工业机器人技术概论 制造是现代人类全部经济活动的基石，是人类历史进展和文明进步的动力。机器人的诞生，就如同人类直立行走一样代表着人类社会的进步，工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危急、恶劣环境下的作业，将人们从这些繁重的工作中解脱出来，这是人类文明的又一次飞跃。随着人类工业文明的不断进步，科学技术的迅猛进展，工业机器人的广泛应用正在日益转变着人类的生产和生活方式。 一、工业机器人的进展史 “机器人”一词出自捷克文，意为劳役或苦工。1920 年，捷克斯洛伐克小说家、剧作家卡雷尔·查培克在他写的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中， 依据 Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和 Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，制造出“机器人”这个词。此后被欧洲各国语言所吸取而成为特地名词。 机器人首先是被工厂所使用的。工业机器人的使用可以追溯到 20 世纪 50 年月末。在其次次世界大战中，武器专家制造了武器瞄准用的司服系统，直到这个时候，人们才拥有制造机器人所需的技术。二战完毕后不久，制造家约瑟夫·恩格尔贝格〔Joseph F.Englberger〕意识到这种技术能应用于机器人的研制，于是，他与另一位制造家乔治·德沃尔(George Devol)共同开发了的一台工业机器人——“尤尼梅特”〔Unimate〕,并于 1961 年在通用汽车公司的工厂里启用。它的构造相当的简洁，功能也只是把零件拿起来，然后放到传送带上，不能对它所处的环境做出反响，只能按预先设定的程序准确的重复同一动作。但是，“尤尼梅特”的应用向人们预示了工业机械化的惊奇前景，具有格外重要的意义。机器人在很多工厂消灭后，不但没有遭到拒绝，而且很多脏活、累活都由机器人来干，受到了工人们的欢送。 20 世纪 60 年月可谓是工业机器人的拂晓期，机器人的很多功能得到了进一步的进展。像传感器的应用提高了机器人的可操作性，人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括恩斯特承受的触觉传感器，托莫维奇和博尼在世界上最早的“机敏手”上用到了压力传感器，而麦卡锡则开头在机器人中参与视觉传感系统，并帮助 MIT 推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统；声纳系统、光电管等技术的应用，使机器人可以依据环境校正自己的位置。20 世纪 60 年月中期开头，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等间续成立了机器人试验室。美国兴起争辩其次代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。 20 世纪 70 年月，随着计算机和人工智能技术的进展，机器人进入了有用化时代。像日立公司推出的具有触觉、压力传感器，7 轴沟通电动机驱动的机器人； 美国 Milacron 公司推出的世界第一台小型计算机把握的机器人，由电液司服驱动，可跟踪移动物体，用于装配和多功能作业；适用于装配作业的机器人还有像日本山梨大学制造的SCARA 平面关节型机器人等；70 年月末期，由美国Unimation公司推出的 PUMA 系列机器人，为多关节、多 CPU 二级计算机把握，全电动，有 专用 VAL 语言和视觉、力觉传感器，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA 至今照旧工作在工厂第一线 年月，机器人进入了普及期，随着制造业和的进展，使工业机器人在兴盛国家走向普及，并向高速、高精度、轻量化、成套系列化和智能化进展， 以满足多品种、少批量的需要。到了 90 年月，随着计算机技术、智能技术的进步和进展，其次代具有确定感觉功能的机器人已经有用化并开头推广，具有视觉、触觉、高机敏手指、能行走的第三代智能机器人相继消灭并开头走向应用。 机器人是人类 20 世纪的重大制造之一。据国外专家推想，2l 世纪将是机器人技术革命的世纪，机器人作为全面延长和扩展人的体力和智力的手段将实现 “当代最高意义上的自动化”。机器人的应用和普及正在转变人类的生产方式、生活方式和作战方式。在格外规和极端制造过程中，工业机器人是不行缺少的自动扮装备。 二、工业机器人的进呈现状，应用领域及进展趋势 〔一〕、工业机器人的进呈现状 机器人是最典型的机电一体化数字扮装备，技术附加值很高，应用范围很广， 作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的兴产业，将对将来生产和社会进展起越来越重要的作用。 工业机器人从70 年月初的第一台诞生开头，至今已经走过了30 多年的历程。至今，全世界每年都有近十万台机器人投入运行。现在使用最广的工业机器人， 是 6 自由度垂直多关节机器人。世界上的不同机器人厂家都各自有自己的设计标准和构造特点，但主要的机械构造和把握功能都大同小异，并趋于技术的稳定成熟。 主流的机型，其主要性能的改进，表达在机构的进一步紧凑，速度和范围等指标也有所提高，通信功能更加强大，应用工艺力气更加丰富和便利，把握的轴数也越来越多。作为世界上最先进的机器人之一的 MOTOMAN 机器人，升级换代周期大致为 5 年左右。最一代 MOTOMAN 机器人可以实现对 38 个轴的把握，能进展双机加外部轴的协调把握、三机以至四机的协调联动把握。 当前工业机器人技术的进展方向，主要表达在型机器人的推出以及机器人应用技术的丰富和进展。 (二〕 、工业机器人的应用领域 由于机器人及自动化成套装备对提高制造业自动化水平，提高产品质量和生产效率、增加企业市场竞争力、改善劳动条件等起到了重大的作用，加之本钱大幅度降低和性能的快速提高，其增长速度较快。机器人的应用主要有两种方式， 一种是机器人工作单元，另一种是带机器人的生产线，并且后者已经成为机器人应用的主要方式。以机器人为核心的自动化生产线适应了现代制造业多品种、少批量的柔性生产进展方向，具有宽阔的市场进展前景和强劲生命力，已开发出多种面对汽车、电气机械等行业的自动化成套装备和生产线产品。 随着科学与技术的进展，工业机器人的应用领域也不断扩大。目前，工业机器人不仅应用于传统制造业如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域，同时也已开头扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等效劳业领域中。如，水下机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、擦玻璃机器人、高压线作业机器人、服装裁剪机器人、制衣机器人、管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人、作战机器人、侦察机器人、哨兵机器人、排雷机器人、布雷机器人等军用机器人都广泛应用于各行各业。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，将来各种专业效劳机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场将富强兴盛。 〔三〕、工业机器人的进展趋势 机器人涉及到机械、电子、把握、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高技术进展成果的综合集成。因此它的进展与上述学科进展亲热相关。机器人在制造业的应用范围越来越宽阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高，功能越来越强，并向着成套技术和装备的方向进展。机器人应用从传统制造业向非制造业转变，向以人为中心的个人化和微小型方向进展，并将效劳于人类活动的各个领域。总趋势是从狭义的机器人概念向广义的机器人技术〔RT〕概念转移；从工业机器人产业向解决工程应用方案业务的机器人技术产业进展。机器人技术〔RT〕的内涵已变为“机敏应用机器人技术的、具有实在动作功能的智能化系统。”目前，工业机器人技术正在向智能机器和智能系统的方向进展，其进展趋势主要为：构造的模块化和可重构化；把握技术的开放化、PC 化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的有用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。 三、现阶段已有的工业机器人在设计、把握方面所需的关键技术 机器人技术是利用计算机的记忆功能、编程功能来把握操作机自动完成工业生产中某一类指定任务的高技术，是当今各国竞相进展的高技术内容之一。它是综合了当代机构运动学与动力学、周密机械设计进展起来的产物，是典型的机电一体化产品，工业机器人由机械系统、传感系统和把握系统 3 个根本局部组成。机械系统：包括根本构造和驱动源，工业机器人的机械系统是工业机器人的重要局部，其他系统必需与机械系统相匹配，相辅相成，组成一个完整的机器人系统。传感器系统：包括内部传感器和外部传感器，用于检测机器人自身状态以及所处的环境和对象状态等。把握系统：依据输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进展把握。 〔一〕、工业机器人的机械系统 1、最小运动惯量 由于机器人主体运动部件多，运动状态经常转变，必定产生冲击和振动，承受最小运动惯量原则，可增加操作机运动平稳性，提高操作机动力学特性。 2、尺度规划 当设计要求满足确定工作空间要求时，通过尺度优化以选定最小的臂杆尺寸，这将有利于操作机刚度的提高，使运动惯

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