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一、工业机器人概述1.机器人的发展概况1920，机器人(Robot)一词最早出现于捷克斯洛伐克剧作家KarelCapek的剧本《Rossum’sUniversalRobots》中.剧中把捷克语“Robota”(农奴)写成“Robot”(机器人)1942年，著名科普读物作家IsaacAsimov在科幻小说《流浪者》中提出了机器人学(Robotics)一词，预测了机器人所涉及的科学领域和存在的问题。“Robot”的出现:1950年，IsaacAsimov在科幻小说《IRobot》中，不仅描写了机器人机械方面的具体内容，而且描述了它在智能方面的内容，如机器人如何进行选择、决策等。提出了有名的“机器人三原则”：机器人不可伤害人或眼看人将遇害而袖手旁观。机器人必须服从人的命令，但若命令的内容违反1时，则不受此约束。只要不违反上述两条，机器人必须自己保卫自己。二战期间,为处理放射性材料研制出了遥控的主从式操作器(连杆机构)。1949年,由于研制新型飞机时零件加工的需要,美国空军发起了对数控铣床的研制。1953年,MIT研制出数控铣床(伺服技术与数字技术的结合)。机器人的起源:——机器人起源于遥控操作器和数控机床机器人的出现及发展：1954,GeorgeDevol(美)提出机器人不一定要象人的样子,但要能做人的工作。他具体描述了如何建造能控制的机械手,并申请了专利。1961,GeorgeDevol研制出第一台采用伺服控制技术的工业机器人。它是一台将遥控操作器的连杆机构与数控技术结合起来的设备。60年代，工业机器人进入成长期,机器人开始向实用化发展,并被用于焊接和喷涂作业中。1967,日本的川崎重工购买了美国的专利许可,机器人远渡重洋来到日本。70年代，出现了更多的机器人商品，机器人进入实用化时代。日本成为“机器人王国”。1974年，CincinatiMilacron推出了第一台计算机控制的工业机器人T3，它可以举起100磅重的物体，并可跟踪在装配线上的工件。80年代，工业机器人进入普及时代,开始在汽车、电子等行业得到大量使用,推动了机器人产业的发展。1982年，研制出第一台示教再现机器人90年代初,工业机器人的生产与需求进入高潮期。1991年底世界上已有53万台工业机器人。90年代还出现了具有感知、决策、动作能力的智能机器人,产生了智能机器或机器人化机器。随着信息技术的发展,机器人的概念和应用领域也在不断扩大。因此，至今为止也没有一个统一的机器人的定义。机器人学是一门不断发展的科学，对机器人的定义也随其发展而变化。国际上，关于机器人的定义主要有以下几种：（1）美国机器人协会(RIA)的定义：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(manipulator)”。（2）日本工业机器人协会(JIRA)的定义：工业机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行器(endeffector)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”。（3）美国国家标准局(NBS)的定义：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”。（4）国际标准化组织(ISO)的定义：“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，能够借助于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”。（5）我国对机器人的定义。蒋新松院士曾建议把机器人定义为“一种拟人功能的机械电子装置”(amechantronicdevicetoimitatesomehumanfunctions)。参考各国的定义，对机器人给出以下定义：机器人是一种计算机控制的可以编程的自动机械电子装置，能感知环境，识别对象，理解指示命令，有记忆和学习功能，具有情感和逻辑判断思维，能自身进化，能计划其操作程序来完成任务。2.机器人的发展及应用春秋后期，鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”。机器马车西周时期，出现了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人──自动机。可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。1)古代机器人汉代大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”。用其运送军粮，支援前方战争。写字机器人1738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。19世纪中叶出现了科学幻想派和机械制作派。1886年《未来的夏娃》问世。在机械实物制造方面，1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。1773年，自动书写玩偶、自动演奏玩偶等被连续推出。现在保留下来的瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，还定期弹奏音乐供参观者欣赏。1927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”。可以回答一些问题。2）现代机器人1952年，第一台数控机床的诞生，为机器人的开发奠定了基础。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。主从机器人1948年，美国原子能委员会的阿尔贡研究所开发了机械式的主从机械手。1962年美国AMF公司推出的“VERSATRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”是机器人产品最早的实用机型（示教再现）。VERSATRANUNIMATE1965年，MIT的Roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统1970年，在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人1980年后，日本赢得了“机器人王国”的美称各种用途的机器人：水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等新的机器人名称：“软件机器人”、“网络机器人”、机器人化机器德国排爆机器人相扑机器人无人驾驶振动式压路机机器鱼“自由泳”“过龙门”在水中“戏球”自主地避开障碍物机器鱼我国研制的排爆机器人70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。1972年开始研制自己的工业机器人“七五”期间，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施上世纪90年代初期起，形成了一批机器人产业化基地我国工业机器人的发展：日本和美国在20世纪60年代就已经开始进行机器人的研究，与他们相比较，我国还存在较大的差距，因此需要更多的人加入到发展机器人的事业中来。3.机器人的分类1）按系统功能分名称特征说明专用机器人在固定地点以固定程序工作，无独立的控制系统。工作对象单一、动作较少、结构与系统简单、价格低廉。附属于加强机床的自动换刀机械手，适用于大批量生产系统。通用机器人具有独立的控制系统，工作程序可变、动作灵活多样，以适应不同的工作对象。机构较为复杂，工作范围大，定位精度高，通用性强，适合于多品种、中小批量生产为特点的柔性制造系统。示教再现机器人通过示教操作向机器人传授顺序、条件、位置和其它信息，机器人即能按照所存贮的信息，反复再现示教动作。智能机器人能根据感觉机能和认知机能来自行决定行动的机器人2）按驱动方式分名称特征说明气动机器人以压缩空气来驱动执行机构，动作迅速、结构简单、造价低，但工作速度的稳定性差等。适于：高速轻载、高温和粉尘大的作业环境。液压传动机器人以液压方式驱动执行机构，其传动平稳、动作灵敏、出力大，但要求密封性较高。电力机器人采用电动方式驱动执行机构，常用的有步进电机驱动、直流电机驱动和交流驱动，其控制方法灵活、结构紧凑简单。近年在机械制造业中广泛采用。名称特征说明直角坐标型机器人机器人的手臂按直角坐标形式配置，即通过三个相互垂直轴线上的移动来改变手部的空间位置圆柱坐标型机器人机器人的手臂按圆柱坐标形式配置，即通过两个移动和一个转动来实现手部空间位置的改变球坐标型机器人机器人的手臂接球坐标形式配置，其手臂的运动由一个直线运动和两个转动所组成。关节型机器人机器人的手臂按类似人的腰部及手臂形式配置，其运动由前后的俯仰及立柱的回转构成。移动机器人机座不固定的机器人，可分为轮式，履带式和足式3）按结构形式分直角坐标型圆柱坐标型球坐标型多关节型平面关节型4）按使用行业、部门和用途分类（1）工业机器人——锻压、焊接、表面喷涂、装卸、装配、检测等（2）采掘机器人——海洋探矿机器人（3）军事用途机器人（4）服务机器人——医疗、家用、数学等。1.相关术语及性能指标关节（Joint）：即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。二、机器人的结构连杆（Link）：机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。自由度（Degreeoffreedom）：或者称坐标轴数，是指描述物体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。刚度（Stiffness）：机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的变形量（位移）之比来度量。定位精度（Positioningaccuracy）：指机器人末端参考点实际到达的位置与所需要到达的理想位置之间的差距。重复性（Repeatability）或重复精度：在相同的位置指令下，机器人连续重复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值的密集程度，即重复度。oo工作空间（Workingspace）：机器人手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能到达的所有空间区域，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。注意：不同的书上，运动简图的符号表示可能不一样。（a）表示手指（末端执行器）；（b）表示垂直、升降运动；（c）表示水平伸缩运动；（d）表示回转运动；（e）表示俯仰运动。2.工业机器人的结构1）机构运动简图直角坐标式圆柱坐标式球坐标式关节坐标式（a）直接驱动型（b）平行连杆型（c）偏置型（d）平面型1234561234562）工业机器人手部(手爪)结构滑槽杠杆式手部齿轮齿条式手部块杠杆式手部斜楔杠杆式移动型连杆式手部齿轮齿条式手部内涨斜块式手部连杆杠杆式手部手指类型：电磁式吸盘气吸式吸盘常见的另两种手部:滚动轴承座圈钢板齿轮多孔钢板双吸头吸盘多吸头吸盘吸取瓦楞板双吸头吸盘双吸头架式吸盘多吸头板式吸盘其它手部:3）工业机器人腕部结构腕部影响手部的姿态（方位）臂部确定手部的位置4)工业机器人臂部结构20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。三、工业机器人的应用工业机器的主要用于以下几个方面：1.恶劣工作环境及危险环境军事领域及核工业领域有害于人体健康并危及生命、或不安全因素很大而不宜由人去做的作业。2.特殊作业及极限作业场合火山探险、深海探密和空间探索等人类力所不能及的领域。3.自动化生产领域生产线上的上、下料，点焊和喷焊，机电、汽车、塑料、机械等加工领域，自动化产生制造等。1.点焊机器人点焊机器人有大转矩、大惯性、刚性结构以卓越的加速性能等优良特性，而且有多中版本，分别具有不同的臂长和承重能力等。机器人的到达距离和有效载荷在175-225Kg之间（无手腕可达250Kg），最大工作距离为2.55-3.2m。点焊机器人焊接汽车顶盖2.弧焊机器人弧焊机器人焊接消音器弧焊机器人机器人的任务是精确地保证焊枪所要求的位置、姿态实现其运动。工业机器人至少有3个以上可编程关节。变位机将被焊工件旋转（平移）到最佳的焊接位置。3.喷漆机器人喷漆机器人的关节喷漆专用的机器人IRB540喷漆喷涂车前大灯罩4.搬运机器人搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工