工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程

　　內(nèi)容提要《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程》是工業(yè)機(jī)器人叢書(shū)之一。全書(shū)共分6章。主要包括工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程概貌；機(jī)器人操作機(jī)的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方程、工作空間和靈活度等基本理論；工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基本概念和實(shí)用關(guān)鍵技術(shù)；機(jī)器人應(yīng)用中的示教方法、外設(shè)控制、安全措施等。本書(shū)用較大篇幅并結(jié)合實(shí)例論述機(jī)器人工作站和生產(chǎn)線的構(gòu)成、設(shè)計(jì)原則和方法以及末端執(zhí)行器、變位機(jī)和機(jī)器人移動(dòng)臺(tái)架的選型和設(shè)計(jì)。本書(shū)可供從事機(jī)器人技術(shù)集成以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的技術(shù)工作者閱讀和參考，也可用作大專院校機(jī)、電專業(yè)的本科生和研究生的教材。片斷：緒論工業(yè)機(jī)器人自60年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)了30多年的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中主要的機(jī)電一體化設(shè)備。本章將簡(jiǎn)要介紹工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)生與發(fā)展、分類、用途以及由他們構(gòu)成的工作站與生產(chǎn)線實(shí)例，并扼要闡述機(jī)器人應(yīng)用工程研究的一些重要問(wèn)題。1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及分類1.1.1工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人是“ROBOT”一詞的中譯名。由于影視宣傳和科幻小說(shuō)的影響，人們往往把機(jī)器人想象成外貌似人的機(jī)械和電子裝置。但事實(shí)并非如此，特別是工業(yè)機(jī)器人，與人的外貌毫無(wú)相像之處。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)機(jī)器人定義為“其操作機(jī)是自動(dòng)控制的，可重復(fù)編程、多用途，并可對(duì)3個(gè)以上軸進(jìn)行編程。它可以是固定式或移動(dòng)式。在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中使用?！辈僮鳈C(jī)又定義為“是一種機(jī)器，其機(jī)構(gòu)通常由一系列互相鉸接或相對(duì)滑動(dòng)的構(gòu)件所組成。它通常有幾個(gè)自由度，用以抓取或移動(dòng)物體（工具或工件）”。所以對(duì)工業(yè)機(jī)器人可以理解為：擬人手臂、手腕和手功能的機(jī)械電子裝置；它可把任一物件或工具按空間位（置）姿（態(tài)）的時(shí)變要求進(jìn)行移動(dòng)，從而完成某一工業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)要求。如夾持焊鉗或焊槍，對(duì)汽車或摩托車車體進(jìn)行點(diǎn)焊或弧焊；搬運(yùn)壓鑄或沖壓成型的零件或構(gòu)件；進(jìn)行激光切割；噴涂；裝配機(jī)械零、部件等。1951年，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）開(kāi)發(fā)成功第一代數(shù)控銑床，從而開(kāi)辟了機(jī)械電子相結(jié)合的新紀(jì)元。1954年，美國(guó)人GeorgeC.Devol在他申請(qǐng)的專利“Programmedarticletransfer”中，首次提出了“示教/再現(xiàn)機(jī)器人的概念”。1958年，美國(guó)推出了世界第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。不久，Condec公司與Pulman公司合并，成立了Unimation公司，并于1961年制造出了用于模鑄生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人（命名為Unima－tion）。與此同時(shí)，美國(guó)AMF公司也研制生產(chǎn)出了另一種可編程的通用機(jī)器，并以“IndustrialRobot”（工業(yè)機(jī)器人）為商品廣告投入市場(chǎng)。1970年4月，在伊利諾斯工學(xué)院召開(kāi)了第一屆全美工業(yè)機(jī)器人會(huì)議。當(dāng)時(shí)在美國(guó)已有200余臺(tái)工業(yè)機(jī)器人用于自動(dòng)生產(chǎn)線上。日本的豐田和川崎公司，于1967年分別引進(jìn)了美國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)。經(jīng)過(guò)消化、仿制、改進(jìn)、創(chuàng)新到1980年，機(jī)器人技術(shù)在日本取得了極大的成功與普及，“1980年”被日本人稱之為“日本的機(jī)器人元年”?，F(xiàn)在，日本擁有工業(yè)機(jī)器人的臺(tái)數(shù)（約占世界總臺(tái)數(shù)的65％）和制造技術(shù)都處于世界領(lǐng)先地位。其他，諸如歐洲各國(guó)以及俄羅斯也都在大力發(fā)展機(jī)器人技術(shù)。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）的統(tǒng)計(jì)，1995年底全世界各主要國(guó)家機(jī)器人的臺(tái)數(shù)如表1－1。本書(shū)前言前言工業(yè)機(jī)器人自本世紀(jì)60年代初問(wèn)世以來(lái)，迄今已有80萬(wàn)余臺(tái)用于世界各國(guó)的自動(dòng)化生產(chǎn)線上，扮演著靈巧自如、不知疲倦“操作者”的角色，替代生產(chǎn)工人出色地完成著極其繁重、復(fù)雜、精密或者充滿著危險(xiǎn)的各種各樣的工作。關(guān)于研究工業(yè)機(jī)器人本身問(wèn)題的著作，已十分豐富，但涉及工業(yè)機(jī)器人理論與設(shè)計(jì)、操作機(jī)設(shè)計(jì)及機(jī)器人應(yīng)用工程的著作，卻寥若晨星。作者們?cè)诙嗄隀C(jī)器人技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)與實(shí)際應(yīng)用工程中，深感需要一套對(duì)機(jī)器人既有理論分析，又有總體設(shè)計(jì)。包括實(shí)施運(yùn)轉(zhuǎn)、集成調(diào)整某一工程中機(jī)器人工作站和生產(chǎn)線的應(yīng)用工程和應(yīng)用實(shí)例的專門論著。《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程》就是根據(jù)這一切身體會(huì)和社會(huì)需要，以自己的研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)為主要素材進(jìn)行撰寫(xiě)的。書(shū)中，先概括介紹工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程概貌；再詳細(xì)分析機(jī)器人賴以工作的操作機(jī)的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方程、工作空間和靈活度等基本理論；然后再介紹工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基本概念和實(shí)用關(guān)鍵技術(shù)；并專章討論機(jī)器人應(yīng)用中的示教方法、作業(yè)條件、程序特點(diǎn)、外設(shè)控制和安全措施等作業(yè)實(shí)施中的具有實(shí)用價(jià)值的問(wèn)題。本書(shū)用較大篇幅論述機(jī)器人工作站和生產(chǎn)線的構(gòu)成、設(shè)計(jì)原則和方法、應(yīng)用實(shí)例以及為了擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域的末端執(zhí)行器、變位機(jī)和機(jī)器人移動(dòng)臺(tái)架的類型、選用和設(shè)計(jì)。為了擴(kuò)大眼界，最后一章還簡(jiǎn)要介紹和分析了一些成功用于生產(chǎn)實(shí)際的實(shí)例以及機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展展望。作者的分工是：余達(dá)太、馬香峰擔(dān)任主編并分別撰寫(xiě)第二、三兩章，肖英撰寫(xiě)第一章并協(xié)助審查應(yīng)用實(shí)例，袁星軍撰寫(xiě)第四章，郗安民撰寫(xiě)第五、六章。北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所為本書(shū)的編寫(xiě)提供了很多幫助。許紀(jì)倩、狄春良、劉穎、劉鴻飛等為書(shū)稿和繪圖付出了辛勤勞動(dòng)。在撰寫(xiě)本書(shū)過(guò)程中，還參閱了很多專家的文獻(xiàn)、資料，在這里一并向他們表示深深的謝意。由于本書(shū)牽涉面廣，作者們深感理論和實(shí)踐的不足，不妥之處在所難免，衷心希望讀者和這一領(lǐng)域的專家和實(shí)際工作者批評(píng)指正。作者1998年10月

暫缺《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程》作者簡(jiǎn)介