【文章內(nèi)容簡介】 人能實(shí)現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人。現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。 作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是 1962 年美國 AMF 公司推的“ VERSTRAN”和UNIMATION公司推 出的“ UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相似，但外形特征迥異，主要由類似人的手和臂組成。 1956 年， MIT的 Roborts演示了第一個具有視覺傳感器的、能識別與定位簡單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。 1967年日本成立了人工手研究會（現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會），同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會。 1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會議。 1970年以后，機(jī)器人的研究得到迅速廣泛的普及。 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 4 1973年，辛辛那提米拉克隆公司的理查德豪恩制造了第一臺由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，它是液壓驅(qū)動的，能提升的有效負(fù)載達(dá) 45 公斤。 到了 1980年，工業(yè)機(jī)器人才真正在日本普及，故稱該年為“機(jī)器人元年”。 隨后，工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大發(fā)展，日本也因此而贏得了“機(jī)器人王國的美稱”。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)器人在功能 和技術(shù)層次上有了很大的提高，移動機(jī)器人和機(jī)器人的視覺和觸覺等技術(shù)就是典型的代表。由于這些技術(shù)的發(fā)展，推動了機(jī)器人概念的延伸。 將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統(tǒng)稱為智能機(jī)器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導(dǎo)了機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機(jī)器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間，水下機(jī)器人、空間機(jī)器人、空中機(jī)器人、地面機(jī)器人、微小型機(jī)器人等各種用途的機(jī)器人相繼問世，許多夢想成為了現(xiàn)實(shí)。將機(jī)器人的技術(shù)（如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等）擴(kuò)散和滲透到各個領(lǐng)域形成了各式各樣的新機(jī)器 —— 機(jī)器人化機(jī)器 。 機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會（ IFR）統(tǒng)計(jì)，世界機(jī)器人市場前景看好，從 20世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進(jìn)入 90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長率平均在 10%左右， 2021年增長率上升到 15%，預(yù)計(jì) 21世紀(jì)初，工作在各領(lǐng) 域的工業(yè)機(jī)器人將突破 100萬臺 。 機(jī)器人技術(shù)（ RT）與信息技術(shù)（ IT）一樣，在強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)競爭力方面是極為重要的戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域。培育未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是支撐 2l世紀(jì)日本產(chǎn)業(yè)競爭力的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略之一，具有非常重要的意義。最近，韓國也將智能機(jī)器人作為十大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一列入國家發(fā)展規(guī)劃，現(xiàn)正在實(shí)施中。 機(jī)器人廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。主要進(jìn)行焊接、裝配、搬運(yùn)、加工、噴涂、碼垛等復(fù)雜作業(yè)。目前，全球現(xiàn)役工業(yè)機(jī)器人 83 萬臺。過去 10 年，機(jī)器人的價格降低約 80%，現(xiàn)在繼續(xù)下降，而歐美勞動力成本上漲了 40%?，F(xiàn)役機(jī)器人的平均壽命在 10 年以上， 可能高達(dá) 15 年，它們還易于重新使用。由于機(jī)器人及自動化成套裝備對提高制造業(yè)自動化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力、改善勞動條件等起到了重大的作用，加之成本大幅度降低和性能的迅速提高，其增長速度較快。機(jī)器人的應(yīng)用主要有兩種方式，一種是機(jī)器人工作單元，另一種是帶機(jī)器人的生產(chǎn)線，并且后者在國外已經(jīng)成為機(jī)器人應(yīng)用的主要方式。以機(jī)器人為核心的自動化生產(chǎn)線適應(yīng)了現(xiàn)代制造業(yè)多品種、少批量的柔性生產(chǎn)發(fā)展方向，具有廣闊的市場發(fā)展前景和強(qiáng)勁生命力，已開發(fā)出多種面向汽車、電氣機(jī)械等行業(yè)的自動化成套裝備和生產(chǎn)線產(chǎn)品 。在發(fā)達(dá)國家，機(jī)器人自動化生產(chǎn)線已形成一個巨大的產(chǎn)業(yè) 。 機(jī)器人的發(fā)展趨勢 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 5 提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人 則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。 關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)； 焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。 總的來說，大體是兩個方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生 產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 6 2 設(shè)計(jì)要求 MA160型工業(yè)機(jī)械手用于柔性生產(chǎn)中加工旋轉(zhuǎn)體輔助操作，完成毛胚從儲存箱到加工機(jī)床的安裝，以及零件從機(jī)床卸下到存儲箱的操作。工業(yè)機(jī)器人包括：龍門立柱、小車機(jī)構(gòu)及傳動機(jī)構(gòu)、滑板機(jī)構(gòu)、手臂機(jī)構(gòu)和手腕機(jī)構(gòu)等部件組成 。機(jī)器人額定負(fù)載： 160kg，自由度 4個。最大線位移及速度：小車沿水平軸 15850mm，速度 ；滑板沿垂直軸 590mm，速度 ；最大角位移及速度：帶夾持頭相對縱軸轉(zhuǎn)動 90， 180 度，速度 度 /s；手臂在垂直水平面中的轉(zhuǎn)動 105 度，速度 度/s；運(yùn)送毛胚（直徑 x長度）： 400mmx1700mm。 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 7 3 MA160 型工業(yè)機(jī)械手手臂機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) 選擇如下方案： 圖 31 傳動方案設(shè)計(jì) MA160型工業(yè)機(jī)械手手臂的運(yùn)動方式這里是采用如上圖方法，由外力推動桿件，促使手臂進(jìn)行運(yùn)動。兩 根桿繞中心點(diǎn)進(jìn)行擺動。 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 8 4 臂部設(shè)計(jì)要求 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機(jī)械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的。立柱的橫向移動即為手臂的橫向移動。手臂的各種運(yùn)動通常由驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能 ，所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動形式、自由度數(shù)、運(yùn)動速度及其定位精度的要求來設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。同時，設(shè)計(jì)時必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此設(shè)計(jì)臂部時一般要注意下述要求： ① 剛度要大 為防止臂部在運(yùn)動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。 ② 導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動中，沿運(yùn)動軸線發(fā)生相對運(yùn)動，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。 ③ 偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。為提高機(jī)器人的運(yùn)動速度，要盡量減少臂部運(yùn)動部分的重量，以減少偏重力矩和整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。