基于步進(jìn)電機(jī)的三自由度機(jī)械手設(shè)計【直角坐標(biāo)機(jī)器人型-單片機(jī)】【CAD圖紙和文檔終稿可編輯】,直角坐標(biāo)機(jī)器人型-單片機(jī),CAD圖紙和文檔終稿可編輯,基于,步進(jìn),電機(jī),機(jī)電,自由度,機(jī)械手,設(shè)計,直角坐標(biāo),機(jī)器人,單片機(jī),cad,圖紙,以及,文檔,終稿可,編輯,編纂 上海電機(jī)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱 基于步進(jìn)電機(jī)的三自由度直角型機(jī)械 手設(shè)計 學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化方向） 班 級 BJ0807 學(xué) 號 101102070602 姓 名 丁偉 指導(dǎo)教師 吳婷 定稿日期： 2011 年 12月15日 8 基于步進(jìn)電機(jī)的三自由度直角型機(jī)械手設(shè)計 1 選題背景及其意義 機(jī)械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械手和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可以用于零部件組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計是非常有意義的。 本課題主要應(yīng)用于生產(chǎn)加工車間，與數(shù)控機(jī)床組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過程（上料、加工、下料）的自動化、無人化。通過對機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化方向）專業(yè)大學(xué)本科的所學(xué)知識進(jìn)行整合，完成一個特定功能、特殊要求的數(shù)控機(jī)床送料機(jī)械手設(shè)計，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化方向）專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。 2 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢） 目前，在國內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下： （1） 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。 （2） 工業(yè)機(jī)器人控制體系向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （3） 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、聲覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。 （4） 關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)。 （5） 焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。 總的來說，大體是兩個方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對具體任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。 3 研究內(nèi)容 3.1 機(jī)械部分 本設(shè)計機(jī)械手的形式為圓柱坐標(biāo)形式，具有3個自由度，兩個升降，兩個平移自由度，由手部、手臂、機(jī)身等主要部件組成。 手部（亦稱抓取機(jī)構(gòu)）是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工作要求而設(shè)計的。歸結(jié)起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夾持和吸附兩大類。由于本次設(shè)計的是流水線間工件自動搬運(yùn)工業(yè)機(jī)械手，因此使用夾持式手部，采用手部加緊缸。 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運(yùn)動。因此，機(jī)械手的水平手臂和垂直手臂都采用滾珠絲杠副，來實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動。因此，手抓伸縮采用伸縮缸，手臂的升降與平移采用滾珠絲杠 機(jī)身是直接支承和驅(qū)動手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況愈復(fù)雜。由于本次設(shè)計的流水線間工件搬運(yùn)工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行的是自動定點(diǎn)搬運(yùn)工件。所以機(jī)械手設(shè)計成固定的。 3.2 驅(qū)動系統(tǒng) 機(jī)械手電機(jī)驅(qū)動的優(yōu)勢是在于節(jié)能，因為氣動和液壓驅(qū)動的能量是二次轉(zhuǎn)化，能量消耗大約在35%左右。所以節(jié)能是今后機(jī)械手，機(jī)械自動化發(fā)展的一項重要的技術(shù)內(nèi)容。因此本課題選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。 3.3 控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，它指揮機(jī)械手的動作，并協(xié)調(diào)機(jī)械手與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系。機(jī)械手的工作順序、應(yīng)達(dá)到的位置，如手臂上下移動、伸縮、回轉(zhuǎn)及擺動、手指的開閉動作，以及各個動作的時間、速度等，都是在控制系統(tǒng)的指揮下，通過每一運(yùn)動部件沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動按照預(yù)先整定好的程序來實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”。因此本課題選用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的控制 4 研究方案 4.1總體方案 本機(jī)械手為專用機(jī)械手，因此相對于通用機(jī)械手來說，它動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點(diǎn)。 （1） 選取機(jī)械手的坐標(biāo)型式和自由度。 （2） 設(shè)計出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括手部、手臂等部件的設(shè)計。為了使通用性更強(qiáng)，手部設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用夾持式手指來抓取棒料工件。 （3） 滾珠絲杠的傳動系統(tǒng)的設(shè)計。本課題將設(shè)計出機(jī)械手的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)，包括器件的選取，受力的校核等。 （4） 機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計。本機(jī)械手?jǐn)M采用可編程序控制器單片機(jī)對機(jī)械手進(jìn)行控制，選取相應(yīng)的單片機(jī)型號，根據(jù)機(jī)械手的工作流程繪制單片機(jī)控制原理圖，編制出單片機(jī)程序，并畫出接線圖。 4.2預(yù)期能達(dá)到的目標(biāo) 通過本次課題的畢業(yè)設(shè)計將自己四年中所學(xué)到機(jī)械設(shè)計、絲杠傳動、單片機(jī)控制技術(shù)等等知識聯(lián)系起來，通過自己的努力，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計實(shí)際工業(yè)項目的目的。 4.4可能遇到的困難以及應(yīng)對措施 機(jī)械手設(shè)計尺寸不合理，傳動計算不準(zhǔn)確，單片機(jī)不能完全實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的控制等等。應(yīng)對方法是參考大量書籍，查閱文獻(xiàn)，網(wǎng)上收集資料，及時與同學(xué)，老師溝通以尋求幫助。 5 進(jìn)度計劃 2011.11.01-2011.12.01：收集資料，研讀資料 2011.12.01-2012.01.15：擬訂總體設(shè)計方案 2012.01.15-2012.03.05：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、繪制總裝圖 2012.03.05-2012.03.10：主要零部件設(shè)計計算，繪制零件工作圖 2012.03.10-2012.03.15：繪制接線原理圖 2012.03.15-2012.03.20：控制系統(tǒng)設(shè)計 2012.03.20-2012.03.25：撰寫設(shè)計計算說明書 2012.03.25-2012.06.06：修改及答辯 參考文獻(xiàn) [1] 宋娟.上下料機(jī)械手PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計[J].裝備制造技術(shù),2008,(8). [2] 張海英,劉勝明.基于PLC 的自動上下料機(jī)械手設(shè)計[J].裝備制造技術(shù)2010,(9). [3] 李燦燦,譚宗柒,黃星德,吳凌.氣動機(jī)械手PLC控制部分設(shè)計[J].三峽大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2010,(8). [4] 李軍英,劉艷香,焦冬梅.三菱PLC 在氣動機(jī)械手中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù), 2007,(9). [5] 王焱玉,田玲.數(shù)控機(jī)床液壓機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)[M]. 《機(jī)床與液壓》,2005,(14). [6] 趙碧,巴鵬,徐英鳳.氣動上下料機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報2006,(12). [7] 趙東輝,金長虹.基于液壓與控制技術(shù)的機(jī)械手的設(shè)計與分析[M].煤礦機(jī)械,2010,(8). [8] 劉 斌,王立梅.基于S7-200 的多關(guān)節(jié)機(jī)械手的PLC 控制[J].西南民族大學(xué)學(xué)報·自然科學(xué),2008,(8). [9] 沈孝芹,張蔚波,于復(fù)生,陳繼文.基于單片機(jī)控制的氣動搬運(yùn)機(jī)械手的研制[M].液壓與氣動,2008(8). [10] 付愚.基于PLC的液壓機(jī)械手的控制系統(tǒng)[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報,2005,(6). [11] Pinhas Ben-Tzvi，Andrew A. Goldenberg，Jean W. Zu . Articulated hybrid mobile robot mechanism with compounded mobility and manipulation and on-board wireless sensor/actuator control interfaces[J].Mechatronics,2010,(20): 627–639. [12] M. Borland S. M. Berry . The Integration of an Electro-hydraulic Manipulator Arm into a Self-Contained Mobile Delivery System[J]. International Topical Meeting on Robotics and Remote Systems,1999. [13] 付永領(lǐng),王巖,裴忠才.基于CAN總線液壓噴漆機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn).機(jī)床與液壓. 2003,(6):90-92. [14] 丁又青,朱新才.一種新型型鋼翻面機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計.機(jī)床與液壓.2003,(5): 128-129. [15] 劉劍雄,韓建華.物流自動化搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)電系統(tǒng)研究.機(jī)床與液壓.2003,(1): 126-128. [16] 徐軼,楊征瑞,朱敏華,溫齊全.PLC在電液比例與伺服控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.機(jī)床與液壓.2003,(5):143-144. [17] 胡學(xué)林.可編程控制器(基礎(chǔ)篇).北京:電子工業(yè)出版社,2003. 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 開題答辯小組意見 1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實(shí)用價值；□意義不大。 2、論文的難度：□偏高；□適當(dāng)；□偏低。 3、論文的工作量：□偏大；□適當(dāng)；□偏小。 4、設(shè)計或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。 5、學(xué)生對文獻(xiàn)資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。 6、學(xué)生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達(dá)能力： □好；□較好；□一般；□較差。 7、學(xué)生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力： □好；□較好；□一般；□較差。 8、對論文選題報告的總體評價：□好；□較好；□一般；□較差 （在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“√”） 建議結(jié)論 評議小組組長簽名： 評議小組組員簽名： 年 月 日 上海電機(jī)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 課 題 基于步進(jìn)電機(jī)的三自由度直角坐標(biāo)型機(jī)械手設(shè)計 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 年 級 2008級 姓 名 丁偉 學(xué) 號101102070701 學(xué) 院 院 長（簽字） 指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 吳婷 2011年 月 日 課題 來 源 企業(yè)課題 課 題 的 目 的 、 意 義 在工業(yè)生產(chǎn)線中，機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人工的繁雜勞動，并且操作精度高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。課題的目的是構(gòu)思、設(shè)計一種結(jié)構(gòu)相對簡單，功能完備，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和性能/價格比的機(jī)械手。機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，以該課題為機(jī)械電子工程畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計課題在教學(xué)上也是很有意義的。 要 求 課題的主要技術(shù)要求： 3個移動自由度組合而成，即機(jī)器人手臂的運(yùn)動是沿著直角坐標(biāo)的X、Y、Z 3個軸方向的直線運(yùn)動組成。機(jī)械手作伸縮、平移和升降運(yùn)動，在空間的運(yùn)動范圍一般是一個長方體。Y軸上下自由度的工作范圍是10cm，前后自由度的工作范圍是25cm，左右自由度的工作范圍是20cm，手爪開合是60度。 機(jī)械手驅(qū)動方式：本課題四個自由度通過步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)，由單片機(jī)進(jìn)行控制。 機(jī)械手（重復(fù)）定位精度：±0.5mm 機(jī)械手最大抓重：1kg 工件尺寸：直徑約2～3cm，圓柱形，材料是鐵質(zhì)。 物料盤（采用步進(jìn)電機(jī)控制）每工步旋轉(zhuǎn)角度：30度（最大轉(zhuǎn)度：30度每秒） Y軸大臂上下移動距離為：20cm（最大速度10cm/s） Y軸小臂上下移動距離為：10cm（最大速度10cm/s） X軸小臂伸縮距離：10cm （最大速度10cm/s） Z軸平移距離：10cm（最大速度10cm/s） 手指開合角度為：60度（最大速度60度每秒） 料槽小臂（推動工件的推桿）伸縮距離為：15cm（最大速度10cm/s） 課題工作量要求： 完成包括總裝配圖、部件圖、主要零件圖在內(nèi)的圖紙不少于2張A0,主要零件圖總圖幅不少于一張A1，單片機(jī)控制電路原理圖1張A1； 設(shè)計計算說明書不少于1.5萬字； 外文技術(shù)資料翻譯不少于2萬印刷符號。 課 題 主 要 內(nèi) 容 及 進(jìn) 度 收集、研讀工業(yè)機(jī)械手的國內(nèi)外技術(shù)資料，特別是結(jié)構(gòu)和控制資料，熟悉其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)； 根據(jù)技術(shù)要求擬定設(shè)計方案，包括整體結(jié)構(gòu)方案和控制方案； 設(shè)計三自由度機(jī)械手的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，畫出總裝配圖并完成相應(yīng)的設(shè)計計算； 挑選部分典型零件設(shè)計零件工作圖； 利用單片機(jī)控制完成機(jī)械手的電路原理圖； 撰寫設(shè)計計算說明書。 工作進(jìn)度： 2011.11 收集、研究資料 2012.12 開題，擬訂總體設(shè)計方案 2012.1-2 修改、完善開題報告；完成文獻(xiàn)翻譯 2012.2.13-2012.3.31 系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計計算，繪制總裝配圖 2012.4.1-2012.4.15 繪制主要零件的零件施工圖 2012.4.16-2012.4.30 控制系統(tǒng)設(shè)計，繪制接線原理圖 2012.5.1-2012.5.5 控制系統(tǒng)部分程序編寫 2012.5.6-2012.5.20 撰寫設(shè)計計算說明書 2012.5.21-2012.5.25 修改及準(zhǔn)備答辯 - 4 - 機(jī)器人 首先我介紹一下機(jī)器人產(chǎn)生的背景，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說是一個科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個綜合性的結(jié)果，同時，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么隨著人類的發(fā)展，人們在不斷探討自然過程中，在認(rèn)識和改造自然過程中，需要能夠解放人的一種奴隸。那么這種奴隸就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫?fù)雜和繁重的體力勞動，實(shí)現(xiàn)人們對不可達(dá)世界的認(rèn)識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個客觀需要。 機(jī)器人有三個發(fā)展階段，那么也就是說，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類，一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過一個計算機(jī)，來控制一個多自由度的一個機(jī)械，通過示教存儲程序和信息，工作時把信息讀取出來，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動作，比方說汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個點(diǎn)焊的過程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對于外界的環(huán)境沒有感知，這個力操作力的大小，這個工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀(jì)70年代后期，人們開始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺的機(jī)器人，這種帶感覺的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺，比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進(jìn)行相類比，有了各種各樣的感覺，比方說在機(jī)器人抓一個物體的時候，它實(shí)際上力的大小能感覺出來，它能夠通過視覺，能夠去感受和識別它的形狀、大小、顏色。抓一個雞蛋，它能通過一個觸覺，知道它的力的大小和滑動的情況。第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個目前的發(fā)展還是相對的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來越豐富，它內(nèi)涵越來越寬。 下面我簡單介紹一下我國機(jī)器人發(fā)展的基本概況。由于我們國家存在很多其他的各種因素、問題。我們國家在機(jī)器人方面的研究是在20世紀(jì)70年代后期，當(dāng)時我們在國家北京舉辦一個日本的工業(yè)自動化產(chǎn)品展覽會，在這個會上有兩個產(chǎn)品，一個是數(shù)控機(jī)床，一個是工業(yè)機(jī)器人，這個時候，我們國家的許多學(xué)者，看到了這樣一個方向，開始進(jìn)行了機(jī)器人的研究，但是這時候研究，基本上還局限于理論的探討階段，那么真正進(jìn)行機(jī)器人研究的時候，是在七五、八五、九五、十五將近這二十年的發(fā)展，發(fā)展最迅速的時候，是在1986年我們國家成立了863計劃是高技術(shù)發(fā)展計劃，就將機(jī)器人技術(shù)作為一個重要的發(fā)展的主題，國家投入將近幾個億的資金開始進(jìn)行了機(jī)器人研究，使得我們國家在機(jī)器人這一領(lǐng)域得到很快地、迅速地發(fā)展。 目前主要單位像中科院沈陽自動化所，原機(jī)械部的北京自動化所，像哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，清華大學(xué)，還包括中科院北京自動化所等等的一些單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機(jī)器人研究，很多研究生和博士生都在從事機(jī)器人方面的研究，目前我們國家比較有代表性的研究，有工業(yè)機(jī)器人，水下機(jī)器人，空間機(jī)器人，核工業(yè)的機(jī)器人，都在國際上應(yīng)該處于領(lǐng)先水平，總體上我們國家與發(fā)達(dá)國家相比，還存在很大的差距，主要表現(xiàn)在，我們國家在機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化方面，目前還沒有固定的成熟的產(chǎn)品，但是在上述這些水下、空間、核工業(yè)，一些特殊機(jī)器人方面，我們?nèi)〉昧撕芏嘤刑厣难芯砍删汀? 下邊我簡單介紹一下工業(yè)機(jī)器人的一些情況。到目前為止，工業(yè)機(jī)器人是最成熟，應(yīng)用最廣泛的一類機(jī)器人，世界總量目前已經(jīng)銷售110萬臺，這是1999年的統(tǒng)計，但這110萬臺在已經(jīng)進(jìn)行裝備使用的是75萬臺，這個量也是不小的。總體情況看，日本在工業(yè)機(jī)器人這一塊，是首位的，成為機(jī)器人的王國，美國發(fā)展也很迅速，目前在新安裝的臺數(shù)方面，已經(jīng)超過了日本，中國剛開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的階段，已經(jīng)研制出多種工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)，已有小批量在生產(chǎn)中使用。 點(diǎn)焊機(jī)器人主要是針對汽車生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，提高汽車焊接的質(zhì)量，降低工人的勞動強(qiáng)度的一種機(jī)器人。它的特點(diǎn)是通過機(jī)器人對兩個鋼板進(jìn)行點(diǎn)焊的時候，需要承載一個很大的焊鉗，一般在幾十公斤以上，那么它的速度要求在每秒鐘一米五到兩米這樣的高速運(yùn)動，所以它一般來說有五到六個自由度，負(fù)載三十到一百二十公斤，工作的空間很大，大概有兩米，這樣一個球形的工作空間，運(yùn)動速度也很高，那么自由度的概念，就是說，是相對獨(dú)立運(yùn)動的部件的個數(shù)，就相當(dāng)于我們?nèi)梭w，腰是一個回轉(zhuǎn)的自由度，我們大臂可以抬起來，小臂可以彎曲，那么這就三個自由度，同時腕部還有一個調(diào)整姿態(tài)來使用的三個自由度，所以一般的機(jī)器人有六個自由度，就能把空間的三個位置，三個姿態(tài)，機(jī)器人完全實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也有小于六個自由度的，也有多于六個自由度的機(jī)器人，只是在不同的需要場合來配置。 第二類是服務(wù)機(jī)器人，隨著工業(yè)化的發(fā)展，尤其近十年以來，機(jī)器人的發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓寬，目前一個很重要的特征，大家都知道，機(jī)器人已經(jīng)從制造業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向了非制造業(yè)和服務(wù)行業(yè)，剛才談的汽車制造屬于是制造業(yè)，但服務(wù)行業(yè)包括清潔、加油、救護(hù)、搶險、救災(zāi)這些等等，都屬于非制造行業(yè)和服務(wù)行業(yè)，那么這里邊跟工業(yè)機(jī)器人相比，它有一個很重要的不同，它主要是一個移動平臺，它能夠移動、去運(yùn)動，上面有一些手臂進(jìn)行操作，同時還裝有一些像力覺傳感器和視覺傳感器、超聲測距傳感器等等。它對周邊的環(huán)境進(jìn)行識別，來判斷它的運(yùn)動，完成某種工作，這是服務(wù)機(jī)器人的基本的一個特點(diǎn)。 例如，家務(wù)機(jī)器人主要體現(xiàn)在像一些對地毯和地板定期的它能夠進(jìn)行清掃和吸塵，它這個機(jī)器人很有意思，它有傳感器，它能夠把家具和人能識別出來，它自動的按照一種規(guī)律，能根據(jù)路徑把地面全部的清掃干凈，這也是家務(wù)中一些機(jī)器人的表現(xiàn)。 那么醫(yī)療機(jī)器人，是近五年來發(fā)展比較迅速的一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。如果人手術(shù)的時候，醫(yī)生來手術(shù)，一個是疲勞，另一個人手操作的精度還是有限的。在德國一些大學(xué)里面，面向人的脊椎，如腰間盤突出這種病，進(jìn)行識別以后，能夠自動地用機(jī)器人來輔助進(jìn)行定位，進(jìn)行操作和手術(shù)。像美國已經(jīng)有一千多例機(jī)器人對人眼球進(jìn)行手術(shù)，這樣的機(jī)器人，還包括通過遙控操作的辦法，實(shí)現(xiàn)對人的胃腸這種手術(shù)，大家在電視里邊看到，一個機(jī)械手，大概有手指這樣粗細(xì)的一個機(jī)械手，通過插入腹臟以后，人在屏幕上操作這個機(jī)器手，同時對它用激光的方法對病灶進(jìn)行激光的治療，這樣的話，人就不用很大幅度地破壞人的身體，這實(shí)際對人的一種解放，是非常好一種機(jī)器人，醫(yī)療機(jī)器人它也很復(fù)雜，一方面它完全自動去完成各種工作，是有困難的，一般來說都是人來參與，這是美國開發(fā)的一個林白手術(shù)這樣一個例子，人通過在屏幕上，通過一個遙控操作手來控制另一個機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)通過對人的腹腔進(jìn)行手術(shù)，前幾年我們國家展覽會上，美國已經(jīng)成功的實(shí)現(xiàn)了對人的心臟瓣膜的手術(shù)和搭橋手術(shù)，這已經(jīng)在機(jī)器人領(lǐng)域中，引起了很大的轟動，還包括，AESOP的這種外科手術(shù)機(jī)器人，它實(shí)際上通過一些儀器能夠?qū)θ说囊恍┎∽冞M(jìn)行檢查，通過一個機(jī)械手就能夠?qū)崿F(xiàn)對人的某些部位進(jìn)行手術(shù)，還包括遙操作機(jī)械手，以及多個醫(yī)生可以在機(jī)器人共同參與下進(jìn)行手術(shù)，包括機(jī)器人給大夫醫(yī)生拿鉗子、鑷子或刀子來代替護(hù)士的工作，同時把照明能夠自動的給醫(yī)生的動作聯(lián)系起來，醫(yī)生的手到哪兒，照明就去哪兒，這樣非常好的，一個醫(yī)生的助手。 我們國家的這個方面也不甘落后，應(yīng)該說繼美國、俄國和法國之后，我們國家這個方面，也是走向了國際的前列，這是中科院沈陽自動化所開發(fā)和研制成功，水下六千米無纜自治水下機(jī)器人，那么這個機(jī)器人到水下六千米，能夠無纜進(jìn)行作業(yè)，這是剛被獲得2000年我們國家十大科技成果之一，這個標(biāo)志著我們國家在水下機(jī)器人這塊，已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，目前我們在863計劃，在開發(fā)水下七千米的有載人潛器來對海洋進(jìn)一步的開發(fā)和作業(yè)，這也是投了很大的財力和物力。 我們在空間機(jī)器人研究這塊也有很大的發(fā)展。包括像歐洲十六國在聯(lián)合空間計劃，面向未來太空的這種太空艙這樣一個整個計劃，其中有一點(diǎn)就是空間機(jī)器人，它的主要意義在于開發(fā)宇宙，造福人類，創(chuàng)造人類新的家園，它主要的功能是在于科學(xué)考察，像空間生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗，衛(wèi)星和航天器的維修和修理，以及空間建筑的裝配，這幾個應(yīng)用，確實(shí)是必要的，比方說科學(xué)考察，如果對像地面的模擬一些物理和化學(xué)實(shí)驗，不一定非得人在太空艙里邊，因為人在太空艙里生存一天的費(fèi)用，將近是一百萬美金，而且也很危險，那么其實(shí)有些動作是很簡單的，人通過在地面上，通過衛(wèi)星進(jìn)行控制機(jī)器人，再定期的完成某種預(yù)定的動作，實(shí)際是很簡單的，還有包括像太空艙進(jìn)行控制一些實(shí)驗，一些開關(guān)、按鈕、法蘭簡單的維修維護(hù)，都可以用機(jī)器人來完成，因為機(jī)器人有太陽能電池的話，那么機(jī)器人就能夠生存，就能工作，通過上次我們剛才介紹機(jī)器人發(fā)展的應(yīng)用，在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，也確實(shí)看到了機(jī)器人在工業(yè)、醫(yī)療、水下、空間、采掘、建筑、服務(wù)、娛樂、軍事方面的應(yīng)用，也的的確確看到，是由于應(yīng)用帶動了關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，沒有需求，機(jī)器人就不能發(fā)展，正是因為人們在認(rèn)識自然改造自然過程中，需要各種各樣的機(jī)器人，所以才促進(jìn)了這項關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)器人本身問題的發(fā)展，從另一個方面，由于關(guān)鍵技術(shù)的解決，以及應(yīng)用的需求，就促進(jìn)了機(jī)器人學(xué)本身的一個主題的發(fā)展，智能化，由原來的示教再現(xiàn)，發(fā)展成目前局部感知功能的第二代機(jī)器人，最終的目標(biāo)，是不斷地隨著其它學(xué)科和先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，使機(jī)器人內(nèi)涵不斷豐富，最終實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人這樣一個主流。 機(jī)器人是人類的得力助手，能友好相處的可靠朋友，將來我們會看到人和機(jī)器人會存在一個空間里邊，成為一個互相的助手和朋友。機(jī)器人會不會產(chǎn)生飯碗的問題。我們相信不會出現(xiàn)“機(jī)器人上崗，工人下崗”的局面，因為人們隨著社會的發(fā)展，實(shí)際上把人們從繁重的體力和危險的環(huán)境中解放出來，使人們有更好的崗位去工作，去創(chuàng)造更好的精神財富和文化財富。 Robots First, I explain the background robots, robot technology development. It should be said it is a common scientific and technological development of a comprehensive results, for the socio-economic development of a significant impact on a science and technology. It attributed the development of all countries in the Second World War to strengthen the economic input on strengthening the country's economic development. But they also demand the development of the productive forces the inevitable result of human development itself is the inevitable result then with the development of humanity, people constantly discuss the natural process, in understanding and reconstructing the natural process, people need to be able to liberate a slave. So this is the slave people to be able to replace the complex and engaged in heavy manual labor, People do not realize right up to the world's understanding and transformation of this technology as well as people in the development process of an objective need. Robots are three stages of development, in other words, we are accustomed to regarding robots are divided into three categories. is a first-generation robots, also known as teach-type robot, it is through a computer, to control over one of a mechanical degrees of freedom Through teaching and information stored procedures, working hours to read out information, and then issued a directive so the robot can repeat according to the people at that time said the results show this kind of movement again, For example, the car spot welding robots, only to put this spot welding process, after teaching, and it is always a repeat of a work It has the external environment is no perception that the force manipulation of the size of the work piece there does not exist, welding 0S It does not know, then this fact from the first generation robot, it will exist this shortcoming, it in the 20th century, the late 1970s, people started to study the second-generation robot, called Robot with the feeling that This feeling with the robot is similar in function of a certain feeling, for instance, force and touch, slipping, visual, hearing and who is analogous to that with all kinds of feelings, say in a robot grasping objects, In fact, it can be the size of feeling out, it can through visual, to be able to feel and identify its shape, size, color Grasping an egg, it adopted a acumen, aware of its power and the size of the slide. Third-generation robots, we were a robotics ideal pursued by the most advanced stage, called intelligent robots, So long as tell it what to do, not how to tell it to do, it will be able to complete the campaign, thinking and perception of this man-machine communication function and function Well, this current development or relative is in a smart part of the concept and meaning But the real significance of the integrity of this intelligent robot did not actually exist, but as we continued the development of science and technology, the concept of intelligent increasingly rich, it grows ever wider connotations. Now I have a brief account of China's robot development of the basic profiles. As our country there are many other factors that problem. Our country in robotics research of the 20th century the late 1970s. At that time, we organized at the national, a Japanese industrial automation products exhibition. In this meeting, there are two products, is a CNC machine tools, an industrial robot, this time, our country's many scholars see such a direction, has begun to make a robot research But this time, are basically confined to the theory of phase .Then the real robot research, in 7500 August 5, 1995, 15 nearly 20 years of development, The most rapid development, in 1986 we established a national plan of 863 high-technology development plan, As robot technology will be an important theme of the development of The state has invested nearly Jiganyi funds begun to make a robot, We made the robot in the field quickly and rapid development. At present, units like the CAS ShenYng Institute of Automation, the original machinery, automation of the Ministry, as of Harbin Industrial University, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Qinghua University, Chinese Academy of Sciences, also includes automation of some units, and so on have done a very important study, also made a lot of achievements Meanwhile, in recent years, we end up in college, a lot of flats in robot research, Many graduate students and doctoral candidates are engaged in robotics research, we are more representative national study Industrial robots, underwater robots, space robots, robots in the nuclear industry are on the international level should be taking the lead .On the whole of our country Compared with developed countries, there is still a big gap, primarily manifested in the We in the robot industry, at present there is no fixed maturity product, but in these underwater, space, the nuclear industry, a number of special robots, we have made a lot of achievements characteristics. Now, I would like to briefly outline some of the industrial robot situation. So far, the industrial robot is the most mature and widely used category of a robot, now the world's total sales of 1.1 million Taiwan, which is the 1999 statistics, however, 1.1 million in Taiwan have been using the equipment is 75 million, this volume is not small. Overall, the Japanese industrial robots in this one, is the first of the robots to become the Kingdom, the United States have developed rapidly. Newly installed in several areas of Taiwan, which already exceeds Japan, China has only just begun to enter the stage of industrialization, has developed a variety of industrial robot prototype and small batch has been used in production. Spot welding robot is the auto production line, improve production efficiency and raise the quality of welding car, reduce the labor intensity of a robot. It is characterized by two pairs of robots for spot welding of steel plate, bearing a great need for the welding tongs, general in dozens of kilograms or more, then its speed in meters per second a 5-2 meter of such high-speed movement. So it is generally five to six degrees of freedom, load 30 to 120 kilograms, the great space, probably expected that the work of a spherical space, a high velocity, the concept of freedom, that is to say, Movement is relatively independent of the number of components, the equivalent of our body, waist is a rotary degree of freedom We have to be able to hold his arm, Arm can be bent, then this three degrees of freedom, Meanwhile there is a wrist posture adjustment to the use of the three autonomy, the general robot has six degrees of freedom. We will be able to space the three locations, three postures, the robot fully achieved, and of course we have less than six degrees of freedom. Have more than six degrees of freedom robot, in different occasions the need to configure. The second category of service robots, with the development of industrialization, especially in the past decade, Robot development in the areas of application are continuously expanding, and now a very important characteristic, as we all know, Robot has gradually shifted from manufacturing to non-manufacturing and service industries, we are talking about the car manufacturer belonging to the manufacturing industry, However, the services sector including cleaning, refueling, rescue, rescue, relief, etc. These belong to the non-manufacturing industries and service industries, so here is compared with the industrial robot, it is a very important difference. It is primarily a mobile platform, it can move to sports, there are some arms operate, also installed some as a force sensor and visual sensors, ultrasonic ranging sensors, etc. It’s surrounding environment for the conduct of identification, to determine its campaign to complete some work, this is service robot’s one of the basic characteristics. For example, domestic robot is mainly embodied in the example of some of the carpets and flooring it to the regular cleaning and vacuuming. The robot it is very meaningful, it has sensors, it can furniture and people can identify, It automatically according to a law put to the ground under the road all cleaned up. This is also the home of some robot performance. The medical robots, nearly five years of relatively rapid development of new application areas. If people in the course of an operation, doctors surgery, is a fatigue, and the other manually operated accuracy is limited. Some universities in Germany, which, facing the spine, lumbar disc disease, the identification, can automatically use the robot-aided positioning, operation and surgery Like the United States have been more than 1,000 cases of human eyeball robot surgery, the robot, also including remote-controlled approach, the right of such gastrointestinal surgery, we see on the television inside. a manipulator, about the thickness fingers such a manipulator, inserted through the abdominal viscera, people on the screen operating the machines hand, it also used the method of laser lesion laser treatment, this is the case, people would not have a very big damage to the human body. In reality, this right as a human liberation is a very good robots, medical robots it is very complex, while it is fully automated to complete all the work, there are difficulties, and generally are people to participate. This is America, the development of such a surgery Lin Bai an example, through the screen, through a remote control operator to control another manipulator, through the realization of the right abdominal surgery A few years ago our country the exhibition, the United States has been successful in achieving the right to the heart valve surgery and bypass surgery. This robot has in the area, caused a great sensation, but also, AESOP's surgical robot, In fact, it through some equipment to some of the lesions inspections, through a manipulator can be achieved on some parts of the operation Also including remotely operated manipulator, and many doctors are able to participate in the robot under surgery Robot doctor to include doctors with pliers, tweezers or a knife to replace the nurses, while lighting automatically to the doctor's movements linked, the doctor hands off, lighting went off, This is very good, a doctor's assistant. We regard this country excel, it should be said that the United States, Russia and France, in our nation, also to the international forefront, which is the CAS ShenYang Institute of Automation of developing successful, 6,000 meters underwater without cable autonomous underwater robot, the robot to 6,000 meters underwater, can be conducted without cable operations. His is 2000, has been obtained in our country one of the top ten scientific and technological achievements. This indicates that our country in this underwater robot, have reached the advanced international level, 863 in the current plan, the development of 7,000 meters underwater in a manned submersible to the ocean further development and operation, This is a great vote of financial and material resources. In this space robotics research has also been a lot of development. In Europe, including 16 in the United States space program, and the future of this space capsule such a scheme, One thing is for space robots, its main significance lies in the development of the universe and the benefit of mankind and the creation of new human homes, Its main function is to scientific investigation, as production and space scientific experiments, satellites and space vehicles maintenance and repair, and the construction of the space assembly. These applications, indeed necessary, for example, scientific investigation, as if to mock the ground some physical and chemical experiments do not necessarily have people sitting in the edge of space, because the space crew survival in the day the cost is nearly one million dollars. But also very dangerous, in fact, some action is very simple, through the ground, via satellite control robot, and some regularly scheduled completion of the action is actually very simple. Include the capsule as control experiments, some switches, buttons, simple flange repair maintenance, Robot can be used to be performed by robots because of a solar battery, then the robot will be able to survive, we will be able to work, We have just passed the last robot development on the application of the different areas of application, and have seen the robots in industry, medical, underwater, space, mining, construction, service, entertainment and military aspects of the application .Also really see that the application is driven by the development of key technologies, a lack of demand, the robot can not, It is because people in understanding the natural transformation of the natural process, the needs of a wide range of robots, So this will promote the development of key technologies, the robot itself for the development of From another aspect, as key technology solutions, as well as the needs of the application, on the promotion of the robot itself a theme for the development of intelligent, and from teaching reappearance development of the current local perception of the second-generation robot, the ultimate goal, continuously with other disciplines and the development of advanced technology, the robot has become rich, eventually achieve such an intelligent robot mainstream. Robot is mankind's right-hand man; friendly coexistence can be a reliable friend. In future, we will see and there will be a robot space inside, as a mutual aide and friend. Robots will create the jobs issue. We believe that there would not be a "robot appointment of workers being laid off" situation, because people with the development of society, In fact the people from the heavy physical and dangerous environment liberated, so that people have a better position to work, to create a better spiritual wealth and cultural wealth.