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1、
工業(yè)機(jī)器人
學(xué)院：船舶與海洋工程學(xué)院
專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制作及其自動(dòng)化
班級:機(jī)械一班（0913101）
姓名：曹旭
學(xué)號：091310120
指導(dǎo)老師：蓋玉先
工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與展望
摘要：機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，需求越來越大，其技術(shù)研究與發(fā)展越來越深入。這
將提高社會生產(chǎn)率與產(chǎn)品質(zhì)量，為社會創(chuàng)造巨大的財(cái)富！
關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、技術(shù)應(yīng)用、研究進(jìn)展、發(fā)展趨勢
前言：
機(jī)器人可以代替或者協(xié)助人類完成各種工作，凡是枯燥的、危險(xiǎn)的、有毒的、有害的工作，都可由機(jī)器人大顯身手。機(jī)器人除了廣泛應(yīng)用于制造業(yè)領(lǐng)域外，還應(yīng)用于
2、資源勘探開發(fā)、救災(zāi)排險(xiǎn)、醫(yī)療服務(wù)、家庭娛樂、軍事和航天等其他領(lǐng)域。
機(jī)器人是工業(yè)和非產(chǎn)業(yè)界的重大生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人作為一種特殊的自動(dòng)化設(shè)備，具備智能技術(shù)，所以工業(yè)機(jī)器人在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用將大大的提升企業(yè)產(chǎn)品的競爭力，促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對國家經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。
而在科學(xué)研究，資源勘探方面，工業(yè)機(jī)器人可替代人的大部分工作，因此促進(jìn)了國家的可持續(xù)發(fā)展，并增強(qiáng)了國家的國際地位。
1.工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展：
1. 1 機(jī)器人概念的誕生
機(jī)器人技術(shù)一詞雖然出現(xiàn)的較晚，但這一概念在人類的想象中卻早已出現(xiàn)。自古以來，有不少科學(xué)家和杰出工
3、匠都曾制造出具有人類特點(diǎn)或具有動(dòng)物特征的機(jī)器人雛形。
機(jī)器人一詞由捷克作家--卡雷爾.恰佩克在他的諷刺劇《羅莎姆的萬能機(jī)器人》中首次提出，劇中描述了一機(jī)器奴仆Robot。此次Robot被沿用下來，中文譯成機(jī)器人。
1942年美國科幻作家埃薩克.阿西莫夫在他的科幻小說《我.機(jī)器人》中提出了“機(jī)器人三大定律”，這三大定律后來成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。
現(xiàn)代機(jī)器人出現(xiàn)于20世紀(jì)中期，當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)出現(xiàn)，電子技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)及與機(jī)器人相關(guān)的控制技術(shù)和零件加工技術(shù)的成熟，為現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
1.2 現(xiàn)代機(jī)器人工業(yè)史上的大事件
1954年：美國人戴沃爾制造出世
4、界上第一臺可編程的機(jī)械手，并注冊了專利。
1959年：戴沃爾與美國發(fā)明家英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機(jī)器人。
1962年：美國AMF公司生產(chǎn)出萬能搬運(yùn)機(jī)器人，與Unimation公司生產(chǎn)的萬能伙伴機(jī)器人一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人。
1967年：日本川崎重工公司和豐田公司分別從美國購買了工業(yè)機(jī)器人Unimat和Verstran的生產(chǎn)許可證，日本從此開始了對機(jī)器人的研究和制造。
1968年：美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)的機(jī)器人Shakey。
1969年：日本早稻田大學(xué)加藤一郎實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺以雙腳走路的機(jī)器人。
1973年：世界上機(jī)器人和小型計(jì)算機(jī)第一次攜手合作，誕生了機(jī)
5、器人T3。
1979年：美國Unimation公司推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA，標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟。
1979年：日本山梨大學(xué)發(fā)明了平面關(guān)節(jié)機(jī)器人SCARA。
1980年：工業(yè)機(jī)器人在日本開始普及。
1984年：英格伯格再次推出機(jī)器人Helpmate，這種機(jī)器人能在醫(yī)院為病人送飯送藥和送郵件。
1996年：本田公司推出仿人型機(jī)器人P2，雙足行走機(jī)器人的研究達(dá)到了一個(gè)新的高度。
1998年：丹麥樂高公司推出機(jī)器人Mind-storms套件，機(jī)器人開始進(jìn)入個(gè)人世界。
1999年：日本索尼公司推出機(jī)器人偶愛寶(AIBO)，娛樂機(jī)器人邁入普通家庭。
2002年：美國iRob
6、ot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roombar，為世界上商業(yè)化最成功的家用機(jī)器人。
2006年：微軟公司推出Microsoft Robitics Studio機(jī)器人，從此機(jī)器人模塊化平臺統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯。
2.機(jī)器人的應(yīng)用
2.1 機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用
機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車與汽車零部件制造業(yè)，機(jī)械加工行業(yè)，電子電器行業(yè)，橡膠及塑料工業(yè)，食品工業(yè)，木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人，點(diǎn)焊機(jī)器人，噴涂機(jī)器人及裝配機(jī)器人等都被大量使用。
焊接機(jī)器人是從事焊接作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，廣泛用于汽車及其零部件制造，摩托車，工程機(jī)械等行業(yè)，焊接機(jī)器人主要包括弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人量大類
7、。
在噴涂工序中霧狀涂料對人體的危害很大，并且在噴涂環(huán)境中照明通風(fēng)的條件很差，因此在噴涂作業(yè)中大量使用了機(jī)器人，與其他機(jī)器人相比，噴涂機(jī)器人要足夠靈活，平穩(wěn)，控制方式通常為手把手示教的方式，并且還要有防爆機(jī)構(gòu)等。
2.2 機(jī)器人在非制造業(yè)中的作用
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域已從傳統(tǒng)的制造業(yè)擴(kuò)大到核能，航空，航天，生化等高科技領(lǐng)域及家庭清潔，醫(yī)療康復(fù)，娛樂，教育等各個(gè)領(lǐng)域。
應(yīng)用在非制造業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人主要有雙足步行機(jī)器人，醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人水下機(jī)器人，六足機(jī)器人等。
3. 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及工作原理
3.1 結(jié)構(gòu)
工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)身，臂部，手腕，
8、末端操作器和行走機(jī)構(gòu)等部分組成，每一部分都有若干自由度的機(jī)械系統(tǒng)。此外，有的機(jī)器人還具有行走機(jī)構(gòu)，若具有行走機(jī)構(gòu)則構(gòu)成行走機(jī)器人，若沒有則構(gòu)成單機(jī)器人手臂。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是指驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)裝置。這部分的作用相當(dāng)于人的肌肉。根據(jù)驅(qū)動(dòng)源的不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為電氣，液壓，氣壓以及把它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)。電氣驅(qū)動(dòng)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的最為廣泛，主要分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)三種。液壓驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，且負(fù)載能力大，對于重載的搬運(yùn)和零件加工機(jī)器人，采用液壓驅(qū)動(dòng)比較合理。但液壓驅(qū)動(dòng)管道復(fù)雜，清潔困難，因此限制了在裝配作業(yè)中的作用。無論電氣還是液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，其手爪的開合都采用氣動(dòng)
9、形式。
控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序及從傳感器反饋回來的信號，控制機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。如果機(jī)器人不具備信息反饋特征，則該控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)；如果機(jī)器人具備信息反饋特征，則還控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。該部分主要由計(jì)算機(jī)硬件和控制軟件組成。軟件主要有人與機(jī)器人聯(lián)系的人機(jī)交互系統(tǒng)和控制算法等組成。該部分的作用相當(dāng)于人的大腦。
感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，其作用是獲取機(jī)器人內(nèi)部和外部環(huán)境信息，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)。內(nèi)部狀態(tài)傳感器用于檢測各個(gè)關(guān)節(jié)的位置，速度等變量，為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)提供反饋信息。外部狀態(tài)傳感器用于檢測機(jī)器人與周圍環(huán)境之間的一
10、些狀態(tài)變量，如距離，接近程度和接觸情況等，用于引導(dǎo)機(jī)器人，便于其實(shí)別物體并作出相應(yīng)處理。
3.2 工作原理
機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，其工作原理為：控制系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作指令，控制驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，使末端操作器到達(dá)空間某一位置和實(shí)現(xiàn)某一姿態(tài)，實(shí)施一定的作業(yè)任務(wù)。末端操作器在空間的實(shí)時(shí)位姿由感知系統(tǒng)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)把實(shí)際位姿與目標(biāo)位姿相比較，發(fā)出下一個(gè)動(dòng)作指令，如此循環(huán)，直到完成作業(yè)任務(wù)為止。
4. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的預(yù)測與展望
機(jī)器人技術(shù)是感知、決策、行動(dòng)和交互四大技術(shù)的結(jié)合。隨著人們對機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識的加深，機(jī)器人技術(shù)正源源不斷
11、地向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透。結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，人們發(fā)展了各種特種機(jī)器人和智能機(jī)器，如仿人機(jī)器人、仿生機(jī)器人、微機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、水下機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、空間機(jī)器人、農(nóng)林機(jī)器人等。它們從外觀上看已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了最初工業(yè)機(jī)器人的形狀，其智能和功能也大大超出了工業(yè)機(jī)器人的范圍，更加符合應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求。傳統(tǒng)的機(jī)器人是對人體的延伸，一般需要人來操作；而特種機(jī)器人和智能機(jī)器則是通過感知，由計(jì)算機(jī)推理進(jìn)行響應(yīng)和動(dòng)作，是對人類智能的延伸。要使機(jī)器人有重大突破必須在下列方面取得技術(shù)進(jìn)步：
1 縮短實(shí)時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)的總時(shí)間(從傳感器到執(zhí)行器)以增強(qiáng)機(jī)器人的性能；
2 具有先進(jìn)的人工智能以增強(qiáng)自主決策能力;
3 傳感器和執(zhí)行器更為小巧和輕便以減小機(jī)器人的體積并提高能效；
4 具有能量監(jiān)測和發(fā)電能力以延長自主工作時(shí)間。
對國家而言，機(jī)器人的研究，制造和應(yīng)用水平逐漸成為一個(gè)國家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正在受到許多國家的廣泛重視。
現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)是當(dāng)代技術(shù)領(lǐng)域的先導(dǎo)，吸引了許多有才華的人從事研究。通過他們的努力，現(xiàn)代的，復(fù)雜的，自適應(yīng)甚至是高度智能的機(jī)器人已經(jīng)逐步成為現(xiàn)實(shí)。
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