第1章　工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用基礎(chǔ)

工業(yè)機(jī)器人的研究工作是20世紀(jì)50年代初從美國(guó)開(kāi)始的。日本、俄羅斯等國(guó)家的研制工作比美國(guó)大約晚十年。但日本的發(fā)展速度比美國(guó)快。歐洲比較注重工業(yè)機(jī)器人的研制和應(yīng)用，其中英國(guó)、德國(guó)、瑞典、挪威等國(guó)的技術(shù)水平較高，產(chǎn)量也較大。

第二次世界大戰(zhàn)期間，由于核工業(yè)和軍事工業(yè)的發(fā)展，美國(guó)原子能委員會(huì)的阿爾貢研究所研制了“遙控機(jī)械手”，用于代替人生產(chǎn)和處理放射性材料。1948年，這種較簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置被改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出了機(jī)械式的主從機(jī)械手（見(jiàn)圖1-1）。它由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相似的機(jī)械手組成，主機(jī)械手在控制室，從機(jī)械手在有輻射的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，兩者之間有透明的防輻射墻相隔。操作者用手操縱主機(jī)械手，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)主機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并控制從機(jī)械手跟隨主機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，從而解決對(duì)放射性材料的遠(yuǎn)距離操作問(wèn)題。這種被稱為主從控制的機(jī)器人控制方式，至今仍在很多場(chǎng)合中應(yīng)用。

圖1-1　主從機(jī)械手

由于航空工業(yè)的需求，1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）成功開(kāi)發(fā)了第一代數(shù)控機(jī)床（CNC），并進(jìn)行了與CNC機(jī)床相關(guān)的控制技術(shù)及機(jī)械零部件的研究，為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

1954年，美國(guó)人喬治·德沃爾（George Devol）提出了一個(gè)關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)方案，設(shè)計(jì)并研制了世界上第一臺(tái)可編程的工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)，將之命名為“Universal Automation”，并申請(qǐng)了該項(xiàng)機(jī)器人專利。這種機(jī)器人是一種可編程的零部件操作裝置，其工作方式為首先移動(dòng)機(jī)械手的末端執(zhí)行器，并記錄下整個(gè)動(dòng)作過(guò)程；然后，機(jī)器人反復(fù)再現(xiàn)整個(gè)動(dòng)作過(guò)程。后來(lái)，在此基礎(chǔ)上，Devol與Engerlberge合作創(chuàng)建了美國(guó)萬(wàn)能自動(dòng)化公司（Unimation），于1962年生產(chǎn)了第一臺(tái)機(jī)器人，取名Unimate（見(jiàn)圖1-2）。這種機(jī)器人采用極坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)，外形完全像坦克炮塔，可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、伸縮、俯仰等動(dòng)作。

圖1-2　Unimate機(jī)器人

在Devol申請(qǐng)專利到真正實(shí)現(xiàn)設(shè)想的這8年時(shí)間里，美國(guó)機(jī)床與鑄造公司（AMF）也在從事機(jī)器人的研究工作，并于1960年生產(chǎn)了一臺(tái)被命名為Versation的圓柱坐標(biāo)型的數(shù)控自動(dòng)機(jī)械，并以Industrial Robot（工業(yè)機(jī)器人）的名稱進(jìn)行宣傳。通常認(rèn)為這是世界上最早的工業(yè)機(jī)器人。

Unimate和Versation這兩種型號(hào)的機(jī)器人以“示教再現(xiàn)”的方式在汽車(chē)生產(chǎn)線上成功地代替工人進(jìn)行傳送、焊接、噴漆等作業(yè)，它們?cè)诠ぷ髦蟹从吵鰜?lái)的經(jīng)濟(jì)效益、可靠性、靈活性，令其他發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)界為之傾倒。于是，Unimate和Versation作為商品開(kāi)始在世界市場(chǎng)上銷(xiāo)售。