《工业机器人入门》张玉希，伍东亮|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《工业机器人入门》

【作　者】张玉希，伍东亮

【页 数】 175

【出版社】 北京：北京理工大学出版社 , 2017.07

【ISBN号】978-7-5682-4354-4

【价 格】48.00

【分 类】工业机器人

【参考文献】 张玉希，伍东亮. 工业机器人入门. 北京：北京理工大学出版社, 2017.07.

图书封面：

图书目录：

《工业机器人入门》内容提要：

《工业机器人入门》主要对工业机器人的现状与行情先做了简单介绍，然后进入工业机器人领域中的学习，包括工业机器人的基本特性、工业机器人的机械结构、工业机器人的传感器及应用、工业机器人的运动学等；最后以RbtSwp六轴工业机器人，进行仿真编程示例性介绍与工业机器人的行业应用作广域性的学习了解。

《工业机器人入门》内容试读

第1章

绪论

1.1工业机器人的应用、发展和分类

1.1.1发展简史

工业机器人定义：工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的

原则纲领行动。图1-1所示为ABB YUMI机器人。

1954年，乔治·迪沃申请了第

一个机器人的专利(1961年授予)。制作机器人的第一家公司是Unima-tion。Unimation机器人也被称为可编程移机，因为一开始它们的主要用途是从一个点传递对象到另一个点，距离大约十英尺①。它们用液压执行机构，并编人关节坐标，即在一个教学阶段进行存储和回放操作中的各关节的角度。它们能精确到一英寸②的1/10000。Unimation后授权其技术给

图1-1 ABB YUMI机器人

①1英尺=0.3048米。

②1英寸=2.54厘米。

第1章绪论

川崎重工和GKN,分别在日本和英国制造Unimate.。一段时间以来，Unimation唯一的竞争对手是美国辛辛那提米拉克龙公司。20世纪70年代后期，日本的几个大财团开始生产类似的工业机器人。

1969年，维克多·沙因曼在斯坦福大学发明了“斯坦福大学的手臂”，它是全电动的6轴多关节型机器人，是一个手臂的解决方案。这使它能精确地跟踪空间中的任意路径，拓宽

了机器人潜在的更复杂的应用，如装配和焊接。沙因曼的MT人工智能实验室则设计了第

二臂，被称为“麻省理工学院的手臂”。进一步设计后，它成为通用汽车公司装配工具。

现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。

自1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机技术取得了惊人的进步，向高速度大容量、低价格的方向发展。

大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，其结果之一便是1952年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础

另一方面，原子能实验室的恶劣环境要求某些操作由机械代替人处理放射性物质。在这

一需求背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。

1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助同服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式

作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的VER

STRAN和Unimation公司推出的Unimate。这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂组成。

1965年，MT的Roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。

1967年，日本成立了人工手研究会（现改名为仿生机构研究会），同年召开了日本首届机器人学术会。

1970年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。1970年以后，机器人的研究得到迅速广泛的普及。

1973年，辛辛那提米拉克龙公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人，它是液压驱动的，能提升的有效负载达45千克。

到了1980年，工业机器人才真正在日本普及，故称该年为“机器人元年”。

随后，工业机器人在日本得到了巨大发展，日本也因此而赢得了“机器人王国”的美称。

据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，至20O3年

末，在美国运行的机器人总量为112400套，比2002年增长7%。到2007年年底，运行的机器人数量达到145000套。就每万雇员拥有工业机器人数进行统计，至2003年年末，美国制造业中，每1万雇员拥有63个工业机器人。尽管从排名上说，美国已经进人世界前十名，但其与前几名仍然有着很大的差距，仅相当于德国的43%，意大利的54%，欧盟的68%。与普通的制造业相比，美国汽车工业中每万个产业工人拥有的工业机器人数量大大提高，达到740个，但仍然远远低于日本(1400个机器人)、意大利(1400个机器人)和德

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1.1工业机器人的应用、发展和分类

国(1000个机器人)。

美国是机器人的诞生地。早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人。比起号称“机器人王国”的日本起步至少要早五六年。经过40多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。综观它的发展史。道路是曲折的，不平坦的。

20世纪60年代到70年代期间，美国的工业机器人主要立足于研究阶段，只是几所大学和少数公司开展了相关的研究工作。那时，美国政府并未把工业机器人列入重点发展项目，特别是，美国当时失业率高达6.65%，政府担心发展机器人会造成更多人失业，因此既未投入财政支持，也未组织研制机器人。而企业在这样的政策引导下，也不愿冒风险，去应用或制造机器人。致使错过了发展良机，固守在使用刚性自动化装置的层面上。这不能不说是美国政府的战略决策错误。70年代后期，美国政府和企业界虽对工业机器人的制造和应用认识有所改变，但仍将技术路线的重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，致使日本的工业机器人后来居上，并在工业生产的应用上及机器人制造业上很快超过了美国，产品在国际市场上形成了较强的竞争力。

进入20世纪80年代之后，美国才感到形势紧迫，政府和企业界才开始真正重视机器人，制定和采取了相应的政策和措施，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国再次工业化的特征，使美国的机器人迅速发展。80年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要。美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国60%的机器人市场。

工业机器人在日本发展：与此同时，20世纪70年代的日本正面临着严重的劳动力短缺，这个问题已成为制约其经济发展的一个主要问题。毫无疑问，在美国诞生并已投入生产的工业机器人给日本带来了福音。1967年日本川崎重工业公司首先从美国引进机器人及技术，建立生产厂房，并于1968年试制出第一台日本产Unimate机器人。经过短暂的摇篮阶段，日本的工业机器人很快进入实用阶段，并由汽车业逐步扩大到其他制造业以及非制造业。1980年被称为日本的“机器人普及元年”，日本开始在各个领域推广使用机器人，这大大缓解了市场劳动力严重短缺的社会矛盾。再加上日本政府采取的多方面鼓励政策，这些机器人受到了广大企业的欢迎。1980一1990年，日本的工业机器人处于鼎盛时期，后来国际市场曾一度转向欧洲和北美，但日本经过短暂的低迷期又恢复其昔日的辉煌。1993年年末，全世界安装的工业机器人有61万台，其中日本占60%、美国占8%、欧洲占17%、俄罗斯和东欧共占12%。

德国工业机器人的数量占世界第三，仅次于日本和美国，其智能机器人的研究和应用在世界上处于领先地位。目前在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人经推广应用成为主流安装机型，而第三代智能机器人已占有一定比重并成为发展的方向。世界上的机

器人供应商分为日系和欧系。瑞典的ABB公司是世界上最大机器人制造公司之一。1974年

研发了世界上第一台全电控式工业机器人RB6,主要应用于工件的取放和物料搬运。1975

年生产出第一台焊接机器人。到1980年兼并Trallfa喷漆机器人公司后，其机器人产品趋于

完备。ABB公司制造的工业机器人广泛应用在焊接、装配俦造、密封涂胶、材料处理、包

装、喷漆、水切割等领域。德国的KUKA Roboter Gmbh公司是世界上几家顶级工业机器人

制造商之一。1973年研制开发了KUKA的第一台工业机器人。年产量达到1万台左右。所

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第1章绪论

生产的机器人广泛应用在仪器、汽车、航天、食品、制药、医学、俦造、塑料等工业，主要用于材料处理、机床装备、包装、堆垛、焊接、表面修整等领域。

我国工业机器人起步于20世纪70年代初，其发展过程大致可分为三个阶段：70年代的萌芽期：80年代的开发期；90年代的实用化期。而今经过几十年的发展如今已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术：弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术，等等。某些关键技术已达到或接近世界水平。

1.1.2产品分类与应用

关于工业机器人分类，国际上没有制定统一的标准，可按负载重量、控制方式、自由度、结构、应用领域等划分

1.按机器人的技术等级划分

(1)示教再现机器人：第一代工业机器人能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业，示教可由操作员手把手进行或通过示教器完成。如图1-2所示。

(a)手把手示教机器人

(b)示教器示教机器人

图1-2示教再现机器人

(2)感知机器人：第二代工业机器人具有环境感知装置，能在一定程度上适应环境的变化，目前已经进入应用阶段。如图1-3所示。

(a)配备视觉系统的工业机器人

(b)人机协作工业机器人

图1-3感知机器人

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1.1工业机器人的应用、发展和分类

(3)智能机器人：第三代工业机器人具有发现问题并自主解决问题的能力，尚处于实验研究阶段。如图1-4所示。

到目前为止，在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素：

①感觉要素，用来认识周围环境状态

②运动要素，对外界做出反应性动作。

③思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。

2.按机器人的结构坐标系特征划分

按机器人结构坐标系特征，可将工业机器人分为以下4种（见图1-5）：

工业机器人的结构坐标系形式

直角坐标系

柱面坐标系

球面坐标系

多关节坐标系

图1-4本田ASMO智能机器人

图1-5工业机器人结构坐标系形式

·直角坐标系机器人通过沿三个互相垂直的轴线的移动来实现机器人手部空间位置的改变

·柱面坐标系机器人通过两个移动和一个转动实现位置的改变

·球面坐标系机器人运动由一个直线运动和两个转动组成。

·多关节坐标系机器人运动由前后的俯仰及立柱的回转组成」

(1)直角坐标系机器人

直角坐标系机器人具有空间上相互垂直的多个直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。如图1-6所示。

(a)模型

(b)实体

图1-6直角坐标系机器人

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第1章绪论

(2)柱面坐标系机器人。

柱面坐标系机器人主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。如图1一7所示。

(a)模型

(b)实体

图1-7柱面坐标系机器人

(3)球面坐标系机器人。

球面坐标系机器人的空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定，动作空间形成球面的一部分。如图1-8所示。

(a)模型

(b)实体

图1-8球面坐标系机器人

(4)多关节坐标系机器人。

垂直多关节系机器人模拟人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋转轴、带动小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等组成，手腕通常有2~3个自由度，其动作空间近似一个球体。如图1-9所示。

(a)模型

(b)实体

图1-9垂直多关节坐标系机器人

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···试读结束···