【正文】 程操作技術(shù)使得一臺機(jī)器的性能超出一臺數(shù)控機(jī)器。它可以使這種機(jī)器能夠在不容易進(jìn)入和不安全的環(huán)________徉_境中完成各種制造任務(wù)。通過融合上述兩項技術(shù)，狄弗研制出第一個機(jī)器人，它是一個不復(fù)雜的，可以編程的物料運(yùn)送機(jī)器人。第臺商業(yè)化生產(chǎn)的機(jī)器人在1959年研制成功。通用汽車公司在1962 年安裝了第一臺用于生產(chǎn)線上的工業(yè)機(jī)器人，它是尤尼梅森公刊生產(chǎn)的。在1973 年，辛辛哪挺米蘭克朗公司研制出T 3 工業(yè)機(jī)器人，存機(jī)器人的控制方面取得r 較大的進(jìn)展。T 3 機(jī)器人是第一臺商業(yè)化生產(chǎn)的采用計算機(jī)控制的機(jī)器人。數(shù)字控制技術(shù)和遠(yuǎn)程操作技術(shù)推動了大范圍的機(jī)器人研制和應(yīng)用。但是主要的技術(shù)進(jìn)步并不僅僅是由于這些新的應(yīng)用能力而產(chǎn)生的，而是必須由利用這些能力所得到的效益來提供動力。就工業(yè)機(jī)器人而古，這個動力是經(jīng)濟(jì)件。在 20 世紀(jì)70 年代中，丁資的快速增長大大增加了制造業(yè)的企業(yè)中的人工費(fèi)用。與此同時，來自國外的競爭成為美國制造業(yè)所面臨的一個嚴(yán)峻的考驗。諸如日本等外國的制造廠家在廣泛地應(yīng)用自動化技術(shù)之后，其工業(yè)產(chǎn)晶，特別是汽車，在美國和世界市場上占據(jù)了日益增大的份額。通過采用包括機(jī)器人在內(nèi)的各種自動化技術(shù)，從20世紀(jì)70 年代開始，口本的制造廠家能夠比沒有采用自動化技術(shù)的美國制造廠家生產(chǎn)更好的和便宜的汽車。隨后，為了生存，美國制造廠家被迫考慮采用任何能夠提高生產(chǎn)率的技術(shù)。為了與國外制造廠家進(jìn)行競爭，必須以比較低的成術(shù)，生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品。其他的因素，諸如尋找能夠更好地完成帶有危險性的制造工作的方式也促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。但是，主要的理由一直是，而日．現(xiàn)在仍然是提高生產(chǎn)率。機(jī)器人的一個主要優(yōu)點是它們可以在對于人類來說是危險的位置上工作。采用機(jī)器人進(jìn)行焊接和切斷工作是比由人工來完成這些工作更安全的例子。盡管機(jī)器人與工作地點的安全密切相關(guān)，它們本身也可能是危險的。應(yīng)該仔細(xì)地設(shè)計和配置機(jī)器人和機(jī)器人單元，使它們不會傷害人類和其他機(jī)器。應(yīng)該精確地算出機(jī)器人的工作范圍，且在這個范圍的四周清楚地標(biāo)出危險區(qū)域?？梢圆捎迷诘孛嫔袭嫵黾t顏色的線和設(shè)置障礙物以阻止工人進(jìn)入機(jī)器人的工作范圍。即使有了這些預(yù)防措施，在使用機(jī)器人的場地中設(shè)置一個自動停止工作的系統(tǒng)仍然不失為一個好主意。機(jī)器人的這個系統(tǒng)應(yīng)該具有測出是否有需要自動停止工作的要求的能力。為了保證有一個安全的環(huán)境，應(yīng)當(dāng)安裝容錯計算機(jī)和冗余系統(tǒng)，保證在適當(dāng)?shù)臅r候停止機(jī)器人的工作。工業(yè)機(jī)器人是一門設(shè)計、建筑、應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的科學(xué)。什么是機(jī)器人呢？在20 世紀(jì)70 年代，機(jī)器人工業(yè)協(xié)會把機(jī)器人定義為“設(shè)計成可通過為實現(xiàn)各種各樣任務(wù)而編制好的運(yùn)動來移動材料、零件、工具或特別設(shè)備的操作者”。盡管這種定義沒有直接把抓—放型手臂算作機(jī)器人，但遠(yuǎn)距離操縱裝置和遙控裝置通常被認(rèn)為是機(jī)器人。國際標(biāo)準(zhǔn)組織有一個更合法的工業(yè)機(jī)器人的定義：一種含有多層次自由度的機(jī)器，通常用一條或多條手腕的末端來握住一個工具或一個部件或檢測裝置。特別地，它的控制單元必須用一個記憶設(shè)備，考慮到環(huán)境和條件等因素通常可用檢測或適應(yīng)裝置，這些多用途的機(jī)器通常設(shè)計為實現(xiàn)重復(fù)性功能，同時也可適用于其他功能。機(jī)器人工業(yè)協(xié)會和國際標(biāo)準(zhǔn)組織都強(qiáng)調(diào)多功能和程序化的功能。因此，包括特殊用途“硬自動化”工具和裝置特別地出現(xiàn)在高檔產(chǎn)品。同時也包括遠(yuǎn)途手動操作者，它們是人類工作在如枯燥無味的、熱的、輻射性的環(huán)境里應(yīng)用的延伸。在日本，日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會根據(jù)輸入信息和示教方法的不同把工業(yè)機(jī)器人分為：手動操作者操作者直接由操作人操縱。固定順序機(jī)器人這類機(jī)器人一旦被給定某執(zhí)行順序的程序，就不容易改變。可邊順序機(jī)器人可以對這類機(jī)器人進(jìn)行編程，使其按一定的順序工作，可以很容易地改變這種順序或者重新編程。再現(xiàn)式機(jī)器人這種機(jī)器人的記憶工作順序由人的示教，他通過已定的工作類型親自引導(dǎo)設(shè)備來實現(xiàn)。這種機(jī)器人可以由記憶重復(fù)實現(xiàn)這種順序。數(shù)字控制機(jī)器人這種機(jī)器人由數(shù)字化數(shù)據(jù)來操作和控制，這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)有針孔帶、記憶卡、或數(shù)字表等形式，像一臺數(shù)字控制機(jī)器操作。智能機(jī)器人這種機(jī)器人采用感官知覺對它周圍的環(huán)境進(jìn)行評價和做出決定，并據(jù)此進(jìn)行工作。第一代機(jī)器人系統(tǒng)被定義為許多帶有有限計算機(jī)能力的機(jī)器人，他們主要的智力功能包括通過由操作人員用一個示教盒來顯示出一系列的操作步驟的程序。沒有任何傳感器，這些機(jī)器人需要一個預(yù)先設(shè)計，直接與工廠相應(yīng)的環(huán)境。因此，其應(yīng)用的場所很有限。第二代機(jī)器人系統(tǒng)的功能由于增加一個計算機(jī)程序而加強(qiáng)。其在工業(yè)機(jī)器人發(fā)展中的關(guān)鍵步驟是將一臺計算機(jī)與工業(yè)機(jī)器機(jī)構(gòu)相集合。這樣就提供實時的軌跡計算?？梢允鼓┒俗饔闷鞯倪\(yùn)動更為平滑，并且集成了某些簡單的力傳感器和接近式傳感器以獲取外部信號。第二代機(jī)器人的主要應(yīng)用包括勘測、焊接、噴漆和其它一些的組合。第三代機(jī)器人系統(tǒng)包括多層次計算機(jī)程序和多層次手臂，它能自如地實現(xiàn)多種功能。分配多層次計算機(jī)組織為首選，因為它能協(xié)調(diào)各種運(yùn)動并且可以與外部傳感器、其他機(jī)構(gòu)和其他機(jī)器人相聯(lián)接，并且可以和其他計算機(jī)相聯(lián)系。這些機(jī)器人可展示智力行為，包括在知識基礎(chǔ)上的控制和學(xué)習(xí)能力。日本作為世界頂尖的機(jī)器人制造和使用的國家，擁有高達(dá)40%以上的世界工業(yè)機(jī)器人裝置。其原因為這種集中是由于日本獨(dú)特的社會和科技因素：工業(yè)機(jī)器人在日本工業(yè)中帶來了高生產(chǎn)率和高質(zhì)量產(chǎn)品，并與其工業(yè)的環(huán)境的提高相匹配，這些因素使得社對更多的機(jī)器人的需求被無限期地延續(xù)下去和增加了人們對這種技術(shù)的期望?，F(xiàn)行的和正在開發(fā)的機(jī)器人在工業(yè)上的應(yīng)用可由其復(fù)雜程度和工作的需求的不同而分類。它們可分為從通過中介技術(shù)圖案簡單的、低技術(shù)抓—放型操作，一些組合和焊接操作到高技術(shù)高精度的組合檢測操作。抓—放型操作機(jī)器人最早的應(yīng)用為在機(jī)器裝、卸載，抓、放和材料轉(zhuǎn)運(yùn)的操作。這種機(jī)器人典型地不是傳輸控制和用壓縮氣體或氣動能量來工作。它的載荷運(yùn)作要求很高，工作在有臟又危險的工廠環(huán)境中。這些機(jī)器人通常被用來替代從事危險性工作的非技術(shù)工人，它們必須堅固而且具有較低的使用費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。噴漆和焊接操作工業(yè)機(jī)器人復(fù)雜應(yīng)用的下一水平為噴漆、勘測和焊接。這些應(yīng)用實施或代替一些技術(shù)工業(yè)的勞動力。通常需要跟蹤復(fù)雜軌跡如圖案表面輪廓，因此，控制鉸接或關(guān)節(jié)型機(jī)器人被選用。示教型這種方式變得比較常見，有時還需要復(fù)雜的傳感器來保持過程的一致性。經(jīng)驗顯示當(dāng)合理選擇和實施時，與人工方法相比應(yīng)用這些機(jī)器人通常能降低整個制造成本和提高產(chǎn)品的質(zhì)量。裝配操作技術(shù)應(yīng)用第三代工業(yè)機(jī)器人的最高水平是裝配的重復(fù)性能為最重要時，臂切削端必須是順從的，例如，有兩個力和位移控制來調(diào)整部件選用，它需要機(jī)器人能實際地感覺到它的距離。這種技術(shù)通常需要一個人工智能的手段。組裝機(jī)器人通常由電子驅(qū)動逼供內(nèi)在潔凈的環(huán)境中工作，組裝機(jī)器人有望于超出低技術(shù)應(yīng)用。其他應(yīng)用機(jī)器人其他典型的應(yīng)用包括檢測、質(zhì)量控制，和修復(fù)；過程如激光和水槍切、鉆和清掃屋舍操作；和在木業(yè)，紙業(yè)和食品制造業(yè)的應(yīng)用。作為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和機(jī)器人智力的提高甚遠(yuǎn)，附加的應(yīng)用也可被視為有效的?？梢詮奈镔|(zhì)的觀點電可以從系統(tǒng)的觀點，討論機(jī)器人系統(tǒng)的組成部分。從物質(zhì)上看我們可以將系統(tǒng)分成機(jī)器人、電源系統(tǒng)和控制器(計算機(jī))。機(jī)器人本身可以像人一樣被分為基座、肩、肘、腕、抓持器和工具。這此術(shù)語中的大部分不需要做任何解釋。因此，我們將根據(jù)信息傳遞的觀點來描述機(jī)器人系統(tǒng)的組成部分。也就是，什么信息或者信號進(jìn)入計算機(jī)的組成部分，這個組成部分進(jìn)行何種邏輯或者算術(shù)運(yùn)算，這個組成部分產(chǎn)生什么信息或者信號?成該認(rèn)識到，同一個組成部分可以完成許多不同的信息處理工作(例如，中心汁算機(jī)可以根據(jù)小同的數(shù)據(jù)進(jìn)行許多不同種類的計算)，這一點是很重要的。與之相似，在結(jié)構(gòu)上分開的兩個組成部分可以進(jìn)行相同的信息操作(例如，肩部和肘部的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用非常相似的方式將信息轉(zhuǎn)換為運(yùn)動)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與機(jī)器人的每個關(guān)節(jié)相連，并且驅(qū)動這個關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動。電動機(jī)和液壓缸都是典型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于對位置和方向進(jìn)行完全控制需要六個變量，通常一個機(jī)器人系統(tǒng)需要六個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在實際應(yīng)用中，許多機(jī)器人并不需要具有這種完全的靈活性，因此，機(jī)器人通常只有五個或更少的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。傳感器為了控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，計算機(jī)內(nèi)須有關(guān)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的信息，還可能有執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度的信息。這里所說的位置是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對任意零參考點的位移。例如在轉(zhuǎn)動裝置中，“位置”為角度的位置，并且采用弧度為單位來對其進(jìn)行度量。許多種類的傳感器能夠表示位置和速度。各種傳感器要有不同的機(jī)構(gòu)作為它與計算機(jī)之間的連接裝置。此外，操縱型機(jī)器人在工業(yè)中的應(yīng)用要求對這種連接裝置加以保護(hù)，使其免受工廠中的惡劣電氣環(huán)境的影響。如果在設(shè)計和制作時沒有認(rèn)真考慮對數(shù)字系統(tǒng)的連接裝置加以保護(hù)，諸如電弧焊機(jī)和大電動機(jī)所產(chǎn)生的電氣噪聲源可以很容易地使這個數(shù)字系統(tǒng)失去作用。計算部分 我們可以容易地將計算模塊稱為計算機(jī)，這是兇為將要描述的大部分功能通常是由數(shù)字計算機(jī)完成的。然而，許多功能也可以由專用的硬件或者計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來完成。應(yīng)該認(rèn)識到在要求進(jìn)行實時控制時，可能需要專門的設(shè)備，盡管目前的趨勢是向著全數(shù)字化發(fā)展，這個設(shè)備的某些部位甚至還可能采用模擬方式。在這里，將把計算部分當(dāng)做一個簡單的計算機(jī)來討論。進(jìn)一步的說明：盡管許多機(jī)器人制造廠家目前在他們的系統(tǒng)中使用一個或者幾個微處理器，在本書中我們避免使用微處理器這個術(shù)語，簡單地將其稱為計算機(jī)。計算部分可以完成上述工作。伺服 已知執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前的位置和／或速度，確定使執(zhí)行機(jī)構(gòu)向著它預(yù)定的位置運(yùn)動的驅(qū)動信號。對于每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)都需要進(jìn)行這種控制。運(yùn)動學(xué)已知執(zhí)行機(jī)構(gòu)目前的狀態(tài)(位置和速度)，確定抓握器當(dāng)前的狀態(tài)。相反地，已知于的一個期望狀態(tài)，確定每個執(zhí)行機(jī)械的期望狀態(tài)。動力學(xué)已知機(jī)器人臂的負(fù)載信息(慣量、摩擦、加速度)，利用這種信息對伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以取得更好的工作特性。在工作地點進(jìn)行傳感器信息分析已知需要完成任務(wù)的信息，確定適當(dāng)?shù)臋C(jī)器人運(yùn)動指令。這可能會包括對工作場所的電視圖像的分析，或者對手部施加的力的測量和補(bǔ)償。除了這些容易確定的組成部分，還有一些監(jiān)督管理工作，例如路徑設(shè)計和操作者的干涉。