模塊一認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人學(xué)習(xí)導(dǎo)讀隨著“工業(yè)4.0”概念的提出，以智能工廠、智慧制造為主題的第四次工業(yè)革命已經(jīng)悄然來臨，其最終目標(biāo)是建立高度靈活的、自動化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。工業(yè)機(jī)器人作為自動化技術(shù)的集大成者，是該生產(chǎn)模式的重要組成單元。當(dāng)前，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對工業(yè)機(jī)器人編程與操作的技能型人才的需求越來越緊迫，開展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)尤為重要。知識目標(biāo)

了解工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史；

了解工業(yè)機(jī)器人的定義；

了解工業(yè)機(jī)器人的分類及用途；

了解工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢。能力目標(biāo)

能夠準(zhǔn)確理解工業(yè)機(jī)器人的定義；

能夠清楚工業(yè)機(jī)器人的不同分類方法和不同的用途；

能夠認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人的四大品牌。素養(yǎng)目標(biāo)

提高思維能力，激發(fā)學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的興趣；

認(rèn)識掌握工業(yè)機(jī)器人技能的重要性，增強(qiáng)責(zé)任感和榮譽(yù)感。思維導(dǎo)圖1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史1.1.1早期機(jī)器人的發(fā)展“機(jī)器人”是存在于多種語言和文字中的新造詞，它體現(xiàn)了人類長期以來的一種愿望，即創(chuàng)造出一種像人一樣的機(jī)器或“人造人”，以便能夠代替人進(jìn)行各種工作。直到幾十年前，“機(jī)器人”才作為專業(yè)術(shù)語被加以引用，然而機(jī)器人的概念在人類的想象中已存在三千多年了。早在我國西周時代（公元前1046—前771年），就流傳著有關(guān)巧匠偃師獻(xiàn)給周穆王歌舞機(jī)器人的故事。東漢時期（公元

25—220

年），我國科學(xué)家張衡，不僅發(fā)明了震驚世界的“候風(fēng)地動儀”，還發(fā)明了測量路程用的“記里鼓車”，車上裝有木人、鼓和鐘，每走1里（1里=0.5km），擊鼓一次，每走10里擊鐘一次，奇妙無比，如圖1-1所示。三國時期的蜀漢（公元221—263年），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”，可以用于運(yùn)送軍用物資，這可能是最早的陸地軍用機(jī)器人，如圖1-2所示。

圖1-1“候風(fēng)地動儀”與“記里鼓車”

圖1-2

“木牛流馬”模型1.1.1早期機(jī)器人的發(fā)展在國外，也有一些國家較早進(jìn)行了機(jī)器人的研制。1662年，日本人竹田近江，利用鐘表技術(shù)發(fā)明了能進(jìn)行表演的自動機(jī)器玩偶。1770年，美國科學(xué)家發(fā)明了一種報時鳥，一到整點，這種鳥的翅膀、頭便開始運(yùn)動，同時發(fā)出聲音，它的主彈簧驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，使活塞壓縮空氣而發(fā)出聲音，同時齒輪轉(zhuǎn)動時帶動凸輪轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動翅膀、頭運(yùn)動。1893年，加拿大人摩爾設(shè)計的能行走的機(jī)器人“安德羅丁”，是以蒸汽為動力的。這些機(jī)器人工藝珍品，標(biāo)志著人類在機(jī)器人從夢想到現(xiàn)實這一漫長道路上，前進(jìn)了一大步。

圖1-1“候風(fēng)地動儀”與“記里鼓車”

圖1-2

“木牛流馬”模型1.1.2近代機(jī)器人的發(fā)展圖1-3卡雷爾·恰佩克與羅薩姆的

萬能機(jī)器人920年，捷克斯洛伐克劇作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻劇目《羅薩姆的萬能機(jī)器人》（見圖1-3）中，第一次提出了“機(jī)器人”（Robot）這個名詞，這被當(dāng)成機(jī)器人一詞的起源。在捷克語中，Robot這個詞是指一個賦役的奴隸。20世紀(jì)初期，“機(jī)器人”這個詞已經(jīng)活躍在各個國家中，由于人們對機(jī)器人不了解，因此對它的誕生既不安又期待。他們并不知道即將被發(fā)明出來的機(jī)器人對他們的生活會產(chǎn)生什么樣的影響，也不知道應(yīng)該把機(jī)器人看作寵物，還是怪物。針對人類社會對即將問世的機(jī)器人的不安，美國著名科學(xué)幻想小說家阿西莫夫于1950年在他的小說《我，機(jī)器人》中，首先使用了“機(jī)器人學(xué)”（Robotics）這個詞來描述與機(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，也不允許眼看人將受害而袖手旁觀；（2）機(jī)器人必須絕對服從于人類，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3條守則給機(jī)器人賦以新的倫理性，并使機(jī)器人概念通俗化，更易于為人類社會所接受。至今，它仍為機(jī)器人研究人員、設(shè)計制造廠家和用戶提供十分有意義的指導(dǎo)方針。1．20世紀(jì)50年代機(jī)器人的發(fā)展被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”的約瑟夫·恩格爾伯格（JosephEngelberger）創(chuàng)建了世界上第一個機(jī)器人公司——Unimation，并參與設(shè)計了第一臺Unimate（尤尼梅特）機(jī)器人（見圖1-4）。這是一臺用于壓鑄的5軸機(jī)器人，其手臂的控制由一臺計算機(jī)完成。它采用了分離式固體數(shù)控元件，并裝有存儲信息的磁鼓，能夠記憶完成180個工作步驟。與此同時，另一家公司—AMF也開始研制機(jī)器人，即Versatran（VersatileTransfer）機(jī)器人。它采用液壓驅(qū)動，主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸。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。Unimate機(jī)器人是一種球坐標(biāo)型機(jī)器人，它采用了當(dāng)時先進(jìn)的電液伺服驅(qū)動技術(shù)和磁鼓存儲技術(shù)。這種機(jī)器人不僅可以執(zhí)行預(yù)先編程的任務(wù)，還可以通過示教來學(xué)習(xí)新的動作。其靈活性和多功能性使其成為當(dāng)時制造業(yè)中的一項重要技術(shù)創(chuàng)新。Unimate機(jī)器人的發(fā)明標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的開端，為自動化生產(chǎn)和工業(yè)制造邁出了重要的一步。Unimate機(jī)器人的誕生為后來的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，對工業(yè)自動化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。至今，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的一部分，它們在裝配、焊接、搬運(yùn)等方面發(fā)揮著重要作用。世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人如圖1-5所示。

圖1-4

第一臺Unimate機(jī)器人圖1-5

世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人2．20世紀(jì)60年代和70年代機(jī)器人的發(fā)展20世紀(jì)60年代和70年代是機(jī)器人發(fā)展較快較好的時期，這期間的各項研究發(fā)明有效地推動了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和推廣。雖然，編程機(jī)器人在20世紀(jì)50年代是一種新穎而有效的制造工具，但到了20世紀(jì)60年代，利用傳感器反饋大大增強(qiáng)機(jī)器人柔性的趨勢就已經(jīng)很明顯了。20世紀(jì)60年代早期，H.A.厄恩斯特于1962年介紹了帶有觸覺傳感器的計算機(jī)控制機(jī)械手的研制情況。這種被稱為MH-1的裝置能“感覺”到塊狀材料，用此信息控制機(jī)械手把塊狀材料堆起來，不需要操作員幫助。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6自由度ANLModel-8型操作機(jī)，由一臺TX-O計算機(jī)通過接口裝置進(jìn)行控制。此研究項目后來成為MAC計劃的一部分，在機(jī)械手上又增加了電視攝像機(jī)，開始進(jìn)行機(jī)器感覺研究。與此同時，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)，可檢測物體，并向電動機(jī)輸入反饋信號，啟動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這些壓力敏感元件傳輸?shù)接嬎銠C(jī)。1963年，美國機(jī)械與鑄造公司推出了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。這時，其他國家（特別是日本）也開始認(rèn)識到工業(yè)機(jī)器人的潛力。早在1968年，日本川崎重工業(yè)株式會社與Unimation公司談判，購買了其機(jī)器人專利。1969年，機(jī)器人出現(xiàn)了不尋常的新發(fā)展，通用電氣公司為美國陸軍研制了一種試驗性步行車。同年，該公司研制出了“波士頓”機(jī)械手，次年又研制出了“斯坦?！睓C(jī)械手，如圖1-6所示。“斯坦?！睓C(jī)械手裝有攝像機(jī)和計算機(jī)控制器。把這些機(jī)械手用作機(jī)器人的操作機(jī)，一些重大的機(jī)器人研究工作就開始了。對“斯坦福”機(jī)械手所做的一項實驗是根據(jù)各種策略自動地堆放塊狀材料。在當(dāng)時，對于自動機(jī)器人來說，這是一項非常復(fù)雜的工作。在20世紀(jì)70年代，大量的研究工作把重點放在使用外部傳感器來改善機(jī)械手的操作上。1973年，博爾斯和保羅在斯坦福使用視覺和力反饋，演示了使用與PDP-10計算機(jī)相連并由計算機(jī)控制的“斯坦?！睓C(jī)械手裝配自動水泵的操作。幾乎同時，IBM公司的威爾和格羅斯曼在1975年研制了一個帶有觸覺和力覺傳感器的由計算機(jī)控制的機(jī)械手，用于完成有20個零件的打字機(jī)機(jī)械裝配工作。

2．20世紀(jì)60年代和70年代機(jī)器人的發(fā)展

1973年，德國庫卡（KUKA）公司將其使用的Unimate機(jī)器人研發(fā)改造成其第一臺產(chǎn)業(yè)機(jī)器人，命名為Famulus，這是世界上第一臺機(jī)電驅(qū)動的6軸機(jī)器人，如圖1-7所示。1974年，第一臺由小型計算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人走向市場。美國辛辛那提·米拉克龍公司的理查德·霍恩（RichardHohn）開發(fā)出第一臺由小型計算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，并將其命名為T3，即“TheTomorrowTool”。這是世界上第一次機(jī)器人和小型計算機(jī)的“攜手合作”。同年，瑞典通用電機(jī)公司（ASEA，ABB公司的前身）開發(fā)出世界上第一臺全電力驅(qū)動、由微處理器控制的工業(yè)機(jī)器人IRB6，如圖1-8所示。IRB6主要應(yīng)用于工件的取放和物料的搬運(yùn)，首臺IRB6運(yùn)行于瑞典南部的一家小型機(jī)械工程公司。IRB6采用仿人化設(shè)計，其手臂動作模仿人類手臂的動作，載質(zhì)量6

kg，5軸。IRB6的S1控制器是第一個使用英特爾8位微處理器的控制器，內(nèi)存容量為16

KB?？刂破饔?6個數(shù)字I/O接口，通過16個按鍵編程，并具有4位數(shù)的LED顯示屏。

圖1-6“斯坦?！睓C(jī)械手

圖1-7

世界上第一臺機(jī)電驅(qū)動的6軸機(jī)器人

圖1-8

IRB6機(jī)器人2．20世紀(jì)60年代和70年代機(jī)器人的發(fā)展

1978年，日本山梨大學(xué)（UniversityofYamanashi）的牧野洋（HiroshiMakino）發(fā)明了選擇順應(yīng)性裝配機(jī)器人手臂（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm，SCARA），如圖1-9所示。SCARA具有4個軸和4個運(yùn)動自由度（包括x、y、z軸方向的平動自由度和繞z軸的轉(zhuǎn)動自由度）。SCARA系統(tǒng)在x、y軸方向上具有順從性，而在z軸方向具有良好的剛度，此特性特別適合裝配工作。SCARA的另一個特點是其串接的兩桿結(jié)構(gòu)類似人的手臂，可以伸進(jìn)有限空間中作業(yè)然后收回，適用于搬運(yùn)和取放物件（如集成電路板等）。1979年，Unimation公司推出了PUMA系列工業(yè)機(jī)器人，全電力驅(qū)動、關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)、多CPU二級微機(jī)控制、采用VAL專用語言，可配置視覺、觸覺的力感受器，是一種技術(shù)較為先進(jìn)的機(jī)器人，如圖1-10所示。整個20世紀(jì)70年代，出現(xiàn)了很多的機(jī)器人商品，并在工業(yè)生產(chǎn)中逐步推廣應(yīng)用。隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)、控制技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的研究開發(fā)，無論是水平還是規(guī)模都得到迅速發(fā)展。據(jù)國外統(tǒng)計，到1980年全世界約有2萬余臺機(jī)器人在工業(yè)中得到應(yīng)用。圖1-9

SCARA圖1-10

PUMA系列工業(yè)機(jī)器人3．20世紀(jì)80年代以后機(jī)器人的發(fā)展

進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，機(jī)器人生產(chǎn)繼續(xù)保持20世紀(jì)70年代后期的發(fā)展勢頭。到20世紀(jì)80年代中期，機(jī)器人制造業(yè)已成為發(fā)展最快和最好的行業(yè)之一。機(jī)器人在汽車、電子等行業(yè)中大量使用，機(jī)器人的研發(fā)水平和實用規(guī)模都得到迅速發(fā)展。1985年前后，發(fā)那科（FANUC）和GMF公司先后推出交流伺服驅(qū)動的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品。20世紀(jì)80年代后期，傳統(tǒng)機(jī)器人用戶對工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)飽和，造成工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的積壓，不少機(jī)器人廠家倒閉或被兼并，使國際機(jī)器人學(xué)研究和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)不景氣的情況。20世紀(jì)90年代初，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)復(fù)蘇和繼續(xù)發(fā)展跡象，世界機(jī)器人數(shù)量逐年增加，增長率也較高，1998年，丹麥樂高公司推出了機(jī)器人套件，讓機(jī)器人的制造變得像搭積木一樣相對簡單又能任意拼裝，從而使機(jī)器人開始走入個人世界。機(jī)器人以較好的發(fā)展勢頭進(jìn)入21世紀(jì)。2002年，丹麥iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba，它能避開障礙，自動設(shè)計行進(jìn)路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座，這是目前世界上銷量非常大、商業(yè)化極其成功的家用機(jī)器人。人性化、重型化、智能化已經(jīng)成為未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展趨勢。美國研制了一種名為“大狗”的新型機(jī)器人，如圖1-11所示。與以往各種機(jī)器人不同的是，“大狗”機(jī)器人并不依靠輪子行進(jìn)，而是通過其身下的4條“鐵腿”，這種機(jī)器人具有高機(jī)動能力。“2011年可以說是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展50多年以來最成功的一年，自從第一臺工業(yè)機(jī)器人安裝運(yùn)行至今，全世界共售出230多萬臺工業(yè)機(jī)器人，而且工業(yè)機(jī)器人將迎來更美好的未來。”2012年5月23日，國際機(jī)器人聯(lián)合會（InternationalFederationofRobotics，IFR）主席——ShinsukeSakakibara博士在德國慕尼黑的自動化展上發(fā)表如上感言。圖1-11

“大狗”機(jī)器人1.1.3未來機(jī)器人的展望在制造工業(yè)中，由于多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品的使用壽命逐漸縮短，品種需求增多，產(chǎn)品的生產(chǎn)就要從傳統(tǒng)的單一品種成批大量生產(chǎn)逐步向多品種小批量柔性生產(chǎn)過渡。由各種加工裝備、機(jī)器人、物料傳送裝置和自動化倉庫組成的柔性制造系統(tǒng)，以及由計算機(jī)統(tǒng)一調(diào)度的更大規(guī)模的集成制造系統(tǒng)，將逐步成為制造工業(yè)的主要生產(chǎn)手段。隨著工業(yè)機(jī)器人數(shù)量的快速增長和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人們對機(jī)器人的工作能力也提出了更高的要求，特別是需要各種不同智能程度的機(jī)器人。這些智能機(jī)器人，有的能夠模擬人類用兩條腿走路，可在凹凸不平的地面上移動；有的具有視覺和觸覺功能，能夠進(jìn)行獨立操作、自動裝配和產(chǎn)品檢驗；有的具有自主控制和決策能力。這些智能機(jī)器人，不僅應(yīng)用了各種反饋傳感器，而且應(yīng)用了人工智能中各種學(xué)習(xí)、推理和決策技術(shù)。智能機(jī)器人還應(yīng)用了許多最新的智能技術(shù)，如臨場感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多真體技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遺傳算法和遺傳編程技術(shù)、放聲技術(shù)、多傳感器集成和融合技術(shù)以及納米技術(shù)等。智能機(jī)器人將是未來機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的方向。技能訓(xùn)練時間事件1950年

1954年

1962年

1968年

1978年

1979年

1998年

通過對以上內(nèi)容的學(xué)習(xí)，以及進(jìn)一步查閱資料了解工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程，按表1-1所示的時間順序，總結(jié)機(jī)器人發(fā)展歷程中的重要事件。美國科學(xué)幻想小說家阿西莫夫在小說《我，機(jī)器人》中提出“機(jī)器人三守則”，并使用“機(jī)器人學(xué)”（Robotics）一詞被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”的約瑟夫?恩格爾伯格創(chuàng)建Unimation公司，并參與設(shè)計第一臺Unimate機(jī)器人丹麥樂高公司推出機(jī)器人套件Unimation公司推出PUMA系列工業(yè)機(jī)器人日本山梨大學(xué)的牧野洋發(fā)明SCARA（選擇順應(yīng)性裝配機(jī)器人手臂）日本川崎重工業(yè)株式會社與Unimation公司談判，購買其機(jī)器人專利美國機(jī)械與鑄造公司推出Versatran機(jī)器人商品1.2.1工業(yè)機(jī)器人的定義工業(yè)機(jī)器人可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則和綱領(lǐng)行動。當(dāng)代機(jī)器人的應(yīng)用如圖1-12所示。工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人家族中的重要一員，也是目前在技術(shù)上發(fā)展非常成熟、應(yīng)用極多的一類機(jī)器人。世界各國對工業(yè)機(jī)器人的定義不盡相同。美國工業(yè)機(jī)器人協(xié)會（RIA）對工業(yè)機(jī)器人的定義：“工業(yè)機(jī)器人是設(shè)計用來搬運(yùn)物料、部件、工具或?qū)ｉT裝置的可重復(fù)編程的多功能操作器，并可通過改變程序的方法來完成各種不同任務(wù)。”日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會（JIRA）對工業(yè)機(jī)器人的定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠轉(zhuǎn)動并通過自動化完成各種移動來代替人類勞動的通用機(jī)器?！钡聡こ處焻f(xié)會（VDI）對工業(yè)機(jī)器人的定義：“工業(yè)機(jī)器人是具有多自由度的、能進(jìn)行各種動作的自動機(jī)器，它的動作是可以順序控制的，軸的關(guān)節(jié)角度或軌跡可以不靠機(jī)械調(diào)節(jié)，而由程序或傳感器加以控制。工業(yè)機(jī)器人具有執(zhí)行器、工具及制造用的輔助工具，可以完成材料搬運(yùn)和制造等操作。”國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對工業(yè)機(jī)器人的定義：“一種能自動控制、可重復(fù)編程、多功能、多自由度的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具，來完成各種作業(yè)”。目前國際上大多數(shù)國家遵循ISO所下的定義。工業(yè)機(jī)器人按ISO8373:2021定義為：“位置可以固定或移動，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制、可重復(fù)編程、多功能多用處、末端執(zhí)行器的位置要在3個或3個以上自由度內(nèi)可編程的工業(yè)自動化設(shè)備”。這里的自由度就是指可運(yùn)動或轉(zhuǎn)動的軸的個數(shù)。圖1-12

當(dāng)代機(jī)器人的應(yīng)用我國對工業(yè)機(jī)器人的定義，“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項目中指出：“工業(yè)機(jī)器人是廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，具有一定的自動性，可依靠自身的動力能源和控制能力實現(xiàn)各種工業(yè)加工制造功能。工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于電子、物流、化工等各個工業(yè)領(lǐng)域之中?！?.2.1工業(yè)機(jī)器人的定義20世紀(jì)80年代，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)得到了巨大的發(fā)展，成為機(jī)器人發(fā)展的一個里程碑，1980年也被稱為“機(jī)器人元年”。為滿足汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展的需要，這個時期開發(fā)出點焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、噴涂機(jī)器人以及搬運(yùn)機(jī)器人這四大類型的工業(yè)機(jī)器人，其系列產(chǎn)品已經(jīng)成熟并形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，有力地推動了制造業(yè)的發(fā)展。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力，裝配機(jī)器人及柔性裝配線又相繼開發(fā)成功。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，裝配機(jī)器人和柔性裝配技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并進(jìn)入一個大發(fā)展時期。現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)器人已發(fā)展成為一個龐大的家族，并與數(shù)值控制（NumericalControl，CN）、可編程控制器（ProgrammableLogicController，PLC）一起成為工業(yè)自動化的三大技術(shù)，應(yīng)用于制造業(yè)的各個領(lǐng)域之中。自20世紀(jì)50年代末第一代機(jī)器人在美國問世以來，工業(yè)機(jī)器人的研制和應(yīng)用有了飛速的發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人顯著的特點可歸納為以下幾個。（1）可編程。生產(chǎn)自動化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性自動化。工業(yè)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程中能發(fā)揮很好的作用，是柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）中的一個重要組成部分。（2）擬人化。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的大臂、小臂、手腕、手等功能結(jié)構(gòu)，在控制上有類似人腦的控制器。此外，智能化工業(yè)機(jī)器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型觸覺傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。（3）通用性。除了專門設(shè)計的專用工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機(jī)器人手部（手爪、工具等）便可使之執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。（4）機(jī)電一體化。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，但是歸納起來是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合，即機(jī)電一體化技術(shù)。第三代智能機(jī)器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器，還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能能力，這些都和微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。因此，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展必將帶動其他技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平也可以驗證一個國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平。1.2.2工業(yè)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展分析中國是制造業(yè)大國，多項政策的推出對工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展起到推動、規(guī)劃作用，供應(yīng)鏈的發(fā)展逐步進(jìn)入快車道，工業(yè)機(jī)器人依托的數(shù)字技術(shù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實和三維圖形技術(shù)均被寫入各項規(guī)劃中，為工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。我國工業(yè)機(jī)器人市場仍處于供不應(yīng)求的階段，企業(yè)通過提高生產(chǎn)水平來提高產(chǎn)能是現(xiàn)階段的發(fā)展重點。工業(yè)機(jī)器人的范圍不斷擴(kuò)大。從能夠快速、精確處理所有有效載荷的傳統(tǒng)籠式機(jī)器人，到可以與人類安全地工作并完全集成到工作臺中的新型協(xié)作機(jī)器人，不得不說，世界科技正在飛速發(fā)展。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深、更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范圍還在不斷地擴(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到電子、電器等其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦業(yè)、建筑業(yè)以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修等各種非制造行業(yè)。機(jī)器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。1.2.3工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的障礙（1）核心技術(shù)與算法的缺乏?？刂破魇枪I(yè)機(jī)器人的大腦，負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)機(jī)器人的動作，伺服電機(jī)和驅(qū)動器用于精確控制機(jī)器人的速度和位置。核心技術(shù)與算法上的缺失限制了對機(jī)器人的精細(xì)控制和智能化水平，導(dǎo)致機(jī)器人性能不穩(wěn)定，故障率較高。（2）自主創(chuàng)新能力還需加強(qiáng)。缺乏自主研發(fā)的核心技術(shù)意味著創(chuàng)新能力受限，無法快速響應(yīng)市場需求變化或開發(fā)出具有獨特優(yōu)勢的產(chǎn)品。未來，在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域需要開發(fā)更強(qiáng)大的深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，使機(jī)器人能夠自我學(xué)習(xí)，從經(jīng)驗中改進(jìn)行為，以適應(yīng)各種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境和任務(wù)，朝著更加智能、自主和安全的方向發(fā)展，從而在工業(yè)自動化、物流、制造和服務(wù)等多個領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。技能訓(xùn)練在表1-2中寫出不同國家對工業(yè)機(jī)器人的定義。表1-2工業(yè)機(jī)器人的定義國家工業(yè)機(jī)器人的定義美國

日本

德國

中國

工業(yè)機(jī)器人是設(shè)計用來搬運(yùn)物料、部件、工具或?qū)ｉT裝置的可重復(fù)編程的多功能操作器，并可通過改變程序的方法來完成各種不同任務(wù)工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠轉(zhuǎn)動并通過自動化完成各種移動來代替人類勞動的通用機(jī)器工業(yè)機(jī)器人是具有多自由度的、能進(jìn)行各種動作的自動機(jī)器，它的動作是可以順序控制的，軸的關(guān)節(jié)角度或軌跡可以不靠機(jī)械調(diào)節(jié)，而由程序或傳感器加以控制。工業(yè)機(jī)器人具有執(zhí)行器、工具及制造用的輔助工具，可以完成材料搬運(yùn)和制造等操作工業(yè)機(jī)器人是廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，具有一定的自動性，可依靠自身的動力能源和控制能力實現(xiàn)各種工業(yè)加工制造功能，被廣泛應(yīng)用于電子、物流、化工等各個工業(yè)領(lǐng)域之中技能訓(xùn)練在下面所列品牌中，找出工業(yè)機(jī)器人的四大品牌，填寫在表1-3中并分析其特點。日本發(fā)那科、瑞士ABB、日本安川、德國庫卡、日本松下、瑞士史陶比爾。表1-3工業(yè)機(jī)器人的特點特點

日本發(fā)那科

瑞士ABB

日本安川

德國庫卡

工業(yè)機(jī)器人四大品牌全電力驅(qū)動、關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)、多CPU二級微機(jī)控制、采用VAL專用語言，可配置視覺、觸覺的力感受器，技術(shù)較為先進(jìn)1974年推出世界上第一臺全電力驅(qū)動、由微處理器控制的工業(yè)機(jī)器人IRB6，仿人化設(shè)計，手臂動作模仿人類手臂動作，采用英特爾8位微處理器的控制器在伺服電機(jī)和驅(qū)動器技術(shù)方面具有優(yōu)勢，其工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品在控制精度和驅(qū)動性能方面表現(xiàn)出色1973年將使用的Unimate機(jī)器人研發(fā)改造成第一臺機(jī)電驅(qū)動的6軸機(jī)器人Famulus，在工業(yè)自動化領(lǐng)域具有較高的可靠性和穩(wěn)定性1.3工業(yè)機(jī)器人的分類關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可按運(yùn)動形式、驅(qū)動方式、負(fù)載質(zhì)量、自由度、應(yīng)用領(lǐng)域等劃分。其中，按照工業(yè)機(jī)器人臂部的運(yùn)動形式以及按照工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式分類，應(yīng)用最為廣泛。1.3.1按工業(yè)機(jī)器人臂部的運(yùn)動形式分類工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動形式可分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型、串聯(lián)型、并聯(lián)型以及混聯(lián)型等類型。1．直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人臂部空間的位置變化是通過沿著3個相互垂直的軸線移動來實現(xiàn)的，常用于生產(chǎn)設(shè)備的上下料和高精度的裝配以及檢測作業(yè)。一般直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的臂部可以垂直上下移動（z方向），并可以沿著滑架和橫梁上的導(dǎo)軌進(jìn)行水平二維平面的移動（x、y方向）。顯然直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的臂部有3個移動關(guān)節(jié)，即3個自由度。直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單，編程容易，在x、y、z

3個方向的運(yùn)動沒有耦合，便于控制系統(tǒng)的設(shè)計，直線運(yùn)動速度快，定位精度高，避障性能較好的優(yōu)點。但直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的工作范圍小，靈活性較差；導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，維護(hù)比較困難，導(dǎo)軌暴露面大，不如轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)密封性好；結(jié)構(gòu)尺寸較大，占地面積較大；移動部分慣量較大，增加了對驅(qū)動性能的要求。直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人如圖1-13所示。圖1-13

直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人1.3.1按工業(yè)機(jī)器人臂部的運(yùn)動形式分類2．圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的臂部有2個移動關(guān)節(jié)和1個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，末端執(zhí)行器的安裝軸線的位姿由(z,r,θ)坐標(biāo)表示，其主體具有3個自由度：腰部轉(zhuǎn)動、升降運(yùn)動、手臂伸縮運(yùn)動。圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人控制精度較高、控制較簡單、結(jié)構(gòu)緊湊；對比直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，可以在垂直和徑向兩個方向往復(fù)運(yùn)動；采用伸縮套筒式結(jié)構(gòu)，在腰部轉(zhuǎn)動時可以把手臂縮回，從而減少轉(zhuǎn)動慣量及力學(xué)負(fù)載；空間尺寸較小，工作范圍較大，末端執(zhí)行器可獲得較高的運(yùn)動速度。但由于機(jī)身結(jié)構(gòu)的原因，手臂不能到達(dá)底部，末端執(zhí)行器離z軸越遠(yuǎn)，增大了機(jī)器人的工作范圍，其切向線位移的控制精度就越低。圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人如圖1-14所示。圖1-14

圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人1.3.1按工業(yè)機(jī)器人臂部的運(yùn)動形式分類3．球坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人球坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的臂部有2個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和1個移動關(guān)節(jié)，末端執(zhí)行器的安裝軸線的位姿由(θ,φ,r)坐標(biāo)表示。機(jī)械手臂能夠里外伸縮移動，在垂直平面內(nèi)擺動以及繞底座在水平面內(nèi)移動。球坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人與圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人相比，在占據(jù)同樣空間的情況下，其工作范圍擴(kuò)大了，還能將臂部伸向地面，完成從地面提取工件的任務(wù)。但運(yùn)動直觀性差，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，臂端的位置誤差會隨臂的伸長而增大。球坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人如圖1-15所示。圖1-15

球坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人4．關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人的臂部主要由底座、大臂和小臂組成。大臂和小臂間的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)稱為肘關(guān)節(jié)，大臂和底座間的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)稱為肩關(guān)節(jié)，底座可以繞垂直軸線轉(zhuǎn)動，稱為腰關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、靈活性好、手部到達(dá)位置精準(zhǔn)、避障性能較好、沒有移動關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)密封性能好、摩擦小、慣量小、關(guān)節(jié)驅(qū)動力小、能耗較低等優(yōu)點。但它在運(yùn)動過程中存在平衡問題，控制存在耦合；當(dāng)大臂和小臂舒展開時，機(jī)器人結(jié)構(gòu)剛度不高。關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人如圖1-16所示。圖1-16

關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人1.3.1按工業(yè)機(jī)器人臂部的運(yùn)動形式分類5．串聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人串聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人（以下簡稱串聯(lián)機(jī)器人）是一個開放的運(yùn)動鏈，如圖1-17所示，其所有運(yùn)動桿并沒有形成封閉的結(jié)構(gòu)鏈。串聯(lián)機(jī)器人的工作空間大，運(yùn)動分析比較容易，可以避免產(chǎn)生驅(qū)動軸之間的耦合效應(yīng)。但各軸必須要獨立控制，并且需要搭配編碼器和傳感器來提高機(jī)構(gòu)運(yùn)動時的精度。串聯(lián)機(jī)器人研究較為成熟，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、控制簡單、運(yùn)動空間大等優(yōu)點，已成功應(yīng)用于諸多場合，如各種機(jī)床、裝配車間等。圖1-17

串聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人1.3.1按工業(yè)機(jī)器人臂部的運(yùn)動形式分類6．并聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人并聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人（以下簡稱并聯(lián)機(jī)器人）和傳統(tǒng)工業(yè)用串聯(lián)機(jī)器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系，它是一個封閉的運(yùn)動鏈，如圖1-18所示。并聯(lián)機(jī)器人不易產(chǎn)生動態(tài)誤差，無誤差積累，精度較高。另外，其結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定，輸出軸大部分承受軸向力，機(jī)器剛度高，承載能力強(qiáng)。但是，并聯(lián)機(jī)器人在位置求解上正解比較困難，而反解較容易。并聯(lián)機(jī)器人和串聯(lián)機(jī)器人各有優(yōu)缺點，與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)器人相比，并聯(lián)機(jī)器人具有以下特點。（1）并聯(lián)機(jī)器人的末端同時由多根連桿支承，與串聯(lián)機(jī)器人相比，剛度更大，而且結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。（2）并聯(lián)機(jī)器人的驅(qū)動裝置可以安放在靠近機(jī)架的位置，避免機(jī)器人運(yùn)動過程中的位置干涉，減小系統(tǒng)的慣量，提升動力性能。（3）并聯(lián)機(jī)器人在設(shè)計過程中經(jīng)常采用對稱式的結(jié)構(gòu)，其協(xié)同性好，互換性也較高。（4）串聯(lián)機(jī)器人末端上存在的誤差是各個關(guān)節(jié)誤差的累積，所以誤差大、精度低，而并聯(lián)機(jī)器人則沒有串聯(lián)機(jī)器人那樣的誤差累積放大關(guān)系，所以誤差小、精度高。（5）并聯(lián)機(jī)器人的動力學(xué)特性較好，甚至在增大尺寸的條件下仍能保持較好的動力學(xué)特性。（6）在位置求解上，串聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)正解較容易，但反解較困難，而并聯(lián)機(jī)器人的正解較困難，反解較容易。圖1-18

并聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人1.3.1按工業(yè)機(jī)器人臂部的運(yùn)動形式分類在實際生活中，常見的并聯(lián)機(jī)器人為3自由度并聯(lián)機(jī)器人和6自由度并聯(lián)機(jī)器人，其中3自由度并聯(lián)機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)種類較多，形式較復(fù)雜，一般有以下形式。平面3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-RRR機(jī)構(gòu)，它具有2個移動機(jī)構(gòu)和一個轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)；球面3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3-UPS-1-S球面機(jī)構(gòu)，該類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)正、反解都相對較簡單，是一種應(yīng)用很廣泛的三維移動空間機(jī)構(gòu)。3自由度并聯(lián)機(jī)器人如圖1-19所示。圖1-19

3自由度并聯(lián)機(jī)器人6

自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是國內(nèi)外學(xué)者研究得最多的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在飛行模擬器、6維力與力矩傳感器和并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域。但這類機(jī)構(gòu)有很多關(guān)鍵性技術(shù)問題沒有得到解決或沒有完全得到解決，比如運(yùn)動學(xué)正解、動力學(xué)模型的建立以及并聯(lián)機(jī)床的精度標(biāo)定等。6自由度并聯(lián)機(jī)器人如圖1-20所示。圖1-20

6自由度并聯(lián)機(jī)器人1.3.1按工業(yè)機(jī)器人臂部的運(yùn)動形式分類7．混聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人混聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人（以下簡稱混聯(lián)機(jī)器人）采用新型機(jī)構(gòu)，是以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，在并聯(lián)機(jī)構(gòu)中嵌入具有多個自由度的串聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的一個復(fù)雜的混聯(lián)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，屬于對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的補(bǔ)償和優(yōu)化?；炻?lián)機(jī)器人具有并聯(lián)機(jī)器人剛度大、承載能力強(qiáng)、速度高、精度高的特點，又具有串聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動空間大、控制簡單、操作靈活的特性，多用于高速度和高精度的場合。除在應(yīng)用工藝上常用于食品、醫(yī)藥、3C（3C是指結(jié)合計算機(jī)、通信和消費(fèi)性電子三大科技產(chǎn)品整合應(yīng)用的資訊家電產(chǎn)業(yè)）、日化、物流等行業(yè)中的理料、分揀、轉(zhuǎn)運(yùn)外，它還憑借多角度拾取優(yōu)勢擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍?；炻?lián)機(jī)器人有3P-2R和3P-3R兩種常見的組成結(jié)構(gòu)，擁有混聯(lián)機(jī)器人的企業(yè)并不多見。（1）混聯(lián)

5

軸機(jī)器人由3P-2R結(jié)構(gòu)組成，即3自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)與2自由度的串聯(lián)機(jī)構(gòu)，將并聯(lián)機(jī)構(gòu)的處理快速、精度高與串聯(lián)末端拾取位姿靈活的特點相結(jié)合，可實現(xiàn)將平行放置的物料沿平行方向x軸±360°及沿豎直方向y軸±90°翻轉(zhuǎn)放置的操作。該類機(jī)器人一次作業(yè)只對上半曲面進(jìn)行拾取，故而5自由度可以滿足靈活作業(yè)要求?；炻?lián)型工業(yè)機(jī)器人如圖1-21所示。（2）混聯(lián)6軸機(jī)器人由3P-3R結(jié)構(gòu)組成，即3自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)與3自由度的串聯(lián)機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了更大空間的運(yùn)行，在保持了原有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點之外，增加了拾取物品位姿隨機(jī)、末端擺放自由靈活、理料與分揀雙工藝結(jié)合的特點。運(yùn)用3D相機(jī)完成立體物料的視覺信息捕捉后，機(jī)器人可根據(jù)物料在三維空間內(nèi)的位置與角度進(jìn)行判斷，解決了以往機(jī)器人只能進(jìn)行平面抓取的弊端，實現(xiàn)對堆疊來料的快速理料，同時也開拓了對不規(guī)則、不平整來料進(jìn)行涂膠、注塑等新工藝，豐富了應(yīng)用場景?；炻?lián)6軸機(jī)器人如圖1-22所示。

圖1-21混聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人

圖1-22混聯(lián)6軸機(jī)器人1.3.1按工業(yè)機(jī)器人臂部的運(yùn)動形式分類混聯(lián)機(jī)器人的出現(xiàn)為工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用拓寬了場景，能更加有效地結(jié)合市場需求，滿足客戶個性化定制需要，建立行之有效的自動化解決方案，幫助我國制造業(yè)提升企業(yè)的核心競爭力和盈利能力，加快企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

圖1-21混聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人

圖1-22混聯(lián)6軸機(jī)器人1.3.2按工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式分類工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式，按動力源的不同分為氣動、液壓和電動三大類。根據(jù)需要可由這3種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。1．氣動式工業(yè)機(jī)器人氣動式工業(yè)機(jī)器人在一些特定的工業(yè)場景中具有廣泛應(yīng)用，特別是在一些易燃易爆的環(huán)境中，因為它們不會產(chǎn)生火花。此外，氣動式工業(yè)機(jī)器人還常用于一些需要高速、短程運(yùn)動的應(yīng)用，如裝配線上的零件傳送和組裝等。然而，氣動式工業(yè)機(jī)器人也存在一些局限性，比如在需要高扭矩、高精度和長程運(yùn)動方面的應(yīng)用相對有限。另外，氣動系統(tǒng)的能效較低，使用氣動式工業(yè)機(jī)器人可能會導(dǎo)致能源浪費(fèi)。隨著技術(shù)的發(fā)展，一些新的氣動元件和控制技術(shù)的出現(xiàn)，有望改善氣動式工業(yè)機(jī)器人的性能和應(yīng)用范圍。氣動式工業(yè)機(jī)器人如圖1-23所示。2．液壓式工業(yè)機(jī)器人液壓式工業(yè)機(jī)器人是一種利用液壓系統(tǒng)作為其主要驅(qū)動力的自動化設(shè)備，常見于汽車制造業(yè)、重型機(jī)械加工以及需要高強(qiáng)度操作的場合。此外，在一些特定的工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如金屬加工、建筑工程、冶金等，可以幫助提高生產(chǎn)效率、降低人力成本，并在一些特殊環(huán)境下取代人工操作，提高工作安全性和效率。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，液壓式工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍和性能也在不斷提升。液壓式工業(yè)機(jī)器人如圖1-24所示。圖1-23氣動式工業(yè)機(jī)器人

圖1-24

液壓式工業(yè)機(jī)器人1.3.2按工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式分類3．電動式工業(yè)機(jī)器人電動式工業(yè)機(jī)器人因其高效、精準(zhǔn)和環(huán)保的特點，在現(xiàn)代工業(yè)自動化中占據(jù)了主導(dǎo)地位，擁有先進(jìn)的控制系統(tǒng)，可以進(jìn)行復(fù)雜的路徑規(guī)劃、速度控制和力控制，實現(xiàn)高度靈活和精確的動作。為了增加扭矩和減小速度，電動機(jī)通常會連接到精密的齒輪減速器，如行星齒輪減速器或諧波齒輪減速器。編碼器用于監(jiān)測電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和速度，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制，確保機(jī)器人運(yùn)動的精度?？刂栖浖试S用戶編程和調(diào)試機(jī)器人的動作，通常支持多種編程語言和接口標(biāo)準(zhǔn)，便于與生產(chǎn)線上的其他設(shè)備集成。電動式工業(yè)機(jī)器人如圖1-25所示。圖1-25

電動式工業(yè)機(jī)器人技能訓(xùn)練請把下列工業(yè)機(jī)器人按不同分類方式歸類，并填入表1-4中。直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人、球坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人、關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人、串聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人和并聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人、氣動式工業(yè)機(jī)器人、液壓式工業(yè)機(jī)器人、電動式工業(yè)機(jī)器人。表1-4工業(yè)機(jī)器人種類工業(yè)機(jī)器人分類方法工業(yè)機(jī)器人類型按臂部運(yùn)動形式

按驅(qū)動方式

直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人、球坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人、關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人、串聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人、并聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人、混聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人氣動式工業(yè)機(jī)器人、液壓式工業(yè)機(jī)器人、電動式工業(yè)機(jī)器人1.4.1機(jī)器人搬運(yùn)應(yīng)用目前搬運(yùn)仍然是機(jī)器人的第一大應(yīng)用領(lǐng)域，占機(jī)器人應(yīng)用整體的40%左右。許多自動化生產(chǎn)線需要使用機(jī)器人進(jìn)行上下料、搬運(yùn)以及碼垛等操作。如圖1-26所示，機(jī)器人在搬運(yùn)模具。近年來，隨著協(xié)作機(jī)器人的興起，搬運(yùn)機(jī)器人的市場份額一直呈增長態(tài)勢。圖1-26機(jī)器人搬運(yùn)模具1.4.2機(jī)器人機(jī)械加工應(yīng)用機(jī)械加工機(jī)器人主要從事的應(yīng)用領(lǐng)域包括零件鑄造、激光切割以及水射流切割，由于市面上有許多自動化設(shè)備可以勝任機(jī)械加工的任務(wù)，因此這類機(jī)器人的應(yīng)用量并不高。如圖1-27所示，機(jī)器人在切割板材。圖1-27機(jī)器人切割板材1.4.3機(jī)器人噴涂應(yīng)用機(jī)械加工機(jī)器人主要從事的應(yīng)用領(lǐng)域包括零件鑄造、激光切割以及水射流切割，由于市面上有許多自動化設(shè)備機(jī)器人噴涂主要指的是涂裝、點膠、噴漆等工作，其應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車行業(yè)噴涂、家具行業(yè)繪畫、一般工業(yè)噴涂。汽車行業(yè)憑借其產(chǎn)量大、節(jié)奏快、噴涂表面要求高等特點，成為噴涂機(jī)器人應(yīng)用最廣泛的行業(yè)，如圖1-28所示。自動噴漆輸送系統(tǒng)、機(jī)器人噴漆/烘干設(shè)備等的應(yīng)用，提高了噴漆產(chǎn)品合格率，減少了人工成本。隨著人們對綠色生活的追求，木器家具廣泛使用水性涂料，形狀較規(guī)則的桌板、門板已廣泛采用水性漆自動噴涂，而對于形狀不規(guī)則的桌腿等工件，噴涂機(jī)器人得到了一定程度的應(yīng)用。陶瓷衛(wèi)浴產(chǎn)品表面釉料已廣泛采用機(jī)器人噴涂；亞克力衛(wèi)浴產(chǎn)品表面玻璃纖維增強(qiáng)樹脂材料也有一些企業(yè)在研究采用機(jī)器人噴涂。機(jī)械制造、航空航天、特種裝備等工業(yè)領(lǐng)域，其工件形狀復(fù)雜、尺寸多變、同種工件數(shù)量少，噴涂機(jī)器人的應(yīng)用比較廣泛。隨著玻璃纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料在衛(wèi)浴、汽車、航空航天、游艇等方面的廣泛應(yīng)用，噴涂機(jī)器人將會發(fā)揮更大的作用。可以勝任機(jī)械加工的任