作业帮机器人设计说明书
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/09/24 02:36:25 体裁作文
篇一：机器人设计说明
机器人—南方小子设计及功能说明
一． 机器人设计所需部件
我们制作的机器人所用到的部件：
一个L293D驱动模块，四个直流电机，四个红外线反射传感器，一块AT89S52单片机，四个5.8cm小轮，一个万向轮，一个12MHz的晶振，导线若干，电容若干，芯片若干
其中：
直流电机1 驱动输出；
直流电机 2 驱动输出；
直流电机 3 驱动输出；
直流电机 4 驱动输出；
5V寻迹ARM 控制，可以方便的控制直流电机速度和方向 可以方便的控制直流电机速度；
单片机有四组接口可以为接红外避障接口。
二． 机器人系统硬件设计
1．电源模块设计
根据材料我们选用两节3.6V锂电池作为输入电源，由于52单片机要求输入电压为+5V我们采用7805稳压后供电。
2.驱动模块设计
我们所用的驱动模块为L293D驱动模块， 可以
直接驱动 4 路 3- 16V 直流电机，并提供了 5V 输出接口（ 最低只 要6V），可以给 5V 单片机电路系统供电 ,支持3.3V MCU ARM 控制 ，可以方便的控制直流电机速度和方向 ，也可以控制 2 相步进电机， 5 线 4 相步进电机 。驱动模块使用两个继电器和四个三极管为主要部件构成驱动电路。可以分别控制四个电机正转.反转和停转。其中四组信号线可以接入单片机。
3.红外线传感模块设计
红外线传感模块主要有四个红外对管，电阻和发光二极管组成；三个红外线反射传感器作为机器人的寻迹功能使用，另外一个作为机器人的探头用以避障探测；红外对管由发射管和三极管组成，当遇到黑线没有反射时接收三极管不导通，相应输出端输出高电平，其他时刻接收三极管导通，输出端被下拉为低电平。其红外探头接口有三条线组成：
红线：接 4.5-5V 电源高电平
黄色线：信号线，接单片机，输出 TTL 电平给单片机 ，用以测量红外光值
黑线：GND 0V电源低电平
4.附加硬件设备设计
为了便于机器人更好越障和上坡，我们在机器人尾部附加设计一个万向轮，避免机器人在越障时后轮被卡在障碍物上以及防止机器人上坡时机器人后倒。
三.机器人系统软件设计
1.电机程序设计
直流电机驱动比较简单，不像步电机那样需要给高低电平脉冲直流电机只要给高低电平就可以转只要PWM=1即高电平，电机就可以转，DIR0O/I则控制电机的正反转。
1 2.寻迹程序控制○
寻迹其实是对模块输出端高低电平的读取，只要实现四个IO口即可实现所有的寻迹读取，当读到一时，表示相应未知的红外对管在黑线上。经寻迹程序控制可实现机器人沿S型路线行走。
寻迹程序：
#include
#define Left_moto_pwm P2_0 //PWM输出本寻迹小车不用 #define Right_moto_pwm P2_1 //PWM输出本寻迹小车不用
#define Left_1_led P3_4 //P3_4接四路寻迹模块接口第一路输出信号即中控板上面标记为OUT1
#define Left_2_led P3_5 //P3_5接四路寻迹模块接口第二路输出信号即中控板上面标记为OUT2
#define Right_1_led P3_6 //P3_6接四路寻迹模块接口第三路输出信号即中控板上面标记为OUT3
#define Right_2_led P3_7 //P3_7接四路寻迹模块接口第四路输出信号即中控板上面标记为OUT4
#define Left_moto_go {P1_0=1,P1_1=0,P1_2=1,P1_3=0;} //左边两个电机向前走
#define Left_moto_back {P1_0=0,P1_1=1,P1_2=0,P1_3=1;} //左边两个电机向后转
#define Left_moto_Stop {P1_0=0,P1_1=0,P1_2=0,P1_3=0;} //左边两个电机停转
#define Right_moto_go {P1_4=1,P1_5=0,P1_6=1,P1_7=0;} //右边两个电机向前走
#define Right_moto_back {P1_4=0,P1_5=1,P1_6=0,P1_7=1;} //右边两个电机向前走
#define Right_moto_Stop {P1_4=0,P1_5=0,P1_6=0,P1_7=0;} //右边两个电机停转
unsigned char pwm_val_left =0;
(来自:WWw.SmhaiDa.com 海达范文网:机器人设计说明书)unsigned char push_val_left =1;// 左电机占空比10/40
unsigned char pwm_val_right =0;
unsigned char push_val_right=1;// 右电机占空比10/40
bitRight_moto_stop=1;
bitLeft_moto_stop =1;
//延时函数
void delay(unsigned int k)
{
unsignedintx,y;
for(x=0;x for(y=0;y<2000;y++); } //前速前进 void run(void) { //push_val_left =4; //push_val_right =4; Left_moto_go ; Right_moto_go ; } voidpwm_out_left_moto(void) { if(Left_moto_stop) { if(pwm_val_left<=push_val_left) Left_moto_pwm=1; else Left_moto_pwm=0; if(pwm_val_left>=10) pwm_val_left=0; } else Left_moto_pwm=0; } voidpwm_out_right_moto(void) { if(Right_moto_stop) { if(pwm_val_right<=push_val_right) Right_moto_pwm=1; else Right_moto_pwm=0; if(pwm_val_right>=10) pwm_val_right=0; } elseRight_moto_pwm=0; } /*TIMER0中断服务子函数*/ void timer0()interrupt 1 using 2 { TH0=0XF8; //1Ms定时 TL0=0X30; pwm_val_left++; pwm_val_right++; pwm_out_left_moto(); pwm_out_right_moto(); } /*--主函数--*/ void main(void) { TMOD=0X01; TH0= 0XF8; //1ms定时 TL0= 0X30; TR0= 1; ET0= 1; EA = 1; delay(100); run(); while(1) /*无限循环*/ { //有信号为0 没有信号为1 if(Left_2_led==0&&Right_1_led==0) run(); else { if(Right_1_led==1&&Left_2_led==0) //右边检测到黑线 { Left_moto_go; //左边两个电机正转 Right_moto_back; //右边两个电机反转 } if(Left_2_led==1&&Right_1_led==0) //左边检测到黑线 { Right_moto_go; //右边两个电机正转 Left_moto_back; //左边两个电机反式开始转 } } } } #include #define zhong_1_led P0_2 //P3_3接四路寻迹模块接口第二路输出信号即中控板上面标记为OUT2 #define Left_1_led P0_0 //P3_4接四路寻迹模块接口第三 路输出信号即中控板上面标记为OUT3 #define Right_1_led P0_3 //P3_5接四路寻迹模块接口第四路输出信号即中控板上面标记为OUT4 #define bi_1_led P2_7 #define Left_moto_go {P1_0=1,P1_1=0,P1_2=1,P1_3=0;} //左边两个电机向前走 #define Left_moto_back {P1_0=0,P1_1=1,P1_2=0,P1_3=1;} //左边两个电机向后转 #define Left_moto_Stop {P1_0=0,P1_1=0,P1_2=0,P1_3=0;} //左边两个电机停转 #define Right_moto_go {P1_4=1,P1_5=0,P1_6=1,P1_7=0;} 右边两个电机向前走 #define Right_moto_back {P1_4=0,P1_5=1,P1_6=0,P1_7=1;} 右边两个电机向后走 #define Right_moto_Stop {P1_4=0,P1_5=0,P1_6=0,P1_7=0;} 右边两个电机停转 void run(void) { Left_moto_go ; //左电机往前走 Right_moto_go ; //右电机往前走 } void stop(void) { Left_moto_Stop ; //左电机往前走 Right_moto_Stop; //右电机往前走 } //前速后退 void backrun(void) { Left_moto_back ; //左电机往后走 Right_moto_back ; //右电机往后走 } //左转 void Leftrun(void) { Right_moto_Stop ; //左电机往前走 Left_moto_go ; //右电机往前走 } //右转 void rightrun(void) { Right_moto_go ; //左电机往前走 Left_moto_Stop ; //右电机往前走 ////// 篇二：机器人手臂关节结构设计说明书 摘 要 机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 是一门涉及计算机科学、机械学、电子学、自动控制、人工智能等多个方面的学科，它代表了机电一体化的最高成就。现今，机械手已经运用到各个领域，特别是在装配作业方面。在装配机械手中，平面关节型装配机械手（即SCARA型）是应用最广泛的一种装配机械手。 本课题提出设计一种服务机械手，用于电子元器件等的装配，在分析国内外SCARA产品基础上，经过不同方案的比较，在确定了最优方案后通过认真的计算，仔细的校核，使设计结构简单、运行可靠、经济合理，能满足教学实验等需要，对于更好地熟悉和掌握相关课程具有重要的意义。 本文设计的是一种小型服务装配机械手，主要对这种机械手进行结构方面的设计。本文设计的SCARA机器人具有以下特点：通用性好、体积小、重量轻、外形美观、成本低，对其本体的可行方案进行了充分的研究后，设计成具有多个自由度的结构，由机身、大臂、小臂及手腕组成，谐波减速器、齿轮、丝杠螺母等组成了机械手简单可靠的传动方案。该电机的多个关节均采用步进电机驱动，具有控制简单、成本低的特点。 关键词：工业机械手 自由度 机器人 Abstract Robot is a kind of science related to many other ones such as computer science, mechanism, electronics, automation control and artificial intelligence. Now, robots are used in many fields, especially in the aspect of assembly task. It represents the up-most level of mechatronics. Among assembly, plane articulated assemblyrobot (SCARA manipulator) is used most widely. This topic puts forward designing a kind of assemble robot, used for an assemble electronics component, after analy domestic and international SCARA, the surface of sphere SCARA etc. Through compare with different project. After making sure superior project, though the careful calculation and check.Make design with simple structure,credibility circulate, reasonable cost, can satisfy the teaching experiment etc.. The presented SCARA manipulator in this paper is a pint-sized assembly robot, where the structure of SCARA manipulator is designed. The presented SCARA manipulator in this paper has following characters: good universality, small volume, light weight, beautiful appearance and low cost, so the structure of robot is fully considered which has four freedoms and is consisted of comprises base, big arm, small arm and wrist. The simple reliable transmission scheme of SCARA manipulator is composed of harmonic deceleration and gear wheel and feed screw. The four joints are all driven by stepping motors, which has the characters of simple control and low cost. Keyword: Industrial robots Freedom Robot 目录 摘 要...............................................................I Abstract............................................................II 第1章 绪论.........................................................1 第2章 总体方案设计..................................................3 2.1 工业服务机器手的传动系统设计 .................................3 2.1.1机械手驱动系统的比较与选择...............................................................3 2.1.2 传动机构的对比与分析..........................................................................5 2.2 机械手总体设计方案的比较确定 .................................6 第3章 步进电机的选择及其校核计算...................................11 3.1 主要技术参数确定 ............................................11 3.2 各自由度步进电机的选择 ......................................11 3.2.1 第一自由度步进电机的选择................................................................12 3.2.2 第二自由度步进电机的选择................................................................13 3.2.3 第三自由度步进电机的选择................................................................13 3.2.4 第四自由度步进电机的选择................................................................14 3.2.5 第五自由度步进电机的选择................................................................14 3.3 第一自由度轴传动系统的计算与校核 ............................14 3.3.1 第一自由度轴的等效转动惯量的计算................................................14 3.3.2 步进电机1的校核................................................................................15 3.4 第二自由度轴传动系统计算与校核 ..............................15 3.4.1 第二自由度等效转动惯量的计算........................................................15 3.4.2 步进电机2的校核................................................................................16 3.5 第三自由度轴传动系统的计算与校核 ............................16 3.5.1 第三自由度等效转动惯量的计算........................................................16 3.5.2 步进电机3的校核................................................................................17 第4章 系统整体的设计与校核.........................................18 4.1 同步齿形带传动设计 ..........................................18 4.1.1求出设计功率Pd....................................................................................18 4.1.2选择带的节距.........................................................................................18 4.1.3确定带轮直径和带节线长.....................................................................18 4.1.4选择带长Lp............................................................................................19 4.1.5近似计算中心距.....................................................................................19 4.1.6进行标准带宽的选择.............................................................................20 4.2 各输出轴的设计 ..............................................21 4.2.1 机身输出轴设计....................................................................................21 4.2.2 大臂输出轴设计....................................................................................21 4.2.3 大臂与小臂连接轴设计........................................................................21 4.2.4 带轮轴设计............................................................................................21 4.2.5 升降轴设计............................................................................................22 4.3 滚珠丝杠副校核 ..............................................23 4.3.1 最大工作载荷计算................................................................................23 4.3.2 最大动负载C的计算与校核................................................................23 4.3.3传动效率计算.........................................................................................23 4.3.4刚度计算.................................................................................................24 4.3.5丝杠稳定性验算.....................................................................................24 4.4机械手机身的设计.............................................25 4.5其他部分结构设计.............................................25 第5章 控制系统设计.................................................27 5.1 机器人控制的特点 ............................................27 5.2 机器人控制的分类 ............................................28 5.2.1 点位控制(PTP)机器人：......................................................................28 5.2.2 连续轨迹控制(CP)机器人：................................................................28 结 论...............................................................29 参考文献............................................................30 致谢............................................... 错误！未定义书签。 篇三：工业机器人设计说明书 目录 1. 设计背景…………………………………………………………2 2. 设计思路…………………………………………………………3 3. 设计方案…………………………………………………………7 4. 循环动作…………………………………………………………8 5. 设计心得体会……………………………………………………9 6. 参考文献…………………………………………………………10 随着社会的进步和科技的发展,机器人产品开始进入到生产过程 和日常生活中,各种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越 重要的作用。但是目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构,在适 应复杂地形时无法满足路况的要求,由此设计一种灵活的、行走平稳 和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。 （1）为了对工业生产进一步了解，了解机器人工作原理 （2） 由于组装复杂要求实践性更强，这样提高学生动手能力在传 统实验里，主要是课程中的具体原理或理论的验证性实验，如机械原 理中齿轮范成 实验，主要是为了验证齿轮的加工原理；再如机械设 计中的带传动实验主要是为了验证带传 动中的两个重要的现象 ——弹性滑动和打滑。这些传统型实验对学生更好的理解课本的理 论 知识有很大的帮助，具有课本结合性强的特点。 （3）安装过程中应用知识面更广，培养综合素质实验的内容涉及面 极广，不仅包括传统机械相关的实验内容，而且还涉及到了电动机、 自动控制、软件编程（慧鱼公司自带的编辑软件）等多学科的知识， 最重要是它能够把这些很好地知识结合起来，并体现到某个模型中。 （4）组建灵活性大，可以自行设计装配创新性高，增加学生研究性 思维而在慧鱼实验中，学生不仅可以对教具所提供的样本模型进行验 证式实验（通过这些模 型实验可以使学生掌握机械、电子和自动化 等的相关知识），而且可以把这些不同模型的特点结合起来，进行自主 设计，设计出新的作品来，因此慧鱼实验具有较高的创新性。 该机器人的工作空间形式主要有四个自由度的运动和机械手的夹松运动。 1．机械手的夹紧运动(如下图所示) 电机输出动能，经减速箱调节速度并传递到丝杆，通过丝杆的转动转化为手爪的夹紧或松开运动。 传动方式：控制信号—电机—减速箱—丝杆—机械手 2．自由度一：机械手基座的旋转运动（如下图所示） 电机输出动能，经减速箱调节速度并传递，通过齿轮传动，齿轮转动带动底座进行旋转运动。 传动方式：控制信号—电机—减速箱—基座 3.自由度二：机械手的上下运动（如下图所示） 电机输出动能，经减速箱调节速度并传递丝杆，通过丝杆的转动 转化为机械手的上下运动。 传动方式：控制信号—电机—减速箱—丝杆—机架 4.自由度三：整个结构的转动（如下图所示） 电机输出动能，经减速箱调节速度，通过齿轮传动，齿轮转动带动整体进行旋转运动。 传动方式：控制信号—电机—减速箱—机架 7. 自由度四：整体的左右移动（如下图所示） 电机输出动能，传递到蜗杆，蜗杆与齿轮啮合传动，齿轮转动 篇四：机器人课程设计说明书 机器人课程设计说明书 指导教师： 院系： 班级： 姓名： 学号： 1 一、课程设计的内容 1、目的和意义 机器人涉及机械、电子、传感、控制等多个领域和学科。本课程设计是在《机器人学》课程的基础上，利用多传感技术、控制技术实现机器人控制系统的综合与应用，达到锻炼学生综合设计能力的目的。让我们把理论与实践结合起来，掌握更多技能。 2、设计内容 （一）、机器人硬件 本课程设计使用实验室已有的移动机器人。机器人有两个驱动轮、一个从动轮，驱动轮由舵机直接驱动。机器人控制器为89S52单片机。机器人结构图如图1所示。 图1 机器人结构简图 （二）、设计任务 利用多传感器技术，实现对机器人的轨迹规划及控制。具体为：控制机器人在规定的场地内避开障碍物走遍整个场地。 二 C51单片机编程环境与机器人智能 1、单片机与C51系列单片机 （一）、单片机 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器 RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小 3 而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。 （二）、C51系列单片机 MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称。这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751等，其中8051是最典型的产品，该系列单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的。 本课程设计所用的AT89S52单片机是在此基础上改进而来的。AT89S52是一种高性能、低功耗的8位单片机，内含8k字节ISP可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器，兼容标准MCS51指令系统及其引脚结构，在实际工程应用中，功能强大的AT89S52已成为许多高性价比嵌入式控制应 用系统的解决方案。 2、机器人与C51单片机 图3是本设计使用的机器人工程对象，它采用AT89S52单片机作为大脑，通过教学板安装在机器人底盘上，完成设计要求的基本能力，使他具备基本的智能。 4 图3 采用C51单片机的机器人 3、所需软件 我们将反复用到三款软件：Keil uVision2 IDE集成开发环境、SL ISP下载软件、串口调试软件等。 (一)、Keil uVision2 IDE集成开发环境 该软件是德国KEIL公司出品的51系列单片机C语言集成开发系统。你可以在KEIL公司的网站www.keil.com上获得该软件的安装包。 （二）、SL ISP软件下载工具 该软件是广州天河双龙电子有限公司推出的一款ISP下载软件，使用该软件你可以将可执行的文件下载到你的机器人单片机上。该软件的使用 需要你的计算机有并行口。你可以在双龙公司的网站www.sl.com.cn中获得该软件。 （三）、串口调试软件 此软件是用来显示单片机与计算机的交互信息的。在硬件上你的计算机至少要有串口或USB接口来与单片机的教学板的串口连接。这个在实验室中提供了该软件的绿色版本，无需安装即可使用。 三、 小车硬件安装过程 1.安装机器人底盘硬件 （1）将13/32英寸的橡胶套圈插到宝贝车底盘衷心的孔内。 （2）确保底盘中心孔的边缘嵌在橡胶圈的凹槽中。 （3）用4个螺丝将螺柱固定在底盘上。 5 2.拆除舵机摆臂 （1）用螺丝起子去掉舵机摆臂和电机输出轴之间的螺钉。 （2）将舵机摆臂从电机输出轴上取下来。 （3）将螺丝钉保存好，而后还会用到。 3.将电机安装到底盘上 （1）用盘头螺丝和螺母将舵机固定在底盘上。为了最好的性能，必须从里面而不是从外面把电机放入巨型窗口。 （2）用标签纸标识伺服电机的左右轮。 4.安装电池盒 （1）用平头螺丝和螺母将电池盒固定在宝贝车机器人的底盘下面。 篇五：搬运机器人设计说明书 1 绪论 1.1研究背景与意义 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间[1-3]。 机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。 图1-1 生产线上的机械手 Fig.1-1 The manipulator on the production line 进入21世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现大量的缺工现象，迫切要求我们提高劳动生产率，提高我国工业自动化水平势在必行。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用，因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作以保护人身安全，更显示其优越性，有着阔的发展前途。 1.2工业机械手的简史 用于再现人手的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。 机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果， 2 受到机械工业的重视。 现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。 机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。 1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。 图1-2 世界上第一台工业机械手 Fig.1-2 The world's first industrial robots 1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。 1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。 美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate 公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。 图1-3 六自由度机械手 Fig.1-3 Six degrees of freedom manipulator 德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。 瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。 瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。 日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。 1978年，日本山梨大学牧野洋发明SCARA，该机器人具有四个轴和四个运动自由度，(包括绕X,Y,Z方向的旋转自由度和沿Z轴的平移自由度)。该系列的操作手在其动作空间的四个方向具有有限刚度，而在剩下的其余两个方向上具有无限大刚度。 如今SCARA机器人[4]还广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药 4 品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。它的第一个轴和第二个轴具有转动特性，第三和第四个轴可以根据工作的需要的不同，制造成相应多种不同的形态，并且一个具有转动、另一个具有线性移动的特性。由于其具有特定的形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。 图1-4 日本的SCARA机器人 Fig.1-4 Japan's SCARA robot 第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。 第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。 1.3国内外机械手研究现状与发展趋势 （1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的 6.5万美元。 （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；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 （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