第一章《工业机器人的概论》

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。

“工业机器人概述”课程教学大纲英文名称：Introduction to Industrial Robotics课程编号：MACH3451学时：48 （理论学时：16 实验学时：32 课外学时：16）学分：2适用对象：机械、能动类本科生先修课程：高等数学、机械设计、理论力学、自动控制理论（机械控制理论基础）使用教材及参考书：[1] 王孙安，董霞.工业机器人概述.自编教材.[2] 吴振彪，王正家.工业机器人（第二版）.武汉：华中科技大学出版社，2006.[3] 孟庆鑫，王晓东.机器人技术基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006.一、课程性质和目的性质：专业课目的：1.培养学生对于工业机器人的基本组成、原理及分类的认识；2.培养学生对工业机器人结构设计以及运动学和动力学分析的能力；3.培养学生对机器人传感器选择应用的能力；4.培养学生对机器人运动控制的方案选择及设计能力；5.培养学生对典型工业机器人系统分析、设计和控制的综合能力。

二、课程内容简介（200字左右）机器人学是当今世界最活跃的研究领域之一，它涉及机械学、电子学、自动控制、计算机科学以及人工智能等多个学科。

工业机器人是一种典型的机电一体化产品，代替人类去完成许多艰巨而又复杂的极限工作任务。

本课程主要介绍工业机器人的基本机械结构设计、运动学与动力学分析，以及其内外部传感器和控制技术等基础理论和技术基础知识，并以实际工程应用为背景，介绍如何对典型工业机器人系统进行设计、建模及控制。

三、教学基本要求1．了解工业机器人的基本概念和工作原理；2．掌握工业机器人结构设计及其运动学和动力学分析基础知识；3.掌握机器人传感器基础及熟悉传感器的选用；4.掌握机器人的一般控制技术，学会对机器人进行有效控制；5.初步学会工程应用背景下工业机器人系统的设计、分析及控制方法。

四、教学内容及安排第一章：绪论1．了解工业机器人的基本概念、组成、特点以及分类；2．了解工业机器人技术的发展与应用。

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：***************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。

工业机器人及应用习题集第一章：概论一、选择题1、机器人（Robot）一词源于（）。

A、英语 B 、德语C、法语D、捷克语2、提出“机器人三原则”的是（）。

A、物理学家B、哲学家C、科幻小说家D、社会学家3、世界上第一台真正意义上的机器人诞生于（）。

A、1952年，美国 B 、1959年，美国C、1959年，日本D、1952年，德国4、目前，大多数工业机器人使用的是（）机器人技术。

A、第一代B、第二代C、第三代D、第四代5、根据机器人的应用环境，机器人一般分为（）两类。

A、关节型机器人和并联型机器人B 、工业机器人和服务机器人C、示教再现机器人和智能机器人D、顺序控制和轨迹控制机器人6 根据工业机器人的功能与用途，目前主要有（）几类。

A、加工类 B 、装配类 C 、搬运类 D 、包装类7 以下属于加工类工业机器人的是（）。

A 、焊接机器人B 、装卸机器人C 、涂装机器人D 、包装机器人8 以下属于装配类工业机器人的是（）。

A、焊接机器人 B 、涂装机器人C 、分拣机器人D 、包装机器人9 以下属于服务机器人的是（）。

A、家庭清洗机器人B、军事机器人C 、医疗机器人D 、场地机器人10 月兔号月球探测器、好奇号火星探测器属于（）的一种。

A、工业机器人B、军事机器人C 、医疗机器人D、场地机器人11 美国的E-2D“鹰眼”预警机属于（）的一种。

A 、工业机器人B、军事机器人C 、医疗机器人D、场地机器人12 目前全球工业机器人产销量最大的生产企业是（）。

A、ABBB、YASKAWAC、FANUCD、KUKA13、日本最早的生产工业机器人的企业是（）。

A、KAWASAKIB、YASKAWAC、FANUCD、DAIHEN14.目前，工业机器人年销量最大的国家是（）。

A、美国B、德国C、日本D、中国15.目前工业人机器人使用量最大的行业是（）。

A 、电子电气工业B、汽车制造业C、金属制品及加工D、食品和饮料业二、简答题1、简述第一、二、三代机器人的组成、性能等方面的区别。

《工业机器人技术》课程教学简案教学内容第五章搬运机器人及操作应用教学目的1. 了解搬运机器人的特点。

2. 掌握搬运机器人的组成、示教。

重点难点1. 了解搬运机器人的特点。

2. 掌握搬运机器人的组成、示教。

教学手段多媒体教学+板书学时分配 4教学过程设计教学步骤及内容：一、搬运机器人的特点搬运机器人具有通用性强、工作稳定的优点，且操作简便、功能丰富，逐渐向第三代智能机器人发展。

图片讲解1）龙门式搬运机器人、2、摆臂式搬运机器人3、作业顺序二、搬运机器人的系统组成搬运机器人是一个完整系统。

以关节式搬运机器人为例，其工作站主要有:1) 操作机2）控制系统3）搬运系统（气体发生装置、真空发生装置和手爪等）4）安全保护装图片讲解教学小结如何准确移动搬运机器人进行搬运作业？教学内容第六章码垛机器人及操作应用教学目的1. 了解码垛机器人的特点。

2. 掌握码垛机器人的组成、示教。

重点难点1. 了解码垛机器人特点。

2. 掌握码垛机器人的组成、示教。

教学手段多媒体教学+板书学时分配 4教学过程设计教学步骤及内容：一、码垛机器人的特点码垛机器人与搬运机器人在本体结构上没有过多区别，通常可认为码垛机人本体较搬运机器人大，在实际生产当中码垛机器人多为四轴且多数带有辅助连杆，连杆主要起到增加力矩和平衡的作用，码垛机器人多不能进行横向纵向移动，安装在物流线末端。

1）关节式码垛机器人2）摆臂式码垛机器人3）龙门式码垛机器人。

二、码垛机器人的系统组成、示教。

码垛机器人是一个完整系统。

以关节式搬运机器人为例，其工作站主要有:1) 操作机2）控制系统3）码垛系统4）安全保护装。