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1、第一章引言1.1工业机器人及其发展1.1.1工业机器人及其操作机由于机器人一词带有“人”字，再加上科幻小说和影视作品的宣传，人们往往把机器人想象成为外貌象人的机电装置。但事实并非如此。机器人，特别是工业机器人，与人的外貌毫无相象之处口在国家标准中，工业机器人被定义为：“一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。它能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。”机器人赖以完成各种作业的机械实体(称作操作机或操作器)被定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其他操作的机械装置。”可见，工业机器人是一机
2、电系统，操作机(器)是它的执行机构，该机构与电子器件密切相关，它的灵活程度和动态性能，直接影响着机器人系统的工作质量。本书的目的，在于阐述对操作机的分析和设计方法，以期对从事工业机器人的设计和应用的专业人员有所裨益。1.1.2机器人在工业生产应用自从20世纪60年代初人类创造了第一台工业机器人以后，机器人就显示出它极大的生命力，经过四十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓
3、库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目前，汽车制造业是制造业所有行业中人均拥有工业机器人密度最高的行业，如，2004年德国制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量为162台，而在汽车制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量则为1140台；意大利的这一数值更能说明问题，2004年意大利制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量为123台，而在汽车制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量则高达1600台。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造
4、业，进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。2005年，亚洲地区电子电气行业对工业机器人的需求仅次于汽车及汽车零部件制造业，其占所有行业总需求的比例为-22-31%；而在欧洲地区橡胶及塑料工业对工业机器人的需求则远远超过电子电气行业而排名第二位；美洲地区由于汽车及汽车零部件制造业对工业机器人的需求遥遥领先，所以金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业以及电子电气行业对工业机器人的
5、需求比例相当，均在7%左右。另外诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场的繁荣兴旺将指日可待。1.1.3工业机器人的发展趋势敏捷制造策略的提出,为工业机器人的发展提供了新的机遇。敏捷制造的基本思想是
6、企业能迅速将其组织和装备重组,快速响应市场变化,生产出满足用户需求的个性化产品。敏捷制造要求企业底层的生产设备具有柔性和可动态重组的能力。机器人是一种具有高度柔性的自动化生产设备。如果我们站在更高的层次,将机器人视为一种有“感知、思维和行动”的机器,那么,敏捷生产设备就应当是新一代机器人化的机器。这将为工业机器人的发展提出更高的要求。（1）朝着标准化方向发展提高运动速度和运动精度,减轻重量和减少安装占用空间,必将导致工业机器人功能部件的标准化和模块组合化(它可以分为机械模块、信息检测模块、和控制模块等),以降低制造成本和提高可靠性。近年
7、来,世界各国注意发展组合式机器人。它是采用标准化的组合件拼装而成的。目前,国外已经研制和生产了各种不同的标准组件。除了机器人用的各种伺服电机、传感器外,手臂、手腕和机身的结构也已经标准化了,如臂伸缩轴、臂升降轴、臂俯仰轴、臂摆动轴;手腕旋转轴、摆动轴、固定台身、机座、移动轴等。（2）研究新型机器人结构随着工业机器人作业精度的提高和作业环境的复杂化,应开发新型微动机构保证动作精度;开发多关节、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走机构等以适应复杂的作业的需要。（3）朝着智能化方向发展在多品种,小批量生产的柔性制造自动化技术中,特别是机器人自
8、动装配技术中,要求工业机器人对外部环境和对象物体有自适应能力,即具有一定的“智能”,机器人的智能化是指机器人具有感觉、知觉等,即有很强的检测功能和判断功能。为此,-22-必须开发类似人类感觉器官的传感器(如
