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工业机器人与工业4.0ZhiyongHe，ABBEngineering(Shanghai)Ltd.，Oct25,2015©ABBGroupDecember12,2015|Slide2工业4.0德国首先提出“工业4.0”战略，并在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出。工业4.0概念即是以智能制造为主的第四次工业革命，意在转型和升级，在美国称之为“工业互联网”，韩国称之为“制造业创新3.0”，我国称之为“中国制造2025”，但其核心内容都是制造业的智能化转型即“智能工厂”。©ABBGroupDecember12,2015|Slide3工业4.0生态系统©ABBGroupDecember12,2015|Slide4西门子安贝格数字化工厂西门子位于德国的安贝格电子工厂已经有26年历史，占地面积10万平方英尺是全欧洲乃至全球昀先进的数字化工厂，工厂主要生产PLC和其他工业自动化产品，有一套高度数字化的生产流程，在整个生产过程中，无论元件、半成品还是待交付的产品，均有各自编码，通过这个编码，它们可以与生产机器进行通信。1000多台扫描仪将实时记录每一道生产工序以及诸如焊接温度、贴装数据和测试结果等详细产品信息。在此过程中，生产执行系统每天将生成并储存约5000万条生产过程信息。更重要的是：在一条流水线上，可通过预先设置控制程序，自动装配不同元件，流水生产出各具特性的产品。©ABBGroupDecember12,2015|Slide5工厂架构ERP层：主要是企业层级的应用，包括产品开发，企业管理等软件系统；MES层：是企业管理制造和产品生命周期的交叉点，负责具体的制造执行过程，工单生成和车间任务分配等。通信层：通信层是负责对工厂内部设备之间互联的重要设备，主要的硬件设备包括工业以太网、现场总线、交换机及无线网络系统工业控制层：主要由SCADA、PLC和DCS构成，还包括人机交互界面（HMI），实现对底层设备实施逻辑控制。设备执行层：主要包括工业机器人、智能机床、伺服系统、泵阀设备、3D打印、机器视觉、传感器等，都是重要的现场执行设备。©ABBGroupDecember12,2015|Slide6海尔四大产业示范工厂海尔早在2012年就开始了互联工厂的实践，致力于打造按需设计、按需制造、按需配送的体系。为实现从大规模制造向个性化定制的转型，企业必须转型为开放的平台，以模块化为基础的互联工厂是为用户提供个性化定制体验的“主体”，而用户交互定制平台和模块商资源平台为用户提供个性化定制体验的“两翼”©ABBGroupDecember12,2015|Slide7海尔“众创汇”用户交互定制平台海尔互联工厂运营的第一个平台——用户交互定制平台：众创汇。在这个平台上，海尔与用户能够零距离对话，用户可参与个性化定制，可通过多种终端查看产品“诞生”的整个过程，如定制内容、定制下单、订单下线等10个关节性节点，产品生产过程都在用户“掌握”中。用户交互定制平台的上线意味着用户不再是产品的旁观者，而是可以全流程参与其中，开启了人人自造时代。©ABBGroupDecember12,2015|Slide8工业机器人与工业4.0我们从产业链的角度看，工业机器人只是产业链的一个环节，通常工业机器人在产业中扮演的角色是在生产制造环节，比如传统机械臂、机械手，到工厂内部物流的AGV，工业机器人贯穿生产领域，属于生产设备执行层的一个智能终端。而工业4.0则是一个更大的范畴。工业4.0是一种生产模式，从需求产生到产品交付的全过程，采用一种更智能化的方式完成。除了工业机器人外，还需要其它硬件和软件支撑，例如工业软件MES、PLM等。总体来看，工业机器人是工业4.0的一部分，也是很重要的组成部分。©ABBGroupDecember12,2015|Slide9工业机器人工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备，核心组成：减速器、伺服系统、控制系统、机械系统。自从1962年世界上第一台工业机器人问世以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具，同时也是工业4.0智能化工厂中重要的一环。©ABBGroupDecember12,2015|Slide10工业机器人常见结构划分直角坐标机器人精度高，速度快，控制简单，易于模块化，但动作灵活性较差，主要用于搬运、上下料、码垛等领域圆柱坐标机器人精度高，有较大动作范围，坐标计算简单，结构轻便，响应速度快，但是负载较小，主要用于电子、分拣等领域并联机器人精度较高，手臂轻盈，速度高，结构紧凑，但工作空间较小，控制复杂，负载较小；主要用于分拣、装箱等领域多关节机器人高自由度，精度高速度快，动作范围大，灵活性强，广泛应用于各个行业，是当前工业机器人主流结构；但是价格高，前期投资成本高。©ABBGroupDecember12,2015|Slide11工业机器人市场2013年是国内工业机器人发展的元年，从销量来看，2013年国内工业机器人销量达到3.69万台，同比增长36.52%，首次超过了以技术利用见长的日本，中国当年购买量占全球工业机器人销量的五分之一。2014年继续保持高速增长，工业机器人销量突破57000台，同比增长超过54.64%。工业机器人行业在产业政策的激励和市场需求的带动下，机器人领军企业产业化能力不断提升，在此背景下，不论是产业市场还是资本市场，工业机器人概念都异常火爆。工业机器人技术与应用ZhiyongHe，ABBEngineering(Shanghai)Ltd.，Oct25,2015©ABBGroupDecember12,2015|Slide13上海ABB工程有限公司——ABB机器人全球总部©ABBGroupDecember12,2015|Slide14ABB机器人家族通用6轴机器人喷涂机器人柔性机器人搬运机器人SCARA机器人DELTA机器人©ABBGroupDecember12,2015|Slide15ABB机器人控制柜双柜面板嵌入式标准柜（单柜）紧凑型控制柜示教器喷涂控制柜©ABBGroupDecember12,2015|Slide16ABB机器人外设导轨线缆包标准夹具备件焊枪服务套装变位机©ABBGroupDecember12,2015|Slide17工业机器人应用40%21%9%7%6%17%汽车行业电子行业金属制品化工橡胶食品饮料其它工业机器人与视觉ZhiyongHe，ABBEngineering(Shanghai)Ltd.，Oct25,2015©ABBGroupDecember12,2015|Slide19机器视觉我们所说的机器视觉技术，就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉技术是一门涉及人工智能、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科。主要用计算机软件来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并昀终用于实际检测、测量和控制。机器视觉技术昀大的特点是速度快、信息量大、功能多。©ABBGroupDecember12,2015|Slide20机器视觉组成机器视觉系统主要由图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示三部分组成。目前，将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。机器视觉自动化设备可以代替人工不知疲倦的进行重复性的工作，且在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，机器视觉可替代人工视觉。执行机构©ABBGroupDecember12,2015|Slide21机器视觉应用领域1、识别u检测一维码、二维码u光学字符识别与确认2、检测u色彩和瑕疵检测u部件有无检测u目标位置和方向检测3、测量u尺寸和容量检测u预设标记的测量，如孔位到孔位的距离4、引导u弧焊跟踪5、三维扫描u3D成型©ABBGroupDecember12,2015|Slide22机器视觉常见种类及应用2D视觉3D视觉3D扫描仪双目视觉工业机器人与力控ZhiyongHe，ABBEngineering(Shanghai)Ltd.，Oct25,2015©ABBGroupDecember12,2015|Slide24力控制技术无论是在机加工领域，抛光打磨应用，还是精密组装行业，厂家无不渴求能灵活操作工件与工装的机械“巧手”。制造过程中一些微小变化可能关系到产品的成功与失败。为解决这一难题，ABB成功开发了让机器人变得更“聪明”的集成力控技术。配备该技术的机器人能根据外部实时回馈信号应对制造过程中的细微变化，像人类一样拿捏易碎物品或执行精密作业。©ABBGroupDecember12,2015|Slide25力控制技术硬件组成A：电压测量装置B：串行测量通讯线缆C：模拟信号通讯线缆D：集成式力传感器©ABBGroupDecember12,2015|Slide26力控制模式-速度控制和位置控制速度模式位置模式工业机器人操作技巧ZhiyongHe，ABBEngineering(Shanghai)Ltd.，Oct25,2015©Robotics-HeZhiyong2014-11-11示教器介绍©ABBGroupDecember12,2015|Slide28©Robotics-HeZhiyong2014-11-11示教器介绍©ABBGroupDecember12,2015|Slide29©Robotics-HeZhiyong2014-11-11手动操纵界面©ABBGroupDecember12,2015|Slide30A：手动操纵设置窗口B：机器人位置显示窗口C：摇杆方向提示窗口©Robotics-HeZhiyong2014-11-11机器人关节轴©ABBGroupDecember12,2015|Slide31©Robotics-HeZhiyong2014-11-11基坐标系©ABBGroupDecember12,2015|Slide32基坐标系在机器人基座中有相应的零点，这使固定安装的机器人的移动具有可预测性。因此它对于将机器人从一个位置移动到另一个位置很有帮助。©Robotics-HeZhiyong2014-11-11大地坐标系©ABBGroupDecember12,2015|Slide33大地坐标系在工作单元或工作站中的固定位置有其相应的零点。这有助于处理若干个机器人或由外轴移动的机器人.在默认情况下，大地坐标系与基坐标系是一致的A:机器人1的基坐标系B:大地坐标系C:机器人2的基坐标系©Robotics-HeZhiyong2014-11-11工件坐标系©ABBGroupDecember12,2015|Slide34工件坐标系是拥有特定附加属性的坐标系。它主要用于简化编程，工件坐标系拥有两个框架：用户框架（与大地基座相关）和工件框架（与用户框架相关）.ABCA：用户框架B：目标框架1C：目标框架2©Robotics-HeZhiyong2014-11-11工具坐标系©ABBGroupDecember12,2015|Slide35工具坐标系将工具中心点设为零位，由此定义工具的位置和方向，工具坐标系中心缩写为TCP(ToolCenterPoint).执行程序时，机器人就是将TCP移至编程位置。这意味着，如果要更改工具机器人的移动将随之更改，以便新的TCP到达目标。所有机器人在手腕处都有一个预定义工具坐标系，该坐标系被称为tool0。这样就能将一个或多个新工具坐标系定义为tool0的偏移值。©Robotics-HeZhiyong2014-11-11单轴运动模式©ABBGroupDecember12,2015|Slide36单轴运动即为单独控制某一个关节轴运动，机器人末端轨迹难以预测，一般只用于移动某个关节轴至指定位置、校准机器人关节原点等场合；©Robotics-HeZhiyong2014-11-11线性运动模式©ABBGroupDecember12,2015|Slide37线性运动即控制机器人TCP沿