机器人基础绪论

1、机器人技术基础（工业机器人）广西大学机械学院机电系-林义忠 绪论本章将主主要介绍绍机器人人的由来来与发展展、机器器人的定定义、机机器人技技术的研研究领域域与学科科范围以以及机器器人的分分类、应应用、组组成与技技术参数数等。0.1概概述述0.1.1机机器人人的由来来与发展展1920年捷克克作家卡卡雷尔查培克克在其剧剧本罗罗萨姆的的万能机机器人中最早早使用机机器人一一词。剧剧中机器器人(Robot)这这个词的的本意是是苦力，即剧作作家笔下下的一个个具有人人的外表表、特征征和功能能的机器器，是一一种人造造的劳力力。机器人一一词虽出出现得较较晚，然然而这一一概念在在人类的的想象中中却早已已出现。制造机

2、机器人是是机器人人技术研研究者的的梦想，代表了了人类重重塑自身身、了解解自身的的一种强强烈愿望望。自古古以来，就有不不少科学学家和杰杰出工匠匠制造出出了具有有人类特特点或具具有模拟拟动物特特征的机机器人雏雏形。1，西周周时期，偃师-能能歌善舞舞的伶人人；2，春秋秋后期，鲁班-木木鸟，能能在空中中飞行“三日而而不下”。3，地动动仪、计计里鼓车车，指南南车，木木牛流马马 ，4，1662年年，日本本的竹田田近江-自自动机器器玩偶；5，1738年年，法国国技师杰杰克戴戴瓦克克逊-机器器鸭；.现代机器器人的研研究始于于20世世纪中期期，其技技术背景景是计算算机和自自动化的的发展，以及原原子能的的开发利利

3、用。自1946年第第一台数数字电子子计算机机问世以以来，计计算机取取得了惊惊人的进进步，向向高速度度、大容容量、低低价格的的方向发发展。大批量生生产的迫迫切需求求推动了了自动化化技术的的进展，其结果果之一便便是1952年年数控机机床的诞诞生。与与数控机机床相关关的控制制、机械械零件的的研究又又为机器器人的开开发奠定定了基础础。另一方面面，原子子能实验验室的恶恶劣环境境要求某某些操作作机械代代替人处处理放射射性物质质。在这这一需求求背景下下，美国国原子能能委员会会的阿尔尔贡研究究所于1947年开发发了遥控控机械手手，1948年年又开发发了机械械式的主主从机械械手。1954年美国国戴沃尔尔最早提提

4、出了工工业机器器人的概概念，并并申请了了专利。该专利的的要点是是借助伺伺服技术术控制机机器人的的关节，利用人人手对机机器人进进行动作作示教，机器人人能实现现动作的的记录和和再现。这就是是所谓的的示教再再现机器器人。现有的机机器人差差不多都都采用这这种控制制方式。作为机机器人产产品最早早的实用用机型（示教再再现）是是1962年美美国AMF公司司推出的的“VERSTRAN”和UNIMATION公公司推出出的“UNIMATE”。这这些工业业机器人人的控制制方式与与数控机机床大致致相似，但外形形特征迥迥异，主主要由类类似人的的手和臂臂组成。1965年，MIT的的Roborts演示示了第一一个具有有视觉

5、传传感器的的、能识识别与定定位简单单积木的的机器人人系统。目前，对对全球机机器人技技术发展展最有影影响的国国家应该该是美国国和日本本。美国国在机器器人技术术的综合合研究水水平上仍仍处于领领先地位位，而日日本生产产的机器器人在数数量、种种类方面面则居世世界首位位。机器器人技术术的发展展推动了了机器人人学的建建立，许许多国家家成立了了机器人人协会，美国、日本、英国、瑞典等等国家设设立了机机器人学学学位。20世纪纪70年年代以来来，许多多大学开开设了机机器人课课程，开开展了机机器人学学的研究究工作，如美国国的MIT、RPI（美国伦伦斯勒理理工学院院RENSSELAERPOLYTECHNICINSTI

6、TUTE ）、Stanford、Carnegie-Mellon、Conell、Purdue、Univ of California等等大学都都是研究究机器人人学富有有成果的的著名学学府。随着机器器人学的的发展，相关的的国际学学术交流流活动也也日渐增增多，目目前最有有影响的的国际会会议是IEEE每年举举行的机机器人学学及自动动化国际际会议，此外还还有国际际工业机机器人会会议(ISIR)和国国际工业业机器人人技术会会议(CIRT)等。出版的的相关期期刊有“RobotToday”、“RoboticsResearch”、“Robotics andAutomation”等多多种。我国的机机器人技技术起步步

7、较晚，约于20世纪纪70年年代末、80年年代初开开始。20世纪纪90年年代中期期，6000 m以以下深水水作业机机器人试试验成功功，目前前已经达达到7000米米。以后后的近10年中中，在步步行机器器人、精精密装配配机器人人、多自自由度关关节机器器人的研研制等国国际前沿沿领域逐逐步缩小小了与世世界先进进水平的的差距，国内机器器人方面面的主要要学术刊刊物机机器人、机机器人技技术与应应用等等。中国工业业机器人人进展我国于1972年开始始研制自自己的工工业机器器人。进入80年代后后，我国国机器人人技术的的开发与与研究得得到了政政府的重重视与支支持。“七五”期间，国家投投入资金金，对工工业机器器人及其其

8、零部件件进行攻攻关，完完成了示示教再现现式工业业机器人人成套技技术的开开发，研研制出了了喷涂、点焊、弧焊和和搬运机机器人。1986年国家家高技术术研究发发展计划划（863计划划）开始始实施，智能机机器人主主题跟踪踪世界机机器人技技术的前前沿，经经过几年年的研究究，取得得了一大大批科研研成果，成功地地研制出出了一批批特种机机器人。从90年年代初期期起，我我国的工工业机器器人又在在实践中中迈进一一大步，先后研研制出了了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码码垛等各各种用途途的工业业机器人人，并实实施了一一批机器器人应用用工程，形成了了一批机机器人产产业化基基地，为为我国机机器人产产业的腾腾飞奠

9、定定了基础础。我国机器器人发展展的瓶颈主要是基基础零部部件的技技术不过过关：伺服电机机，高精精度减速速器、高高精度位位置编码码器、先先进的运运动控制制系统；制约了我我国的装装备制造造业的发发展；所以，国国家在基基础部件件的研究究和开发发方面投投入的力力量比较较大-国家家的重大大科研项项目。0.1.2机机器人人的定义义机器人现现在虽然然已被广广泛应用用，且越越来越受受到人们们的重视视，而机机器人这这一名词词却还没没有一个个统一、严格、准确的的定义。不同国国家、不不同研究究领域的的学者给给出的定定义不尽尽相同，虽然定定义的基基本原则则大体一一致，但但仍有较较大区别别。欧美美国家的的定义限限定多一一

10、些，日日本给出出的定义义宽松一一些，这这样就使使得机器器人的定定义范围围大小不不同，以以至在统统计机器器人的数数量时，由于定定义限定定的差异异，各种种统计数数字会有有很大出出入，故故经常要要给予特特殊说明明。目前部分分国家倾倾向于美美国机器器人协会会所给出出的定义义：机器人是是一种用用于移动动各种材材料、零零件、工工具或专专用装置置，通过过可编程程序动作作来执行行种种任任务并具具有编程程能力的的多功能能机械手手。这个定定义实际际上指的的是工业业机器人人。一般地说说，可以以定义机机器人是是由程序序控制的的，具有有人或生生物的某某些功能能，可以以代替人人进行工工作的机机器。应该说国国际标准准化组织

11、织(ISO)给给出的机机器人定定义较为为全面和和准确，其定义义涵盖如如下内容容：(1)机机器人人的动作作机构具具有类似似于人或或其他生生物体某某些器官官(肢体体、感官官等)的的功能。(2)机机器人人具有通通用性，工作种种类多样样，动作作程序灵灵活易变变。(3)机机器人人具有不不同程度度的智能能性，如如记忆、感知、推理、决策、学习等等。(4)机机器人人具有独独立性，完整的的机器人人系统在在工作中中可以不不依赖于于人的干干预预。0.1.3机机器人人技术的的研究领领域与学学科范围围一、研究究领域经过数十十年的发发展，机机器人技技术已经经发展成成为一门门新的综综合性交交叉科学学机机器人学学(robot

12、ics)，它它包括基基础研究究与应用用研究两两方面的的内容，其主要要研究领领域有：机械械手设计计；机机器人运运动学与与动力学学；机机器人轨轨迹规划划；机机器人驱驱动技术术；机机器人传传感器；机器器人视觉觉；机机器人控控制语言言与离线线编程；机器器人本体体结构；机器器人控制制系统；智能能机器人人等。二、学科科范围机器人学学所涉及及的学科科范围主主要有：力学，主要包包括工程程力学、弹塑性性力学、结构力力学等；机器人人拓扑学学，包括括结构拓拓扑学即即拓扑结结构类型型综合与与优选；机械学学；电子学学与微电电子学；控制论论；计算机机；生物学学； 人工工智能； 系统统工程等等。这些多学学科领域域知识的的交

13、叉和和融入是是机器人人技术得得以发展展、拓宽宽和延伸伸的基础础，也是是学习和和运用机机器人技技术的基基础。随随着机器器人技术术不断向向新的领领域拓展展，其学学科范围围亦将更更加宽阔阔。0.2机机器器人的分分类应用于不不同领域域的机器器人可按按照不同同的功能能、目的的、用途途、规模模、结构构、坐标标、驱动动方式等等分成很很多类型型，目前前国内外外尚无统统一的分分类标准准。参考考国内外外有关资资料，本本书将对对机器人人分类问问题进行行探讨。0.2.1按按机器器人的开开发内容容与应用用分类按开发内内容与应应用，机机器人可可分为三三大类：一、工业业机器人人(industrialrobot)工业机器器人

14、是在在工业生生产中使使用的机机器人的的总称，主要用用于完成成工业生生产中的的某些作作业。依依据具体体应用目目的的不不同，又又常常以以其主要要用途命命名。焊接机器器人是到现在在为止应应用最多多的工业业机器人人；装配机器器人比较多地地用于电电子部件件或电器器的装配配；喷涂机器器人代替人进进行各种种喷涂作作业；搬运、上上料、下下料及码码垛机器器人的功能都都是根据据工况要要求的速速度和精精度，将将物品从从一处运运到另一一处；还有很多多其他用途途的机器器人。工业机器器人的优优点：在于它可可以通过过更改程程序，方方便迅速速地改变变工作内内容或方方式，以以满足生生产要求求的变化化，例如如改变焊焊缝轨迹迹及喷

15、涂涂位置，变更装装配部件件或位置置等。随随着对工工业生产产线越来来越高的的柔性要要求，对对各种工工业机器器人的需需求也越越来越广广泛。二、操纵纵型机器器人(teleoperatorrobot)操纵型机机器人主主要用于于非工业业生产的的各种作作业，又又可分为为服务机器器人与特种作作业机器器人等。服务机器器人通常常是可移移动的，在多数数情况下下，可由由一个移移动平台台构成，平台上上装有一一只或几几只手臂臂，代替替或协助助人完成成为人类类提供服服务和安安全保障障的各种种工作，如清洁洁、护理理、娱乐乐和执勤勤等。除以上服服务机器器人外，还有一一些其他他种类的的特种作作业机器器人。如如水下机机器人，又称

16、水水下无人人深潜器器，代替替人在水水下危险险的环境境中作业业。人类类借助潜潜水器具具潜入到到大海之之中探秘秘已有很很长的历历史，人人类已可可以利用用深海潜潜水器具具潜入深深海。然然而，由由于危险险很大，而且费费用极高高，所以以人类积积极寻找找可以代代替人类类进行危危险作业业的技术术，水下下机器人人变成了了十分受受关注的的发展方方向。还有一些些特种作作业机器器人，如如墙壁清清洗机器器人(图图0.3)、爬爬缆索机机器人(图0.4)以以及管内内移动机机器人(图0.5)等等。这些些机器人人都是根根据某种种特殊目目的设计计的特种种作业机机器人，为帮助助人类完完成一些些高强度度、高危危险或无无法完成成的工

17、作作提供了了很大方方便。三、智能能机器人人(intelligent robot)智能机器器人具有有多种由由内、外外部传感感器组成成的感觉觉系统，不仅可可以感知知内部部关节节的运行行速度、力的大大小等参参数，还还可以通通过外部部传感器器(如视视觉传感感器、触触觉传感感器等)，对外外部环境境信息进进行感知知、提取取、处理理并做出出适当的的决策，在结构构或半结结构化环环境中自自主完成成某项任任务。目目前，智智能机器器人尚处处于研究究和发展展阶段。智能机器器人的发发展方向向大致有有两种，一种是是类人型型智能机机器人，这是人人类梦想想的机器器人；另另一种外外形并不不像人，但具有有机器智智能。本书将主主要

18、按照照这一分分类方法法逐次介介绍，且且着重介介绍工业业机器人人技术基基础，其其他机器器人技术术则仅予予以简介介。0.2.2按按机器器人的发发展程度度分类按照从低低级到高高级的发发展程度度机器人人可分为为：一、第一一代机器器人第一代机机器人主主要指只只能以示教-再再现方式工作作的工业业机器人人，称为为示教-再现型型。示教教内容为为机器人人操作结结构的空空间轨迹迹、作业业条件、作业顺顺序等。所谓示教教，即由由人教机机器人运运动的轨轨迹、停停留点位位、停留留时间等等。然后后，机器器人依照照教给的的行为、顺序和和速度重重复运动动，即所所谓的再再现。示示教可由由操作员员手把手手地进行行。例如如，操作作人

19、员抓抓住机器器人上的的喷枪把把喷涂时时要走的的位置走走一遍，机器人人记住了了这一连连串运动动，工作作时自动动重复这这些运动动，从而而完成给给定位置置的喷涂涂工作。这种方方式是手手把手示示教，但但是比较较普遍的的示教方方式是通通过控制制面板完完成的。操作人人员利用用控制面面板上的的开关或或键盘控控制机器器人一步步一步地地运动，机器人人自动记记录下每每一步，然后重重复。目目前在工工业现场场应用的的机器人人大多采采用这一一方式。二、第二二代机器器人第二代机机器人带带有一些些可感知知环境的的装置，通过反反馈控制制，使机机器人能能在一定定程度上上适应变变化的环环境。这这样的技技术现在在正越来来越多地地应

20、用在在机器人人上，例例如焊缝缝跟踪技技术。在机器人人焊接的的过程中中，一般般通过示示教方式式给出机机器人的的运动曲曲线，机机器人携携带焊枪枪走这个个曲线进进行焊接接。这就就要求工工件的一一致性好好，也就就是说工工件被焊焊接的位位置必须须十分准准确，否否则，机机器人行行走的曲曲线和工工件上的的实际焊焊缝位置置将产生生偏差。焊缝跟跟踪技术术是在机机器人上上加一个个传感器器，通过过传感器器感知焊焊缝的位位置，再再通过反反馈控制制，机器器人自动动跟踪焊焊缝，从从而对示示教的位位置进行行修正。即使实实际焊缝缝相对于于原始设设定的位位置有变变化，机机器人仍仍然可以以很好地地完成焊焊接工作作。三、第三三代机

21、器器人第三代机机器人是是智能机机器人，它具有有多种感感知功能能，可进进行复杂杂的逻辑辑推理、判断及及决策，可在作作业环境境中独立立行动；它具有有发现问问题且能能自主地地解决问问题的能能力。这类机器器人带有有多种传传感器，使机器器人可以以知道其其自身的的状态，例如在在什么位位置，自自身的系系统是否否有故障障等；且且可通过过装在机机器人身身上或者者工作环环境中的的传感器器感知外外部的状状态，例例如发现现道路与与危险地地段，测测出与协协作机器器的相对对位置与与距离以以及相互互作用的的力等。机器人人能够根根据得到到的这些些信息进进行逻辑辑推理、判断、决策，在变化化的内部部状态与与外部环环境中，自主决决

22、定自身身的行为为。这类类机器人人具有高高度的适适应性和和自治能能力，这这是人们们努力使使机器人人达到的的目标。经过科科学家多多年来不不懈的研研究，已已经出现现了很多多各具特特点的试试验装置置和大量量的新方方法、新新思想。但是，在已应应用的机机器人中中，机器器人的自自适应技技术仍十十分有限限，该技术是是机器人人今后发发展的方方向。0.2.3按按机器器人的性性能指标标分类机器人按按照负载载能力和和作业空空间等性性能指标标可分为为5种。一、超大大型机器器人超大型机机器人的的负载能能力为107N以上上。二、大型型机器人人大型机器器人的负负载能力力为106107N，作作业空间间为10 m2以上。三、中型

23、型机器人人中型机器器人的负负载能力力为105106N，作作业空间间为110m2。四、小型型机器人人小型机器器人的负负载能力力为1104 N，作业空空间为0.11m2。五、超小小型机器器人超小型机机器人的的负载能能力为1 N以以下，作作业空间间为0.1m2以下下。0.2.4按按机器器人的结结构形式式分类按结构形形式机器器人可分分为关节节型机器器人和非非关节型型机器人人两大类类，其中中关关节型机机器人的的机械本本体部分分一般为为由若干干关节与与连杆串串联组成成的开式式链机构构。0.2.5按按坐标标形式分分类通常关节节机器人人依据坐坐标形式式的不同同可分为为直角坐坐标型、圆柱坐坐标型、球坐标标型以及

24、及关节坐坐标型。一、直角角坐标型型机器人人这一类机机器人其其手部空空间位置置的改变变通过沿沿三个互互相垂直直的轴线线的移动动来实现现，即沿沿着X轴的纵向向移动，沿着Y轴的横向向移动及及沿着Z轴的升降降(图0.6)。该形形式机器器人的位位置精度度高，控控制无耦耦合、简简单，避避障性好好，但结结构较庞庞大，动动作范围围小，灵灵活性差差，难与与其他机机器人协协调；移移动轴的的结构较较复杂，且占地地面积较较大。二、圆柱柱坐标型型机器人人这种机器器人通过过两个移移动和个转动动实现手手部空间间位置的的改变，VERSATRAN机器人人是该型型机器人人的典型型代表(图0.7)。VERSATRAN机器人人手臂的

25、的运动系系由垂直直立柱平平面内的的伸缩和和沿立柱柱的升降降两个直直线运动动及手臂臂绕立柱柱的转动动复合而而成。圆圆柱坐标标型机器器人的位位置精度度仅次于于直角坐坐标型，控制简简单，避避障性好好，但结结构也较较庞大，难与其其他机器器人协调调工作，两个移移动轴的的设计较较复杂。三、球坐坐标型机机器人这类机器器人手臂臂的运动动由一个个直线运运动和两两个转动动所组成成，如图图0.8所示，即沿手手臂方向向X的伸缩，绕Y轴的俯仰仰和绕Z轴的回转转。UNIMATE机机器人是是其典型型代表。这类机机器人占占地面积积较小，结构紧紧凑，位位置精度度尚可，能与其其他机器器人协调调工作，重量较较轻，但但避障性性差，有

26、有平衡问问题，位位置误差差与臂长长有关。四、关节节坐标型型机器人人关节坐标标型机器器人主要要由立柱柱、前臂臂和后臂臂组成(图0.9)，PUMA机器器人是其其代表。机器人人的运动动由前、后臂的的俯仰及及立柱的的回转构构成，其其结构最最紧凑，灵活性性大，占占地面积积最小，工作空空间最大大，能与与其他机机器人协协调工作作，避障障性好，但位置置精度较较低，有有平衡问问题，控控制存在在耦合，故比较较复杂，这种机机器人目目前应用用得最多多。0.2.6按按控制制方式分分类一、点位位控制按点位方方式进行行控制的的机器人人，其运运动为空空间点到到点之间间的直线线运动，在作业业过程中中只控制制几个特特定工作作点的

27、位位置，不不对点与与点之间间的运动动过程进进行控制制。在点点位控制制的机器器人中，所能控控制点数数的多少少取决于于控制系系统的复复杂程度度。目前前部分工工业机器器人是点点位控制制的。二、连续续轨迹控控制按连续轨轨迹方式式控制的的机器人人，其运运动轨迹迹可以是是空间的的任意连连续曲线线。机器器人在空空间的整整个运动动过程都都处于控控制之下下，能同同时控制制二个以以上的运运动轴，使得手手部位置置可沿任任意形状状的空间间曲线运运动，而而手部的的姿态也也可以通通过腕关关节的运运动得以以控制，这对于于焊接和和喷涂作作业是十十分有利利的。0.2.7按按驱动动方式分分类一、气力力驱动式式机器人以以压缩空空气

28、来驱驱动执行行机构。这种驱驱动方式式的优点点是空气气来源方方便，动动作迅速速，结构构简单，造价低低，缺点点是空气气具有可可压缩性性，致使使工作速速度的稳稳定性较较差。因因气源压压力一般般只有60MPa左左右，故故此类机机器人适适宜抓举举力要求求较小的的场合。二、液力力驱动式式相对于气气力驱动动，液力力驱动的的机器人人具有大大得多的的抓举能能力，可可高达上上百千克克。液力力驱动式式机器人人结构紧紧凑，传传动平稳稳且动作作灵敏，但对密密封的要要求较高高，且不不宜在高高温或低低温的场场合工作作，要求求的制造造精度较较高，成成本较高高。三、电力力驱动式式目前越来来越多的的机器人人采用电电力驱动动式，这

29、这不仅是是因为电电动机品品种众多多可供选选择，更更因为可可以运用用多种灵灵活的控控制方法法。电力驱动动可分为为步进电电动机驱驱动、直直流伺服服电动机机驱动、无刷伺伺服电动动机驱动动等。四、新型型驱动方方式伴随着机机器人技技术的发发展，出出现了利利用新的的工作原原理制造造的新型型驱动器器，如静静电驱动动器、压压电驱动动器、形形状记忆忆合金驱驱动器、人工肌肌肉及光光驱动器器等，具具体内容容详见本本书的9.2节节。0.2.8按按机器器人工作作时的机机座可动动性分类类根据机器器人工作作时机座座的可动动性又可可将机器器人分为为机座固固定式机机器人和和机座移移动式机机器人两两大类，分别简简称为固定式机机器

30、人和和移动机机器人。前面提到到的各个个关节型型机器人人均为固固定式机机器人。固定式机机器人根根据工作作需要也也可作某某个方向向上的移移动，但但不是以以移动作作业为主主的机器器人，移移动中其其上各运运动件对对机座的的相对运运动关系系不变。移动机器器人主要要有轮式式移动机机器人、履带式式机器人人、多足足移动机机器人、特种移移动机器器人等。0.3机机器器人的应应用0.3.1工工业机机器人的的应用在发达国国家，机机器人已已广泛地地应用于于工业、国防、科技、生活等等各个领领域。工工业部门门应用最最多的当当推汽车车工业和和电子工工业，在在机械制制造行业业也有普普遍的应应用，并并逐渐向向纤维加加工、食食品工

31、业业、家用用产品制制造等行行业发展展。一、焊接机器器人焊接作业业包括点点焊和弧弧焊，是是使用工工业机器器人最多多的作业业类型之之一。传统的点点焊机虽虽然可以以减轻人人的劳动动强度，焊接质质量也较较好，但但它适宜宜少品种种、大批批量的生生产环境境，其夹夹具和焊焊枪位置置不能随随零件的的改变而而变化。而点焊焊机器人人可通过过重新编编程调整整空间点点位，以以满足不不同零件件的需要要，故特特别适宜宜于小批批量、多多品种的的生产环环境。弧焊作业业由于其焊焊缝多为为空间复复杂曲线线，多由由人工完完成。连续轨迹迹控制的的机器人人亦可以胜胜任此任任务，故故广泛用用于各种种复杂结结构和容容器的焊焊接。UNIMA

32、TE、MOTOMAN、点焊机机器人等等都是典典型的焊焊接机器器人，这这几种机机器人分分别如图图0.10、图图0.11及图图0.12所示示。二、喷涂涂机器人人喷涂作业业由于工工作环境境恶劣，特别是是对人体体有害，故发达达国家大大量使用用了喷涂涂机器人人。喷涂涂机器人人如图0.13所示。挪威生产产的TRALLFA机机器人是是目前世世界上用用得最多多的喷涂涂机器人人，该机机器人为为关节型型机器人人，6自自由度，电液或或全电动动伺服驱驱动，采采用示教教-再现现方式，既可实实行点位位控制，也可实实行连续续轨迹控控制。三、搬运运机器人人搬运物料料的作业业包括为为机床上上、下料料，为自自动生产产线转运运工件

33、。搬运机机器人人和数控控机床一一起组成成柔性加加工系统统，一条条柔性生生产线可可配置几几台至十十几台搬搬运机器器人。典典型的搬搬运机器器人有T3(如如图0.14所所示)和和FUNAC机机器人等等。四、装配配机器人人装配机器器人用于于装配作作业是随随着视觉觉系统的的发展而而发展起起来的。装配机机器人在在电子工工业用得得最多，主要用用于电路路板的装装配以及及电动机机、发动动机部件件、阀门门等产品品的装配配。PUMA700机器人人(图0.15)是一一种典型型的装配配用关节节型机器器人，由由直流伺伺服电动动机驱动动，微机机控制点点位或连连续轨迹迹，用VAL语语言示教教编程，其手腕腕机构具具有顺应应性，

34、可可克服装装配中的的误差。五、其他他工业机机器人国外航空空航天工工业中机机器人应应用得也也十分广广泛，如如铆接装装配作业业就大量量使用了了铆接机机器人(图0.16)，此外外如电气气插头的的装配、发动机机风扇外外壳和高高压涡轮轮的焊接接、飞机机座舱盖盖和风挡挡钻孔作作业、飞飞机机身身和垂直直尾翼钻钻孔等都都采用了了机器人人。某些些飞机机机身、机机舱的喷喷漆作业业以及发发动机零零部件等等离子喷喷涂、外外观去毛毛刺也采采用了机机器人(图0.17)。0.3.2操操纵型型机器人人的应用用一、导盲盲机器人人二、护士士助手机机器人三、排雷雷机器人人四、特种种机器人人除以上三三种移动动机器人人外，根根据具体体

35、的应用用目的，还出现现了一些些其他种种类的移移动机器器人。如如前所述述的墙壁壁清洗机机器人、爬缆索索机器人人以及管管内移动动机器人人等。这这些机器器人都是是根据某某种特殊殊目的设设计的特特种机器器人。0.3.3智智能机机器人的的应用0.4机机器器人的组组成与技技术参数数0.4.1机机器人人的基本本组成作为一个个系统机机器人，一般由由三部分分、六个个子系统统组成，如图0.26所示。这三部部分是机机械部分分、传感感部分、控制部部分；六六个子系系统是驱驱动系统统、机械械系统、感知系系统、人人机交互互系统、机器人人-环境境交互系系统、控控制系统统等。0.4.2机机器人人的主要要技术参参数机器人的的技术

36、参参数反映映了机器器人可胜胜任的工工作、具具有的最最高操作作性能等等情情况，是选择择、设计计、应用用机器人人所必须须考虑的的问题。机器人人的主要要技术参参数一一般有自自由度、分辨率率、精度度、重复复定位精精度、工工作范围围、承载载能力及及最大速速度度等。一、自由由度自由度是是指机器器人所具具有的独独立坐标标轴运动动的数目目，不包包括手爪爪(末端端执行器器)的开开合自由由度。在在三维空空间中描描述一个个物体的的位置和和姿态(简称位位姿)需需要6个个自由度度。从运动学学的观点点看，完完成某一一特定作作业时具具有多余余自由度度的机器器人称为为冗余自自由度机机器人，亦称冗冗余度机机器人。利用冗余余的自

37、由由度可以以增加机机器人的的灵活性性，躲避避障碍物物和改善善动力性性能。人人的手臂臂(大臂臂、小臂臂、手腕腕)共有有7个自自由度，所以工工作起来来很灵巧巧，可回回避障碍碍物从不不同方向向到达同同一个目目的点。二、分辨辨率在机器人人学中，精度常常常容易易和分辨辨率、重重复定位位精度相相混淆。机器人人的分辨辨率由系系统设计计检测参参数决定定，并受受到位置置反馈检检测单元元性能的的影响。分辨率分分为编程程分辨率率与控制制分辨率率，统称称为系统统分辨率率。编程分辨辨率是指指程序中中可以设设定的最最小距离离单位，又称基基准分辨辨率。例例如：当当电动机机旋转0.1，机器器人腕点点即手臂臂尖端点点移动的的直线距距离为0.01 mm时，其其基准分分辨率为为0.01mm。控制分辨辨率是位位置反馈馈回路能能够检测测到的最最小位移移量。例例如：若若每周(转)1000个脉脉冲的增增量式编编码盘与与电动机机同轴安安装，则则电动机机每旋转转0.36(360，1000r/min)，编码码盘就发发出一个个脉冲，0.36以以下的角角度变化化无法检检测，该该系统的的控制分辨率率为0.36。显然然，当编编程分辨辨率与控控制分辨辨率相等等时，系系统性能能达到最最高。三、精度度机器人的的精度主主要依存存于机械械误差、控制算