第1章工业机器人及其发展
1.1工业机器人的发展历史回顾
“机器人”（Robota）一词最早出现在本世纪初的科幻小说中，是剧作家笔下的具有人的外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳动力。在我国采用的是意译，而实际上的机器人特别是工业机器在外型上很少与人相似之处。
现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展以及原子能的开发和利用。
自1946年第一台数字电子计算机（ENIAC）研制成功以来，计算机取得了惊人的进步，目前正向高速、大容量、低价格的方向发展。
省力化和大批量生产等的迫切要求，推动了自动化技术的进展，其结果之一便是1952年数控机床的诞生。
另一方面，原子能实验室的恶劣环境要求某种操作机械代替人处理放射性物质，在这一背景下，美国原子能委员会的尔贡研究所于1941年开发了遥控机械手，1946年又开发了机械式的主从机械手。
1954年美国George .Devol最早提出了工业机器人的思想,发明了一种可编程序的关节型搬运装置,并申请了专利,该专利的要点是借助于伺服技术控制机器人的关节,利用人手对机器人进行示教,机器人能实现动作的记录和再现,这就是所谓的示教再现机器人。在此基础上，1958年美国的CONSOLIDATEEL公司制造了第一台工业机器人；作为机器人产业出售的最早实用机器人是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和“UNIMATION”公司推出的“UNIMATE”，这些工业机器人的控制方式与NC机床大致相同，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂组成。由于历史条件和技术水平的关系，60年代机器人发展较慢。70年代后，焊接、喷漆机器人相继在工业中得到应用和推广。随着计算机技术、控制技术、人工智能的发展，机器人技术也得到了迅速发展，出现了更为先进的可配视觉、触觉的机器人。80年代，为了适应市场多变的需要，制造业在生产方式上产生了质的飞跃，多品种、小批量概念诞生，出现了适应此种生产模式的以NC 机床、加工中心和工业机器人为代表的柔性制造系统FMS。FMS是现代制造业革命进入历史新纪元的里程碑。工业机器人作为现代制造业的柔性设备受到人们的普遍重视。到80年代中期，世界工业机器人年增长率达到30%，迎来了工业机器人的大发展阶段,也因此80年被认为是机器人元年。
进入90年代以来，如何利用技术提供的可能性，抓住用户的心理，满足用户的愿望及要求，加速新产品的构思及概念的形成，并在最短的时间内开发出高质量及较低价格的新产品，成为市场竞争的新焦点。在现代制造自动化系统中，传统机械的机器人化以及新一代的机器人化机器，成为重要的发展方向，机器人再次受到青睐。
据国际机器人联合会1994年的统计，在全世界已投入运行的61万台工业机器人中，绝大多数用于制造业。例如，日本拥有世界机器人总数的60%，约37
万台，用于制造业的机器人占日本世界机器人总数的96%。现在每万名制造业职工拥有机器人约350台，日本汽车制造业职工大约使用811台机器人，机器人成为现代制造业的主力军。
各国制造企业家已取得共识,即提高劳动生产率，增加产量主要依靠机器人，而不是增加就业人数。据国际机器人联合会（IFR）1995年统计，机器人的销售增长较快，1995年比1994年增长了22%。预计1995年到1998年世界机器人销售的平均增长率为19%，到2000年，世界机器人的安装总数将增加到100万台。从应用领域来看，机器人主要集中在制造业的焊接、装配、机加工、电子、精密机械等领域。随着机器人的普及应用，工业机器人技术也取得较快发展。
近年来，工业机器人的传感器技术、控制技术、主体结构等关键技术也进展较快，目前已研制出各种新型机器人传感器。因此，下一世纪将是传感器发生革命性变化的时代。超小型化、高可靠性及廉价的新型传感器的出现，将从根本上改变机器人编程及控制系统的设计。
机器人新材料及弹性臂的研究，可能出现负载自重比为1/2的轻型机器人。在驱动单元研究方面，出现了传感器与驱动器一体化的趋势。
工业机器人的编程语言和编程方式也取得了较大进展，机器人语言将会象计算机语言一样规范化，机器人的编程也可望与机床的数控设备一样，完全实现离线编程。
由于工业机器人的应用范围不断扩大，机器人已从当初的柔性上下料装置变为可编程的高度柔性单元，由“部件发展方式”向“系统发展方式”转移。
21世纪的制造业将进入一个新的阶段，由面向市场多变生产转向面向顾客生产，敏捷制造企业（AGIENT ENTERPRISE）将是未来企业的主导模式，以机器人为核心的可重组的加工和装配系统，已成为工业机器人和敏捷制造业的重要发展方向。
1.2我国机器人技术研究发展概况
我国机器人学研究起步较晚，但进步较快，已经在工业机器人、特种机器人和智能机器人各个方面区的了明显的成就，为我国机器人学的发展打下了坚实的基础。
我国工业机器人起步于20世纪70年代初，经过20多年的发展，大致可分为三个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期，90年代的实用化期。
在第一台机械手出现后20年，我国于1972年开始研制工业机器人，由上海起，接着天津，吉林，哈尔滨，广州，昆明等十几个研究单位和院校分别开发了固定程序、结合式、液压伺服型同用机器人，并开始了机构学（包括步行机构）、计算机控制和应用技术的研究，这些机器人大约有
1/3用于生产。
在该技术的推动下，随着改革开放方针的实施，我国机器人技术的发展得到政府的重视和支持，在80年代中期，国家组织了对工业机器人的需求的行业的调研，结果表明，对第二代工业机器人的需求主要集中于汽车行业（占总需要的60%～70%）。在众多的专家的建议和规划下，于“七五”期间，由机电部主持，中央各部委，中科院及地方十几所科研院所和大学参加，国家投入相当的资金，进行了工业机器人基础技术，基础元器件，几类工业机器人整机及应用工程的开
发研究，完成了示教再现式工业机器人成套技术（包括机械手、控制系统、驱动传动单元、测试系统的设计、制造、应用和小批量生产的工艺技术等）的开发，研制出喷涂、弧焊、点焊和搬运等作业机器人整机，几类专用和通用控制系统及几类关键元部件如交、直流伺服马达驱动单元机器人专用薄壁轴承、谐波传动系统、焊接电源和变压器等，并在生产中经过实用考核，其主要性能指标达到80年代初国际同类产品的水平，且形成小批量生产能力。在应用方面，在第二汽车厂建立的我国第一条采用国产机器人的生产线－东风系列驾驶室多品种混流机器人喷涂生产线，该线由7台国产PJ系列喷涂机器人和PM系列喷涂机器人和周边设备构成，已运行十年，完成喷涂20万辆东风系列驾驶室的生产任务，成为国产机器人应用的一个窗口；此外，还建立了几个弧焊和点焊机器人工作站。与此同时，还研制了几种SCARA型装配机器人样机，并进行了试应用。在基础技术研究方面，解剖了国外10余种先进的机型，并进行了机构学，控制编程，驱动传动方式，检测等基础理论与技术的系统研究。开发出具有国际先进水平的测量系统，编制了我国工业机器人标准体系和12项国标，行标。
为了跟踪国外高技术，80年代在国家高技术计划中，安排了智能机器人的研究开发，包括水下无缆机器人，高功能装配机器人（DD驱动）和各类特种机器人，进行了智能机器人体系结构，机构控制，人工智能机器视觉，高性能传感器及新材料的应用研究已取得一批成果。这些技术的实用化将加速我国第二代机器人的发展。
经过80年代尤其是后50年的努力，吸引了160多个单位从事机器人及其相关技术的研究力量，形成了京津、东北、华东、华南等机器人技术地区和十几家优势单位，培养了一支2000多人的工业机器人设计、研制、应用队伍，造就了一批机器人专家，使我国的工业机器人技术发展基本上可以立足于国内。
90年代初期，我国主要开发下列机器人及其相关技术：
1．喷涂机器人根据用户多方面的需求，开发了交流伺服离线编程机器人，喷涂机器人（顶喷、侧喷、仿形喷）小型马达器等系列产品，但还未达
到产品的定型，从需求出发开发了汽车喷涂生产线，马达，箱体，陶瓷
等生产线的机器人应用工程，共完成20条生产线及工作站。
2．焊接机器人进行了新机构的探索和焊缝跟踪、工装、变位机等的研究，近几年汽车行业和工程机械行业大量引进点焊、弧焊机器人，提出了许
多应用工程和维修技术问题需要解决。
3．搬运机器人根据用户需求，一些单位开发了码垛换力机器人，已在多条生产线上应用。
4．装配机器人及视觉、力觉等传感器技术得到高技术计划的支持，研制了高档样机，开始了应用工程。
在90年代中期，国家已选择以焊接机器人的工程应用为重点进行开发研究，从而迅速掌握焊接机器人应用工程成套开发技术、关键设备制造、工程配套、现场运行等技术，即以机器人焊接工艺为龙头，开展焊装线总体设计、线体总控及多机通讯，新型焊接机器人用焊接电源、送丝机构、焊缝跟踪系统、机电精度、控制技术等开发及完善化，以及几条焊装生产线的全套应用及其可靠性作为主攻目标。
90年代后期是实现国产机器人的商品化，为产业化奠定基础的时期。国内一些机器人专家认为：应继续开发和完善喷涂、点焊、弧焊、搬运等机器人系统应用成套技术，完成交钥匙工程。在掌握机器人开发技术和应用技术的基础上，
进一步开拓市场，扩大应用领域，从汽车制造业逐渐扩展到其他制造业并渗透到非制造业领域，开发第二代工业机器人及各类适合我国国情的经济型机器人以满足不同行业多层次的需求，开展机器人柔性装配系统的研究，充分发挥工业机器人在CIMS（计算机集成制造系统）中的核心技术作用。在此过程中，嫁接国外技术，促进国际合作，促使我国工业机器人得到进一步发展，为21世纪机器人产业奠定更坚实的基础。
经过20年的改革开放，随着对商品高质量和多样化的要求普遍提高，生产过程的柔性自动化要求日益迫切，在电子、家电、汽车、轻工业等行业，工业机器人的应用日趋广泛，随着我国加入WTO后国际竞争更加激烈，对工业机器人的需求会越来越大。我国的工业机器人将在21世纪得到普及，随我国加入世界贸易组织（WTO），我国的工业机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战，我们要把握这一机遇，迎接挑战，为我国跻身于机器人强国之列而努力奋斗。
第二章工业机器人技术
2．1工业机器人的定义和基本构成
虽然机器人的概念在人类的想象中已有数十年的历史，但将机器人作为专有名词加以引用则是近30年的事。为促进机器人的发展，有关国家和组织曾给机器人下过多种定义，但由于各国家机器人的研究，发展状况不尽相同，对机器人的理解各有侧重，至今尚无被各方一致接受的统一的定义。
1984年，国际标准化组织(ISO)通过的定义是：机器人是一种自动控制下的通过编程可完成某些操作或移动作业的机器。
在我国1989年的国标草案中，工业机器人被定义为：一种自动定位控制，可重复编程的多功能的，多自由度的操作机。操作机被定义为：具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓取物体或进行其他操作的机械装置。
由此可见，工业机器人是一种机电系统，操作机是它的执行机构，该机构与电子器件密切相关，它的灵活程度和动态特性直接影响到机器人系统的工作质量。
工业机器人系统如图所示，主要由机器人本体、机器人控制部分(控制器、示教盒、再现操作盒)等组成。
2．2机器人的本体技术
机器人本体是机器人的执行机构，它的任务是精确地保证末端执行器所需要的位置、姿态和实现其运动。
机器人本体通常它的基本结构是将机构学中的杆件和运动副相互联接而成构成的开式运动链。杆件也可以成为手臂。运动副在机器人中称作关节，根据运
动形态可分为转动关节和平移关节，关节有一个或几个自由度，但通常为一个。机器人能独立运动的关节(包括回转和平移)的数目,就是该机器人的运动自由度(degree of freedom of motion)。在三维空间的无约束物体，可以做平行于各轴的平移运动，还可以做围绕各轴的旋转运动，因此它有与位置有关的三个自由度和与姿态有关的三个自由度，共六个自由度。机器人手臂为了能任意操纵物体的位置和姿态，必须最少有六个自由度。
如图中所示的关节性机器人，它包括机座、立柱、大臂、小臂和手腕等部件，有时为了增加机器人的工作空间，在机座处装有行走机构。机座与大臂、大臂与小臂、小臂与手腕有三个旋转关节，以保证达到工作空间的任意位置，手腕中又有三个旋转关节：腕转、腕曲、腕摆，以实现末端操作器的任意空间姿态，手腕的端部为一法兰，以连接末端操作器。
2．1．2机器人本体的主要构成要素
1．机器人本体的伺服机构
驱动装置在机器人系统中占有重要地位，它的性能在很大程度上决定了机器人的运动性能指标，应该说机器人技术的进步依存于驱动装置的发展。在机器人的发展历史上，曾经出现过多种驱动形式，如气动、液压驱动、电动等。由于气动和液压驱动的局限，除了特殊场合下，已不再占主要地位，随着伺服马达和控制技术的发展，目前工业机器人中主要采用伺服马达驱动。
伺服机构在日本工业标准JIS中被定义为“以物体的位置、方位、姿势等为控制量，组成能跟踪目标的任意变化的控制系统。”伺服机构在由指令部输入目标值（位置、速度等）时，就能检测当前值（位置、速度等），并与目标值相比较，经常进行着使其差值变小的控制。
工业机器人的伺服机构包括：驱动放大器、驱动马达、和检测器组成。
（1）伺服马达
伺服马达分交流伺服马达（AC）和直流伺服马达（DC）两种，交流伺服马达分成两种类型：同步马达（SM Synchonous motor）和异步马达（IM Induction motor）。直流伺服马达曾经占据了很长的一段历史，在1980年以前，人们提到伺服马达通常指的是直流伺服马达，直到1984年以后，随着以微处理器为代表的电子器件的发展，复杂的控制实现了高速且廉价，伺服马达向不需要维护、马达生产率高的AC伺服马达发展。为了适应机器人的频繁起停和高的动态品质要求,一般都采用低惯量的SM马达。IM型马达结构坚固，容易适应大型化、高速化，变为大容量，功率也随之提高，所以IM型主要用于7.5KW以上的马达。
各种马达的结构和特征如下表所示。
伺服马达的动作原理：
所有马达的动作原理都是相同的。根据“弗来明左手定则”，给磁场中的导体通电，力就会作用于导体，就会产生转矩。SM型AC伺服马达，在转子上配置永久磁铁、定子上配置通电线圈，在定子线圈上流过对应转子动作（转速、方向、输出转矩）的电流。马达线圈，是通过放大器的晶体管ON-OFF，给垂直于转子磁铁的线圈通电。外加电压可在数KHz转换，流动电流被线圈的电抗平滑
为正弦波。线圈电压的正负区间是根据接在马达轴上的检测器指示的磁极位置检测信号进行判断。由于磁通和电流被控制成垂直状态，所以不存在象普通同步马达那样的失步现象。
产生的转矩T为
T=K1?Φ?I a
与线圈电流成正比，转速为
N=
与外加电压成正比.
符号说明：
T：转矩Ia：电流N：转速K1、K2：常数V：外加电压Φ：磁通Z：线圈电阻
近年来交流伺服马达及其伺服放大器在性能上有了较大发展，伺服马达向体积小型化、重量轻量化、高速、高精度、低噪音等方向发展。伺服放大器驱动器已经由原来的模拟伺服控制发展为数字伺服控制。
（2）伺服放大器
工业机器人中的驱动器装置的功能不仅能提供足够的功率驱动机械手各关节,而且要实现快速起停,精确到位和运动。因此必须采用位置闭环、速度闭环和加速度闭环。为了保护马达和电路，还要有电流闭环。伺服放大器用来驱动伺服马达，下面用框图表示伺服放大器的基本功能和动作原理。
该框图是以三菱AC伺服系统MR-J系列为例。伺服放大器主要包括两个部分。
（a）主回路部分
主回路的基本功能是利用整流器（二极管电桥、电容器）对商用电源（三相）进行整流、平滑，由输出模块（IGBT）将受正弦波PWM控制的任意电压?频率的三相电流供给马达，控制马达的速度和转矩。
（b）控制回路部分
利用16位微机，根据指令值（目标值）和当前值高速高精确地计算控制量（位置、速度和电流），实现快速响应和高精度的伺服控制，同时，实行对控制内容监视和单元保护。
2．编码器
在机器人伺服控制系统中，编码器用来实现马达位置和速度的检测。根据信号的输出形式编码器分为增量式（incremental）编码器和绝对式（absolute）编码器。增量式（incremental）编码器对应每个单位位移输出一个脉冲；绝对式旋转编码器根据读出的码盘上的编码，检测绝对位置。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。下面介绍在工业机器人中目前使用较多的光学编码器的原理。
增量式光学式旋转码盘的结构如下图所示。/
光电码盘与马达同轴安装，在带有明暗方格的码盘两侧，安装发光元件和光敏元件。随着码盘的旋转，光敏元件接收的光通亮与方格的间隔同步变化。光敏
元件输出的波形经过整形后变成脉冲。根据脉冲计数，可以知道固定在码盘上的转轴的角位移。在码盘上有Z相标志信号，每转一圈输出一个脉冲。此外，为了判断旋转方向，并得到提高系统分辨率所需要的插补信号，实际的码盘是输出二路脉冲，由于在码盘内布置了二对光电管，它们之间有一定偏差，因此二路脉冲也有固定的相位差（90 ），如图所示，A、B两相信号中，当A相信号上升时，观测B相信号的电平，就可以根据哪个信号的相位超前来判定码盘的旋转方向。另外将A、B两相进行异或运算就得到频率为原信号频率2倍的信号C，进而将C和C上升时的触发信号Cr和Cr进行异或运算就得到频率为原信号频率2倍的信号D。这样可以通过电学的手段进一步提高物理角度的分辨率。
绝对式光学编码器的结构如图所示。
在绝对位置检测系统中，由于需要判断电源接通时的旋转位置，所以将图中的绝对位置信号（该图中为7bit）迭加在上述的增量信号（A、B）上输出。
绝对位置检测系统框图如下图所示。
在绝对位置编码器中，除了上述增量信号（A、B相）外，还有马达转一周的绝对位置检测、从原点开始的马达转数计数。所有的数据都存储在存储器中，若一次用原点复位定位，即使电源OFF，伺服放大器和控制器也能知道码盘的位置。因此，当再次接通电源时，即使不进行原点复位，也能照样进行位置、速度控制。
在目前工业机器人中使用最多的为旋转变压器和光电式编码器。一般在欧洲国家的点焊机器人中主要使用旋转变压器，而在日本光电式码盘器使用的较多。下面以光电式码盘器为例，来说明一下编码器的功能和动作原理。
2、减速器
减速器是为了增大马达的输出转矩，改善机器人的加速性能和提高伺服性能而使用的。常用的减速器中有齿轮、谐波减速器、滚珠丝杠等。滚珠丝杠利用螺丝的旋转变换成直线运动的原理，让滚珠环让绕丝杠旋转槽旋转，使磨擦变小。谐波减速器靠称做圆形齿的内齿齿轮和称做椭圆形齿的有可动性的外齿齿轮的齿数差，实现减速作用。输入转轴一周，椭圆型齿仅旋转几个齿（通常为2齿）。设圆形齿的齿数为200，则减速比为1/100。
减速机构常用的有：谐波减速器、RV减速器、摆线减速器、滚珠丝杠、蜗轮蜗杆等。传动方式有：杆传动、链条传动、齿轮传动等。其技术关键是保证传动双向无间隙。
1.直角坐标型机器人
如图1.1所示。这种机器人具有三个互相垂直的移动轴线，它们通过手臂的上下左右移动和前后伸缩构成一个直角坐标系，其手腕能摆动和旋转。这种形式的机器人以IBM RS-1型为代表，机器人的机械结构和控制方式比较简单，位置精度较高，但操作范围小，运行速度较低，灵活性差，难以与其它机器人协调，且占地较大。
图1.1直角坐标机器人 1.2 圆柱坐标型机器人
2.圆柱坐标型机器人
如图1.2所示。这种机器人机座上有一个水平转台，在转台上装有立柱和水平臂，水平臂能上下移动和前后伸缩，并能绕立柱旋转，在空间构成部分圆柱面。VERSATRAN机器人是其代表。其操作范围较大，并能获得较高速度，控制简
单，避障性好，但结构庞大，难以与其它机器人协调工作。
3.极坐标型机器人（球面坐标）
如图1.3所示。这种机器人的手臂能上下俯仰、前后伸缩，并能绕立柱回转，在空间构成部分球面。UNIMATE机器人是其代表。这类机器人占地面积较小，结构紧凑，比圆柱坐标型更为灵活，操作范围更大，能与其它机器人协调工作，重量较轻，但避障性差，有平衡问题，位置误差与臂长成正比。
图1.3 极坐标型机器人图1.4关节坐标型机器人
4.关节坐标型机器人
如图1.4所示。这种机器人有三个主要回转关节：腰回转（关节1）、肩回转（关节2）和肘回转（关节3），另外还有手腕的旋转（关节4、6）和弯曲（关节5）关节。这种机器人的典型产品有美国的UNIMATION公司生产的PUMA 型机器人、瑞士ASEA公司生产的IRB型机器人，以及德国KUKA公司生产的IR型机器人等。其结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，工作空间最大，能与其它机器人协调工作，避障性好，位置精度较低，有平衡问题。
5.SCARA型水平关节机器人
如图1.5所示。这种机器人是日本日立公司生产的，其臂部和肘部可绕垂直轴在水平面内旋转，末端工作部分可沿垂直轴上下移动。该产品主要用于电子产品中异型元器件的装配，如小型马达、电器、泵类等的装配工作。它的定位精度比较高，其设计指标为±0.1mm。
图1.5 SCARA型水平关节机器人
机器人本体的选择方法
1机器人类型的选择
机器人类型的选择主要取决于机器人的目标作业类型，如汽车底盘的点焊用四自由度的点焊机器人就够了，复杂工件的焊接一般需要六自由度机器人。
2手腕的容许载荷
选择机器人时首先要考虑机器人的最大承载能力，如对于OTC公司生产的DR-4000机器人其最大承载能力为6公斤，如下图表示。当安装标准焊枪时不会产生任何问题，但当用于搬运或其它类似的目的时，还应保证各腕部轴所承受的扭矩和转动惯量满足手册中规定的要求。
3动作范围的确定
机器人的种类确定后，还要检查其动作范围是否满足作业的要求。机器人的动作范围一般指腕部轴的回转中心（P点）的动作范围。如图所示DR-4000机器人的动作范围。在实际作业时由于装有焊接工具，其作业范围将发生变化，因而需要进一步对其作业范围进行确认。
1·2机器人的控制技术
机器人控制器是机器人的核心部件，是机器人的神经中枢，它实施机器人的全部信息处理和对机器人本体的运动控制。
工业机器人控制器具有如下主要功能：
1、作业点及作业内容的示教
为了让机器人完成某项作业，把完成该项作业内容的实现方法及机
器人的位置进行示教。作业内容包括包括让机器人产生应有的动作，也包括机器人周边装置的控制和通讯等方面的内容。
2、轨迹生成
接受示教系统送来的各示教点位置和姿态信息、运动参数和工艺参数，并通过计算把各点的示教（关节）坐标值转换成直角坐标值存入计算机内存，机器人在再现状态时，从内存中逐点取出其位置和姿态坐标值，按一定的时间节拍（又称采样周期）对它进行圆弧或直线插补运算，算出各插补点的位置和姿态坐标值，这就是路径规划生成。然后逐点地把各插补点的位置和姿态坐标值转换成关节坐标值，分送各个关节。为了控制机器人在被示教的作业点之间按照机器人语言所描述的指定轨迹运动，必须计算配置在机器人各关节处马达的控制量。
3、伺服控制
把从轨迹生成部分输出的控制量作为指令值，再把这个指令值与位置和速度等传感器来的信号进行比较，用比较后的指令值控制马达的转动。
4、作业设备的输入/输出控制。
5、基于传感器下的轨迹修正控制
图1.8为控制器的工作原理图。工业机器人的控制器大都采用二级计算机结构。虚线框内为第一级计算机，它的任务是规划和管理机器人在示教状态时，接受示教系统送来的各示教点位置和姿态信息、运动参数和工艺参数，并通过计算把各点的示教（关节）坐标值转换成直角坐标值存入计算机内存，机器人在再现状态时，从内存中逐点取出其位置和姿态坐标值，按一定的时间节拍（又称采样周期）对它进行圆弧或直线插补运算，算出各插补点的位置和姿态坐标值，这就是路径规划生成。然后逐点地把各插补点的位置和姿态坐标值转换成关节坐标值，分送各个关节。这就是第一级计算机的规划全过程。
图1.8为控制器的工作原理图
第二级计算机是执行计算机，它的任务是进行伺服马达闭环控制。它接收了第一级计算机送来的各关节下一步期望达到的位置和姿态后，又作一次均匀细分，以求运动轨迹更为平滑。然后将各关节下一细步期望值逐点送给驱动马达，同时检测光电码盘信号，直到其准确到位。
以上均为实时过程，上述大量运算都必须在控制过程中完成。
机器人控制器是使机器人等机构进行人所期望的运动的一种控制装置。工业机器人控制器具有如下主要功能。
1）作业点及作业内容的示教
为了让机器人完成某项作业，把完成该项作业内容的实现方法及机器人的位置进行示教。作业内容包括包括让机器人产生应有的动作，也包括机器人周边装置的控制和通讯等方面的内容。
2）轨迹生成
接受示教系统送来的各示教点位置和姿态信息、运动参数和工艺参数，并通过计算把各点的示教（关节）坐标值转换成直角坐标值存入计算机内存，机器人在再现状态时，从内存中逐点取出其位置和姿态坐标值，按一定的时间节拍（又称采样周期）对它进行圆弧或直线插补运算，算出各插补点的位置和姿态坐标值，
这就是路径规划生成。然后逐点地把各插补点的位置和姿态坐标值转换成关节坐标值，分送各个关节。为了控制机器人在被示教的作业点之间按照机器人语言所描述的指定轨迹运动，必须计算配置在机器人各关节处马达的控制量。
3）伺服控制
把从轨迹生成部分输出的控制量作为指令值，再把这个指令值与位置和速度等传感器来的信号进行比较，用比较后的指令值控制马达的转动。
机器人控制器装置目前工业上普遍使用的是示教再现型机器人。示教也称导引，即由用户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、工艺参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序，完成示教后，只需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示教动作一步步完成全部操作，这就是示教和再现。
控制器是机器人的神经中枢。它由计算机硬件、软件和一些专用电路组成。
机器人系统的软件：其软件机器人软件的类型大致有以下三种：1伺服控制级软件，用于对驱动器的控制与驱动2机器人运动控制级软件，用于对机器人进行轨迹控制、插补和坐标变换。3周边装置控制级软件
包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运算、动力学软件、机器人控制软件、机器人自诊断、自保护功能软件等，它处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。机器人控制器是机器人的核心部件，它实施机器人的全部信息处理和对机械手的运动控制。
图1.8为控制器的工作原理图。工业机器人的控制器大都采用二级计算机结构。虚线框内为第一级计算机
机器人控制系统的技术指标
1.控制方式。包括示教方式、驱动方式、控制轴数、动作控制方式以及坐标
方式。
2.存储容量。记忆容量以及作业程序数等。
3.外部控制用输入/输出。专用输入/出、通用输入/出、物理输入/出、逻辑输
入/出的点数以及输入/输出规格等。
4.内部PLC功能。监控程序文件的编辑方法、数目、步数等
5.焊接条件设定功能。条件设定方法以及焊接方法。
6.程序编辑功能。编辑命令种类，程序的平移功能等。
7.安全措施及自我诊断。如限位、干涉区域的设定、报警信息的显示等第。
4.示教盒
示教盒是机器人示教的人机交互接口，它不断扫描盒上的功能和数字键、操纵杆，并把信息和命令送给控制器。
示教盒上的按键主要有三类：
（1）示教功能键如示教/再现、存入、删除。修改、检查、回零、直线插补、圆弧插补等，为示教编程用。
（2）运动功能键如X向动、Y向动、Z向动、正/反向动、1～6关节转动等，为操纵机器人示教用。
（3）参数设定键如各轴速度设定、焊接参数设计、摆动参数设定等。按控制方式分类
1.点位控制（PTP）
按点位方式进行控制的机器人，在作业过程中只控制几个特定工作点的位置，不对点与点之间的运动过程进行控制，但它通常是一条由机器人的机械机构和控制技术决定的自然轨迹。点位控制要求有较高的定位精度和重复精度。这种机器人主要用于点焊、搬运和上下料等操作。
2.连续轨迹控制（CP）
按连续轨迹方式控制的机器人，其运动轨迹可以是空气的任意连续曲线。机器人的各关节同时做受控运动。由于要求实现光滑轨迹运动，控制计算机必须实时插补运算，因此其速度受到一定的限制。这种机器人主要用于弧焊、喷漆、清理飞边毛刺和检测机器人。
3.柔性控制（CC）
在有些情况下，需要机器人末端执行器和作业对象接触，这就要求机器人各关节同时具有位置伺服、速度伺服和力矩伺服多种能力，因而对控制系统、检测系统要求很高。目前这种类型的机器人尚处于研究开发阶段。
1.4 工业机器人的工作原理
1.4.1 工业机器人工作原理
以示教再现型机器人为例，来说明机器人的工作原理。
示教也称导引，即由用户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、工艺参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序，完成示教后，只需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示教动作一步步完成全部操作，这就是示教和再现。
示教盒
示教盒是机器人与人的交互接口，在示教过程中，它将控制机器人的全部动作，并将其全部信息送入控制器存储器中，它实际上是一个专用的功能终端。
示教盒主要有以下功能：
1、手动操作机器人的功能
2、位置、命令的登录和编辑功能
3、示教轨迹的确认功能
再现操作盒
再现操作盒主要用来实现示教程序的再现，在其上面有模式转换、再现方式转换、启动、暂停、急停等按钮。
《我看机器人》 学院：理学院 学号：5502211005 姓名：黄志涵 班级：应用物理学111班
摘要：在21世纪，随着科学技术的发展，机器人的研究和发展也将会更进一步。机器人原本起源在美国，但其在美国的发展速度远远不如日本。这里面主要的原因，可能是因为日本劳动力短缺，大部分需要劳动力的工厂得不到劳动力，所以日本政府大力发展机器人产业，用机器人代替短缺的劳动力资源。本文通过三部分简要阐述有关机器人一些发展和应用，以及未来机器人更大的应用前景。 关键词：机器人，机器人发展史，关键技术，分类，应用 正文： 第一部分：机器人的发展史 从1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“机器人”这个词。机器人历史有了如下的发展：1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。 1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。 1948年诺伯特·维纳出版《控制论》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。 1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。 1956年在达特茅斯会议上，马文·明斯基提出了他对智能机器的看法：智能机器“能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。 1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。 1962年美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运),与Unimation 公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。 1962年-1963年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1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，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. 1965年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。 1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。 1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家
第一章概论 提起机器人，我们都不陌生，脱口就能说出一大串机器人的名字：铁臂阿童木、霹雳五号、奥特曼、终结者等，这些都是小说或影视作品中的主人翁。可以说大多数人都是从影视作品中了解机器人的，影视作品中的机器人，功能都很强大，看起来很神奇，正是由于这些影视作品的影响，人们对机器人给予了非常高的希望，但现实中的机器人并不像人，与其说是机器人，还不如说是一台机器。但是只有想到了，才能做到，那些神奇的机器人正是我们共同奋斗的目标。我们只有了解了现实的机器人，才能创造出未来更好的机器人。 机器人技术是一门高新技术，作为21世纪的人才，面临高新技术和自动化技术的冲击，面临国际市场经济和技术迅猛发展的激烈竞争，机器人技术是迎接未来挑战的有力武器和理想助手，机器人使人类从繁琐、恶劣的作业环境中解脱出来，而从事更加雄伟的事业，开创未来世界。 对年青朋友来说，不管你以后搞不搞机器人技术，也不管你涉不涉足机器人产业，都有必要了解一些机器人知识，因为未来的机器人将对你的生活和工作产生巨大的影响。 [作业1] 机器人发展概况综述。 第一节工业机器人的概念 关于工业机器人，目前世界各国尚无统一定义，分类方法也不尽相同。 ①美国： 工业机器人是一种可重复编辑的多功能操作装置，它可以通过改变动作程序来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件和工具。 ②日本： 1）工业机器人是整机能够回转，有抓取（或吸住）物体的手抓和能够进行伸缩、弯曲、升降（仰俯），回转及其复合动作的臂部，带有记忆 部件，可部分地代替人进行自动操作的具有通用性的机械。 2）具有人体上肢（臂、手）动作功能，可进行多种动作的装置，或者具有感觉功能，可自主进行多种动作的装置。 日本定义的工业机器人的范围是较广的，他们将工业机器人分为六类： 人控机械手 固定程序控制机器人 可变程序控制机器人 示教再现机器人 数值控制机器人 ③我国对“机械手”和“工业机器人”的定义：
课程主要内容 1）概述（Xia） 2）机器人系统结构与分类（Xia）3）机器人运动学与动力学 4）机器人驱动与控制 5）机器人轨迹规划与离线仿真 6）机器人工业应用（Xia） 7）机器人系统集成技术（Xia）
参考书目 ?1刘极峰主编《机器人技术基础》， 高等教育出版社，2006年5月第一版，2011年8月第9次印刷?2蔡自兴著《机器人学》， 清华大学出版社，2000年9月第1版?3柳洪义、宋伟刚编著《机器人技术基础》， 冶金工业出版社，2002年11月第1版?4林尚扬等编著《焊接机器人及其应用》， 机械工业出版社，2000年7月第1版?5张福学《机器人技术及其应用》， 电子工业出版社，2000年1月第1版 2
第一讲机器人概述 1. 机器人由来及发展 2. 机器人定义 3.机器人相关理论与技术 4.机器人应用概况 3
1 机器人由来及发展 4 ?我国西周时代（公元前1066年－前771年），流传有关巧匠偃师献给周穆王歌舞机器人/艺伎的故事；?公元前3世纪，古希腊发明家戴达罗斯用青铜为克里特岛国王迈诺斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯； 1.1 古代机器人
?春秋后期，我国著名的木匠鲁班，在机械方面也是一位发明家，据《墨经》记载，他曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”，体现了我国劳动人民的聪明智慧。 ?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。它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像，它可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。 ?1800年前的汉代，我国东汉时期（公元25－220年），大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。计里鼓车每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。而张衡发明的指南车是世界上最早的机器人雏形。 5
工业机器人技术概论 制造是现代人类所有经济活动的基石，是人类历史发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，或是危险、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，科学技术的迅猛发展，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 一、工业机器人的发展史 “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，根据Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“机器人”这个词。此后被欧洲各国语言所吸收而成为专门名词。 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年代末。在第二次世界大战中，武器专家发明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。二战结束后不久，发明家约瑟夫·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，他与另一位发明家乔治·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。它的构造相当的简单，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应，只能按预先设定的程序精确的重复同一动作。但是，“尤尼梅特”的应用向人们预示了工业机械化的美好前景，具有十分重要的意义。机器人在许多工厂出现后，不但没有遭到拒绝，而且许多脏活、累活都由机器人来干，受到了工人们的欢迎。 20世纪60年代可谓是工业机器人的黎明期，机器人的许多功能得到了进一步的发展。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，包括恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡则开始在机器人中加入视觉传感系统，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，使机器人可以根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。 20世纪70年代，随着计算机和人工智能技术的发展，机器人进入了实用化时代。像日立公司推出的具有触觉、压力传感器，7轴交流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控制的机器人，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发明的SCARA平面关节型机器人等；70年代末期，由美国Unimation 公司推出的PUMA系列机器人，为多关节、多CPU二级计算机控制，全电动，有
《工业机器人》（吴振彪、王正家）课后习题（部分） 第一章概论 1-1简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特点是什么？ 答：工业机器人的定义：工业机器人是用来搬运材料、零件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同程度的调用来完成各种工作任务的特种装置。 工业机器人的特点：可编程、拟人化、通用性、机电一体化。 1-2工业机器人与数控机床有什么区别？ 答：相似点：在运动控制和编程方面很相似； 区别点：工业机器人在抓握、操纵、定位对象物时比传统的数控机床更灵巧，在工业生产领域里具有更广泛的用途。 1-3工业机器人与外界环境有什么关系？ 答：工业机器人与外部环境的交互包括硬件环境和软件环境。其中与硬件环境的交互主要是与外部设备的通信、工作域中障碍和自由空间的描述、操作对象物的描述；与软件环境的交互主要是与生产单元监控计算机所提供的管理信息系统的通信。 1-4说明工业机器人的基本组成及三大部分之间的关系。 答：工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。三大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。六个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统、控制系统。其中机械部分包括驱动系统和机械结构系统；传感部分包括感受系统和机器人-环境交互系统；控制部分包括人机交互系统和控制系统。 1-5简述下面几个术语的含义：自由度，重复定位精度，工作范围，工作速度，承载能力。 答：自由度：自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不应包括手爪（末端操作器）的开合自由度。 重复定位精度：重复定位精度是指机器人重复定位其手部与同一目标位置的能力。 工作范围：机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫做工作区域。 工作速度：有的厂家指工业机器人主要自由度上最大的稳定速度；有的厂家指手臂末端最大的合成速度。 承载能力：承载能力是指机器入在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。 通常，承载能力不仅指负载，而且还包括了机器人末端操作器的质量。 1-6什么叫冗余自由度机器人？ 答：冗余自由度机器人指在完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人，也可简称为冗余度机器人。 1-8工业机器人怎样按机械系统的基本结构来分类？ 答：分为：直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、平面关节式、柔软臂式、冗余自由度式和模块式。 1-9工业机器人怎样按控制方式来分类？ 答：分为：人工操纵机器人、固定程序机器人、可变程序机器人、重演式示教机器人、计算机数控机器人和智能机器人。
工业机器人概述 摘要：工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动生产设备。 关键词：工业机器人；由来；发展；应用领域 0 引言 工业机器人是面向工业领域的多关节 机械手或多自由度的机器人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的专门系统。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术 制定的原则纲领行动。因其灵活性高、输出功率大、定位精确的特点，工业机器人被广泛应用于制造业的各个环节。以其高效 高质、稳定的运转工作，工业机器人为所在行业的高效生产和稳定质量起到重要作用。 图1 工业机器人 1 工业机器人的由来 1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。它是最早的工业机器人设想。20世纪40 年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如图0.2所示，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的 设计与制造作了铺垫。 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。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1959年UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。UNIMATION的VAL（very advantage language)语言也成为机器人领域最早的编程语言在各大学及科研机构中传播，也是各个机器人品牌的最基本范本。其机械结构也成为行业的模板。其后，UNIMATION公司被瑞士STAUBLI收购，并利用STAUBLI的技术优势，进一步得以改良发展。日本第一台机器人由KAWASAKI从UNIMATION进口，并由kawasaki模仿改进在国内推广。
机器人学概论论文机器人发展与应用 南昌大学机电工程 材料成型及控制工程102班 唐小龙5901210098 2012/5/10
机器人发展 一、机器人发展的简介与展望 阿西莫夫提出的“机器人三定律”：第一，机器人不得伤害人，也不得在人造受伤害时袖手旁观；第二，机器人必须服从人的命令，除非该命令与第一定律相抵触；第三，机器人必须保护自己，除非保护行为与上述两定律相抵触。这三条定律明确规定了人与机器人的主从关系和相互制约关系，几十年来已成为公认的研制和使用机器人必须遵循的基本准则。[1] 机器人通常可以分为三代：第一代，可编程机器人，从上个世纪60年代后半期开始投入使用，这也是当代工业机器人中主要的类型，这类机器人一般可以根据操作员所编写的程序，完成一些重复性操作。第二代，自适应机器人，或感知机器人，具有不同程度的感知能力，这归功于近些年来各种传感器的广泛应用。第三代，智能机器人，具有感知，识别，推理，规划和学习等诸智能机制，主要处于试验阶段。[2] 由于人类的需求，随着科技的发展，依靠信息的交流，现代科技界对机器人发展提出了展望，主要沿着三个方向发展：一是让机器人具有更强的智能和功能；二是让机器人更具人形，也就是更像人；三是微型化，让机器人可以做更多细致的工作。[3]这些都可以让机器人更有能力并更好的为人类服务。而，我认为这些都需要人类在信息技术方面有更好的提高。 二、机器人发展离不开信息技术 人类对机器人需求呈现越来越多的趋势，例如人们要求生产工业型机器人、军事型机器人、生活型机器人、医疗型机器人等。由于机器人的发展涉及到机械、电子、控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，故而机器人的不断发展必然会对科技提出越来越高的要求，因此对有关机器人的科技也就要求日益精进了。 而，信息技术无疑是其中比较重要乃至不可或缺的一部分。因为随着机器人技术的不断发展，必然会逐渐向以人为中心的个人化方向发展，并将服务于人类生活的各个领域，因而必然会对机器人的网络化和智能化提出更高的要求，而这些就必然会要求信息技术得到更好的发展以满足人类的要求。 例如，伺服驱动的数字化和高度集成化、智能化技术，要满足这一技术的要求就必须实现软件伺服控制，从而使在在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法（如：最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等）成为可能，而这无疑要求信息技术方面有更好的突破。 而，实际上，机器人的所有动作都需要信息技术的支持，因为一个机器人如果要发生一些行为，就要控制多个关节（或说是部件），并要检测多个传感器的信息，需要很强的处理信息的能力，然后才能更好地应对不同的工作环境，做出更有效率的工作行为。这无疑显示了机器人的发展离不开信息技术的发展，尤其要为机器人建立相关的信息系统，并进行信息管理。因为机器人的控制系统必然要求信息技术的嵌入，而控制系统好比机器人的中枢神经，其重要性不言而喻。 三、机器人发展对社会的影响 机器人的出现并高速发展是社会和经济发展的必然，是为了提高社会的生产
机器人概论 学院：机电工程 专业：机械设计制造制造及其自动化学号：2009010084 姓名：徐伟
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。 工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。 一，机器人技术发展进程、现状及发展趋势 机器人技术的发展经历: 1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词。剧中机器人(Robot)这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳力。 机器人一词虽出现得较晚，然而这一概念在人类的想象中却早已出现。制造机器人是机器人技术研究者的梦想，代表了人类重塑自身、了解自身的一种强烈愿望。自古以来，就有不少科学家和杰出工匠制造出了具有人类特点或具有模拟动物特征的机器人雏形。 机器人技术的发展现状:
习题1 1.1 简述工业机器人的定义。 1987联合国标准化组织（ISO)采纳的美国机器人协会的“机器人”定义：“工业机器人是一种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程动作的专门系统”。 1.2 机器人应具有哪三大特征？ 机器人具有三大特征： 1、拟人功能 2、可编程 3、通用性 1.3 什么叫示教再现机器人？ 由人操纵机器人执行任务，并记录下这些动作，机器人进行作业时按照记录下的信息重复执行同样的动作。 1.4 并联机器人特点？ 并联机器人特点： A 无累积误差，精度较高； b 驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好； c 结构紧凑，刚度高，承载能力大； d 完全对称的并联机构具有较好的各向同性； e 工作空间较小，控制复杂； 1.5 工业机器人按机械系统的基本结构分类？ 连杆和关节按不同坐标形式组装，机器人可分为五种；直角坐标形式，圆柱坐标形式，球坐标形式，关节坐标形式及SCARA型机器人。 1.6 直角坐标式机器人特点？ 其优点是刚度好，多做成龙门式或框架式结构，位置精度高、运动学求解简单、控制无耦合、控制简单。但其结构较庞大，动作范围小、运动灵活性较差且占地面积较大。 1.7 关节坐标式机器人特点？ 特点是作业范围大、动作直观性差，要得到高定位精度困难。该类机器人灵活性高，应用最为广泛。
1.8 什么是SCARA机器人，应用上有何特点？ 有3个转动关节，其轴线相互平行，可在平面内进行定位和定向。还有一个移动关节，用于完成手爪在垂直于平面方向上运动。 特点是在垂直平面内具有很好的刚度，在水平面内具有较好的柔顺性，且动作灵活、速度快、定位精度高。 习题2 1.1 什么叫冗余自由度机器人？ 自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,不应包括手爪(末端操作器)的开合自由度。 从运动学的观点看, 在完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人, 就叫做冗余自由度机器人。 1.2 工业机器人四大部分？ 机器人机械系统、驱动系统、控制系统、感知系统。 1.3 简述下面几个术语的含义：自由度、定位精度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。 自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,不应包括手爪(末端操作器)的开合自由度。 定位精度（Positioning accuracy）：指机器人末端操作器的实际位置与目标位置之间的偏差。重复精度（Repeatability）：指在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令下，机器人连续重复运动若干次时，其位置的分散情况，是关于精度的统计数据。 作业范围（Working space）：是指机器人运动时手臂末端或手腕中心所能到达的做有点的集合。一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。 最大工作速度，有的厂家指工业机器人主要自由度上最大的稳定速度，有的厂家指手臂末端最大的合成速度，通常都在技术参数中加以说明。 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位置上所能承受的最大质量。 1.4 人的手臂（包括肩、肘、腕）有几个自由度？ 人的手臂(大臂、小臂、手腕)共有七个自由度
习题 第一章 一、国际标准化组织（ISO）对机器人的定义是什么？ 1.机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能； 2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变； 3.机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等； 4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人类的干预。 二、工业机器人是如何定义的？ 工业机器人：是指在工业中应用的一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。且这种操作机可以固定在一个地方，也可以在往复运动的小车上。 三、按几何结构，机器人可分为那几种？ 直角坐标型，圆柱坐标型，球坐标型，关节坐标型 四、机器人的参考坐标系有哪些？ 全局参考坐标系：全局参考坐标系是一种通用的坐标系，由X，Y和Z轴所定义。 关节参考坐标系：关节参考坐标系是用来表示机器人每一个独立关节运动的坐标系。 工具参考坐标系：工具参考坐标系是用来描述机器人末端执行器相对于固连在末端执行器上的坐标系的运动。 五、什么是机器人的自由度和工作空间？ 1，机器人的自由度（Degree of Freedom, DOF）：是指其末端执行器相对于参考坐标系能够独立运动的数目。 2，机器人的工作空间（Working Space）是指机器人末端上参考点所能达到的所有空间区域。 第二章 六、机器人系统由哪三部分组成？ 操作机，驱动器，控制系统 七、什么是机器人的操作机？分为哪几部分？ 1，操作机：也称为执行机构、机械本体等，它具有和人手臂相似的功能，是可在空间抓放物体或进行其他操作的机械装置。 2，操作机：由手部、腕部、臂部和机座构成. 八、简述机器人手部的作用，其分为哪几类？ 1，手部作用：机器人的手部又称为末端执行器，它是机器人直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或操持专用工具（如喷枪、扳手、砂轮、焊枪等）进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的最前端。 2，手部分类： ①机械夹持式手 ②吸附式手 ③专用手 ④灵巧手 九、机器人机械夹持式手按手爪的运动方式分为哪两种？各有何典型机构？ 1，按手爪的运动方式分为：回转型和平移型
第一章课后习题： 3、说明工业机器人的基本组成及各部分之间的关系。 答：工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人－环境交互系统、人机交互系统和控制系统。各部分之间的关系可由下图表明： 4、简述工业机器人各参数的定义：自由度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。 答：自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,不应包括手爪(末端操作器)的开合自由度。 重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力, 可以用标准偏差这个统计量来表示, 它是衡量一列误差值的密集度(即重复度)。 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合, 也叫工作区域。 工作速度一般指工作时的最大稳定速度。 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最
大质量。承载能力不仅指负载, 而且还包括了机器人末端操作器的质量。 第二章课后习题： 1、 答：工业上的机器人的手一般称之为末端操作器, 它是机器人直接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、扳手、焊具、喷头等)进行操作的部件。具有模仿人手动作的功能, 并安装于机器人手臂的前端。大致可分为以下几类: (1) 夹钳式取料手；(2) 吸附式取料手；(3) 专用操作器及转换器；(4) 仿生多指灵巧手。 4、 答：R关节是一种翻转(Roll)关节。B关节是一种折曲(Bend)关节。Y关节是一种偏转(Yaw)关节。具有俯仰、偏转和翻转运动, 即RPY运动。 5、 答：行走机构分为固定轨迹式和无固定轨迹式。无固定轨迹式又分为与地面连续接触（包括轮式和履带式）和与地面间断接触（步行式）。轮式在平地上行驶比较方便，履带式可以在泥泞道路上和沙漠中行驶。步行式有很大的适应性, 尤其在有障碍物的通道(如管道、台阶或楼梯)上或很难接近的工作场地更有优越性。 第三章课后习题：
1.下列哪个机器人是服务机器人？（6.0分） A.激光加工机器人 B.喷涂机器人 C.装配机器人 D.厨师机器人 我的答案：D√答对 2.下列哪个机器人不是工业机器人？（6.0分） A.焊接机器人 B.娱乐机器人 C.码垛机器人 D.真空机器人 我的答案：B√答对 3.机器人技术是什么年代问世的？（6.0分） A.20世纪40年代 B.20世纪50年代 C.20世纪60年代 D.20世纪70年代 我的答案：C√答对 4.圆柱坐标型机器人的臀部不可以作哪些动作？（6.0分） A.升降
B.回转 C.伸缩 D.俯仰 我的答案：D√答对 5.以下哪个不是卡佩克提出的机器人的问题？（ 6.0分） A.破坏力 B.安全 C.感知 D.自我繁殖 我的答案：A√答对 1.科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”，分别是（8.0分）） A.机器人不应伤害人类 B.机器人要保护同类 C.机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外 D.机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外 我的答案：ACD√答对 2.按程序输入方式分类，机器人可以分类为两类，分别为（8.0分）） A.工业机器人 B.编程输入型机器人
C.示教输入型机器人 D.特种机器人 我的答案：BC√答对 3.加藤一郎提出的机器人应具有的三个条件为（8.0分）） A.具有脑、手、脚 B.具有非接触传感器和接触传感器 C.具有平衡觉和固有觉的传感器 D.具有底座 我的答案：ABC√答对 4.法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将外表像人的机器起名为“安德罗丁”，它由哪四部分组成？（8.0分）） A.生命系统 B.人造肌肉 C.生殖系统 D.人造皮肤 E.造型材料 我的答案：ABDE√答对 5.我国机器人专家将机器人分为哪两大类？（8.0分）） A.串联机器人 B.并联机器人
个人资料整理，仅供个人学习使用 第一章机器人概述 本章主要内容： 1.机器人的概念和分类 2.机器人的发展史 3.机器人的基本结构 4.机器人的研究内容 重点和难点：重点是机器人的主要结构 课后作业： 查阅机器人传感器的种类和各自特点，以小论文形式上交。 1.1机器人的概念和分类 1.机器人的定义 我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具 备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种 具有高度灵活性的自动化机器”。在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中， 人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器人，如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备的重要区别。这些机器人从外观上已远远脱离了最初仿人型机器人和工业机器人所具 有的形状，更加符合各种不同应用领域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增强，从而为机器人技术开辟出更加广阔的发展空间。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖賃。 其实并不是人们不想给机器人一个完整的定义，自机器人诞生之日起人们就不断地尝试 着说明到底什么是机器人。但随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。聞創沟燴鐺險爱氇谴 净祸。 1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将外表像人的机器起名为“安德罗丁”（android），它由4部分组成：残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟婭。 （1）生命系统（平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等）； 1 / 18
南京工业大学公选课 机器人概论 机器人(Robot 是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序, 也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动 .现在, 国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来, 人们都可以接受这种说法, 即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。 随着高新技术的发展, 各种类型的军用机器人已经大量涌现, 一些技术发达的国家相继研制了智能程度高、动作灵活、应用广泛的军用机器人。目前军用机器人主要是作为作战武器和保障武器使用。在恶劣的环境下, 机器人的承受能力大大超过载人系统, 并且能完成许多载人系统无法完成的工作, 如运输机器人可以在核化条件下工作, 也可以在炮火下及时进行战场救护。在地面上,机器人为联合国维和部队排除爆炸物、扫除地雷;在波黑战场上, 无人机大显身手;在海洋中,机器人帮助人清除水雷、探索海底秘密;在宇宙空间,机器人成了火星考察的明星。 机器人的历史并不算长, 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开始。 英格伯格在大学攻读伺服理论, 这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于 1946年发明了一种系统,可以“重演”所记录的机器的运动。 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。 机器人分类 : 关于机器人如何分类, 国际上没有制定统一的标准, 有的按负载重量分, 有的按控制方式分,有的按自由度分,有的按结构分,有的按应用领域分。一般的分类方式:
第1章工业机器人及其发展 1.1工业机器人的发展历史回顾 “机器人”（Robota）一词最早出现在本世纪初的科幻小说中，是剧作家笔下的具有人的外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳动力。在我国采用的是意译，而实际上的机器人特别是工业机器在外型上很少与人相似之处。 现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展以及原子能的开发和利用。 自1946年第一台数字电子计算机（ENIAC）研制成功以来，计算机取得了惊人的进步，目前正向高速、大容量、低价格的方向发展。 省力化和大批量生产等的迫切要求，推动了自动化技术的进展，其结果之一便是1952年数控机床的诞生。 另一方面，原子能实验室的恶劣环境要求某种操作机械代替人处理放射性物质，在这一背景下，美国原子能委员会的尔贡研究所于1941年开发了遥控机械手，1946年又开发了机械式的主从机械手。 1954年美国George .Devol最早提出了工业机器人的思想,发明了一种可编程序的关节型搬运装置,并申请了专利,该专利的要点是借助于伺服技术控制机器人的关节,利用人手对机器人进行示教,机器人能实现动作的记录和再现,这就是所谓的示教再现机器人。在此基础上，1958年美国的CONSOLIDATEEL公司制造了第一台工业机器人；作为机器人产业出售的最早实用机器人是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和“UNIMATION”公司推出的“UNIMATE”，这些工业机器人的控制方式与NC机床大致相同，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂组成。由于历史条件和技术水平的关系，60年代机器人发展较慢。70年代后，焊接、喷漆机器人相继在工业中得到应用和推广。随着计算机技术、控制技术、人工智能的发展，机器人技术也得到了迅速发展，出现了更为先进的可配视觉、触觉的机器人。80年代，为了适应市场多变的需要，制造业在生产方式上产生了质的飞跃，多品种、小批量概念诞生，出现了适应此种生产模式的以NC 机床、加工中心和工业机器人为代表的柔性制造系统FMS。FMS是现代制造业革命进入历史新纪元的里程碑。工业机器人作为现代制造业的柔性设备受到人们的普遍重视。到80年代中期，世界工业机器人年增长率达到30%，迎来了工业机器人的大发展阶段,也因此80年被认为是机器人元年。 进入90年代以来，如何利用技术提供的可能性，抓住用户的心理，满足用户的愿望及要求，加速新产品的构思及概念的形成，并在最短的时间内开发出高质量及较低价格的新产品，成为市场竞争的新焦点。在现代制造自动化系统中，传统机械的机器人化以及新一代的机器人化机器，成为重要的发展方向，机器人再次受到青睐。 据国际机器人联合会1994年的统计，在全世界已投入运行的61万台工业机器人中，绝大多数用于制造业。例如，日本拥有世界机器人总数的60%，约37
工业机器人概论结课论文 Xxx (北京xx大学机电工程学院机械xx班 摘要:主要介绍工业机器人的发展及现状、工业机器人驱动与控制系统和工业机器人的应用。 正文: 一、机器人技术的发展现状: 计算机技术的不断进步和发展使机器人技术的发展一次次达到一个新水平。上至太空舱、宇宙飞船,下至微机器人、深海开发,机器人技术已拓展到全球经济发展的诸多领域,成为高科技中极为重要的组成部分。人类文明的发展、科技的进步已和机器人的研究、应用产生了密不可分的关系。人类社会的发展已离不开机器人技术,而机器人技术的进步又对推动科技发展起着不可替代的作用。 20世纪90年代开始,各国机器人发展新计划得已展开。如日本的“未来工厂”发展计划,空间机器人计划,以及为期10年的微机器人发展计划;美国提出用于国家经济繁荣和安全的22项关键技术中,第七项就是包括机器人、传感器、控制系统的智能加工设备计划。90年代是具有各类传感功能的第二代工业机器人走向实用化的年代。瑞典ABB机器人公司推出TR5002、TR5003、6-7轴新型交流伺服喷漆机器人,并推出IRB6000交流伺服点焊机器人新系列,负载达1176N(120kgf。 20世纪90年代以来,机器人作为高技术一直得到工业发达国家 政府的重视,并己形成了机器人产业。世界机器人工业继续稳步增长,近年世界机器人的年销售额已达数十亿美元,世界机器人平均年增长率在10%以上,每年新增机器人约十余万台,目前全世界工业机器人总台数已超过百万台,其中日本约占总数量和新增机器人数量的50%。
目前国际上商业化的机器人大部分属于示教再现型,即T/ P(Teaching and P1ayback型机器人。采用示教盒示教或人工引导示教方式,工作时再现示教好的程序,可重复工作并能优化工艺过程。第一代示教再现型机器人大部分用于工业生产。 在国外使用工业机器人行业的分布次序,大概为:电子、电器、汽车制造、塑料成形、通用机械、金属加工、运输及仓储、食品、轻工;按作业性质排序为:装配、弧焊、点焊、机械加工、塑料压制、测量/检查/试验、冲压、喷漆、铸造。 二、机器人技术的发展趋势: 当今机器人技术正逐渐向着具有行走能力、多种感觉能力以及对作业环境的较强自适应能力的方面发展。各种类型具有视觉、触觉、高灵巧手指、能行走的智能机器人相继出现,开始用于精密装配、核工业、宇航和深海开发、各种恶劣环境和农业部门,并出现了多传感器融合、具有一定语言能力的机器人。 机器人正朝第三代智能化机器人方向发展:自学习、自适应控制、自治行动。美国贝尔科尔公司已成功地将神经网络装配在芯片上,其 分析速度比普通计算机快千万倍,可更快、更好地完成语言识别、图像处理等工作。 从近些年世界几大机器人公司,如ABB(瑞典的阿西亚公司[ASEA]和瑞士的布朗勃法瑞公司[BBC Brown Boveri] 在1988年合并而来、安川电机(日本、GMF(日本、美国、FANUC(日本等公司推出的产品来看,发现有如下一些特点和趋势: 1 大部分采用最新交流伺服电动机间接式直接驱动,或采用DD电动机直接驱动,进一步改善了机器人动态特性。由于没有直流电动机的换向电刷,可靠性也大大提高。 2 采用绝对值编码器进行位置检测,使机器人起动后,无需原点复位即可投入运行,因而减少了非工作时间。
工业机器人技术题库及答案 一、判断题 第一章 1、工业机器人由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成。√ 2、被誉为“工业机器人之父”的约瑟夫·英格伯格最早提出了工业机器人概念。 × 3、工业机器人的机械结构系统由基座、手臂、手腕、末端操作器4大件组成。 × 4、示教盒属于机器人-环境交互系统。× 5、直角坐标机器人的工作范围为圆柱形状。× 6、机器人最大稳定速度高, 允许的极限加速度小, 则加减速的时间就会长一些。√ 7、承载能力是指机器人在工作范围内的特定位姿上所能承受的最大质量。× 第二章 1、工业机器人的机械部分主要包括末端操作器、手腕、手臂和机座。√ 2、工业机器人的机械部分主要包括末端操作器、手腕、手肘和手臂。× 3、工业机器人的手我们一般称为末端操作器。√ 4、齿形指面多用来夹持表面粗糙的毛坯或半成品。√ 5、吸附式取料手适应于大平面、易碎、微小的物体。√ 6、柔性手属于仿生多指灵巧手。√ 7、摆动式手爪适用于圆柱表面物体的抓取。√ 8、柔顺性装配技术分两种：主动柔顺装配和被动柔顺装配。√ 9、一般工业机器人手臂有4个自由度。× 10、机器人机座可分为固定式和履带式两种。× 11、行走机构按其行走运动轨迹可分为固定轨迹和无固定轨迹两种方式。√ 12、机器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指灵巧手。√ 13、手腕按驱动方式来分，可分为直接驱动手腕和远距离传动手腕。√ 第三章 1、正向运动学解决的问题是：已知手部的位姿，求各个关节的变量。× 2、机器人的运动学方程只局限于对静态位置的讨论。√ 第四章 1、用传感器采集环境信息是机器人智能化的第一步。√ 2、视觉获得的感知信息占人对外界感知信息的60% 。× 3、工业机器人用力觉控制握力。× 4、超声波式传感器属于接近觉传感器。√ 5、光电式传感器属于接触觉传感器。× 6、喷漆机器人属于非接触式作业机器人。√ 7、电位器式位移传感器，随着光电编码器的价格降低而逐渐被取代。√ 8、光电编码器及测速发电机，是两种广泛采用的角速度传感器。× 9、多感觉信息融合技术在智能机器人系统中的应用, 则提高了机器人的认知水平。 √ 第五章 1、机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。√
Smart Robot (1) How Robots Work There are three main parts of a typical industrial robot: the controller, the manipulator, and the end-effector (see Figure 1). The controller consists of the hardware and software—usually involving a microcomputer or micro-electronic components—which guide the motions of the robot and through which the operator programs the machine. The manipulator consists of a base, usually bolted to the floor, an actuation mechanism—the electric, hydraulic, or pneumatic apparatus that moves the arm—and the arm itself, which can be configured in various ways to move through particular patterns. In the arm, “degrees of freedom”—basically, the number of different joints—determine the robot dexterity, as well as its complexity and cost. Finally, the end-effector, usually not sold as part of the robot, is the gripper, weld gun, spray painting nozzle, or other tool used by the robot to perform its task. The structure, size, and complexity of the robots varies, depending on the application and the industrial environment. Robots designed to carry lighter loads tend to be smaller and are operated electrically; many heavier units move their manipulator hydraulically. Some of the simpler units are pneumatic. Some of the heaviest material-handling robots and the newer light-assembly robots are support. A few robots are mobile to a limited degree, they may, for instance, roll along fixed tracks in the floor or in their gantry supports. Similarly, there is a great variety of end-effectors, particularly grippers, most of which are customized for particular applications. Grippers are available to lift several objects at once, or to grasp a fragile object without damaging it. Programming.There are essentially two methods of programming a robot. The most commonly used method is “teaching by guiding.” The worker either physically guides the robot through its path or uses switches on a control panel to move the arm. The controller records that path as it is “taught”. This process is rather slow and ties up valuable production equipment for programming.