机 器 人 技 术 基 础

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1、机器人技术基础工业机器人是应用于制造环境下以提高生产率的一种工具。它的历史并不算长，直到1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正拉开了帷幕。二十世纪50、60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了使用化阶段。1954年美国的G.C.Devol发表了“通用机器人”专利；1960年美国AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人，可作点位和轨迹控制，这是世界上第一种用于工业生产上的机器人。英格伯格在大学攻读一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的伺服理论。德沃尔曾于1946年发明了一种系统，可以“重演”所记录的

2、机器的运动。1954年,德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性，英格伯格和德沃尔都在研究机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为是用重型机器进行工作，生产过程较为固定。1959年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。工业机器人可用于承担常规的、冗长乏味的装配线工作，或执行那些对工人也许有危害的工作。例如，在第一代工业机器人中，曾有一台被用于更换核电厂的核燃料棒。从事这项工作的工人可能会暴露在有害量的放射线下。工业机器人也能够在装配线上操作——安装小型元件，例如将电子元件安

3、装在线路板上。为此，工人可以从这种冗长乏味任务的常规操作中解放出来。通过编程的机器人还能去掉炸弹的雷管、为残疾者服务以及在我们社会的众多应用中发挥作用。机器人可被看作将臂端执行工具、传感器以及夹爪移动到某个预定位置的一台机器。当机器人到达该位置，它将执行某个任务。该任务可能是焊接、密封、机械装载、机械卸载，或许多装配工作。除了编程以及打开和关闭系统之外，一般情况下，均不需要人们的参与就能完成这类工作。机器人是一台可再编程的多功能机械手，它可通过可编程运动移动零件、物料、工具或特殊装置以执行某种不同任务。由这项定义可导致下面段落中被阐述的其他定义，它们为机器人系统

4、提供了完整的写照。预编程位置是机器人为了完成工作必须遵循和通过的途径。在这些位置的某点，机器人会停下来并执行某种操作，例如装配零件，喷漆或焊接。这些预编程位置被存储在机器人的记忆装置中供以后继续操作时使用。此外，当工作的要求发生变化时，不仅其他编程数据而且这些预编程位置均可作修改。因此，正由于这种编程的特点，一台工业机器人与一台可存储数据、以及可回忆及编辑的计算机十分相似。机械手是机器人的手臂，它允许机器人俯仰、伸缩和转动。这种动作是由机械手的轴所提供的，机械手的轴又称为机器人的自由度。一台机器人可以具有3至16根轴。在本人的后面部分，自由度这个术语总与一台机器

5、人轴的数目相关联。工具及夹爪并非属于机器人系统的本身，它们是装在机器人手臂端部的附件。有了与机器人手臂端部相连接的这些附件，机器人就可以提起零件、点焊、喷漆、弧焊、钻孔、去毛刺，还可以根据所提要求指向各种类型的任务。机器人系统还可以控制操作机器人的工作单元。机器人工作单元是一种总体环境，在该环境下机器人必须执行赋予它的任务。该单元可包容控制器、机器人的机械手、工作台、安全装置，或输送机。机器人开展工作所需要的所有设备均被包括在这个工作单元中。此外，来自外界装置的信号能够与机器人进行交流，这样就可以告诉机器人什么时候它该装配零件、捡起零件或将零件卸到输送机。基本部

6、件机器人系统具有3个基本部件：机械手、控制器及动力源。在某些机器人系统中可以看到第4个部件，端部执行件，有关这些部件将在下面小节描述。机械手机械手承担机器人系统的体力工作，它由两部分组成：机械部分及被连接的附属物。机械手还有一个与附属物相连的底座。机械手的底座通常被固定在工作领域的地面。有时，底座也可以移动。在该情况下，底座被安装到导轨上，这样该机械手就可以从一处移动到另一处。例如，一台机器人可以为几台机床工作，为每台机床装载和卸载。正如前面所述，附属物从机器人的底座伸出。该附属物是机器人的手臂。它既可以是一个直线型的可动臂，也可以是一个铰接臂。铰接臂也称关节臂

7、。机器人机械手的附属物可为机械手提供各种运动轴。这些轴与固定底座相连接，而该底座又被紧固到机架上。这个机架能确保该机械手被维持在某个位置上。在手臂的端部连接着一个手腕。该手腕由附加轴及手腕法兰组成，有了该手腕法兰，机器人用户就可以根据不同的工作在手腕上安装不同的工具。机械手的轴允许机械手在一定区域内执行工作。如前所述，该区域被称为机器人的工作单元，它的尺度与机械手的尺寸相对应。当机器人的物理尺寸增大时，工作单元的尺寸必然也随之增加。机械手的运动由驱动器，或驱动系统所控制。驱动器或驱动系统允许各根轴在工作单元内运动，驱动系统可利用电力的、液压的或气压动力。驱动系统

8、发出的能量由各种机械驱动