管理信息化智能制造機(jī)器人的由來(lái)

管理信息化智能制造機(jī)器人的由來(lái)第七章機(jī)器人第一節(jié)概述一、機(jī)器人的由來(lái)機(jī)器人是眾所周知的一種高新技術(shù)產(chǎn)品，然而，“機(jī)器人”一詞最早并不是一個(gè)技術(shù)名詞，最早出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)20年代初期捷克的一個(gè)科幻內(nèi)容的話劇中，劇中虛構(gòu)了一種稱(chēng)為Robota20世紀(jì)60以及信息技術(shù)等相關(guān)科技的不斷發(fā)展，到20世紀(jì)80空間、海洋以及國(guó)防等諸多領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)形成了綜合性的學(xué)科——機(jī)器人學(xué)（Robotics機(jī)能等。盡管機(jī)器人已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也日趨深入、完善，然而“機(jī)器人尚沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的、嚴(yán)格而準(zhǔn)確的定義。一方面，在技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，不同的國(guó)家、不同的學(xué)者給出的定義不盡相同，雖然基本原則一致，但歐美國(guó)家的定義限定多一些，不斷發(fā)展變化。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義的機(jī)器人特征如下。：仿生特征：動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類(lèi)似于人或其他生物體某些器官（肢體、感官等）的功能；柔性特征：機(jī)器人作業(yè)具有廣泛的適應(yīng)性，適于多種工作，作業(yè)程序靈活易變；智能特征：機(jī)器人具有一定程度的人類(lèi)智能，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等；2自動(dòng)特征：完整的機(jī)器人系統(tǒng)，能夠獨(dú)立、自動(dòng)完成作業(yè)任務(wù)，不依賴(lài)于人的干預(yù)。二、機(jī)器人的組成位置。驅(qū)動(dòng)器將控制系統(tǒng)輸出的信號(hào)變換成大功率的信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作。1．機(jī)械本體般具有633個(gè)則用來(lái)確定末端執(zhí)行裝置的具。2．控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，并依據(jù)預(yù)定的本體模型、環(huán)境模型和控制程序做出決策，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)之分。3．驅(qū)動(dòng)器通常有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)、帶傳動(dòng)等幾種類(lèi)型。34．傳感器器人所處的工作環(huán)境或工作狀況信息，又可分成環(huán)境傳感器和末端執(zhí)行器傳感器兩種類(lèi)型；傳感器等。三、機(jī)器人的分類(lèi)分類(lèi)法。1．按照機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展水平分按照機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展水平可以將機(jī)器人分為三代。第一代機(jī)器人是“示教再現(xiàn)型。這類(lèi)機(jī)器人能夠按照人類(lèi)預(yù)先示教的軌跡、行為、順序和給定位置的噴漆工作。這種方式即是所謂的“直接示教。但是，比較普遍的方式是通過(guò)控自動(dòng)記錄下每一步，然后重復(fù)。目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的機(jī)器人大多屬于第一代。器人焊接的過(guò)程一般是通過(guò)示教方式給出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)曲線，機(jī)器人攜帶焊槍走這個(gè)曲線，進(jìn)行焊接。這就要求工件的一致性很好，也就是說(shuō)工件被焊接的位置必須十分準(zhǔn)確。否則，4可以很好地完成焊接工作。類(lèi)似的技術(shù)正越來(lái)越多地應(yīng)用在機(jī)器人上。第三代機(jī)器人稱(chēng)為“智能機(jī)器人，具有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且能自主地解決問(wèn)題的能力。作為發(fā)置、相互作用的力等等。更為重要的是，能夠根據(jù)獲得的信息，進(jìn)行邏輯推理、判斷決策，量新思想、新方法，但現(xiàn)有機(jī)器人的自適應(yīng)技術(shù)還是十分有限的。2．按機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征來(lái)分節(jié)型機(jī)器人等類(lèi)型。（1）直角坐標(biāo)機(jī)器人。直角坐標(biāo)機(jī)器人具有空間上相互垂直的兩根或三根直線移動(dòng)軸（見(jiàn)圖7－13個(gè)獨(dú)立自由度確定其手部的空間位置，其動(dòng)作空間為一長(zhǎng)路基板的元件插入、緊固螺絲等作業(yè)。（2）柱標(biāo)機(jī)器柱面坐器人的位置機(jī)要由旋座、垂面坐人。標(biāo)機(jī)空間構(gòu)主轉(zhuǎn)基直移圖7－1直角坐標(biāo)機(jī)器人7－2Versatran機(jī)器人5就是一種典型的柱面坐標(biāo)機(jī)器人。圖7－2柱面坐標(biāo)機(jī)器人（37－3所示，其空間位置分別由旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)和平移3個(gè)自由度確Unimate間體積小于直角坐標(biāo)和柱面坐標(biāo)機(jī)器人，但仍大于多關(guān)節(jié)型機(jī)器人。（4）多型機(jī)器由多個(gè)和擺動(dòng)組合而關(guān)節(jié)人。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)成。圖7－3球面坐標(biāo)機(jī)器人器人。如美國(guó)Unimation公司20世紀(jì)70年代末推出的機(jī)器人PUMA（見(jiàn)圖7－4）就是一種垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人，而日本山梨大學(xué)研制的機(jī)器人SCARA（見(jiàn)圖7－5多關(guān)節(jié)機(jī)器人。肩部旋轉(zhuǎn)軸）帶動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸以及小臂前端的手腕等構(gòu)成。手腕通常由2～3個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以自由地實(shí)現(xiàn)三維空間的圖7－4垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人應(yīng)用于代替人完成裝配作業(yè)、貨物搬運(yùn)、電弧焊接、噴涂、點(diǎn)焊接等作業(yè)場(chǎng)合．圖7－5水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的二個(gè)能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂，其自由度可以根據(jù)用途選擇2～4個(gè)，動(dòng)作空間為一圓柱體。水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是在垂直方向上的剛性好，能方便地實(shí)現(xiàn)二維平面上的動(dòng)作，在裝配作業(yè)中得到普遍應(yīng)用。3．按照機(jī)器人的用途分療、服務(wù)、娛樂(lè)，以及空間和水下探索等多種領(lǐng)域。（1）工業(yè)機(jī)器人途是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的焊接作業(yè)。裝配機(jī)器人，比較多地用于電子部件電器的裝配。噴漆機(jī)器人，代替人進(jìn)行噴漆作業(yè)。碼垛、上下料、搬運(yùn)機(jī)器人的功能則是根據(jù)一定的速度和精度要求，以滿足生產(chǎn)要求的變化。比如，改變焊縫軌跡，改變噴漆位置，變更裝配部件或位置等等。隨著對(duì)工業(yè)生產(chǎn)線柔性的要求越來(lái)越高，對(duì)各種機(jī)器人的需求也就越來(lái)越強(qiáng)烈。（2）農(nóng)業(yè)機(jī)器人7（3）探索機(jī)器人(有毒或高溫等環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)。人類(lèi)借助潛水器具潛人到深海之中探秘，已有很長(zhǎng)的歷史。然而，由于危險(xiǎn)很大、航天器里使用的機(jī)器人。（4）服務(wù)機(jī)器人類(lèi)的生活、康復(fù)提供服務(wù)的機(jī)器人，或者是能對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)的一類(lèi)機(jī)器人。四、機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)展國(guó)際上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品誕生于20世紀(jì)6020世紀(jì)80才得到了巨大的發(fā)展，成為機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)里程碑，這一時(shí)代被稱(chēng)為“機(jī)器人元年。為繼開(kāi)發(fā)成功。820世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展?，F(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人已發(fā)展成為一個(gè)龐大的家族，并與數(shù)控（NC程、控制器（PLC）一起成為工業(yè)自動(dòng)化的三大技術(shù)支柱和基本手段，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，機(jī)器人操作機(jī)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以德國(guó)KUKA公司為代加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的性能。此外采用先進(jìn)的RV減速器及交流去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27KAWASAKIYASKAWAFANUC和瑞典ABB國(guó)KUKA、REIS等公司皆推出了此類(lèi)產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)通信功能的拓展，日本YASKAWA和德國(guó)KUKA公司的最新機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn)了與Canbus、Profibus總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機(jī)器人有了很大提高。器人，法國(guó)的水果采摘機(jī)器人，以及荷蘭開(kāi)發(fā)的擠奶機(jī)器人等。20世紀(jì)70年代開(kāi)始先后研制了幾百臺(tái)不同結(jié)構(gòu)形式和性能指標(biāo)的水下機(jī)器人。法國(guó)的EPAVLARD、美國(guó)的AUSS、俄羅斯的MT-88等水下機(jī)器壩檢查等方面。我國(guó)在90年代中期研制的“水下機(jī)器人在太平洋深海試驗(yàn)成功，海深達(dá)6000m以上，使我國(guó)在深海探測(cè)和探索方面躍居世界先進(jìn)水平。9??間機(jī)器人，如美國(guó)NASA的空間機(jī)器人Sojanor等。Sojanor是一輛自主移動(dòng)車(chē)，重量為11.5kg，尺寸630~48mm，有6個(gè)車(chē)輪，它在火星上的成功應(yīng)用，引起了全球