42.工業(yè)機(jī)械手工程42.1工業(yè)機(jī)械手簡史96442.2典型的應(yīng)用和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)96942.2.1焊接96942.2.2車身應(yīng)用96942.2.3噴涂.97142.2.4材料的移動自動化97142.2.5機(jī)制97442.2.6人類機(jī)械手合作處理任務(wù)97442.3運(yùn)動學(xué)和機(jī)制97542.4任務(wù)描述教學(xué)和規(guī)畫97642.5結(jié)束影響力和系統(tǒng)整合98042.6結(jié)論和長期的挑戰(zhàn)983參考985MartinHgele,KlasNilsson,J.NorbertoPires今天大多數(shù)機(jī)器人的起源可追溯到早期的工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人制造商已開發(fā)出使機(jī)器人更加人性化和適應(yīng)不同的應(yīng)用的技術(shù)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是目前最大的機(jī)器人商業(yè)應(yīng)用技術(shù)。所有的機(jī)器人最初是為工業(yè)應(yīng)用開發(fā)出來的。而機(jī)器人科學(xué)的起源和許多仍然阻礙著在制造機(jī)器人的廣泛使用的尚未解決的問題應(yīng)該值得特別關(guān)注。在這一個章節(jié)中，我們提出了典型工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的描述和它的簡史。我們將展示如何讓不同的機(jī)器人適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。雖然機(jī)械手在大規(guī)模的制造業(yè)特別地在汽車和相關(guān)的成份裝配中被廣泛使用，但仍有許多挑戰(zhàn)性的問題要解決。如果機(jī)械手比較容易安裝，并與其他制造業(yè)的程序容易整合，特別是機(jī)械錯誤自動恢復(fù)，那么能實(shí)行的應(yīng)用會大大增加。我們概略說明對于研究員來說一些剩余的挑戰(zhàn)。工業(yè)的機(jī)械手作為一個制造業(yè)的基石，應(yīng)考慮如何以最小的費(fèi)用提高生產(chǎn)力、質(zhì)量和適應(yīng)性。2007年報(bào)告已有超過一百萬工業(yè)的機(jī)械手被使用，60%42.1的使用者是汽車工業(yè)。然而，高生長業(yè)（在生活科學(xué)、電子學(xué)方面，太陽的細(xì)胞、食物和物流管理）和初現(xiàn)的制造業(yè)（黏，涂料、以激光為基礎(chǔ)的程序，精密裝配等等）也將逐漸應(yīng)用先進(jìn)的機(jī)械手技術(shù)。這些工業(yè)的機(jī)械手的數(shù)量一直穩(wěn)定地增加著。工業(yè)機(jī)械手的生產(chǎn)，計(jì)劃，整合和工作單元都是相當(dāng)獨(dú)立的工程任務(wù)。為了大量的生產(chǎn)，機(jī)械手設(shè)計(jì)應(yīng)該符合潛在應(yīng)用需求量。由于這難以在試驗(yàn)中達(dá)成，機(jī)械手的各種不同負(fù)載量能力設(shè)計(jì)，機(jī)械手軸數(shù)，和工作空間已經(jīng)在一般的操作任務(wù)比如油漆，焊接中出現(xiàn)。通常，機(jī)械手由一個或較多控制器和外圍設(shè)備組成，如夾具，安全裝置、感應(yīng)器和為了材料移動和呈現(xiàn)的部分。典型地，一個完整機(jī)械手的費(fèi)用是四次獨(dú)立的機(jī)械手的費(fèi)用。機(jī)械手工作單元通常是根據(jù)客戶需要而修改的計(jì)劃、整合、規(guī)畫和結(jié)構(gòu)，需要重要的工程水平。標(biāo)準(zhǔn)化的工程方法、工具和最好的例子已經(jīng)變得可減少費(fèi)用而且能提供更多預(yù)期的表現(xiàn)42.2。今天的工業(yè)機(jī)械手的需求主要在資本密集的制造業(yè)，主要是汽車業(yè)，電子學(xué)定義和電的貨物業(yè)。將來的工業(yè)機(jī)械手將不是像今天設(shè)計(jì)的只用插補(bǔ)法計(jì)算關(guān)于特征和表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，但是按follownewdesign的原則寧可提出一個比較寬類型的應(yīng)用區(qū)域和工業(yè)。同時(shí)，新技術(shù)，特別來自信息科技（訊）世界的，將會對將來工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)、表現(xiàn)和費(fèi)用產(chǎn)生越來越大的沖擊。國際、國家的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在正為安全預(yù)防、幾何學(xué)和媒體接口幫助機(jī)械手。大多數(shù)機(jī)械手把人們留在安全的距離的障礙后面操作42.3。最近，改良的安全標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)允許人類直接的與機(jī)械手合作，允許機(jī)械手和工人分享相同的工作空間42.4。我們將會先做一個有同時(shí)代應(yīng)用例子的工業(yè)機(jī)械手工程的歷史介紹，然后呈現(xiàn)工業(yè)的機(jī)械手工程的基本原則和規(guī)畫方法的檢討。我們也將會討論工具（最終形式）和系統(tǒng)整合需求。章節(jié)選擇將會被接受發(fā)表并解決現(xiàn)在禁止工業(yè)機(jī)械手的較寬的應(yīng)用的問題。42.1工業(yè)機(jī)械手的短歷史工業(yè)機(jī)械手的發(fā)明始于1954，當(dāng)喬治Devol在物品移動上應(yīng)用了專利權(quán)的時(shí)候（圖42.1)。在與約瑟Engelberger的第一個機(jī)械手公司Unimation協(xié)力之后，從一部投擲一鋼模的機(jī)器中吸取部份，并在1961年在通用汽車公司使用了第一個機(jī)械手進(jìn)入服務(wù)。大部份的情況促使未來這數(shù)年通用機(jī)械手只作為汽車身體的焊接42.5。兩者應(yīng)用的成功意謂機(jī)械手可靠地工作性和確定統(tǒng)一的質(zhì)量。很快，許多其他公司開始發(fā)展制造工業(yè)的機(jī)械手。一種驅(qū)使改革的工業(yè)出生了。然而，它花了許多年才把這種工業(yè)變成了利潤。圖42.1a，b工業(yè)機(jī)器人的發(fā)明（一）該專利起始于G.Devol和J.Engelberger的共同努力，形成第一個機(jī)器人公司，Unimation，一個融合了通用和自動化的公司。該公司在80年代后期收購了Westinghouse。（二）在1961年Unimation第一次在通用汽車廠進(jìn)行了一個相當(dāng)簡單的處理任務(wù)。其他汽車制造商也開始遵循。圖為第一個機(jī)器人從他們位于迪爾伯恩的福特博物館安裝圖42.2a，b全電動（一）IBR-6和（二）SCARA運(yùn)動型機(jī)器人（一）首先于1973年推出的IRB-6是一個突破性的發(fā)展，因?yàn)樗堑谝粋€成批生產(chǎn)的機(jī)器人，由微機(jī)控制，全電驅(qū)動編程和運(yùn)動。該機(jī)器人證明非常強(qiáng)勁。據(jù)報(bào)告在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中壽命超過20年的時(shí)間(bycourtesyABBAutomation,Friedberg)（二）遵守選擇性裝配機(jī)器人臂（SCARA機(jī)器人）特別適合裝配任務(wù)，因?yàn)樗Y(jié)合了垂直軸的剛性和橫軸的規(guī)定。1978年，第一部HirataAr-300是放在一起。描寫的是后繼的設(shè)計(jì)，AR-i350。SCARA機(jī)器人的設(shè)計(jì)結(jié)合了三個或四個轉(zhuǎn)動軸和一個移動軸（HIRATA機(jī)器人，Mainz）圖42.3a,bCincinnatiMilacronT3和UnimationPUMA560（一）在1974年，美國CincinnatiMilacron推出了第一臺微電腦控制的機(jī)器人。第一臺T3（TheTomorrowTool）模型采用液壓驅(qū)動，后來他們被電動機(jī)取代，如圖片中所示。在20世紀(jì)70年代后期CMrobotics公司收購了ABB（二）6軸PUMA（可編程通用機(jī)械裝配）的靈巧度已經(jīng)接近人手臂了。在1979年后推出Unimation已成為themost流行武器之一，是作為多年來機(jī)器人研究的參考圖42.4a,b點(diǎn)焊線和錄像機(jī)（VCR）為工業(yè)機(jī)器人的作為應(yīng)用開拓了應(yīng)用空間。（一）點(diǎn)焊已迅速成為機(jī)器人的主要應(yīng)用，因?yàn)檫@些工作對工人來說是特別累人和危險(xiǎn)。一個典型的車身焊接線在1985年出現(xiàn)。該車型是法國雪鐵龍CX（二）一個帶承載多夾持器工具的SCARAs自動化生產(chǎn)線VCR（約公元1989年）。通常一個機(jī)器人在VCR被移到下一個全自動化的生產(chǎn)線前由五個部分添加圖42.5a,b高速采摘的聯(lián)機(jī)器人ABBFlexPicker和重量輕的庫卡機(jī)器人手臂（一）平行運(yùn)動機(jī)器（并聯(lián)機(jī)床）代表一個有趣的方法來實(shí)現(xiàn)在低慣性高剛度，準(zhǔn)確，高速運(yùn)動。最初Clavel建議又4軸機(jī)器人（稱為三角洲）在高速就地貼片任務(wù)中使用。該機(jī)器人的加速度可達(dá)10克（二）庫卡輕型機(jī)器人對德國航空航天中心與1:1的重量對有效載荷比臂設(shè)計(jì)是一個長期的研究和發(fā)展進(jìn)程的結(jié)果。人類與機(jī)器人合作的7軸臂適合模仿人類手臂的靈巧圖42.6a,b笛卡爾機(jī)器人機(jī)動性和雙臂靈巧機(jī)器人（一）GdelroboLoop是一個龍門式彎曲軌道傳輸。一個或多個機(jī)器人手臂如一個封閉的傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以作為龍門式配置，或者作為一個落地式系統(tǒng)。一個信號總線允許