第一篇：工業機器人--論文

材料：工業機器人論文

摘要：工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。工業機器人是自動執行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。國際電氣電子工程師協會IEEE的科學家在對未來科技發展方向進行預測中提出了4個重點發展方向，機器人技術就是其中之一。

關鍵詞：工業機器人；構造；中國工業機器人；發展前景；

由來

1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅薩姆的萬能機器人》中最早使用機器人一詞，劇中機器人“Robot”這個詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個具有人的外表，特征和功能的機器，是一種人造的勞力。它是最早的工業機器人設想。

20世紀40年代中后期，機器人的研究與發明得到了更多人的關心與關注。50年代以后，美國橡樹嶺國家實驗室開始研究能搬運核原料的遙控操縱機械手。

所示，這是一種主從型控制系統，主機械手的運動。系統中加入力反饋，可使操作者獲知施加力的大小，主從機械手之間有防護墻隔開，操作者可通過觀察窗或閉路電視對從機械手操作機進行有效的監視，主從機械手系統的出現為機器人的產生為近代機器人的設計與制造作了鋪墊。

1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方式。1959年第一臺工業機器人在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元

特點

戴沃爾提出的工業機器人有以下特點:將數控機床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機構聯接在一起，預先設定的機械手動作經編程輸入后，系統就可以離開人的輔助而獨立運行。這種機器人還可以接受示教而完成各種簡單的重復動作，示教過程中，機械手可依次通過工作任務的各個位置，這些位置序列全部記錄在存儲器內，任務的執行過程中，機器人的各個關節在伺服驅動下依次再現上述位置，故這種機器人的主要技術功能被稱為“可編程”和“示教再現”。

1962年美國推出的一些工業機器人的控制方式與數控機床大致相似，但外形主要由類似人的手和臂組成。后來，出現了具有視覺傳感器的、能識別與定位的工業機器人系統。當今工業機器人技術正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業環境的自適應能力的方向發展。目前，對全球機器人技術的發展最有影響的國家是美國和日本。美國在工業機器人技術的綜合研究水平上仍處于領先地位，而日本生產的工業機器人在數量、種類方面則居世界首位。

構造與分類

工業機器人由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。主體即機座和執行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以使執行機構產生相應的動作；控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號，并進行控制。

工業機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓

柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；關節型的臂部有多個轉動關節。

工業機器人按執行機構運動的控制機能，又可分點位型和連續軌跡型。點位型只控制執行機構由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業；連續軌跡型可控制執行機構按給定軌跡運動，適用于連續焊接和涂裝等作業。

工業機器人按程序輸入方式區分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業程序文件，通過RS232串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅動系統，使執行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領動執行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執行機構再現示教的各種動作。示教輸入程序的工業機器人稱為示教再現型工業機器人。

具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業機器人，能在較為復雜的環境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環境，并自動完成更為復雜的工作。

應用

所謂工業機器人，就是具有簡單記憶和可變控制程序的自動機械。它是在機械手的基礎上發展起來的，國外稱為industrial robot。工業機器人的出現將人類從繁重單一的勞動中解放出來，而且它還能夠從事一些不適合人類甚至超越人類的勞動，實現生產的自動化，避免工傷事故和提高生產效率。，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。隨著世界生產力的發展，必然促進相應科學技術的發展。工業機器人能夠極大地提高生產效率，已經廣泛地進入人們的生活生產領域。

20世紀50年代末，美國在機械手和操作機的基礎上，采用伺服機構和自動控制等技術，研制出有通用性的獨立的工業用自動操作裝置，并將其稱為工業機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業機器人，并很快地在工業生產中得到應用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業機器人組成了焊接轎車車身的自動生產線。此后，各工業發達國家都很重視研制和應用工業機器人。

由于工業機器人具有一定的通用性和適應性，能適應多品種中、小批量的生產，70年代起，常與數字控制機床結合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統的組成部分。中國的工業機器人

我國工業機器人起步于70年代初期，經過20多年的發展，大致經歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發期和90年代的適用化期。

70年代是世界科技發展的一個里程碑：人類登上了月球，實現了金星、火星的軟著陸。我國也發射了人造衛星。世界上工業機器人應用掀起一個高潮，尤其在日本發展更為迅猛，它補充了日益短缺的勞動力。在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業機器人。

進入80年代后，在高技術浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機器人技術的開發與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間，國家投入資金，對工業機器人及其零部件進行攻關，完成了示教再現式工業機器人成套技術的開發，研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人。1986年國家高技術研究發展計劃（863計劃）開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一

批特種機器人。

從90年代初期起，我國的國民經濟進入實現兩個根本轉變時期，掀起了新一輪的經濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業機器人又在實踐中邁進一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產業化基地，為我國機器人產業的騰飛奠定了基礎。

雖然中國的工業機器人產業在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業機器人很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產業發展的一個重要瓶頸。

工業機器人在世界其他主要國家的發展：

美國是工業機器人的誕生地，基礎雄厚，技術先進。現今美國有著一批具有國際影響力的工業機器人供應商，像Adept Technologe、American Robot、Emersom Industrial Automation 等。

德國工業機器人的數量占世界第三，僅次于 日本和美國，其智能機器人的研究和應用在世界上處于領先地位。目前在普及第一代工業機器人的基礎上，第二代工業機器人經推廣應用成為主流安裝機型，而第三代智能機器人已占有一定比重并成為發展的方向。世界上的機器人供應商分為日系和歐系。瑞典的ABB公司是世界上最大機器人制造公司之一。1974年研發了世界上第一臺全電控式工業機器人IRB6，主要應用于工件的取放和物料搬運。1975年生產出第一臺焊接機器人。到1980年兼并Trallfa噴漆機器人公司后

工業機器人的發展前景

在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流及未來的發展方向。國外汽車行業、電子電器行業、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業機器人的使用實踐表明，工業機器人的普及是實現自動化生產，提高社會生產效率，推動企業和社會生產力發展的有效手段。

機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。國際電氣電子工程師協會IEEE的科學家在對未來科技發展方向進行預測中提出了4個重點發展方向，機器人技術就是其中之一。1990年10月，國際機器人工業人士在丹麥首都哥本哈根召開了一次工業機器人國際標準大會，并在這次大會上通過了一個文件，把工業機器人分為四類：⑴順序型。這類機器人擁有規定的程序動作控制系統；⑵沿軌跡作業型。這類機器人執行某種移動作業，如焊接。噴漆等；⑶遠距作業型。比如在月球上自動工作的機器人；⑷智能型。這類機器人具有感知、適應及思維和人機通信機能。

日本工業機器人產業早在上世紀90年代就已經普及了第一和第二類工業機器人，并達到了其工業機器人發展史的鼎盛時期。而今已在第發展三、四類工業機器人的路上取得了舉世矚目的成就。日本下一代機器人發展重點有：低成本技術、高速化技術、小型和輕量化技術、提高可靠性技術、計算機控制技術、網絡化技術、高精度化技術、視覺和觸覺等傳感器技術等。

根據日本政府2007年指定的一份計劃，日本2050年工業機器人產業規模將達到1.4兆日元，擁有百萬工業機器人。按照一個工業機器人等價于10個勞動力的標準，百萬工業機器人相當于千萬勞動力，是目前日本全部勞動人口的15%。

我國工業機器人起步于70年代初，其發展過程大致可分為三個階段：70年代的萌芽期；80年代的開發期；90年代的實用化期。而今經過20多年的發展已經初具規模。目前我國已生產出部分機器人關鍵元器件，開發出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業機器人。一批國產工業機器人已服務于國內諸多企業的生產線上；一批機器人技術的研究人才也涌現出來。一些相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化設計制

造技術；工業機器人控制、驅動系統的硬件設計技術；機器人軟件的設計和編程技術；運動學和軌跡規劃技術；弧焊、點焊及大型機器人自動生產線與周邊配套設備的開發和制備技術等。某些關鍵技術已達到或接近世界水平。

一個國家要引入高技術并將其轉移為產業技術（產業化），必須具備5個要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有著“機器人王國”之稱的日本相比，我國有著截然不同的基本國情，那就是人口多，勞動力過剩。刺激日本發展工業機器人的根本動力就在于要解決勞動力嚴重短缺的問題。所以，我國工業機器人起步晚發展緩。但是正如前所述，廣泛使用機器人是實現工業自動化，提高社會生產效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發展工業機器人產業，引進國外技術和設備，培養人才，打開市場。日本工業機器人產業的輝煌得益于本國政府的鼓勵政策，我國在十一五綱要中也體現出了對發展工業機器人的大力支持。

總結

1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。1959年第一臺工業機器人在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元。

第二篇：工業機器人論文

走進科技論文

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顏衛勤

工業機器人論文

在科技界，科學家會給每一個科技術語一個明確的定義，但機器人問世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統一的意見。原因之一是機器人還在發展，新的機型，新的功能不斷涌現。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。就像機器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創造空間。其實并不是人們不想給機器人一個完整的定義，自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什么是機器人。但隨著機器人技術的飛速發展和信息時代的到來，機器人所涵蓋的內容越來越豐富，機器人的定義也不斷充實和創新。

在此，我僅根據自己的所學及課本給出的定義概述一下有關機器人的定義。機器人（Robot）是1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》的劇本中，塑造的一個具有人的外表、特征和功能，愿意為人服務的機器奴仆“Robota”一詞衍生出來的。根據這個定義，我們可以這樣說：機器人是一個在三維空間中具有多自由度的，并能實現諸多擬人動作和功能的機器；而工業機器人（Industrial Robot）則是在工業生產上應用的機器人。

而美國機器人工業協會（U.S.RIA）提出的工業機器人定義為機器人是“一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，通過可編程序動作來執行種種任務的，并具有編程能力的多功能機械手(manipulator)或者通過不同程序的調用來完成各種工作任務的特種裝置”。日本機器人協會(JIRA)的定義則是：工業機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執行器(end effector)的，能夠轉動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。可見美國機器人協會和日本機器人協會給出了相類似的定義。國際標準化組織(ISO)的定義：“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執行種種任務”。而我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。在我國，在工業領域內應用的機器人我們稱為工業機器人。通常人們對工業機器人的定義是：工業機器人是一種能模擬人的手、臂的部分動作, 按照預定的程序、軌跡及其它要求, 實現抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置。

工業機器人的最顯著的特點簡單概述為可編程、擬人化、通用性、機電一體化。

工業機器人由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。主體即機座和執行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以使執行機構產生相應的動作；控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號，并進行控制。工業機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；關節型的臂部有多個轉動關節。

工業機器人按執行機構運動的控制機能，又可分點位型和連續軌跡型。點位型只控制執行機構由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業；連續軌跡型可控制執行機構按給定軌跡運動，適用于連續焊接和涂裝等作業。工業機器人按程序輸入方式區分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業程序文件，通過RS232串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅動系統，使執行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領動執行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執行機構再現示教的各種動作。示教輸入程序的工業機器人稱為示教再現型工業機器人。

具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業機器人，能在較為復雜的環境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環境，并自動完成更為復雜的工作。

清潔機器人的涵蓋范圍廣泛，依照IFR World Robotic的分類，可分為產業型與家用型兩大類，在產業型方面例如地板清潔（吸塵與洗地）、風管空調系統清潔、除草、大樓窗戶清洗、水箱清潔等。目前為止應用最成功的仍屬地板清潔型機器人，包括機場、大賣場、工廠、飯店大廳等大范圍面積的場所，原因在于地板屬于2-D幾何平面，技術相對較為單純。而家用型的地板清潔機器人（吸塵器）在近年來則快速竄起，成為市場主流產品，根據IFR World Robotics 2005的統計數據顯示，服務型機器人中，清潔機器人仍是主要應用。其中家用清潔機器人更占整體服務型機器人的95%以上，其中2005-2008年更可高達447萬臺。

家用型清潔機器人受到熱烈歡迎的主要原因在于已開發與開發中國家多以雙薪家庭為主，并逐漸走向少子化與高齡化的趨勢，在家庭人口結構變少的情況下，清潔工作的替代便成為新興市場發展的重要需求，遂使的清潔機器人成為各國爭相投入的技術研發重點。

隨著自動化技術與人工智能的快速發展，機器人在人類的環境中扮演越來越重要的腳色。傳統上機器人的應用層面多集中于工業化的生產系統與制造流程上，專門應付長時間作業、大量重復性動作、系統復雜且需要精密控制、高危險性等工作上。而近年來的演進則漸漸朝向服務型機器人的方向快速蓬勃發展。那么在我們身邊有什么樣的機器人呢？ 生活中常見的工業機器人有如下幾種：

點焊機器人，這主要是針對汽車生產線，提高生產效率，提高汽車焊接的質量，降低工人的勞動強度的一種機器人。它的特點是通過機器人對兩個鋼板進行點焊的時候，需要承載一個很大的焊鉗，一般在幾十公斤以上，那么它的速度要求在每秒鐘一米五到兩米這樣的高速運動，所以它一般來說有五到六個自由度，負載三十到一百二十公斤，工作的空間很大，大概有兩米，這樣一個球形的工作空間，運動速度也很高，那么自由度的概念，就是說，是相對獨立運動的部件的個數，就相當于我們人體，腰是一個回轉的自由度，我們大臂可以抬起來，小臂可以彎曲，那么這就三個自由度，同時腕部還有一個調整姿態來使用的三個自由度，所以一般的機器人有六個自由度，就能把空間的三個位置，三個姿態，機器人完全實現，當然也有小于六個自由度的，也有多于六個自由度的機器人，只是在不同的需要場合來配置。

弧焊機器人也是工業機器人中一個最重要的方面，像我們汽車的后橋，進行焊接的時候，它連續焊接，所以它的特點是連續軌跡控制，所以它要求的軌跡精度要求非常高，一般來說也是五到六個自由度，由于它焊槍比較小，所以在五到十公斤就可以了，這個方面是在國際和國內應用非常大的一類機器人，在另一方面像搬運和鉚接，這些工作場合下，像搬運，主要是要求機器人有很高的速度，承載能力很多、很強，像日本的大庫機器人，它可以承載三百公斤，抓取、來進行搬運和碼垛。

醫療機器人，是近五年來發展比較迅速的一個新的應用領域，那么這個也可以看到幾個方面，包括人是一個非常珍貴的生物，那么包括人的眼球、神經、血管都很精細，那么如果人手術的時候，醫生來手術，一個是疲勞，另一個人手操作的精度還是有限的，那么這是在德國，一些大學里面，面向人的脊椎，如腰間盤突出這種病，進行識別以后，能夠自動地用機器人來輔助進行定位，進行操作和手術。還有一類叫康復機器人，康復機器人像比方說，現在發病量比較大的是偏癱和半身不遂這種病患，當他恢復治療完以后，需要對他的肢體進行鍛煉和恢復，那么如果醫生是有限的，不可能一個醫生，天天給一個病人進行按摩或牽引這樣的工作，那么家庭的人員都上班，沒有時間照顧，那么用一個機器人，可以對他的手進行牽動，天天強迫他進行鍛煉，使人的肌肉的恢復達到最好，更為精細的工作像很多大學和一些醫院在開發像人的腦手術，這個是很危險的事情，但是，已經得到了很好的例證，包括北航開發出了對人腦的定位和鉆孔這樣的工作，還包括像美國已經有一千多例機器人對人眼球進行手術，這樣的機器人，還包括通過遙控操作的辦法，實現對人的胃腸這種手術，大家在電視里邊看到，一個機械手，大概有手指這樣粗細的一個機械手，通過插入腹臟以后，人在屏幕上操作這個機器手，同時對它用激光的方法對病灶進行激光的治療，這樣的話，人就不用很大幅度地破壞人的身體，這實際對人的一種解放，是非常好一種機器人，醫療機器人它也很復雜，一方面它完全自動去完成各種工作，是有困難的，一般來說都是人來參與，這是美國開發的一個林白手術這樣一個例子，人通過在屏幕上，通過一個遙控操作手來控制另一個機械手，實現通過對人的腹腔進行手術，前幾年我們國家展覽會上，美國已經成功的實現了對人的心臟瓣膜的手術和搭橋手術，這已經在機器人領域中，引起了很大的轟動，還包括，AESOP的這種外科手術機器人，它實際上通過一些儀器能夠對人的一些病變進行檢查，通過一個機械手就能夠實現對人的某些部位進行手術，還包括遙操作機械手，以及多個醫生可以在機器人共同參與下進行手術，包括機器人給大夫醫生拿鉗子、鑷子或刀子來代替護士的工作，同時把照明能夠自動的給醫生的動作聯系起來，醫生的手到哪兒，照明就去哪兒，這樣非常好的，一個醫生的助手。

由此可見，工業機器人是人類的得力助手，隨著社會的發展，大量的工業機器人把人們從繁重的體力和危險的環境中解放出來，使人們有更好的崗位去工作，去創造更好的精神財富和文化財富，機器人來做這些危險環境的工作，展望21世紀工業機器人將是一個與20世紀計算機的普及一樣，會深入地應用到各個領域，有人說在21世紀的前20年是機器人從制造業走向非制造業的發展一個重要時期，也是智能機器人發展的一個關鍵時期，目前國際上很多國家，也對機器人對人類社會的影響的估計提出了新的認識，同時，我們也可以看到機器人技術，涉及到多個學科，機械、電工、自動控制、計算機測量、人工智能、傳感技術等等，它是一個國家高技術實力的一個重要標準。所以，作為當代大學生，作為一名機械專業的學生，我們的使命任重而道遠。

第三篇：淺談工業機器人

蘇 州 市 職 業 大 學

課程報告

名 稱

現代制造技術

院

系

機電工程學院

班

級

12機電3班

姓

名

戴

亮

學

號

125307306

淺談工業機器人

戴 亮

（蘇州市職業大學機電工程學院機電一體化專業

機電一體化12級3班）

【摘要】：

本文對工業機器人的定義和所涉及到的技術進行了概述，然后從其組成及分類、控制技術、發展歷程、現狀、發展前景、產業發展模式以及主要研究內容進行了系統的闡述，最后分析了其在生產生活中的應用。

【關鍵詞】：發展

現狀

前景

應用

序言

工業機器人是生產過程中的關鍵設備，可用于安裝、制造、檢測、物流等生產環節，并廣泛應用于汽車及汽車零部件、電氣電子、化工、工程機械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫藥、冶金及印刷出版等眾多行業，應用領域廣泛。

近年來，工業機器人的應用越來越廣泛，種種跡象表明工業自動化時代已經到來，工業機器人極有可能成為下一個迎來爆發式增長的新興產業。另一方面，中國工業機器人產業正處于前所未有的機遇期，政策紅利、工業轉型升級需求釋放等機遇疊加，但中國工業機器人產業化發展卻不盡如人意，產業化進程發展緩慢。

一、工業機器人的定義及技術概述

1.定義

工業機器人是一種可重復編程的多自由度的自動控制操作機，是涉及機械學、控制技術、傳感技術、人工智能、計算機科學等多學科技術為一體的現代制造業的基礎設備。2.技術概述

機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業以及非產業界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。機器人應用情況，是一個國家工業自動化水平的重要標志。

二、工業機器人的組成及分類

1.工業機器人的組成

工業機器人一般由執行機構、控制系統、驅動系統以及位置檢測機構組成。（1）執行機構

執行機構是一組具有與人手腳功能相似的機械機構，俗稱操作機，通常由手部、腕部、臂部、機身、機座及行走機構組成。（2）控制系統

控制系統是機器人的大腦，控制與支配機器人按給定的程序動作，并記憶人們示教的指令信息，如動作順序、運動軌跡、運動速度等，可再實現控制所儲存的示教信息。（3）驅動系統

驅動系統是機器人執行作業的動力源，按照控制系統發出的控制指令驅動執行機構完成規定的作業。常用的驅動系統有機械式、液壓式、氣動式以及電氣驅動等不同的驅動形式。（4）位置檢測裝置

通過附設的力、位移、觸覺、視覺等不同的傳感器，檢測機器人的運動位置和工作狀態，并隨時反饋給控制系統，以便執行機構以一定的精度和速度達到設定的位置。

2.工業機器人的分類

機器人的分類方法有很多，這里僅按機器人的結構形式、驅動方式以及系統功能進行分類。

（1）按結構形式分類

①直角坐標機器人 ②圓柱坐標機器人 ③球坐標機器人 ④關節機器人（2）按驅動方式分類

①氣壓傳動機器人 ②液壓傳動機器人 ③電氣傳動機器人（3）按系統功能分類

①專用機器人 ②通用機器人 ③示教再現式機器人 ④智能機器人

三、工業機器人的控制技術

1.工業機器人控制系統的分類

（1）按照控制回路的不同分，可分為開環系統和閉環系統。

（2）按照控制系統的硬件分，可分為機械控制、液壓控制、射流控制、順序控制、計算機控制。

（3）按自動化程度分，可分為順序控制系統、程序控制系統、自適應控制系統、人工智能系統。

（4）按編程方式分，可分為物理設置編程控制系統、示教編程控制系統、離線編程控制系統。

（5）按機器人末端運動控制軌跡分，可分為點位控制和連續輪廓控制。2.工業機器人的位置伺服控制（1）關節伺服控制

關節伺服控制是以大多數非直角坐標機器人為控制對象，它把每一個關節作為單獨的單輸入單輸出系統來處理，且獨立構成一個個伺服系統。這種關節伺服

結構簡單，目前大部分關節機器人都由這種關節伺服系統來控制。以前這種伺服系統通常采用模擬電路構成，而隨著微電子和信號處理技術的發展，關節伺服控制系統已普遍采用了數字電路形式。（2）坐標伺服控制

由于關節伺服控制結構簡單，被較多的機器人所采用，但在三維空間對手臂進行控制時，很多場合都要求直接給定手臂末端運動的位置和姿態，而關節伺服控制系統中的各個關節是獨立進行控制的，難以預測有各個關節實際控制結果所得到的末端位置狀態的響應，且難以調節各個關節伺服系統的增益。因而，將末端位置矢量作為指令目標值所構成的伺服控制系統，稱為作業坐標伺服系統。3.工業機器人的自適應控制（1）模型參考自適應控制

這種方法控制器的作用是使得系統的輸出響應趨近于某指定的參考模型，因而必須設計相應的參數調節機構。Dubowsky等人在這個參考系統中采用二維弱衰減模型，然后采用最陡下降法調整局部比例和微分伺服可變增益，使實際系統的輸出和參考模型的輸出之差為最小。然而該方法從本質上忽略了實際機器人系統的非線性項和耦合項，是對單自由度的單輸出系統進行設計的。此外，該方法也不能保證適用于實際系統時調整律的穩定性。（2）自校正適應控制

自校正適應控制由表現機器人動力學離散時間模型各參數的估計機構與用其結果來決定控制器增益或控制輸入的部分組成，采用輸入輸出數與機器人自由度相同的模型，把自校正適應控制法用于機器人。

四、工業機器人的發展

1.工業機器人的誕生至今（1）工業機器人的誕生

日本是當今的工業機器人王國，既是工業機器人的最大制造國也是最大消費國，但實際上工業機器人的誕生地是美國。機器人的啟蒙思想其實很早就出現了，1920年捷克作家卡雷爾·恰佩克發表了劇本《羅薩姆的萬能機器人》，劇中敘述了一個叫做羅薩姆的公司將機器人作為替代人類勞動的工業品推向市場的故事，引起了世人的廣泛關注。于是在1959年美國的一家汽車公司，工業機器人應運而生。美國人英格伯格和德奧爾制造出了世界上第一臺工業機器人，他們發現可以讓機器人去代替工人一些簡單重復的勞動，而且不需要報酬和休息，任勞任怨。接著他們兩人合辦了世界上第一家機器人制造工廠，生產工業機器人。（2）工業機器人在日本發展

與此同時，十九世紀七十年代的日本正面臨著嚴重的勞動力短缺，這個問題已成為制約其經濟發展的一個主要問題。毫無疑問，在美國誕生并已投入生產的工業機器人給日本帶來了福音。1967年日本川崎重工業公司首先從美國引進機器人及技術，建立生產廠房，并于1968年試制出第一臺日本產機器人。經過短暫的搖籃階段，日本的工業機器人很快進入實用階段，并由汽車業逐步擴大到其它制造業以及非制造業。1980年被稱為日本的“機器人普及元年”，日本開始在各個領域推廣使用機器人，這大大緩解了市場勞動力嚴重短缺的社會矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓勵政策，這些機器人收到了廣大企業的歡迎。1980-1990年日本的工業機器人處于鼎盛時期，后來國際市場曾一度轉向歐洲和北美，但日本經過短暫的低迷期又恢復其昔日的輝煌。

1993年末，全世界安裝的工業機器人有61萬臺，其中日本占60%，美國占8%，歐洲占17%，俄羅斯和東歐占12%。是什么使得日本的工業機器人產業有如此快速的發展，現理出幾點原因：

① 根本原因是日本的基本國情，人口少，勞動力嚴重短缺。日本每年的人口增長率在1.1%左右，而日本人都想接受高等教育導致其勞動力的增長速度卻始終停留在0.7%。為了滿足國民經濟3%的增長要求，必須提高生產效率。

② 1973年十月爆發的第一次石油危機提高了勞動力成本，日本政府不得不鼓勵私營企業向自動化領域投資，提高生產效率，以抑制由石油危機帶來的成本型通貨膨脹。

③ 工業機器人可以代替勞動者從事可能危害身體健康的勞動，避免了大量 的工傷事故和職業病，受到了人們的歡迎。

④ 日本自80年代起就采用推動工業機器人的普及和促進研究與發展的政策。

（3）工業機器人在世界其他主要國家的發展

美國是工業機器人的誕生地，基礎雄厚，技術先進。現今美國有著一批具有國際影響力的工業機器人供應商，像Adept Technologe、American Robot、Emersom Industrial Automation 等。

德國工業機器人的數量占世界第三，僅次于日本和美國，其智能機器人的研究和應用在世界上處于領先地位。目前在普及第一代工業機器人的基礎上，第二代工業機器人經推廣應用成為主流安裝機型，而第三代智能機器人已占有一定比重并成為發展的方向。

世界上的機器人供應商分為日系和歐系。瑞典的ABB公司是世界上最大機器人制造公司之一。1974年研發了世界上第一臺全電控式工業機器人IRB6，主要應用于工件的取放和物料搬運。1975年生產出第一臺焊接機器人。到1980年兼并traflla噴漆機器人公司后，其機器人產品趨于完備。ABB公司制造的工業機器人廣泛應用在焊接、裝配鑄造、密封涂膠、材料處理、包裝、噴漆、水切割等領域。

德國的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上幾家頂級工業機器人制造商之一。1973年研制開發了KUKA的第一臺工業機器人。年產量達到一萬臺左右。所生產的機器人廣泛應用在儀器、汽車、航天、食品、制藥、醫學、鑄造、塑料等工業，主要用于材料處理、機床裝備、包裝、堆垛、焊接、表面休整等領域。

意大利COMAU公司從1978年開始研制和生產工業機器人，至今已有30多年的歷史。其機器人產品包括Smart系列多功能機器人和MASK系列龍門焊接機器人。廣泛應用于汽車制造、鑄造、家具、食品、化工、航天、印刷等領域。

日系是工業機器人制造的主要派系，其代表有FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等國際知名公司。2.工業機器人的現狀

聯合國歐洲經濟局（UNECE）估計，2004年全球至少安裝了10萬臺新的工業機器人。其中：歐盟31100臺(比2003年增加15％，但比2001年的記錄僅增加1％)；北美16100臺(比2003年增加27％，比2000年的記錄高24％)；亞洲51400臺，主要在日本，但中國市場增長迅速(比2003年增長24％)。據電氣和電子工程師協會（IEEE）統計，至2008年底，世界各地已經部署了100萬

臺各種工業機器人。其中，日本機器人數量據世界首位。他們的算法基于制造工人與機器人的比例，即每萬名工人擁有多少臺制造機器人。其中日本的工業機器人密度達到了世界平均水平的10倍，也比排在第二位的新加坡多出了一倍。其中日本每萬名工人擁有295臺工業機器人，新加坡169臺，韓國164臺，德國163臺。雖然排在前三位的國家都在亞洲，不過歐洲卻是世界上工業機器人密度最大的地區。歐洲國家工業機器人密度為每萬名工人50臺，美洲為平均31臺，亞洲平均27臺。3.工業機器人的發展前景

在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流及未來的發展方向。國外汽車行業、電子電器行業、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業機器人的使用實踐表明，工業機器人的普及是實現自動化生產，提高社會生產效率，推動企業和社會生產力發展的有效手段。

機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。電氣和電子工程師協會（IEEE）的科學家在對未來科技發展方向進行預測中提出了4個重點發展方向，機器人技術就是其中之一。1990年10月，國際機器人工業人士在丹麥首都哥本哈根召開了一次工業機器人國際標準大會，并在這次大會上通過了一個文件，把工業機器人分為四類：⑴順序型。這類機器人擁有規定的程序動作控制系統；⑵沿軌跡作業型。這類機器人執行某種移動作業，如焊接、噴漆等；⑶遠距作業型。比如在月球上自動工作的機器人；⑷智能型。這類機器人具有感知、適應及思維和人機通信機能。

4.工業機器人的產業發展模式

縱觀世界各國發展工業機器人產業的過程，可歸納為三種不同的發展模式，即日本模式、歐洲模式和美國模式。（1）日本模式

日本模式的特點是：各司其職，分層面完成交鑰匙工程。即機器人制造廠商以開發新型機器人和批量生產優質產品為主要目標，并由其子公司或社會上的工程公司來設計制造各行業所需要的機器人成套系統，并完成交鑰匙工程。

（2）歐洲模式

歐洲模式的特點是：一攬子交鑰匙工程。即機器人的生產和用戶所需要的系統設計制造，全部由機器人制造廠商自己完成。（3）美國模式

美國模式的特點是：采購與成套設計相結合。美國國內基本上不生產普通的工業機器人，企業需要機器人通常由工程公司進口，再自行設計、制造配套的外圍設備，完成交鑰匙工程。（4）中國模式的走向

中國的機器人產業應走什么道路、如何建立自己的發展模式確實值得探討。中國工程院在《我國制造業焊接生產現狀與發展戰略研究總結報告》中認為，我國應從“美國模式”著手，在條件成熟后逐步向“日本模式”靠近。

五、工業機器人的主要研究內容

1.示教再現型工業機器人產業化技術研究

（1）關節式、側噴式、頂噴式、龍門式噴涂機器人產品標準化、通用化、模塊化、系列化設計。

（2）柔性仿形噴涂機器人開發：柔性仿形復合機構開發，仿形伺服軸軌跡規劃研究，控制系統開發，整機安全防爆、防護技術開發，高速噴杯噴涂工藝研究。（3）焊接機器人（把弧焊與點焊機器人作為負載不同的一個系列機器人，可兼作弧焊、點焊、搬運、裝配、切割作業）產品的標準化、通用化、模塊化、系列化設計。

（4）弧焊機器人用激光視覺焊縫跟蹤裝置的開發：激光發射器的選用，CCD成象系統，視覺圖象處理技術，視覺跟蹤與機器人協調控制。（5）焊接機器人的離線示教編程及工作站系統動態仿真。

（6）電子行業用裝配機器人產品標準化、通用化、模塊化、系列化設計。（7）批量生產機器人所需的專用制造、裝配、測試設備和工具的研究開發。2.智能機器人開發研究

（1）遙控加局部自主系統構成和控制策略研究

包括建模－遙控機器人模型，人行為模型，人控制動態建模，圖形仿真建模，虛擬工具和虛擬傳感器建模；以人為主體的人機共享規劃與控制；局部自治控制；多傳感融合技術；雙向力反應控制；知識庫的建立，學習與推理方法；人機交互的高級控制技術；虛擬現實（VR）控制與真實世界控制的相互關系；監控系統的結構。

（2）智能移動機器人的導航和定位技術研究

包括導航和定位系統的系統結構；在結構環境或非結構環境中導航和定位方法研究；感知系統的傳感器和信息處理系統的構成；根據傳感器數據建立環境模型的方法；模糊邏輯的推理方法用于移動機器人導航的研究。（3）面向遙控機器人的虛擬現實系統

包括人機交互圖形生成及其程序設計；遙控機器人（載體和機械手）幾何動態圖形建模；遙控操作環境圖形建模；遙控機器人操作與數據的獲取；虛擬傳感器及基于虛擬傳感器的雙向力反應、反饋控制；面向任務的虛擬工具；基于虛擬現實的遙控操作的理論與方法；基于VR模型操作和真實世界操作的可切換、相容性和可交換性；VR監控系統。（4）人機交互環境建模系統

包括CAD建模中的人機交互技術；求知模型工件的反示過程中的交互技術；機器人與環境的布局及功能驗證中的交互技術；傳感器數據處理中的交互技術；機器人標定、運動學建模、動力學建模中的交互技術。（5）基于計算機屏幕的多機器人遙控技術

包括三維立體視覺建模；模型的計算機顯示；遙控機器人模型的控制；人機接口；網絡通訊。

3.機器人化機械研究開發

（1）并聯機構機床（VMT）與機器人化加工中心（RMC）開發研究

包括VMT與RMC智能化結構實現技術；VMT與RMC關鍵傳動實現技術；VMT與RMC加工、裝配、擺放、涂膠、檢測作業技術；VMT與RMC監控檢測技術開發；VMT與MRC智能化開式CMC控制系統開發；系統軟件和應用軟件開發；智能化機構、材料機電一體化技術；作業狀態變量智能化傳感技術；機電一體化的多功能及靈巧作業終端；通用智能化開式CNC控制硬軟件系統；并聯機構運動學及動力學理論；RMC智能控制理論；VMT與RMC典型應用工程開發。

（2）機器人化無人值守和具有自適應能力的多機遙控操作的大型散料輸送設備

包括散料輸送系統監控和遙控操作的傳感器融合和配置技術；采用智能傳感器的現場總線技術；機器人運動規劃在等量堆取料、自主操作中的應用；基于廣域網的遠程實時通訊；具有監測和管理功能的故障診斷系統。4.以機器人為基礎的重組裝配系統（1）開放式模塊化裝配機器人

包括通用要素的提取；專用件標準化；裝配機器人模塊CAD設計；通用主流計算機構造的控制器；人機界面方式；網絡功能。（2）面向機器人裝配的設計技術

包括數字化裝配與CAD集成技術；產品機器人化裝配規劃生成技術；產品可裝配性模糊評價。

（3）機器人柔性裝配系統設計技術

其中單元技術：供料系統智能化設計、末端執行器快速執行、物流傳輸及其控制與通訊；集成技術：柔性裝配線仿真軟件、管理系統。（4）可重構機器人柔性裝配系統設計技術

開展基于任務和環境的動態重構機器人柔性裝配系統理論研究；系統基于自治體（Agent）的分布式控制技術及系統各單元體間的協作規劃。（5）裝配力覺、視覺技術

包括高精度、高集成化六維腕力傳感技術；視覺識別與定位技術。（6）智能裝配策略及其控制

包括裝配狀態實時檢測和監控；裝配順序和路徑智能規劃及控制技術。5.多傳感器信息融合與配置技術

（1）機器人的傳感器配置和融合技術在水泥生產過程控制和污水處理自動控制系統中的應用

包括面向工藝過程的多傳感器融合和配置技術；采用智能傳感器的現場總線技術；面向工藝要求的新型傳感器研制。（2）機電一體化智能傳感器

包括具有感知、自主運動、自清污（自調整、自適應）的機電一體化傳感器研究；面向工藝要求的運動機構設計、實現檢測和清污的自主運動；調節控制系統；

機器人機構和控制技術在傳感器設計中的應用。

六、工業機器人在生產生活中的應用

所謂工業機器人，就是具有簡單記憶和可變控制程序的自動機械。它是在機械手的基礎上發展起來的，國外稱為industrial robot。工業機器人的出現將人類從繁重單一的勞動中解放出來，而且它還能夠從事一些不適合人類甚至超越人類的勞動，實現生產的自動化，避免工傷事故和提高生產效率。隨著世界生產力的發展，必然促進相應科學技術的發展。工業機器人能夠極大地提高生產效率，已經廣泛地進入人們的生活生產領域。

1.提高自動化生產效率和自動化程度：據美國J.B Day通過大量的定后發現：在生產過程中，機器人在機床或其它設備上做上下料工作，以及在設備之間做短途搬運工作所花時間占了整個生產時間的80%以上，搬運費占了加工費的30%-40%，而且有85%的生產事故發生在搬運上，因此工業機器人的使用解決了很多難題。2.直接從事廣泛的生產勞動：例如噴漆、焊接、熱處理、冶煉、電鍍、沖壓、注塑成型、砂型鑄造以及鍛造等。比如我國灘坊磚廠制造了一只有260個指頭的機械手。

3.進行嚴謹的物品裝配：通過圖紙識別零件并加以組裝，首先取得成功的是美國加利福尼亞的斯坦福大學。此外還有日本日立制作的Hivip，列寧格勒的“變壓器裝配小組”。

4.倉庫管理自動化：最早出現在法國，現已遍及世界各地，例如芬蘭的漢基亞公司（漢基亞倉庫是歐洲十大倉庫之一）。

5.從事特殊環境下的勞動：核輻射、無毒氣氛、強噪聲、超低溫或高溫環境等不合適人工作的環境，甚至超越人能力范圍的環境。比如用于發現輸油管裂縫的機器人，日本生產了一種用于救火的“神奈川”機器人。

6.從事教育衛生等服務：例如美國Centurion公司生產的“機器人教師”已成功為學生開設了“邏輯學”、“概率論”等課程，美國德克薩斯儀表公司制造的微型翻譯機器人，日本稻田大學研究出的“乳腺檢診機器人”。

參考文獻：

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第四篇：《工業機器人》復習題

《工業機器人 》

一、填空題

1、按坐標形式分類，機器人可分為、、球坐標型 和 四種基本類型。

2、作為一個機器人，一般由三個部分組成，分別是、和。

3、機器人主要技術參數一般有、、、重復定位精度、、承載能力及最大速度等。

4、自由度是指機器人所具有的 的數目，不包括 的開合自由度。

5、機器人分辨率分為 和，統稱為。

6、重復定位精度是關于 的統計數據。

7、根據真空產生的原理真空式吸盤可分為、和 等三種基本類型。

8、機器人運動軌跡的生成方式有、、和空間曲線運動。

9、機器人傳感器的主要性能指標有、、、重復性、、分辨率、響應時間和抗干擾能力等。

10、自由度是指機器人所具有的 的數目。

11、機器人的重復定位精度是指。

12、機器人的驅動方式主要有、和 三種。

13、機器人上常用的可以測量轉速的傳感器有 測速發電機 和 增量式碼盤。

14、機器人控制系統按其控制方式可以分為 控制方式、控制方式和 控制方式。

15、按幾何結構分劃分機器人分為： 串聯機器人、并聯機器人。

二、單項選擇題(請在每小題的四個備選答案中，選出一個最佳答案。)

1、工作范圍是指機器人 或手腕中心所能到達的點的集合。A 機械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。

2、機器人的精度主要依存于、控制算法誤差與分辨率系統誤差。A傳動誤差 B 關節間隙 C機械誤差 D 連桿機構的撓性

3、滾轉能實現360°無障礙旋轉的關節運動，通常用 來標記。A R B W C B

4、RRR型手腕是 自由度手腕。A 1 B 2

C 3

D 4

D L

5、真空吸盤要求工件表面、干燥清潔，同時氣密性好。A 粗糙 B 凸凹不平C平緩突起 D平整光滑

6、同步帶傳動屬于 傳動，適合于在電動機和高速比減速器之間使用。A 高慣性 B 低慣性 C 高速比 D 大轉矩

7、機器人外部傳感器不包括 傳感器。

A 力或力矩 B 接近覺 C 觸覺 D 位置

8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和 工件。A 固定 B 定位 C 釋放 D 觸摸。

9、機器人的精度主要依存于、控制算法誤差與分辨率系統誤差。A傳動誤差 B 關節間隙 C機械誤差 D 連桿機構的撓性

10、機器人的控制方式分為點位控制和。

A 點對點控制 B點到點控制 C 連續軌跡控制 D 任意位置控制

11、焊接機器人的焊接作業主要包括。

A 點焊和弧焊 B 間斷焊和連續焊 C平焊和豎焊 D氣體保護焊和氬弧焊

12、作業路徑通常用 坐標系相對于工件坐標系的運動來描述。A 手爪 B 固定 C 運動 D工具

13、諧波傳動的缺點是。

A扭轉剛度低 B 傳動側隙小 C慣量低 D 精度高

14、機器人三原則是由誰提出的。（D）

A 森政弘 B 約瑟夫·英格伯格 C 托莫維奇 D 阿西莫夫

15、當代機器人大軍中最主要的機器人為：（A）

A 工業機器人 B 軍用機器人 C 服務機器人 D 特種機器人

16、手部的位姿是由哪兩部分變量構成的？（B）A 位置與速度 B 姿態與位置 C 位置與運行狀態 D 姿態與速度

17、用于檢測物體接觸面之間相對運動大小和方向的傳感器是：C A接近覺傳感器 B接觸覺傳感器 C滑動覺傳感器 D壓覺傳感器

18、示教-再現控制為一種在線編程方式，它的最大問題是：B A操作人員勞動強度大 B占用生產時間 C操作人員安全問題 D容易產生廢品

19、下面哪個國家被稱為 “機器人王國”？C A 中國 B 英國 C 日本 D 美國

三、是非題（對劃“√”，錯劃“×”）

1、示教編程用于示教－再現型機器人中。（）

2、機器人軌跡泛指工業機器人在運動過程中的運動軌跡，即運動點的位移、速度和加速度。

3、關節型機器人主要由立柱、前臂和后臂組成。

4、到目前為止，機器人已發展到第四代。

（）（）（）

5、磁力吸盤能夠吸住所有金屬材料制成的工件。

6、諧波減速機的名稱來源是因為剛輪齒圈上任一點的徑向位移呈近似于余弦波形的變化。N（）

8、由電阻應變片組成電橋可以構成測量重量的傳感器。Y

9、激光測距儀可以進行散裝物料重量的檢測。Y（）

10、機械手亦可稱之為機器人。Y（）

四、簡答題

1、機器人手腕有幾種？試述每種手腕結構。答：機器人的手臂按結構形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式按手臂的運動形式區分，手臂有直線運動的。如手臂的伸縮，升降及橫向移動，有回轉運動的如手臂的左右回轉上下擺動有復合運動如直線運動和回轉運動的組合。2直線運動的組合2回轉運動的組合。手臂回轉運動機構，實現機器人手臂回轉運動的機構形式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉缸，齒輪轉動機構，鏈輪傳動和連桿機構手臂俯仰運動機構，一般采用活塞油（氣）缸與連桿機構聯用來實現手臂復合運動機構，多數用于動作程度固定不變的專用機器人。

2、工業機器人控制方式有幾種？ 工業機器人的控制方式多種多樣，根據作業任務的不同，主要分為點位控制方式、連續軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。答： 1）點位控制方式（PTP）

這種控制方式的特點是只控制工業機器人末端執行器在作業空間中某些規定的離散點上的位姿。控制時只要求工業機器人快速、準確地實現相鄰各點之間的運動，而對達到目標點的運動軌跡則不作任何規定。這種控制方式的主要技術指標是定位精度和運動所需的時間。2）連續軌跡控制方式（CP）

這種控制方式的特點是連續的控制工業機器人末端執行器在作業空間的位姿，要求其嚴格按照預定的軌跡和速度在一定的精度范圍內運動，而且速度可控，軌跡光滑，運動平穩，以完成工作任務。3）力（力矩）控制方式

在完成裝配、抓放物體等工作時，除要準確定位外，還要求使用適度的力或力矩進行工作，這時就要利用力（力矩）伺服方式。這種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過輸入量和反饋量不是位置信號，而是力（力矩）信號，因此系統中必須有力（力矩）傳感器。有時也利用接近、滑動等傳感功能進行自適應式控制。4）智能控制方式

機器人的智能控制時通過傳感器獲得周圍環境的知識，并根據自身內部的知識庫做出相應的決策。采用智能控制技術，使機器人具有了較強的適應性及自學習功能。智能控制技術的發展有賴于近年來人工神經網絡、基因算法、遺傳算法、專家系統等人工智能的迅速發展。

4、機器人參數坐標系有哪些？各參數坐標系有何作用？ 答:工業機器人的坐標形式有直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、關節坐標型和平面關節型。1）直角坐標/笛卡兒坐標/臺架型（3P）

這種機器人由三個線性關節組成，這三個關節用來確定末端操作器的位置，通常還帶有附加道德旋轉關節，用來確定末端操作器的姿態。這種機器人在X、Y、Z軸上的運動是獨立的，運動方程可獨立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計算機實現；它可以兩端支撐，對于給定的結構長度，剛性最大：它的精度和位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達到高精度。但是，它的操作范圍小，手臂收縮的同時又向相反的方向伸出，即妨礙工作，且占地面積大，運動速度低，密封性不好。

2）圓柱坐標型（R3P）

圓柱坐標機器人由兩個滑動關節和一個旋轉關節來確定部件的位置，再附加一個旋轉關節來確定部件的姿態。這種機器人可以繞中心軸旋轉一個角，工作范圍可以擴大，且計算簡單；直線部分可采用液壓驅動，可輸出較大的動力；能夠伸入型腔式機器內部。但是，它的手臂可以到達的空間受到限制，不能到達近立柱或近地面的空間；直線驅動器部分難以密封、防塵；后臂工作時，手臂后端會碰到工作范圍內的其它物體。3）球坐標型（2RP）

5、人手爪有哪些種類，各有什么特點？ 答：（1）機械手爪：依靠傳動機構來抓持工件；

（2）磁力吸盤：通過磁場吸力抓持鐵磁類工件，要求工件表面清潔、平整、干燥，以保證可靠地吸附，不適宜高溫條件；

（3）真空式吸盤：利用真空原理來抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清潔，同時氣密性要好。

6、編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？ 兩種基本形式：增量式、絕對式

增量式：用來測量角位置和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。在所有利用增量式編碼器進行位置跟蹤的系統中，都必須在系統開始運行時進行復位。

絕對式：每個位置都對應著透光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。

7、工業機器人常用的驅動器有那些類型，并簡要說明其特點。

（1）電動驅動器的能源簡單，速度變化范圍大，效率高，轉動慣性小，速度和位置精度都很高，但它們多與減速裝置相聯，直接驅動比較困難。

（2）液壓驅動器的優點是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅動的桿件相連，結構緊湊，剛度好，響應快，伺服驅動具有較高的精度。但需要增設液壓源，易產生液體泄漏，不適合高、低溫及有潔凈要求的場合。故液壓驅動器目前多用于特大功率的操作機器人系統或機器人化工程機械。

（3）氣動驅動器的結構簡單，清潔，動作靈敏，具有緩沖作用。但也需要增設氣壓源，且與液壓驅動器相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有潔凈、防爆等要求的點位控制機器人。

8、常用的工業機器人的傳動系統有那些？

齒輪傳動，蝸桿傳動，滾珠絲桿出傳動，同步齒形帶傳動，鏈傳動和行星齒輪傳動

9、在機器人系統中為什么往往需要一個傳動（減速）系統？

因為現在的電機一般速度較高，力矩較小，需要通過傳動系統降低轉速、提高力矩。

10、機器人上常用的距離與接近覺傳感器有哪些？。超聲波，激光、紅外，霍爾傳感器

11、按機器人的用途分類，可以將機器人分為哪幾大類？試簡述之。1)工業機器人或產業機器人 應用于工農業生產中，主要用在制造業，進行焊接、噴漆、裝配、搬運、檢驗、農產品的加工等產業。

2)探索機器人 用于進行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。3)服務機器人 一種半自主或全自主的機器人，其所從事的服務工作可使人類生存的更好，使制造業以外的設備工作的更好。

4)軍用機器人 用于軍事目的，或進攻性的，或防御性的。

12、什么是示教再現式機器人？

答：先由人驅動操作機，再以示教動作作業，將示教作業程序、位置及其他信息存儲起來，然后讓機器人重現這些動作。

13、編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？ 兩種基本形式：增量式、絕對式

增量式：用來測量角位置和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。在所有利用增量式編碼器進行位置跟蹤的系統中，都必須在系統開始運行時進行復位。

絕對式：每個位置都對應著透光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。

五、按照下圖中給定的運動軌跡，編寫一段符合要求的運動控制指令。

六、請解讀下列程序，并寫出注釋。

1、主程序 PROC main()rInitAll;WHILE TRUE DO

IF di1=1 THEN rMoveRoutine;rHome;ENDIF WaitTime 0.3;ENDWHILE ENDPROC

2、PROC rModPos()!示教目標點程序

MoveL pPick,v10,fine,tGripperWObj:=WobjCNV;MoveL pPlaceBase,v10,fine,tGripperWObj:=WobjBuffer;MoveL pHome,v10,fine,tGripper;ENDPROC ENDMODULE

3、理解下面指令并畫出機器人的運動軌跡圖。PROC Routine1（）MoveL p10,v1000,fine,tool1WOBj:=wobj1;MoveC p30,p40,v1000,z1,tool1WOBj:=wobj1;ENDPROC

第五篇：《工業機器人》復習題

《工業機器人 》

一、填空題

1、按坐標形式分類，機器人可分為、、球坐標型 和 四種基本類型。

2、作為一個機器人，一般由三個部分組成，分別是、和。

3、機器人主要技術參數一般有、、、重復定位精度、、承載能力及最大速度等。

4、自由度是指機器人所具有的 的數目，不包括 的開合自由度。

5、機器人分辨率分為 和，統稱為。

6、重復定位精度是關于 的統計數據。

7、根據真空產生的原理真空式吸盤可分為、和 等三種基本類型。

8、機器人運動軌跡的生成方式有、、和空間曲線運動。

9、機器人傳感器的主要性能指標有、、、重復性、、分辨率、響應時間和抗干擾能力等。

10、自由度是指機器人所具有的 的數目。

11、機器人的重復定位精度是指。

12、機器人的驅動方式主要有、和 三種。

13、機器人上常用的可以測量轉速的傳感器有 測速發電機 和 增量式碼盤。

14、機器人控制系統按其控制方式可以分為 控制方式、控制方式和 控制方式。

15、按幾何結構分劃分機器人分為： 串聯機器人、并聯機器人。

二、單項選擇題(請在每小題的四個備選答案中，選出一個最佳答案。)

1、工作范圍是指機器人 或手腕中心所能到達的點的集合。A 機械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。

2、機器人的精度主要依存于、控制算法誤差與分辨率系統誤差。A傳動誤差 B 關節間隙 C機械誤差 D 連桿機構的撓性

3、滾轉能實現360°無障礙旋轉的關節運動，通常用 來標記。A R B W C B

4、RRR型手腕是 自由度手腕。A 1 B 2

C 3

D 4

D L

5、真空吸盤要求工件表面、干燥清潔，同時氣密性好。A 粗糙 B 凸凹不平C平緩突起 D平整光滑

6、同步帶傳動屬于 傳動，適合于在電動機和高速比減速器之間使用。A 高慣性 B 低慣性 C 高速比 D 大轉矩

7、機器人外部傳感器不包括 傳感器。

A 力或力矩 B 接近覺 C 觸覺 D 位置

8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和 工件。A 固定 B 定位 C 釋放 D 觸摸。

9、機器人的精度主要依存于、控制算法誤差與分辨率系統誤差。A傳動誤差 B 關節間隙 C機械誤差 D 連桿機構的撓性

10、機器人的控制方式分為點位控制和。

A 點對點控制 B點到點控制 C 連續軌跡控制 D 任意位置控制

11、焊接機器人的焊接作業主要包括。

A 點焊和弧焊 B 間斷焊和連續焊 C平焊和豎焊 D氣體保護焊和氬弧焊

12、作業路徑通常用 坐標系相對于工件坐標系的運動來描述。A 手爪 B 固定 C 運動 D工具

13、諧波傳動的缺點是。

A扭轉剛度低 B 傳動側隙小 C慣量低 D 精度高

14、機器人三原則是由誰提出的。（D）

A 森政弘 B 約瑟夫·英格伯格 C 托莫維奇 D 阿西莫夫

15、當代機器人大軍中最主要的機器人為：（A）

A 工業機器人 B 軍用機器人 C 服務機器人 D 特種機器人

16、手部的位姿是由哪兩部分變量構成的？（B）A 位置與速度 B 姿態與位置 C 位置與運行狀態 D 姿態與速度

17、用于檢測物體接觸面之間相對運動大小和方向的傳感器是：C A接近覺傳感器 B接觸覺傳感器 C滑動覺傳感器 D壓覺傳感器

18、示教-再現控制為一種在線編程方式，它的最大問題是：B A操作人員勞動強度大 B占用生產時間 C操作人員安全問題 D容易產生廢品

19、下面哪個國家被稱為 “機器人王國”？C A 中國 B 英國 C 日本 D 美國

三、是非題（對劃“√”，錯劃“×”）

1、示教編程用于示教－再現型機器人中。（）

2、機器人軌跡泛指工業機器人在運動過程中的運動軌跡，即運動點的位移、速度和加速度。

3、關節型機器人主要由立柱、前臂和后臂組成。

4、到目前為止，機器人已發展到第四代。

（）（）（）

5、磁力吸盤能夠吸住所有金屬材料制成的工件。

6、諧波減速機的名稱來源是因為剛輪齒圈上任一點的徑向位移呈近似于余弦波形的變化。N（）

8、由電阻應變片組成電橋可以構成測量重量的傳感器。Y

9、激光測距儀可以進行散裝物料重量的檢測。Y（）

10、機械手亦可稱之為機器人。Y（）

四、簡答題

1、機器人手腕有幾種？試述每種手腕結構。答：機器人的手臂按結構形式分可分為單臂式，雙臂式及懸掛式按手臂的運動形式區分，手臂有直線運動的。如手臂的伸縮，升降及橫向移動，有回轉運動的如手臂的左右回轉上下擺動有復合運動如直線運動和回轉運動的組合。2直線運動的組合2回轉運動的組合。手臂回轉運動機構，實現機器人手臂回轉運動的機構形式是多種多樣的，常用的有葉片是回轉缸，齒輪轉動機構，鏈輪傳動和連桿機構手臂俯仰運動機構，一般采用活塞油（氣）缸與連桿機構聯用來實現手臂復合運動機構，多數用于動作程度固定不變的專用機器人。

2、工業機器人控制方式有幾種？ 工業機器人的控制方式多種多樣，根據作業任務的不同，主要分為點位控制方式、連續軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。答： 1）點位控制方式（PTP）

這種控制方式的特點是只控制工業機器人末端執行器在作業空間中某些規定的離散點上的位姿。控制時只要求工業機器人快速、準確地實現相鄰各點之間的運動，而對達到目標點的運動軌跡則不作任何規定。這種控制方式的主要技術指標是定位精度和運動所需的時間。2）連續軌跡控制方式（CP）

這種控制方式的特點是連續的控制工業機器人末端執行器在作業空間的位姿，要求其嚴格按照預定的軌跡和速度在一定的精度范圍內運動，而且速度可控，軌跡光滑，運動平穩，以完成工作任務。3）力（力矩）控制方式

在完成裝配、抓放物體等工作時，除要準確定位外，還要求使用適度的力或力矩進行工作，這時就要利用力（力矩）伺服方式。這種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過輸入量和反饋量不是位置信號，而是力（力矩）信號，因此系統中必須有力（力矩）傳感器。有時也利用接近、滑動等傳感功能進行自適應式控制。4）智能控制方式

機器人的智能控制時通過傳感器獲得周圍環境的知識，并根據自身內部的知識庫做出相應的決策。采用智能控制技術，使機器人具有了較強的適應性及自學習功能。智能控制技術的發展有賴于近年來人工神經網絡、基因算法、遺傳算法、專家系統等人工智能的迅速發展。

4、機器人參數坐標系有哪些？各參數坐標系有何作用？ 答:工業機器人的坐標形式有直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、關節坐標型和平面關節型。1）直角坐標/笛卡兒坐標/臺架型（3P）

這種機器人由三個線性關節組成，這三個關節用來確定末端操作器的位置，通常還帶有附加道德旋轉關節，用來確定末端操作器的姿態。這種機器人在X、Y、Z軸上的運動是獨立的，運動方程可獨立處理，且方程是線性的，因此，很容易通過計算機實現；它可以兩端支撐，對于給定的結構長度，剛性最大：它的精度和位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達到高精度。但是，它的操作范圍小，手臂收縮的同時又向相反的方向伸出，即妨礙工作，且占地面積大，運動速度低，密封性不好。

2）圓柱坐標型（R3P）

圓柱坐標機器人由兩個滑動關節和一個旋轉關節來確定部件的位置，再附加一個旋轉關節來確定部件的姿態。這種機器人可以繞中心軸旋轉一個角，工作范圍可以擴大，且計算簡單；直線部分可采用液壓驅動，可輸出較大的動力；能夠伸入型腔式機器內部。但是，它的手臂可以到達的空間受到限制，不能到達近立柱或近地面的空間；直線驅動器部分難以密封、防塵；后臂工作時，手臂后端會碰到工作范圍內的其它物體。3）球坐標型（2RP）

5、機器人手爪有哪些種類，各有什么特點？ 答：（1）機械手爪：依靠傳動機構來抓持工件；

（2）磁力吸盤：通過磁場吸力抓持鐵磁類工件，要求工件表面清潔、平整、干燥，以保證可靠地吸附，不適宜高溫條件；

（3）真空式吸盤：利用真空原理來抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清潔，同時氣密性要好。

6、編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？ 兩種基本形式：增量式、絕對式

增量式：用來測量角位置和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。在所有利用增量式編碼器進行位置跟蹤的系統中，都必須在系統開始運行時進行復位。

絕對式：每個位置都對應著透光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。

7、工業機器人常用的驅動器有那些類型，并簡要說明其特點。

（1）電動驅動器的能源簡單，速度變化范圍大，效率高，轉動慣性小，速度和位置精度都很高，但它們多與減速裝置相聯，直接驅動比較困難。

（2）液壓驅動器的優點是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅動的桿件相連，結構緊湊，剛度好，響應快，伺服驅動具有較高的精度。但需要增設液壓源，易產生液體泄漏，不適合高、低溫及有潔凈要求的場合。故液壓驅動器目前多用于特大功率的操作機器人系統或機器人化工程機械。

（3）氣動驅動器的結構簡單，清潔，動作靈敏，具有緩沖作用。但也需要增設氣壓源，且與液壓驅動器相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有潔凈、防爆等要求的點位控制機器人。

8、常用的工業機器人的傳動系統有那些？

齒輪傳動，蝸桿傳動，滾珠絲桿出傳動，同步齒形帶傳動，鏈傳動和行星齒輪傳動

9、在機器人系統中為什么往往需要一個傳動（減速）系統？

因為現在的電機一般速度較高，力矩較小，需要通過傳動系統降低轉速、提高力矩。

10、機器人上常用的距離與接近覺傳感器有哪些？。超聲波，激光、紅外，霍爾傳感器

11、按機器人的用途分類，可以將機器人分為哪幾大類？試簡述之。1)工業機器人或產業機器人 應用于工農業生產中，主要用在制造業，進行焊接、噴漆、裝配、搬運、檢驗、農產品的加工等產業。

2)探索機器人 用于進行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。3)服務機器人 一種半自主或全自主的機器人，其所從事的服務工作可使人類生存的更好，使制造業以外的設備工作的更好。

4)軍用機器人 用于軍事目的，或進攻性的，或防御性的。

12、什么是示教再現式機器人？

答：先由人驅動操作機，再以示教動作作業，將示教作業程序、位置及其他信息存儲起來，然后讓機器人重現這些動作。

13、編碼器有哪兩種基本形式？各自特點是什么？ 兩種基本形式：增量式、絕對式

增量式：用來測量角位置和直線位置的變化，但不能直接記錄或指示位置的實際值。在所有利用增量式編碼器進行位置跟蹤的系統中，都必須在系統開始運行時進行復位。

絕對式：每個位置都對應著透光與不透光弧段的惟一確定組合，這種確定組合有惟一的特征。通過這特征，在任意時刻都可以確定碼盤的精確位置。

14、根據機器人作業水平的高低，機器人語言通常分為哪幾類？

答：機器人編程語言可分為：(1)動作級：以機器人末端執行器的動作為中心來描述各種操作，要在

程序中說明每個動作。(2)對象級：允許較粗略地描述操作對象的動作、操作對象之間的關系等，特別適用于組裝作業。(3)任務級：只要直接指定操作內容就可以了，為此，機器人必須一邊思考一邊工作。

15、工業機器人主要有哪些編程方式？試簡述之。

16、機器人機械夾持式手按手爪的運動方式分為哪兩種？各有何典型機構？ 答：按手爪的運動方式分為回轉型和平移型。平移型可分兩類：它分為直線式和圓弧式兩種。典型機構：a齒輪齒條式b螺母絲杠式c凸輪式d平行連桿式.回轉型典型:a楔塊杠桿式b滑槽杠桿式c連桿杠桿式d齒輪齒條式e自重杠桿式

17、機器人吸附式手分為哪兩種？各有何特點？

答：根據吸附力的產生方法不同，將其分為：氣吸式,磁吸式（1）氣吸式:氣吸式手是利用吸盤內的壓力與外界大氣壓之間形成的壓力差來工作的，根據壓力差形成的原理不同，可分為：a擠壓排氣式b氣流負壓式c真空抽氣式(2)磁吸式:磁吸式手是利用磁場產生的磁吸力來抓取工件的，因此只能對鐵磁性工件起作用（鋼、鐵等材料在溫度超過723℃時就會失去磁性），另外，對不允許有剩磁的工件要禁止使用，所以磁吸式手的使用有一定的局限性。根據磁場產生的方法不同，磁吸式手可分為：a永磁式b勵磁式

18、機器人電動驅動器有哪幾種？

答：電動驅動器是利用電能來實現旋轉運動的驅動器，常見主要有：步進電機（stepping motor)、直流（DC）伺服電機、交流（AC）伺服電機、直接驅動電機

19、機器人軌跡控制的兩種方式是什么？ 答：如果要求機器人沿著一定的目標軌跡運動則是軌跡控制。對于工業生產線上的機械臂，軌跡控制常用示教再現方式。示教再現分兩種：點位控制（ＰＴＰ），用于點焊、更換刀具等情況；連續路徑控制（ＣＰ），用于弧焊、噴漆等作業。如果機器人本身能夠主動地決定運動，那么可經常使用路徑規劃加在線路徑跟蹤方式進行控制。

五、按照下圖中給定的運動軌跡，編寫一段符合要求的運動控制指令。

六、請解讀下列程序，并寫出注釋。

1、主程序 PROC main()rInitAll;WHILE TRUE DO

IF di1=1 THEN rMoveRoutine;rHome;ENDIF WaitTime 0.3;ENDWHILE ENDPROC

2、PROC rModPos()!示教目標點程序

MoveL pPick,v10,fine,tGripperWObj:=WobjCNV;MoveL pPlaceBase,v10,fine,tGripperWObj:=WobjBuffer;MoveL pHome,v10,fine,tGripper;ENDPROC ENDMODULE

3、理解下面指令并畫出機器人的運動軌跡圖。PROC Routine1（）MoveL p10,v1000,fine,tool1WOBj:=wobj1;MoveC p30,p40,v1000,z1,tool1WOBj:=wobj1;ENDPROC