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自动化的有效办法;程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产
自动化的重要办法。但除切削加工本身外,还有大量的装卸、搬运、装配等作业,有待于进一步实
现机械化。机器人的出现并得到应用,为这些作业的机械化奠定了良好的基础。
“工业机器人”:多数是指程序可变(编)的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置
(国内称作工业机器人或通用机器人)。
机器人是一种具有人体上肢的部分功能,工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、
成本低廉、维修容易的优势,但功能较少,适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为
专用机器人,而把工业机械人称为通用机器人。
而少自由度工业机械人中大多数为机械手,而机械手机器人主要由手部和运动机构组成。手
部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有
多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或
复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立
运动方式,称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有 6 个自由度。自由
度是机械手设计的关键参数。自由度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。
一般专用机械手有 2~3 个自由度。
机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围
可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手
等。
1.2 综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等
机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机
工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果,是当代科学技术发展最活跃的领域
之一,也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平,是
一个国家科技水平和经济实力的象征,正受到许多国家的广泛重视。
目前,工业机器人的定义,世界各国尚未统一,分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织
采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义:工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置,
可以通过改变动作程序,来完成各种工作,主要用于搬运材料,传递工件。
据国际机器人联盟(IFR)2006 年 5 月发布的“2006 世界机器人调查”显示,2005 年世界新安
装工业机器人 121000 台,比 2004 年的 97000 台增长 25%。这是继 2003 年工业机器人安装数量重回
增长态势后的重大突破,2005 年也成为近 15 年来世界工业机器人新安装台数最多的年份,比上一
个峰值――2000 年的 99000 台增长 22000 台。
据国际机器人联盟统计局预测,截至 2005 年底,全世界在运行中的工业机器人共有 914000 台,
比 2004 年增加 8%。其中,有 50%来源于亚洲地区;欧洲和美洲分别占 1/3 和 16%;而澳大利亚和非
洲地区大概占 1%的比例。
就 2005 年几大应用领域的工业机器人类型来看,机械手的产量遥遥领先于其他类型的工业机器
人,约达到 43500 台。其中,亚洲地区机械手的产量比 2004 年增加了 27%;美洲地区机械手的产量
幅度更是高达 53%;虽然欧洲地区 2005 年机械手的产量比上年略有下降,但其产量仍接近 14000 台。
接下来依次是:点焊接机器人、弧焊机器人、装配机器人和分配机器人,其产量分别约为 20500 台、
17500 台、13000 台和 4500 台。
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。我国工业
机器人起步于 70 年代初期,经过 20 多年的发展,大致经历了 3 个阶段: 70 年代的萌芽期, 80 年