机器人实验室建设设计方案.doc

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1、|机器人实验室建设方案(参考样例 )*公司I|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

2、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 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、.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 -2.3.4 可 重 构 并 联 机 器 人 . - 19 -第三部分 机器人机电教学模式探讨 . - 20 -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

4、 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

5、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 ， 2008 年全球工业机器人装机总量已超过 100 万套，2007 年全球新安装的工业器人的数量达到 106000 套 ， 预 计 2011 年将达到 12 万 套 。 现 阶 段

6、 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 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

7、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 2008 年 报 告 显 示 ， 截 至 2006 年 底 ， 世 界 累 计 安 装 个 人 服 务 机 器 人 约 240 万 套 ，2007 一年世界新安装个人服务机器人达 100 万套。预计 2011 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

8、 ， 服 务 机 器 人 将 有 大 幅 的成长，预估 2010 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-3-|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

9、 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 2011 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

10、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

11、我国逐步进入老龄化社会，我国助老助残型服务机器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

12、 ， 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 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、

13、搬运机器人“等研究方向，对工业机器人的研发与-4-|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

14、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

15、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 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

16、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 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

17、 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-5-|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、P LC、 变 频 技 术 、 数 控 技 术 的 专 业 人 才 的 需 求 量 很 大 。

18、 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

19、 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, 人员需求增长 5.2%;(5) 自动化生产线的调试维护等, 人员需求增长

20、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、P LC，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-6-|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

21、对机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1-7-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|类 型 机 电 人 才 更 好

22、 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1-8-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 激 烈|第二部

23、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

24、 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 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

25、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-9-|绘制和连接； 能够对电机完成基本的控制，包括：气动/ 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

26、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- 10 -