【正文】 用機(jī)器人可以沒有手腕而直接將末端執(zhí)行器安裝在手臂的端部。(3)手臂它由操作機(jī)的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成，是用于支承和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器位置的部件。手臂有時(shí)不止一條，而且每條手臂，也不一定只有一節(jié)(如關(guān)節(jié)型就可能有多節(jié))，所以，它有時(shí)還應(yīng)包括肘和肩的關(guān)節(jié)，即手臂和手臂間(靠近末端執(zhí)行器的一節(jié)通常叫小臂，靠近機(jī)座的，通常叫大臂)，手臂與機(jī)座間用關(guān)節(jié)連接，因而擴(kuò)大了末端執(zhí)行器姿態(tài)的變化范圍和運(yùn)動(dòng)范圍。(4)機(jī)座有時(shí)稱為立柱，是工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中相對(duì)固定并承受響應(yīng)力的基礎(chǔ)部件。可分固定式和移動(dòng)式兩類，移動(dòng)式機(jī)座下部安裝了移動(dòng)機(jī)構(gòu)，它可以擴(kuò)大機(jī)器人的活動(dòng)范圍。它是由驅(qū)動(dòng)器、減速器、檢測(cè)元件等組成的組件，是用來為操作機(jī)各部件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。驅(qū)動(dòng)器是將電能或流體能等轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力裝置，通常是電動(dòng)機(jī)、液壓或氣動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)形式不同，傳動(dòng)裝置也有所不同。它是由人對(duì)機(jī)器人的啟動(dòng)、停機(jī)及示教進(jìn)行操作的一種裝置，它指揮機(jī)器人按規(guī)定的要求動(dòng)作?？刂蒲b置包括檢測(cè)(如傳感器)和控制(如計(jì)算機(jī))兩部分，可用來控制驅(qū)動(dòng)單元，檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)是否符合規(guī)定要求，并進(jìn)行反饋控制。這就是閉環(huán)控制。如果沒有反饋控制，就是較簡單的開環(huán)控制【8】。圖1 計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)對(duì)于智能機(jī)器人，還應(yīng)有人工智能系統(tǒng)。它主要由兩部分組成，一部分為感覺系統(tǒng)(硬件)，主要靠各類傳感器來實(shí)現(xiàn)其感覺功能。另一部分為決策一規(guī)劃智能系統(tǒng)(軟件)，它包括邏輯判斷、模式識(shí)別、大容量數(shù)據(jù)庫和規(guī)劃操作程序等功能。 機(jī)器人的分類目前世界各國對(duì)處于發(fā)展階段的機(jī)器人還沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，大致有以下幾種分類方法。(1)固定程序的專用機(jī)器人(機(jī)械手) 通常根據(jù)主機(jī)的特定要求設(shè)計(jì)成固定程序(或簡單的可變程序)。這種機(jī)器人(機(jī)械手)多為氣動(dòng)或液動(dòng)，用行程開關(guān)、機(jī)械擋塊來控制其工作位置。工作對(duì)象單一，動(dòng)作較少，結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)簡單，價(jià)格低廉，可以應(yīng)用。(2)可編程序的通用機(jī)器人工作程序可變，以適應(yīng)不同的工作對(duì)象，通用性強(qiáng)，適合于以多品種、中小批量生產(chǎn)為特點(diǎn)的柔性制造系統(tǒng)中。、部門和用途分類 (1 )工業(yè)機(jī)器人它們又可按作業(yè)類別分為鍛壓、焊接、表面噴涂、裝卸、裝配、檢測(cè)等機(jī)器人。 (2)采掘機(jī)器人如海洋探礦機(jī)器人等。 (3)軍事用途機(jī)器人 在跨世紀(jì)的軍事活動(dòng)中，機(jī)器人部隊(duì)無疑將會(huì)參戰(zhàn)。這些機(jī)器人具有較強(qiáng)的自主作戰(zhàn)和參與軍事使命的能力，它們紀(jì)律嚴(yán)明，組織緊湊，行動(dòng)快捷，效果明顯。這是和機(jī)器人部隊(duì)的設(shè)計(jì)者與策劃者的智慧、思想、設(shè)計(jì)和制造分不開的。不過，隨著機(jī)器人在陸、海、空、天、電戰(zhàn)場(chǎng)的超立方形空間中全面地投入軍事活動(dòng)，也為領(lǐng)導(dǎo)這些機(jī)器人部隊(duì)的人類的指揮機(jī)構(gòu)和各級(jí)作戰(zhàn)人員帶來不少新的、涉及到如何對(duì)待機(jī)器人行為的復(fù)雜問題 (4)服務(wù)機(jī)器人如醫(yī)療機(jī)器人，家用機(jī)器人，教學(xué)機(jī)器人等。 、坐標(biāo)系特點(diǎn)分類 按機(jī)械結(jié)構(gòu)、坐標(biāo)系特點(diǎn)可分為直角坐標(biāo)型，圓柱坐標(biāo)型，球坐標(biāo)型，多關(guān)節(jié)型等。這些配置方式都是經(jīng)過實(shí)踐證明為經(jīng)濟(jì)可行的方式，也是組合式模塊化工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)配置方式設(shè)計(jì)時(shí)所要借鑒和參照的方式。 （1）直角坐標(biāo)型機(jī)械臂其運(yùn)動(dòng)部分由三個(gè)相互垂直的直線移動(dòng)（即PPP）組成，其工作空間圖形為長方形。它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離，可在各個(gè)坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定位精度高，控制無耦合，結(jié)構(gòu)簡單，但機(jī)體所占空間體積大，動(dòng)作范圍小，靈活性差，難與其他工業(yè)機(jī)器人協(xié)調(diào)工作。圖2 直角坐標(biāo)型機(jī)械臂 （2）圓柱坐標(biāo)型機(jī)械臂其運(yùn)動(dòng)形式是通過一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和兩個(gè)移動(dòng)組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，其工作空間圖形為圓柱，與直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人相比，在相同的工作空間條件下，機(jī)體所占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大，其位置精度僅次于直角坐標(biāo)型機(jī)器人，難與其他工業(yè)機(jī)器人協(xié)調(diào)工作。圖3 圓柱坐標(biāo)型機(jī)械臂 （3）球坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人又稱極坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，其手臂的運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線移動(dòng)（即RRP,一個(gè)回轉(zhuǎn)，一個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮運(yùn)動(dòng)）所組成，其工作空間為一球體，它可以作上下俯仰動(dòng)作并能抓取地面上或教低位置的協(xié)調(diào)工件，其位置精度高，位置誤差與臂長成正比。圖4 球坐標(biāo)型機(jī)械臂 （4）多關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，這種工業(yè)機(jī)器人的手臂與人一體上肢類似，其前三個(gè)關(guān)節(jié)是回轉(zhuǎn)副（即RRR），該工業(yè)機(jī)器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂見形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和俯仰擺動(dòng)，小臂做仰俯擺動(dòng)。其結(jié)構(gòu)最緊湊，靈活性大，占地面積最小，能與其他工業(yè)機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，但位置精度教低，有平衡問題，控制耦合，這種工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用越來越廣泛。圖5 多關(guān)節(jié)型機(jī)械臂 （5）平面關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人它采用一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（即PRR），移動(dòng)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，而兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)則控制前后、左右運(yùn)動(dòng)。這種形式的工業(yè)機(jī)器人又稱（SCARA(Seletive Compliance Assembly Robot Arm)裝配機(jī)器人。在水平方向則具有柔順性，而在垂直方向則有教大的剛性。它結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插接裝配，如在電子工業(yè)的插接、裝配中應(yīng)用廣泛。圖6 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械臂 通過對(duì)常用配置方式（常規(guī)坐標(biāo)型）的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析可看到以下兩點(diǎn)：（1）基本動(dòng)作可分解為體升降、比伸縮、體旋轉(zhuǎn)、臂旋轉(zhuǎn)、腕旋轉(zhuǎn)等；（2）基本運(yùn)動(dòng)形式可分為直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩類。這啟發(fā)我們自設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，可充分利用能夠?qū)崿F(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的通用部件（氣、液、電等）來進(jìn)行功能組合，也就是說可以經(jīng)過合適選擇的通用部件作為模塊來進(jìn)行集成。這些部件可以作為一個(gè)獨(dú)立的基本模塊，也可以將幾個(gè)部件組合為一個(gè)復(fù)合模塊。顯然，配置方式應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品最終實(shí)現(xiàn)的功能要求來確定，同樣，模塊的分解也是基于產(chǎn)品應(yīng)滿足的功能要求下的模塊分解。 4. 按機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方式分類(1)點(diǎn)位控制(PTP)機(jī)器人就是由點(diǎn)到點(diǎn)的控制方式，這種控制方式只能在目標(biāo)點(diǎn)處準(zhǔn)確控制機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，完成預(yù)定的操作要求。目前應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人中，很多是屬于點(diǎn)位控制方式的，如上下料搬運(yùn)機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人等。 (2)連續(xù)軌跡控制(CP)機(jī)器人機(jī)器人的各關(guān)節(jié)同時(shí)作受控運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確控制機(jī)器人末端執(zhí)行器按預(yù)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，并能控制末端執(zhí)行器沿曲線軌跡上各點(diǎn)的姿態(tài)?；『浮娖岷蜋z測(cè)機(jī)器人等均屬連續(xù)軌跡控制方式。 按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓驅(qū)動(dòng)式、氣動(dòng)式、電力驅(qū)動(dòng)式(這是目前用得最多的一類)。 “代”分類 (1)第一代機(jī)器人其特點(diǎn)是采用開關(guān)量控制，示教再現(xiàn)控制或數(shù)字控制，其作業(yè)路徑和運(yùn)動(dòng)參數(shù)需通過示教或編程給定。60年代以來，工業(yè)中實(shí)際應(yīng)用的絕大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都屬于第一代機(jī)器人，它包括可編程序(用于上下料)的工業(yè)機(jī)器人，具有記憶裝置的示教再現(xiàn)型機(jī)器人，數(shù)控型搬運(yùn)機(jī)器人等。 (2)第二代機(jī)器人是70年代開始出現(xiàn)的，其技術(shù)特點(diǎn)是采用計(jì)算機(jī)直接控制，是通過具有視覺、觸覺的攝像機(jī)和傳感器，能“感覺”外界信息并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和分析 自動(dòng) 地控制操作機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和操作，因此，其控制方式較第一代機(jī)器人要復(fù)雜得多，目前這類機(jī)器人已開始在工業(yè)生產(chǎn)、排險(xiǎn)救災(zāi)等場(chǎng)合應(yīng)用，并將進(jìn)入普及階段。 (3)第三代機(jī)器人即智能機(jī)器人。這是國內(nèi)外正在積極研究，開發(fā)的高級(jí)機(jī)器人，其主要特點(diǎn)是具有人工智能。包括: 模式識(shí)別能力、規(guī)劃決策能力、知識(shí)庫、專家系統(tǒng)、人機(jī)交互能力等。這一類機(jī)器人目前正在研究開發(fā)之中【9】。 機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展 機(jī)器人的應(yīng)用 在發(fā)達(dá)國家，機(jī)器人己廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個(gè)領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)部門應(yīng)用最多的當(dāng)推汽車工業(yè)和電子工業(yè)，在金屬加工、塑料成型、機(jī)械制造等行業(yè)也有普遍應(yīng)用，并逐漸向纖維加工、食品工業(yè)、家用產(chǎn)品制造等行業(yè)發(fā)展。焊接作業(yè)包括點(diǎn)焊和弧焊，是機(jī)器人用得最多的作業(yè)之一。傳統(tǒng)的點(diǎn)焊機(jī)雖然可以減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，焊接質(zhì)量也較好，但它適宜少品種大批量的生產(chǎn)環(huán)境，其夾具和焊槍位置不能隨零件的改變而變化，而點(diǎn)焊機(jī)器人可通過重新編程來調(diào)整空間點(diǎn)位，滿足不同零件的需要，故特別適宜于小批量多品種的生產(chǎn)環(huán)境?；『缸鳂I(yè)由于其焊縫多為空間復(fù)雜曲線，故多由人工完成，連續(xù)軌跡控制的機(jī)器人可以勝任此任務(wù)，故廣泛用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和容器的焊接。Unimate, Motoman, ASEA等都是典型的焊接機(jī)器人。它們忠于職守，能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行人類的指令，從這一點(diǎn)講，機(jī)器人實(shí)在是人類最忠實(shí)的仆人。教給它們什么樣的動(dòng)作，它們就不厭其煩地做上成百上千次。如果需要叫它們執(zhí)行新的任務(wù)，只需要重新教它們一遍就行了。重新教授的內(nèi)容通過另外一套程序來實(shí)現(xiàn)。通常一個(gè)機(jī)器人可以保存成百種不同作業(yè)和不同動(dòng)作套路的程序，可以十分方便地隨主人之意調(diào)用和更換花樣。這種忠實(shí)的仆人具有“一次示教，終身難忘”的特點(diǎn)，動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠、分毫不差。它們?cè)谲娛鹿I(yè)和生產(chǎn)領(lǐng)域中大有作為。在爆炸品和危險(xiǎn)物生產(chǎn)線上，它們可以代替人工作，且不知疲倦，連續(xù)工作。它們動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠，即使加工成千上萬發(fā)炮彈，也下會(huì)碰到底火引起爆炸事故。工業(yè)機(jī)器人真可謂稱得上是新一代的“藍(lán)領(lǐng)工人”。減少了工人的危險(xiǎn)程度，做到了一些人不能做到的任務(wù)。它必將是今后發(fā)展的重中之重。未來人們的許多任務(wù)都將有機(jī)器人代為完成。圖7 柔性機(jī)械臂的模型噴漆作業(yè)由于環(huán)境惡劣，國外大量使用了機(jī)器人，挪威生產(chǎn)的Trallfa機(jī)器人是目前世界上用得最多的噴漆機(jī)器人，該機(jī)器人為關(guān)節(jié)式，6自由度，電液或全電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)，采用示教再現(xiàn)方式，既可實(shí)行點(diǎn)位控制，也可實(shí)行連續(xù)軌跡控制。搬運(yùn)物料的作業(yè)包括為機(jī)床上下料，為自動(dòng)生產(chǎn)線轉(zhuǎn)運(yùn)工件，搬運(yùn)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床一起組成柔性加工系統(tǒng)，一條柔性生產(chǎn)線可配置幾臺(tái)至十幾臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人，典型的搬運(yùn)機(jī)器人是T3和Funac機(jī)器人。機(jī)器人用于裝配作業(yè)是隨著視覺系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的，電子工業(yè)用得最多，主要用在電路板的裝配上，還有電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、閥門等產(chǎn)品的裝配。PUMA機(jī)器人是一種典型的裝配機(jī)器人，有6個(gè)自由度，關(guān)節(jié)式，直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，微機(jī)控制點(diǎn)位或連續(xù)軌跡，用VAL語言示教編程，其手腕機(jī)構(gòu)具有順應(yīng)性，可克服裝配中的誤差。國外的航空航天工業(yè)中應(yīng)用機(jī)器人也十分廣泛，如鉚接裝配作業(yè)就大量使用了機(jī)器人，此外如電氣插頭的裝配，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇外殼和高壓渦輪的焊接，飛機(jī)座艙蓋和風(fēng)擋鉆孔作業(yè)，飛機(jī)機(jī)身和垂直尾翼鉆孔，都采用了機(jī)器人。某些飛機(jī)機(jī)身、機(jī)艙的噴漆作業(yè)，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件等離子噴涂也采用了機(jī)器人。在空間開發(fā)中，航天飛機(jī)上收放衛(wèi)星的機(jī)器人是加拿大Spar公司生產(chǎn)的，美國NASA實(shí)施的火星探測(cè)計(jì)劃，發(fā)射了兩個(gè)火星探測(cè)器海盜I和海盜H，它們也是一種機(jī)器人，在火星上采集樣品，作各種實(shí)驗(yàn)，并能將實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)回地球。在海洋開發(fā)方面，美國曾用Curv號(hào)有纜水下機(jī)器人成功地從西班牙附近900米深的海底打撈一顆因B52轟炸機(jī)失事掉入水中的氫彈。挪威卑爾根公司生產(chǎn)的一種水下機(jī)器人，可在水下600米處作業(yè)，裝有電視攝像機(jī)，可收集海底標(biāo)本，切割石油管道和纜索等。在放射性環(huán)境中，如在核電站里，機(jī)器人可用來檢查、修復(fù)管道、閥門等，如日本東芝公司研制的一種蛇形機(jī)器人，具有八個(gè)關(guān)節(jié)，可以在狹小的空間里操作，臂頂端裝有電視攝像機(jī)。在軍事方面，機(jī)器人己用于偵察、布雷、排除爆炸物、裝填彈藥等。在建筑中，己有一種爬壁機(jī)器人可用來修理墻面，擦洗窗戶。此外還有摘果實(shí)、擠牛奶、剪羊毛、清理垃圾、監(jiān)護(hù)病人的機(jī)器人等?？傊瑱C(jī)器人的應(yīng)用面相當(dāng)廣泛，機(jī)器人的工作特點(diǎn)是在計(jì)算機(jī)控制下離開人的干預(yù)進(jìn)行各項(xiàng)工作。用機(jī)器人代替人，可以使人擺脫高溫、有毒、粉塵、振動(dòng)、放射性、強(qiáng)噪音等惡劣環(huán)境，而去從事機(jī)器人的監(jiān)控、維護(hù)等工作，使工作性質(zhì)發(fā)生了變化，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也改善了就業(yè)結(jié)構(gòu)。機(jī)器人工作抗干擾能力強(qiáng)，一心一意按所編程序工作，動(dòng)作精度、重復(fù)精度高，因此能保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量。解決多品種小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化問題二隨著人民生活水平的提高，人們要求提供更豐富更多樣的產(chǎn)品。因此，用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式難以滿足人們的需求，當(dāng)前柔性制造系統(tǒng)的飛速發(fā)展正是適應(yīng)了這種發(fā)展趨勢(shì)，而機(jī)器人是柔性系統(tǒng)中不可缺少的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的關(guān)鍵設(shè)各。與人相比，機(jī)器人有一個(gè)最大的特點(diǎn):不知疲倦、不需要休息，在合宜的條件下，可以連續(xù)工作，因此可以大大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)器人對(duì)于改善勞動(dòng)條件、減少安全事故，減少人受危險(xiǎn)環(huán)境的傷害等方面都有顯著的效果【10】。 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人起源于數(shù)控機(jī)床和遠(yuǎn)程控制器。1954年，美國的George Devol首先把遠(yuǎn)程控制器的桿結(jié)構(gòu)與數(shù)控銑床的伺服軸結(jié)合起來，研制出了第一臺(tái)通用機(jī)械手。這種機(jī)械手可以通過讓其沿一系列點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)位置以數(shù)字形式存貯起來，動(dòng)作執(zhí)行時(shí)，使伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手各關(guān)節(jié)軸來再現(xiàn)這些位置，從而讓機(jī)械手完成一些簡單的工作。正是由于這個(gè)機(jī)械手具有了編程示教再現(xiàn)功能，因此許多人把它作為現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生的標(biāo)志。在隨后的生產(chǎn)應(yīng)用中，為了適應(yīng)各種不同用途需要，相繼出現(xiàn)了直角坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)、極坐標(biāo)等許多種不同結(jié)構(gòu)的機(jī)器人。與第一代示教再現(xiàn)型機(jī)器人不同，第二代機(jī)器人是具有感覺功能的適應(yīng)控制機(jī)器人。這種機(jī)器人帶有傳感器，能感知環(huán)境和對(duì)象的情況，以控制自身動(dòng)作的變化。在機(jī)器人視覺、觸覺研究的同