一、機(jī)器人的發(fā)展歷史

早在三千多年前的西周時(shí)代，我國就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者”，這可能是世界上最早的“機(jī)器人”。

在近代，隨著第一次、第二次工業(yè)革命，各種機(jī)械裝置的發(fā)明與應(yīng)用，世界各地出現(xiàn)了許多“機(jī)器人”玩具和工藝品。這些裝置大多由時(shí)鐘機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，用凸輪和杠桿傳遞運(yùn)動(dòng)。

1920年，捷克作家K.凱比克在一科幻劇本中首次提出了ROBOT（漢語前譯為“勞伯”）這個(gè)名詞。現(xiàn)在已被人們作為機(jī)器人的專用名詞。

1950年美國作家I.阿西莫夫提出了機(jī)器人學(xué)（Robotics）這一概念，并提出了所謂的“機(jī)器人三原則”，即： 1.機(jī)器人不可傷人；2.機(jī)器人必須服從人給與，但不和（1）矛盾的指令；3.在與（1）、（2）原則不相矛盾的前提下，機(jī)器人可維護(hù)自身不受傷害。

本世紀(jì)50、60年代，隨著機(jī)構(gòu)理論和伺服理論的發(fā)展，機(jī)器人進(jìn)入了使用化階段。1954年美國的G.C.Devol發(fā)表了“通用機(jī)器人”專利；1960年美國AMF公司生產(chǎn)了柱坐標(biāo)型Versatran機(jī)器人，可作點(diǎn)位和軌跡控制，這是世界上第一種用于工業(yè)生產(chǎn)上的機(jī)器人。

70年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人得到了迅速發(fā)展。1974年Cincinnati Milacron公司開發(fā)成功多關(guān)節(jié)機(jī)器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA機(jī)器人，它是一種多關(guān)節(jié)、全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、多CPU二級控制；采用VAL專用語言；可配視覺、觸覺、力覺傳感器，在當(dāng)時(shí)是一種技術(shù)先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人。現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)大體上是以此為基礎(chǔ)的。

這一時(shí)期的機(jī)器人屬于“示教再現(xiàn)”（Teach-in / Playback）型機(jī)器人。只具有記憶、存儲(chǔ)能力，按相應(yīng)程序重復(fù)作業(yè)，但對周圍環(huán)境基本沒有感知與反饋控制能力。這種機(jī)器人被稱作第一代機(jī)器人。

進(jìn)入80年代，隨著傳感技術(shù)，包括視覺傳感器、非視覺傳感器（力覺、觸覺、接近覺等）以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了第二代機(jī)器人—有感覺的機(jī)器人。它能夠獲得作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對象的部分有關(guān)信息，進(jìn)行一定的實(shí)時(shí)處理，引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)。第二代機(jī)器人已進(jìn)入了使用化，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

第三代機(jī)器人是目前正在研究的“智能機(jī)器人”。它不僅具有比第二代機(jī)器人更加完善的環(huán)境感知能力，而且還具有邏輯思維、判斷和決策能力，可根據(jù)作業(yè)要求與環(huán)境信息自主地進(jìn)行工作。

二、機(jī)器人的定義和基本組成

由于研究的側(cè)重點(diǎn)不同，對于機(jī)器人的定義，國際上目前尚未有明確的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。綜合各種定義，可將機(jī)器人理解為：機(jī)器人是一種在計(jì)算機(jī)控制下的可編程的自動(dòng)機(jī)器，根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需要，它具有至少一項(xiàng)或多項(xiàng)擬人功能，另外還可能程度不同地具有某些環(huán)境感知能力（如視覺、力覺、觸覺、接近覺等），以及語言功能乃至邏輯思維、判斷決策功能等，從而使它能在要求的環(huán)境中代替人進(jìn)行作業(yè)。

機(jī)器人一般由以下部分組成：

1. 機(jī)械本體

機(jī)器人的機(jī)械本體機(jī)構(gòu)基本上分為兩大類：一類是操作本體機(jī)構(gòu)，它類似人的手臂和手腕，配上各種手爪與末端操作器后可進(jìn)行各種抓取動(dòng)作和操作作業(yè)，工業(yè)機(jī)器人主要采用這種結(jié)構(gòu)。另一類為移動(dòng)型本體結(jié)構(gòu)，主要目的是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能，主要有輪式、履帶式、足腿式結(jié)構(gòu)以及蛇行、蠕動(dòng)、變形運(yùn)動(dòng)等機(jī)構(gòu)。壁面爬行、水下推動(dòng)等機(jī)構(gòu)也可歸于這一類。

2.驅(qū)動(dòng)伺服單元

機(jī)器人本體機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)作是依靠關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)，而大多數(shù)機(jī)器人是基于閉環(huán)控制原理進(jìn)行的。伺服控制器的作用是使驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)并帶動(dòng)負(fù)載超減少偏差的方向動(dòng)作。已被廣泛應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)方式有，液壓伺服驅(qū)動(dòng)、電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)，近年來氣動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)也有一定進(jìn)展。

3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

各關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)的指令值由主計(jì)算機(jī)計(jì)算后，在各采樣周期給出。主計(jì)算機(jī)根據(jù)示教點(diǎn)參考坐標(biāo)的空間位置、方位及速度，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆運(yùn)算把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)節(jié)的指令值。

通常的機(jī)器人采用主計(jì)算機(jī)與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)伺服計(jì)算機(jī)兩級計(jì)算機(jī)控制，有時(shí)為了實(shí)現(xiàn)智能控制，還需對包括視覺等各種傳感器信號進(jìn)行采集、處理并進(jìn)行模式識別、問題求解、任務(wù)規(guī)劃、判斷決策等，這時(shí)空間的示教點(diǎn)將由另一臺計(jì)算機(jī)上級計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感信號產(chǎn)生，形成三級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

4.傳感系統(tǒng)

為了是機(jī)器人正常工作，必須與周圍環(huán)境保持密切聯(lián)系，除了關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的位置傳感器（稱作內(nèi)部傳感器）外，還要配備視覺、力覺、觸覺、接近覺等多種類型的傳感器（稱作外部傳感器）以及傳感信號的采集處理系統(tǒng)

5. 輸入/輸出系統(tǒng)接口

為了與周邊系統(tǒng)及相應(yīng)操作進(jìn)行聯(lián)系與應(yīng)答，還應(yīng)有各種通訊接口和人機(jī)通信裝置。工業(yè)機(jī)器人提供一內(nèi)部PLC，它可以與外部設(shè)備相聯(lián)，完成與外部設(shè)備間的邏輯與時(shí)實(shí)控制。一般還有一個(gè)以上的串行通訊接口，以完成磁盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程控制及離線編程、雙機(jī)器人協(xié)調(diào)等工作。一些新型機(jī)器人還包括語音合成和識別技術(shù)以及多媒體系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。

三、弧焊機(jī)器人的選購應(yīng)用

首先，為了滿足機(jī)器人工作空間內(nèi)任一位姿可達(dá)，要有5個(gè)自由度，但為了避障，一般應(yīng)有6個(gè)自由度。對于焊接機(jī)器人，焊槍送絲機(jī)的重量一般都不大，為5Kg至6Kg。由于機(jī)器人的空間機(jī)構(gòu)構(gòu)形不同，即使同樣負(fù)載，連桿尺寸相近的機(jī)器人其空間運(yùn)動(dòng)范圍也是相差很大的，一般說，平行四邊形結(jié)構(gòu)的機(jī)器人空間運(yùn)動(dòng)范圍小于關(guān)節(jié)型機(jī)器人。所以，吊裝或壁裝機(jī)器人一般用關(guān)節(jié)型機(jī)器人。點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)精度一般為+/-0.1mm或+/-0.05mm，最大運(yùn)動(dòng)速度為1m/s至1.5m/s；在價(jià)格相近的情況下，盡量選擇精度高，運(yùn)動(dòng)速度大的產(chǎn)品，因?yàn)橐陨现笜?biāo)反映了機(jī)器人的全面素質(zhì)，同時(shí)也與機(jī)器人性能衰減有關(guān)。

關(guān)于I/O功能，一般機(jī)器人的I/O接口除了可被主程序（JOB）尋址操作外，還可以進(jìn)行內(nèi)部PLC式編程；對于內(nèi)部PLC的要求，主要是性能可靠，因?yàn)槭軕?yīng)用限制，它比一般的通用PLC功能要差一些，一般只具備最基本的邏輯和時(shí)序功能，故對性能要求不能太高。運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)功能一般要求具有關(guān)節(jié)，直線，圓弧等功能就可以了。現(xiàn)在的機(jī)器人一般都有比較完善的自診斷和安全防護(hù)功能；一般機(jī)器人的平均無故障時(shí) 間大約為20000小時(shí)以上——即按一天兩班工作制（16小時(shí)/天），五年內(nèi)不會(huì)發(fā)生故障。對于弧焊機(jī)器人，為了完成模仿人焊接的動(dòng)作而得到高質(zhì)量的焊縫，還要求有擺動(dòng)功能，有了這種功能，機(jī)器人也就具備了以電弧作傳感器進(jìn)行焊縫跟蹤的條件。對于第二代弧焊機(jī)器人，除了有示教再現(xiàn)功能外，還應(yīng)具有一定的對周圍環(huán)境的適應(yīng)能力，比如焊接開始點(diǎn)檢測和焊縫跟蹤功能。對于焊縫跟蹤功能，目前已經(jīng)發(fā)展了如機(jī)械接觸式、電磁感應(yīng)式、電弧感應(yīng)式、光電感應(yīng)式和視覺傳感器等。關(guān)于弧焊機(jī)器人的輔助設(shè)備如焊機(jī)，送絲機(jī)，焊槍及焊槍清理裝置，水冷裝置等要求有比較高的可靠性。機(jī)器人焊槍是一個(gè)非常重要的部件，應(yīng)當(dāng)特制。對于工程機(jī)械或大型設(shè)備制造和汽車工業(yè)的焊接，有條件的廠家應(yīng)盡量選擇好一些的焊槍和焊槍清理設(shè)備，一定會(huì)從中受益的。