管理信息化智能制造機器人的由來

管理信息化智能制造機器人的由來第七章機器人第一節(jié)概述一、機器人的由來機器人是眾所周知的一種高新技術(shù)產(chǎn)品，然而，“機器人”一詞最早并不是一個技術(shù)名詞，最早出現(xiàn)在上個世紀(jì)20年代初期捷克的一個科幻內(nèi)容的話劇中，劇中虛構(gòu)了一種稱為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、海洋以及國防等諸多領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，機器人技術(shù)已經(jīng)形成了綜合性的學(xué)科——機器人學(xué)（Robotics機能等。盡管機器人已經(jīng)得到越來越廣泛應(yīng)用，機器人技術(shù)的發(fā)展也日趨深入、完善，然而“機器人尚沒有一個統(tǒng)一的、嚴(yán)格而準(zhǔn)確的定義。一方面，在技術(shù)發(fā)展過程中，不同的國家、不同的學(xué)者給出的定義不盡相同，雖然基本原則一致，但歐美國家的定義限定多一些，不斷發(fā)展變化。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義的機器人特征如下。：仿生特征：動作機構(gòu)具有類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：機器人具有一定程度的人類智能，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等；2自動特征：完整的機器人系統(tǒng)，能夠獨立、自動完成作業(yè)任務(wù)，不依賴于人的干預(yù)。二、機器人的組成位置。驅(qū)動器將控制系統(tǒng)輸出的信號變換成大功率的信號，以驅(qū)動執(zhí)行器工作。1．機械本體般具有633個則用來確定末端執(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，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)動器通常有齒輪傳動、鏈傳動、諧波齒輪傳動、螺旋傳動、帶傳動等幾種類型。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)行器傳感器兩種類型；傳感器等。三、機器人的分類分類法。1．按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平分按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平可以將機器人分為三代。第一代機器人是“示教再現(xiàn)型。這類機器人能夠按照人類預(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控自動記錄下每一步，然后重復(fù)。目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的機器人大多屬于第一代。器人焊接的過程一般是通過示教方式給出機器人的運動曲線，機器人攜帶焊槍走這個曲線，進(jìn)行焊接。這就要求工件的一致性很好，也就是說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。類似的技術(shù)正越來越多地應(yīng)用在機器人上。第三代機器人稱為“智能機器人，具有發(fā)現(xiàn)問題，并且能自主地解決問題的能力。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)有機器人的自適應(yīng)技術(shù)還是十分有限的。2．按機器人的機構(gòu)特征來分節(jié)型機器人等類型。（1）直角坐標(biāo)機器人。直角坐標(biāo)機器人具有空間上相互垂直的兩根或三根直線移動軸（見圖7－13個獨立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長路基板的元件插入、緊固螺絲等作業(yè)。（2）柱標(biāo)機器柱面坐器人的位置機要由旋座、垂面坐人。標(biāo)機空間構(gòu)主轉(zhuǎn)基直移圖7－1直角坐標(biāo)機器人7－2Versatran機器人5就是一種典型的柱面坐標(biāo)機器人。圖7－2柱面坐標(biāo)機器人（37－3所示，其空間位置分別由旋轉(zhuǎn)、擺動和平移3個自由度確Unimate間體積小于直角坐標(biāo)和柱面坐標(biāo)機器人，但仍大于多關(guān)節(jié)型機器人。（4）多型機器由多個和擺動組合而關(guān)節(jié)人。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)成。圖7－3球面坐標(biāo)機器人器人。如美國Unimation公司20世紀(jì)70年代末推出的機器人PUMA（見圖7－4）就是一種垂直多關(guān)節(jié)機器人，而日本山梨大學(xué)研制的機器人SCARA（見圖7－5多關(guān)節(jié)機器人。肩部旋轉(zhuǎn)軸）帶動小臂旋轉(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個優(yōu)點是可以自由地實現(xiàn)三維空間的圖7－4垂直多關(guān)節(jié)機器人應(yīng)用于代替人完成裝配作業(yè)、貨物搬運、電弧焊接、噴涂、點焊接等作業(yè)場合．圖7－5水平多關(guān)節(jié)機器人水平多關(guān)節(jié)機器人在結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的二個能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂，其自由度可以根據(jù)用途選擇2～4個，動作空間為一圓柱體。水平多關(guān)節(jié)機器人的優(yōu)點是在垂直方向上的剛性好，能方便地實現(xiàn)二維平面上的動作，在裝配作業(yè)中得到普遍應(yīng)用。3．按照機器人的用途分療、服務(wù)、娛樂，以及空間和水下探索等多種領(lǐng)域。（1）工業(yè)機器人途是實現(xiàn)自動的焊接作業(yè)。裝配機器人，比較多地用于電子部件電器的裝配。噴漆機器人，代替人進(jìn)行噴漆作業(yè)。碼垛、上下料、搬運機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。隨著對工業(yè)生產(chǎn)線柔性的要求越來越高，對各種機器人的需求也就越來越強烈。（2）農(nóng)業(yè)機器人7（3）探索機器人(有毒或高溫等環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)。人類借助潛水器具潛人到深海之中探秘，已有很長的歷史。然而，由于危險很大、航天器里使用的機器人。（4）服務(wù)機器人類的生活、康復(fù)提供服務(wù)的機器人，或者是能對設(shè)備運行進(jìn)行維護的一類機器人。四、機器人技術(shù)的進(jìn)展國際上第一臺工業(yè)機器人產(chǎn)品誕生于20世紀(jì)6020世紀(jì)80才得到了巨大的發(fā)展，成為機器人發(fā)展的一個里程碑，這一時代被稱為“機器人元年。為繼開發(fā)成功。820世紀(jì)90年代以來，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等快速發(fā)展，工業(yè)機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。現(xiàn)在工業(yè)機器人已發(fā)展成為一個龐大的家族，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)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的運用，機器人操作機已實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計。以德國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軸機器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27KAWASAKIYASKAWAFANUC和瑞典ABB國KUKA、REIS等公司皆推出了此類產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)通信功能的拓展，日本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機器人控制器已實現(xiàn)了與Canbus、Profibus總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機器人有了很大提高。器人，法國的水果采摘機器人，以及荷蘭開發(fā)的擠奶機器人等。20世紀(jì)70年代開始先后研制了幾百臺不同結(jié)構(gòu)形式和性能指標(biāo)的水下機器人。法國的EPAVLARD、美國的AUSS、俄羅斯的MT-88等水下機器壩檢查等方面。我國在90年代中期研制的“水下機器人在太平洋深海試驗成功，海深達(dá)6000m以上，使我國在深海探測和探索方面躍居世界先進(jìn)水平。9??間機器人，如美國NASA的空間機器人Sojanor等。Sojanor是一輛自主移動車，重量為11.5kg，尺寸630~48mm，有6個車輪，它在火星上的成功應(yīng)用，引起了全球