机器人实验室建设的方案设计说明.docx

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1、机器人实验室建设的方案设计说明 机器人实验室建设方案(参考样例) *公司 目录 第一部分机器人国内外发展概况及人才需求分析 (3) 1.1机器人国际发展状况 (3) 1.2机器人国内发展状况 (4) 1.3机电电器类人才需求分析 (5) 第二部分机器人实验室建设规划 (9) 2.1基础训练区 (9) 2.1.1 最小机电系统连接与控制实训平台 . - 9 - 2.1.2 基础提高训练设备 . - 10 - 2.2综合应用实训区 (11) 2.2.1 多控制四轴码垛机器人系统 . - 11 - 2.2.2 6 自由度多控制模块化可拆装机器人系统 . - 12 - 2.2.3 6 自由度弧焊机器人

2、工作站系统 . - 13 - 2.2.4 6 自由度搬运装配机器人工作站系统 . - 14 - 2.2.5 6 自由度点焊机器人工作站系统（体积较大，可选）. - 15 - 2.2.6 模块化多机器人柔性制造/自动化物流综合实训系统 . - 15 - 2.2.7 智能移动机器人 . - 16 - 2.2.8 AGV 小 车 . - 17 - 2.3拓展展示区 (17) 2.3.1 仿人形机器人 . - 17 - 2.3.2 特种爬壁机器人 . - 18 - 2.3.3 特种球形机器人 . - 18 - 3.1机器人推荐教学模式及教学理念 (20) 3.2提供的资料介绍 (21) 3.3校企合作

3、与培训说明 (21) 3.4机器人实验室针对教师与学生教学效果 (21) II 第一部分机器人国内外发展概况及人才需求分析 1.1机器人国际发展状况 机器人技术是多学科交叉与综合的高技术，对国民经济和国家安全具有重要的战略意 义，具有广阔的应用前景和市场。在汽车、电子、石化、自动化等工业领域已得到广泛的 应用，目前正向教育、娱乐、助老助残、危险环境作业等服务领域发展，并正在形成巨大 的产业。机器人技术与仿生及纳米技术的结合出现了仿生机器人、纳米机器人、医疗机器 人等前沿方向。美国、欧盟、日本、韩国都制定了本国的机器人发展战略。 工业机器人已经成为展示一个国家制造水平和科技水平的重要标志，在技术

4、发达国 家已经建成一批工业机器人制造厂，如：瑞典的ABB 、日本的FANUC、MOTOMAN、德国的KUKA 、美国的Adept 、意大利COMAU等，已经成为其所在国的支柱性产业。据联合国欧洲经济委 员会（UNECE）报告，2022年全球工业机器人装机总量已超过100万套，2022年全球新安装 的工业器人的数量达到106000套，预计2022年将达到12万套。现阶段机器人产品应用分布 按品种分：弧焊、点焊、装配机器人应用的最多；其次是搬运（上下料、冲压、压铸、铸 锻、注塑等实质上都是搬运机器人）；再次是包装、码垛、拆垛机器人（也可以统称为搬 运机器人）和密封涂胶机器人；其中：焊接26%，喷涂

5、8%，洁净8%，搬运/装配57%，其他1%。 随着技术的进步和产业的发展，机器人的应用领域不断向食品、医药、IC、MEMS、 光电子等极端制造领域拓展，出现了高速、高精、重载、轻量化机器人和微纳米操作机器 人、基于工业机器人概念的封装与装配精密作业装备等高性能工业机器人与装备，在精度、 速度和负载能力等方面的指标不断提高。 据IFR 2022年报告显示，截至2022年底，世界累计安装个人服务机器人约240万套，2022一年世界新安装个人服务机器人达100万套。预计2022年家用、娱乐与医疗康复等服 务机器人将发展拥有1700台套。日本机器人协会的调查报告显示，服务机器人将有大幅的 成长，预估2

6、022年约有171亿美元，2025年将有517亿美元的市场规模。最近美国、欧盟、 日本、韩国等又先后制定了服务机器人的相应研究国家计划，都试图抢占这方面高技术研 究制高点。目前服务机器人主要包括：助老/助残机器人、教育/娱乐机器人、家用服务机 器人和危险作业机器人。 1.2机器人国内发展状况 中国正从制造大国走向制造强国，其中工业机器人作为一类高技术高附加值的重要基 础装备，在汽车工业、航空制造、电子装配和现代物流等规模化生产中确保产品质量与效 率方面正发挥着越来越重要作用。在世界范围内工业机器人平均年增长率在 5-8左右， 在中国乃至在亚洲各类工业机器人正在以 20-25速度增长，预计到 2

7、022 年中国新安装 各类工业机器人 9500 台，市场保有量将达到 48600 台。（数据来源：中华人民共和国工业和 信息化部运行监测协调局）以汽车工业自动化生产线为例，制造生产线严重依赖进口，如一 条白车身焊接生产线约有 60-100 台套单元机器人，其核心装备焊接机器人 100%依赖进口，严重受制于人。当我国企业进行产品结构升级换代，需要改造生产线工艺、或是替换相关 部件等，不仅请国外专家进行重新设计与维护，价格十分昂贵，而且有一些成套设计技术 与关键部件进行封锁，这样严重制约了我国企业产品转型、技术改造、更新换代等方面的 国际竞争力。 随着我国逐步进入老龄化社会，我国助老助残型服务机器

8、人需求量将面临井喷式增 长。随着国内生活水平的提高和教育投入的逐年递增，我国教育型、娱乐型机器人的需求 也在稳步快速提升。 我国政府十分重视机器人技术的研究与开发，尤其是自 863 计划启动以来，一直将机 器人作为重点支持的主题方向，国家中长期科学和技术发展规划纲要将智能服务机器 人列为重点方向，以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重点，研究设计方法、制造 工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。经过二十多年的发展，在机器人技术基 础理论、关键技术、系统集成和研发基地建设等方面取得重要进展： 在工业机器人研发方面积累了重要基础：开发出多种面向汽车、航空、物流等行 业的弧焊、点焊、喷涂、搬

9、运等工业机器人，在工业机器人机构设计、驱动与控制、制造、 系统集成与工程应用等方面积累了大量的经验。国家“高档数控机床与基础制造装备”重大专项设立了“焊接机器人、喷涂机器人、搬运机器人“等研究方向，对工业机器人的研发与 产业化进一步支持。 服务机器人研发方兴未艾：“十五”和“十一”863 计划重点支持了个人卫生护理机器人、陪护机器人、中医按摩机器人、多功能助行康复机器人、网络化远程上肢康复训练 机器人、老人/残障者智能型室内助动系统、老人/残障者上下楼梯助行系统等助老助残机 器人，面向中小学生和大学生的教育娱乐机器人，面向矿难、地震救援和极地科考的危险 环境作业和双足与仿生机器人等。 极端作业

10、机器人取得创新成果：哈尔滨工业大学、中科院沈阳自动化所、上海交 通大学、南开大学等单位，开发出 MEMS 装配、IC 硅片传输、高性能（高速、高精度、 高加速度）封装、细胞操作、纳米结构操作与组装等微纳米操作机器人与精密作业装备。 机器人研发与产业化基地建设取得重要进展：经过二十多年的发展，形成了以哈尔 滨工业大学、中科院沈阳自动化所、北京航空航天大学、北京理工大学等为代表的研究基 地和以沈阳新松机器人公司、哈尔滨博实自动化设备公司、苏州博实机器人技术有限公司、 奇瑞汽车集团公司等为代表的多个机器人开发与应用基地，并得到地方政府与企业的高度 关注。 综上，机器人在工业领域已得到广泛的应用，其应

11、用领域从传统的工业领域向IC、 微纳制造、生物制造等先进领域和教育娱乐、助老助残、家政服务、危险环境作业等非制 造领域发展，并正在形成巨大的高技术产业。其技术发展趋势是：高性能化（高速、高精、 重载、轻量化）、极端化（高温、真空、微纳米精度）、智能化（智能仿生）和网络化。 1.3机电电器类人才需求分析 电类专业为社会培养机电类方面的生产、管理、使用维护的第一线的高等技术应用型 人才。加入 WTO 后，我国机电行业等制造业迅猛发展，产业结构大幅度调整，社会对机 电类人才需求发生很大变化。 随着科学技术的不断进步，机械与电子电气已变得密不可分，尤其是电脑信息技术的 广泛应用和对各领域的渗透，机械设

12、计、制造有了全新的理念，懂得电的如果不懂机械或 者说懂得机械的不懂电将是一件很不可思议的事。机电设备、自动化设施、各种自动化生 产线都需要既懂得电又懂得机的专业人才去使用和维护。二十一世纪是电信息时代，人们 的生活与电脑密不可分，电子技术已渗透到机械制造的各个方面。根据在近几年用工市场的信息可知，机电一体化的专业人才十分迫切，其工资待遇甚至超过了本科生、硕士生，特别是对懂得机器人技术、PLC、变频技术、数控技术的专业人才的需求量很大。每一个单位都需要有机电一体化的维护和修理的专业人员。随着工业生产水平的不断进步和人民生活水平的不断改善，大量的更为先进的机电设备的投入已经成为事实，靠单个外出培训

13、已不能满足实际需要。 产业的发展必然带来对人才需求的增长，技术的进步必然要求人员素质的提高。许多企业一方面为了提高人员效率而精简缺乏专业技能的冗余人员，另一方面又大量引入急需的专业技术人员。从近几年毕业生的就业情况看，各个行业中，机电行业的毕业生就业率一直处在前列。 岗位人才需求状况 在综合沿海地区以及本地的机电等机电行业的发展的信息我们发现用人单位急需以下岗位人才: (1) 机电产品的制造加工，人员需求增长 16.4%; (2) 机电产品的组装、调试, 人员需求增长 12.8%; (3) 机电设备的操作、维护, 人员需求增长 6.4%; (4) 机电产品的销售、技术服务、检验与管理, 人员需

14、求增长 5.2%; (5) 自动化生产线的调试维护等, 人员需求增长 9.3%; (6) 生产现场工艺技术人员, 人员需求增长 5%; (7) 数控机床的操作、编程、维护维修人才, 人员需求增长 11.3%； (8) 模具工艺设计, 人员需求增长 15.4%。 上述岗位在原有传统行业中融进了高新技术。有些机电产品和大型生产线应用了微机、软件、PLC，微电子、激光技术，并采用各种新型的传感器来检测和控制，其产品的制造手段也不断更新，如激光加工、数控加工等等。 在以机电类为主的专业中，机电一体化专业较之其他专业在选择就业岗位的面积上 要更加的广阔，加上某些岗位人才的奇缺，特别是一些经济发达地区对机

15、电一体化专业的高职毕业生实际需求是巨大的，因此在培养这个专业学生的时候侧重点就放在了如何突出机电一体化专业作为电气、自动化、机械制造等专业的补充与延伸这一优势上，使这些学生的能力也从单纯的电类知识扩展到了与机械知识的共融，能更好地适应用人单位的需求。 以下是部分社会调查报告，仅供参考： 机电发展前景 70.00% 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 1 机电就业前景 1 非常好 一般 很不好 不知道 很好，供不应求 还算可以 有点困难 很难

16、 类型机电人才更好就业 50.00% 45.00% 40.00% 35.00% 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% 45.00% 40.00% 35.00% 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% 40.00% 35.00% 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% 1 机电创业可能性 1 机电人才就业遇到的问题 1 技术型 管理型 综合型 没区别 很可能 可能 可能性很小 不可能 专业知识不够 专业技能不够 市场需求不强 就业竞争

17、激烈 第二部分机器人实验室建设规划 根据院系发展规划，着力提高教学与专业建设，本实验室建设方案充分体现机器人发展趋势与应用动向，所展示的机器人类型丰富，涉及内容全面。以结合生产实际的实训为核心设施，注重基础训练，适当兼顾未来应用的新型机器人，拓展学生视野。建设成为国内先进、特色明显，具有示范代表性的机器人主题实验室。 机器人实验室总体采取分区教学模式，包括：基础训练区、应用综合实训区、拓展展示区。三部分既相互区分又相互联系，由浅入深，由单机到系统，技术具有连续性。由实验平台模拟到实际工业现场应用，由工业机器人到特种机器人，让学生逐步掌握机器人技术、工业机器人现场应用与操作、工业控制与运动控制等

18、机器人实用技术。在掌握机器人高级技术应用的同时，训练学生动手能力、操作能力和故障检测维护能力。同时通过教育娱乐创新机器人、特种机器人、仿人形机器人的演示与操作，寓教于乐，提高学生学习兴趣、拓宽知识面，为在更高领域的研究夯实基础。系统提供开放性的平台，可根据教学需要与专业建设要求开展多层次全方位的二次开发与研究，也可结合机器人技术与当地工业背景开展应用课题研究。 2.1 基础训练区 2.1.1 最小机电系统连接与控制实训平台 产品用途：电机控制基础训练 训练内容和产品特色： 机电系统的最小组成（电机、驱动器、控制器）和基本原理，能够完成配线图的 绘制和连接； 能够对电机完成基本的控制，包括：气动

19、/停止、调速、换向等； 掌握电机控制的几种基本方式：专用控制卡、PLC、变频控制、电子调速控制； 系统包括：一套控制卡+伺服驱动器+伺服电机；一套 PLC+步进驱动器+步进电 机；一套变频器+变频电机；一套电子调速器+调速电机，基本覆盖了工业上常用的电机和控制方式。 2.1.2 基础提高训练设备 单轴或双轴控制实训平台 产品用途：在掌握电机基本控制系统的基础上完成一个基本的搬运装配作业过程。 训练内容和产品特色： 掌握脉冲当量换算，驱动器细分当量换算等基本控制算法； 掌握简单气动系统的组成和连接； 掌握机械传动部件的选择，结构件的设计，传感器的选择和使用，电机的选择和 使用； 能够采用 PLC 编程完成对电机和气缸的位置控制。 系统组成：一轴步进驱动系统（电机、丝杠、导轨）、一轴气动驱动系统（气缸、 电磁阀、真空系统），PLC 控制。 乒乓球搬运三轴工作台