【正文】 構(gòu)就龐大。如果機(jī)身下降靠重力的話，則可能立柱被卡死在導(dǎo)套內(nèi)而不能作下降運(yùn)動(dòng)，這就是自鎖。因此必須根據(jù)偏重力矩的大小決定立柱導(dǎo)套的長(zhǎng)度。要使立柱在導(dǎo)套內(nèi)自由 下降，則臂部總重量必須大于導(dǎo)套與立柱之間的摩擦力，這就是升降立柱靠自重下降而不卡死的條件：在 中，書(shū)中給我們講的是機(jī)器人的腕部設(shè)計(jì)。這一節(jié)主要是從腕部的作用于自由度和機(jī)器人的手腕分類這兩個(gè)方面給我們講解 了一下，并給我們舉了一個(gè) MOTOMANSV3 機(jī)器人的手腕機(jī)構(gòu)的例子，還給我們分析了一下六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人的關(guān)節(jié)布置與機(jī)構(gòu)特點(diǎn)。工業(yè)機(jī)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(dá)到目標(biāo)位置和處于期望的姿態(tài)。為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能 實(shí)現(xiàn)對(duì)空間三個(gè)坐標(biāo)軸 X、 Y、 Z 的轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有翻轉(zhuǎn)、俯仰、偏轉(zhuǎn)三個(gè)自由度，如下圖所示。一般將手腕的翻轉(zhuǎn)稱為 Roll，用 R 表示；將手腕的俯仰稱為 Pitch，用 P 表示；將手腕的偏轉(zhuǎn)稱為 Yaw，用 Y 表示，圖（ d）所示的手腕即可實(shí)現(xiàn) RPY 運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人的手腕分類主要有以下兩種方法：：可分為單自由度手腕、兩自由度手腕、三自由度手腕。 ：可分為直接驅(qū)動(dòng)手腕、遠(yuǎn)距離傳動(dòng)手腕。在 這一節(jié)，書(shū)中主要是從機(jī)器人手部的特點(diǎn)和手部的分類這兩個(gè)方面給我們著重介紹了一下機(jī)器人的手部設(shè)計(jì)。工業(yè)機(jī)器人 的手部也稱末端操作器，是裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。工業(yè)機(jī)器人手部的特點(diǎn)有： 。手部與手腕有機(jī)械接口，也可能有電、氣、液接頭，當(dāng)作業(yè)對(duì)象不同時(shí)，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(jìn)行專業(yè)作業(yè)的工具。 ，手部屬于專用的裝置，一只手爪往往只能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面近似的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)； 。手部的分類主要有以下幾種 方法： ：可分為手爪、工具。 夾持原理分類：可分為機(jī)械類、磁力類、真空類。 目分類：可分為兩指手爪、多指手爪。 ：可分為普通手爪、智能手爪。 這一節(jié)，書(shū)中主要給我們著重介紹了一下車輪式行走機(jī)構(gòu)和履帶式行走機(jī)構(gòu)、步行機(jī)構(gòu)，并簡(jiǎn)單介紹了一下其他行走機(jī)構(gòu)。機(jī)器人可分為固定機(jī)器人和行走機(jī)器人，一般的工業(yè)機(jī)器人都是固定式的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，行走機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越多。行走機(jī)構(gòu)是行走機(jī)器人的重要執(zhí)行部件，它由行走的驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置檢測(cè)元件、傳感器、 電纜以及管路組成。一方面它支承機(jī)器人的機(jī)身、臂部、腕部。手部、工件，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在廣闊的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。行走機(jī)構(gòu)按其行走運(yùn)動(dòng)軌跡可分為固定軌跡式和無(wú)固定軌跡式。固定軌跡式行走機(jī)構(gòu)主要用于工業(yè)機(jī)器人，無(wú)固定軌跡式主要有輪式、履帶式、步行式。 這一章看起來(lái)比較簡(jiǎn)單，涉及到的計(jì)算也不多，但真正想把它搞透徹還是需要一點(diǎn)時(shí)間的，我是花了整整一下午才把它理解得差不多。 第五篇：工業(yè)機(jī)器人 引言 機(jī)器人的誕生和機(jī)器人學(xué)的建立及發(fā)展，是 20 世紀(jì)自動(dòng)控制領(lǐng)域最具說(shuō)服力的成就，是 20 世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重大成果。現(xiàn)在全世界已經(jīng)有 100 萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人，銷售額每年增加 20%及以上。機(jī)器人技術(shù)和工業(yè)得到了前所未有的發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)交叉和綜合的體現(xiàn)，先進(jìn)機(jī)器人的發(fā)展代表著國(guó)家綜合科技實(shí)力和水平，因此目前許多國(guó)家都已經(jīng)把機(jī)器人技術(shù)列入本國(guó) 21 世紀(jì)高科技發(fā)展計(jì)劃隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人已從傳統(tǒng)的制造業(yè)進(jìn)入人類的工作和生活領(lǐng)域，另外，隨著需求范圍的擴(kuò)大，機(jī)器人結(jié)構(gòu)和形態(tài)的發(fā)展呈現(xiàn)多樣化 。高端系統(tǒng)具有明顯的仿生和智能特征，其性能不斷提高，功能不斷擴(kuò)展和完善；各種機(jī)器人系統(tǒng)便逐步向具有更高智能和更密切與人類社會(huì)融洽的方向發(fā)展。 一、早期機(jī)器人的發(fā)展 機(jī)器人的起源要追溯到 3000 多年前?！皺C(jī)器人”是存在于多種語(yǔ)言和文字的新造詞，它體現(xiàn)了人類長(zhǎng)期以來(lái)的一種愿望，即創(chuàng)造出一種像人一樣的機(jī)器或人造人，以便能夠代替人去進(jìn)行各種工作。 直到四十多年前，“機(jī)器人”才作為專業(yè)術(shù)語(yǔ)加以引用，然而機(jī)器人的概念在人類的想象中卻已存在三千多年了。早在我國(guó)西周時(shí)代（公元前 1066 年 ~前 771 年 ），就流傳著有關(guān)巧匠偃師獻(xiàn)給周穆王一個(gè)藝妓（歌舞機(jī)器人）的故事。 春秋時(shí)代（公元前 770~前 467）后期，被稱為木匠祖師爺?shù)聂敯?，利用竹子和木料制造出一個(gè)木鳥(niǎo)，它能在空中飛行，“三日不下”，這件事在古書(shū)《墨經(jīng)》中有所記載，這可稱得上世界第一個(gè)空中機(jī)器人。 東漢時(shí)期（公元 25~220），我國(guó)大科學(xué)家張衡，不僅發(fā)明了震驚世界的“候風(fēng)地動(dòng)儀”，還發(fā)明了測(cè)量路程用的“計(jì)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(wú)比。 三國(guó)時(shí)期的蜀漢（公元 221~263），丞 相諸葛亮既是一位軍事家，又是一位發(fā)明家。他成功地創(chuàng)造出“木牛流馬”，可以運(yùn)送軍用物資，可成為最早的陸地軍用機(jī)器人。 在國(guó)外，也有一些國(guó)家較早進(jìn)行機(jī)器人的研制。公元前 3 世紀(jì)，古希臘發(fā)明家戴達(dá)羅斯用青銅為克里特島國(guó)王邁諾斯塑造了一個(gè)守衛(wèi)寶島的青銅衛(wèi)士塔羅斯。 在公元前 2 世紀(jì)出現(xiàn)的書(shū)籍中，描寫(xiě)過(guò)一個(gè)具有類似機(jī)器人角色的機(jī)械化劇院，這些角色能夠在宮廷儀式上進(jìn)行舞蹈和列隊(duì)表演。 公元前 2 世紀(jì)，古希臘人發(fā)明了一個(gè)機(jī)器人，它是用水、空氣和蒸汽壓力作為動(dòng)力，能夠動(dòng)作，會(huì)自己開(kāi)門，可以借助蒸汽唱歌。 1662 年，日本人竹田近江，利用中標(biāo)技術(shù)發(fā)明了能進(jìn)行表演的自動(dòng)機(jī)器玩偶；到了 18 世紀(jì)，日本人若井源大衛(wèi)門和源信，對(duì)該玩偶進(jìn)行了改進(jìn)，制造出了端茶玩偶，該玩偶雙手端著茶盤，當(dāng)講茶杯放到茶盤上后，它就會(huì)走向客人將茶送上，客人取茶杯時(shí)，它會(huì)自動(dòng)停止走動(dòng)，帶客人喝完茶姜茶被放回茶盤之后，他就會(huì)轉(zhuǎn)回原來(lái)的地方，煞是可愛(ài)。 法國(guó)的天才冀師杰克戴瓦克遜，于 1738 年發(fā)明了一直機(jī)器鴨，他會(huì)游泳。喝水、吃東西和排泄，還會(huì)嘎嘎叫。 瑞士鐘表名匠德羅斯父子三人于公元 1768~1774 年間，設(shè)計(jì)制造出三個(gè)像真人一樣大小的機(jī)器人 —— 寫(xiě)字偶人、繪圖偶人和彈風(fēng)琴偶人。它們是由凸輪控制和彈簧驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)機(jī)器，至今還作為國(guó)寶保存在瑞士納切特爾市藝術(shù)和歷史博物館內(nèi)。同時(shí)，還有德國(guó)梅林制造的巨型泥塑偶人“巨龍哥雷姆”，日本物理學(xué)家細(xì)川半藏設(shè)計(jì)的各種自動(dòng)機(jī)械圖形，法國(guó)杰夸特設(shè)計(jì)的機(jī)械式可編程織造機(jī)等。 1770 年，美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種報(bào)時(shí)鳥(niǎo)，一到整點(diǎn)，這種鳥(niǎo)的翅膀、頭和喙便開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，同時(shí)發(fā)出叫聲，他的主彈簧驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，是活塞壓縮空氣而發(fā)出叫聲，同時(shí) 齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)翅膀、頭運(yùn)動(dòng)。1893 年，加拿大摩爾設(shè)計(jì)的能行走的機(jī)器人“安德羅丁”，是以蒸汽為動(dòng)力的。這些機(jī)器人工藝珍品，標(biāo)志著人類在機(jī)器人從夢(mèng)想到現(xiàn)實(shí)這一漫長(zhǎng)道路上，前進(jìn)了一大步。 二、近代機(jī)器人的發(fā)展 1920 年，原捷克斯洛伐克劇作家卡雷爾凱培克在他的科幻情節(jié)劇《羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人》中，第一次提出了“機(jī)器人”（ Robot）這個(gè)名詞，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。在捷克語(yǔ)中， Robot 這個(gè)詞是指一個(gè)賦役的努力。 20 世紀(jì)初期，機(jī)器人已躁動(dòng)于人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的母胎之中， 人們含有幾分不安地期待著它的誕生。他們不知道即將問(wèn)世的機(jī)器人將是個(gè)寵兒，還是個(gè)怪物。針對(duì)人類社會(huì)對(duì)即將問(wèn)世的機(jī)器人的不安，美國(guó)著名科學(xué)幻想小說(shuō)家阿西莫夫于 1950 年在他的小說(shuō)《我是機(jī)器人》中，首先使用了機(jī)器人學(xué)（ Robotics）這個(gè)詞來(lái)描述與機(jī)器人有關(guān)的科學(xué)，并提出了有名的“機(jī)器人三守則”： （ 1）機(jī)器人必須不危害人類，也不允許他眼看人將受害而袖手旁觀；（ 2）機(jī)器人必須絕對(duì)服從于人類，除非這種服從有害于人類； （ 3）機(jī)器人必須保護(hù)自身不受傷害，除非為了保護(hù)人類或者是人類命令它做出犧牲。 這三條守則，給機(jī)器人社會(huì)賦以新的倫理性，并使機(jī)器人概念通俗化更易于為人類社會(huì)所接受。至今，它仍為機(jī)器人研究人員、設(shè)計(jì)制造廠家和用戶，提供了十分有意義的指導(dǎo)方針。 wps_clip_image16453 圖一第一代機(jī)器人 通常可將機(jī)器人分為三代。第一代是可編程機(jī)器人（如圖一）。這類機(jī)器人一般可以根據(jù)操作員所編的程序，完成一些簡(jiǎn)單的重復(fù)性操作。這一帶機(jī)器人從 20 世紀(jì) 60 年代后半期開(kāi)始投入使用，目前他在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用。第二代是感知機(jī)器人（如圖二），即自適應(yīng)機(jī)器人，它是在第一代機(jī)器人的基 礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，具有不同程度的“感知”能力。這類機(jī)器人在工業(yè)界已有應(yīng)用。第三代機(jī)器人將具有識(shí)別、推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等智能機(jī)制，它可以把感知和行動(dòng)智能化結(jié)合起來(lái)，因此能在非特定的環(huán)境下作業(yè)，故稱之為智能機(jī)器人（如圖三）。目前，這 類 機(jī) 器 人 處 于 試 驗(yàn) 階 段 ， 將 向 實(shí) 用 化 方 向 發(fā) 展 。wps_clip_image30784 圖二第二代機(jī)器人 今日工業(yè)機(jī)器人的最早研究可追溯到第二次大戰(zhàn)后不久。在 40 年代后期，橡樹(shù)嶺和阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室就已開(kāi)始實(shí)施計(jì)劃，研制遙控式機(jī)械手，用于搬運(yùn)放射性材料。這些系統(tǒng)是“主從”型的，用語(yǔ)準(zhǔn)確地 “模仿”操作員手和臂的動(dòng)作。主機(jī)械手由使用者進(jìn)行導(dǎo)引做一連串動(dòng)作，而從機(jī)械手盡可能準(zhǔn)確地模仿主機(jī)械手的動(dòng)作，后來(lái)用機(jī)械耦合主從機(jī)械手的動(dòng)作加入力的反饋，使操作員能夠感覺(jué)到從機(jī)械手及其環(huán)境之間產(chǎn)生的力。 50 年代中期，機(jī)械手中的機(jī)械耦合被液壓裝置所取代，如通用電氣公司的“巧手人”機(jī)器人和通用制造廠的“怪物” I 型機(jī)器人。 1954 年 提出了“通用重復(fù)操作機(jī)器人”的方案，并在 1961 年獲得了專利。同一時(shí)期誕生了利用肌肉生物電流控制的上臂假肢。 wps_clip_image1709 圖三第三代機(jī)器人 1958 年，被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”的 創(chuàng)建了世界上第一個(gè)機(jī)器人公司 —— Unimation（ UniveralAutomation）公司，并參與設(shè)計(jì)了第一臺(tái) Unimate 機(jī)器人（如圖四）。這是一臺(tái)用于壓鑄的五軸液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，手臂的控制由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成。它采用了分離式固體數(shù)控元件，并裝有存儲(chǔ)信息的磁鼓，能夠記憶完成 180個(gè)工作步驟。與此同時(shí)，另一家美國(guó)公司 —— AMF 公司也開(kāi)始研制工業(yè)機(jī)器人，即 Versatran（ VersatileTransfer）機(jī)器人。它主要用于機(jī)器 之間的物料運(yùn)輸、采用液壓驅(qū)動(dòng)。該機(jī)器人的手臂可以繞底座回轉(zhuǎn)，沿垂直方向升降，也可以沿半徑方向伸縮。一般認(rèn)為 Unimate 和Versatran 機(jī)器人是世界上最早的工業(yè)機(jī)器人。 wps_clip_image29756圖四 Unimate 機(jī)器人 1959 年，美國(guó) ConsolidatedControls 公司研制出第一代工業(yè)機(jī)器人原型。 1960 年美國(guó)機(jī)床鑄造公司（ AMF）生產(chǎn)出圓柱坐標(biāo)的VERSATRAN 型機(jī)器人，可做點(diǎn)位和軌跡控制，同年第一批電焊機(jī)器人用于工業(yè)生產(chǎn)。隨后，美國(guó) Unimation 公司研制出球坐標(biāo) 的 UNIMATE 型機(jī)器人，它采用電液伺候驅(qū)動(dòng)，磁鼓存儲(chǔ)，可完成近 200 種示教在線動(dòng)作。 可以說(shuō)， 60 年代和 70 年代是機(jī)器人發(fā)展最快、最好的時(shí)期，這期間的各項(xiàng)研究發(fā)明有效地推動(dòng)了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和推廣。主要成就如表一。表一機(jī)器人技術(shù)發(fā)展編年表機(jī)器人表 雖然，編程機(jī)器人是一種新穎而有效的制造工具，但到了 60 年代，利用傳感器反饋大大增強(qiáng)機(jī)器人柔性的趨勢(shì)就已經(jīng)很明顯了。 60 年代早期， 1962 年介紹了帶有觸覺(jué)傳感器的計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手的研制情況。這種稱為 MH1 的裝置能“感覺(jué)”到塊狀材 料，用此信息控制機(jī)械手，把塊狀材料堆起來(lái)，無(wú)需操作員幫助。這種工作是機(jī)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。機(jī)械手系統(tǒng)是六自由度 ANLModel8 型操作機(jī)，由一臺(tái) TXO 計(jì)算機(jī)通過(guò)接口裝置進(jìn)行控制。此研究項(xiàng)目后來(lái)成為 MAC 計(jì)劃的一部分，在機(jī)械手上又增加了電視攝像機(jī)，開(kāi)始進(jìn)行機(jī)器感覺(jué)研究。與此同時(shí)，湯姆威克和博奈也于 1962 年研制出一種裝有壓力傳感器的手爪樣機(jī)，可檢測(cè)物體，并向電機(jī)輸入反饋信號(hào)，啟動(dòng)一種或兩種抓取方式。一旦手爪接觸到物體，與物體大小和質(zhì)量成比例的信息就通過(guò)這些壓力敏感元件傳輸?shù)接?jì)算 機(jī) 1963 年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司推出了 VERSATRAN 機(jī)器人商品，同年初，還研制了多種操作機(jī)手臂，如 Roehampton 型和 Edinburgh 型手臂。 在 60 年代后期，麥卡錫于 1968 年和他在斯坦福工人智能實(shí)驗(yàn)室的同事報(bào)告了有手、眼和耳（即機(jī)械手、電視攝象機(jī)和拾音器）的計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)情況。他們表演了一套能識(shí)別語(yǔ)音命令、“看見(jiàn)”散放在桌面上的方塊和按指令進(jìn)行操作的系統(tǒng)。皮珀也在 1968 年研究了計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。在 1971 年卡恩和羅恩分析了機(jī)械限位手臂開(kāi)關(guān)式（最短時(shí)間）控制的動(dòng)力學(xué)和控制問(wèn)題 。 這時(shí)，其他國(guó)家（特別是日本）也開(kāi)始認(rèn)識(shí)到工業(yè)機(jī)器人的潛力。早在 1968 年，日本川崎重工業(yè)公司與 Unimation 公司談判，購(gòu)買了其機(jī)器人專利。 1969 年，機(jī)器人出現(xiàn)了不尋常的新發(fā)展，通用電氣公司為誒過(guò)陸軍研制了一種試驗(yàn)性步行車。同年，研制出了“波士頓”機(jī)