【正文】 空間圖形為長(zhǎng)方形。 、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。 (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(wú)疑將會(huì)參戰(zhàn)。、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。工作對(duì)象單一，動(dòng)作較少，結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可以應(yīng)用。(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(jiǎn)單的可變程序)。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(kù)和規(guī)劃操作程序等功能。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)。這就是閉環(huán)控制。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。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?？煞止潭ㄊ胶鸵苿?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。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。有些專用機(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。(1)末端執(zhí)行器又稱手部，是操作機(jī)直接執(zhí)行工作的裝置，并可設(shè)置夾持器、工具、傳感器等，是工業(yè)機(jī)器人直接與工業(yè)對(duì)象接觸以完成作業(yè)的機(jī)構(gòu)。操作機(jī)是機(jī)器人完成作業(yè)的實(shí)體，它具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，是可在空間抓放物體或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。 機(jī)器人的構(gòu)成及分類 機(jī)器人的構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)，一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元、控制裝置和為使機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)而要求的外部設(shè)備組成。機(jī)器人技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，但是歸納起來(lái)是機(jī)械學(xué)和微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。比如，更換機(jī)器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過(guò)程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)(FMS)中的一個(gè)重要組成部分。 機(jī)器人的特點(diǎn) 機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)有以下幾個(gè):。對(duì)不同任務(wù)和特殊環(huán)境的適應(yīng)性，也是機(jī)器人與一般自動(dòng)化裝備的重要區(qū)別。隨著人們對(duì)機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識(shí)的加深，機(jī)器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透。我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是:“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)()提出的工業(yè)機(jī)器人定義為:“工業(yè)機(jī)器人是用來(lái)進(jìn)行搬運(yùn)材料、零件、工具等可再編程的多功能機(jī)械手、或通過(guò)不同程序的調(diào)用來(lái)完成各種工作任務(wù)的特種裝置。在把機(jī)器人理解為仿人機(jī)器的同時(shí)，也可以廣義地把機(jī)器人理解為仿動(dòng)物的機(jī)器。機(jī)器人的定義是多種多樣的，其原因是它具有一定的模糊性，機(jī)器人不斷在發(fā)展，新的機(jī)型、新的功能不斷涌現(xiàn)，根本原因主要是因?yàn)闄C(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問題，就像機(jī)器人一詞最早誕生于科幻小說(shuō)之中一樣，人們對(duì)機(jī)器人充滿了幻想。機(jī)器人(Robot)是1920年由捷克作家卡雷爾中國(guó)的四大發(fā)明，歐洲的蒸氣機(jī)車、紡織機(jī)械等，都引發(fā)了社會(huì)從一個(gè)歷史階段向另一個(gè)歷史階段的飛躍，到了小科學(xué)時(shí)代，科學(xué)上的發(fā)明由于研究與開發(fā)手段的提高，變得成果累累，繁星點(diǎn)點(diǎn)，一些科學(xué)家憑借雄厚的知識(shí)基礎(chǔ)，可以在一生中作出數(shù)種偉大的發(fā)明，例如牛頓、愛因斯坦、愛迪生等等。從古代科學(xué)流向現(xiàn)代科學(xué)，從20 世紀(jì)初葉以前的科學(xué)時(shí)代流向20 世紀(jì)中葉開始的大科學(xué)時(shí)代。 現(xiàn)代機(jī)器人來(lái)到人世間還有一個(gè)重要原因，就是時(shí)代的變化對(duì)它所產(chǎn)生的迫切需求。不過(guò)，也有許多人根據(jù)這種特殊機(jī)械裝置的功能，為了特別強(qiáng)調(diào)它門能夠替代人的某些勞動(dòng)及工作等特點(diǎn)，再加上一些擬人化的手法，在對(duì)“Robot”取名之初就定名為“機(jī)器人”了。這是因?yàn)?，一些人按照英文名稱的拼讀聲，覺得叫“羅伯特”好?，F(xiàn)代的機(jī)器人，從名稱開始就是一種“舶來(lái)品”的譯名。設(shè)想木牛流馬完全有資格算作中國(guó)古代的機(jī)器人【4】【5】。如果人們把20實(shí)際50年代以后才逐漸取名為“機(jī)器人”的那些機(jī)器作為既有別于一般機(jī)器，又有別于一般地球人的新生事物的話，那么，把這種籠統(tǒng)的概念回溯到古代，回想起《三國(guó)演義》的作者對(duì)木牛流馬的描述，人們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，雖然據(jù)考證這些木牛流馬僅是一些較為簡(jiǎn)單的運(yùn)輸工具——獨(dú)輪手推車，但是作者的構(gòu)思和描述與當(dāng)今機(jī)器人的概念是一致的。這些說(shuō)法盡管各不相同，但大多數(shù)具有這樣一些共同之處，首先，機(jī)器人是一種機(jī)器，而不是人，它們只是“擬人化”的產(chǎn)物。這些書中描述的木牛流馬，可以稱作是中國(guó)古代的木制機(jī)器人。盡管古代的中外人士拘泥于古老的科學(xué)文化，和現(xiàn)在大科學(xué)時(shí)代的科學(xué)文化相差甚遠(yuǎn)，但是作為理想的追求、智慧的展現(xiàn)和社會(huì)的需求，他們腦海中的機(jī)器人的影像仍然留有深刻的痕跡。外國(guó)古代機(jī)器人像中國(guó)古代機(jī)器人一樣，擁有很長(zhǎng)的歷史，但是卻沒有真實(shí)的命名。如果外來(lái)者想私自擅入，定會(huì)不識(shí)路徑，誤觸防衛(wèi)機(jī)關(guān)，周圍暗藏機(jī)關(guān)便會(huì)向擅入者即刻噴射火焰，并伴以雷鳴閃電的聲光效應(yīng)，以燒死、嚇?biāo)肋@些違反廟門戒規(guī)的叛逆之徒。據(jù)傳說(shuō)，古埃及在法老和亞歷山大時(shí)期，其廟字之內(nèi)還供奉著會(huì)說(shuō)話的神秘塑像，并伴有可以自動(dòng)啟閉的廟門。而到半夜時(shí)分，蜀軍又派人前來(lái)，在這些木制牛馬的口中轉(zhuǎn)動(dòng)其舌頭幾次，再動(dòng)動(dòng)其他幾處秘密“機(jī)關(guān)”，它們立時(shí)精神大振，一溜小跑地隨著這些蜀軍兵丁跑回了蜀軍大營(yíng)【3】。”司馬懿原以為大軍壓境，團(tuán)團(tuán)圍困，可以把蜀軍困在山上餓死，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)，蜀軍不知用什么法術(shù)，居然驅(qū)趕著大批似牛似馬的東西，在叢山峻嶺的羊腸小道行走如飛，來(lái)回駝運(yùn)糧草等急需之物。但說(shuō)起母牛流馬的大致形象和功用，卻叫后人嘆服不已。當(dāng)時(shí)，司馬懿曾對(duì)天長(zhǎng)嘆，口服心服地說(shuō)，“我不如諸葛亮也！”?？催^(guò)《三國(guó)演義》的人，大概都不會(huì)忘記，諸葛亮在和司馬懿斗智時(shí)，曾遇到蜀軍被魏軍圍困，陷于糧草接濟(jì)不上的危難境地。許多發(fā)展中國(guó)家也紛紛建立技術(shù)開發(fā)中心，應(yīng)用和生產(chǎn)機(jī)器人，可以說(shuō)當(dāng)今正在掀起一個(gè)世界范圍的機(jī)器人研制熱潮。早在20世紀(jì)60年代初，美國(guó)就制造出了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，目前己經(jīng)發(fā)展到第三代一智能機(jī)器人。因此在設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，除了要考慮上述因素外，還應(yīng)注意一下幾點(diǎn)【2】：（1） 手臂應(yīng)承載能力大、剛性好、重量輕，保證手臂準(zhǔn)確工作并具有一定的定位精度；（2） 應(yīng)使手臂運(yùn)動(dòng)速度快，慣性小、動(dòng)作靈活；（3） 應(yīng)使手臂傳動(dòng)準(zhǔn)確，導(dǎo)向性好；（4） 輸油管道的布置應(yīng)合理，不妨礙機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)且使手臂外形整齊，結(jié)構(gòu)緊湊；（5） 其他要求，如高溫作業(yè)，應(yīng)考慮輻射的影響；粉塵場(chǎng)合應(yīng)設(shè)有防塵裝置等。機(jī)械臂通過(guò)多自由度機(jī)械連桿的姿態(tài)調(diào)整和機(jī)械手的動(dòng)作完成操作任務(wù)。以機(jī)械臂為例，機(jī)械臂的發(fā)展是隨著機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷成熟而不斷發(fā)展的。工業(yè)機(jī)器人是一種對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性的柔性自動(dòng)化裝備，它主要用于現(xiàn)代制造業(yè)中代替人們從事繁重、重復(fù)單調(diào)、環(huán)境惡劣危險(xiǎn)、人做不了或做不好的工作，從而減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境，并有效地提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。它不僅提高了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化程度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率而且還推動(dòng)了以資源消耗低環(huán)境污染少為特征的新型工業(yè)的誕生隨著人類在機(jī)械工程、電氣工程、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制論、傳感技術(shù)、信息學(xué)、聲學(xué)、仿生學(xué)、及人工智能等學(xué)科領(lǐng)域的飛速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用也正在向農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧、養(yǎng)殖、海洋開發(fā)、宇宙探索、國(guó)防建設(shè)、安全救濟(jì)、生物醫(yī)學(xué)、服務(wù)娛樂等新領(lǐng)域拓展開來(lái)，并已取得顯著進(jìn)展，機(jī)器人技術(shù)已成為高科技應(yīng)用領(lǐng)域中的重要組成部分。我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的研究工作起步較晚，雖已取得較大發(fā)展，但較之發(fā)達(dá)國(guó)家的水平仍有較大距離，應(yīng)積極探索適合我國(guó)國(guó)情的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用思路，開發(fā)低成本、高性價(jià)比的實(shí)用型工業(yè)機(jī)器人。盡管各國(guó)對(duì)機(jī)器人的定義不盡相同，但都有可編程、擬人化、通用性等特點(diǎn)，是一種融機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等多學(xué)科為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。工業(yè)機(jī)器人球坐標(biāo)型機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文1 緒論 課題背景 工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛，作用越來(lái)越重要，工業(yè)機(jī)械臂尤為如此，因此設(shè)計(jì)實(shí)用、高效的機(jī)械臂對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是義不容辭的責(zé)任，對(duì)于畢業(yè)的大學(xué)生也是一個(gè)實(shí)時(shí)、富有意義和挑戰(zhàn)的課題。 工業(yè)機(jī)器人自20世紀(jì)60年代問世以來(lái)，其研究和開發(fā)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中一直備受青睞。隨著相關(guān)支撐學(xué)科的長(zhǎng)足發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的研究和開發(fā)正在突飛猛進(jìn)，其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 機(jī)器人自誕生之日起 ，便顯示出其強(qiáng)大的生命力，機(jī)器人首先在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，并給傳統(tǒng)工業(yè)帶來(lái)了質(zhì)的飛躍。 機(jī)器人主要有兩大類：用于制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和用于非制造環(huán)境下的服務(wù)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是柔性化制造系統(tǒng)FMS、自動(dòng)化工廠FA和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS，必不可少的自動(dòng)化工具，它的發(fā)展和應(yīng)用情況已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志【1】。通常機(jī)械臂由多自由度機(jī)械連桿和末端夾持器（也稱機(jī)械手）組成。機(jī)械臂作為機(jī)器人的一個(gè)重要組成部分，起著連接和承受外力的作用，手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(duì)機(jī)械手性能影響很大。 機(jī)器人的定義及特點(diǎn)機(jī)器人的研究、開發(fā)和應(yīng)用涉及多剛體動(dòng)力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感技術(shù)、電氣液壓驅(qū)動(dòng)、控制工程、智能控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、人工智能和仿生學(xué)等學(xué)科，機(jī)器人技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性技術(shù)。由于機(jī)器人技術(shù)和機(jī)器人的重要作用，各工業(yè)化國(guó)家近幾年都把它的研究和開發(fā)列為國(guó)策，制訂一系列規(guī)劃，多方采取措施，以加快發(fā)展。 機(jī)器人的定義《三國(guó)演義》是中國(guó)著名的古典名著之一。為解糧草之急，諸葛亮巧用“木牛流馬”之計(jì)，最后智勝了司馬懿。書中對(duì)木牛流馬有相當(dāng)一段描述，這里不用贅述。木牛流馬除了形如真牛和真馬并主要由木材料制成之外，還有非凡的功用，即當(dāng)用木牛流馬轉(zhuǎn)運(yùn)蜀軍糧草時(shí)，“人不大勞，牛馬不食，進(jìn)退如活的一般。司馬懿大奇，便派兵襲擊蜀軍運(yùn)糧隊(duì)，截獲了數(shù)匹木牛流馬，但不知蜀軍后勤兵丁在逃離之前對(duì)木牛流馬做了什么手腳，使這些被捕獲的“木牛流馬”“堅(jiān)貞不屈”，拒不執(zhí)行魏軍的指揮，各自站在原地一動(dòng)不動(dòng)，任魏軍士兵使出百般手段和氣力，也不愿向前移動(dòng)。古代的羅馬帝國(guó)時(shí)期，創(chuàng)造了眾多的古代文明和促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的新事物；古代的埃及，也以它的金字塔和獅身人面怪物為典型，向全世界古今中外的人們展示了它作為世界文明古國(guó)的大家風(fēng)范。要想進(jìn)入廟字內(nèi)求諸神保佑的人們，必須先行由熟知內(nèi)情者引導(dǎo)，方可安全進(jìn)入，并一睹眾神之風(fēng)采。倘若古代埃及那些創(chuàng)造了尼羅河文明的人們，果真設(shè)計(jì)了以上內(nèi)容的裝置的話，那么，它們就可以被今天的人們稱之為“會(huì)說(shuō)話的機(jī)器人”，以及“噴火機(jī)器人”或“殺手機(jī)器人”，當(dāng)然，亦屬于安全警衛(wèi)機(jī)器人類型等。20 世紀(jì)中葉，各種高新技術(shù)競(jìng)相發(fā)展之后，“機(jī)器人”的名稱才得以在世人中間登堂人室，形成氣候。人們今天研究與開發(fā)各種現(xiàn)代機(jī)器人的時(shí)候，會(huì)不難聯(lián)想到，它們的影像將為21 世紀(jì)的地球，刻下永不磨滅的印記。什么是機(jī)器人，至今尚未有一個(gè)世界公認(rèn)的準(zhǔn)確定義，如果把人們對(duì)機(jī)器人的定義匯總起來(lái)，估計(jì)將有近百種說(shuō)法。按照其完成任務(wù)的不同需要，機(jī)器人目前大致被分成可以由人來(lái)操作、控制或指揮的機(jī)器人，或者不由人控制、操縱或指揮的機(jī)器人兩大類。盡管在那個(gè)歷史時(shí)期，外國(guó)尚未出現(xiàn)“機(jī)器人”或者其他類似的名稱和類似的物體。人們?cè)谡務(wù)摍C(jī)器人的時(shí)候，切切不可拘泥于它們的現(xiàn)代化名稱如何，也不應(yīng)拘泥于中國(guó)古代那些活靈活現(xiàn)的“藝人”與“木牛流馬”等是否完全一致等問題，而對(duì)機(jī)器人的產(chǎn)生、發(fā)展產(chǎn)生誤解。就是“Robot”（英文），中國(guó)名稱是什么頗下了一番苦功的。這個(gè)名字既可使人一下子就感覺到時(shí)一個(gè)地道的外國(guó)人的稱呼，又保持了它的和諧拼讀音色，于是“羅伯特”就漸漸成了能夠部分代替人的功能和行為活動(dòng)的機(jī)器裝置，反之亦然。是誰(shuí)把“羅伯特”稱為機(jī)器人的，迄今尚未作過(guò)準(zhǔn)確考證，但是機(jī)器人的叫法一經(jīng)傳開，就形成了廣為呼應(yīng)之勢(shì)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越多的引用機(jī)器人這個(gè)名稱，來(lái)專門指向國(guó)外越來(lái)越多地創(chuàng)造出來(lái)的那些特殊機(jī)器裝置，后來(lái)就約定成俗，形成了基本統(tǒng)一的名稱——機(jī)器人?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，伴隨著人類歷史的長(zhǎng)河源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。應(yīng)古代社會(huì)需要而形成的古代科學(xué)，對(duì)于古代的社會(huì)發(fā)展，起著不可估量的作用。但是，小科學(xué)時(shí)代的社會(huì)局限性也限制了科學(xué)發(fā)明向深度和廣度進(jìn)軍的尺度與力度，使得即使從發(fā)明之樹上摘取了許多果實(shí)，但是，那些處在高大枝干和濃密樹葉掩蓋下的碩果，卻因當(dāng)時(shí)基于沒有攀登工具和慧眼尋視，而無(wú)法或根本不可能采摘下來(lái)。卡佩克在劇本中塑造的一個(gè)具有人的外表、特征和功能，愿意為人服務(wù)的機(jī)器奴仆“ Robot一詞衍生出來(lái)的。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想像和創(chuàng)造空間。我們可以這樣說(shuō)