實習：顧名思義，是在實踐中學習。在經過一段時間的學習之后，或者說當學習告一段落的時候，我們需要了解自己的所學需要或應當如何應用在實踐中。因為任何知識源于實踐，歸于實踐，所以要付諸實踐來檢驗所學。實習一般包括大學里的學生的實習和公司里安排員工實， 以下是為大家整理的關于工業機器人實習報告5篇 , 供大家參考選擇。
工業機器人實習報告5篇
第一篇: 工業機器人實習報告
竭誠為您提供優質文檔/雙擊可除工業機器人實驗報告篇一：《工業機器人》實驗報告 北京理工大學珠海學院實驗報告 實驗課程：工業機器人實驗名稱：實驗一：工業機器人認識 教師：時間：班級：姓名：學號： 一、實驗目的與任務 了解6自由度工業機器人的機械結構，工作原理，性能指標、控制系統，并初步掌握操作。了解6自由度工業機器人在柔性制造系統中的作用。二、實驗設備 Fms系統（含6-DoF工業機器人）三、實驗內容與步驟 1、描述工業機器人的機械結構、工作原理及性能指標。 2、描述控制系統的組成及各部分的作用。 3、描述機器人的軟件平臺及記錄自己在進行實際操作時的步驟及遇到的問題以及自己的想法。 教師批閱: 北京理工大學珠海學院實驗報告 實驗課程：工業機器人實驗名稱：實驗二：機器人坐標系的建立 教師：時間：班級：姓名：學號： 一、實驗目的與任務 了解機器人建立坐標系的意義；了解機器人坐標系的類型；掌握用D-h方法建立機器人坐標系的方法與步驟。二、實驗設備 Fms系統（含6-DoF工業機器人） 三、實驗內容與步驟 1、描述機器人建立坐標系的意義以及機器人坐標系的類型。 2、深入研究機器人機械結構，建立6自由度關節型機器人桿件坐標系，繪制機器人桿件坐標系圖。 教師批閱: 北京理工大學珠海學院實驗報告 實驗課程：工業機器人實驗名稱：實驗三：機器人示教編程與再現控制 教師：時間：班級：姓名：學號： 一、實驗目的與任務 了解機器人示教編程的工作原理，掌握6自由度工業機器人的示教編程與再現控制。二、實驗設備 Fms系統（含6-DoF工業機器人）三、實驗內容與步驟 1、描述機器人示教編程的原理。 2、詳細敘述示教編程與再現的操作步驟，記錄每一個程序點，并談談實驗心得體會。 教師批閱: 篇二：工業機器人實驗報告 工業機器人實驗報告 姓名： 年級： 學號： 前言 六自由度工業機器人是個較新的課題，雖然其在國外已經具有了較完善的研究，但是在國內對于它的研究依舊停留在較低的水平上。機器人技術幾種了機械工程、電子技術、計算機技術、自動化控制理論及人工智能等多學科的最新研究成果，代表機電一體化的最高成就，是當代科學技術發展最活躍的領域之一。在傳統的制造領域，工業機器人經過誕生、成長、成熟期后，已成為不可缺少的核心自動化裝備，目前世界上有近百萬臺工業機器人正在各種生產現場工作。在非制造領域，上至太空艙、宇宙飛船、月球探索，下至極限環境作業、醫療手術、日常生活服務，機器人技術的應用以拓展到社會經濟發展的諸多領域。 一、六自由度機械手臂系統的介紹 在本次綜合創新型試驗中我們用到的是六自由度機械手,其是典型的機電一體化設備,自該試驗中我們主要是在對其機械結構和電氣結構進行分析后,在主裝好的數控系統利用c語言使六自由度機械手實現運動;在實驗中我們所用的機械手臂簡圖. 六自由度機械手臂是一套具有6個自由度的 典型串聯式小型關節型機械手臂,帶有小型手抓式;主要由機械系統和控制系統兩大部分組成,其機械系統的各部分采用模塊化結構,每個部分分別由一個伺服電動機來帶動,每個電動機在根據控制要求以及程序的要求來運動從而實現運動要求;其機械系統主要包括以下六個組件,如圖所示pscport0,1,2,3,4,5六個組件也就是底座，臂膀，手腕及夾持手指。每個組件由一個伺服電機驅動關節運動，組件1也就是由pscport0構成的底座，其主要作用就是完成整體的水平面轉動，轉動范圍360度；pscport1，2，3這三個組件既是臂部，控制手臂在與底座旋轉的垂直平面轉動其轉動范圍為180度也即是控制手臂的俯仰；pscport4這個組件也使機械關節，既是手部關節，可完成機械手部的任 意轉動，確定機械手的夾持方向；pscport5機械手鉗口，完成對物體的夾持。 控制系統，控制系統主要是通過運動要求用c語言編程然后燒結到所帶的單片機上通電進行控制；此機械手臂沒有傳感檢測器和反饋線路，該控制系統為開環控制系統。 二．六自由度機械手臂的機械系統介紹 1下圖為機械手臂的機械運動簡圖：在圖中分別標注的是六 個伺服電機； 伺服電機1固定，此機械手臂的回轉自由度歸屬于底盤，用師傅電機1來控制底盤在水平面的360度的回轉，實現手臂的整體回轉，底盤與臂部相連； 伺服電機2，3，4分別為臂部運動的控制電機，能根據要求實現在與水平面垂直面的俯仰擺動等動作； 伺服電機5為手部關節的控制電機，其與電機4相固定，實現在手部 的360度旋轉，以便于機械手能夾取不同方向的物件；同時電機6固定在手部上，用來控制手爪的伸張程度從而來夾取不同尺寸形狀大小的物體。此六自由度機械手臂的特點：1.手部和手腕連接處可拆卸，手部和手腕連接處為機械結構。b.手部是機械手臂的末端操作器，只能抓握一種工件或幾種在形狀、尺寸、質量等方面相近似的工件，只能執行一種作業任務。c.手部是決定整個機械手臂作業完成好壞，作業柔性好壞的關鍵部件之一。 此機械手臂的手爪是機械鉗爪式類別中的平行連桿式鉗爪。一個交流電動機驅動，一對齒輪嚙合傳動實現手爪的張開和閉合。2重要零件的介紹： 圖7 小彈簧是必須的，它可以抵消手臂前向的作用力使關節3的電機能夠達到提起的最大位置。 篇三：工業機器人實驗報告 工業機器人拆裝實驗報告 學校：湖南大學 學院：機械與運載工程學院 專業：機自1201 姓名：吳子超20XX11020XX1 徐文達20XX11010122 紀后繼20XX10010108 劉建國20XX04010110 前言 六自由度工業機器人是個較新的課題，雖然其在國外已經具有了較完善的研究，但是在國內對于它的研究依舊停留在較低的水平上。機器人技術幾種了機械工程、電子技術、計算機技術、自動化控制理論及人工智能等多學科的最新研究成果，代表機電一體化的最高成就，是當代科學技術發展最活躍的領域之一。在傳統的制造領域，工業機器人經過誕生、成長、成熟期后，已成為不可缺少的核心自動化裝備，目前世界上有近百萬臺工業機器人正在各種生產現場工作。在非制造領域，上至太空艙、宇宙飛船、月球探索，下至極限環境作業、醫療手術、日常生活服務，機器人技術的應用以拓展到社會經濟發展的諸多領域。 一、六自由度機械手臂系統的介紹 在本次綜合創新型試驗中我們用到的是六自由度機械手,其是典型的機電一體化設備,在該試驗中我們主要是在對其機械臂進行拆卸,然后認真觀察其內部機械結構，而后再進行組裝，最后再運行整個機 械臂并檢測其運動功能。在實驗中我們所用的機械手臂實物圖： 六自由度機械手臂是一套具有6個自由度的典型串聯式小型關節型機械手臂,帶有小型手抓式;主要由機械系統和控制系統兩大部分組成,其機械系統的各部分采用模塊化結構,每個部分分別由一個伺服電動機來帶動,每個電動機在根據控制要求以及程序的要求來運動從而實現運動要求;其機械系統主要包括以下六個組件,如圖所示pscport0,1,2,3,4,5六個組件也就是底座，臂膀，手腕及夾持手指。每個組件由一個伺服電機驅動關節運動，組件1也就是由pscport0 構成的底座，其主要作用就是完成整體的水平面轉動，轉動范圍360度；pscport1，2，3這三個組件既是臂部，控制手臂在與底座旋轉的垂直平面轉動其轉動范圍為180度也即是控制手臂的俯仰；pscport4這個組件也使機械關節，既是手部關節，可完成機械手部的任意轉動，確定機械手的夾持方向；pscport5機械手鉗口，完成對物體的夾持。 控制系統，控制系統主要是通過運動要求用c語言編程然后燒結到所帶的單片機上通電進行控制；此機械手臂沒有傳感檢測器和反饋線路，該控制系統為開環控制系統。 二．六自由度機械手臂的機械系統介紹 1下圖為機械手臂的機械運動簡圖：在圖中分別標注的是六 個伺服電機； 伺服電機1固定，此機械手臂的回轉自由度歸屬于底盤，用師傅電機1來控制底盤在水平面的360度的回轉，實現手臂的整體回轉， 底盤與臂部相連； 伺服電機2，3，4分別為臂部運動的控制電機，能根據要求實現在與水平面垂直面的俯仰擺動等動作； 伺服電機5為手部關節的控制電機，其與電機4相固定，實現在手部的360度旋轉，以便于機械手能夾取不同方向的物件；同時電機6固定在手部上，用來控制手爪的伸張程度從而來夾取不同尺寸形狀大小的物體。此六自由度機械手臂的特點：1.手部和手腕連接處可拆卸，手部和手腕連接處為機械結構。b.手部是機械手臂的末端操作器，只能抓握一種工件或幾種在形狀、尺寸、質量等方面相近似的工件，只能執行一種作業任務。c.手部是決定整個機械手臂作業完成好壞，作業柔性好壞的關鍵部件之一。 此機械手臂的手爪是機械鉗爪式類別中的平行連桿式鉗爪。一個交流電動機驅動，一對齒輪嚙合傳動實現手爪的張開和閉合。2重要零件的介紹： 圖7.諧波齒輪減速器
第二篇: 工業機器人實習報告
調研報告
一、本課題的來源及意義
本課題研究的是直角坐標電力控制機械手升降、伸縮部分的設計。機械手是機器人的一個重要組成部分，它是隨著機器人技術和傳感器技術的不斷成熟而不斷發展的。而機器人在現代生產中應用日益廣泛，作用越來越重要，工業機械手尤其如此，因此設計實用高效的機械手對于機械設計者來說是個富有意義和挑戰的課題。
通常機械手由多自由度機械臂和末端夾持器組成。機械手通過多自由度機械臂的姿態調整和末端夾持器的動作完成操作任務。球坐標機械手突出特點是具有較強的機動性、靈活性，機構承載能力強，具有較好的通用性，重復定位精度高，動作速度快，能夠成功的應用于包裝、上下料以及工業生產等廣泛領域；而電力控制中步進電機可直接實現數字控制，控制結構簡單，控制性能好，通常不需要反饋就能對位置和速度進行控制，位置誤差不會累積；在機器人中，機械手起著連接和承受外力的作用，機械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對機械手性能影響很大。綜上所述，設計球坐標步進電機驅動的機械手是個很有意義的課題。
二、國內外發展狀況
專用機械手經過幾十年的發展，如今已進入以通用機械手為標志的年代。通用機械手的應用和發展又促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用了一些電子技術、電視技術、通信技術、計算技術無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發展這一新技術都很重視。幾十年來，這項技術的研究和發展一直比較活躍，設計在不斷修改，品種在不斷增加，應用領域也在不斷擴大。
早在20世紀40年代，隨著原子能工業的發展，以出現了模擬關節式的第一代機械手。50~60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數控示教再現型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。
1968～1970年，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產自動線上，使第二代機械手這一新技術進入了應用階段，70年代機械手可以說是處于技術發展階段。
80年代以來，國際機械手的發展速度平均保持在25%～30%的年增長率（其中1986、1987、1993、1994年略低，無增長）。如此高的增長率有其深刻的社會背景。首先，60年代末70年代初，由于世界石油價格的沖擊，國際競爭加劇，產品更新換代的速度也越來越快，致使30年代～50年代逐步建立起來的單一產品的大規模生產流水線上遇上了在改變產品品種是，原有的單一產品專用生產裝置改變的困難（時間、投資、停產等）以及如何實現多品種、中小批量或混流生產的自動化難題。為此，“柔性生產”的概念及其試驗性的設計就誕生了。這些因素都促進了機械手的高速發展。
我國機械手起步較晚,經過30多年的發展。我國機器手的研究，有了長足的發展，有的方面已達到了世界先進水平。但與先進的國家相比，還有很大距離，從總體上看，我國機器手的研究仍然任重道遠。
三、本課題研究目標和內容
本文研究的直角坐標電液控制機械手升降伸縮部分的設計，包括機械結構方案的確定，電動機控制系統的確定（設計選型和校核），編制PLC梯形圖，繪制I/O端子接線圖，控制系統原理圖，驅動電路原理圖，升降及伸縮機構零件圖和裝配圖。（任務量為3張零號圖紙）
目標是希望通過本課題，能鞏固和加強專業基本理論知識，理解機械手的功能、組成及工作原理，研究步進電機的性能，熟悉以PLC為核心的編程與控制裝置應具備的基本功能，掌握整個機電一體會系統的設計思想和具體方法；同時訓練專業基本技能，提高自己查閱資料，獨立分析問題和解決問題的能力，為以后深造研究打下良好基礎。
四、本課題研究的方法和手段
研究方法：主要是搜索相關文獻，包括圖書館電子資源CNKI學術網絡總庫，Springer link電子期刊，專業圖書上課筆記，以及機器人等期刊，網上的豆丁網以及百度文庫中的許多論文和專利；通過對已有產品的分析，對信息進行分類和整理，作為依據，確定在我的機械手設計中相應的參數，并對其進行改進和提高。
研究手段：首先是前期準備，收集相關資料，查閱中外文獻，請教老師和同學；同時學習使用AutoCAD軟件。然后進行機械手的總體設計包括機械手俯仰伸縮機械結構方案的確定，機械傳動部分的結構，繼而進行電力驅動部分選型和計算，分析工藝流程，繪制PLC的端子接線圖和控制圖，最后編寫論文。努力在老師的指導下，定期完成工作任務。
五、本課題可行性分析和已具備的實驗條件
已具備的條件：
我國的機器人研究始于70年代。經過近20年努力，特別是經過“七11.”攻關、“ 863”計劃，取得了一批重要成果，已經系統掌握了機器人控制系統硬件設計、軟件設計、機器人語言等技術。就全國來說，目前我國機器人研究開發工作做得較好的地區是:以中科院沈陽自動化研究所為首的東北地區機器人工程中心，以機電部廣州機床所為龍頭的華南地區的機器人工程中心。而各工程中心_L作的側重點又有所不同:東北地區以特種機器人、水下機器人開發為L,華北地區以噴漆Y1lt人、焊接機器人開發為主，華東地區以搬運機器人、裝配機器人、移動機器人開發為主。
我國的高等院校，如長沙國防科技大學、上海交通大學、北京航空航天大學、哈爾濱工業大學等在步行機器人、精密裝配機器人及7自由度機器人研制等前沿領域內也做出了可喜的成績，有了相當的基礎。
通過調研，我知道直角坐標型機器人能夠在空間中的任意兩點距離中移動，所以能夠抓取離地面較高，或者中間有障礙的工件，其位置精度高，位置誤差與臂長成正比等。為了在X軸和Y軸的自由移動，可以滾珠絲杠與螺母相連接完成旋轉便直線的運動，通過行星齒輪減速機可以使機器人運轉更穩使控制更精確。通過交流伺服電機的閉環反饋能達到相當高的精度要求。
該機械手的基本技術參數如下：
水平橫梁：3500mm,50mm/s
豎直大臂：1500mm,50mm/s
負載重量：200Kg；
驅動方式：交流伺服電機驅動
樣式如圖1-1
圖1-1 直角坐標機械手
六、進度安排
第一周：獲得設計題目，制定畢業設計進度計劃；查閱相關資料；著手進行外文翻譯。
第二周：通過實地調查研究和查閱相關資料，完成實習（調研）報告；完成外文翻譯，并對其進行完善。
第三周：對機械手相關知識，軟件進行學習和準備工作。
第四周：選定傳動機構，確定機械手整體機械結構部分。
第五周：計算選定結構的參數和精度，并著手畫AutoCAD圖。
第六周：確定具體的細節結構，著手畫裝配圖。
第七周：對相關的電機進行選型，查閱在實際中能買到的型號。
第八周：對機械部分進行計算校核。
第九周：PLC選型。
第十周：對機械手控制部分，分析動作順利，畫梯形圖。
第十一周：對控制部分進行整理。
第十二周：編寫設計計算說明書1份。
第十三周：整理畢業設計材料，對其進行完善、補充；準備畢業設計答辯。
第十四周：進行畢業設計答辯。
七、主要參考文獻
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[14] 王豐等.利用可編程控制器實現步進電動機控制.[J]微機電，2008，41（9）：87-89
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第三篇: 工業機器人實習報告
工業機器人拆裝實驗報告
學校：湖南大學
學院：機械與運載工程學院
專業：機自1201
姓名： 吳子超201211020121
徐文達201211010122
紀后繼201210010108
劉建國201204010110
前言
六自由度工業機器人是個較新的課題，雖然其在國外已經具有了較完善的研究，但是在國內對于它的研究依舊停留在較低的水平上。機器人技術幾種了機械工程、電子技術、計算機技術、自動化控制理論及人工智能等多學科的最新研究成果，代表機電一體化的最高成就，是當代科學技術發展最活躍的領域之一。在傳統的制造領域，工業機器人經過誕生、成長、成熟期后，已成為不可缺少的核心自動化裝備，目前世界上有近百萬臺工業機器人正在各種生產現場工作。在非制造領域，上至太空艙、宇宙飛船、月球探索，下至極限環境作業、醫療手術、日常生活服務，機器人技術的應用以拓展到社會經濟發展的諸多領域。
一、 六自由度機械手臂系統的介紹
在本次綜合創新型試驗中我們用到的是六自由度機械手,其是典型的機電一體化設備,在該試驗中我們主要是在對其機械臂進行拆卸,然后認真觀察其內部機械結構，而后再進行組裝，最后再運行整個機械臂并檢測其運動功能。在實驗中我們所用的機械手臂實物圖：
六自由度機械手臂是一套具有6個自由度的典型串聯式小型關節型機械手臂, 帶有小型手抓式;主要由機械系統和控制系統兩大部分組成,其機械系統的各部分采用模塊化結構,每個部分分別由一個伺服電動機來帶動,每個電動機在根據控制要求以及程序的要求來運動從而實現運動要求;其機械系統主要包括以下六個組件,如圖所示PSC Port0,1,2,3,4,5六個組件也就是底座，臂膀，手腕及夾持手指。每個組件由一個伺服電機驅動關節運動，組件1也就是由PSC Port0構成的底座，其主要作用就是完成整體的水平面轉動，轉動范圍360度；PSC Port1，2，3這三個組件既是臂部，控制手臂在與底座旋轉的垂直平面轉動其轉動范圍為180度也即是控制手臂的俯仰；PSC Port4這個組件也使機械關節，既是手部關節，可完成機械手部的任意轉動，確定機械手的夾持方向；PSC Port5機械手鉗口，完成對物體的夾持。
控制系統，控制系統主要是通過運動要求用C語言編程然后燒結到所帶的單片機上通電進行控制；此機械手臂沒有傳感檢測器和反饋線路，該控制系統為開環控制系統。
二．六自由度機械手臂的機械系統介紹
1 下圖為機械手臂的機械運動簡圖：在圖中分別標注的是六個伺服電機；
伺服電機1固定，此機械手臂的回轉自由度歸屬于底盤，用師傅電機1來控制底盤在水平面的360度的回轉，實現手臂的整體回轉，底盤與臂部相連；
伺服電機2，3，4分別為臂部運動的控制電機，能根據要求實現在與水平面垂直面的俯仰擺動等動作；
伺服電機5為手部關節的控制電機，其與電機4相固定，實現在手部的360度旋轉，以便于機械手能夾取不同方向的物件；同時電機6固定在手部上，用來控制手爪的伸張程度從而來夾取不同尺寸形狀大小的物體。此六自由度機械手臂的特點：1.手部和手腕連接處可拆卸，手部和手腕連接處為機械結構。b.手部是機械手臂的末端操作器，只能抓握一種工件或幾種在形狀、尺寸、質量等方面相近似的工件，只能執行一種作業任務。c.手部是決定整個機械手臂作業完成好壞，作業柔性好壞的關鍵部件之一。
此機械手臂的手爪是機械鉗爪式類別中的平行連桿式鉗爪。一個交流電動機驅動，一對齒輪嚙合傳動實現手爪的張開和閉合。
2 重要零件的介紹：
圖7.諧波齒輪減速器
圖8.諧波齒輪減速器工作原理圖
諧波齒輪減速器主要由波發生器、柔性齒輪和剛性齒輪三個基本構件組成，諧波傳動減速器，是一種靠波發生器使柔性齒輪產生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運動和動力的齒輪傳動。
基本特點：
1．承載能力高 諧波傳動中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時嚙合齒數（重疊系數）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動形式高。
2．傳動比大 單級諧波齒輪傳動的傳動比，可達 i=70～500。
3．體積小、重量輕。
4．傳動效率高、壽命長。
5．傳動平穩、無沖擊，無噪音，運動精度高。
6．由于柔輪承受較大的交變載荷，因而對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高，工藝復雜。
諧波減速器在國內于六七十年代才開始研制，已有不少廠家專門生產，并形成系列化。廣泛應用于電子、航天航空、機器人等行業，由于它的獨特優點，在化工行業的應用也逐漸增多。
3．拆裝過程
本小組此次選擇拆裝的對象是關節2，以下為拆裝順序過程的圖示與部分相應文字說明：
圖1.關節2完整圖
圖2.關節轉動蓋板
第一步先拆下關節最外處的關節蓋板，關節2通過此蓋板與關節1相連。
圖3.關節側蓋板
側蓋板上右上角的長薄片是關節二的限位片，由此片與跟其相配合的金屬片來對關節二進行轉動限位。
圖4.諧波齒輪減速器裝置
這是關節2的核心部件，步進電機通過此裝置將高轉速降為適合機械臂關節承受的低轉速。此部分也是整個拆卸過程中最重要關鍵的一步，同樣也是最難安裝的一步。
圖5.固定螺釘
圖6.滾動球軸承
圖7.機外殼
關節2的機外殼用于容納該關節的內部零部件，以及作為一些外部零件的承載體。
圖8.剛輪
諧波齒輪減速器的重要組成之一，具有內齒，與具有外齒的柔輪想配合，進而完成傳動功能。
4．心得體會
此次機械手拆裝實驗，鍛煉了我們的動手能力，更重要的是使我們了解了六自由度工業機械手的工作原理與方式，及其操作方法。此外，我們對機械手各個關節里面的零部件組成跟各部件所其功能都有了一定的認識，這無疑是增長了我們的知識與見識。
第四篇: 工業機器人實習報告
引言
機器人的誕生和機器人學的建立及發展，是20世紀自動控制領域最具說服力的成就，是20世紀人類科學技術進步的重大成果。現在全世界已經有100萬臺機器人，銷售額每年增加20%及以上。機器人技術和工業得到了前所未有的發展。機器人技術是現代科學與技術交叉和綜合的體現，先進機器人的發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把機器人技術列入本國21世紀高科技發展計劃隨著機器人應用領域的不斷擴大，機器人已從傳統的制造業進入人類的工作和生活領域，另外，隨著需求范圍的擴大，機器人結構和形態的發展呈現多樣化。高端系統具有明顯的仿生和智能特征，其性能不斷提高，功能不斷擴展和完善；各種機器人系統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展。
一、早期機器人的發展
機器人的起源要追溯到3000多年前。“機器人”是存在于多種語言和文字的新造詞，它體現了人類長期以來的一種愿望，即創造出一種像人一樣的機器或人造人，以便能夠代替人去進行各種工作。
直到四十多年前，“機器人”才作為專業術語加以引用，然而機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），就流傳著有關巧匠偃師獻給周穆王一個藝妓（歌舞機器人）的故事。
春秋時代（公元前770~前467）后期，被稱為木匠祖師爺的魯班，利用竹子和木料制造出一個木鳥，它能在空中飛行，“三日不下”，這件事在古書《墨經》中有所記載，這可稱得上世界第一個空中機器人。
東漢時期（公元25~220），我國大科學家張衡，不僅發明了震驚世界的“候風地動儀”，還發明了測量路程用的“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，又是一位發明家。他成功地創造出“木牛流馬”，可以運送軍用物資，可成為最早的陸地軍用機器人。
在國外，也有一些國家較早進行機器人的研制。公元前3世紀，古希臘發明家戴達羅斯用青銅為克里特島國王邁諾斯塑造了一個守衛寶島的青銅衛士塔羅斯。
在公元前2世紀出現的書籍中，描寫過一個具有類似機器人角色的機械化劇院，這些角色能夠在宮廷儀式上進行舞蹈和列隊表演。
公元前2世紀，古希臘人發明了一個機器人，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，利用中標技術發明了能進行表演的自動機器玩偶；到了18世紀，日本人若井源大衛門和源信，對該玩偶進行了改進，制造出了端茶玩偶，該玩偶雙手端著茶盤，當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年發明了一直機器鴨，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，設計制造出三個像真人一樣大小的機器人——寫字偶人、繪圖偶人和彈風琴偶人。它們是由凸輪控制和彈簧驅動的自動機器，至今還作為國寶保存在瑞士納切特爾市藝術和歷史博物館內。同時，還有德國梅林制造的巨型泥塑偶人“巨龍哥雷姆”，日本物理學家細川半藏設計的各種自動機械圖形，法國杰夸特設計的機械式可編程織造機等。
1770年，美國科學家發明了一種報時鳥，一到整點，這種鳥的翅膀、頭和喙便開始運動，同時發出叫聲，他的主彈簧驅動齒輪轉動，是活塞壓縮空氣而發出叫聲，同時齒輪轉動時帶動凸輪轉動，從而驅動翅膀、頭運動。
1893年，加拿大摩爾設計的能行走的機器人“安德羅丁”，是以蒸汽為動力的。這些機器人工藝珍品，標志著人類在機器人從夢想到現實這一漫長道路上，前進了一大步。
二、近代機器人的發展
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劇《羅薩姆的萬能機器人》中，第一次提出了“機器人” （Robot）這個名詞，被當成了機器人一詞的起源。在捷克語中，Robot這個詞是指一個賦役的努力。
20世紀初期，機器人已躁動于人類社會和經濟的母胎之中，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器人的不安，美國著名科學幻想小說家阿西莫夫于1950年在他的小說《我是機器人》中，首先使用了機器人學（Robotics）這個詞來描述與機器人有關的科學，并提出了有名的“機器人三守則”：
（1） 機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） 機器人必須絕對服從于人類，除非這種服從有害于人類；
（3） 機器人必須保護自身不受傷害，除非為了保護人類或者是人類命令它做出犧牲。
這三條守則，給機器人社會賦以新的倫理性，并使機器人概念通俗化更易于為人類社會所接受。至今，它仍為機器人研究人員、設計制造廠家和用戶，提供了十分有意義的指導方針。
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圖一 第一代機器人
通常可將機器人分為三代。第一代是可編程機器人（如圖一）。這類機器人一般可以根據操作員所編的程序，完成一些簡單的重復性操作。這一帶機器人從20世紀60年代后半期開始投入使用，目前他在工業界得到了廣泛應用。第二代是感知機器人（如圖二），即自適應機器人，它是在第一代機器人的基礎上發展起來的，具有不同程度的“感知”能力。這類機器人在工業界已有應用。第三代機器人將具有識別、推理、規劃和學習等智能機制，它可以把感知和行動智能化結合起來，因此能在非特定的環境下作業，故稱之為智能機器人（如圖三）。目前，這類機器人處于試驗階段，將向實用化方向發展。
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圖二第二代機器人
今日工業機器人的最早研究可追溯到第二次大戰后不久。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，研制遙控式機械手，用于搬運放射性材料。這些系統是“主從”型的，用語準確地“模仿”操作員手和臂的動作。主機械手由使用者進行導引做一連串動作，而從機械手盡可能準確地模仿主機械手的動作，后來用機械耦合主從機械手的動作加入力的反饋，使操作員能夠感覺到從機械手及其環境之間產生的力。50年代中期，機械手中的機械耦合被液壓裝置所取代，如通用電氣公司的“巧手人”機器人和通用制造廠的“怪物”I型機器人。1954年G.C.Devol提出了“通用重復操作機器人”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。
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圖三 第三代機器人
1958年，被譽為“工業機器人之父”的Joseph F.Engel Berger創建了世界上第一個機器人公司——Unimation（Univeral Automation）公司，并參與設計了第一臺Unimate機器人（如圖四）。這是一臺用于壓鑄的五軸液壓驅動機器人，手臂的控制由一臺計算機完成。它采用了分離式固體數控元件，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機器人，即Versatran（Versatile Transfer）機器人。它主要用于機器之間的物料運輸、采用液壓驅動。該機器人的手臂可以繞底座回轉，沿垂直方向升降，也可以沿半徑方向伸縮。一般認為Unimate和Versatran機器人是世界上最早的工業機器人。
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圖四 Unimate機器人
1959年，美國Consolidated Controls公司研制出第一代工業機器人原型。1960年美國機床鑄造公司（AMF）生產出圓柱坐標的VERSATRAN型機器人，可做點位和軌跡控制，同年第一批電焊機器人用于工業生產。隨后，美國Unimation公司研制出球坐標的UNIMATE型機器人，它采用電液伺候驅動，磁鼓存儲，可完成近200種示教在線動作。
可以說，60年代和70年代是機器人發展最快、最好的時期，這期間的各項研究發明有效地推動了機器人技術的發展和推廣。主要成就如表一。
表一 機器人技術發展編年表
機器人表
雖然，編程機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機器人柔性的趨勢就已經很明顯了。60年代早期，H.A.厄恩斯特于1962年介紹了帶有觸覺傳感器的計算機控制機械手的研制情況。這種稱為MH-1的裝置能“感覺”到塊狀材料，用此信息控制機械手，把塊狀材料堆起來，無需操作員幫助。這種工作是機器人在合理的非結構性環境中具有自適應特性的一例。機械手系統是六自由度ANL Model-8型操作機，由一臺TX-O計算機通過接口裝置進行控制。此研究項目后來成為MAC計劃的一部分，在機械手上又增加了電視攝像機，開始進行機器感覺研究。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，可檢測物體，并向電機輸入反饋信號，啟動一種或兩種抓取方式。一旦手爪接觸到物體，與物體大小和質量成比例的信息就通過這些壓力敏感元件傳輸到計算機1963年，美國機械鑄造公司推出了VERSATRAN機器人商品，同年初，還研制了多種操作機手臂，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（即機械手、電視攝象機和拾音器）的計算機的開發情況。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行操作的系統。皮珀也在1968年研究了計算機控制的機械手的運動學問題。在1971年卡恩和羅恩分析了機械限位手臂開關式（最短時間）控制的動力學和控制問題。
這時，其他國家（特別是日本）也開始認識到工業機器人的潛力。早在1968年，日本川崎重工業公司與Unimation公司談判，購買了其機器人專利。1969年，機器人出現了不尋常的新發展，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”機械手，次年又研制出了“斯坦福”機械手。后者裝有攝像機和計算機控制器。把這些機械手用作機器人的操作機，是一些重大的機器人研究工作開始了。對“斯坦福”機械手所做的一項實驗是根據各種策略自動地堆放狀材料。在當時對于自動機器人來說，這是一項非常復雜的工作。1974年Cincinnati Milacron公司推出了第一臺計算機控制的工業機器人，定名為“The Tomorrow Tool”。它能舉起重達45.36kg的物體，并能跟蹤裝配線上的各種移動物體。
在此期間，智能機器人的研究也有進展，1961年美國麻省理工學院研制出有觸覺的MH-1型機器人，在計算機控制下用來處理放射性材料。1968年美國斯坦福大學研制出名為SHAKEY的智能移動機器人。從60年代后期起，噴漆、弧焊機器人相繼在工業生產中應用，由加工中心和工業機器人組成的柔性加工單元標志著單件小批生產方式的一個新的高度。幾個工業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器人的研究工作，并開始在海洋開發、空間探索和核工業中試用。整個60年代，機器人技術雖然取得了如上列舉的許多進展，建立了產業并生產了多種機器人商品，但是在這一階段多數工業部門對應用機器人還持觀望態度，機器人在工業應用方面的進展并不快。
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計算機相連由計算機控制的“斯坦福”機械手，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控制的機械手，用于完成20個零件的打字機機械裝配工作。1974年，麻省理工學院人工智能實驗室的井上對力反饋的人工智能作了研究。在精密裝配作業中，用一種著陸導航搜索技術進行初始定位。內文斯等人于1974年在德雷珀實驗室研究了基于依從性的傳感技術。這項研究發展為一種被動柔順（稱為間接中心柔順，RCC）裝置，它與機械手最后一個關節的安裝板相連，用于緊配合裝配。同年，貝杰茨在噴氣推進實驗室為空間開發計劃用的擴展性“斯坦福”機械手提供了一種基于計算機的力矩控制技術。從那以后相繼提出了多種不同的用于機械手伺候的控制方法。
1979年Unimation公司推出了PUMA系列工業機器人，他是全電動驅動、關節式結構、多CPU二級微機控制、采用VAL專用語言，可配置視覺、觸覺的力覺感受器的，技術較為先進的機器人。同年日本山梨大學的牧野洋研制成具有平面關節的SCARA型機器人。整個70年代，出現了更多的機器人商品，并在工業生產中逐步推廣應用。隨著計算機科學技術、控制技術和人工智能的發展，機器人的研究開發，無論就水平和規模而言都得到迅速發展。據國外統計，到1980年全世界約有2萬余臺機器人在工業中應用。
進入80年代后，機器人生產繼續保持70年代后期的發展勢頭。到80年代中期機器人制造業成為發展最快和最好的經濟部門之一。機器人在工業中開始普及應用，工業化國家的機器人產值近幾年以年均20%~40%的增長率上升。1984年全世界機器人使用總臺數是1980年的四倍，到1985年底，這一數字已達到14萬臺， 1990年達到30萬臺左右，其中高性能的機器人所占比例將不斷增加，特別是各種裝配機器人的產量增長較快，和機器人配套使用的機器視覺技術和裝置正在迅速發展。1985年前后，FANUC和GMF公司又先后推出交流伺候驅動的工業機器人產品。
到80年代后期，由于傳統機器人用戶應用工業機器人已經飽和，從而造成工業機器人產品的積壓，不少機器人廠家倒閉或被兼并，是國際機器人學研究和機器人產業出現不景氣。到90年代初，機器人產業出現復蘇和繼續發展跡象。但是，好景不長，1993~1994年又跌入低谷。1995年后，世界機器人數量逐年增加，增長率也較高，1998年丹麥樂高公司推出了機器人套件，讓機器人的制造變得像搭積木一樣相對簡單又能任意拼裝，從而使機器人開始走入個人世界。機器人學以較好的發展勢頭進入21世紀。2002年丹麥iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba（如圖五），他能避開障礙，自動設計行進路線，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、最商業化的家用機器人。近年來，全球機器人行業發展迅速，2007年全球機器人行業總銷售量比2006年增長10%。人性化、重型化、智能化已經成為未來機器人產業的主要發展趨勢。現在全世界服役的工業機器人總數在100萬臺以上。此外，還有數百萬服務機器人在運行。
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圖五Roomba
阿富汗戰爭中，美國軍方領導人決定向阿富汗派遣一種名為“大狗”的新型機器人，作為增兵計劃的一部分。與以往各種機器人不同的是，“大狗”并不依靠輪子行進，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動能力的機器人的試驗場。
機器人發展史
在過去30~40年間，機器人學和機器人技術獲得引人注目的發展，具體體現在：①機器人產業在全世界迅速發展；②機器人的應用范圍遍及工業、科技和國防的各個領域；③形成了新的學科——機器人學；④機器人向智能化方向發展；⑤服務機器人成為機器人的新秀而迅猛發展。
我國是從20世紀80年代開始涉足機器人領域的研究和應用的。1986年，我國開展了“七五”機器人攻關計劃，1987年，我國的“863”高技術計劃將機器人方面的研究開發列入其中。目前我國從事機器人研究和應用開發的主要是高校及有關科研院所等。最初我國在機器人技術方面研究的主要目的是跟蹤國際先進的機器人技術。隨后，我國在機器人技術及應用方面取得了很大的成就，主要研究成果有：哈爾濱工業大學研制的兩足步行機器人，北京自動化研究所1993年研制的噴涂機器人，1995年完成的高壓水切割機器人，沈陽自動化研究所研制完成的有纜深潛300m機器人、無纜深潛機器人、遙控移動作業機器人。
我國在仿人形機器人方面，也取得很大的進展。例如，中國國防科學技術大學經過10年的努力，于2000年成功地研制出我國第一個仿人形機器人——“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，但步行質量較高：既可在平地上穩步向前，還可自如地轉彎、上坡；既可以在已知的環境中步行，還可以在小偏差、不確定的環境中行走。
三、未來機器人的展望
展望未來，對機器人的需求是多面的。在制造工業由于多數工業產品的商品壽命逐漸縮短，品種需求加多，這就促使產品的生產就要從傳統的單一品種成批大量生產逐步向多品種小批量柔性生產過渡。有各種加工裝備、機器人、物料傳送裝置和自動化倉庫組成的柔性制造系統，以及由計算機統一調度的更大規模的集成制造系統將逐步成為制造工業的主要生產手段之一。
現在工業上運行的90%以上的機器人，都不具有智能。隨著工業機器人數量的快速增長和工業生產的發展，對機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器人和特種機器人。這些智能機器人，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，能夠進行獨立操作、自動裝配和產品檢驗；有的具有自主控制和決策能力。這些智能機器人，不僅應用各種反饋傳感器，而且還運用人工智能中各種學習、推理和決策技術。智能機器人還應用許多最新的智能技術，如臨場感技術、虛擬現實技術、多真體技術、人工神經網絡技術、遺傳算法和遺傳編程、放聲技術、多傳感器集成和融合技術以及納米技術等。可以說，智能機器人將是未來機器人技術發展的方向。
第五篇: 工業機器人實習報告
1、工業機器人的結構組成？
通用工業機器人主要機械結構可劃分為基座、臂部、腕部和末端執行器(手爪)。基座起支承作用，固定式機器人的基座直接聯接在地面基礎上，移動式機器人的基座安裝在移動機構上。臂部聯接基座和手腕，主要改變末端執行器的空間位置。腕部聯接臂部和末端執行器，主要改變末端執行器的空間姿態。末端執行器也稱為手爪部份或手部，是機器人的作業工具。如抓取工件的各種抓手、取料器、專用工具的夾持器等，還包括部分專用工具，如擰螺釘螺母機、噴槍、焊槍、切割頭、測量頭等。
本節主要介紹部分機器人手腕和末端執行器的結構。
一、手腕機械結構
手腕確定末端執行器的作業姿態，一般需要三個自由度，由三個回轉關節組合而成，組合方式多樣。回轉方向分：臂轉是繞小臂軸線方向的旋轉；手轉是使末端執行器繞自身的軸線旋轉；腕擺是使手部相對臂部的擺動。
1．通用手腕結構 腕部結構的設計要滿足傳動靈活、結構緊湊輕巧，避免干涉。通常將腕部的驅動部分安排在小臂上，幾個電動機的運動傳遞到同軸旋轉的心軸和多層套筒上。運動傳入腕部后再分別實現各個動作。
圖4-34和圖4-35所示為PT-600型弧焊機器人手腕部結構圖和傳動簡圖。
圖4-34PT-600型弧焊機器人手腕部結構圖
1-腕擺框 2-腕擺齒形帶 3-小臂 4-腕擺帶輪 5-腕擺軸 6、12-端蓋 7-腕擺諧波減速器 8-聯結法蘭 9-錐齒輪 10-手轉諧波減速器 11-手轉軸 13-手轉帶輪 14-手轉齒形帶
圖 4-35PT-600機器人手腕部傳動簡圖
這是一個腕擺、手轉二自由度的手腕結構。其傳動路線為：腕擺電機通過同步齒形帶帶動腕擺諧波減速器7，減速器的輸出軸帶動腕擺框1實現腕擺運動；手轉電動機通過同步齒形帶帶動手轉諧波減速器10，減速器的輸出通過一對錐齒輪9實現手轉運動。注意，當腕擺框擺動而手轉電動機不轉時，聯接手部的錐齒輪在另一錐齒輪上滾動，產生附加的手轉運動，控制上要進行修正。
圖 4-36KUKA IR-662/100型機器人手腕傳動結構簡圖
圖 4-37KUKA IR-662/100型機器人手腕結構圖
1-中心軸 2-空心軸 3-手腕殼體 4、18-定輪 5、14-動轉 6、7、9、19、26、27-錐齒輪 8、16-柔輪 10、15-波發生器 11-蓋 12-腕擺殼體 13-零件 17-法蘭盤 20-底座 21-帶鍵軸 22、24、25-帶 23-花鍵軸
圖4-36所示為KUKA IR-662／100型機器人的手腕部傳動簡圖。這是一個三自由度的手腕結構，關節配置形式為臂轉、腕擺、手轉結構。其傳動鏈分成二部分，一部分在機器人小臂殼內，三個電機的輸出通過帶傳動分別傳遞到同軸轉動的心軸、中間套、外套筒上。另一部分傳動鏈安排在手腕部，圖4-37所示為手腕的結構圖。
其傳動路線為：
(1)臂轉運動 臂部外套筒與手腕殼體7通過端面法蘭聯接，外套簡直接帶動整個手腕旋轉完成臂轉運動。
(2)腕擺運動 臂部中間套通過花鍵與空心軸2聯接，空心軸另一端通過一對錐齒輪6、7帶動腕擺諧波減速器的波發生器10，波發生器上套有軸承和柔輪8，諧波減速器的定輪4與手腕殼體相聯，動輪5通過蓋11與腕擺殼體12相固接，當中間套帶動空心軸旋轉時，腕擺殼體作腕擺運動。
(3)手轉運動 臂部心軸通過花鍵與腕部中心軸1聯接，中心軸的另一端通過錐齒輪27、26帶動花鍵軸23，花鍵軸的一端通過同步齒形帶傳動24、25、22帶動帶鍵軸2l，再通過錐齒輪19，9帶動手轉諧波減速器的波發生器15，波發生器上套有軸承和柔輪16，諧波減速器的定輪18通過底座20與腕擺殼體相聯，動輪14通過零件13與聯接手部的法蘭盤17相固定．當臂部心軸帶動腕部中心軸旋轉時，法蘭盤作手轉運動。
值得注意的是，臂轉、腕擺、手轉三個傳動并不是相互獨立的，存在較復雜的干涉現象。當中心軸1和空心軸2固定不轉，僅有手腕殼體3作臂轉運動時，由于錐齒輪6不轉，錐齒輪7在其上滾動，因此有附加的腕轉運動輸出，同理，錐齒輪26在錐齒輪27上滾動，也產生附加的手轉運動。當中心軸1和手腕殼體3固定不轉，空心軸2轉動使手腕作腕擺運動時，也會產生附加的手轉運動。最后通過控制系統進行修正。
2．柔性手腕結構 柔性手腕是為噴漆作業機器而設計開發的。圖4-38所示為一種多節聯動萬向節式柔性手腕的機構原理圖，它由連桿機構，球面齒輪機構和萬向聯軸器機構組成。當俯仰或偏擺連桿受到作動器的牽連作用時，柔性手腕結構沿相應方向彎曲，連桿件數越多、彎曲的曲率越大。圖4-39所示為柔性手腕的結構剖視。其中的球面齒輪是一種較新的傳動結構。
圖 4-38多節聯動萬向節式柔性手腕機構簡圖
圖 4-39多節聯動萬向節式柔性手腕結構
3．柔順手腕結構 用機器人進行精密裝配作業，當被裝配零件之間的配合精度相當高，被裝配零件的不一致性、工件的定位夾具、機器人手爪的定位精度無法滿足裝配要求時，會導致裝配困難。這就提出了裝配動作的柔順性要求。
柔順裝配技術有兩種，一種是從檢測、控制的角度，采取各種不同的搜索方法，實現邊校正邊裝配。有的手爪上還配有檢測元件如視覺傳感器(圖4-40所示)、力傳感器等，這就是所謂主動柔順裝配。另一種是從結構的角度在手腕部配置一個柔順環節，以滿足柔順裝配的需要。這種柔順裝配技術稱為“被動柔順裝配”(RCC)。
圖4-41所示是具有水平和擺動浮動機構的柔順手腕。水平浮動機構由平面，鋼球和彈簧構成實現在二個方向上進行浮動，擺動浮動機構由上、下球面和彈簧構成，實現二個方向的擺動。在裝配作業中如遇夾具定位不準或機器人手爪定位不準時可自行校正。其動作過程如圖4-42所示，在插入裝配中工件局部被卡住時，將會受到阻力，促使柔順手腕起作用，使手爪有一個微小的修正量，工件便能順利地插人。圖4-43所示是另一種結構形式的柔順手腕，其工作原理與上述柔順手腕相似。圖4-44所示是采用板彈簧作為柔性元件組成的柔順手腕，在基座上通過板彈簧1、2聯接框架，框架另二個側面上通過板彈簧3、4聯接平板和軸。裝配時通過4塊板彈簧的變形實現柔順性裝配。圖4-45所示是采用數根鋼絲彈簧并聯組成的溫柔手腕。
圖 4-40帶檢測元件的手腕
圖 4-41移動擺動柔順手腕
圖 4-42柔順手腕動作過程
圖 4-43柔順手腕
圖 4-44板彈簧柔順手腕
圖 4-45鋼絲彈簧柔順手腕
主動柔順手腕需配傳感器，價格較貴，由于反饋控制響應能力的限制，裝配速度較慢；但是，主動柔順手腕可以在較大范圍內進行對中校正，裝配間隙可少至幾個微米，并可實現無傾角孔的插入，通用性強。被動柔順手腕結構比較簡單，價格較便宜；裝配速度比主動式要快；但是，它要求裝配件要有傾角，允許的校正補償量受到傾角的限制；軸孔間隙不能太小，否則插入阻力較大。為了揚長補短，近年來綜合上述兩種柔順手腕優點的主／被動柔順手腕正在發展中。
二、末端夾持器
末端夾持器種類繁多，主要介紹下列幾種。
(一)氣吸式吸盤 吸盤主要用在搬運體積大、重量輕的如像冰箱殼體、汽車殼體等零件；也廣泛用于需要小心搬運的如顯象管、平板玻璃等物體。真空吸盤對工件表面要求平整光滑、干燥清潔、能氣密。氣吸式與鉗爪式手部相比較，氣吸式手部具有結構簡單，重量輕等優點。
按形成負壓(或真空)的方法，氣吸式手部可分為真空式、氣流負壓式和擠壓排氣吸盤。
氣吸式吸盤選用要素如下：
1)應具有足夠的吸力。由于吸力的大小與吸盤直徑大小，氣壓強弱和氣體流有關系，并與工件形狀和表面不平度有關，為了保證吸力一定，可在氣路中增設減壓閥以便調節吸力大小。
2)應根據被抓取對象的要求確定吸盤形狀和數量。
3)選用多個吸盤時，應合理布局，確保工件在傳遞過程中的平衡及平穩。
下面介紹氣流負壓式吸盤。
氣流負壓式吸盤按形成負壓的方法可分成；噴射式負壓吸盤和擴散式負壓吸盤。下面主要討論噴射式負壓吸盤。其工作原理如圖4-46所示。
圖 4-46噴射氣流原理圖
根據流體力學，氣體在穩定流動狀態下，單位時間內氣體經過噴嘴的每一個截面的氣體質量均相等。因此在最簡單的情況下，低流速(高壓強)截面的噴嘴應當具有大面積，而高流速(低壓強)截面的噴嘴應有小面積。所以壓縮空氣由噴嘴進口處A進入后，噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，沿氣流流動方向截面收縮到最小處K時(即臨界面積)，流速達到臨界速度即音速，此時壓力近似為噴嘴進口處的壓力之半，即A≈0.5P1。為了使噴嘴出口處的壓力P2低于Pk，必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴段，這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速，并在該處建立低壓區域，使C處的氣體不斷地被高速流體卷帶走，如C處形成密封空腔，就可使腔內壓力下降而形成負壓。當在C處連接橡膠皮碗吸盤，即可吸住工件。圖4—47為噴射式負壓吸盤的結構圖。
由上述分析可知，從一般的氣體流速增速到超音速而建立低壓區，必須使管道截面積的變化規律先收縮到某一最小截面Smin，然后再擴大，這種噴嘴稱為“收縮噴嘴”，或稱為“拉伐爾噴嘴”。
為了使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應有適當的間隙，以便將被抽氣體帶走，如圖4-48所示。當間隙太小時，噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽氣速率；當間隙太大時，離噴射氣體越遠的氣體被帶著向前運動的速度就愈低，同時間隙過大，從噴嘴套出口處反流回來的氣體亦愈多，這就使抽氣速率大大地降低。因此，間隙要適宜，最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調節，以便噴嘴有效地工作。圖4-49為可調的噴射式負壓吸盤的結構圖，噴嘴5與噴嘴套6的相對位置是可以調節的，以便改變問隙的大小。
圖 4-47噴射負壓吸盤結構
1-吸盤 2-壓蓋 3-芯座 4、6-螺母 5-噴嘴套 7-噴嘴座 8-噴嘴 9-密封墊
圖 4-48噴嘴與噴嘴套的安裝間隙
圖 4-49可調噴射式負壓吸盤結構
1-橡膠吸盤 2-吸盤芯子 3-通氣螺釘 4-吸盤體 5-噴嘴 6-噴嘴套
擠壓排氣式吸盤
對于輕小片狀工件，還可以采用橡膠吸盤緊壓工件表面，靠擠壓力作用使吸盤內的空氣被擠出，造成負壓將工件吸住。圖4—50所示為擠壓排氣式吸盤。由吸盤1與工件相接觸并將吸盤內的空氣擠出造成負壓而吸住工件。當吸盤架3運動時，若碰到擋塊(或受外力作用)將壓蓋2抬起，這時吸盤內腔經8孔通大氣，壓差消失即放下工件。
圖4-51帶電磁鐵的擠壓排氣式吸盤。彈簧2使閥桿3始終在下端位置堵住通氣孔，當手臂向下移動吸盤1緊壓工件時，將吸盤內的空氣擠出而吸住工件。若手臂移動到規定的位置時，碰行程開關發信號，靠電磁鐵的銜鐵4吸動閥桿3，使吸盤內腔與大氣相通而放下工件。
圖 4-50擠壓排氣式吸盤
1-吸盤 2-壓蓋 3-吸盤架
圖 4-51帶電磁鐵擠壓排氣式吸盤
1-吸盤 2-螺母 3-閥桿 4-銜鐵
(二)手爪
手爪的設計和選用最主要是滿足功能上的要求，具體來說要在下面幾個方面進行調查，提出設計參數和要求。
l．被抓握的對象物 手爪的設計和選用首先要考慮的是什么樣的工件要被抓握。因此，必須充分了解工件的幾何形狀、機械特性。
(1)幾何參數有：
工件尺寸
可能給予抓握表面的數目
可能給予抓握表面的位置和方向
夾持表面之間的距離
夾持表面的幾何形狀
(2)機械特性有以下方面：
質量
材料
固有穩定性
表面質量和品質
表面狀態
工作溫度
2．物料饋送器或儲存裝置 與機械手配合工作的零件饋送器或儲存裝置對手爪必需的最小和最大爪鉗之間的距離以及必需的夾緊力都有要求，同時，還應了解其它可能的不確定的因素對手爪工作的影響。
3．機械手作業順序 一臺機械手在齒輪箱裝配作業中需要搬動齒輪和軸，并進行裝配，雖然手部可以既抓握齒輪也可以夾持軸，但是不同零件所需的夾緊力和爪鉗張開距離是不同的，手部設計上要考慮到被夾持對象物的順序。在必需的時候，可采用多指手爪，以增加手部作業的柔性。
4．手爪和機械手匹配 手爪一般用法蘭式機械接口與手腕相連接，手爪自重增加了機械臂的載荷，這兩個問題必須給予仔細考慮。手爪是可以更換的，手爪形式可以不同，但是與手腕的機械接口必須相同，這就是接口匹配。手爪自重不能太大，機械手能抓取工件的重量是機械手承載能力減去手爪重量。手爪自重要與機械手承載能力匹配。
5．環境條件 在作業區域內的環境狀況很重要，比如高溫、水、油等環境會影響手爪工作。一個鍛壓機械手要從高溫爐內取出紅熱的鍛件坯必須保證手爪的開合，驅動在高溫環境中均能正常工作。
6．手爪間應具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角，手指的開閉角應保證工件能順利進入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。
7．應保證工件準確定位 為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱型工件采用帶“V”型面的手指，以便自動定心。
8．應考慮手指的多用性 手指是專用性較強的部件，為適應小批量多品種工件的不同形狀和尺寸的要求，可制成組合式的手指如圖4—52所示。對于這種手指的要求結構簡單，安裝維修方便，更換迅速準確，以便擴大機械手的使用范圍。
圖 4-52組合式手指結構
1-杠桿 2-連桿 3-活塞桿 4-調整墊 5-可換手指
此外有采用速換手部裝置，而不采用萬能手指，因后者比前者復雜，圖4-53為手部速換裝置圖。若須更換手部時可停止供應手部卡緊用的壓縮空氣，使卡緊套1靠彈簧作用左移，滾珠2被卡人凹槽內即放松可換手部3，從而實現迅速的更換手部。
圖 4-53速換手部結構
1-卡緊套 2-滾珠 3-可換手部
機械式手爪結構的種類很多。圖4-54為與機械結合的氣動手爪。
圖 23手動氣爪
1-錐齒輪 2-齒條 3-活塞 4-氣缸 5-爪鉗
(三)多指靈巧手
簡單的卡爪式取料手不能適應物體外形的變化，不能使物體表面承受比較均勻的夾持力，因此無法滿足對復雜形狀，不同材質的物體實施夾持和操作。為了提高機器人手爪和手腕的操作能力、靈活性和快速反應能力，使機器人能像人手一樣進行各種復雜的作業，如裝配作業、維修作業、設備操作以及機器人模特兒的禮儀手勢等，就必需有一個運動靈活、動作多樣的靈巧手。近年來國內外對靈巧手的研究十分重視。
多指靈巧手的開創性工作是ETL手，它的出色的機構設計為以后所開發的許多多指靈巧手所采用。圖4-55分別為ETL手部的外形和各部分的詳細結構圖。手指自由度是這樣構成的，相當于人手拇指的手指有3個自由度，其余的兩個手指和人的手指一樣有4個自由度。各關節通過約1m長的柔管-鋼絲繩動力傳遞系統和帶減速器的22W直流伺服電動機驅動，減速器的減速比為1／94.3。這里每個關節只有一個驅動器，所以預先必須使鋼絲繩有足夠的初始張力。
圖 4-55ETL手部
如圖4-56所示。分別為Stanford／JPL三指靈巧手的Utah／MIT四指靈巧手。他們的每一個手指有三個回轉關節，每一個關節自由度都是獨立控制。這樣，幾乎人手能完成的各種復雜動作它都能模仿。
圖 4-56多指靈巧手
a）Stanford/JPL三指手 b）Utah/MIT四指手
Stanford／JPL三指靈巧手的每個手指有3個自由度，而每個手指用四臺電動機驅動，各電動機根據安裝在手腕部分的張力傳感器和電動機側的位置傳感器的輸出同時控制鋼絲繩的張力和位置。它與一個電動機控制一個關節的方法相比，電動機的數量多了一個。但它卻沒有必要擔心鋼絲繩會松弛。該手部不需要進行很麻煩的初始張力的調節，但是它也有缺點，那就是各個軸的運動相互之間存在耦合。
Utah／MIT四指靈巧手各個手指都有4個自由度，除了沒有小指以外，其結構是非常接近于人手的。圖4-57是為驅動手指而開發的壓力控制型雙重結構氣 壓式驅動器的外形圖和原理圖。
圖 4-57Utah/M.I.T手部的驅動器
a）外形圖 b）原理圖
每個手指關節用兩個驅動器控制。每個驅動器的控制是以力伺服控制為基礎，通過圖4-58所示安裝在手部手腕部分的張力傳感器的輸出反饋而構成的。另外各個手指關節處還裝有特殊試制的利用霍爾效應元件的角度變化傳感器(圖4-59)。這個傳感器的線形度在0～95°范圍為5％。開發這個手部不僅為了用于特定作業，而且希望能作為通用型手部末端執行器來進行各種各樣的實驗。
圖 4-58安裝在手腕處的張力傳感器
圖 4-59使用霍爾效應的關節角度傳感器
2、工業機器人的應用？
工業機器人
工業機器人是機器人的一種，它由操作機．控制器．伺服驅動系統和檢測傳感器裝置構成，是一種仿人操作自動控制，可重復編程，能在三難空間完成各種作業的機電一體化的自動化生產設備，特別適合于多品種，變批量柔性生產。它對穩定和提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件的快速更新換代起著十分重要作用。
制造工業部門應用機器人的主要目的在于削減人員編制和提高產品質量。機器人無論是否與其它機器一起運用，與傳統的機器相比，它具有兩個主要優點：1．生產過程的幾乎完全自動化。2．生產設備的高度適應能力。
現在工業機器人主要用于汽車工業、機電工業（包括電訊工業）、通用機械工業、建筑業、金屬加工、鑄造以及其它重型工業和輕工業部門。
機器人的工業應用分為四個方面，即材料加工、零件制造、產品檢驗和裝配。其中，材料加工往往是最簡單的。零件制造包括鍛造、點焊、搗碎和鑄造等。檢驗包括顯式檢驗（在加工過程中或加工后檢驗產品表面圖像和幾何形狀、零件和尺寸的完整性）和隱式檢驗（在加工中檢驗零件質量上或表面上的完整性）兩種。裝配是最復雜的應用領域，因為它可能包含材料加工、在線檢驗、零件供給、配套、劑壓和緊固等工序。在農業方面，已把機器人用于水果和蔬菜嫁接、收獲、檢驗與分類，剪羊毛和擠牛奶等。這是一個潛在的產業機器人應用領域。工業機器人帶來的效益
廣泛的應用工業機器人，可以逐步改善勞動條件，更強與可控的生產能力，加快產品更新換代。提高生產效率和保證產品質量，消除枯燥無味的工作，節約勞動力，提供更安全的工作環境，降低工人的勞動強度，減少勞動風險，提高機床，減少工藝過程中的工作量及降低停產時間和庫存，提高企業競爭力。工業機器人的發展
隨著科技的不斷進步，工業機器人的發展過程可分為三代，第—代，為示教再現型機器人，它主要由機器手控制器和示教盒組成，可按預先引導動作記錄下信息重復再現執行，當前工業中應用最多。第二代為感覺型機器人，如有力覺觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進行反饋調整的能力，目前已進入應用階段。第三代為智能型機器人它具有感知和理解外部環境的能力，在工作環境改變的情況下，也能夠成功地完成任務，它尚處于實驗研究階段國外工業機器人的的發展
美國是機器人的誕生地，早在1961年，美國的Consolided Control Corp和AMF公司聯合研制了第一臺實用的示教再現機器人。經過40多年的發展，美國的機器人技術在國際上仍一直處于領先地位。其技術全面、先進，適應性也很強。日本在1967年從美國引進第一臺機器人，1976年以后，隨著微電子的快速發展和市場需求急劇增加，日本當時勞動力顯著不足，工業機器人在企業里受到了”救世主”般的歡迎，使其日本工業機器人得到快速發展，現在無論機器人的數量還是機器人的密度都位居世界第一，素有”機器人王國”之稱。德國引進機器人的時間比英國和瑞典大約晚了五六年，但戰爭所導致的勞動力短缺，國民的技術水平較高等社會環境，卻為工業機器人的發展、應用提供了有利條件。此外，在德國規定，對于一些危險、有毒、有害的工作崗位，必須以機器人來代替普通人的勞動。這為機器人的應用開拓了廣泛的市場，并推動了工業機器人技術的發展。目前，德國工業機器人的總數占世界第二位，僅次于日本。
法國政府一直比較重視機器人技術，通過大力支持一系列研究計劃，建立了一個完整的科學技術體系，使法國機器人的發展比較順利。在政府組織的項目中，特別注重機器人基礎技術方面的研究，把重點放在開展機器人的應用研究上。而由工業界支持開展應用和開發方面的工作，兩者相輔相成，使機器人在法國企業界得以迅速發展和普及，從而使法國在國際工業機器人界擁有不可或缺的一席之地。
英國紀70年代末開始，推行并實施了一系措施列支持機器人發展的政策，使英國工業機器人起步比當今的機器人大國日本還要早，并曾經取得了早期的輝煌。然而，這時候政府對工業機器人實行了限制發展的錯誤。這個錯誤導致英國的機器人工業一蹶不振，在西歐幾乎處于末位。近些年，意大利、瑞典、西班牙、芬蘭、丹麥等國家由于自身國內機器人市場的大量需求，發展速度非常迅速。目前，國際上的工業機器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的CO‘U及奧地利的工GM公司。國內工業機器人的發展我國工業機器人起步于20世紀70年代初期，經過30多年發展，大致經歷了3個階段：70年代萌芽期，80年代的開發期和90年代的應用化期。隨著20世紀70年代世界科技快速發展，工業機器人的應用在世界掀起了一個高潮，在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業機器人。進入20世紀80年代后，隨著改革開放的不斷深入，在高技術浪潮的沖擊下，我國機器人技術的開發與研究得到了政府的重視與支持，”七五”期間，國家投入資金，對工定機器人及零部件進行攻關，完成了示教再現式工業機器人成套技術的開發，研制出了噴漆，點焊，弧焊和搬運機器人。，國家高技術研究發展計劃開始實施，經過幾年研究，取得了一大批科研成果。成功地研制出了一批特種機器人。
從20世紀90年代初期起，我國的國民經濟進入實現兩個根本轉變期，掀起了新一輪的經濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業機器人又在實踐中邁進了一大步，先后研制了點焊，弧焊，裝配，噴漆，切割，搬運，碼垛等各種用途的工業機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批工業機器人產業化基地，為我國機器人產業的騰飛奠定了基礎。但是與發達國家相比，我國工業機器人還有很大差距。
目前，我國工業機器人公司主要有中國新松機器自動化股份有限公司和首鋼莫托曼機器人有限公司。
服務機器人
在一些科幻影片、電視片或影碟中，多少具有外形的機器人常被用來協助或代替人去執行人不樂意做或危險和困難的任務。今天在現實生活中能夠看到的最接近于人類的機器人可能要算家用機器人了。家用機器人能夠清掃地板而不碰到家具。不過它的價格目前還較高，影響到它的推廣應用。隨著家用機器人造價的大幅度降低，它將獲得日益廣泛的應用。
服務機器人尚處于開發及普及的早期階段，目前國際上對它還沒有普遍承認的嚴格定義，它的定義是由操作型工業機器人引伸而來的。根據國際機器人聯合會（IFR）采用的初步定義，所謂服務機器人是一種半自主或全自主工作的機器人，它完成的是有益于人類健康的服務工作，但不包括那些從事生產的設備。另一種定義把服務機器人看做一種可自由編程的移動裝置，它至少有三個運動軸，可以部分地或全自動地完成服務工作。這些服務工作為個人或單位完成的，不指工業生產服務。
根據這個定義，操作型工業機器人也可以看作是服務機器人，如果它們裝備在非制造業的話。服務機器人往往是可以移動的（并非總是移動的）。在某些情況下，服務機器人是由一個移動平臺構成，在它上面裝有一只或幾只手臂，其控制方式與工業機器人手臂的控制方式相同。研制用來為病人看病、護理病人和協助病殘人員康復的機器人能夠極大地改善傷殘疾病人員的狀態，以及改善癱瘓者（包括下肢及四肢癱瘓者）和被截肢者的生活條件。醫用機器人已應用于下列幾方面：
（1）診斷機器人，即配備有醫療診斷專家系統的機器人。（2）護理機器人，是一些具有豐富護理經驗的機器人護士或護師。（3）傷殘癱瘓康復機器人，包括假肢、矯形以及遙控等技術。（4）家用機器人，機器人已開始進入家庭和辦公室，用于代替人從事清掃、洗刷、守衛、煮飯、照料小孩、接待、接電話、打印文件等。酒店售貨和餐廳服務機器人、炊事機器人和機器人保姆已不再是一種幻想。（5）娛樂機器人，包括文娛歌舞和體育機器人。（6）醫療手術機器人近年來有所突破。
服務機器人還有送信機器人、導游機器人、加油機器人、建筑機器人、農業及林業機器人等。其中，爬壁機器人既可用于清潔，又可用于建筑。中國作為亞洲第三大的工業機器人需求國，市場發展穩定，汽車及其零部件制造仍然是工業機器人的主要應用領域，隨著我國產業結構調整升級不斷深入和國際制造業中心向中國的轉移，我國的機器人市場會進一步加大，市場擴展的速度也會進一步提高。
近年來，我們在研究文化創造性產業時，發現國外正在興起一個與文化產業、科學技術有緊密關系的未來產業——機器人的研究、開發及制造，參與者除了傳統從事學術研究的科技工作者、大學研究梯隊、企業產品的專門研究人員之外，更有一大批的青少年積極加入此一新興的科學技術新潮流之中。
中國工業機器人經過“七五”攻關計劃、“九五”攻關計劃和863計劃的支持已經取得了較大進展，工業機器人市場也已經成熟，應用上已經遍及各行各業，但進口機器人占了絕大多數。我國在某些關鍵技術上有所突破，但還缺乏整體核心技術的突破，具有中國知識產權的工業機器人則很少。目前我國機器人技術相當于國外發達國家20世紀80年代初的水平，特別是在制造工藝與裝備方面，不能生產高精密、高速與高效的關鍵部件。我國目前取得較大進展的機器人技術有：數控機床關鍵技術與裝備、隧道掘進機器人相關技術、工程機械智能化機器人相關技術、裝配自動化機器人相關技術。現已開發出金屬焊接、噴涂、澆鑄裝配、搬運、包裝、激光加工、檢驗、真空、自動導引車等的工業機器人產品，主要應用于汽車、摩托車、工程機械、家電等行業。
我國機器人技術主題發展的戰略目標是：根據2l世紀初我國國民經濟對先進制造及自動化技術的需求，瞄準國際前沿高技術發展方向創新性地研究和開發工業機器人技術領域的基礎技術、產品技術和系統技術。未來工業機器人技術發展的重點有：第一，危險、惡劣環境作業機器人：主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機器人；第二，醫用機器人：主要有腦外科手術輔助機器人，遙控操作輔助正骨等；第三，仿生機器人：主要有移動機器人，網絡遙控操作機器人等。其發展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成三、機器人的發展前景從近幾年世界機器人推出的產品來看，工業機器人技術正在向智能化、模塊化和系統化的方向發展，其發展趨勢主要為：結構的模塊化和可重構化；控制技術的開放化、PC化和網絡化；伺服驅動技術的數字化和分散化；多傳感器融合技術的實用化；工作環境設計的優化和作業的柔性化以及系統的網絡化和智能化等方面。
機器人是先進制造技術和自動化裝備的典型代表，是人造機器的“終極”形式。它涉及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網絡等多個學科和領域，是多種高新技術發展成果的綜合集成，因此它的發展與眾多學科發展密切相關。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(高速度、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。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。
