工业机器人简介.pdfVIP

工业机器人

第1节工业机器人简介

工业机器人一般指的是在工厂车间环境中，配合自动化生产的需要，

代替人来完成材料的搬运、加工、装配等操作的一种机器人。能代替人完

成搬运、加工、装配功能的工作可以是各种专用的自动机器，但是使用机

器人则是为了利用它的柔性自动化功能，以达到最高的技术经济效益。有

关工业机器人的定义有许多不同说法，从中可以对工业机器人的主功能有

更深入的了解。

1）美国机器协会（RIA）：机器人是“一种用于移动各种材料﹑零件、

工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多

功能操作机（manipulator）”。

2）日本工业机器人协会：工业机器人是“一种装备有记忆装置和末端

执行装置的、能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。它又分以下

两种情况来定义：

①工业机器人是“一种能够执行与人的上肢类似动作的多功能机器”。

②智能机器人是“一种具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的

机器”。

3）国际标准化组织（ISO）：“机器人是一种自动的、位置可控的、具

有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操

作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务”。

4）国际机器人联合会（IFR）：“工业机器人（manipulatingindustrialrobot）

1

是一种自动控制的，可重复编程的（至少具有三个可重复编程轴）、具有多

种用途的操作机”（ISO8373）。

以上定义的工业机器人实际上均指操作型工业机器人。为了达到其功

能要求，工业机器人的功能组成中应该有以下部分：

1）为了完成作业要求，工业机器人应该具有操作末端执行器的能力，

并能正确控制其空间位置、工作姿态及运动程序和轨迹。

2）能理解和接受操作指令，并把这种信息化了的指令记忆、存储，并

通过其操作臂各关节的相应运动复现出来。

3）能和末端执行器（如夹持器或其他操作工具）及其他周边设备（加

工设备、工位器具等）协调工作。

工业机器人的发展可以追溯到50年前的遥控机械手和数控机床的研究

开发。

遥控机械手是一种允许操作人员在一定距离外通过遥控完成某一任务

的装置。40年代，为处理放射性材料，美国开始研制主从遥控机械手。操

作者和被处理的放射性材料用一混凝土墙隔开，墙上有几个观察窗。在墙

外的遥控机械手的“主手”由操作者操作，遥控机械手的“从手”在墙内

对放射性材料进行操作。主手和从手之间用钢丝绳传动，进行运动连接，

实现机械耦合。后来机械耦合的主从机械手的动作加入了力反馈，使操作

者能够感受到从手与被操作物之间的力作用。不久，遥控机械手的机械耦

合被电动和液压装置所取代。这种机械手是用机械或电动方式在主从手之

间传递信息的。

与此同时，出于高效研制和生产新型军用飞机需要，美国空军发起了

2

对数控铣床的研制。这项研究工作在于把成熟的伺服技术与当时新发展起

来的数字计算机结合起来。麻省理工学院（MIT）辐射实验室于1953年研

制出这样的机器。

50年代中期，乔治·C·德沃尔提出了机械手伺服轴技术和数控编程技

术结合的“可编程的关节式传送装置”，并获得专利。操作者控制这个装置

沿一系列点运动，这些点的位置以数字形式存储起来，然后在再运行中可

以再现出位置。这种把运动命令数字化、信息化是对前述机械设计方式的

一场革命。在这一专利技术的基础上，德沃尔和约瑟夫·F·恩格尔伯格进

行了更加深入的研究开发工作，从而产生了美国Unimation公司于1959年

推出的第一台工业机器人。

70年代，出现了更多的机器人商品，并在工业生产中逐步推广应用。

这反过来又推动了机器人技术的发展。80年代起，在主要工业国家，工业

机器人已成为一种相对成熟的技术。工业机器人产品在工业中开始普及应

用。

下面对操作型工业机器人的主要功能进行分析。

1.控制末端执行器空间位置的功能末端执行器在空间的位置一般由

操作臂运动来完成。最简单的操作臂布置形式是