：汽车25%、船舶42%、计算机63%、彩电50%、冰箱65%、空调80%、手机70%、数码相机65%22二、中国机器人产业发展智能制造业的进化论智能制造业的进化论网络数字化设计、创客与云制造智能机器人、增材制造、智能生产嵌入式软件监控与互联网电商生产方式，生产工具，生产贸易生产方式，生产工具，生产贸易23二、中国机器人产业发展未来经济的未来经济的1212项颠覆性技术项颠覆性技术2425智能制造是指具有感知、决策及控制智能制造是指具有感知、决策及控制功能的制造装备，包含工业机器人、功能的制造装备，包含工业机器人、3D3D打印、智能生产等前沿领域。打印、智能生产等前沿领域。核心支撑是机器人核心支撑是机器人技术技术二、中国机器人产业发展二、中国机器人产业发展20132013年年5 5月麦肯锡全球战略研究所发布月麦肯锡全球战略研究所发布26二、中国机器人产业发展2720132013年年3 3月月2020日，美国发布日，美国发布机器人技术路线图机器人技术路线图：从互从互联网到机器人联网到机器人。该路线图强调了机器该路线图强调了机器人技术在美国制造业和卫生人技术在美国制造业和卫生保健领域的重要作用，同时保健领域的重要作用，同时也描绘了机器人技术在创造也描绘了机器人技术在创造新市场、新就业岗位和改善新市场、新就业岗位和改善人们生活方面的潜力。人们生活方面的潜力。二、中国机器人产业发展1.1.行业发展预测：增长态势延续行业发展预测：增长态势延续预测预测1 12017年全球工业机器人销售量250000台2011年16.6万台，因经济回暖达到历史巅峰2012年15.9万台，因电子工业领域销售下降略有回落2017年预计25万，因全球特别是中国制造业升级预测预测2 2到2017年全球工业机器人市场容量2700亿 2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场估计1600亿元。估计2013年至2017年，包含本体和集成在内的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年将达到2700亿元。预测预测3 3预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿 根据IFR数据，2012年全球个人（或家庭）用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。预计20132017年个人（或家庭）用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。全球机器人行业现状分析全球机器人行业现状分析28二、中国机器人产业发展全球机器人行业现状分析全球机器人行业现状分析2.2.全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大工业机器人市场销量与存量 日、美、德、韩、中五国存量占全球比例达71.24%，销量达69.92%截至2012年底，全球机器人累计销量达到247万台，中国2012年工业机器人销量增幅达到30%。全球工业机器人与机床行业销量的对比 工业机器人销量占机床销量反映各国机器人使用情况。美日德三国的机器人销量占机床销量比稳定在一定区间内15%-25%，中国不到5%，因此，中国机器人行业发展潜力还很大。主要国家/地区机器人技术优势领域比较 日本在工业机器人、家用机器人方面优势明显，欧洲在工业机器人和危险作业机器人领域属于领先地位，美国主要优势在系统集成领域，医疗机器人和国防军工机器人。29二、中国机器人产业发展全球机器人行业现状分析全球机器人行业现状分析美国优势在系统集成日本强调产业链分工欧洲强调本体加集成整体方案机器人行业发展五阶段中国中国美国、日本、欧洲美国、日本、欧洲30二、中国机器人产业发展我国工业机器人领域正在发生三件事：我国工业机器人领域正在发生三件事：（1）越来越多的行业开始安装工业机器人，实现成本、质量、效率的提升，带动工业机器人持续高增长；（2）本土机器人本体和零部件制造企业在奋起直追，试图在一些专用领域替代进口；（3）系统集成商将凭借熟悉行业、及时服务和成本优势，开始抢占汽车行业之外的市场。31二、中国机器人产业发展中国工业机器人市场数据中国工业机器人市场数据 中国机器人产业园，佛山、芜湖、昆山、常州、天津、青岛、唐山、抚顺、张家港等32中国工业机器人市场中国工业机器人市场05-1205-12年年:增长增长30%30%05-1205-12年年:增长增长25%25%3320122012年中国工业机器人市场数据年中国工业机器人市场数据二、中国机器人产业发展二、中国机器人产业发展 中国领域广泛，行业种类繁多，需要大量机器人，而在西方发达国家许多行业与领域已经淘汰不存在，如机械加工，抛光、打磨、喷涂、铸造；如建材塑料；如3C消费电子，锡焊、点胶、打螺钉、桌面装配等，在国外发达国家没有中国珠江、长江这样多的民企制造业。经济型机器人自动化产品对中国企业是一个巨大的市场机会，尤其是10万以下的工业机器人。预计2020年需要新增工业机器人装机量约为2030万台34二、中国机器人产业发展工业机器人整机供应商工业机器人整机供应商国外整机商国外整机商国内整机商国内整机商系统集成商系统集成商发那科安川库卡ABB川崎不二越柯马新松博实广州数控奇瑞艾福特上海沃迪南京埃斯顿新时达机器人华恒焊接软控科捷南京埃斯顿机器人工程有限公司上海沃迪科讯达启帆首钢莫托曼熊猫电子天奇股份智云股份柯马（上海）工程有限公司35二、中国机器人产业发展机器人核心部件国内外供应商机器人核心部件国内外供应商核心部件核心部件国外厂家国外厂家国内厂家国内厂家驱动及控制系统Delta Tau、Gai TRIO、FANUC、西门子、MAXON、KEBA、贝加莱固高、汇川技术、英威腾、广州数控、华中数控（筹）博创科技伺服电机安川、松下、三菱、三洋、三共、富士、伦茨、倍福、力士乐、博世、西门子、MAXON台湾APEX、南京艾斯顿、广州数控、珠海运控、桂林星辰、汇川技术RV减速器帝人、住友、SEJINIGB（韩国）、SPINEA（斯洛伐克）、TwinSpin秦川发展（筹）、上海机电（销售）、科赛恩、浙江恒丰泰、南通振康、天津谐波减速器Harmonica(日本)、Harmonica Drive AG(德国)中计克美、苏州绿的、北京谐波传动所36二、中国机器人产业发展服务机器人厂商服务机器人厂商国外厂商国外厂商国内厂商国内厂商iROBOT(服务机器人)Segway(短途代步机器人)达芬奇（医疗微创机器人）乐高（科技娱乐）丰田（移动机器人）松下（护理机器人）本田（仿人与助理机器人）Rethink(装配机器人)韩国Yujin(科教娱乐机器人)Kibot(科技娱乐机器人)OttoBock(助残机器人)英维康（使用机器人）NAO（科教仿人机器人）WowWee(家庭监控机器人)i-Sobot(科教仿人机器人)大疆（无人机）科沃斯（家用机器人）银星（家用机器人）纳恩博（短途代步车）易步（短途代步车）天智航（医疗微创机器人）苏州博实机器人紫光优蓝（科技娱乐）未来伙伴机器人（科技娱乐）博创科技（科技娱乐）重庆金山（医疗机器人）繁兴科技（自动化烹饪）中科睿成（互联网终端）东莞博思、伟力（娱乐玩具）37二、中国机器人产业发展工业机器人最具潜力的行业工业机器人最具潜力的行业1.汽车产业：汽车整车、汽车零部件、摩托车等2.通信电子：PCB板、消费电子组装、半导体搬运等3.金属制品：板材、管材焊接与切割；金属件打磨等4.塑料轮胎：搬运、上下料；对人体有危害的工艺5.家电行业：零部件生产与组装38值得关注服务机器人若干领域值得关注服务机器人若干领域危险作业、医疗康复、航空航天特种领域：危险作业、医疗康复、航空航天特种领域：医疗外科机器人、助老助残机器人、核工业机器人、水下机器人、军用机器人等互联网服务领域：互联网服务领域：信息家电、家政服务、教育娱乐服务机器人等智能交通领域：智能交通领域：智能移动机器人、嵌入式智能控制、无人自驾车等二、中国机器人产业发展调研情况调研情况民营企业最先大规模应用工业机器人民营企业最先大规模应用工业机器人 民营企业用工灵活，提升产能与效率的动力大，在竞争与利益的驱动下将会领先于国有企业采用机器人，从而降低产品成本，并提升了产品质量，进而提高收入与扩大市场份额。国企开始投入机器人和应用机器人国企开始投入机器人和应用机器人 一方面投入价格市场竞争不激烈领域，如军用机器人、资源开采、水下机器人、危险作业机器人、医疗外科机器人、空间机器人等。另一方面随着市场激烈竞争，盈利衰减，迫使使用工业机器人，推动高端智能制造发展。背景、技术与人才有优势，科研经费相对充足。一批科研院所及高校学者开发机器人前沿理论与技术。智能材料、3D打印、变结构、变刚度、机器视觉、仿生机器人、规划导航、医疗微创、脑生物肌电交互。39二、中国机器人产业发展如果一个地方计划在未来如果一个地方计划在未来5 5年内，每年投入年内，每年投入50005000亿元，实施亿元，实施50005000个机器换个机器换人项目。人项目。为什么要实施这样的计划？可以给我们带来什么样的机遇？怎样去抓住这些机遇？40二、中国机器人产业发展启发一：机器人产业发展策略：三基石启发一：机器人产业发展策略：三基石 一支柱一支柱41二、中国机器人产业发展启发二：科研工作，既要顶天，又要立地启发二：科研工作，既要顶天，又要立地反思国家科研投入的方向和方式反思国家科研投入的方向和方式-怎样让解决现实问题成为重点支撑方向怎样让解决现实问题成为重点支撑方向42二、中国机器人产业发展启发三：技术和经济的可行性是用户接受的前提启发三：技术和经济的可行性是用户接受的前提43二、中国机器人产业发展启发四：联合采用机遇、联合才有发展启发四：联合采用机遇、联合才有发展产学研合作不用专业领域的合作整机企业与系统集成商的合作资本、技术、市场、信息、服务多要素合作443.1.柔性制造系统3.2.上陶厂3.3.人民厂（RMM1-250塑壳断路器智能测试台）3.4.电科所（智能电网）3.5.康复机器人3.6.智能系统三、我们的工作453.1 3.1 柔性制造系统柔性制造系统 上海工程技术大学的柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）在整个华东地区具有一定的规模，其中包括自动化立体仓库、辊筒线、焊接机器人、数控慢走自动化立体仓库、辊筒线、焊接机器人、数控慢走丝线切割机、数控铣床、数控车床、激光内雕机、激光打标机、三坐标丝线切割机、数控铣床、数控车床、激光内雕机、激光打标机、三坐标测量机、行走及组装机器人、条码读取和图像识别设备测量机、行走及组装机器人、条码读取和图像识别设备等。其中行走及组装机器人采用日本安川电机的motoman机器人，主要负责工件的搬运与自动装夹功能。柔性制造系统配置图及平台如下图1、2所示。三、我们的工作46三、我们的工作图1 上海工程技术大学FMS配置图47三、我们的工作 图2 柔性制造系统平台48三、我们的工作 实物图49三、我们的工作现场操作视频503.2 3.2 上陶厂上陶厂 上海工程技术大学现已开发研制高精度快速微孔穿丝机高精度快速微孔穿丝机一套，并应用于上海电器陶瓷厂有限公司NT00NT00低压熔断器生产测试低压熔断器生产测试中，取得很好的成效。该自动化生产系统主要由若干单台设备及两条独立流水线构成，具体组成如图4所示。三、我们的工作51三、我们的工作 图中穿丝机及前面的胶带机穿丝机及前面的胶带机和前后机械手前后机械手构成了第一条自动流水线，而点焊机点焊机（包括前面的胶带机及前后上下料机械手）、灌砂灌砂机机（包括后面的下料机械手）以及检测单元检测单元（包括后面的下料机械手及移印机）组成了第二条自动化流水线。图4 NT00型熔断器自动生产线52 三、我们的工作 NT00低压熔断器智能装配测试系统533.3 3.3 人民厂（人民厂（RMM1-250RMM1-250塑壳断路器智能测试台）塑壳断路器智能测试台）3.3.1 3.3.1 研究背景研究背景 低压断路器主要应用于低压配电回路和低压控制回路的保护，脱扣器是低压断路器过流和时滞跳闸保护的关键部件，其机械特性和受热变性特性要求在系统通电受热变形过程中不允许有任何附加力作用。三、我们的工作543.3.2 3.3.2 技术说明技术说明设计的系统主要包括：(1)自动调试系统(2)上下料机械手(3)智能检测系统 (4)控制系统(5)上位机监控系统(6)强电控制系统(7)气动系统三、我们的工作55同心双柔轴螺钉螺母自动调整机构技术原理 三、我们的工作螺钉运动轨迹示意图 螺钉螺母一体化调整 锁紧机构工作原理图 56上下料机械手：实现对断路器的自动抓取，上料三、我们的工作57 上位机监控系统：由组态软件Wincc实现了对系统状态的监控。主要包括登陆界面、系统检测界面、系统管理以及报表生成等功能。三、我们的工作58 气动系统：主要由定位汽缸、压紧汽缸、移动汽缸、合扣汽缸及冷却气缸组成。分别完成断路器的定位、通电触点压紧、合扣以及测试完毕后的冷却等功能。三、我们的工作59 3.3.3 3.3.3 现场操作视频现场操作视频三、我们的工作60 3.3.4 3.3.4 特色与创新点特色与创新点 （1）利用空心轴电机、电磁离合器、电磁制动器的优化组合，解决了复杂机械结构才能解决的一体化螺钉、螺母调节装置的设计、制造问题。为国内首创为国内首创，克服单独的调节螺钉、螺母调节方式的工艺路线长、投资规模大、实现困难、调节误差大等缺点。（2）多程机械手的建立：利用柔性制造技术实现螺钉和螺帽在5 5个个自由度上无干涉的协调运动自由度上无干涉的协调运动，以解决双金属片的材料差异、温度差异、形状差异对其特性的影响。（3）快速跟踪器的设计：动态检测双金属片在通电受热形变过程中动态检测双金属片在通电受热形变过程中的螺钉轨迹的螺钉轨迹，利用图像定位跟踪技术实现高清晰度的轨迹跟踪。三、我们的工作613.4 3.4 电科所（智能电网）电科所（智能电网）3.4.1 3.4.1 智能电网的发展背景及定义智能电网的发展背景及定义三、我们的工作623.4.2 3.4.2 智能电网用户端关键技术智能电网用户端关键技术三、我们的工作双向控制技术用户储能技术用户端智能调度技术工业用户家庭用户电力公司家庭用户智能电网用户端关键技术量测技术633.4.3 3.4.3 智能电网用户端案例分析智能电网用户端案例分析低压电器操作机构测试平台三、我们的工作 本操作机构包括双水平操作机构、旋转操作机构；双水平操作机构包括了一套水平运动操作机构，主要用于按钮开关，微动开关和限位开关的接通与分断能力试验的试品操作；旋转操作机构主要用于旋转开关和转换开关的接通与分断能力试验以及隔离开关的寿命试验，两者均用于断续周期工作制范畴。64三、我们的工作 先进性先进性：多自由度定位，电动滑台在滑轨上滑动的位移行程可进行六自由度精确定位，其精度可达0.05mm；良好的防爆性能；低能耗与人机工程学设计；创新性创新性：行程智能识别，操作力、速度测试；基于虚拟现实的监控；关键指标关键指标：行程、纵深可调可控；通断时间要求50ms（控制精度5ms）；3600次/小时操作频率；机械使用寿命100万次以上；低压电器操作机构65三、我们的工作 操作频率智能测试平台 该测量仪覆盖了电感式、电容式、非机械磁性式和光电式接近开关的操作频率检测，主要由标靶转盘，调速电机，转速及频率测定装置，基准传感器和试品固定装置等部分组成，不同形式的接近开关操作频率的检测通过改变不同的标靶或试品转盘来实现，试验是通过旋转标靶转盘，使得接近开关不断响应动作，测出接近开关输出信号的响应频率。66三、我们的工作远距离接近开关智能测试平台 测试平台主要由三部分组成：测控部分，1m测距平台和远距离试验安装架部分；1m测距平台用于承载沿导轨运动的自动接近装置，及离平台导轨远处的安装架，按安装架沿轴线距离可调，通过自动已经装置在1m平台上的相对位置变化，来调整与安装架的最终距离；当检测到接近开关动作时，能停止移动装置，并精确测量出动作距离。673.5 3.5 康复机器人康复机器人 3.5.1 3.5.1 研究背景研究背景 慢性病使病人长期卧床不起、产生褥疮等并发症，并且由此引发的肢体运动性障碍显著增加。定时为病人翻身翻身可预防或减少褥疮的发生；定时对病人的肢体进行康复训练康复训练可大大增强病人肌体的活性，提高自身免疫力。针对上肢正常下肢丧失或者暂时丧失运动能力的老年病人以及残障人士设计一种多功能护理床，可帮助病人实现支背、曲腿、侧翻支背、曲腿、侧翻等动作，亦可对病人下肢进行康复训练，加快肢体功能的恢复。三、我们的工作68 3.5.2 3.5.2多功能护理床的整体设计多功能护理床的整体设计总体上可将该护理床划分为支背部件、曲大腿部件、曲小腿部件、支背部件、曲大腿部件、曲小腿部件、左侧翻身部件、右侧翻身部件左侧翻身部件、右侧翻身部件五部分，分别实现支背、曲腿、左侧翻、右侧翻的动作，康复训练功能的实现是通过调节曲腿部件来实现的，所以共需要五套机构五套机构来实现上述功能。多功能护理床中各机构床下空间位置分布图如下图：三、我们的工作693.5.3 3.5.3 各功能部件的结构设计各功能部件的结构设计三、我们的工作70护理床右翻身中间起动画演示三、我们的工作71护理床左翻身中间起动画演示三、我们的工作72护理床上曲腿动画演示三、我们的工作73护理床下曲腿动画演示三、我们的工作743.6 3.6 智能系统智能系统 在机器人中利用专家系统专家系统可以自动获取传感器的信号，并根据预先设置好的规则库规则库进行推理推理，得到下一步的执行指令，从而控制机器人的行动。在这方面我们之前做的工作是，在钢铁冶炼行业，烧结终点的稳定控制是其重要环节，直接影响钢铁的质量和产量，我们提出了用专家系统来控制烧结终点的方法。通过构造基于产生式规则的烧结知识库、设基于产生式规则的烧结知识库、设计以正向推理和不确定性推理为基础的推理机，建立以专一性排序和阈计以正向推理和不确定性推理为基础的推理机，建立以专一性排序和阈值法相结合的冲突消解策略值法相结合的冲突消解策略，应用Visual C+6.0和SQL Server 2000等开发工具，开发了烧结终点智能推理系统烧结终点智能推理系统，在实际应用中取得了较好的控制效果。以下是烧结智能控制决策系统的演示。三、我们的工作75三、我们的工作76 将烧结终点智能推理系统的原理应用于机器人中，可实现对机器人机器人运动的优化控制运动的优化控制。机器人动作繁多复杂，怎么动，向哪个方向，速度多少等这些参数该如何根据实际环境予以选择。我们可以将机器人运动的所有需要的动作参数以一定的方式存储在计算机里，然后将已知有用的动作组合形成我们的知识库知识库，再用这些动作组合，结合实际问题设计开发推理机和控推理机和控制策略制策略，从而实现一个基于专家系统的机器人控制系统。三、我们的工作7778