第一篇：工业机器人的研究进展
工业机器人的研究进展
工业机器人是广泛适用的能够自主动作，且多轴联动的机械设备。它们在必要情况下配备有传感器，其动作步骤包括灵活的，转动都是可编程控制的（即在工作过程中，无需任何外力的干预）。它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的的加工工具，以及能够执行搬运操作与加工制造的任务。工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。
由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其
中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。那么工业机器人的应用背景都有哪些呢？自从1959年，美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，取名“尤尼梅逊”.后。经过四十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。
工业机器人技术研究经历了艰难的过程和历史，它浓缩了人们智慧的结晶！机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。春秋后期，我国著名的木匠鲁班，在机
械方面也是一位发明家，据《墨经》记载，他曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”，体现了我国劳动人民的聪明智慧。
1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪的道顿堀演出。1738年，法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。19世纪中叶自动玩偶分为2个流派，即科学幻想派和机械制作派，并各自在文学艺术和近代技术中找到了自己的位置。在机械实物制造方面，1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些适用化的机器人相继问世，1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。1959年第一台工业机器人（可编程、圆坐标）在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。
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，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。
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伺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“VERSTRAN”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，MIT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·米拉克隆公司的理查德·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公斤。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”。
随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。将机
器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——机器人化机器。
目前国内外所研究的工业机器人都有哪些分类呢？从机器人的用途来分，可以分为两大类：一军用机器人:1地面军用机器人2无人机3水下机器人4空间机器人和二民用机器人：1服务机器人2娱乐机器人3累人机器人4农业机器人！
地面机器人：地面机器人主要是指智能或遥控的轮式和履带式车辆.地面军用机器人又可分为自主车辆和半自主车辆。自主车辆依靠自身的智能自主导航,躲避障碍物,独立完成各种战斗任务;半自主车辆可在人的监视下自主行使,在遇到困难时操作人员可以进行遥控干预。无人机：科学技术先进，国力较强，因而80多年来，世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的。水下机器人：水下机器人分为有人机器人和无人机器人两大类：有人潜水器机动灵活，便于处理复杂的问题，担任的生命可能会有危险，而且价格昂贵。无人潜水器就是人们所说的水下机器人，“科夫”就是其中的一种。它适于长时间、大范围的考察任务，近20年来，水下机器人有了很大的发展，它们既可军用又可民用。空间机器人：空间机器人是一种低价位的轻型遥控机器人，可在行星的大气环境中导航及飞行。为此，它必须克服许多困难，例如它要能在一个不断变化的三维环境中运动并自主导航，几乎不能够停留，必须能实时确定它在空间的位置及状态，要能对它的垂直运动进行控制，要为它的星际飞行预测及规划路径。
服务机器人：服务机器人是一种可自由编程的移动装置，它至少应有三个运动轴，可以部分地或全自动地完成服务工作。这里的服务工作指的不是为工业生产物品而从事的服务活动，而是指为人和单位完成的服务工作。娱乐机器人：娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的，具有机器人的外部特征，可以像人，像某种动物，像童话或科幻小说中的人物等。同时具有机器人的功能，可以行走或完成动作，可以有语言能力，会唱歌，有一定的感知能力。类人机器人：研制出外观和功能与人一样的机器人是科学家们梦寐以求的愿望，也是他们不懈追求的目标。农业机器人：由于机械化、自动化程度比较落后，“面朝黄土背朝天，一年四季不得闲”成了我国农民的象征。但近年农业机器人的问世，有望改变传统的劳动方式。在农业机器人的方面，目前日本居于世界各国之首。
当今工业机器人的发展趋势主要有：1 工业机器人性能不断提高（高度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。2 机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。3 工业机器人控制系统向基于 PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化，网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。4 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟
应用。5 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。
总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为 灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。
第二篇：机器人研究进展之我见
机 器 人 研 究 进 展
院系：班级：姓名：学号：
机器人研究进展
（一）机器人定义
机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
它可以说是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。目前在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。
现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。
（二）机器人的研究进展
机器人的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械手、机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。
1、可以假乱真的“女”机器人亮相世博会
05年6月9日，日本大阪大学的一名教授（右）在爱知世博会上调试一个仿真机器人。这个“女性”机器人不仅外表酷似真人，还能模仿播音员讲话，同时头部、上肢和上身能活动。“味觉”机器人亮相世博会
新华网东京６月１０日电（记者何德功）世界首个“味觉”机器人９日在日本爱知世博会亮相，这款机器人能够准确辨别出数十种食物。
据《富士产经商报》９日报道，这款“味觉”机器人由日本电气公司和三重大学联合开发。虽然名为“味觉”机器人，但它辨别食物并不是通过食物的味道，而是通过不同食物特有的“红外指纹”。
不同食物反射红外线的能力不同，并因此形成各自独有的“红外指纹”。“味觉”机器人的左手尖安装有红外线探测装置，能够获取所“品尝”食物的“红外指纹”。经过与数据库资料的对比后，就可以判断食物的名称。专家认为，“味觉”机器人用途广泛，可以用类似技术开发智能冰箱等新型家电产品。
2、日本爱知世界博览会展览会游泳的机器人
6月9日，在日本爱知世界博览会机器人展览中，由日本三菱重工业公司研制的鱼形机器人吸引了不少观众。该款机器人长1米、重25公斤，可在水中自主游动。三菱重工1999年曾研制出两种鱼造型的机器人
3、山东省动物机器人研究获突破
“动物机器人”又称“机器人动物”或“智能动物”，即用人工电信号控制动物的神经系统，使动物变成“机器人式”的动物。山东科大刚刚完成的这组实验，就是用计算机产生具有一定规律的电信号编码，通过植入大白鼠脑内的数根微电极将这些电信号施加到具有特定功能的神经核团，从而使大白鼠在神经核团的控制下实现左转、右转、前进等特定动作。
（三）机器人的未来发展
未来的机器人将会朝着三个方面发展：
一、与人类社会的生活更为密切地结合起来，以为人作出更多的服务作为要素
二十年后，家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示，该公司生产的家用大扫除机器人产品，2002年只有一百二十万美元销售额，到2004年已猛增10倍以上。还有，家居的全自动化，无需驾驶的自动汽车，等等，实在无法一一计数或作出预计。
二、仿生性，生物性的大趋向
以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如日本三菱重工附属公司Ryomei Engineering研制成功的金色机械鱼“金鱼虎”长1公尺，重25公斤，是一只不小的巨鱼，能自动畅游于水中，可协助监察桥梁的保安和搜集鱼汛的情况，监视河水污染等。索尼公司研制的Aibo机器狗会对主人声音有情绪反应，已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪，将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外，电影《侏罗纪公园》的恐龙机器人等也是例子。这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送，甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心，已具相当规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底为渔网所缠，困于190米下的深海，就得助于英国的“天蝎”号救援艇之助而脱险的，“天蝎”号就是海底机器人。
三、最重要的发展是人性化
日本举行的万国博览会，被称为机器人的大集合之展览会，有人甚至将之称作“机器人万国博览会”，从中亦可看出日本的这一产业优势及成果。在展场中，接待处、大会清扫工作、警备工作等，多以机器人的形式出现与取替。博览会期间还举办多项人与机器人有关的活动，其中最引人注目的还是人工智能及人性化的机器人的表演，譬如接待处的一位女性机器人能听、说六国语言，而且说话时眼、嘴皆会动，面部肌肉也有活动。造型奇特有趣的高尔夫球机器人“坎迪—5”，它内置整个高尔夫球场的3D地形和球会会员的资料，并设置有全球卫星定位系统，能作360度自如旋转，它的系统将愈加精密，并更具人性化，科学家预计在2020年完成其全部制作时，它可充当球僮并可从旁给予击球建议。此外，尚有具“视觉”、“味蕾”的机器人，它的红外线测定可以对食物及饮品的成份、含量马上作出判定，譬如将一只苹果摆在其手臂前，可以打印出该只苹果的糖份、维生素含量等。最引人注目的是机器人管乐队的演奏，以机器人演奏真正的乐器，而且队形不断变换，演奏技术臻于上乘。东京大学于今年八月公布已开发出人的仿真性皮肤，可如人一样感受冷热、痛楚、温度反应，甚至一些人的皮肤未具有的功能都可以设定，这对仿造机器人的生命性又是一大进步。凡此种种，不一而足。
我国的机器人研发工作基本上属于科学研究的项目，据说，中国科学院目前已造出说话时嘴唇能够活动、眼睛能转动、具视觉功能的机器人，其水准可媲美日本同行其实，机器人的制作绝对并非只是液压机械与电子产品的混成物，要将机器人造得越来越有人性化，就要兼及生命医学、传感、光学及创造性的文化产业等方面，比如机器人的关节就需要研究中医的经络学、生物学上的神经刺激反应以及文化产品的某种造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英国的科学家甚至预言，到2020年，随着机器人愈来愈精密和使用有机零件制造，它们将会受到“机器人权”的保护。
（四）总结
世界上先进的工业化国家都十分注重机器人的研究开发、实用化及事业化（产业化）的动向，投入大量的资金、人力，优化环境及指标，特别是重视培养年轻一辈对此一未来科学的兴趣，吸引他们的投入，以形成人材梯队，锻造出新的产业队伍。随着科学技术的飞速发展，未来的机器人将更加智能化。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。
第三篇：浅谈工业机器人
苏 州 市 职 业 大 学
课程报告
名 称
现代制造技术
院
系
机电工程学院
班
级
12机电3班
姓
名
戴
亮
学
号
125307306
浅谈工业机器人
戴 亮
（苏州市职业大学机电工程学院机电一体化专业
机电一体化12级3班）
【摘要】：
本文对工业机器人的定义和所涉及到的技术进行了概述，然后从其组成及分类、控制技术、发展历程、现状、发展前景、产业发展模式以及主要研究内容进行了系统的阐述，最后分析了其在生产生活中的应用。
【关键词】：发展
现状
前景
应用
序言
工业机器人是生产过程中的关键设备，可用于安装、制造、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车及汽车零部件、电气电子、化工、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业，应用领域广泛。
近年来，工业机器人的应用越来越广泛，种种迹象表明工业自动化时代已经到来，工业机器人极有可能成为下一个迎来爆发式增长的新兴产业。另一方面，中国工业机器人产业正处于前所未有的机遇期，政策红利、工业转型升级需求释放等机遇叠加，但中国工业机器人产业化发展却不尽如人意，产业化进程发展缓慢。
一、工业机器人的定义及技术概述
1.定义
工业机器人是一种可重复编程的多自由度的自动控制操作机，是涉及机械学、控制技术、传感技术、人工智能、计算机科学等多学科技术为一体的现代制造业的基础设备。2.技术概述
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
二、工业机器人的组成及分类
1.工业机器人的组成
工业机器人一般由执行机构、控制系统、驱动系统以及位置检测机构组成。（1）执行机构
执行机构是一组具有与人手脚功能相似的机械机构，俗称操作机，通常由手部、腕部、臂部、机身、机座及行走机构组成。（2）控制系统
控制系统是机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序动作，并记忆人们示教的指令信息，如动作顺序、运动轨迹、运动速度等，可再实现控制所储存的示教信息。（3）驱动系统
驱动系统是机器人执行作业的动力源，按照控制系统发出的控制指令驱动执行机构完成规定的作业。常用的驱动系统有机械式、液压式、气动式以及电气驱动等不同的驱动形式。（4）位置检测装置
通过附设的力、位移、触觉、视觉等不同的传感器，检测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制系统，以便执行机构以一定的精度和速度达到设定的位置。
2.工业机器人的分类
机器人的分类方法有很多，这里仅按机器人的结构形式、驱动方式以及系统功能进行分类。
（1）按结构形式分类
①直角坐标机器人 ②圆柱坐标机器人 ③球坐标机器人 ④关节机器人（2）按驱动方式分类
①气压传动机器人 ②液压传动机器人 ③电气传动机器人（3）按系统功能分类
①专用机器人 ②通用机器人 ③示教再现式机器人 ④智能机器人
三、工业机器人的控制技术
1.工业机器人控制系统的分类
（1）按照控制回路的不同分，可分为开环系统和闭环系统。
（2）按照控制系统的硬件分，可分为机械控制、液压控制、射流控制、顺序控制、计算机控制。
（3）按自动化程度分，可分为顺序控制系统、程序控制系统、自适应控制系统、人工智能系统。
（4）按编程方式分，可分为物理设置编程控制系统、示教编程控制系统、离线编程控制系统。
（5）按机器人末端运动控制轨迹分，可分为点位控制和连续轮廓控制。2.工业机器人的位置伺服控制（1）关节伺服控制
关节伺服控制是以大多数非直角坐标机器人为控制对象，它把每一个关节作为单独的单输入单输出系统来处理，且独立构成一个个伺服系统。这种关节伺服
结构简单，目前大部分关节机器人都由这种关节伺服系统来控制。以前这种伺服系统通常采用模拟电路构成，而随着微电子和信号处理技术的发展，关节伺服控制系统已普遍采用了数字电路形式。（2）坐标伺服控制
由于关节伺服控制结构简单，被较多的机器人所采用，但在三维空间对手臂进行控制时，很多场合都要求直接给定手臂末端运动的位置和姿态，而关节伺服控制系统中的各个关节是独立进行控制的，难以预测有各个关节实际控制结果所得到的末端位置状态的响应，且难以调节各个关节伺服系统的增益。因而，将末端位置矢量作为指令目标值所构成的伺服控制系统，称为作业坐标伺服系统。3.工业机器人的自适应控制（1）模型参考自适应控制
这种方法控制器的作用是使得系统的输出响应趋近于某指定的参考模型，因而必须设计相应的参数调节机构。Dubowsky等人在这个参考系统中采用二维弱衰减模型，然后采用最陡下降法调整局部比例和微分伺服可变增益，使实际系统的输出和参考模型的输出之差为最小。然而该方法从本质上忽略了实际机器人系统的非线性项和耦合项，是对单自由度的单输出系统进行设计的。此外，该方法也不能保证适用于实际系统时调整律的稳定性。（2）自校正适应控制
自校正适应控制由表现机器人动力学离散时间模型各参数的估计机构与用其结果来决定控制器增益或控制输入的部分组成，采用输入输出数与机器人自由度相同的模型，把自校正适应控制法用于机器人。
四、工业机器人的发展
1.工业机器人的诞生至今（1）工业机器人的诞生
日本是当今的工业机器人王国，既是工业机器人的最大制造国也是最大消费国，但实际上工业机器人的诞生地是美国。机器人的启蒙思想其实很早就出现了，1920年捷克作家卡雷尔·恰佩克发表了剧本《罗萨姆的万能机器人》，剧中叙述了一个叫做罗萨姆的公司将机器人作为替代人类劳动的工业品推向市场的故事，引起了世人的广泛关注。于是在1959年美国的一家汽车公司，工业机器人应运而生。美国人英格伯格和德奥尔制造出了世界上第一台工业机器人，他们发现可以让机器人去代替工人一些简单重复的劳动，而且不需要报酬和休息，任劳任怨。接着他们两人合办了世界上第一家机器人制造工厂，生产工业机器人。（2）工业机器人在日本发展
与此同时，十九世纪七十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它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，这些机器人收到了广大企业的欢迎。1980-1990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%，俄罗斯和东欧占12%。是什么使得日本的工业机器人产业有如此快速的发展，现理出几点原因：
① 根本原因是日本的基本国情，人口少，劳动力严重短缺。日本每年的人口增长率在1.1%左右，而日本人都想接受高等教育导致其劳动力的增长速度却始终停留在0.7%。为了满足国民经济3%的增长要求，必须提高生产效率。
② 1973年十月爆发的第一次石油危机提高了劳动力成本，日本政府不得不鼓励私营企业向自动化领域投资，提高生产效率，以抑制由石油危机带来的成本型通货膨胀。
③ 工业机器人可以代替劳动者从事可能危害身体健康的劳动，避免了大量 的工伤事故和职业病，受到了人们的欢迎。
④ 日本自80年代起就采用推动工业机器人的普及和促进研究与发展的政策。
（3）工业机器人在世界其他主要国家的发展
美国是工业机器人的诞生地，基础雄厚，技术先进。现今美国有着一批具有国际影响力的工业机器人供应商，像Adept Technologe、American Robot、Emersom Industrial Automation 等。
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IRB6，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traflla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、装配铸造、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。年产量达到一万台左右。所生产的机器人广泛应用在仪器、汽车、航天、食品、制药、医学、铸造、塑料等工业，主要用于材料处理、机床装备、包装、堆垛、焊接、表面休整等领域。
意大利COMAU公司从1978年开始研制和生产工业机器人，至今已有30多年的历史。其机器人产品包括Smart系列多功能机器人和MASK系列龙门焊接机器人。广泛应用于汽车制造、铸造、家具、食品、化工、航天、印刷等领域。
日系是工业机器人制造的主要派系，其代表有FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等国际知名公司。2.工业机器人的现状
联合国欧洲经济局（UNECE）估计，2004年全球至少安装了10万台新的工业机器人。其中：欧盟31100台(比2003年增加15％，但比2001年的记录仅增加1％)；北美16100台(比2003年增加27％，比2000年的记录高24％)；亚洲51400台，主要在日本，但中国市场增长迅速(比2003年增长24％)。据电气和电子工程师协会（IEEE）统计，至2008年底，世界各地已经部署了100万
台各种工业机器人。其中，日本机器人数量据世界首位。他们的算法基于制造工人与机器人的比例，即每万名工人拥有多少台制造机器人。其中日本的工业机器人密度达到了世界平均水平的10倍，也比排在第二位的新加坡多出了一倍。其中日本每万名工人拥有295台工业机器人，新加坡169台，韩国164台，德国163台。虽然排在前三位的国家都在亚洲，不过欧洲却是世界上工业机器人密度最大的地区。欧洲国家工业机器人密度为每万名工人50台，美洲为平均31台，亚洲平均27台。3.工业机器人的发展前景
在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。
机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。电气和电子工程师协会（IEEE）的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。1990年10月，国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类：⑴顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系统；⑵沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业，如焊接、喷漆等；⑶远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人；⑷智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能。
4.工业机器人的产业发展模式
纵观世界各国发展工业机器人产业的过程，可归纳为三种不同的发展模式，即日本模式、欧洲模式和美国模式。（1）日本模式
日本模式的特点是：各司其职，分层面完成交钥匙工程。即机器人制造厂商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标，并由其子公司或社会上的工程公司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统，并完成交钥匙工程。
（2）欧洲模式
欧洲模式的特点是：一揽子交钥匙工程。即机器人的生产和用户所需要的系统设计制造，全部由机器人制造厂商自己完成。（3）美国模式
美国模式的特点是：采购与成套设计相结合。美国国内基本上不生产普通的工业机器人，企业需要机器人通常由工程公司进口，再自行设计、制造配套的外围设备，完成交钥匙工程。（4）中国模式的走向
中国的机器人产业应走什么道路、如何建立自己的发展模式确实值得探讨。中国工程院在《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究总结报告》中认为，我国应从“美国模式”着手，在条件成熟后逐步向“日本模式”靠近。
五、工业机器人的主要研究内容
1.示教再现型工业机器人产业化技术研究
（1）关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。
（2）柔性仿形喷涂机器人开发：柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发，整机安全防爆、防护技术开发，高速喷杯喷涂工艺研究。（3）焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业）产品的标准化、通用化、模块化、系列化设计。
（4）弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选用，CCD成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控制。（5）焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。
（6）电子行业用装配机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。（7）批量生产机器人所需的专用制造、装配、测试设备和工具的研究开发。2.智能机器人开发研究
（1）遥控加局部自主系统构成和控制策略研究
包括建模－遥控机器人模型，人行为模型，人控制动态建模，图形仿真建模，虚拟工具和虚拟传感器建模；以人为主体的人机共享规划与控制；局部自治控制；多传感融合技术；双向力反应控制；知识库的建立，学习与推理方法；人机交互的高级控制技术；虚拟现实（VR）控制与真实世界控制的相互关系；监控系统的结构。
（2）智能移动机器人的导航和定位技术研究
包括导航和定位系统的系统结构；在结构环境或非结构环境中导航和定位方法研究；感知系统的传感器和信息处理系统的构成；根据传感器数据建立环境模型的方法；模糊逻辑的推理方法用于移动机器人导航的研究。（3）面向遥控机器人的虚拟现实系统
包括人机交互图形生成及其程序设计；遥控机器人（载体和机械手）几何动态图形建模；遥控操作环境图形建模；遥控机器人操作与数据的获取；虚拟传感器及基于虚拟传感器的双向力反应、反馈控制；面向任务的虚拟工具；基于虚拟现实的遥控操作的理论与方法；基于VR模型操作和真实世界操作的可切换、相容性和可交换性；VR监控系统。（4）人机交互环境建模系统
包括CAD建模中的人机交互技术；求知模型工件的反示过程中的交互技术；机器人与环境的布局及功能验证中的交互技术；传感器数据处理中的交互技术；机器人标定、运动学建模、动力学建模中的交互技术。（5）基于计算机屏幕的多机器人遥控技术
包括三维立体视觉建模；模型的计算机显示；遥控机器人模型的控制；人机接口；网络通讯。
3.机器人化机械研究开发
（1）并联机构机床（VMT）与机器人化加工中心（RMC）开发研究
包括VMT与RMC智能化结构实现技术；VMT与RMC关键传动实现技术；VMT与RMC加工、装配、摆放、涂胶、检测作业技术；VMT与RMC监控检测技术开发；VMT与MRC智能化开式CMC控制系统开发；系统软件和应用软件开发；智能化机构、材料机电一体化技术；作业状态变量智能化传感技术；机电一体化的多功能及灵巧作业终端；通用智能化开式CNC控制硬软件系统；并联机构运动学及动力学理论；RMC智能控制理论；VMT与RMC典型应用工程开发。
（2）机器人化无人值守和具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备
包括散料输送系统监控和遥控操作的传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；机器人运动规划在等量堆取料、自主操作中的应用；基于广域网的远程实时通讯；具有监测和管理功能的故障诊断系统。4.以机器人为基础的重组装配系统（1）开放式模块化装配机器人
包括通用要素的提取；专用件标准化；装配机器人模块CAD设计；通用主流计算机构造的控制器；人机界面方式；网络功能。（2）面向机器人装配的设计技术
包括数字化装配与CAD集成技术；产品机器人化装配规划生成技术；产品可装配性模糊评价。
（3）机器人柔性装配系统设计技术
其中单元技术：供料系统智能化设计、末端执行器快速执行、物流传输及其控制与通讯；集成技术：柔性装配线仿真软件、管理系统。（4）可重构机器人柔性装配系统设计技术
开展基于任务和环境的动态重构机器人柔性装配系统理论研究；系统基于自治体（Agent）的分布式控制技术及系统各单元体间的协作规划。（5）装配力觉、视觉技术
包括高精度、高集成化六维腕力传感技术；视觉识别与定位技术。（6）智能装配策略及其控制
包括装配状态实时检测和监控；装配顺序和路径智能规划及控制技术。5.多传感器信息融合与配置技术
（1）机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用
包括面向工艺过程的多传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；面向工艺要求的新型传感器研制。（2）机电一体化智能传感器
包括具有感知、自主运动、自清污（自调整、自适应）的机电一体化传感器研究；面向工艺要求的运动机构设计、实现检测和清污的自主运动；调节控制系统；
机器人机构和控制技术在传感器设计中的应用。
六、工业机器人在生产生活中的应用
所谓工业机器人，就是具有简单记忆和可变控制程序的自动机械。它是在机械手的基础上发展起来的，国外称为industrial robot。工业机器人的出现将人类从繁重单一的劳动中解放出来，而且它还能够从事一些不适合人类甚至超越人类的劳动，实现生产的自动化，避免工伤事故和提高生产效率。随着世界生产力的发展，必然促进相应科学技术的发展。工业机器人能够极大地提高生产效率，已经广泛地进入人们的生活生产领域。
1.提高自动化生产效率和自动化程度：据美国J.B Day通过大量的定后发现：在生产过程中，机器人在机床或其它设备上做上下料工作，以及在设备之间做短途搬运工作所花时间占了整个生产时间的80%以上，搬运费占了加工费的30%-40%，而且有85%的生产事故发生在搬运上，因此工业机器人的使用解决了很多难题。2.直接从事广泛的生产劳动：例如喷漆、焊接、热处理、冶炼、电镀、冲压、注塑成型、砂型铸造以及锻造等。比如我国滩坊砖厂制造了一只有260个指头的机械手。
3.进行严谨的物品装配：通过图纸识别零件并加以组装，首先取得成功的是美国加利福尼亚的斯坦福大学。此外还有日本日立制作的Hivip，列宁格勒的“变压器装配小组”。
4.仓库管理自动化：最早出现在法国，现已遍及世界各地，例如芬兰的汉基亚公司（汉基亚仓库是欧洲十大仓库之一）。
5.从事特殊环境下的劳动：核辐射、无毒气氛、强噪声、超低温或高温环境等不合适人工作的环境，甚至超越人能力范围的环境。比如用于发现输油管裂缝的机器人，日本生产了一种用于救火的“神奈川”机器人。
6.从事教育卫生等服务：例如美国Centurion公司生产的“机器人教师”已成功为学生开设了“逻辑学”、“概率论”等课程，美国德克萨斯仪表公司制造的微型翻译机器人，日本稻田大学研究出的“乳腺检诊机器人”。
参考文献：
【1】 王握文.世界机器人发展历程[J].国防科技, 2001,(01)【2】 陈爱珍.日本工业机器人的发展历史及现状[J].机械工程师, 2008,(07)【3】 陈爱珍.国内外机器人的发展现状[J].机械工程师, 2008,(07)【4】 陈佩云.日本振兴工业机器人的政策[J].机器人技术与应用, 1994,(01)【5】 陈佩云.与应用, 1994 我国工业机器人技术发展的历史_现状与展望[J].机器人技术
第四篇：《工业机器人》复习题
《工业机器人 》
一、填空题
1、按坐标形式分类，机器人可分为、、球坐标型 和 四种基本类型。
2、作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是、和。
3、机器人主要技术参数一般有、、、重复定位精度、、承载能力及最大速度等。
4、自由度是指机器人所具有的 的数目，不包括 的开合自由度。
5、机器人分辨率分为 和，统称为。
6、重复定位精度是关于 的统计数据。
7、根据真空产生的原理真空式吸盘可分为、和 等三种基本类型。
8、机器人运动轨迹的生成方式有、、和空间曲线运动。
9、机器人传感器的主要性能指标有、、、重复性、、分辨率、响应时间和抗干扰能力等。
10、自由度是指机器人所具有的 的数目。
11、机器人的重复定位精度是指。
12、机器人的驱动方式主要有、和 三种。
13、机器人上常用的可以测量转速的传感器有 测速发电机 和 增量式码盘。
14、机器人控制系统按其控制方式可以分为 控制方式、控制方式和 控制方式。
15、按几何结构分划分机器人分为： 串联机器人、并联机器人。
二、单项选择题(请在每小题的四个备选答案中，选出一个最佳答案。)
1、工作范围是指机器人 或手腕中心所能到达的点的集合。A 机械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。
2、机器人的精度主要依存于、控制算法误差与分辨率系统误差。A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性
3、滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用 来标记。A R B W C B
4、RRR型手腕是 自由度手腕。A 1 B 2
C 3
D 4
D L
5、真空吸盘要求工件表面、干燥清洁，同时气密性好。A 粗糙 B 凸凹不平C平缓突起 D平整光滑
6、同步带传动属于 传动，适合于在电动机和高速比减速器之间使用。A 高惯性 B 低惯性 C 高速比 D 大转矩
7、机器人外部传感器不包括 传感器。
A 力或力矩 B 接近觉 C 触觉 D 位置
8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和 工件。A 固定 B 定位 C 释放 D 触摸。
9、机器人的精度主要依存于、控制算法误差与分辨率系统误差。A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性
10、机器人的控制方式分为点位控制和。
A 点对点控制 B点到点控制 C 连续轨迹控制 D 任意位置控制
11、焊接机器人的焊接作业主要包括。
A 点焊和弧焊 B 间断焊和连续焊 C平焊和竖焊 D气体保护焊和氩弧焊
12、作业路径通常用 坐标系相对于工件坐标系的运动来描述。A 手爪 B 固定 C 运动 D工具
13、谐波传动的缺点是。
A扭转刚度低 B 传动侧隙小 C惯量低 D 精度高
14、机器人三原则是由谁提出的。（D）
A 森政弘 B 约瑟夫·英格伯格 C 托莫维奇 D 阿西莫夫
15、当代机器人大军中最主要的机器人为：（A）
A 工业机器人 B 军用机器人 C 服务机器人 D 特种机器人
16、手部的位姿是由哪两部分变量构成的？（B）A 位置与速度 B 姿态与位置 C 位置与运行状态 D 姿态与速度
17、用于检测物体接触面之间相对运动大小和方向的传感器是：C A接近觉传感器 B接触觉传感器 C滑动觉传感器 D压觉传感器
18、示教-再现控制为一种在线编程方式，它的最大问题是：B A操作人员劳动强度大 B占用生产时间 C操作人员安全问题 D容易产生废品
19、下面哪个国家被称为 “机器人王国”？C A 中国 B 英国 C 日本 D 美国
三、是非题（对划“√”，错划“×”）
1、示教编程用于示教－再现型机器人中。（）
2、机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。
3、关节型机器人主要由立柱、前臂和后臂组成。
4、到目前为止，机器人已发展到第四代。
（）（）（）
5、磁力吸盘能够吸住所有金属材料制成的工件。
6、谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形的变化。N（）
8、由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。Y
9、激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。Y（）
10、机械手亦可称之为机器人。Y（）
四、简答题
1、机器人手腕有几种？试述每种手腕结构。答：机器人的手臂按结构形式分可分为单臂式，双臂式及悬挂式按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动的。如手臂的伸缩，升降及横向移动，有回转运动的如手臂的左右回转上下摆动有复合运动如直线运动和回转运动的组合。2直线运动的组合2回转运动的组合。手臂回转运动机构，实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片是回转缸，齿轮转动机构，链轮传动和连杆机构手臂俯仰运动机构，一般采用活塞油（气）缸与连杆机构联用来实现手臂复合运动机构，多数用于动作程度固定不变的专用机器人。
2、工业机器人控制方式有几种？ 工业机器人的控制方式多种多样，根据作业任务的不同，主要分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。答： 1）点位控制方式（PTP）
这种控制方式的特点是只控制工业机器人末端执行器在作业空间中某些规定的离散点上的位姿。控制时只要求工业机器人快速、准确地实现相邻各点之间的运动，而对达到目标点的运动轨迹则不作任何规定。这种控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间。2）连续轨迹控制方式（CP）
这种控制方式的特点是连续的控制工业机器人末端执行器在作业空间的位姿，要求其严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动，而且速度可控，轨迹光滑，运动平稳，以完成工作任务。3）力（力矩）控制方式
在完成装配、抓放物体等工作时，除要准确定位外，还要求使用适度的力或力矩进行工作，这时就要利用力（力矩）伺服方式。这种方式的控制原理与位置伺服控制原理基本相同，只不过输入量和反馈量不是位置信号，而是力（力矩）信号，因此系统中必须有力（力矩）传感器。有时也利用接近、滑动等传感功能进行自适应式控制。4）智能控制方式
机器人的智能控制时通过传感器获得周围环境的知识，并根据自身内部的知识库做出相应的决策。采用智能控制技术，使机器人具有了较强的适应性及自学习功能。智能控制技术的发展有赖于近年来人工神经网络、基因算法、遗传算法、专家系统等人工智能的迅速发展。
4、机器人参数坐标系有哪些？各参数坐标系有何作用？ 答:工业机器人的坐标形式有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。1）直角坐标/笛卡儿坐标/台架型（3P）
这种机器人由三个线性关节组成，这三个关节用来确定末端操作器的位置，通常还带有附加道德旋转关节，用来确定末端操作器的姿态。这种机器人在X、Y、Z轴上的运动是独立的，运动方程可独立处理，且方程是线性的，因此，很容易通过计算机实现；它可以两端支撑，对于给定的结构长度，刚性最大：它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化，容易达到高精度。但是，它的操作范围小，手臂收缩的同时又向相反的方向伸出，即妨碍工作，且占地面积大，运动速度低，密封性不好。
2）圆柱坐标型（R3P）
圆柱坐标机器人由两个滑动关节和一个旋转关节来确定部件的位置，再附加一个旋转关节来确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转一个角，工作范围可以扩大，且计算简单；直线部分可采用液压驱动，可输出较大的动力；能够伸入型腔式机器内部。但是，它的手臂可以到达的空间受到限制，不能到达近立柱或近地面的空间；直线驱动器部分难以密封、防尘；后臂工作时，手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。3）球坐标型（2RP）
5、人手爪有哪些种类，各有什么特点？ 答：（1）机械手爪：依靠传动机构来抓持工件；
（2）磁力吸盘：通过磁场吸力抓持铁磁类工件，要求工件表面清洁、平整、干燥，以保证可靠地吸附，不适宜高温条件；
（3）真空式吸盘：利用真空原理来抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清洁，同时气密性要好。
6、编码器有哪两种基本形式？各自特点是什么？ 两种基本形式：增量式、绝对式
增量式：用来测量角位置和直线位置的变化，但不能直接记录或指示位置的实际值。在所有利用增量式编码器进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始运行时进行复位。
绝对式：每个位置都对应着透光与不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。
7、工业机器人常用的驱动器有那些类型，并简要说明其特点。
（1）电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和位置精度都很高，但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。
（2）液压驱动器的优点是功率大，可省去减速装置而直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。但需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温及有洁净要求的场合。故液压驱动器目前多用于特大功率的操作机器人系统或机器人化工程机械。
（3）气动驱动器的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但也需要增设气压源，且与液压驱动器相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有洁净、防爆等要求的点位控制机器人。
8、常用的工业机器人的传动系统有那些？
齿轮传动，蜗杆传动，滚珠丝杆出传动，同步齿形带传动，链传动和行星齿轮传动
9、在机器人系统中为什么往往需要一个传动（减速）系统？
因为现在的电机一般速度较高，力矩较小，需要通过传动系统降低转速、提高力矩。
10、机器人上常用的距离与接近觉传感器有哪些？。超声波，激光、红外，霍尔传感器
11、按机器人的用途分类，可以将机器人分为哪几大类？试简述之。1)工业机器人或产业机器人 应用于工农业生产中，主要用在制造业，进行焊接、喷漆、装配、搬运、检验、农产品的加工等产业。
2)探索机器人 用于进行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。3)服务机器人 一种半自主或全自主的机器人，其所从事的服务工作可使人类生存的更好，使制造业以外的设备工作的更好。
4)军用机器人 用于军事目的，或进攻性的，或防御性的。
12、什么是示教再现式机器人？
答：先由人驱动操作机，再以示教动作作业，将示教作业程序、位置及其他信息存储起来，然后让机器人重现这些动作。
13、编码器有哪两种基本形式？各自特点是什么？ 两种基本形式：增量式、绝对式
增量式：用来测量角位置和直线位置的变化，但不能直接记录或指示位置的实际值。在所有利用增量式编码器进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始运行时进行复位。
绝对式：每个位置都对应着透光与不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。
五、按照下图中给定的运动轨迹，编写一段符合要求的运动控制指令。
六、请解读下列程序，并写出注释。
1、主程序 PROC main()rInitAll;WHILE TRUE DO
IF di1=1 THEN rMoveRoutine;rHome;ENDIF WaitTime 0.3;ENDWHILE ENDPROC
2、PROC rModPos()!示教目标点程序
MoveL pPick,v10,fine,tGripperWObj:=WobjCNV;MoveL pPlaceBase,v10,fine,tGripperWObj:=WobjBuffer;MoveL pHome,v10,fine,tGripper;ENDPROC ENDMODULE
3、理解下面指令并画出机器人的运动轨迹图。PROC Routine1（）MoveL p10,v1000,fine,tool1WOBj:=wobj1;MoveC p30,p40,v1000,z1,tool1WOBj:=wobj1;ENDPROC
第五篇：《工业机器人》复习题
《工业机器人 》
一、填空题
1、按坐标形式分类，机器人可分为、、球坐标型 和 四种基本类型。
2、作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是、和。
3、机器人主要技术参数一般有、、、重复定位精度、、承载能力及最大速度等。
4、自由度是指机器人所具有的 的数目，不包括 的开合自由度。
5、机器人分辨率分为 和，统称为。
6、重复定位精度是关于 的统计数据。
7、根据真空产生的原理真空式吸盘可分为、和 等三种基本类型。
8、机器人运动轨迹的生成方式有、、和空间曲线运动。
9、机器人传感器的主要性能指标有、、、重复性、、分辨率、响应时间和抗干扰能力等。
10、自由度是指机器人所具有的 的数目。
11、机器人的重复定位精度是指。
12、机器人的驱动方式主要有、和 三种。
13、机器人上常用的可以测量转速的传感器有 测速发电机 和 增量式码盘。
14、机器人控制系统按其控制方式可以分为 控制方式、控制方式和 控制方式。
15、按几何结构分划分机器人分为： 串联机器人、并联机器人。
二、单项选择题(请在每小题的四个备选答案中，选出一个最佳答案。)
1、工作范围是指机器人 或手腕中心所能到达的点的集合。A 机械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。
2、机器人的精度主要依存于、控制算法误差与分辨率系统误差。A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性
3、滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用 来标记。A R B W C B
4、RRR型手腕是 自由度手腕。A 1 B 2
C 3
D 4
D L
5、真空吸盘要求工件表面、干燥清洁，同时气密性好。A 粗糙 B 凸凹不平C平缓突起 D平整光滑
6、同步带传动属于 传动，适合于在电动机和高速比减速器之间使用。A 高惯性 B 低惯性 C 高速比 D 大转矩
7、机器人外部传感器不包括 传感器。
A 力或力矩 B 接近觉 C 触觉 D 位置
8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和 工件。A 固定 B 定位 C 释放 D 触摸。
9、机器人的精度主要依存于、控制算法误差与分辨率系统误差。A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性
10、机器人的控制方式分为点位控制和。
A 点对点控制 B点到点控制 C 连续轨迹控制 D 任意位置控制
11、焊接机器人的焊接作业主要包括。
A 点焊和弧焊 B 间断焊和连续焊 C平焊和竖焊 D气体保护焊和氩弧焊
12、作业路径通常用 坐标系相对于工件坐标系的运动来描述。A 手爪 B 固定 C 运动 D工具
13、谐波传动的缺点是。
A扭转刚度低 B 传动侧隙小 C惯量低 D 精度高
14、机器人三原则是由谁提出的。（D）
A 森政弘 B 约瑟夫·英格伯格 C 托莫维奇 D 阿西莫夫
15、当代机器人大军中最主要的机器人为：（A）
A 工业机器人 B 军用机器人 C 服务机器人 D 特种机器人
16、手部的位姿是由哪两部分变量构成的？（B）A 位置与速度 B 姿态与位置 C 位置与运行状态 D 姿态与速度
17、用于检测物体接触面之间相对运动大小和方向的传感器是：C A接近觉传感器 B接触觉传感器 C滑动觉传感器 D压觉传感器
18、示教-再现控制为一种在线编程方式，它的最大问题是：B A操作人员劳动强度大 B占用生产时间 C操作人员安全问题 D容易产生废品
19、下面哪个国家被称为 “机器人王国”？C A 中国 B 英国 C 日本 D 美国
三、是非题（对划“√”，错划“×”）
1、示教编程用于示教－再现型机器人中。（）
2、机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。
3、关节型机器人主要由立柱、前臂和后臂组成。
4、到目前为止，机器人已发展到第四代。
（）（）（）
5、磁力吸盘能够吸住所有金属材料制成的工件。
6、谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形的变化。N（）
8、由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。Y
9、激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。Y（）
10、机械手亦可称之为机器人。Y（）
四、简答题
1、机器人手腕有几种？试述每种手腕结构。答：机器人的手臂按结构形式分可分为单臂式，双臂式及悬挂式按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动的。如手臂的伸缩，升降及横向移动，有回转运动的如手臂的左右回转上下摆动有复合运动如直线运动和回转运动的组合。2直线运动的组合2回转运动的组合。手臂回转运动机构，实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片是回转缸，齿轮转动机构，链轮传动和连杆机构手臂俯仰运动机构，一般采用活塞油（气）缸与连杆机构联用来实现手臂复合运动机构，多数用于动作程度固定不变的专用机器人。
2、工业机器人控制方式有几种？ 工业机器人的控制方式多种多样，根据作业任务的不同，主要分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。答： 1）点位控制方式（PTP）
这种控制方式的特点是只控制工业机器人末端执行器在作业空间中某些规定的离散点上的位姿。控制时只要求工业机器人快速、准确地实现相邻各点之间的运动，而对达到目标点的运动轨迹则不作任何规定。这种控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间。2）连续轨迹控制方式（CP）
这种控制方式的特点是连续的控制工业机器人末端执行器在作业空间的位姿，要求其严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动，而且速度可控，轨迹光滑，运动平稳，以完成工作任务。3）力（力矩）控制方式
在完成装配、抓放物体等工作时，除要准确定位外，还要求使用适度的力或力矩进行工作，这时就要利用力（力矩）伺服方式。这种方式的控制原理与位置伺服控制原理基本相同，只不过输入量和反馈量不是位置信号，而是力（力矩）信号，因此系统中必须有力（力矩）传感器。有时也利用接近、滑动等传感功能进行自适应式控制。4）智能控制方式
机器人的智能控制时通过传感器获得周围环境的知识，并根据自身内部的知识库做出相应的决策。采用智能控制技术，使机器人具有了较强的适应性及自学习功能。智能控制技术的发展有赖于近年来人工神经网络、基因算法、遗传算法、专家系统等人工智能的迅速发展。
4、机器人参数坐标系有哪些？各参数坐标系有何作用？ 答:工业机器人的坐标形式有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。1）直角坐标/笛卡儿坐标/台架型（3P）
这种机器人由三个线性关节组成，这三个关节用来确定末端操作器的位置，通常还带有附加道德旋转关节，用来确定末端操作器的姿态。这种机器人在X、Y、Z轴上的运动是独立的，运动方程可独立处理，且方程是线性的，因此，很容易通过计算机实现；它可以两端支撑，对于给定的结构长度，刚性最大：它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化，容易达到高精度。但是，它的操作范围小，手臂收缩的同时又向相反的方向伸出，即妨碍工作，且占地面积大，运动速度低，密封性不好。
2）圆柱坐标型（R3P）
圆柱坐标机器人由两个滑动关节和一个旋转关节来确定部件的位置，再附加一个旋转关节来确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转一个角，工作范围可以扩大，且计算简单；直线部分可采用液压驱动，可输出较大的动力；能够伸入型腔式机器内部。但是，它的手臂可以到达的空间受到限制，不能到达近立柱或近地面的空间；直线驱动器部分难以密封、防尘；后臂工作时，手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。3）球坐标型（2RP）
5、机器人手爪有哪些种类，各有什么特点？ 答：（1）机械手爪：依靠传动机构来抓持工件；
（2）磁力吸盘：通过磁场吸力抓持铁磁类工件，要求工件表面清洁、平整、干燥，以保证可靠地吸附，不适宜高温条件；
（3）真空式吸盘：利用真空原理来抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清洁，同时气密性要好。
6、编码器有哪两种基本形式？各自特点是什么？ 两种基本形式：增量式、绝对式
增量式：用来测量角位置和直线位置的变化，但不能直接记录或指示位置的实际值。在所有利用增量式编码器进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始运行时进行复位。
绝对式：每个位置都对应着透光与不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。
7、工业机器人常用的驱动器有那些类型，并简要说明其特点。
（1）电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和位置精度都很高，但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。
（2）液压驱动器的优点是功率大，可省去减速装置而直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。但需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温及有洁净要求的场合。故液压驱动器目前多用于特大功率的操作机器人系统或机器人化工程机械。
（3）气动驱动器的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但也需要增设气压源，且与液压驱动器相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有洁净、防爆等要求的点位控制机器人。
8、常用的工业机器人的传动系统有那些？
齿轮传动，蜗杆传动，滚珠丝杆出传动，同步齿形带传动，链传动和行星齿轮传动
9、在机器人系统中为什么往往需要一个传动（减速）系统？
因为现在的电机一般速度较高，力矩较小，需要通过传动系统降低转速、提高力矩。
10、机器人上常用的距离与接近觉传感器有哪些？。超声波，激光、红外，霍尔传感器
11、按机器人的用途分类，可以将机器人分为哪几大类？试简述之。1)工业机器人或产业机器人 应用于工农业生产中，主要用在制造业，进行焊接、喷漆、装配、搬运、检验、农产品的加工等产业。
2)探索机器人 用于进行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。3)服务机器人 一种半自主或全自主的机器人，其所从事的服务工作可使人类生存的更好，使制造业以外的设备工作的更好。
4)军用机器人 用于军事目的，或进攻性的，或防御性的。
12、什么是示教再现式机器人？
答：先由人驱动操作机，再以示教动作作业，将示教作业程序、位置及其他信息存储起来，然后让机器人重现这些动作。
13、编码器有哪两种基本形式？各自特点是什么？ 两种基本形式：增量式、绝对式
增量式：用来测量角位置和直线位置的变化，但不能直接记录或指示位置的实际值。在所有利用增量式编码器进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始运行时进行复位。
绝对式：每个位置都对应着透光与不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。
14、根据机器人作业水平的高低，机器人语言通常分为哪几类？
答：机器人编程语言可分为：(1)动作级：以机器人末端执行器的动作为中心来描述各种操作，要在
程序中说明每个动作。(2)对象级：允许较粗略地描述操作对象的动作、操作对象之间的关系等，特别适用于组装作业。(3)任务级：只要直接指定操作内容就可以了，为此，机器人必须一边思考一边工作。
15、工业机器人主要有哪些编程方式？试简述之。
16、机器人机械夹持式手按手爪的运动方式分为哪两种？各有何典型机构？ 答：按手爪的运动方式分为回转型和平移型。平移型可分两类：它分为直线式和圆弧式两种。典型机构：a齿轮齿条式b螺母丝杠式c凸轮式d平行连杆式.回转型典型:a楔块杠杆式b滑槽杠杆式c连杆杠杆式d齿轮齿条式e自重杠杆式
17、机器人吸附式手分为哪两种？各有何特点？
答：根据吸附力的产生方法不同，将其分为：气吸式,磁吸式（1）气吸式:气吸式手是利用吸盘内的压力与外界大气压之间形成的压力差来工作的，根据压力差形成的原理不同，可分为：a挤压排气式b气流负压式c真空抽气式(2)磁吸式:磁吸式手是利用磁场产生的磁吸力来抓取工件的，因此只能对铁磁性工件起作用（钢、铁等材料在温度超过723℃时就会失去磁性），另外，对不允许有剩磁的工件要禁止使用，所以磁吸式手的使用有一定的局限性。根据磁场产生的方法不同，磁吸式手可分为：a永磁式b励磁式
18、机器人电动驱动器有哪几种？
答：电动驱动器是利用电能来实现旋转运动的驱动器，常见主要有：步进电机（stepping motor)、直流（DC）伺服电机、交流（AC）伺服电机、直接驱动电机
19、机器人轨迹控制的两种方式是什么？ 答：如果要求机器人沿着一定的目标轨迹运动则是轨迹控制。对于工业生产线上的机械臂，轨迹控制常用示教再现方式。示教再现分两种：点位控制（ＰＴＰ），用于点焊、更换刀具等情况；连续路径控制（ＣＰ），用于弧焊、喷漆等作业。如果机器人本身能够主动地决定运动，那么可经常使用路径规划加在线路径跟踪方式进行控制。
五、按照下图中给定的运动轨迹，编写一段符合要求的运动控制指令。
六、请解读下列程序，并写出注释。
1、主程序 PROC main()rInitAll;WHILE TRUE DO
IF di1=1 THEN rMoveRoutine;rHome;ENDIF WaitTime 0.3;ENDWHILE ENDPROC
2、PROC rModPos()!示教目标点程序
MoveL pPick,v10,fine,tGripperWObj:=WobjCNV;MoveL pPlaceBase,v10,fine,tGripperWObj:=WobjBuffer;MoveL pHome,v10,fine,tGripper;ENDPROC ENDMODULE
3、理解下面指令并画出机器人的运动轨迹图。PROC Routine1（）MoveL p10,v1000,fine,tool1WOBj:=wobj1;MoveC p30,p40,v1000,z1,tool1WOBj:=wobj1;ENDPROC
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