第一篇：工業(yè)機(jī)器人的研究進(jìn)展

工業(yè)機(jī)器人的研究進(jìn)展

工業(yè)機(jī)器人是廣泛適用的能夠自主動作，且多軸聯(lián)動的機(jī)械設(shè)備。它們在必要情況下配備有傳感器，其動作步驟包括靈活的，轉(zhuǎn)動都是可編程控制的（即在工作過程中，無需任何外力的干預(yù)）。它們通常配備有機(jī)械手、刀具或其他可裝配的的加工工具，以及能夠執(zhí)行搬運操作與加工制造的任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。

20世紀(jì)50年代末，美國在機(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上，采用伺服機(jī)構(gòu)和自動控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨立的工業(yè)用自動操作裝置，并將其稱為工業(yè)機(jī)器人；60年代初，美國研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車車身的自動生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。

由于工業(yè)機(jī)器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)，70年代起，常與數(shù)字控制機(jī)床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。

工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個運動自由度，其

中腕部通常有1～3個運動自由度；驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。那么工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用背景都有哪些呢？自從1959年，美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，取名“尤尼梅遜”.后。經(jīng)過四十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地擴(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來越多，如無人偵察機(jī)(飛行器)、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用實例。機(jī)器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研究經(jīng)歷了艱難的過程和歷史，它濃縮了人們智慧的結(jié)晶！機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機(jī)器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史。人類希望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便代替人類完成各種工作。西周時期，我國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機(jī)器人。春秋后期，我國著名的木匠魯班，在機(jī)

械方面也是一位發(fā)明家，據(jù)《墨經(jīng)》記載，他曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”，體現(xiàn)了我國勞動人民的聰明智慧。

1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動機(jī)器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。1738年，法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進(jìn)食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機(jī)械化而進(jìn)行醫(yī)學(xué)上的分析。19世紀(jì)中葉自動玩偶分為2個流派，即科學(xué)幻想派和機(jī)械制作派，并各自在文學(xué)藝術(shù)和近代技術(shù)中找到了自己的位置。在機(jī)械實物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動雙腿沿圓周走動。進(jìn)入20世紀(jì)后，機(jī)器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關(guān)心與支持，一些適用化的機(jī)器人相繼問世，1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個機(jī)器人“電報箱”，并在紐約舉行的世界博覽會上展出。它是一個電動機(jī)器人，裝有無線電發(fā)報機(jī)，可以回答一些問題，但該機(jī)器人不能走動。1959年第一臺工業(yè)機(jī)器人（可編程、圓坐標(biāo)）在美國誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。

現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計算機(jī)和自動化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。自1946年第一臺數(shù)字電子計算機(jī)問世以來，計算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。

1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教，機(jī)器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相似，但外形特征迥異，主要由類似人的手和臂組成。1965年，MIT的Roborts演示了第一個具有視覺傳感器的、能識別與定位簡單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。1967年日本成立了人工手研究會（現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會），同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會。1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會議。1970年以后，機(jī)器人的研究得到迅速廣泛的普及。1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺由小型計算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，它是液壓驅(qū)動的，能提升的有效負(fù)載達(dá)45公斤。到了1980年，工業(yè)機(jī)器人才真正在日本普及，故稱該年為“機(jī)器人元年”。

隨著計算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提高，移動機(jī)器人和機(jī)器人的視覺和觸覺等技術(shù)就是典型的代表。由于這些技術(shù)的發(fā)展，推動了機(jī)器人概念的延伸。80年代，將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統(tǒng)稱為智能機(jī)器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導(dǎo)了機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機(jī)器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間，水下機(jī)器人、空間機(jī)器人、空中機(jī)器人、地面機(jī)器人、微小型機(jī)器人等各種用途的機(jī)器人相繼問世，許多夢想成為了現(xiàn)實。將機(jī)

器人的技術(shù)（如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等）擴(kuò)散和滲透到各個領(lǐng)域形成了各式各樣的新機(jī)器——機(jī)器人化機(jī)器。

目前國內(nèi)外所研究的工業(yè)機(jī)器人都有哪些分類呢？從機(jī)器人的用途來分，可以分為兩大類：一軍用機(jī)器人:1地面軍用機(jī)器人2無人機(jī)3水下機(jī)器人4空間機(jī)器人和二民用機(jī)器人：1服務(wù)機(jī)器人2娛樂機(jī)器人3累人機(jī)器人4農(nóng)業(yè)機(jī)器人！

地面機(jī)器人：地面機(jī)器人主要是指智能或遙控的輪式和履帶式車輛.地面軍用機(jī)器人又可分為自主車輛和半自主車輛。自主車輛依靠自身的智能自主導(dǎo)航,躲避障礙物,獨立完成各種戰(zhàn)斗任務(wù);半自主車輛可在人的監(jiān)視下自主行使,在遇到困難時操作人員可以進(jìn)行遙控干預(yù)。無人機(jī)：科學(xué)技術(shù)先進(jìn)，國力較強，因而80多年來，世界無人機(jī)的發(fā)展基本上是以美國為主線向前推進(jìn)的。水下機(jī)器人：水下機(jī)器人分為有人機(jī)器人和無人機(jī)器人兩大類：有人潛水器機(jī)動靈活，便于處理復(fù)雜的問題，擔(dān)任的生命可能會有危險，而且價格昂貴。無人潛水器就是人們所說的水下機(jī)器人，“科夫”就是其中的一種。它適于長時間、大范圍的考察任務(wù)，近20年來，水下機(jī)器人有了很大的發(fā)展，它們既可軍用又可民用?？臻g機(jī)器人：空間機(jī)器人是一種低價位的輕型遙控機(jī)器人，可在行星的大氣環(huán)境中導(dǎo)航及飛行。為此，它必須克服許多困難，例如它要能在一個不斷變化的三維環(huán)境中運動并自主導(dǎo)航，幾乎不能夠停留，必須能實時確定它在空間的位置及狀態(tài)，要能對它的垂直運動進(jìn)行控制，要為它的星際飛行預(yù)測及規(guī)劃路徑。

服務(wù)機(jī)器人：服務(wù)機(jī)器人是一種可自由編程的移動裝置，它至少應(yīng)有三個運動軸，可以部分地或全自動地完成服務(wù)工作。這里的服務(wù)工作指的不是為工業(yè)生產(chǎn)物品而從事的服務(wù)活動，而是指為人和單位完成的服務(wù)工作。娛樂機(jī)器人：娛樂機(jī)器人以供人觀賞、娛樂為目的，具有機(jī)器人的外部特征，可以像人，像某種動物，像童話或科幻小說中的人物等。同時具有機(jī)器人的功能，可以行走或完成動作，可以有語言能力，會唱歌，有一定的感知能力。類人機(jī)器人：研制出外觀和功能與人一樣的機(jī)器人是科學(xué)家們夢寐以求的愿望，也是他們不懈追求的目標(biāo)。農(nóng)業(yè)機(jī)器人：由于機(jī)械化、自動化程度比較落后，“面朝黃土背朝天，一年四季不得閑”成了我國農(nóng)民的象征。但近年農(nóng)業(yè)機(jī)器人的問世，有望改變傳統(tǒng)的勞動方式。在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的方面，目前日本居于世界各國之首。

當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢主要有：1 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價格不斷下降。2 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；有關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人。3 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。4 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟

應(yīng)用。5 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。

總體趨勢是，從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)?靈活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實際動作功能的智能化系統(tǒng)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來越靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發(fā)展。

第二篇：機(jī)器人研究進(jìn)展之我見

機(jī) 器 人 研 究 進(jìn) 展

院系：班級：姓名：學(xué)號：

機(jī)器人研究進(jìn)展

（一）機(jī)器人定義

機(jī)器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。

它可以說是高級整合控制論、機(jī)械電子、計算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。目前在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。

現(xiàn)在，國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機(jī)器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。

（二）機(jī)器人的研究進(jìn)展

機(jī)器人的研究從一開始就是擬人化的，所以才有機(jī)械手、機(jī)械臂的開發(fā)與制作，也是為了以機(jī)械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險。但近十幾年來，機(jī)器人的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。

1、可以假亂真的“女”機(jī)器人亮相世博會

05年6月9日，日本大阪大學(xué)的一名教授（右）在愛知世博會上調(diào)試一個仿真機(jī)器人。這個“女性”機(jī)器人不僅外表酷似真人，還能模仿播音員講話，同時頭部、上肢和上身能活動?！拔队X”機(jī)器人亮相世博會

新華網(wǎng)東京６月１０日電（記者何德功）世界首個“味覺”機(jī)器人９日在日本愛知世博會亮相，這款機(jī)器人能夠準(zhǔn)確辨別出數(shù)十種食物。

據(jù)《富士產(chǎn)經(jīng)商報》９日報道，這款“味覺”機(jī)器人由日本電氣公司和三重大學(xué)聯(lián)合開發(fā)。雖然名為“味覺”機(jī)器人，但它辨別食物并不是通過食物的味道，而是通過不同食物特有的“紅外指紋”。

不同食物反射紅外線的能力不同，并因此形成各自獨有的“紅外指紋”?！拔队X”機(jī)器人的左手尖安裝有紅外線探測裝置，能夠獲取所“品嘗”食物的“紅外指紋”。經(jīng)過與數(shù)據(jù)庫資料的對比后，就可以判斷食物的名稱。專家認(rèn)為，“味覺”機(jī)器人用途廣泛，可以用類似技術(shù)開發(fā)智能冰箱等新型家電產(chǎn)品。

2、日本愛知世界博覽會展覽會游泳的機(jī)器人

6月9日，在日本愛知世界博覽會機(jī)器人展覽中，由日本三菱重工業(yè)公司研制的魚形機(jī)器人吸引了不少觀眾。該款機(jī)器人長1米、重25公斤，可在水中自主游動。三菱重工1999年曾研制出兩種魚造型的機(jī)器人

3、山東省動物機(jī)器人研究獲突破

“動物機(jī)器人”又稱“機(jī)器人動物”或“智能動物”，即用人工電信號控制動物的神經(jīng)系統(tǒng)，使動物變成“機(jī)器人式”的動物。山東科大剛剛完成的這組實驗，就是用計算機(jī)產(chǎn)生具有一定規(guī)律的電信號編碼，通過植入大白鼠腦內(nèi)的數(shù)根微電極將這些電信號施加到具有特定功能的神經(jīng)核團(tuán)，從而使大白鼠在神經(jīng)核團(tuán)的控制下實現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)等特定動作。

（三）機(jī)器人的未來發(fā)展

未來的機(jī)器人將會朝著三個方面發(fā)展：

一、與人類社會的生活更為密切地結(jié)合起來，以為人作出更多的服務(wù)作為要素

二十年后，家中掃除、清潔的工作或老人的護(hù)理保健的工作可能全由機(jī)器人取代。美國舊金山的醫(yī)院已開始使用機(jī)器人為病人送藥、配藥的服務(wù)。美國的阿伊機(jī)器人公司的總裁接受媒體采訪時表示，該公司生產(chǎn)的家用大掃除機(jī)器人產(chǎn)品，2002年只有一百二十萬美元銷售額，到2004年已猛增10倍以上。還有，家居的全自動化，無需駕駛的自動汽車，等等，實在無法一一計數(shù)或作出預(yù)計。

二、仿生性，生物性的大趨向

以趣味性、生物性來制造機(jī)器狗、貓、魚等動物。譬如日本三菱重工附屬公司Ryomei Engineering研制成功的金色機(jī)械魚“金魚虎”長1公尺，重25公斤，是一只不小的巨魚，能自動暢游于水中，可協(xié)助監(jiān)察橋梁的保安和搜集魚汛的情況，監(jiān)視河水污染等。索尼公司研制的Aibo機(jī)器狗會對主人聲音有情緒反應(yīng)，已能夠模仿喜怒哀樂和恐懼等情緒，將來可出現(xiàn)代替真正導(dǎo)盲犬的機(jī)器狗。另外，電影《侏羅紀(jì)公園》的恐龍機(jī)器人等也是例子。這類仿生性機(jī)器人還被廣泛用于軍事上的偵察救險、情報傳送，甚至殺敵于無形的手段上去。美國夏威夷大學(xué)設(shè)有水下機(jī)器人研究中心，已具相當(dāng)規(guī)模。今年八月初俄羅斯迷你潛艇在海底為漁網(wǎng)所纏，困于190米下的深海，就得助于英國的“天蝎”號救援艇之助而脫險的，“天蝎”號就是海底機(jī)器人。

三、最重要的發(fā)展是人性化

日本舉行的萬國博覽會，被稱為機(jī)器人的大集合之展覽會，有人甚至將之稱作“機(jī)器人萬國博覽會”，從中亦可看出日本的這一產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢及成果。在展場中，接待處、大會清掃工作、警備工作等，多以機(jī)器人的形式出現(xiàn)與取替。博覽會期間還舉辦多項人與機(jī)器人有關(guān)的活動，其中最引人注目的還是人工智能及人性化的機(jī)器人的表演，譬如接待處的一位女性機(jī)器人能聽、說六國語言，而且說話時眼、嘴皆會動，面部肌肉也有活動。造型奇特有趣的高爾夫球機(jī)器人“坎迪—5”，它內(nèi)置整個高爾夫球場的3D地形和球會會員的資料，并設(shè)置有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，能作360度自如旋轉(zhuǎn)，它的系統(tǒng)將愈加精密，并更具人性化，科學(xué)家預(yù)計在2020年完成其全部制作時，它可充當(dāng)球僮并可從旁給予擊球建議。此外，尚有具“視覺”、“味蕾”的機(jī)器人，它的紅外線測定可以對食物及飲品的成份、含量馬上作出判定，譬如將一只蘋果擺在其手臂前，可以打印出該只蘋果的糖份、維生素含量等。最引人注目的是機(jī)器人管樂隊的演奏，以機(jī)器人演奏真正的樂器，而且隊形不斷變換，演奏技術(shù)臻于上乘。東京大學(xué)于今年八月公布已開發(fā)出人的仿真性皮膚，可如人一樣感受冷熱、痛楚、溫度反應(yīng)，甚至一些人的皮膚未具有的功能都可以設(shè)定，這對仿造機(jī)器人的生命性又是一大進(jìn)步。凡此種種，不一而足。

我國的機(jī)器人研發(fā)工作基本上屬于科學(xué)研究的項目，據(jù)說，中國科學(xué)院目前已造出說話時嘴唇能夠活動、眼睛能轉(zhuǎn)動、具視覺功能的機(jī)器人，其水準(zhǔn)可媲美日本同行其實，機(jī)器人的制作絕對并非只是液壓機(jī)械與電子產(chǎn)品的混成物，要將機(jī)器人造得越來越有人性化，就要兼及生命醫(yī)學(xué)、傳感、光學(xué)及創(chuàng)造性的文化產(chǎn)業(yè)等方面，比如機(jī)器人的關(guān)節(jié)就需要研究中醫(yī)的經(jīng)絡(luò)學(xué)、生物學(xué)上的神經(jīng)刺激反應(yīng)以及文化產(chǎn)品的某種造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英國的科學(xué)家甚至預(yù)言，到2020年，隨著機(jī)器人愈來愈精密和使用有機(jī)零件制造，它們將會受到“機(jī)器人權(quán)”的保護(hù)。

（四）總結(jié)

世界上先進(jìn)的工業(yè)化國家都十分注重機(jī)器人的研究開發(fā)、實用化及事業(yè)化（產(chǎn)業(yè)化）的動向，投入大量的資金、人力，優(yōu)化環(huán)境及指標(biāo)，特別是重視培養(yǎng)年輕一輩對此一未來科學(xué)的興趣，吸引他們的投入，以形成人材梯隊，鍛造出新的產(chǎn)業(yè)隊伍。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，未來的機(jī)器人將更加智能化。機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高技術(shù)的發(fā)展前沿，它在人類生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大正引起國際上重新認(rèn)識機(jī)器人技術(shù)的作用和影響。

第三篇：淺談工業(yè)機(jī)器人

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課程報告

名 稱

現(xiàn)代制造技術(shù)

院

系

機(jī)電工程學(xué)院

班

級

12機(jī)電3班

姓

名

戴

亮

學(xué)

號

125307306

淺談工業(yè)機(jī)器人

戴 亮

（蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)

機(jī)電一體化12級3班）

【摘要】：

本文對工業(yè)機(jī)器人的定義和所涉及到的技術(shù)進(jìn)行了概述，然后從其組成及分類、控制技術(shù)、發(fā)展歷程、現(xiàn)狀、發(fā)展前景、產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式以及主要研究內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，最后分析了其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】：發(fā)展

現(xiàn)狀

前景

應(yīng)用

序言

工業(yè)機(jī)器人是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，可用于安裝、制造、檢測、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件、電氣電子、化工、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

近年來，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，種種跡象表明工業(yè)自動化時代已經(jīng)到來，工業(yè)機(jī)器人極有可能成為下一個迎來爆發(fā)式增長的新興產(chǎn)業(yè)。另一方面，中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于前所未有的機(jī)遇期，政策紅利、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求釋放等機(jī)遇疊加，但中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展卻不盡如人意，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程發(fā)展緩慢。

一、工業(yè)機(jī)器人的定義及技術(shù)概述

1.定義

工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多自由度的自動控制操作機(jī)，是涉及機(jī)械學(xué)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、計算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。2.技術(shù)概述

機(jī)器人技術(shù)是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。

二、工業(yè)機(jī)器人的組成及分類

1.工業(yè)機(jī)器人的組成

工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)以及位置檢測機(jī)構(gòu)組成。（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一組具有與人手腳功能相似的機(jī)械機(jī)構(gòu)，俗稱操作機(jī)，通常由手部、腕部、臂部、機(jī)身、機(jī)座及行走機(jī)構(gòu)組成。（2）控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，控制與支配機(jī)器人按給定的程序動作，并記憶人們示教的指令信息，如動作順序、運動軌跡、運動速度等，可再實現(xiàn)控制所儲存的示教信息。（3）驅(qū)動系統(tǒng)

驅(qū)動系統(tǒng)是機(jī)器人執(zhí)行作業(yè)的動力源，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成規(guī)定的作業(yè)。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有機(jī)械式、液壓式、氣動式以及電氣驅(qū)動等不同的驅(qū)動形式。（4）位置檢測裝置

通過附設(shè)的力、位移、觸覺、視覺等不同的傳感器，檢測機(jī)器人的運動位置和工作狀態(tài)，并隨時反饋給控制系統(tǒng)，以便執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度和速度達(dá)到設(shè)定的位置。

2.工業(yè)機(jī)器人的分類

機(jī)器人的分類方法有很多，這里僅按機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動方式以及系統(tǒng)功能進(jìn)行分類。

（1）按結(jié)構(gòu)形式分類

①直角坐標(biāo)機(jī)器人 ②圓柱坐標(biāo)機(jī)器人 ③球坐標(biāo)機(jī)器人 ④關(guān)節(jié)機(jī)器人（2）按驅(qū)動方式分類

①氣壓傳動機(jī)器人 ②液壓傳動機(jī)器人 ③電氣傳動機(jī)器人（3）按系統(tǒng)功能分類

①專用機(jī)器人 ②通用機(jī)器人 ③示教再現(xiàn)式機(jī)器人 ④智能機(jī)器人

三、工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù)

1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類

（1）按照控制回路的不同分，可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。

（2）按照控制系統(tǒng)的硬件分，可分為機(jī)械控制、液壓控制、射流控制、順序控制、計算機(jī)控制。

（3）按自動化程度分，可分為順序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)。

（4）按編程方式分，可分為物理設(shè)置編程控制系統(tǒng)、示教編程控制系統(tǒng)、離線編程控制系統(tǒng)。

（5）按機(jī)器人末端運動控制軌跡分，可分為點位控制和連續(xù)輪廓控制。2.工業(yè)機(jī)器人的位置伺服控制（1）關(guān)節(jié)伺服控制

關(guān)節(jié)伺服控制是以大多數(shù)非直角坐標(biāo)機(jī)器人為控制對象，它把每一個關(guān)節(jié)作為單獨的單輸入單輸出系統(tǒng)來處理，且獨立構(gòu)成一個個伺服系統(tǒng)。這種關(guān)節(jié)伺服

結(jié)構(gòu)簡單，目前大部分關(guān)節(jié)機(jī)器人都由這種關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)來控制。以前這種伺服系統(tǒng)通常采用模擬電路構(gòu)成，而隨著微電子和信號處理技術(shù)的發(fā)展，關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)已普遍采用了數(shù)字電路形式。（2）坐標(biāo)伺服控制

由于關(guān)節(jié)伺服控制結(jié)構(gòu)簡單，被較多的機(jī)器人所采用，但在三維空間對手臂進(jìn)行控制時，很多場合都要求直接給定手臂末端運動的位置和姿態(tài)，而關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)中的各個關(guān)節(jié)是獨立進(jìn)行控制的，難以預(yù)測有各個關(guān)節(jié)實際控制結(jié)果所得到的末端位置狀態(tài)的響應(yīng)，且難以調(diào)節(jié)各個關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的增益。因而，將末端位置矢量作為指令目標(biāo)值所構(gòu)成的伺服控制系統(tǒng)，稱為作業(yè)坐標(biāo)伺服系統(tǒng)。3.工業(yè)機(jī)器人的自適應(yīng)控制（1）模型參考自適應(yīng)控制

這種方法控制器的作用是使得系統(tǒng)的輸出響應(yīng)趨近于某指定的參考模型，因而必須設(shè)計相應(yīng)的參數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。Dubowsky等人在這個參考系統(tǒng)中采用二維弱衰減模型，然后采用最陡下降法調(diào)整局部比例和微分伺服可變增益，使實際系統(tǒng)的輸出和參考模型的輸出之差為最小。然而該方法從本質(zhì)上忽略了實際機(jī)器人系統(tǒng)的非線性項和耦合項，是對單自由度的單輸出系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的。此外，該方法也不能保證適用于實際系統(tǒng)時調(diào)整律的穩(wěn)定性。（2）自校正適應(yīng)控制

自校正適應(yīng)控制由表現(xiàn)機(jī)器人動力學(xué)離散時間模型各參數(shù)的估計機(jī)構(gòu)與用其結(jié)果來決定控制器增益或控制輸入的部分組成，采用輸入輸出數(shù)與機(jī)器人自由度相同的模型，把自校正適應(yīng)控制法用于機(jī)器人。

四、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展

1.工業(yè)機(jī)器人的誕生至今（1）工業(yè)機(jī)器人的誕生

日本是當(dāng)今的工業(yè)機(jī)器人王國，既是工業(yè)機(jī)器人的最大制造國也是最大消費國，但實際上工業(yè)機(jī)器人的誕生地是美國。機(jī)器人的啟蒙思想其實很早就出現(xiàn)了，1920年捷克作家卡雷爾·恰佩克發(fā)表了劇本《羅薩姆的萬能機(jī)器人》，劇中敘述了一個叫做羅薩姆的公司將機(jī)器人作為替代人類勞動的工業(yè)品推向市場的故事，引起了世人的廣泛關(guān)注。于是在1959年美國的一家汽車公司，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)運而生。美國人英格伯格和德奧爾制造出了世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，他們發(fā)現(xiàn)可以讓機(jī)器人去代替工人一些簡單重復(fù)的勞動，而且不需要報酬和休息，任勞任怨。接著他們兩人合辦了世界上第一家機(jī)器人制造工廠，生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人。（2）工業(yè)機(jī)器人在日本發(fā)展

與此同時，十九世紀(jì)七十年代的日本正面臨著嚴(yán)重的勞動力短缺，這個問題已成為制約其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個主要問題。毫無疑問，在美國誕生并已投入生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人給日本帶來了福音。1967年日本川崎重工業(yè)公司首先從美國引進(jìn)機(jī)器人及技術(shù)，建立生產(chǎn)廠房，并于1968年試制出第一臺日本產(chǎn)機(jī)器人。經(jīng)過短暫的搖籃階段，日本的工業(yè)機(jī)器人很快進(jìn)入實用階段，并由汽車業(yè)逐步擴(kuò)大到其它制造業(yè)以及非制造業(yè)。1980年被稱為日本的“機(jī)器人普及元年”，日本開始在各個領(lǐng)域推廣使用機(jī)器人，這大大緩解了市場勞動力嚴(yán)重短缺的社會矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓勵政策，這些機(jī)器人收到了廣大企業(yè)的歡迎。1980-1990年日本的工業(yè)機(jī)器人處于鼎盛時期，后來國際市場曾一度轉(zhuǎn)向歐洲和北美，但日本經(jīng)過短暫的低迷期又恢復(fù)其昔日的輝煌。

1993年末，全世界安裝的工業(yè)機(jī)器人有61萬臺，其中日本占60%，美國占8%，歐洲占17%，俄羅斯和東歐占12%。是什么使得日本的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)有如此快速的發(fā)展，現(xiàn)理出幾點原因：

① 根本原因是日本的基本國情，人口少，勞動力嚴(yán)重短缺。日本每年的人口增長率在1.1%左右，而日本人都想接受高等教育導(dǎo)致其勞動力的增長速度卻始終停留在0.7%。為了滿足國民經(jīng)濟(jì)3%的增長要求，必須提高生產(chǎn)效率。

② 1973年十月爆發(fā)的第一次石油危機(jī)提高了勞動力成本，日本政府不得不鼓勵私營企業(yè)向自動化領(lǐng)域投資，提高生產(chǎn)效率，以抑制由石油危機(jī)帶來的成本型通貨膨脹。

③ 工業(yè)機(jī)器人可以代替勞動者從事可能危害身體健康的勞動，避免了大量 的工傷事故和職業(yè)病，受到了人們的歡迎。

④ 日本自80年代起就采用推動工業(yè)機(jī)器人的普及和促進(jìn)研究與發(fā)展的政策。

（3）工業(yè)機(jī)器人在世界其他主要國家的發(fā)展

美國是工業(yè)機(jī)器人的誕生地，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)?，F(xiàn)今美國有著一批具有國際影響力的工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商，像Adept Technologe、American Robot、Emersom Industrial Automation 等。

德國工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量占世界第三，僅次于日本和美國，其智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用在世界上處于領(lǐng)先地位。目前在普及第一代工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，第二代工業(yè)機(jī)器人經(jīng)推廣應(yīng)用成為主流安裝機(jī)型，而第三代智能機(jī)器人已占有一定比重并成為發(fā)展的方向。

世界上的機(jī)器人供應(yīng)商分為日系和歐系。瑞典的ABB公司是世界上最大機(jī)器人制造公司之一。1974年研發(fā)了世界上第一臺全電控式工業(yè)機(jī)器人IRB6，主要應(yīng)用于工件的取放和物料搬運。1975年生產(chǎn)出第一臺焊接機(jī)器人。到1980年兼并traflla噴漆機(jī)器人公司后，其機(jī)器人產(chǎn)品趨于完備。ABB公司制造的工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用在焊接、裝配鑄造、密封涂膠、材料處理、包裝、噴漆、水切割等領(lǐng)域。

德國的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上幾家頂級工業(yè)機(jī)器人制造商之一。1973年研制開發(fā)了KUKA的第一臺工業(yè)機(jī)器人。年產(chǎn)量達(dá)到一萬臺左右。所生產(chǎn)的機(jī)器人廣泛應(yīng)用在儀器、汽車、航天、食品、制藥、醫(yī)學(xué)、鑄造、塑料等工業(yè)，主要用于材料處理、機(jī)床裝備、包裝、堆垛、焊接、表面休整等領(lǐng)域。

意大利COMAU公司從1978年開始研制和生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，至今已有30多年的歷史。其機(jī)器人產(chǎn)品包括Smart系列多功能機(jī)器人和MASK系列龍門焊接機(jī)器人。廣泛應(yīng)用于汽車制造、鑄造、家具、食品、化工、航天、印刷等領(lǐng)域。

日系是工業(yè)機(jī)器人制造的主要派系，其代表有FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等國際知名公司。2.工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀

聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)局（UNECE）估計，2004年全球至少安裝了10萬臺新的工業(yè)機(jī)器人。其中：歐盟31100臺(比2003年增加15％，但比2001年的記錄僅增加1％)；北美16100臺(比2003年增加27％，比2000年的記錄高24％)；亞洲51400臺，主要在日本，但中國市場增長迅速(比2003年增長24％)。據(jù)電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）統(tǒng)計，至2008年底，世界各地已經(jīng)部署了100萬

臺各種工業(yè)機(jī)器人。其中，日本機(jī)器人數(shù)量據(jù)世界首位。他們的算法基于制造工人與機(jī)器人的比例，即每萬名工人擁有多少臺制造機(jī)器人。其中日本的工業(yè)機(jī)器人密度達(dá)到了世界平均水平的10倍，也比排在第二位的新加坡多出了一倍。其中日本每萬名工人擁有295臺工業(yè)機(jī)器人，新加坡169臺，韓國164臺，德國163臺。雖然排在前三位的國家都在亞洲，不過歐洲卻是世界上工業(yè)機(jī)器人密度最大的地區(qū)。歐洲國家工業(yè)機(jī)器人密度為每萬名工人50臺，美洲為平均31臺，亞洲平均27臺。3.工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景

在發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普及是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。

機(jī)器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）的科學(xué)家在對未來科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測中提出了4個重點發(fā)展方向，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。1990年10月，國際機(jī)器人工業(yè)人士在丹麥?zhǔn)锥几绫竟匍_了一次工業(yè)機(jī)器人國際標(biāo)準(zhǔn)大會，并在這次大會上通過了一個文件，把工業(yè)機(jī)器人分為四類：⑴順序型。這類機(jī)器人擁有規(guī)定的程序動作控制系統(tǒng)；⑵沿軌跡作業(yè)型。這類機(jī)器人執(zhí)行某種移動作業(yè)，如焊接、噴漆等；⑶遠(yuǎn)距作業(yè)型。比如在月球上自動工作的機(jī)器人；⑷智能型。這類機(jī)器人具有感知、適應(yīng)及思維和人機(jī)通信機(jī)能。

4.工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式

縱觀世界各國發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的過程，可歸納為三種不同的發(fā)展模式，即日本模式、歐洲模式和美國模式。（1）日本模式

日本模式的特點是：各司其職，分層面完成交鑰匙工程。即機(jī)器人制造廠商以開發(fā)新型機(jī)器人和批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為主要目標(biāo)，并由其子公司或社會上的工程公司來設(shè)計制造各行業(yè)所需要的機(jī)器人成套系統(tǒng)，并完成交鑰匙工程。

（2）歐洲模式

歐洲模式的特點是：一攬子交鑰匙工程。即機(jī)器人的生產(chǎn)和用戶所需要的系統(tǒng)設(shè)計制造，全部由機(jī)器人制造廠商自己完成。（3）美國模式

美國模式的特點是：采購與成套設(shè)計相結(jié)合。美國國內(nèi)基本上不生產(chǎn)普通的工業(yè)機(jī)器人，企業(yè)需要機(jī)器人通常由工程公司進(jìn)口，再自行設(shè)計、制造配套的外圍設(shè)備，完成交鑰匙工程。（4）中國模式的走向

中國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)走什么道路、如何建立自己的發(fā)展模式確實值得探討。中國工程院在《我國制造業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略研究總結(jié)報告》中認(rèn)為，我國應(yīng)從“美國模式”著手，在條件成熟后逐步向“日本模式”靠近。

五、工業(yè)機(jī)器人的主要研究內(nèi)容

1.示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究

（1）關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計。

（2）柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)：柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)，整機(jī)安全防爆、防護(hù)技術(shù)開發(fā)，高速噴杯噴涂工藝研究。（3）焊接機(jī)器人（把弧焊與點焊機(jī)器人作為負(fù)載不同的一個系列機(jī)器人，可兼作弧焊、點焊、搬運、裝配、切割作業(yè)）產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計。

（4）弧焊機(jī)器人用激光視覺焊縫跟蹤裝置的開發(fā)：激光發(fā)射器的選用，CCD成象系統(tǒng)，視覺圖象處理技術(shù)，視覺跟蹤與機(jī)器人協(xié)調(diào)控制。（5）焊接機(jī)器人的離線示教編程及工作站系統(tǒng)動態(tài)仿真。

（6）電子行業(yè)用裝配機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計。（7）批量生產(chǎn)機(jī)器人所需的專用制造、裝配、測試設(shè)備和工具的研究開發(fā)。2.智能機(jī)器人開發(fā)研究

（1）遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略研究

包括建模－遙控機(jī)器人模型，人行為模型，人控制動態(tài)建模，圖形仿真建模，虛擬工具和虛擬傳感器建模；以人為主體的人機(jī)共享規(guī)劃與控制；局部自治控制；多傳感融合技術(shù)；雙向力反應(yīng)控制；知識庫的建立，學(xué)習(xí)與推理方法；人機(jī)交互的高級控制技術(shù)；虛擬現(xiàn)實（VR）控制與真實世界控制的相互關(guān)系；監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

（2）智能移動機(jī)器人的導(dǎo)航和定位技術(shù)研究

包括導(dǎo)航和定位系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；在結(jié)構(gòu)環(huán)境或非結(jié)構(gòu)環(huán)境中導(dǎo)航和定位方法研究；感知系統(tǒng)的傳感器和信息處理系統(tǒng)的構(gòu)成；根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)建立環(huán)境模型的方法；模糊邏輯的推理方法用于移動機(jī)器人導(dǎo)航的研究。（3）面向遙控機(jī)器人的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

包括人機(jī)交互圖形生成及其程序設(shè)計；遙控機(jī)器人（載體和機(jī)械手）幾何動態(tài)圖形建模；遙控操作環(huán)境圖形建模；遙控機(jī)器人操作與數(shù)據(jù)的獲??；虛擬傳感器及基于虛擬傳感器的雙向力反應(yīng)、反饋控制；面向任務(wù)的虛擬工具；基于虛擬現(xiàn)實的遙控操作的理論與方法；基于VR模型操作和真實世界操作的可切換、相容性和可交換性；VR監(jiān)控系統(tǒng)。（4）人機(jī)交互環(huán)境建模系統(tǒng)

包括CAD建模中的人機(jī)交互技術(shù)；求知模型工件的反示過程中的交互技術(shù)；機(jī)器人與環(huán)境的布局及功能驗證中的交互技術(shù)；傳感器數(shù)據(jù)處理中的交互技術(shù)；機(jī)器人標(biāo)定、運動學(xué)建模、動力學(xué)建模中的交互技術(shù)。（5）基于計算機(jī)屏幕的多機(jī)器人遙控技術(shù)

包括三維立體視覺建模；模型的計算機(jī)顯示；遙控機(jī)器人模型的控制；人機(jī)接口；網(wǎng)絡(luò)通訊。

3.機(jī)器人化機(jī)械研究開發(fā)

（1）并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床（VMT）與機(jī)器人化加工中心（RMC）開發(fā)研究

包括VMT與RMC智能化結(jié)構(gòu)實現(xiàn)技術(shù)；VMT與RMC關(guān)鍵傳動實現(xiàn)技術(shù)；VMT與RMC加工、裝配、擺放、涂膠、檢測作業(yè)技術(shù)；VMT與RMC監(jiān)控檢測技術(shù)開發(fā)；VMT與MRC智能化開式CMC控制系統(tǒng)開發(fā)；系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件開發(fā)；智能化機(jī)構(gòu)、材料機(jī)電一體化技術(shù)；作業(yè)狀態(tài)變量智能化傳感技術(shù)；機(jī)電一體化的多功能及靈巧作業(yè)終端；通用智能化開式CNC控制硬軟件系統(tǒng)；并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動學(xué)及動力學(xué)理論；RMC智能控制理論；VMT與RMC典型應(yīng)用工程開發(fā)。

（2）機(jī)器人化無人值守和具有自適應(yīng)能力的多機(jī)遙控操作的大型散料輸送設(shè)備

包括散料輸送系統(tǒng)監(jiān)控和遙控操作的傳感器融合和配置技術(shù)；采用智能傳感器的現(xiàn)場總線技術(shù)；機(jī)器人運動規(guī)劃在等量堆取料、自主操作中的應(yīng)用；基于廣域網(wǎng)的遠(yuǎn)程實時通訊；具有監(jiān)測和管理功能的故障診斷系統(tǒng)。4.以機(jī)器人為基礎(chǔ)的重組裝配系統(tǒng)（1）開放式模塊化裝配機(jī)器人

包括通用要素的提取；專用件標(biāo)準(zhǔn)化；裝配機(jī)器人模塊CAD設(shè)計；通用主流計算機(jī)構(gòu)造的控制器；人機(jī)界面方式；網(wǎng)絡(luò)功能。（2）面向機(jī)器人裝配的設(shè)計技術(shù)

包括數(shù)字化裝配與CAD集成技術(shù)；產(chǎn)品機(jī)器人化裝配規(guī)劃生成技術(shù)；產(chǎn)品可裝配性模糊評價。

（3）機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

其中單元技術(shù)：供料系統(tǒng)智能化設(shè)計、末端執(zhí)行器快速執(zhí)行、物流傳輸及其控制與通訊；集成技術(shù)：柔性裝配線仿真軟件、管理系統(tǒng)。（4）可重構(gòu)機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

開展基于任務(wù)和環(huán)境的動態(tài)重構(gòu)機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)理論研究；系統(tǒng)基于自治體（Agent）的分布式控制技術(shù)及系統(tǒng)各單元體間的協(xié)作規(guī)劃。（5）裝配力覺、視覺技術(shù)

包括高精度、高集成化六維腕力傳感技術(shù)；視覺識別與定位技術(shù)。（6）智能裝配策略及其控制

包括裝配狀態(tài)實時檢測和監(jiān)控；裝配順序和路徑智能規(guī)劃及控制技術(shù)。5.多傳感器信息融合與配置技術(shù)

（1）機(jī)器人的傳感器配置和融合技術(shù)在水泥生產(chǎn)過程控制和污水處理自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

包括面向工藝過程的多傳感器融合和配置技術(shù)；采用智能傳感器的現(xiàn)場總線技術(shù)；面向工藝要求的新型傳感器研制。（2）機(jī)電一體化智能傳感器

包括具有感知、自主運動、自清污（自調(diào)整、自適應(yīng)）的機(jī)電一體化傳感器研究；面向工藝要求的運動機(jī)構(gòu)設(shè)計、實現(xiàn)檢測和清污的自主運動；調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；

機(jī)器人機(jī)構(gòu)和控制技術(shù)在傳感器設(shè)計中的應(yīng)用。

六、工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用

所謂工業(yè)機(jī)器人，就是具有簡單記憶和可變控制程序的自動機(jī)械。它是在機(jī)械手的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，國外稱為industrial robot。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)將人類從繁重單一的勞動中解放出來，而且它還能夠從事一些不適合人類甚至超越人類的勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，避免工傷事故和提高生產(chǎn)效率。隨著世界生產(chǎn)力的發(fā)展，必然促進(jìn)相應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人能夠極大地提高生產(chǎn)效率，已經(jīng)廣泛地進(jìn)入人們的生活生產(chǎn)領(lǐng)域。

1.提高自動化生產(chǎn)效率和自動化程度：據(jù)美國J.B Day通過大量的定后發(fā)現(xiàn)：在生產(chǎn)過程中，機(jī)器人在機(jī)床或其它設(shè)備上做上下料工作，以及在設(shè)備之間做短途搬運工作所花時間占了整個生產(chǎn)時間的80%以上，搬運費占了加工費的30%-40%，而且有85%的生產(chǎn)事故發(fā)生在搬運上，因此工業(yè)機(jī)器人的使用解決了很多難題。2.直接從事廣泛的生產(chǎn)勞動：例如噴漆、焊接、熱處理、冶煉、電鍍、沖壓、注塑成型、砂型鑄造以及鍛造等。比如我國灘坊磚廠制造了一只有260個指頭的機(jī)械手。

3.進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锲费b配：通過圖紙識別零件并加以組裝，首先取得成功的是美國加利福尼亞的斯坦福大學(xué)。此外還有日本日立制作的Hivip，列寧格勒的“變壓器裝配小組”。

4.倉庫管理自動化：最早出現(xiàn)在法國，現(xiàn)已遍及世界各地，例如芬蘭的漢基亞公司（漢基亞倉庫是歐洲十大倉庫之一）。

5.從事特殊環(huán)境下的勞動：核輻射、無毒氣氛、強噪聲、超低溫或高溫環(huán)境等不合適人工作的環(huán)境，甚至超越人能力范圍的環(huán)境。比如用于發(fā)現(xiàn)輸油管裂縫的機(jī)器人，日本生產(chǎn)了一種用于救火的“神奈川”機(jī)器人。

6.從事教育衛(wèi)生等服務(wù)：例如美國Centurion公司生產(chǎn)的“機(jī)器人教師”已成功為學(xué)生開設(shè)了“邏輯學(xué)”、“概率論”等課程，美國德克薩斯儀表公司制造的微型翻譯機(jī)器人，日本稻田大學(xué)研究出的“乳腺檢診機(jī)器人”。

參考文獻(xiàn)：

【1】 王握文.世界機(jī)器人發(fā)展歷程[J].國防科技, 2001,(01)【2】 陳愛珍.日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀[J].機(jī)械工程師, 2008,(07)【3】 陳愛珍.國內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J].機(jī)械工程師, 2008,(07)【4】 陳佩云.日本振興工業(yè)機(jī)器人的政策[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用, 1994,(01)【5】 陳佩云.與應(yīng)用, 1994 我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的歷史_現(xiàn)狀與展望[J].機(jī)器人技術(shù)

第四篇：《工業(yè)機(jī)器人》復(fù)習(xí)題

《工業(yè)機(jī)器人 》

一、填空題

1、按坐標(biāo)形式分類，機(jī)器人可分為、、球坐標(biāo)型 和 四種基本類型。

2、作為一個機(jī)器人，一般由三個部分組成，分別是、和。

3、機(jī)器人主要技術(shù)參數(shù)一般有、、、重復(fù)定位精度、、承載能力及最大速度等。

4、自由度是指機(jī)器人所具有的 的數(shù)目，不包括 的開合自由度。

5、機(jī)器人分辨率分為 和，統(tǒng)稱為。

6、重復(fù)定位精度是關(guān)于 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

7、根據(jù)真空產(chǎn)生的原理真空式吸盤可分為、和 等三種基本類型。

8、機(jī)器人運動軌跡的生成方式有、、和空間曲線運動。

9、機(jī)器人傳感器的主要性能指標(biāo)有、、、重復(fù)性、、分辨率、響應(yīng)時間和抗干擾能力等。

10、自由度是指機(jī)器人所具有的 的數(shù)目。

11、機(jī)器人的重復(fù)定位精度是指。

12、機(jī)器人的驅(qū)動方式主要有、和 三種。

13、機(jī)器人上常用的可以測量轉(zhuǎn)速的傳感器有 測速發(fā)電機(jī) 和 增量式碼盤。

14、機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可以分為 控制方式、控制方式和 控制方式。

15、按幾何結(jié)構(gòu)分劃分機(jī)器人分為： 串聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人。

二、單項選擇題(請在每小題的四個備選答案中，選出一個最佳答案。)

1、工作范圍是指機(jī)器人 或手腕中心所能到達(dá)的點的集合。A 機(jī)械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。

2、機(jī)器人的精度主要依存于、控制算法誤差與分辨率系統(tǒng)誤差。A傳動誤差 B 關(guān)節(jié)間隙 C機(jī)械誤差 D 連桿機(jī)構(gòu)的撓性

3、滾轉(zhuǎn)能實現(xiàn)360°無障礙旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)運動，通常用 來標(biāo)記。A R B W C B

4、RRR型手腕是 自由度手腕。A 1 B 2

C 3

D 4

D L

5、真空吸盤要求工件表面、干燥清潔，同時氣密性好。A 粗糙 B 凸凹不平C平緩?fù)黄?D平整光滑

6、同步帶傳動屬于 傳動，適合于在電動機(jī)和高速比減速器之間使用。A 高慣性 B 低慣性 C 高速比 D 大轉(zhuǎn)矩

7、機(jī)器人外部傳感器不包括 傳感器。

A 力或力矩 B 接近覺 C 觸覺 D 位置

8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和 工件。A 固定 B 定位 C 釋放 D 觸摸。

9、機(jī)器人的精度主要依存于、控制算法誤差與分辨率系統(tǒng)誤差。A傳動誤差 B 關(guān)節(jié)間隙 C機(jī)械誤差 D 連桿機(jī)構(gòu)的撓性

10、機(jī)器人的控制方式分為點位控制和。

A 點對點控制 B點到點控制 C 連續(xù)軌跡控制 D 任意位置控制

11、焊接機(jī)器人的焊接作業(yè)主要包括。

A 點焊和弧焊 B 間斷焊和連續(xù)焊 C平焊和豎焊 D氣體保護(hù)焊和氬弧焊

12、作業(yè)路徑通常用 坐標(biāo)系相對于工件坐標(biāo)系的運動來描述。A 手爪 B 固定 C 運動 D工具

13、諧波傳動的缺點是。

A扭轉(zhuǎn)剛度低 B 傳動側(cè)隙小 C慣量低 D 精度高

14、機(jī)器人三原則是由誰提出的。（D）

A 森政弘 B 約瑟夫·英格伯格 C 托莫維奇 D 阿西莫夫

15、當(dāng)代機(jī)器人大軍中最主要的機(jī)器人為：（A）

A 工業(yè)機(jī)器人 B 軍用機(jī)器人 C 服務(wù)機(jī)器人 D 特種機(jī)器人

16、手部的位姿是由哪兩部分變量構(gòu)成的？（B）A 位置與速度 B 姿態(tài)與位置 C 位置與運行狀態(tài) D 姿態(tài)與速度

17、用于檢測物體接觸面之間相對運動大小和方向的傳感器是：C A接近覺傳感器 B接觸覺傳感器 C滑動覺傳感器 D壓覺傳感器

18、示教-再現(xiàn)控制為一種在線編程方式，它的最大問題是：B A操作人員勞動強度大 B占用生產(chǎn)時間 C操作人員安全問題 D容易產(chǎn)生廢品

19、下面哪個國家被稱為 “機(jī)器人王國”？C A 中國 B 英國 C 日本 D 美國

三、是非題（對劃“√”，錯劃“×”）

1、示教編程用于示教－再現(xiàn)型機(jī)器人中。（）

2、機(jī)器人軌跡泛指工業(yè)機(jī)器人在運動過程中的運動軌跡，即運動點的位移、速度和加速度。

3、關(guān)節(jié)型機(jī)器人主要由立柱、前臂和后臂組成。

4、到目前為止，機(jī)器人已發(fā)展到第四代。

（）（）（）

5、磁力吸盤能夠吸住所有金屬材料制成的工件。

6、諧波減速機(jī)的名稱來源是因為剛輪齒圈上任一點的徑向位移呈近似于余弦波形的變化。N（）

8、由電阻應(yīng)變片組成電橋可以構(gòu)成測量重量的傳感器。Y

9、激光測距儀可以進(jìn)行散裝物料重量的檢測。Y（）

10、機(jī)械手亦可稱之為機(jī)器人。Y（）

四、簡答題

1、機(jī)器人手腕有幾種？試述每種手腕結(jié)構(gòu)。答：機(jī)器人的手臂按結(jié)構(gòu)形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式按手臂的運動形式區(qū)分，手臂有直線運動的。如手臂的伸縮，升降及橫向移動，有回轉(zhuǎn)運動的如手臂的左右回轉(zhuǎn)上下擺動有復(fù)合運動如直線運動和回轉(zhuǎn)運動的組合。2直線運動的組合2回轉(zhuǎn)運動的組合。手臂回轉(zhuǎn)運動機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)機(jī)器人手臂回轉(zhuǎn)運動的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉(zhuǎn)缸，齒輪轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動和連桿機(jī)構(gòu)手臂俯仰運動機(jī)構(gòu)，一般采用活塞油（氣）缸與連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)用來實現(xiàn)手臂復(fù)合運動機(jī)構(gòu)，多數(shù)用于動作程度固定不變的專用機(jī)器人。

2、工業(yè)機(jī)器人控制方式有幾種？ 工業(yè)機(jī)器人的控制方式多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同，主要分為點位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。答： 1）點位控制方式（PTP）

這種控制方式的特點是只控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點上的位姿?？刂茣r只要求工業(yè)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)相鄰各點之間的運動，而對達(dá)到目標(biāo)點的運動軌跡則不作任何規(guī)定。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運動所需的時間。2）連續(xù)軌跡控制方式（CP）

這種控制方式的特點是連續(xù)的控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿，要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運動，而且速度可控，軌跡光滑，運動平穩(wěn)，以完成工作任務(wù)。3）力（力矩）控制方式

在完成裝配、抓放物體等工作時，除要準(zhǔn)確定位外，還要求使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這時就要利用力（力矩）伺服方式。這種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過輸入量和反饋量不是位置信號，而是力（力矩）信號，因此系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。有時也利用接近、滑動等傳感功能進(jìn)行自適應(yīng)式控制。4）智能控制方式

機(jī)器人的智能控制時通過傳感器獲得周圍環(huán)境的知識，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識庫做出相應(yīng)的決策。采用智能控制技術(shù)，使機(jī)器人具有了較強的適應(yīng)性及自學(xué)習(xí)功能。智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴于近年來人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。

4、機(jī)器人參數(shù)坐標(biāo)系有哪些？各參數(shù)坐標(biāo)系有何作用？ 答:工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)形式有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型和平面關(guān)節(jié)型。1）直角坐標(biāo)/笛卡兒坐標(biāo)/臺架型（3P）

這種機(jī)器人由三個線性關(guān)節(jié)組成，這三個關(guān)節(jié)用來確定末端操作器的位置，通常還帶有附加道德旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，用來確定末端操作器的姿態(tài)。這種機(jī)器人在X、Y、Z軸上的運動是獨立的，運動方程可獨立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計算機(jī)實現(xiàn)；它可以兩端支撐，對于給定的結(jié)構(gòu)長度，剛性最大：它的精度和位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達(dá)到高精度。但是，它的操作范圍小，手臂收縮的同時又向相反的方向伸出，即妨礙工作，且占地面積大，運動速度低，密封性不好。

2）圓柱坐標(biāo)型（R3P）

圓柱坐標(biāo)機(jī)器人由兩個滑動關(guān)節(jié)和一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的位置，再附加一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)一個角，工作范圍可以擴(kuò)大，且計算簡單；直線部分可采用液壓驅(qū)動，可輸出較大的動力；能夠伸入型腔式機(jī)器內(nèi)部。但是，它的手臂可以到達(dá)的空間受到限制，不能到達(dá)近立柱或近地面的空間；直線驅(qū)動器部分難以密封、防塵；后臂工作時，手臂后端會碰到工作范圍內(nèi)的其它物體。3）球坐標(biāo)型（2RP）

5、人手爪有哪些種類，各有什么特點？ 答：（1）機(jī)械手爪：依靠傳動機(jī)構(gòu)來抓持工件；

（2）磁力吸盤：通過磁場吸力抓持鐵磁類工件，要求工件表面清潔、平整、干燥，以保證可靠地吸附，不適宜高溫條件；

（3）真空式吸盤：利用真空原理來抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清潔，同時氣密性要好。

6、編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？ 兩種基本形式：增量式、絕對式

增量式：用來測量角位置和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。在所有利用增量式編碼器進(jìn)行位置跟蹤的系統(tǒng)中，都必須在系統(tǒng)開始運行時進(jìn)行復(fù)位。

絕對式：每個位置都對應(yīng)著透光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。

7、工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動器有那些類型，并簡要說明其特點。

（1）電動驅(qū)動器的能源簡單，速度變化范圍大，效率高，轉(zhuǎn)動慣性小，速度和位置精度都很高，但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動比較困難。

（2）液壓驅(qū)動器的優(yōu)點是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅(qū)動的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動具有較高的精度。但需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏，不適合高、低溫及有潔凈要求的場合。故液壓驅(qū)動器目前多用于特大功率的操作機(jī)器人系統(tǒng)或機(jī)器人化工程機(jī)械。

（3）氣動驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)簡單，清潔，動作靈敏，具有緩沖作用。但也需要增設(shè)氣壓源，且與液壓驅(qū)動器相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有潔凈、防爆等要求的點位控制機(jī)器人。

8、常用的工業(yè)機(jī)器人的傳動系統(tǒng)有那些？

齒輪傳動，蝸桿傳動，滾珠絲桿出傳動，同步齒形帶傳動，鏈傳動和行星齒輪傳動

9、在機(jī)器人系統(tǒng)中為什么往往需要一個傳動（減速）系統(tǒng)？

因為現(xiàn)在的電機(jī)一般速度較高，力矩較小，需要通過傳動系統(tǒng)降低轉(zhuǎn)速、提高力矩。

10、機(jī)器人上常用的距離與接近覺傳感器有哪些？。超聲波，激光、紅外，霍爾傳感器

11、按機(jī)器人的用途分類，可以將機(jī)器人分為哪幾大類？試簡述之。1)工業(yè)機(jī)器人或產(chǎn)業(yè)機(jī)器人 應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，主要用在制造業(yè)，進(jìn)行焊接、噴漆、裝配、搬運、檢驗、農(nóng)產(chǎn)品的加工等產(chǎn)業(yè)。

2)探索機(jī)器人 用于進(jìn)行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。3)服務(wù)機(jī)器人 一種半自主或全自主的機(jī)器人，其所從事的服務(wù)工作可使人類生存的更好，使制造業(yè)以外的設(shè)備工作的更好。

4)軍用機(jī)器人 用于軍事目的，或進(jìn)攻性的，或防御性的。

12、什么是示教再現(xiàn)式機(jī)器人？

答：先由人驅(qū)動操作機(jī)，再以示教動作作業(yè)，將示教作業(yè)程序、位置及其他信息存儲起來，然后讓機(jī)器人重現(xiàn)這些動作。

13、編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？ 兩種基本形式：增量式、絕對式

增量式：用來測量角位置和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。在所有利用增量式編碼器進(jìn)行位置跟蹤的系統(tǒng)中，都必須在系統(tǒng)開始運行時進(jìn)行復(fù)位。

絕對式：每個位置都對應(yīng)著透光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。

五、按照下圖中給定的運動軌跡，編寫一段符合要求的運動控制指令。

六、請解讀下列程序，并寫出注釋。

1、主程序 PROC main()rInitAll;WHILE TRUE DO

IF di1=1 THEN rMoveRoutine;rHome;ENDIF WaitTime 0.3;ENDWHILE ENDPROC

2、PROC rModPos()!示教目標(biāo)點程序

MoveL pPick,v10,fine,tGripperWObj:=WobjCNV;MoveL pPlaceBase,v10,fine,tGripperWObj:=WobjBuffer;MoveL pHome,v10,fine,tGripper;ENDPROC ENDMODULE

3、理解下面指令并畫出機(jī)器人的運動軌跡圖。PROC Routine1（）MoveL p10,v1000,fine,tool1WOBj:=wobj1;MoveC p30,p40,v1000,z1,tool1WOBj:=wobj1;ENDPROC

第五篇：《工業(yè)機(jī)器人》復(fù)習(xí)題

《工業(yè)機(jī)器人 》

一、填空題

1、按坐標(biāo)形式分類，機(jī)器人可分為、、球坐標(biāo)型 和 四種基本類型。

2、作為一個機(jī)器人，一般由三個部分組成，分別是、和。

3、機(jī)器人主要技術(shù)參數(shù)一般有、、、重復(fù)定位精度、、承載能力及最大速度等。

4、自由度是指機(jī)器人所具有的 的數(shù)目，不包括 的開合自由度。

5、機(jī)器人分辨率分為 和，統(tǒng)稱為。

6、重復(fù)定位精度是關(guān)于 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

7、根據(jù)真空產(chǎn)生的原理真空式吸盤可分為、和 等三種基本類型。

8、機(jī)器人運動軌跡的生成方式有、、和空間曲線運動。

9、機(jī)器人傳感器的主要性能指標(biāo)有、、、重復(fù)性、、分辨率、響應(yīng)時間和抗干擾能力等。

10、自由度是指機(jī)器人所具有的 的數(shù)目。

11、機(jī)器人的重復(fù)定位精度是指。

12、機(jī)器人的驅(qū)動方式主要有、和 三種。

13、機(jī)器人上常用的可以測量轉(zhuǎn)速的傳感器有 測速發(fā)電機(jī) 和 增量式碼盤。

14、機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可以分為 控制方式、控制方式和 控制方式。

15、按幾何結(jié)構(gòu)分劃分機(jī)器人分為： 串聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人。

二、單項選擇題(請在每小題的四個備選答案中，選出一個最佳答案。)

1、工作范圍是指機(jī)器人 或手腕中心所能到達(dá)的點的集合。A 機(jī)械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。

2、機(jī)器人的精度主要依存于、控制算法誤差與分辨率系統(tǒng)誤差。A傳動誤差 B 關(guān)節(jié)間隙 C機(jī)械誤差 D 連桿機(jī)構(gòu)的撓性

3、滾轉(zhuǎn)能實現(xiàn)360°無障礙旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)運動，通常用 來標(biāo)記。A R B W C B

4、RRR型手腕是 自由度手腕。A 1 B 2

C 3

D 4

D L

5、真空吸盤要求工件表面、干燥清潔，同時氣密性好。A 粗糙 B 凸凹不平C平緩?fù)黄?D平整光滑

6、同步帶傳動屬于 傳動，適合于在電動機(jī)和高速比減速器之間使用。A 高慣性 B 低慣性 C 高速比 D 大轉(zhuǎn)矩

7、機(jī)器人外部傳感器不包括 傳感器。

A 力或力矩 B 接近覺 C 觸覺 D 位置

8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和 工件。A 固定 B 定位 C 釋放 D 觸摸。

9、機(jī)器人的精度主要依存于、控制算法誤差與分辨率系統(tǒng)誤差。A傳動誤差 B 關(guān)節(jié)間隙 C機(jī)械誤差 D 連桿機(jī)構(gòu)的撓性

10、機(jī)器人的控制方式分為點位控制和。

A 點對點控制 B點到點控制 C 連續(xù)軌跡控制 D 任意位置控制

11、焊接機(jī)器人的焊接作業(yè)主要包括。

A 點焊和弧焊 B 間斷焊和連續(xù)焊 C平焊和豎焊 D氣體保護(hù)焊和氬弧焊

12、作業(yè)路徑通常用 坐標(biāo)系相對于工件坐標(biāo)系的運動來描述。A 手爪 B 固定 C 運動 D工具

13、諧波傳動的缺點是。

A扭轉(zhuǎn)剛度低 B 傳動側(cè)隙小 C慣量低 D 精度高

14、機(jī)器人三原則是由誰提出的。（D）

A 森政弘 B 約瑟夫·英格伯格 C 托莫維奇 D 阿西莫夫

15、當(dāng)代機(jī)器人大軍中最主要的機(jī)器人為：（A）

A 工業(yè)機(jī)器人 B 軍用機(jī)器人 C 服務(wù)機(jī)器人 D 特種機(jī)器人

16、手部的位姿是由哪兩部分變量構(gòu)成的？（B）A 位置與速度 B 姿態(tài)與位置 C 位置與運行狀態(tài) D 姿態(tài)與速度

17、用于檢測物體接觸面之間相對運動大小和方向的傳感器是：C A接近覺傳感器 B接觸覺傳感器 C滑動覺傳感器 D壓覺傳感器

18、示教-再現(xiàn)控制為一種在線編程方式，它的最大問題是：B A操作人員勞動強度大 B占用生產(chǎn)時間 C操作人員安全問題 D容易產(chǎn)生廢品

19、下面哪個國家被稱為 “機(jī)器人王國”？C A 中國 B 英國 C 日本 D 美國

三、是非題（對劃“√”，錯劃“×”）

1、示教編程用于示教－再現(xiàn)型機(jī)器人中。（）

2、機(jī)器人軌跡泛指工業(yè)機(jī)器人在運動過程中的運動軌跡，即運動點的位移、速度和加速度。

3、關(guān)節(jié)型機(jī)器人主要由立柱、前臂和后臂組成。

4、到目前為止，機(jī)器人已發(fā)展到第四代。

（）（）（）

5、磁力吸盤能夠吸住所有金屬材料制成的工件。

6、諧波減速機(jī)的名稱來源是因為剛輪齒圈上任一點的徑向位移呈近似于余弦波形的變化。N（）

8、由電阻應(yīng)變片組成電橋可以構(gòu)成測量重量的傳感器。Y

9、激光測距儀可以進(jìn)行散裝物料重量的檢測。Y（）

10、機(jī)械手亦可稱之為機(jī)器人。Y（）

四、簡答題

1、機(jī)器人手腕有幾種？試述每種手腕結(jié)構(gòu)。答：機(jī)器人的手臂按結(jié)構(gòu)形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式按手臂的運動形式區(qū)分，手臂有直線運動的。如手臂的伸縮，升降及橫向移動，有回轉(zhuǎn)運動的如手臂的左右回轉(zhuǎn)上下擺動有復(fù)合運動如直線運動和回轉(zhuǎn)運動的組合。2直線運動的組合2回轉(zhuǎn)運動的組合。手臂回轉(zhuǎn)運動機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)機(jī)器人手臂回轉(zhuǎn)運動的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉(zhuǎn)缸，齒輪轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動和連桿機(jī)構(gòu)手臂俯仰運動機(jī)構(gòu)，一般采用活塞油（氣）缸與連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)用來實現(xiàn)手臂復(fù)合運動機(jī)構(gòu)，多數(shù)用于動作程度固定不變的專用機(jī)器人。

2、工業(yè)機(jī)器人控制方式有幾種？ 工業(yè)機(jī)器人的控制方式多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同，主要分為點位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。答： 1）點位控制方式（PTP）

這種控制方式的特點是只控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點上的位姿?？刂茣r只要求工業(yè)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)相鄰各點之間的運動，而對達(dá)到目標(biāo)點的運動軌跡則不作任何規(guī)定。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運動所需的時間。2）連續(xù)軌跡控制方式（CP）

這種控制方式的特點是連續(xù)的控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿，要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運動，而且速度可控，軌跡光滑，運動平穩(wěn)，以完成工作任務(wù)。3）力（力矩）控制方式

在完成裝配、抓放物體等工作時，除要準(zhǔn)確定位外，還要求使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這時就要利用力（力矩）伺服方式。這種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過輸入量和反饋量不是位置信號，而是力（力矩）信號，因此系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。有時也利用接近、滑動等傳感功能進(jìn)行自適應(yīng)式控制。4）智能控制方式

機(jī)器人的智能控制時通過傳感器獲得周圍環(huán)境的知識，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識庫做出相應(yīng)的決策。采用智能控制技術(shù)，使機(jī)器人具有了較強的適應(yīng)性及自學(xué)習(xí)功能。智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴于近年來人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。

4、機(jī)器人參數(shù)坐標(biāo)系有哪些？各參數(shù)坐標(biāo)系有何作用？ 答:工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)形式有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型和平面關(guān)節(jié)型。1）直角坐標(biāo)/笛卡兒坐標(biāo)/臺架型（3P）

這種機(jī)器人由三個線性關(guān)節(jié)組成，這三個關(guān)節(jié)用來確定末端操作器的位置，通常還帶有附加道德旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，用來確定末端操作器的姿態(tài)。這種機(jī)器人在X、Y、Z軸上的運動是獨立的，運動方程可獨立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計算機(jī)實現(xiàn)；它可以兩端支撐，對于給定的結(jié)構(gòu)長度，剛性最大：它的精度和位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達(dá)到高精度。但是，它的操作范圍小，手臂收縮的同時又向相反的方向伸出，即妨礙工作，且占地面積大，運動速度低，密封性不好。

2）圓柱坐標(biāo)型（R3P）

圓柱坐標(biāo)機(jī)器人由兩個滑動關(guān)節(jié)和一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的位置，再附加一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來確定部件的姿態(tài)。這種機(jī)器人可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)一個角，工作范圍可以擴(kuò)大，且計算簡單；直線部分可采用液壓驅(qū)動，可輸出較大的動力；能夠伸入型腔式機(jī)器內(nèi)部。但是，它的手臂可以到達(dá)的空間受到限制，不能到達(dá)近立柱或近地面的空間；直線驅(qū)動器部分難以密封、防塵；后臂工作時，手臂后端會碰到工作范圍內(nèi)的其它物體。3）球坐標(biāo)型（2RP）

5、機(jī)器人手爪有哪些種類，各有什么特點？ 答：（1）機(jī)械手爪：依靠傳動機(jī)構(gòu)來抓持工件；

（2）磁力吸盤：通過磁場吸力抓持鐵磁類工件，要求工件表面清潔、平整、干燥，以保證可靠地吸附，不適宜高溫條件；

（3）真空式吸盤：利用真空原理來抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清潔，同時氣密性要好。

6、編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？ 兩種基本形式：增量式、絕對式

增量式：用來測量角位置和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。在所有利用增量式編碼器進(jìn)行位置跟蹤的系統(tǒng)中，都必須在系統(tǒng)開始運行時進(jìn)行復(fù)位。

絕對式：每個位置都對應(yīng)著透光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。

7、工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動器有那些類型，并簡要說明其特點。

（1）電動驅(qū)動器的能源簡單，速度變化范圍大，效率高，轉(zhuǎn)動慣性小，速度和位置精度都很高，但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動比較困難。

（2）液壓驅(qū)動器的優(yōu)點是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅(qū)動的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動具有較高的精度。但需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏，不適合高、低溫及有潔凈要求的場合。故液壓驅(qū)動器目前多用于特大功率的操作機(jī)器人系統(tǒng)或機(jī)器人化工程機(jī)械。

（3）氣動驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)簡單，清潔，動作靈敏，具有緩沖作用。但也需要增設(shè)氣壓源，且與液壓驅(qū)動器相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有潔凈、防爆等要求的點位控制機(jī)器人。

8、常用的工業(yè)機(jī)器人的傳動系統(tǒng)有那些？

齒輪傳動，蝸桿傳動，滾珠絲桿出傳動，同步齒形帶傳動，鏈傳動和行星齒輪傳動

9、在機(jī)器人系統(tǒng)中為什么往往需要一個傳動（減速）系統(tǒng)？

因為現(xiàn)在的電機(jī)一般速度較高，力矩較小，需要通過傳動系統(tǒng)降低轉(zhuǎn)速、提高力矩。

10、機(jī)器人上常用的距離與接近覺傳感器有哪些？。超聲波，激光、紅外，霍爾傳感器

11、按機(jī)器人的用途分類，可以將機(jī)器人分為哪幾大類？試簡述之。1)工業(yè)機(jī)器人或產(chǎn)業(yè)機(jī)器人 應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，主要用在制造業(yè)，進(jìn)行焊接、噴漆、裝配、搬運、檢驗、農(nóng)產(chǎn)品的加工等產(chǎn)業(yè)。

2)探索機(jī)器人 用于進(jìn)行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。3)服務(wù)機(jī)器人 一種半自主或全自主的機(jī)器人，其所從事的服務(wù)工作可使人類生存的更好，使制造業(yè)以外的設(shè)備工作的更好。

4)軍用機(jī)器人 用于軍事目的，或進(jìn)攻性的，或防御性的。

12、什么是示教再現(xiàn)式機(jī)器人？

答：先由人驅(qū)動操作機(jī)，再以示教動作作業(yè)，將示教作業(yè)程序、位置及其他信息存儲起來，然后讓機(jī)器人重現(xiàn)這些動作。

13、編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？ 兩種基本形式：增量式、絕對式

增量式：用來測量角位置和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。在所有利用增量式編碼器進(jìn)行位置跟蹤的系統(tǒng)中，都必須在系統(tǒng)開始運行時進(jìn)行復(fù)位。

絕對式：每個位置都對應(yīng)著透光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。

14、根據(jù)機(jī)器人作業(yè)水平的高低，機(jī)器人語言通常分為哪幾類？

答：機(jī)器人編程語言可分為：(1)動作級：以機(jī)器人末端執(zhí)行器的動作為中心來描述各種操作，要在

程序中說明每個動作。(2)對象級：允許較粗略地描述操作對象的動作、操作對象之間的關(guān)系等，特別適用于組裝作業(yè)。(3)任務(wù)級：只要直接指定操作內(nèi)容就可以了，為此，機(jī)器人必須一邊思考一邊工作。

15、工業(yè)機(jī)器人主要有哪些編程方式？試簡述之。

16、機(jī)器人機(jī)械夾持式手按手爪的運動方式分為哪兩種？各有何典型機(jī)構(gòu)？ 答：按手爪的運動方式分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型可分兩類：它分為直線式和圓弧式兩種。典型機(jī)構(gòu)：a齒輪齒條式b螺母絲杠式c凸輪式d平行連桿式.回轉(zhuǎn)型典型:a楔塊杠桿式b滑槽杠桿式c連桿杠桿式d齒輪齒條式e自重杠桿式

17、機(jī)器人吸附式手分為哪兩種？各有何特點？

答：根據(jù)吸附力的產(chǎn)生方法不同，將其分為：氣吸式,磁吸式（1）氣吸式:氣吸式手是利用吸盤內(nèi)的壓力與外界大氣壓之間形成的壓力差來工作的，根據(jù)壓力差形成的原理不同，可分為：a擠壓排氣式b氣流負(fù)壓式c真空抽氣式(2)磁吸式:磁吸式手是利用磁場產(chǎn)生的磁吸力來抓取工件的，因此只能對鐵磁性工件起作用（鋼、鐵等材料在溫度超過723℃時就會失去磁性），另外，對不允許有剩磁的工件要禁止使用，所以磁吸式手的使用有一定的局限性。根據(jù)磁場產(chǎn)生的方法不同，磁吸式手可分為：a永磁式b勵磁式

18、機(jī)器人電動驅(qū)動器有哪幾種？

答：電動驅(qū)動器是利用電能來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動器，常見主要有：步進(jìn)電機(jī)（stepping motor)、直流（DC）伺服電機(jī)、交流（AC）伺服電機(jī)、直接驅(qū)動電機(jī)

19、機(jī)器人軌跡控制的兩種方式是什么？ 答：如果要求機(jī)器人沿著一定的目標(biāo)軌跡運動則是軌跡控制。對于工業(yè)生產(chǎn)線上的機(jī)械臂，軌跡控制常用示教再現(xiàn)方式。示教再現(xiàn)分兩種：點位控制（ＰＴＰ），用于點焊、更換刀具等情況；連續(xù)路徑控制（ＣＰ），用于弧焊、噴漆等作業(yè)。如果機(jī)器人本身能夠主動地決定運動，那么可經(jīng)常使用路徑規(guī)劃加在線路徑跟蹤方式進(jìn)行控制。

五、按照下圖中給定的運動軌跡，編寫一段符合要求的運動控制指令。

六、請解讀下列程序，并寫出注釋。

1、主程序 PROC main()rInitAll;WHILE TRUE DO

IF di1=1 THEN rMoveRoutine;rHome;ENDIF WaitTime 0.3;ENDWHILE ENDPROC

2、PROC rModPos()!示教目標(biāo)點程序

MoveL pPick,v10,fine,tGripperWObj:=WobjCNV;MoveL pPlaceBase,v10,fine,tGripperWObj:=WobjBuffer;MoveL pHome,v10,fine,tGripper;ENDPROC ENDMODULE

3、理解下面指令并畫出機(jī)器人的運動軌跡圖。PROC Routine1（）MoveL p10,v1000,fine,tool1WOBj:=wobj1;MoveC p30,p40,v1000,z1,tool1WOBj:=wobj1;ENDPROC