【正文】 在 1971 年卡恩和羅恩分析了機械限位手臂開關(guān)式（最短時間）控制的動力學(xué)和控制問題 。這種工作是機器人在合理的非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中具有自適應(yīng)特性的一例。 wps_clip_image29756圖四 Unimate 機器人 1959 年，美國 ConsolidatedControls 公司研制出第一代工業(yè)機器人原型。同一時期誕生了利用肌肉生物電流控制的上臂假肢。第三代機器人將具有識別、推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等智能機制，它可以把感知和行動智能化結(jié)合起來，因此能在非特定的環(huán)境下作業(yè)，故稱之為智能機器人（如圖三）。 這三條守則，給機器人社會賦以新的倫理性，并使機器人概念通俗化更易于為人類社會所接受。1893 年，加拿大摩爾設(shè)計的能行走的機器人“安德羅丁”，是以蒸汽為動力的。 法國的天才冀師杰克 東漢時期（公元 25~220），我國大科學(xué)家張衡，不僅發(fā)明了震驚世界的“候風(fēng)地動儀”，還發(fā)明了測量路程用的“計里鼓車”，車上裝有木人、鼓和鐘，每走 1 里，擊鼓 1 次，每走 10 里擊鐘一次，奇妙無比。機器人技術(shù)和工業(yè)得到了前所未有的發(fā)展。行走機構(gòu)是行走機器人的重要執(zhí)行部件，它由行走的驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)、位置檢測元件、傳感器、 電纜以及管路組成。手部與手腕有機械接口，也可能有電、氣、液接頭，當(dāng)作業(yè)對象不同時，可以方便地拆除和更換手部； ，它可以是像人手那樣具有手指，也可以不具備手指，直接就是進行專業(yè)作業(yè)的工具。工業(yè)機器人的腕部是連接手部和臂部的部件，起支承手部的作用，手腕上的自由度主要是使手部（末端操作器）達到目標(biāo)位置和處于期望的姿態(tài)。 柱下降過程不卡死的條件計算偏重力矩是指臂部全部零部件與工件的總重量對機身立柱軸的靜力矩。交流伺服電機和直流伺服電機相比：沒有電刷等易磨損部件， 外形尺寸小，能在重載下高速運行，加速性能好，能實現(xiàn)動態(tài)控制和平滑運動，但控制較復(fù)雜。其中系統(tǒng)分析主要分為以下幾步： ，確定機器人的目的和任務(wù)；，包括機器人與已有設(shè)備的兼容性；，確定機器人的基本功能和方案，準(zhǔn)備做 技術(shù)設(shè)計； ，搜集國內(nèi)外的有關(guān)資料，進行綜合分析，找出可供借鑒之處，以及別人的經(jīng)驗教訓(xùn)。 六是加強人才隊伍建 設(shè)。 二是推動產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟建設(shè)，形成強大的研究，開發(fā)和應(yīng)用隊伍。 歐洲模式：一攬子交鑰匙工程，即機器人的生產(chǎn)和用戶所需要的系統(tǒng)設(shè)計制造全部由機器人制造廠商自己完成。 四是國內(nèi)一些現(xiàn)代化水平比較高的企業(yè)開始越來越多地應(yīng)用工業(yè)機器人。根據(jù)國際機器人聯(lián)合會和美國國家機器人協(xié)會最新推測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)， 2021 年我國工業(yè)機器人年安裝臺數(shù)將達 10000，屆時安裝量將達 60400 臺。進口機器人數(shù)量超過 9000 臺 ,其中多功能機器人約 1700 臺 ,簡易機器人 7500 臺 ,進口額約 25 億美元。但是，隨著工業(yè)機器人價格的不斷降低和性能的不斷提高，勞動力成 本不斷上升，尤其是汽車業(yè)的快速發(fā)展，我國工業(yè)機器人應(yīng)用情況將發(fā)生質(zhì)的變化?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)所用的機器人大多數(shù)是在生產(chǎn)線上使用，組成機器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)，單臺機器人很少使用。 五、國家支持機器人產(chǎn)業(yè)力度有待加強：目前，國家對于機器人研發(fā)的資金援助與政策支持不夠強。 五、國內(nèi)工業(yè)機器人市場特征分析 我國機器人市場的九大特點 一、市場需求增長速度快：有關(guān)專家預(yù)測，我國機器人到 2021 年擁有量為 17300 臺，年銷售額為 億元。 目前，我國進口的工業(yè)機器人主要來自日本， 2021 年日本對華出口的機器人占我國進口的工業(yè)機器人的一半，其他如歐洲品牌機器人，如 ABB、 KUKA、 COMAU，占據(jù)市場的另一半。 除傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦、冶金、石油、化學(xué)、船舶等領(lǐng)域，工業(yè)機器人同時也已開始擴大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔、醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中。在亞洲應(yīng)用在電子行業(yè)的工業(yè)機器人，占了總數(shù)的 30％以上，是工業(yè)機器人的最大用戶，這與全球范圍內(nèi)汽車工業(yè)是工業(yè)機器人的最大用戶有所不同。 目前主要單位像中科院沈陽自動化所，原機械部的北京自動化所，像哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，清華大學(xué)，還包括中科院北京自動化所等等的一些單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機器人研究， 很多研究生和博士生都在從事機器人方面的研究，目前我們國家比較有代表性的研究，有工業(yè)機器人，水下機器人，空間機器人，核工業(yè)的機器人，都在國際上應(yīng)該處于領(lǐng)先水平，總體上我們國家與發(fā)達國家相比，還存在很大的差距，主要表現(xiàn)在，我們國家在機器人的產(chǎn)業(yè)化方面，目前還沒有固定的成熟的產(chǎn)品，但是在上述這些水下、空間、核工業(yè)，一些特殊機器人方面，我們?nèi)〉昧撕芏嘤刑厣难芯砍删汀? 李教授說：“如今，已經(jīng)有一批機器人企業(yè)根據(jù)市場需求，自行研制或與科研院所合作，進行機器人產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。特別是在高性能交流伺服電機和精密減速器方面的差距尤其明顯，因此造成關(guān)鍵零部件的進口，影響了我國機器人的價格競爭力。但與先進的國家相比，還有恨大距離，從總體上來看，我國機器人研究仍然任重道遠。 1988 年初，中國船舶總公司 702 所，研制成功了身高 米，體重 650 公斤的載人式“水下機器人”； 1988 年 2 月，國防科技大學(xué)研制成功六關(guān)節(jié)平面運動型“兩足步行機器人”。 1959 年美國的英伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，之后，世界各國都在爭相開展機器人研究，機器人的的功能和應(yīng)用領(lǐng)域一直在不斷地拓展。第八周：對機械部分進行計算校核。通過交流伺服電機的閉環(huán)反饋能達到相當(dāng)高的精度要求。努力在老師的指導(dǎo)下，定期完成工作任務(wù)。 我國機械手起步較晚 ,經(jīng)過 30 多年的發(fā)展。 50~60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。球坐標(biāo)機 械手突出特點是具有較強的機動性、靈活性，機構(gòu)承載能力強，具有較好的通用性，重復(fù)定位精度高，動作速度快，能夠成功的應(yīng)用于包裝、上下料以及工業(yè)生產(chǎn)等廣泛領(lǐng)域；而電力控制中步進電機可直接實現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好，通常不需要反饋就能對位置和速度進行控制，位置誤差不會累積；在機器人中，機械手起著連接和承受外力的作用，機械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對機械手性能影響很大。日本工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的輝煌得益于本國政府的鼓勵政策，我國在十一五綱要中也體現(xiàn)出了對發(fā)展工業(yè)機器人的大力支持。一些相關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機器人操作機的優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù)；工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù)；機器人軟件的設(shè)計和編程技術(shù)；運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點焊及大型機器人自動生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)等。而今已在第發(fā)展 三、四類工業(yè)機器人的路上取得了舉世矚目的成就。國際電氣電子工程師協(xié)會 IEEE 的科學(xué)家在對未來科技發(fā)展方向進行預(yù)測中提出了 4個重點發(fā)展方向，機器人技術(shù)就是其中之一。 工業(yè)機器人的應(yīng)用 工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是危險、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、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。 (6)可靠性系統(tǒng)工程技術(shù)：在 IC 制造中，設(shè)備故障會帶來巨大的損失。真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強，其成為制約了半導(dǎo)體裝備整機的研發(fā)進度和整機產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵部件。本系統(tǒng)通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方式進行編程。 弧焊機器人主要應(yīng)用于各類汽車零部件的焊接生產(chǎn)。 具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業(yè)機器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機器人。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個直角坐標(biāo)移動；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。后來，出現(xiàn)了具有視覺傳感器的、能識別與 定位的工業(yè)機器人系統(tǒng)。 1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。工業(yè)機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。 20 世紀(jì) 40 年代中后期，機器人的研究與發(fā)明得到了更多人的關(guān)心與關(guān)注。 工業(yè)機器人的特點 戴沃爾提出的工業(yè)機器人有以下特點 :將數(shù) 控機床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機構(gòu)聯(lián)接在一起，預(yù)先設(shè)定的機械手動作經(jīng)編程輸入后，系統(tǒng)就可以離開人的輔助而獨立運行。主體即機座和執(zhí)行機構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構(gòu)。 示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器 (示教操縱盒 )，將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構(gòu)按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領(lǐng)動執(zhí)行機構(gòu)，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產(chǎn)線要求焊鉗一體化，重量越來越大， 165 公斤點焊機器人是目前汽車焊接中最常用的一種機器人。 (2)協(xié)調(diào)控制技術(shù)：控制多機器人及變位機協(xié)調(diào)運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態(tài)以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。 (4)激光加工機器人專用語言實現(xiàn)技術(shù)：根據(jù)激光加工及機器人作業(yè)特點，完成激光加工機器人專用語言。采用軸在軸中的設(shè)計方法，減小軸之間的不同心以及慣量不對稱的問題。 (2)高速平穩(wěn)控制技術(shù)：通過軌跡優(yōu)化和提高關(guān)節(jié)伺服性能，實現(xiàn)潔凈搬運的平穩(wěn)性。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故。比如在月球上自動工作的機器人；⑷智能型。而今經(jīng)過 20 多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。所以，我國工業(yè)機器人起步晚發(fā)展緩。而機器人在現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛，作用越來越重要，工業(yè)機械手尤其如此，因此設(shè)計實用高效的機械手對于機械設(shè)計者來說是個富有意義和挑戰(zhàn)的課題。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視。首先， 60 年代末 70 年代初，由于世界石油價格的沖擊，國際競爭加劇，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也越來越快，致使 30 年代～ 50 年代逐步建立起來的單一產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)流水線上遇上了在改變產(chǎn)品品種是，原有的單一產(chǎn)品專用生產(chǎn)裝置改變的困難（時間、投資、停產(chǎn)等）以及如何實現(xiàn)多品種、中小批量或混流生產(chǎn)的自動化難題。 四、本課題研究的方法和手段研究方法：主要是搜索相關(guān)文獻，包括圖書館電子資源 CNKI 學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)總庫， Springerlink 電子期刊，專業(yè)圖書上課筆記，以及機器人等期刊，網(wǎng)上的網(wǎng)以及百度文庫中的許多論文和專利；通過對已有產(chǎn)品的分析，對信息進行分類和整理，作為依據(jù)，確定在我的機械手設(shè)計中相應(yīng)的參數(shù)，并 對其進行改進和提高。 我國的高等院校，如長沙國防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè) 大學(xué)等在步行機器人、精密裝配機器人及 7自由度機器人研制等前沿領(lǐng)域內(nèi)也做出了可喜的成績，有了相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)。第五周：計算選定結(jié)構(gòu)的參數(shù)和精度，并著手畫 AutoCAD 圖。 第十三周：整理畢業(yè)設(shè)計材料，對其進行完善、補充；準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯。1985 年 12 月 12 日，我國第一臺重達 2021 公斤的水下機器人“海人 一號”在遼寧旅順港下潛 60 米，首潛成功，開創(chuàng)了機器人研制的新紀(jì)元。 2021 年 4 月，中科院沈陽自動化所又研制成功星球探測機器人。除了眾多歷史原因造成制造業(yè)水平低下的原因外，更多的是對工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識和定位上存在著不同的觀點。工業(yè)機器人的制造及應(yīng)用水平，代表了一個國家的制造業(yè)水平，我們必須從國家高度認(rèn)識發(fā)展中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的重要性，這是我國從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變的重要手段和途徑。這些問題為我國工業(yè)機器人提供了不同的市場需求，促進我國工業(yè)機器人的應(yīng)用市場日趨成熟。 中國汽車市場經(jīng)過幾年快速增長以后，快速發(fā)展趨勢、速度、效益、質(zhì)量都超過了我們的預(yù)期。其中，電子計算機、通訊設(shè)備、電子元件、電子器件等產(chǎn)品產(chǎn)值保持兩位數(shù)增長。 它的出現(xiàn)是為了適應(yīng)制造業(yè)規(guī)?；a(chǎn) ,解決單調(diào)、重復(fù)的體力勞動和提高生產(chǎn)質(zhì)量而代替人工作業(yè)。 隨著我國從勞動密集型向現(xiàn)代化制造業(yè)方向發(fā)展，雖然機器人保有量達到一定的規(guī)模，但與發(fā)達國家相比仍然有不少差距。由于技術(shù)、市場、政策等多方面的不確定性，企業(yè)也不愿投入巨資，進行機器人的規(guī)?；a(chǎn)。機器人及其自動化成套裝備的擁有量和水平，是衡量一個國家 制造綜合實力的重要標(biāo)志之一。我國雖然在機器人某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破 ,但還缺乏整體核心技術(shù)的突破 ,具有中國知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人則很少 ,不能生產(chǎn)高 精密、高速與高效的關(guān)鍵部件。 2021 年我國工業(yè)機器人海關(guān)進出口數(shù)量不過是 3774 臺 ,國內(nèi)生產(chǎn)數(shù)量約 700 臺左右。 2021 年時擁有量達到 7OOO 臺，年銷售額增長至 28． 7 億元。我國工業(yè)機器人的使用主要集中在廣東、江蘇、上海、北京等地，其工業(yè)機器人擁有量占全國一半以上。目前，我國進口的工業(yè)機器人主要來自日本， 2021 年日本對華出口金額占我國進口工業(yè)機器人金額的一半。我國已經(jīng)是世界