机器人发展史

机器人发展史

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工业机器人的发展史

讲解思路概述

目的：使更多的学生了解、明白什么是工业机器人并且喜爱上它

怎么了解？使用工业机器人的发展史来贯穿以下几点

什么是工业机器人?为什么会出现工业机器人？工业机器人能干什么?机器人的发展史。未来机器人的走向。我国目前机器人的情况。

什么是工业机器人？主要介绍原理和分类。

为什么会出现机器人？首台工业机器人出现的原因和其工业机器人功能。

说到功能涉及出机器人能干什么

原因涉及出机器人的发展史(机器人的历程,未来机器人的走向,我国目前机器人的情况）

1 工业机器人的原理及分类

国际机器人联合会将机器人定义如下：机器人是一种半自主或全自主工作的机器,它能完成有益于人类的工作,应用于生产过程称为工业机器人,应用于特殊环境称为专用机器人（特种机器人),应用于家庭或直接服务人称为（家政)服务机器人。这种内涵广义的理解是机器人自动化机器,而不应该理解为如翻译的像人一样机器。

20 世纪中期，随着计算机技术、自动化技术和原子能技术的发展,工业机器人开始在美国得到研究和发展,使其在工业生产中得以广泛使用。工业机器人的最初出现是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物,如今工业机器人是综合了多学科而形成的高新技术产物,是当代十分活跃的研究开发领域。为了跟上社会进步、经济发展的步伐，工业机器人以不同的种类正逐步应用在到各行各业, 对国民经济发展有着举足轻重的作用。

1．1工业机器人的工作原理

现代工业自动化领域中应用的各种操作机器人是目前工业机器人技术中最成熟的一类,这种工业机器人实质上是一类能根据预先将程序编制在存储装置中,然后操作程序自动重复执行,进行完全代替人工作业的自动化机器。其系统构成如图1 所示。

图 1

工业机器人系统基本构成

由图１可知,工业机器人构成是个闭环系统, 通过运动控制器、伺服驱动器、机器人本体、传感器等部件可以完成人们需要的功能。

工厂中高性能通用型工业机器人一般采用关节型的机械结构,每个关节由独立的驱动

电机控制,通过计算机对驱动单元的功率放大电路进行控制，实现机器人的运动控制操作。其控制系统原理流程图如图２所示。

图 2

工业机器人控制系统原理图

由图 2 可知,关节型工业机器人的组成由人机界面( 示教器）、伺服驱动器、运动控制器( 下位机) 、机器人本体等组成,通过机器人末端带不同的夹具来实现不同的功能。示教器是对机器人状态的监控及发出运动指令部分,是人跟机器人信息交互的唯一窗口; 伺服驱动器是对伺服电机的控制，是机械手臂运动的动力源; 运动控制器是各个关节的位姿运算单元,正解和逆解程序的执行、运行都在其中计算；机器人本体是执行机构,是实现要求功能的最直接部件。


１.２工业机器人的分类

随着科学技术的不断进步,我国工业机器人已经走上了自主研发阶段,这样标志着我国工业自动化走向了新的里程碑。按照工业机器人的关键技术发展过程其可分为三代：

第一代是示教再现机器人,主要由机器人本体、运动控制器和示教盒组成,操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程,并保存示教信息。当机器人自动运行时,由运动控制器解析并执行存储的示教程序，使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动，连续轨迹再现的控制方法,可以完成直线和圆弧的连续轨迹运动, 然而复杂曲线的运动则由多段圆弧和直线组合而成。由于操作的容易性、

可视性强，所以在当前工业中应用最多。

第二代是离线编程机器人,该机器人编程系统是采用离线式计算机实体模型仿真技术，首先建立起机器人及其工作环境的实体模型,再采用实际的正逆解算法,通过对实体模型的控制和操作,在离线的情况下进行路径规划,然后通过编程对实体模型进行三维动画仿真,以检验编程的正确性,最后将正确的代码传递给机器人控制柜,以控制机器人运动,完成了离线编程。

第三代是智能机器人，它除了具有第一代和第二代的特点以外可带有各种传感器，这类机器人对外界环境不但具有感觉能力,而且具有独立判断、记忆、推理和决策的能力,能适应外部对象、环境协调地工作，能完成更加复杂的动作。在工作时通过传感器获得外部的信息,并进行信息反馈，然后灵活调整工作状态,保证在适应环境的情况下完成工作。此机器人用在弧焊和搬运工作中较多。

在我国,由于机器人技术以及研发的落后，工业机器人主要应用在制造业,如汽车制造行业和工程机械行业,主要用于汽车及工程机械的喷涂、焊接及搬运岗位。

２工业机器人的的出现

早在１９54 年美国乔治·德沃尔设计出第一台电子可编程序的工业机器人,并于

1９6１年发表了该项专利，１96２年美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代机器人诞生。从此,机器人开始成为人类生活中的现实,随后日本使工业机器人得到迅速的发展。

3机器人的发展史

现代工业机器人的发展开始于 20 世纪中期, 依托计算机、自动化以及原子能的快速发展。为了满足大批量产品制造的迫切需求,并伴随着相关自动化技术的发展,数控机床于1952 年诞生,同时数控机床的控制系统、伺服电动机、减速器等关键零部件为工业机器人的开发打下了坚实的基础；同时,在原子能等核辐射环境下的作业,迫切需要特殊环境作业机械臂代替人进行放射性物质的操作与处理，基于此种需求,194７年美国阿尔贡研究所研发了遥操作机械手,１948 年接着研制了机械式的主从机械手。1954 年美国的戴沃尔对工业机器人的概念进行了定义,并进行了专利申请。1９62 年美国的 AMF 公司推出的“UNIMAＴＥ”,是工业机器人较早的实用机型,其控制方式与数控机床类似,但在外形上由类似于人的手和臂组成。1965 年，一种具有视觉传感器并能对简单积木进行识别、定位的机器人系统在美国麻省理工大学研制完成。１967 年机械手研究协会在日本成立，并