第一篇：工業機器人的研究進展

工業機器人的研究進展

工業機器人是廣泛適用的能夠自主動作，且多軸聯動的機械設備。它們在必要情況下配備有傳感器，其動作步驟包括靈活的，轉動都是可編程控制的（即在工作過程中，無需任何外力的干預）。它們通常配備有機械手、刀具或其他可裝配的的加工工具，以及能夠執行搬運操作與加工制造的任務。工業機器人在工業生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業，或是危險、惡劣環境下的作業，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。

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。

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。那么工業機器人的應用背景都有哪些呢？自從1959年，美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業機器人，取名“尤尼梅遜”.后。經過四十多年的發展，工業機器人已在越來越多的領域得到了應用。在制造業中，尤其是在汽車產業中，工業機器人得到了廣泛的應用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業中，機器人都已逐步取代了人工作業。隨著工業機器人向更深更廣方向的發展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業推廣到其他制造業，進而推廣到諸如采礦機器人、建筑業機器人以及水電系統維護維修機器人等各種非制造行業。此外，在國防軍事、醫療衛生、生活服務等領域機器人的應用也越來越多，如無人偵察機(飛行器)、警備機器人、醫療機器人、家政服務機器人等均有應用實例。機器人正在為提高人類的生活質量發揮著重要的作用。

工業機器人技術研究經歷了艱難的過程和歷史，它濃縮了人們智慧的結晶！機器人一詞的出現和世界上第一臺工業機器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史。人類希望制造一種像人一樣的機器，以便代替人類完成各種工作。西周時期，我國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機器人。春秋后期，我國著名的木匠魯班，在機

械方面也是一位發明家，據《墨經》記載，他曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”，體現了我國勞動人民的聰明智慧。

1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術發明了自動機器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。1738年，法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發明了一只機器鴨，它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機械化而進行醫學上的分析。19世紀中葉自動玩偶分為2個流派，即科學幻想派和機械制作派，并各自在文學藝術和近代技術中找到了自己的位置。在機械實物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅動雙腿沿圓周走動。進入20世紀后，機器人的研究與開發得到了更多人的關心與支持，一些適用化的機器人相繼問世，1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個機器人“電報箱”，并在紐約舉行的世界博覽會上展出。它是一個電動機器人，裝有無線電發報機，可以回答一些問題，但該機器人不能走動。1959年第一臺工業機器人（可編程、圓坐標）在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元。

現代機器人的研究始于20世紀中期，其技術背景是計算機和自動化的發展，以及原子能的開發利用。自1946年第一臺數字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發展。

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?，F有的機器人差不多都采用這種控制方式。作為機器人產品最早的實用機型（示教再現）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業機器人的控制方式與數控機床大致相似，但外形特征迥異，主要由類似人的手和臂組成。1965年，MIT的Roborts演示了第一個具有視覺傳感器的、能識別與定位簡單積木的機器人系統。1967年日本成立了人工手研究會（現改名為仿生機構研究會），同年召開了日本首屆機器人學術會。1970年在美國召開了第一屆國際工業機器人學術會議。1970年以后，機器人的研究得到迅速廣泛的普及。1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺由小型計算機控制的工業機器人，它是液壓驅動的，能提升的有效負載達45公斤。到了1980年，工業機器人才真正在日本普及，故稱該年為“機器人元年”。

隨著計算機技術和人工智能技術的飛速發展，使機器人在功能和技術層次上有了很大的提高，移動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術就是典型的代表。由于這些技術的發展，推動了機器人概念的延伸。80年代，將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統稱為智能機器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導了機器人技術的研究和應用，而且又賦予了機器人技術向深廣發展的巨大空間，水下機器人、空間機器人、空中機器人、地面機器人、微小型機器人等各種用途的機器人相繼問世，許多夢想成為了現實。將機

器人的技術（如傳感技術、智能技術、控制技術等）擴散和滲透到各個領域形成了各式各樣的新機器——機器人化機器。

目前國內外所研究的工業機器人都有哪些分類呢？從機器人的用途來分，可以分為兩大類：一軍用機器人:1地面軍用機器人2無人機3水下機器人4空間機器人和二民用機器人：1服務機器人2娛樂機器人3累人機器人4農業機器人！

地面機器人：地面機器人主要是指智能或遙控的輪式和履帶式車輛.地面軍用機器人又可分為自主車輛和半自主車輛。自主車輛依靠自身的智能自主導航,躲避障礙物,獨立完成各種戰斗任務;半自主車輛可在人的監視下自主行使,在遇到困難時操作人員可以進行遙控干預。無人機：科學技術先進，國力較強，因而80多年來，世界無人機的發展基本上是以美國為主線向前推進的。水下機器人：水下機器人分為有人機器人和無人機器人兩大類：有人潛水器機動靈活，便于處理復雜的問題，擔任的生命可能會有危險，而且價格昂貴。無人潛水器就是人們所說的水下機器人，“科夫”就是其中的一種。它適于長時間、大范圍的考察任務，近20年來，水下機器人有了很大的發展，它們既可軍用又可民用?？臻g機器人：空間機器人是一種低價位的輕型遙控機器人，可在行星的大氣環境中導航及飛行。為此，它必須克服許多困難，例如它要能在一個不斷變化的三維環境中運動并自主導航，幾乎不能夠停留，必須能實時確定它在空間的位置及狀態，要能對它的垂直運動進行控制，要為它的星際飛行預測及規劃路徑。

服務機器人：服務機器人是一種可自由編程的移動裝置，它至少應有三個運動軸，可以部分地或全自動地完成服務工作。這里的服務工作指的不是為工業生產物品而從事的服務活動，而是指為人和單位完成的服務工作。娛樂機器人：娛樂機器人以供人觀賞、娛樂為目的，具有機器人的外部特征，可以像人，像某種動物，像童話或科幻小說中的人物等。同時具有機器人的功能，可以行走或完成動作，可以有語言能力，會唱歌，有一定的感知能力。類人機器人：研制出外觀和功能與人一樣的機器人是科學家們夢寐以求的愿望，也是他們不懈追求的目標。農業機器人：由于機械化、自動化程度比較落后，“面朝黃土背朝天，一年四季不得閑”成了我國農民的象征。但近年農業機器人的問世，有望改變傳統的勞動方式。在農業機器人的方面，目前日本居于世界各國之首。

當今工業機器人的發展趨勢主要有：1 工業機器人性能不斷提高（高度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降。2 機械結構向模塊化可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化；有關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人。3 工業機器人控制系統向基于 PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化，網絡化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結構，大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。4 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術在產品化系統中已有成熟

應用。5 機器人化機械開始興起。從94年美國開發出“虛擬軸機床”以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。

總體趨勢是，從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術概念轉移，從工業機器人產業向解決方案業務的機器人技術產業發展。機器人技術的內涵已變為 靈活應用機器人技術的、具有實際動作功能的智能化系統。機器人結構越來越靈巧，控制系統愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發展。

第二篇：機器人研究進展之我見

機 器 人 研 究 進 展

院系：班級：姓名：學號：

機器人研究進展

（一）機器人定義

機器人（Robot）是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作，例如生產業、建筑業，或是危險的工作。

它可以說是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物。目前在工業、醫學、農業、建筑業甚至軍事等領域中均有重要用途。

現在，國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。聯合國標準化組織采納了美國機器人協會給機器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或是為了執行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統。

（二）機器人的研究進展

機器人的研究從一開始就是擬人化的，所以才有機械手、機械臂的開發與制作，也是為了以機械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險。但近十幾年來，機器人的開發不僅越來越優化，而且涵蓋了許多領域，應用的范疇十分廣闊。

1、可以假亂真的“女”機器人亮相世博會

05年6月9日，日本大阪大學的一名教授（右）在愛知世博會上調試一個仿真機器人。這個“女性”機器人不僅外表酷似真人，還能模仿播音員講話，同時頭部、上肢和上身能活動?！拔队X”機器人亮相世博會

新華網東京６月１０日電（記者何德功）世界首個“味覺”機器人９日在日本愛知世博會亮相，這款機器人能夠準確辨別出數十種食物。

據《富士產經商報》９日報道，這款“味覺”機器人由日本電氣公司和三重大學聯合開發。雖然名為“味覺”機器人，但它辨別食物并不是通過食物的味道，而是通過不同食物特有的“紅外指紋”。

不同食物反射紅外線的能力不同，并因此形成各自獨有的“紅外指紋”?！拔队X”機器人的左手尖安裝有紅外線探測裝置，能夠獲取所“品嘗”食物的“紅外指紋”。經過與數據庫資料的對比后，就可以判斷食物的名稱。專家認為，“味覺”機器人用途廣泛，可以用類似技術開發智能冰箱等新型家電產品。

2、日本愛知世界博覽會展覽會游泳的機器人

6月9日，在日本愛知世界博覽會機器人展覽中，由日本三菱重工業公司研制的魚形機器人吸引了不少觀眾。該款機器人長1米、重25公斤，可在水中自主游動。三菱重工1999年曾研制出兩種魚造型的機器人

3、山東省動物機器人研究獲突破

“動物機器人”又稱“機器人動物”或“智能動物”，即用人工電信號控制動物的神經系統，使動物變成“機器人式”的動物。山東科大剛剛完成的這組實驗，就是用計算機產生具有一定規律的電信號編碼，通過植入大白鼠腦內的數根微電極將這些電信號施加到具有特定功能的神經核團，從而使大白鼠在神經核團的控制下實現左轉、右轉、前進等特定動作。

（三）機器人的未來發展

未來的機器人將會朝著三個方面發展：

一、與人類社會的生活更為密切地結合起來，以為人作出更多的服務作為要素

二十年后，家中掃除、清潔的工作或老人的護理保健的工作可能全由機器人取代。美國舊金山的醫院已開始使用機器人為病人送藥、配藥的服務。美國的阿伊機器人公司的總裁接受媒體采訪時表示，該公司生產的家用大掃除機器人產品，2002年只有一百二十萬美元銷售額，到2004年已猛增10倍以上。還有，家居的全自動化，無需駕駛的自動汽車，等等，實在無法一一計數或作出預計。

二、仿生性，生物性的大趨向

以趣味性、生物性來制造機器狗、貓、魚等動物。譬如日本三菱重工附屬公司Ryomei Engineering研制成功的金色機械魚“金魚虎”長1公尺，重25公斤，是一只不小的巨魚，能自動暢游于水中，可協助監察橋梁的保安和搜集魚汛的情況，監視河水污染等。索尼公司研制的Aibo機器狗會對主人聲音有情緒反應，已能夠模仿喜怒哀樂和恐懼等情緒，將來可出現代替真正導盲犬的機器狗。另外，電影《侏羅紀公園》的恐龍機器人等也是例子。這類仿生性機器人還被廣泛用于軍事上的偵察救險、情報傳送，甚至殺敵于無形的手段上去。美國夏威夷大學設有水下機器人研究中心，已具相當規模。今年八月初俄羅斯迷你潛艇在海底為漁網所纏，困于190米下的深海，就得助于英國的“天蝎”號救援艇之助而脫險的，“天蝎”號就是海底機器人。

三、最重要的發展是人性化

日本舉行的萬國博覽會，被稱為機器人的大集合之展覽會，有人甚至將之稱作“機器人萬國博覽會”，從中亦可看出日本的這一產業優勢及成果。在展場中，接待處、大會清掃工作、警備工作等，多以機器人的形式出現與取替。博覽會期間還舉辦多項人與機器人有關的活動，其中最引人注目的還是人工智能及人性化的機器人的表演，譬如接待處的一位女性機器人能聽、說六國語言，而且說話時眼、嘴皆會動，面部肌肉也有活動。造型奇特有趣的高爾夫球機器人“坎迪—5”，它內置整個高爾夫球場的3D地形和球會會員的資料，并設置有全球衛星定位系統，能作360度自如旋轉，它的系統將愈加精密，并更具人性化，科學家預計在2020年完成其全部制作時，它可充當球僮并可從旁給予擊球建議。此外，尚有具“視覺”、“味蕾”的機器人，它的紅外線測定可以對食物及飲品的成份、含量馬上作出判定，譬如將一只蘋果擺在其手臂前，可以打印出該只蘋果的糖份、維生素含量等。最引人注目的是機器人管樂隊的演奏，以機器人演奏真正的樂器，而且隊形不斷變換，演奏技術臻于上乘。東京大學于今年八月公布已開發出人的仿真性皮膚，可如人一樣感受冷熱、痛楚、溫度反應，甚至一些人的皮膚未具有的功能都可以設定，這對仿造機器人的生命性又是一大進步。凡此種種，不一而足。

我國的機器人研發工作基本上屬于科學研究的項目，據說，中國科學院目前已造出說話時嘴唇能夠活動、眼睛能轉動、具視覺功能的機器人，其水準可媲美日本同行其實，機器人的制作絕對并非只是液壓機械與電子產品的混成物，要將機器人造得越來越有人性化，就要兼及生命醫學、傳感、光學及創造性的文化產業等方面，比如機器人的關節就需要研究中醫的經絡學、生物學上的神經刺激反應以及文化產品的某種造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英國的科學家甚至預言，到2020年，隨著機器人愈來愈精密和使用有機零件制造，它們將會受到“機器人權”的保護。

（四）總結

世界上先進的工業化國家都十分注重機器人的研究開發、實用化及事業化（產業化）的動向，投入大量的資金、人力，優化環境及指標，特別是重視培養年輕一輩對此一未來科學的興趣，吸引他們的投入，以形成人材梯隊，鍛造出新的產業隊伍。隨著科學技術的飛速發展，未來的機器人將更加智能化。機器人技術綜合了多學科的發展成果，代表了高技術的發展前沿，它在人類生活應用領域的不斷擴大正引起國際上重新認識機器人技術的作用和影響。

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??；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：

【1】 王握文.世界機器人發展歷程[J].國防科技, 2001,(01)【2】 陳愛珍.日本工業機器人的發展歷史及現狀[J].機械工程師, 2008,(07)【3】 陳愛珍.國內外機器人的發展現狀[J].機械工程師, 2008,(07)【4】 陳佩云.日本振興工業機器人的政策[J].機器人技術與應用, 1994,(01)【5】 陳佩云.與應用, 1994 我國工業機器人技術發展的歷史_現狀與展望[J].機器人技術

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