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1、工業(yè)機(jī)器人對(duì)人類社會(huì)的影響1.什么是工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置,是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮,也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行,現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。 戴沃爾提出的工業(yè)機(jī)器人有以下特點(diǎn):將數(shù)控機(jī)床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)接在一起,預(yù)先設(shè)定的機(jī)械手動(dòng)作經(jīng)編程輸入后,系統(tǒng)就可以離開人的輔助而獨(dú)立運(yùn)行。這種機(jī)器人還可以接受示教而完成各種簡(jiǎn)單的重復(fù)動(dòng)作,示教過(guò)程中,機(jī)械手可依次通過(guò)工作任務(wù)的各個(gè)位置,這些位置序列全部記錄在存儲(chǔ)器內(nèi),任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程中,

2、機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)在伺服驅(qū)動(dòng)下依次再現(xiàn)上述位置,故這種機(jī)器人的主要技術(shù)功能被稱為“可編程”和“示教再現(xiàn)”。 當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、具有多種感覺能力、具有較強(qiáng)的對(duì)作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng)能力的方面發(fā)展。目前,對(duì)全球機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展最有影響的國(guó)家應(yīng)該是美國(guó)和日本。美國(guó)在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的綜合研究水平上仍處于領(lǐng)先地位,而日本生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人在數(shù)量、種類方面則居世界首位。2.工業(yè)機(jī)器人構(gòu)造與分類工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)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36個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度,其中腕部通常有13個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括

3、動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu),用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作;控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào),并進(jìn)行控制。 工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng);圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作;球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。 工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能,又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位,適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè);連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng),適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。 工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計(jì)

4、算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件,通過(guò)RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。 示教輸入型的示教方法有兩種:一種是由操作者用手動(dòng)控制器(示教操縱盒),將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍;另一種是由操作者直接領(lǐng)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。在示教過(guò)程的同時(shí),工作程序的信息即自動(dòng)存入程序存儲(chǔ)器中在機(jī)器人自動(dòng)工作時(shí),控制系統(tǒng)從程序存儲(chǔ)器中檢出相應(yīng)信息,將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動(dòng)作。示教輸入程序的工業(yè)機(jī)器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人。 具有觸覺、力覺或簡(jiǎn)單的視覺的工業(yè)機(jī)器人,能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作;如具有識(shí)別功能或更進(jìn)

5、一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能,即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境,并自動(dòng)完成更為復(fù)雜的工作。2.工業(yè)機(jī)器人構(gòu)造與分類工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)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36個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度,其中腕部通常有13個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu),用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作;控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào),并進(jìn)行控制。 工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng);圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作;球坐標(biāo)型

6、的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。 工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能,又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位,適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè);連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng),適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。 工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計(jì)算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件,通過(guò)RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。 示教輸入型的示教方法有兩種:一種是由操作者用手動(dòng)控制器(示教操縱盒),將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍;另一種是由操作者直

7、接領(lǐng)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。在示教過(guò)程的同時(shí),工作程序的信息即自動(dòng)存入程序存儲(chǔ)器中在機(jī)器人自動(dòng)工作時(shí),控制系統(tǒng)從程序存儲(chǔ)器中檢出相應(yīng)信息,將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動(dòng)作。示教輸入程序的工業(yè)機(jī)器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人。 具有觸覺、力覺或簡(jiǎn)單的視覺的工業(yè)機(jī)器人,能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作;如具有識(shí)別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能,即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境,并自動(dòng)完成更為復(fù)雜的工作。2.工業(yè)機(jī)器人構(gòu)造與分類工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)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

8、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36個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度,其中腕部通常有13個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu),用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作;控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào),并進(jìn)行控制。 工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng);圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作;球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。 工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能,又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位,適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè);連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)

9、動(dòng),適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。 工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計(jì)算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件,通過(guò)RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。 示教輸入型的示教方法有兩種:一種是由操作者用手動(dòng)控制器(示教操縱盒),將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍;另一種是由操作者直接領(lǐng)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。在示教過(guò)程的同時(shí),工作程序的信息即自動(dòng)存入程序存儲(chǔ)器中在機(jī)器人自動(dòng)工作時(shí),控制系統(tǒng)從程序存儲(chǔ)器中檢出相應(yīng)信息,將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動(dòng)作。示教輸入程序的工業(yè)機(jī)器人稱為示

10、教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人。 具有觸覺、力覺或簡(jiǎn)單的視覺的工業(yè)機(jī)器人,能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作;如具有識(shí)別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能,即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境,并自動(dòng)完成更為復(fù)雜的工作。3.工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 隨著高新技術(shù)的發(fā)展,各種類型的軍用機(jī)器人已經(jīng)大量涌現(xiàn),一些技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家相繼研制了智能程度高、動(dòng)作靈活、應(yīng)用廣泛的軍用機(jī)器人。目前軍用機(jī)器人主要是作為作戰(zhàn)武器和保障武器使用。在惡劣的環(huán)境下,機(jī)器人的承受能力大大超過(guò)載人系統(tǒng),并且能完成許多載人系統(tǒng)無(wú)法完成的工作,如運(yùn)輸機(jī)器人可以在核化條件下工作,也可以在炮火下及時(shí)進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)救護(hù)。在地面上,機(jī)器

11、人為聯(lián)合國(guó)維和部隊(duì)排除爆炸物、掃除地雷;在波黑戰(zhàn)場(chǎng)上,無(wú)人機(jī)大顯身手;在海洋中,機(jī)器人幫助人清除水雷、探索海底秘密;在宇宙空間,機(jī)器人成了火星考察的明星?,F(xiàn)在世界上正在研制或已投入使用的軍用機(jī)器入主要有以下幾種。本次軍事機(jī)器人介紹周將每周介紹一種軍用機(jī)器人。歡迎觀注。 2004年10月26日 第一天 地面機(jī)器人 地面軍用機(jī)器人主要分為智能機(jī)器人和遙控機(jī)器人。按其功能可分為:排雷(彈)機(jī)器人、偵察機(jī)器人、保安機(jī)器人,甚至還研制有地面微型軍用機(jī)器人。 全自主機(jī)器人美國(guó)于1984年開始研制第一臺(tái)地面自主車輛,可以在人不干預(yù)的情況下自己在道路上行駛。992年美國(guó)研制出時(shí)速75公里的自主車。目前仍有許多

12、技術(shù)難題未解決。但地面自主車的研制大大推動(dòng)了遙控機(jī)器人的發(fā)展。 排雷(彈)機(jī)器人使用排雷機(jī)器人不僅可以加快掃雷破障的速度,而且還大大降低了人員的傷亡。如美國(guó)研制的交通警察戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人,它安裝了多種傳感器,可用于探測(cè)建筑物、掩體、隧道等處的地雷;蜜蜂式控雷器則具有較快的飛行速度,可以迅速而準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)地雷的位置,并通過(guò)自身攜帶的炸藥對(duì)地雷進(jìn)行引爆。在1982年爆發(fā)的馬島戰(zhàn)爭(zhēng)中,英國(guó)海軍就曾用法國(guó)研制的的機(jī)器人,清除阿根廷布設(shè)的水雷。而英國(guó)陸軍的排彈機(jī)器人在拆除恐怖分子放的各種類型的炸彈工作中屢建奇功,備受歡迎。 排爆機(jī)器人英國(guó)研制的手推車排除爆炸物機(jī)器人是世界上最有名的排除爆炸物機(jī)器人。目前,最新研

13、制的 SuperM(超級(jí)手推車)的攝像機(jī)可以在距地面65毫米處工作,因此它可以用來(lái)檢查可疑車輛的底部。SuperM機(jī)器人采用橡膠履帶,最大速度為55米分,它有一整套的無(wú)線電控制系統(tǒng)及各種設(shè)備,其中包括一部彩色電視攝像機(jī)、一支獵槍和兩個(gè)爆炸物排除裝置;該車由兩組耐用的12伏電池驅(qū)動(dòng),并裝有一個(gè)電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng),使其在通過(guò)陡坡時(shí)能準(zhǔn)確地動(dòng)作。 偵察機(jī)器人高技術(shù)條件下的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境更加復(fù)雜,使用機(jī)器人不僅可以進(jìn)入難以涉足的惡劣環(huán)境中偵察,而且一旦機(jī)器人不幸被俘,則可以通過(guò)預(yù)先設(shè)置的程序自動(dòng)引爆以身殉職。美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的GSR偵察機(jī)器人是由M114裝甲人員輸送車改裝的,上面裝有15臺(tái)微處理器、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)、

14、聲學(xué)臨近傳感器、激光測(cè)距機(jī)、磁羅盤和一臺(tái)高分辨率的攝像機(jī)等。攝像機(jī)裝在一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的平臺(tái)上。如果沒有外部導(dǎo)航,該車可以自主地跟蹤其它車輛越過(guò)障礙物。 保安機(jī)器人保安機(jī)器人可用于軍事基地等重要設(shè)施的保衛(wèi)工作。具有代表性的保安機(jī)器人是由美國(guó)研制的徘徊者,它是一輛重18噸的6輪全地形車,它可以按照預(yù)編程序的路線,沿著這些設(shè)施的外部邊界進(jìn)行巡邏。當(dāng)發(fā)現(xiàn)入侵者時(shí),操作者通過(guò)聲音傳輸系統(tǒng)使機(jī)器人與入侵者對(duì)話,若入侵者不合作,懷有敵意,操作者就可命令機(jī)器人攻擊入侵者。當(dāng)該地區(qū)受到大規(guī)模進(jìn)攻時(shí),操作者就可調(diào)動(dòng)多臺(tái)機(jī)器人進(jìn)行阻擊,以便為保安人員爭(zhēng)取時(shí)間。 地面微型機(jī)器人專家們對(duì)微型機(jī)器人備加青睞,認(rèn)為它們體

15、積小,生存能力強(qiáng),具有廣泛的用途。現(xiàn)已研制出一種只有昆蟲大小的名叫扁虱的機(jī)器人,它可附在敵人裝備的部件上,混入敵人防線,偵察敵人的目標(biāo),也可向敵人的通信系統(tǒng)中注入一個(gè)功率脈沖進(jìn)行干擾,或鉆到敵人的裝備中去,破壞發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部位。現(xiàn)在許多國(guó)家都非常重視微型軍用機(jī)器人的研究,隨著發(fā)展,軍用微型機(jī)器人有可能改變21世紀(jì)的戰(zhàn)場(chǎng)。 步兵支攝機(jī)器人突擊隊(duì)員遙控車是由格魯曼航空公司與美國(guó)陸軍訓(xùn)練與條令司令部共同研制的。它是一個(gè)重約160千克的菱形車輛,由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。能以16 公里時(shí)的速度在崎嘔地形上行駛。該車采用光纖通信,可將車載電視攝像機(jī)的圖像傳送給操作員,同時(shí)將操作員的指令傳送給它,裝上機(jī)槍時(shí),其總高度

16、也只略高于1米。它能完成步兵通常所能完成的各種任務(wù),包括反坦克任務(wù)。車上可以配備反坦克導(dǎo)彈發(fā)射器、機(jī)槍、催淚性毒氣彈等。 2000年11月29日,中央電視臺(tái)新聞聯(lián)播報(bào)道:我國(guó)首臺(tái)類人型機(jī)器人研制成功。11月30日,全國(guó)各大報(bào)都在顯著位置發(fā)表了這一消息。許多人問(wèn):何為仿人型機(jī)器人?仿人型機(jī)器人的問(wèn)世標(biāo)志了什么?世界及中國(guó)仿人型機(jī)器人發(fā)展到什么水平? 從前面幾篇可以看出,大多數(shù)的機(jī)器人并不像人,有的甚至沒有一點(diǎn)人的模樣,這一點(diǎn)使很多機(jī)器人愛好者大失所望,很多人問(wèn)為什么科學(xué)家不研制像人一樣的機(jī)器人呢?其實(shí),科學(xué)家和愛好者的心情是一樣的,一直致力于研制出有人類外觀特征、可模擬人類行走與其基本操作功能的

17、機(jī)器人。 由于仿人型機(jī)器人集機(jī)、電、材料、計(jì)算機(jī)、傳感器、控制技術(shù)等多門學(xué)科于一體,是一個(gè)國(guó)家高科技實(shí)力和發(fā)展水平的重要標(biāo)志,因此,世界發(fā)達(dá)國(guó)家都不惜投入巨資進(jìn)行開發(fā)研究。日、美、英等國(guó)都在研制仿人形機(jī)器人方面做了大量的工作,并已取得突破性的進(jìn)展。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形機(jī)器人P3,美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出了仿人形機(jī)器人科戈(COG),德國(guó)和澳洲共同研制出了裝有52個(gè)汽缸,身高2米、體重150公斤的大型機(jī)器人。本田公司最新開發(fā)的新型機(jī)器人“阿西莫”,身高120厘米,體重43公斤,它的走路方式更加接近人。我國(guó)也在這方面作了很多工作,國(guó)防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出了雙足步行機(jī)器

18、人,北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京科技大學(xué)研制出了多指靈巧手等。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(zhǎng)時(shí)間作業(yè),或是危險(xiǎn)、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(jiǎn)單裝配等工序上,以及在原子能工業(yè)等部門中,完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。20世紀(jì)50年代末,美國(guó)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(dòng)控制等技術(shù),研制出有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作裝置,并將其稱為工業(yè)機(jī)器人;60年代初,美國(guó)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(guó)通用汽車公司用21臺(tái)工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車車身的自動(dòng)生產(chǎn)線。此后,各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)

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