下面是范文網(wǎng)小編收集的工業(yè)機(jī)器人教學(xué)計劃共3篇 機(jī)器人課程教學(xué)計劃，歡迎參閱。

工業(yè)機(jī)器人教學(xué)計劃共1

　　工業(yè)機(jī)器人課程報告

　　昆明理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械工程及自動化專業(yè)2006級 流體傳動與控制模塊（8）

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　　工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理及其應(yīng)用

　　[摘要]:自從20世紀(jì)初以來,隨著機(jī)床,汽車等制造業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了機(jī)械手,并且經(jīng)過多年的發(fā)展以及在工業(yè)中的應(yīng)用,工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)越來越受到人們的重視.有代表性的美國,日本，蘇聯(lián)，歐洲在工業(yè)機(jī)器人方面的研究和應(yīng)用加大了力度,特別是日本在這方面尤其突出。 近年來工業(yè)機(jī)器人在焊接,噴涂,搬運(yùn)物料,裝配,海洋開發(fā),原子能工業(yè),宇宙開發(fā)，軍事應(yīng)用，農(nóng)牧業(yè)，建筑，礦業(yè)，醫(yī)療福利等方面也有了廣泛的應(yīng)用，并且隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)用范圍一定會越來越廣泛。下面我們將從執(zhí)行系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)四方面來具體介紹工業(yè)機(jī)器人。

　　[Abstract]：Since the beginning of the 20th century, with the machine tool, automobile manufacturing industry experienced a mechanical hand, and after years of development, as well as in industry applications, industrial robots have been more and more of the United States, Japan, the Soviet Union, the European industrial robot research and application of stepped up efforts, especially in Japan in this regard are particularly recent years, industrial robots, welding, painting, material handling, aembly, ocean development, atomic energy industry, the universe development, military applications, agriculture, animal husbandry, construction, mining, medical and welfare also have a wide range of applications, and with advances in robotics,Range of applications will become increasingly we will implement the system, drive systems, control systems and artificial intelligence systems to the specific introduction four robots.

　　一.工業(yè)機(jī)器人的定義、產(chǎn)生和發(fā)展

　　機(jī)器人的定義

　　到目前為止，世界各地對“工業(yè)機(jī)器人”還沒有作出統(tǒng)一的明確定義。通常所說的工業(yè)機(jī)器人是一種能模擬人的手、臂的部分動作，按照預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動化裝置。

　　機(jī)器人的外表不一定像人，有的根本不像人。因為人們制造機(jī)器人是為了讓及其人代替人的工作，所以機(jī)器人能夠具有人的勞動機(jī)能。機(jī)器人能力的評價標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)和生物能力的評價標(biāo)準(zhǔn)一樣，包括智能、機(jī)能和物理能三個方面。

　　智能是指感覺和感知，包括記憶、運(yùn)算，比較，鑒別，判斷，決策，學(xué)習(xí)和邏輯推理等。 機(jī)能是指變通性，通用性或空間占有性等。

　　物理能則包括力，速度，連續(xù)運(yùn)行能力，可靠性，聯(lián)用性，壽命等。

　　把上述三方面能力綜合起來，有可以說機(jī)器人是具有生物功能的空間三維坐標(biāo)系機(jī)械。 既然要求機(jī)器人能代替人的勞動。人們就希望它能有一雙像人一樣的巧手；能行走的雙腳；具有人類感官的功能（視覺、觸覺、聽覺、味覺、嗅覺、痛覺等）；具有理解人類語言和用語言表達(dá)的能力；具有一顆善于思考，學(xué)習(xí)和決策的頭腦。但是機(jī)器人所有這些能力都必須滿足機(jī)器人學(xué)三定律：

　　第一定律：機(jī)器人不得傷害人，也不得見人受到傷害而袖手旁觀。

　　第二定律：機(jī)器人應(yīng)服從人的一切命令，但不得違反第一定律。

　　第三定律：機(jī)器人應(yīng)保護(hù)自身的安全，但不得違反第一，第二定律。

　　機(jī)器人的產(chǎn)生和發(fā)展

　　早在20世紀(jì)初，隨著機(jī)床，汽車等制造業(yè)的發(fā)展就出現(xiàn)了機(jī)械手。1913年美國福特汽車工業(yè)公司就安裝了第一條汽車零件加工自動線。自動機(jī)的上下料與工件的傳送采用了專用機(jī)械手代替人工上下料及傳送工件?？梢妼Ｓ脵C(jī)械手就是作為自動機(jī)，自動線的附屬裝置出現(xiàn)的。

　　到了40年代，隨著原子能工業(yè)的產(chǎn)生，出現(xiàn)了另一類半自動化抓取搬運(yùn)裝置——操作機(jī)。在原子能工業(yè)中用它來進(jìn)行放射性材料的加工，處理和實驗；

　　“工業(yè)機(jī)器人”這種自動化裝置出現(xiàn)的比較晚。它的研究工作是50年代初從美國開始的。日本，蘇聯(lián)，歐洲的研制工作比美國大約晚十年。但是日本的發(fā)展速度比美國快，歐洲特別是西歐各國比較注意工業(yè)機(jī)器人的研制和應(yīng)用，其中英國，瑞典，挪威等國的技術(shù)水平較高，產(chǎn)量也較大。

　　1954年美國人戴萬獲得了一項工業(yè)機(jī)器人專利。到1958年，美國機(jī)械與鑄造公司研制成功一臺數(shù)控自動通用機(jī)器。這就是世界上最早的機(jī)器人。從此之后，美國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個階段：

　?。?）1963——1967年為實驗定型階段;

　?。?）1968——1970年為實際應(yīng)用階段；

　　（3）1970年至今一直處于技術(shù)發(fā)展和推廣應(yīng)用階段。

　　二機(jī)器人的組成及各部分結(jié)構(gòu)原理

　　工業(yè)機(jī)器人一般應(yīng)由執(zhí)行系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成。下面我們就來詳細(xì)分析各個系統(tǒng)的組成及其原理。

　　執(zhí)行系統(tǒng)

　　執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成抓取工件（或工具）實現(xiàn)所需的各種運(yùn)動的機(jī)械部件，包括以下幾個部分：手部，腕部，臂部，機(jī)身和行走機(jī)構(gòu)。

　?。?） 手部：是工業(yè)機(jī)器人直接與工件接觸用來完成握持工件（或工具）的部件。有些

　　工業(yè)機(jī)器人直接將工具（如焊槍，噴槍，容器）裝在手部位置，而不再設(shè)置手部。 根據(jù)手指和手掌在抓取物體時的相對狀態(tài)，抓取方式可分為捏，夾握三大類。這三種抓取方式都是靠手指間或手指與手掌間對工件的作用力以及手指手掌與工件之間的摩擦力保持工件的。

　　從機(jī)械手指根部來看，手部機(jī)構(gòu)的動作形式有回轉(zhuǎn)式和移動式（或直進(jìn)式）兩種。其中回轉(zhuǎn)式為基本形式，它結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，應(yīng)用廣泛。由于移動式手部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，龐大等，所以以用較少。但移動式手部機(jī)構(gòu)抓取工件時，工件直徑的變化對定位精度一般無影響，故宜于工件直徑有較大變化時使用。

　?。?） 腕部：是工業(yè)機(jī)器人中聯(lián)接手部與臂部，主要用來確定手部工作位置并擴(kuò)大臂部

　　動作范圍的部件。有一些專用機(jī)器人沒有手腕部件，而是直接將手部安裝在手臂部件的頂端。為了使手部處于空間任意方向，要求腕部能實現(xiàn)對空間三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動。即具有回轉(zhuǎn)，俯仰和擺動。一些專用機(jī)械手甚至沒有腕部，但有的腕部是為了特殊要求還有橫向移動自由度。

　　（3） 臂部：是機(jī)器人用來支承腕部和手部實現(xiàn)較大運(yùn)動范圍的部件。工業(yè)機(jī)器人的臂

　　部一般有2——3個自由度，即伸縮，回轉(zhuǎn)，俯仰和升降。專用機(jī)械手的臂部一般具有1——2個自由度，即伸縮，回轉(zhuǎn)和直移。臂部總重量較大，受力一般叫復(fù)雜，在運(yùn)動時，直接承受腕部手部和工件（工具）的靜動載荷，尤其高速運(yùn)動時，將產(chǎn)生教的的慣性力（或慣性矩），引起沖擊，影響定位的準(zhǔn)確性。臂部運(yùn)動部分零部件的重量直接影響著臂部構(gòu)建的剛度和強(qiáng)度。專用機(jī)械手的臂部一般直接安裝在主機(jī)上，工業(yè)機(jī)器人的臂部一般與控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)一起安裝在機(jī)身上（即機(jī)座上），機(jī)身可以是固定式的，也可以是行走式的，即沿地面和導(dǎo)軌運(yùn)動。

　　（4） 機(jī)身：是工業(yè)機(jī)器人用來支承手部部件的，并安裝驅(qū)動裝置和其他裝置的部件。

　　專用機(jī)械手一般將臂部安裝在主機(jī)上。成為主機(jī)的附屬裝置，臂部的運(yùn)動越多，機(jī)身的受力和結(jié)構(gòu)情況越復(fù)雜。機(jī)身即可以是固定的也可以是行走式的，即在他的下部能行走的結(jié)構(gòu)，可沿地面和架空軌道運(yùn)行。設(shè)計機(jī)身時為提高剛度應(yīng)注意

　　以下幾點：剛度，精度，平穩(wěn)性。

　?。?） 行走機(jī)構(gòu)：是工業(yè)機(jī)器人用來擴(kuò)大活動范圍的機(jī)構(gòu)，有的是專門的行走裝置，有

　　的是軌道滾輪機(jī)構(gòu)。行走部是行走機(jī)器人的重要執(zhí)行部件，是由行走的驅(qū)動裝置，傳動機(jī)構(gòu)，位置檢測元件，傳感器，電纜及管路等構(gòu)成。它一方面支承機(jī)器人的機(jī)身，臂和手部，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動機(jī)器人實現(xiàn)更廣泛的空間內(nèi)運(yùn)動。行走部機(jī)構(gòu)按其行走運(yùn)動軌跡固定軌跡式和無固定軌跡式。隨著海洋科學(xué)，原子能工業(yè)及宇宙空間事業(yè)的發(fā)展，可以預(yù)見，具有智能的可移動機(jī)器人，能夠自行的柔性機(jī)器人肯定是今后的發(fā)展方向。

　　驅(qū)動系統(tǒng)

　　驅(qū)動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力的裝置。采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式有四種：液壓式，氣壓式，電器式和機(jī)械式。

　　（1） 液壓式:其驅(qū)動系統(tǒng)由油缸，電磁閥，油泵和郵箱等組成。其特點是操作力大，體

　　積小，動作平穩(wěn)，耐沖擊耐振動。但漏油對系統(tǒng)的工作性能影響大。與氣壓式相比成本高。

　?。?） 氣壓式：其驅(qū)動系統(tǒng)由氣缸，氣閥，空氣壓縮機(jī)（或氣壓站直接供給）和儲氣罐

　　等組成。其特點是起源方便，維修簡單，易于獲得高速度，成本低，防火防爆，漏氣對環(huán)境無影響，有沖擊，臂力一般不超過300牛頓。

　?。?） 電器式；其驅(qū)動系統(tǒng)一般由電機(jī)驅(qū)動。優(yōu)點是電源方便，信號傳遞運(yùn)算容易，響

　　應(yīng)快，驅(qū)動力較大，適用于中小型工業(yè)機(jī)器人。但是必須使用減速裝置（如齒輪減速器，諧波齒輪減速器等），所需要的電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)，DC伺服電機(jī)和AC伺服電機(jī)等。

　?。?） 機(jī)械式：器驅(qū)動系統(tǒng)由電機(jī)，凸輪，齒輪齒條，連桿等機(jī)械裝置組成。傳動可靠，

　　適用于簡單的機(jī)械手。

　　2．3控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人或機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測其正確與否。一般常見的為電氣與電子回路控制。計算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。就其控制方式可分為分散控制與集中控制兩種類型。若以控制的運(yùn)動軌跡來分原則上分為兩種：（1）點位控制：主要控制空間兩點或有限多個點的空間位置，而其對運(yùn)動路徑?jīng)]有要求。專用機(jī)械手和絕大部分工業(yè)機(jī)器人均采用這種點位控制方式。（2）連續(xù)軌跡控制：是用連續(xù)的信息對運(yùn)動軌跡的任意位置進(jìn)行控制，其運(yùn)動路徑是連續(xù)的。對運(yùn)動軌跡有要求的工業(yè)機(jī)器人需要連續(xù)軌跡控制，如電弧焊，切割等。

　　人工智能系統(tǒng)

　　傳感器技術(shù)是今后左右工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的重要技術(shù)之一。傳感器的功能相當(dāng)于人的部分感覺機(jī)能。機(jī)器人自動操作時，需要檢測自身狀態(tài)和作業(yè)對象與作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)。檢測機(jī)器人自身狀態(tài)的傳感器稱為內(nèi)部信息傳感器而檢測外部信息的傳感器有和人的五官對應(yīng)的，有純工程的和五官對應(yīng)的有接觸式的觸覺，味覺（PH計，化學(xué)分析器）傳感器。非接觸式的視覺，嗅覺（氣體傳感器，化學(xué)分析器，煙傳感器）傳感器，以及有固定作用的聽覺傳感器。

　　（1）觸覺傳感器人的觸覺包含有接觸覺，壓覺，冷熱覺，滑動覺，痛覺等。

　?。?）接近覺傳感器人沒有專門的接近覺器官，而是依靠視覺和經(jīng)驗來判斷物體的接近情況。如果仿照人的功能使機(jī)器人具有接近覺將非常復(fù)雜，所以機(jī)器人使用專門的接近覺傳感器。

　　（3）視覺傳感器視覺傳感器在機(jī)器人上起三個作用：第一位置的測量，第二進(jìn)行圖像識別，第三進(jìn)行檢驗

　?。?）人工視覺人類是借助五種感官從外界獲得信息的，一般認(rèn)為有90%以上的信息來自

　　視覺。就是說，人要順利地生活和工作，非用眼睛識別客觀環(huán)境不可。同樣，要讓機(jī)器人有高度的適應(yīng)性以及復(fù)雜的工作能力也必須使之具備某種形式的人工視覺。

　　三機(jī)器人的應(yīng)用

　　工業(yè)機(jī)器人最早應(yīng)用的領(lǐng)域是汽車工業(yè)。其中應(yīng)用最早最多的工種為焊接，噴涂和上下料。有人稱這個領(lǐng)域為機(jī)器人的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。

　　1焊接包括點焊，弧焊，錫焊，激光焊等，它的用途廣，歷史長。例如汽車的駕駛室是用點焊的方法把各個分離的板件焊成一個整體的。

　　2噴涂由于噴涂工序中霧狀漆料對人體有危害，噴涂環(huán)境中照明，通風(fēng)等條件很差，而且不易從根本上改進(jìn)，因此在這個領(lǐng)域中大量使用了機(jī)器人。使用機(jī)器人不僅可以改善勞動條件，而且還可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低成本。

　　3搬運(yùn)物料包括為機(jī)床服務(wù),上下工件,為自動線服務(wù),在不同流向的自動線上轉(zhuǎn)運(yùn)工件.這種機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床可以組成柔性加工系統(tǒng)(FMS),它可以滿足多品種,中小批量生產(chǎn)的需要.4裝配由于機(jī)器人的觸覺和視覺系統(tǒng)不斷完善,可以把軸類件投放于孔內(nèi)的準(zhǔn)確度提高到之內(nèi)。國外已逐步開始應(yīng)用機(jī)器人裝配復(fù)雜部件，例如裝配發(fā)電機(jī)，電動機(jī)，大規(guī)模集成電路板等。

　　5海洋開發(fā)機(jī)器人常用于海洋測量多目標(biāo)觀測，海底施工，電纜鋪設(shè)，管道連接維修，石油開采等。

　　6原子能工業(yè)機(jī)器人可用于放射性物質(zhì)搬運(yùn)，設(shè)備檢查維修，污染物處理等對人體有害的工作。

　　7其他機(jī)器人在宇宙開發(fā)，軍事應(yīng)用，農(nóng)牧業(yè)，建筑，礦業(yè)，醫(yī)療福利等方面也有了廣泛的應(yīng)用，并且隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)用范圍一定會越來越廣泛。

　　參考文獻(xiàn)：吳廣玉 姜復(fù)興編 《機(jī)器人工程導(dǎo)論》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社1988年3月張建明 編著《工業(yè)機(jī)器人》北京理工大學(xué)出版社1988年12月

工業(yè)機(jī)器人教學(xué)計劃共2

　　引言

　　機(jī)器人的誕生和機(jī)器人學(xué)的建立及發(fā)展，是20世紀(jì)自動控制領(lǐng)域最具說服力的成就，是20世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重大成果。現(xiàn)在全世界已經(jīng)有100萬臺機(jī)器人，銷售額每年增加20%及以上。機(jī)器人技術(shù)和工業(yè)得到了前所未有的發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)交叉和綜合的體現(xiàn)，先進(jìn)機(jī)器人的發(fā)展代表著國家綜合科技實力和水平，因此目前許多國家都已經(jīng)把機(jī)器人技術(shù)列入本國21世紀(jì)高科技發(fā)展計劃隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人已從傳統(tǒng)的制造業(yè)進(jìn)入人類的工作和生活領(lǐng)域，另外，隨著需求范圍的擴(kuò)大，機(jī)器人結(jié)構(gòu)和形態(tài)的發(fā)展呈現(xiàn)多樣化。高端系統(tǒng)具有明顯的仿生和智能特征，其性能不斷提高，功能不斷擴(kuò)展和完善；各種機(jī)器人系統(tǒng)便逐步向具有更高智能和更密切與人類社會融洽的方向發(fā)展。

　　一、早期機(jī)器人的發(fā)展

　　機(jī)器人的起源要追溯到3000多年前?！皺C(jī)器人”是存在于多種語言和文字的新造詞，它體現(xiàn)了人類長期以來的一種愿望，即創(chuàng)造出一種像人一樣的機(jī)器或人造人，以便能夠代替人去進(jìn)行各種工作。

　　直到四十多年前，“機(jī)器人”才作為專業(yè)術(shù)語加以引用，然而機(jī)器人的概念在人類的想象中卻已存在三千多年了。早在我國西周時代（公元前1066年~前771年），就流傳著有關(guān)巧匠偃師獻(xiàn)給周穆王一個藝妓（歌舞機(jī)器人）的故事。

　　春秋時代（公元前770~前467）后期，被稱為木匠祖師爺?shù)聂敯啵弥褡雍湍玖现圃斐鲆粋€木鳥，它能在空中飛行，“三日不下”，這件事在古書《墨經(jīng)》中有所記載，這可稱得上世界第一個空中機(jī)器人。

　　東漢時期（公元25~220），我國大科學(xué)家張衡，不僅發(fā)明了震驚世界的“候風(fēng)地動儀”，還發(fā)明了測量路程用的“計里鼓車”，車上裝有木人、鼓和鐘，每走1里，擊鼓1次，每走10里擊鐘一次，奇妙無比。

　　三國時期的蜀漢（公元221~263），丞相諸葛亮既是一位軍事家，又是一位發(fā)明家。他成功地創(chuàng)造出“木牛流馬”，可以運(yùn)送軍用物資，可成為最早的陸地軍用機(jī)器人。

　　在國外，也有一些國家較早進(jìn)行機(jī)器人的研制。公元前3世紀(jì)，古希臘發(fā)明家戴達(dá)羅斯用青銅為克里特島國王邁諾斯塑造了一個守衛(wèi)寶島的青銅衛(wèi)士塔羅斯。

　　在公元前2世紀(jì)出現(xiàn)的書籍中，描寫過一個具有類似機(jī)器人角色的機(jī)械化劇院，這些角色能夠在宮廷儀式上進(jìn)行舞蹈和列隊表演。

　　公元前2世紀(jì)，古希臘人發(fā)明了一個機(jī)器人，它是用水、空氣和蒸汽壓力作為動力，能夠動作，會自己開門，可以借助蒸汽唱歌。

　　1662年，日本人竹田近江，利用中標(biāo)技術(shù)發(fā)明了能進(jìn)行表演的自動機(jī)器玩偶；到了18世紀(jì)，日本人若井源大衛(wèi)門和源信，對該玩偶進(jìn)行了改進(jìn)，制造出了端茶玩偶，該玩偶雙手端著茶盤，當(dāng)講茶杯放到茶盤上后，它就會走向客人將茶送上，客人取茶杯時，它會自動停止走動，帶客人喝完茶姜茶被放回茶盤之后，他就會轉(zhuǎn)回原來的地方，煞是可愛。

　　法國的天才冀師杰克·戴·瓦克遜，于1738年發(fā)明了一直機(jī)器鴨，他會游泳。喝水、吃東西和排泄，還會嘎嘎叫。

　　瑞士鐘表名匠德羅斯父子三人于公元1768~1774年間，設(shè)計制造出三個像真人一樣大小的機(jī)器人——寫字偶人、繪圖偶人和彈風(fēng)琴偶人。它們是由凸輪控制和彈簧驅(qū)動的自動機(jī)器，至今還作為國寶保存在瑞士納切特爾市藝術(shù)和歷史博物館內(nèi)。同時，還有德國梅林制造的巨型泥塑偶人“巨龍哥雷姆”，日本物理學(xué)家細(xì)川半藏設(shè)計的各種自動機(jī)械圖形，法國杰夸特設(shè)計的機(jī)械式可編程織造機(jī)等。 1770年，美國科學(xué)家發(fā)明了一種報時鳥，一到整點，這種鳥的翅膀、頭和喙便開始運(yùn)動，同時發(fā)出叫聲，他的主彈簧驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，是活塞壓縮空氣而發(fā)出叫聲，同時齒輪轉(zhuǎn)動時帶動凸輪轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動翅膀、頭運(yùn)動。 1893年，加拿大摩爾設(shè)計的能行走的機(jī)器人“安德羅丁”，是以蒸汽為動力的。這些機(jī)器人工藝珍品，標(biāo)志著人類在機(jī)器人從夢想到現(xiàn)實這一漫長道路上，前進(jìn)了一大步。

　　二、近代機(jī)器人的發(fā)展

　　1920年，原捷克斯洛伐克劇作家卡雷爾·凱培克在他的科幻情節(jié)劇《羅薩姆的萬能機(jī)器人》中，第一次提出了“機(jī)器人” （Robot）這個名詞，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。在捷克語中，Robot這個詞是指一個賦役的努力。

　　20世紀(jì)初期，機(jī)器人已躁動于人類社會和經(jīng)濟(jì)的母胎之中，人們含有幾分不安地期待著它的誕生。他們不知道即將問世的機(jī)器人將是個寵兒，還是個怪物。針對人類社會對即將問世的機(jī)器人的不安，美國著名科學(xué)幻想小說家阿西莫夫于1950年在他的小說《我是機(jī)器人》中，首先使用了機(jī)器人學(xué)（Robotics）這個詞來描述與機(jī)器人有關(guān)的科學(xué)，并提出了有名的“機(jī)器人三守則”：

　?。?） 機(jī)器人必須不危害人類，也不允許他眼看人將受害而袖手旁觀； （2） 機(jī)器人必須絕對服從于人類，除非這種服從有害于人類；

　　（3） 機(jī)器人必須保護(hù)自身不受傷害，除非為了保護(hù)人類或者是人類命令它做出犧牲。

　　這三條守則，給機(jī)器人社會賦以新的倫理性，并使機(jī)器人概念通俗化更易于為人類社會所接受。至今，它仍為機(jī)器人研究人員、設(shè)計制造廠家和用戶，提供了十分有意義的指導(dǎo)方針。

　　wps_clip_image- 圖一 第一代機(jī)器人

　　通常可將機(jī)器人分為三代。第一代是可編程機(jī)器人（如圖一）。這類機(jī)器人一般可以根據(jù)操作員所編的程序，完成一些簡單的重復(fù)性操作。這一帶機(jī)器人從20世紀(jì)60年代后半期開始投入使用，目前他在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用。第二代是感知機(jī)器人（如圖二），即自適應(yīng)機(jī)器人，它是在第一代機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有不同程度的“感知”能力。這類機(jī)器人在工業(yè)界已有應(yīng)用。第三代機(jī)器人將具有識別、推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等智能機(jī)制，它可以把感知和行動智能化結(jié)合起來，因此能在非特定的環(huán)境下作業(yè)，故稱之為智能機(jī)器人（如圖三）。目前，這類機(jī)器人處于試驗階段，將向?qū)嵱没较虬l(fā)展。 wps_clip_image- 圖二第二代機(jī)器人

　　今日工業(yè)機(jī)器人的最早研究可追溯到第二次大戰(zhàn)后不久。在40年代后期，橡樹嶺和阿爾貢國家實驗室就已開始實施計劃，研制遙控式機(jī)械手，用于搬運(yùn)放射性材料。這些系統(tǒng)是“主從”型的，用語準(zhǔn)確地“模仿”操作員手和臂的動作。主機(jī)械手由使用者進(jìn)行導(dǎo)引做一連串動作，而從機(jī)械手盡可能準(zhǔn)確地模仿主機(jī)械手的動作，后來用機(jī)械耦合主從機(jī)械手的動作加入力的反饋，使操作員能夠感覺到從機(jī)械手及其環(huán)境之間產(chǎn)生的力。50年代中期，機(jī)械手中的機(jī)械耦合被液壓裝置所取代，如通用電氣公司的“巧手人”機(jī)器人和通用制造廠的“怪物”I型機(jī)器人。1954年提出了“通用重復(fù)操作機(jī)器人”的方案，并在1961年獲得了專利。同一時期誕生了利用肌肉生物電流控制的上臂假肢。 wps_clip_image-1709 圖三 第三代機(jī)器人

　　1958年，被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”的Joseph Berger創(chuàng)建了世界上第一個機(jī)器人公司——Unimation（Univeral Automation）公司，并參與設(shè)計了第一臺Unimate機(jī)器人（如圖四）。這是一臺用于壓鑄的五軸液壓驅(qū)動機(jī)器人，手臂的控制由一臺計算機(jī)完成。它采用了分離式固體數(shù)控元件，并裝有存儲信息的磁鼓，能夠記憶完成180個工作步驟。與此同時，另一家美國公司——AMF公司也開始研制工業(yè)機(jī)器人，即Versatran（Versatile Transfer）機(jī)器人。它主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸、采用液壓驅(qū)動。該機(jī)器人的手臂可以繞底座回轉(zhuǎn)，沿垂直方向升降，也可以沿半徑方向伸縮。一般認(rèn)為Unimate和Versatran機(jī)器人是世界上最早的工業(yè)機(jī)器人。 wps_clip_image- 圖四 Unimate機(jī)器人

　　1959年，美國Consolidated Controls公司研制出第一代工業(yè)機(jī)器人原型。1960年美國機(jī)床鑄造公司（AMF）生產(chǎn)出圓柱坐標(biāo)的VERSATRAN型機(jī)器人，可做點位和軌跡控制，同年第一批電焊機(jī)器人用于工業(yè)生產(chǎn)。隨后，美國Unimation公司研制出球坐標(biāo)的UNIMATE型機(jī)器人，它采用電液伺候驅(qū)動，磁鼓存儲，可完成近200種示教在線動作。

　　可以說，60年代和70年代是機(jī)器人發(fā)展最快、最好的時期，這期間的各項研究發(fā)明有效地推動了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和推廣。主要成就如表一。 表一 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展編年表 機(jī)器人表

　　雖然，編程機(jī)器人是一種新穎而有效的制造工具，但到了60年代，利用傳感器反饋大大增強(qiáng)機(jī)器人柔性的趨勢就已經(jīng)很明顯了。60年代早期，厄恩斯特于1962年介紹了帶有觸覺傳感器的計算機(jī)控制機(jī)械手的研制情況。這種稱為MH-1的裝置能“感覺”到塊狀材料，用此信息控制機(jī)械手，把塊狀材料堆起來，無需操作員幫助。這種工作是機(jī)器人在合理的非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中具有自適應(yīng)特性的一例。機(jī)械手系統(tǒng)是六自由度ANL Model-8型操作機(jī)，由一臺TX-O計算機(jī)通過接口裝置進(jìn)行控制。此研究項目后來成為MAC計劃的一部分，在機(jī)械手上又增加了電視攝像機(jī)，開始進(jìn)行機(jī)器感覺研究。與此同時，湯姆威克和博奈也于1962年研制出一種裝有壓力傳感器的手爪樣機(jī)，可檢測物體，并向電機(jī)輸入反饋信號，啟動一種或兩種抓取方式。一旦手爪接觸到物體，與物體大小和質(zhì)量成比例的信息就通過這些壓力敏感元件傳輸?shù)接嬎銠C(jī)1963年，美國機(jī)械鑄造公司推出了VERSATRAN機(jī)器人商品，同年初，還研制了多種操作機(jī)手臂，如Roehampton型和Edinburgh型手臂。

　　在60年代后期，麥卡錫于1968年和他在斯坦福工人智能實驗室的同事報告了有手、眼和耳（即機(jī)械手、電視攝象機(jī)和拾音器）的計算機(jī)的開發(fā)情況。他們表演了一套能識別語音命令、“看見”散放在桌面上的方塊和按指令進(jìn)行操作的系統(tǒng)。皮珀也在1968年研究了計算機(jī)控制的機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)問題。在1971年卡恩和羅恩分析了機(jī)械限位手臂開關(guān)式（最短時間）控制的動力學(xué)和控制問題。

　　這時，其他國家（特別是日本）也開始認(rèn)識到工業(yè)機(jī)器人的潛力。早在1968年，日本川崎重工業(yè)公司與Unimation公司談判，購買了其機(jī)器人專利。1969年，機(jī)器人出現(xiàn)了不尋常的新發(fā)展，通用電氣公司為誒過陸軍研制了一種試驗性步行車。同年，研制出了“波士頓”機(jī)械手，次年又研制出了“斯坦?！睓C(jī)械手。后者裝有攝像機(jī)和計算機(jī)控制器。把這些機(jī)械手用作機(jī)器人的操作機(jī)，是一些重大的機(jī)器人研究工作開始了。對“斯坦福”機(jī)械手所做的一項實驗是根據(jù)各種策略自動地堆放狀材料。在當(dāng)時對于自動機(jī)器人來說，這是一項非常復(fù)雜的工作。1974年Cincinnati Milacron公司推出了第一臺計算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，定名為“The Tomorrow Tool”。它能舉起重達(dá)的物體，并能跟蹤裝配線上的各種移動物體。

　　在此期間，智能機(jī)器人的研究也有進(jìn)展，1961年美國麻省理工學(xué)院研制出有觸覺的MH-1型機(jī)器人，在計算機(jī)控制下用來處理放射性材料。1968年美國斯坦福大學(xué)研制出名為SHAKEY的智能移動機(jī)器人。從60年代后期起，噴漆、弧焊機(jī)器人相繼在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性加工單元標(biāo)志著單件小批生產(chǎn)方式的一個新的高度。幾個工業(yè)化國家競相開展了具有視覺、觸覺、多手、多足，能超越障礙、鉆洞、爬墻、水下移動的各種智能機(jī)器人的研究工作，并開始在海洋開發(fā)、空間探索和核工業(yè)中試用。整個60年代，機(jī)器人技術(shù)雖然取得了如上列舉的許多進(jìn)展，建立了產(chǎn)業(yè)并生產(chǎn)了多種機(jī)器人商品，但是在這一階段多數(shù)工業(yè)部門對應(yīng)用機(jī)器人還持觀望態(tài)度，機(jī)器人在工業(yè)應(yīng)用方面的進(jìn)展并不快。

　　在70年代，大量的研究工作把重點放在使用外部傳感器來改善機(jī)械手的操作。1973年博爾斯和保羅在斯坦福使用視覺和力反饋，表演了與PDP-10計算機(jī)相連由計算機(jī)控制的“斯坦福”機(jī)械手，用于裝配自動水泵。幾乎同時，IBM公司的威爾和格羅斯曼在1975年研制了一個帶有觸覺和力覺傳感器的計算機(jī)控制的機(jī)械手，用于完成20個零件的打字機(jī)機(jī)械裝配工作。1974年，麻省理工學(xué)院人工智能實驗室的井上對力反饋的人工智能作了研究。在精密裝配作業(yè)中，用一種著陸導(dǎo)航搜索技術(shù)進(jìn)行初始定位。內(nèi)文斯等人于1974年在德雷珀實驗室研究了基于依從性的傳感技術(shù)。這項研究發(fā)展為一種被動柔順（稱為間接中心柔順，RCC）裝置，它與機(jī)械手最后一個關(guān)節(jié)的安裝板相連，用于緊配合裝配。同年，貝杰茨在噴氣推進(jìn)實驗室為空間開發(fā)計劃用的擴(kuò)展性“斯坦福”機(jī)械手提供了一種基于計算機(jī)的力矩控制技術(shù)。從那以后相繼提出了多種不同的用于機(jī)械手伺候的控制方法。

　　1979年Unimation公司推出了PUMA系列工業(yè)機(jī)器人，他是全電動驅(qū)動、關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)、多CPU二級微機(jī)控制、采用VAL專用語言，可配置視覺、觸覺的力覺感受器的，技術(shù)較為先進(jìn)的機(jī)器人。同年日本山梨大學(xué)的牧野洋研制成具有平面關(guān)節(jié)的SCARA型機(jī)器人。整個70年代，出現(xiàn)了更多的機(jī)器人商品，并在工業(yè)生產(chǎn)中逐步推廣應(yīng)用。隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)、控制技術(shù)和人工智能的發(fā)展，機(jī)器人的研究開發(fā)，無論就水平和規(guī)模而言都得到迅速發(fā)展。據(jù)國外統(tǒng)計，到1980年全世界約有2萬余臺機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用。

　　進(jìn)入80年代后，機(jī)器人生產(chǎn)繼續(xù)保持70年代后期的發(fā)展勢頭。到80年代中期機(jī)器人制造業(yè)成為發(fā)展最快和最好的經(jīng)濟(jì)部門之一。機(jī)器人在工業(yè)中開始普及應(yīng)用，工業(yè)化國家的機(jī)器人產(chǎn)值近幾年以年均20%~40%的增長率上升。1984年全世界機(jī)器人使用總臺數(shù)是1980年的四倍，到1985年底，這一數(shù)字已達(dá)到14萬臺， 1990年達(dá)到30萬臺左右，其中高性能的機(jī)器人所占比例將不斷增加，特別是各種裝配機(jī)器人的產(chǎn)量增長較快，和機(jī)器人配套使用的機(jī)器視覺技術(shù)和裝置正在迅速發(fā)展。1985年前后，F(xiàn)ANUC和GMF公司又先后推出交流伺候驅(qū)動的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品。

　　到80年代后期，由于傳統(tǒng)機(jī)器人用戶應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)飽和，從而造成工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的積壓，不少機(jī)器人廠家倒閉或被兼并，是國際機(jī)器人學(xué)研究和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)不景氣。到90年代初，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)復(fù)蘇和繼續(xù)發(fā)展跡象。但是，好景不長，1993~1994年又跌入低谷。1995年后，世界機(jī)器人數(shù)量逐年增加，增長率也較高，1998年丹麥樂高公司推出了機(jī)器人套件，讓機(jī)器人的制造變得像搭積木一樣相對簡單又能任意拼裝，從而使機(jī)器人開始走入個人世界。機(jī)器人學(xué)以較好的發(fā)展勢頭進(jìn)入21世紀(jì)。2002年丹麥iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba（如圖五），他能避開障礙，自動設(shè)計行進(jìn)路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座，這是目前世界上銷量最大、最商業(yè)化的家用機(jī)器人。近年來，全球機(jī)器人行業(yè)發(fā)展迅速，2007年全球機(jī)器人行業(yè)總銷售量比2006年增長10%。人性化、重型化、智能化已經(jīng)成為未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展趨勢?，F(xiàn)在全世界服役的工業(yè)機(jī)器人總數(shù)在100萬臺以上。此外，還有數(shù)百萬服務(wù)機(jī)器人在運(yùn)行。 wps_clip_image- 圖五Roomba

　　阿富汗戰(zhàn)爭中，美國軍方領(lǐng)導(dǎo)人決定向阿富汗派遣一種名為“大狗”的新型機(jī)器人，作為增兵計劃的一部分。與以往各種機(jī)器人不同的是，“大狗”并不依靠輪子行進(jìn)，而是通過其身下的四條“鐵腿”。美媒體報道稱，美軍正在將阿富汗作為測試這種具有高機(jī)動能力的機(jī)器人的試驗場。 機(jī)器人發(fā)展史 在過去30~40年間，機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)獲得引人注目的發(fā)展，具體體現(xiàn)在：①機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在全世界迅速發(fā)展；②機(jī)器人的應(yīng)用范圍遍及工業(yè)、科技和國防的各個領(lǐng)域；③形成了新的學(xué)科——機(jī)器人學(xué)；④機(jī)器人向智能化方向發(fā)展；⑤服務(wù)機(jī)器人成為機(jī)器人的新秀而迅猛發(fā)展。

　　我國是從20世紀(jì)80年代開始涉足機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的。1986年，我國開展了“七五”機(jī)器人攻關(guān)計劃，1987年，我國的“863”高技術(shù)計劃將機(jī)器人方面的研究開發(fā)列入其中。目前我國從事機(jī)器人研究和應(yīng)用開發(fā)的主要是高校及有關(guān)科研院所等。最初我國在機(jī)器人技術(shù)方面研究的主要目的是跟蹤國際先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)。隨后，我國在機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用方面取得了很大的成就，主要研究成果有：哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的兩足步行機(jī)器人，北京自動化研究所1993年研制的噴涂機(jī)器人，1995年完成的高壓水切割機(jī)器人，沈陽自動化研究所研制完成的有纜深潛300m機(jī)器人、無纜深潛機(jī)器人、遙控移動作業(yè)機(jī)器人。

　　我國在仿人形機(jī)器人方面，也取得很大的進(jìn)展。例如，中國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)經(jīng)過10年的努力，于2000年成功地研制出我國第一個仿人形機(jī)器人——“先行者”，其身高140厘米，重20公斤。它有與人類似的軀體、頭部、眼睛、雙臂和雙足，可以步行，也有一定的語言功能。它每秒走一步到兩步，但步行質(zhì)量較高：既可在平地上穩(wěn)步向前，還可自如地轉(zhuǎn)彎、上坡；既可以在已知的環(huán)境中步行，還可以在小偏差、不確定的環(huán)境中行走。

　　三、未來機(jī)器人的展望

　　展望未來，對機(jī)器人的需求是多面的。在制造工業(yè)由于多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品的商品壽命逐漸縮短，品種需求加多，這就促使產(chǎn)品的生產(chǎn)就要從傳統(tǒng)的單一品種成批大量生產(chǎn)逐步向多品種小批量柔性生產(chǎn)過渡。有各種加工裝備、機(jī)器人、物料傳送裝置和自動化倉庫組成的柔性制造系統(tǒng)，以及由計算機(jī)統(tǒng)一調(diào)度的更大規(guī)模的集成制造系統(tǒng)將逐步成為制造工業(yè)的主要生產(chǎn)手段之一。

　　現(xiàn)在工業(yè)上運(yùn)行的90%以上的機(jī)器人，都不具有智能。隨著工業(yè)機(jī)器人數(shù)量的快速增長和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對機(jī)器人的工作能力也提出了更高的要求，特別是需要各種具有不同程度智能的機(jī)器人和特種機(jī)器人。這些智能機(jī)器人，有的能夠模擬人類用兩條腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移動；有的具有視覺和觸覺功能，能夠進(jìn)行獨(dú)立操作、自動裝配和產(chǎn)品檢驗；有的具有自主控制和決策能力。這些智能機(jī)器人，不僅應(yīng)用各種反饋傳感器，而且還運(yùn)用人工智能中各種學(xué)習(xí)、推理和決策技術(shù)。智能機(jī)器人還應(yīng)用許多最新的智能技術(shù)，如臨場感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多真體技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遺傳算法和遺傳編程、放聲技術(shù)、多傳感器集成和融合技術(shù)以及納米技術(shù)等?？梢哉f，智能機(jī)器人將是未來機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的方向。

工業(yè)機(jī)器人教學(xué)計劃共3

　　工業(yè)機(jī)器人課程授課計劃

　　一、課程基信息課程名稱：《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》

　　課程學(xué)時：90min 授課對象：中小學(xué)生 二.課程性質(zhì)與定位

　　機(jī)器人技術(shù)是一門跨多個學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及自動控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能、電子技術(shù)和機(jī)械工程等多種學(xué)科的內(nèi)容。工業(yè)機(jī)器人的大量應(yīng)用正在改變著現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)模式。

　　三、教學(xué)流程安排

　　根據(jù)本課教學(xué)內(nèi)容和學(xué)科特點，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知水平和生活情感，設(shè)計教學(xué)流程如下：

　　1、走進(jìn)機(jī)器人世界（10min）

　　a) 機(jī)器人的誕生 b) 機(jī)器人的發(fā)展 c) 機(jī)器人家族

　　2、認(rèn)識XS-RB-XN工業(yè)機(jī)器人教學(xué)系統(tǒng)（5min） a) 虛擬系統(tǒng)介紹 b) 實體機(jī)器人介紹 c) 安全操作規(guī)程

　　3、認(rèn)識XS-RB-XN工業(yè)機(jī)器人教學(xué)仿真軟件（30min） a) 運(yùn)行，打開仿真軟件開主程序窗口 b) 認(rèn)識主程序窗口和示教器 c) 講解編程規(guī)則 d) 教師示范編程（搬運(yùn)） e) 學(xué)生練習(xí)編程

　　4、認(rèn)識XS-RB-XN實體工業(yè)機(jī)器人（35min） a) 實體機(jī)器人開機(jī)、上電 b) 設(shè)定坐標(biāo)原點

　　c) 教師示范編程、控制機(jī)器人 d) 學(xué)生練習(xí)編程、控制機(jī)器人

　　5、評價交流（10min）

　　教師組織學(xué)生進(jìn)行分組，提出以下問題，進(jìn)行交流和討論。

　　1、通過本活動，說一說你對工業(yè)機(jī)器人理解、設(shè)想及體會。

　　2、如果讓你設(shè)計一個機(jī)器人，它應(yīng)具備哪些功能？

　　小學(xué)機(jī)器人教學(xué)計劃

　　機(jī)器人教學(xué)設(shè)計

　　機(jī)器人教學(xué)教學(xué)

　　工業(yè)機(jī)器人教學(xué)心得體會

　　《果園機(jī)器人》教學(xué)設(shè)計

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