机器人的历史并不算长，1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。英格伯格在大学攻读伺服理论，这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于1946年发明了一种系统，可以“重演”所记录的机器的】运动。1954年,德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性▲，英格伯格和德沃尔都在研√究机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为◣是用重型机器进行工作，生︼产过程较为固定※。1959年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。

机︾器人的分类

关于机器人如何∮分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按★控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。一般的分类方式：

示教ㄨ再现型机器人：通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作◣程序，机器人则自动重复进行作业。

数控型机器人：不必使机器人◥动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。

感觉控制型机器人♂：利∴用传感器获取的信息控制机器人的动作。

适应控制型机器人：机器人能适应环】境的变化，控制其自身的行动※。

学习控制型机器人：机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。

智能机器人：以人工智能决定其行动的机器人。

我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器¤人▆。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机√器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐№机器人、军用机⊙器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操『作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将』机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的◆服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。

机器人的优缺点

机器人使◣用的优点：

• 机器人和自动化技术在多数情况下可以提高生产率，安全性，效率，产品质量和产品的一性；

• 机器人可以在危险的环境下工作，而无需考虑生命保障或安全的需要；

• 机器人无需舒适的环境，例如♀考虑照明，空调，通风以及噪音隔离等。

• 机器人能不知疲倦，不知厌烦地持续工作，他们不会有心理问题，做事不拖沓，不需要医疗保险或假期；

• 机器人除了发生≡故障或磨损外，将始终如一地保持精」确度；

• 机器人具有比人高得多的精确度。直线位移精度可达千分之几英寸（1英寸= 2.54cm），新型的半导体晶片处理机器人具有微英⊙寸级的精度；

• 机器人和其附属设备及传感器具有某些人类所不☆具备的能力；

• 机器人可以同时响应多个激励或处理多项任务，而人类只能响应一个现行激励。

机器人使用的负面：

• 机器人替代了工人，由此带来经济和社会问题；

• 机器人缺乏应急能能力，除非▆该紧急情况能够预知并已在系统中设置了应对方案，否则不能很好地处理紧急情况。同时，还需要有安全措施来确保机器人不会伤害操作人员█以及与他一起工作的机器（设备）。这些情况包括：不恰当或错误的反应、缺乏决策的能↘力、断电、机器人或其它设备△的损伤、人员伤害；

• 机器人尽管在一定情况下非常出众，但其能力在以下方面仍具有局限性（与人相比），表现在：自由度、灵巧度、传感器能力视觉系统、实时响应。

机器人的组成部件

机器人作为一个系统，它【由如下部件构成：

机械手或移动车，这是机器人的主体部分，由连杆，活动◥关节以及其它结构部件构成，使机器人达到空间的某一位置。如果没有◢其它部件，仅机械手本身并不是机器人。（相当︻于人的身体或手臂）；

末端执行♀器，连接在机械手最◎后一个关节上的部件，它一般用来抓取物体，与其他机构连接并执行需♂要的任务。机器人制造上一般不设计或出售末端执行器，多数情况下，他们只提供一个简单的抓持器。（相当于人的∞手）

末端执行器安装在机器人上以完成给定环境中的任务，如焊接，喷漆，涂胶以及零件装卸等就是少数几个可能需要机器人来完成的任务。通常，末端执行器的动作由机器人控制器直接控制，或将机器人控制器的信号传至末端执■行器自身的控制装置（如PLC）；

驱动器，驱动器是机械手的“肌肉”。常见的驱∮动器有伺服电机，步进电机，气缸及液压缸等，也还有一些用于某些特殊场合的新型驱动器，它们将在第6章进行讨论。驱动器受※控制器的控制。

传感器，传感器用来收集机器人内部状态的信息或用来与外部环境进行通信。机器人控制器需要知道每个连杆的位置才能知道机器人的总体构型。人即使在完全黑暗中也会知道胳膊和腿在哪里，这是因为肌腱内的中枢神经系统中的神经传感器将信息反馈给了人的大脑。大脑利用这些信息来测定肌肉伸缩程度进而确定胳膊和腿的状态。对于机器↑人，集成在机器人内的传感器将每一个关节和连杆∴的信息发送给控制器，于是控制器就能决定机器人的构型。机器人常配有许多外部传感器，例如视觉系统，触觉传⊙感器，语言合成器等，以使机器人能与外界进行通信。

控制器，机器人控制器从计算机获取数据，控制驱动器的◤动作，并与传感器反馈信息一起协调机器人的运动。假如要机器人从箱柜里取出一个零件，它的第一个关节角度必须为35°，如果第一关节尚未达到这一角度，控制器就会№发出一个信号到驱动器（输送电流到电动机），使驱动器运动卐，然后通过关节上的反馈传感器（电位器或编码器等）测量关节角♀度的变化，当关节达到预定角度时，停止发送控制信号。对于╳更复杂的机器人，机器人的运动速度和力也由控制器控制。机器人控制器与人的小脑十分相似，虽然小脑的功能没有人的大脑功能强大，但它却控制着人的运动。

处理器，处理↓器是机器人的大脑，用来计算机器人关节的运动，确定每个关节应移☆动多少和多远才能达到预定的速度和位置，并且监督控制器与传感器协调动作。处理器通常就是一台计算机（专用）。它也需要拥☉有操作系统，程序和像监视器那样的外部设备等。

软件，用于机器人的软件大致有三块。第一块是操ζ作系统，用来操作计算机。第二块是机◣器人软件，它根据机器人运动方程计算每一个关节的╲动作，然后将这些信息□传送到控制器，这种软件有多种级别，从机器语言到现代机器人使用』的高级语√言不等。第三块是例行程序集合和应用程序，它们是为了使用机器人外部设备而开发的（例如ぷ视觉通用程序），或者是为了执行特定任务而开发的。

在许多系统中，控制器和处理器放置在同一单元中。虽然这▃两部分放在同一装置盒内甚至集▃成在同一电路中，但他们有各自的功能。

机器人的性能指标

以下几项用来定义↓机器人的性能指标：

负荷能力，负荷能▅力是机器人在满足其它性能要求的情况下，能够承担的负荷▼重量。例如，一台机器人的最大负荷能力可能远大于它的额定负荷能力，但是达到最大负荷时，机器人的工作精度可能会降低，可能无法准确地沿着预定的轨迹运动，或者产生额外的偏差。机器人的负荷量与其自身的重量相比往往非常小。例如，Fanuc Robotics LR Mate机器№人自身重86磅，而其负荷量仅为6.6磅；M16机器人自身重594磅，而其负荷量仅为35磅。

运动范围，运动范围是机器人在其工作区域内可以达到的最大距离。器人可按任意的姿态达到★其工作区域内的许多↓点(这些点称为灵巧点)。然而，对于其他一些接近于机器人运动范围的极限线，则不能任意指定其姿态(这々些点称为非灵巧点)。说明：运动∮范围是机器人关节长度和其构型的函数。

精度，定义：精度是指机器人到达指定点的精确程度 说明：它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。大多数工业机器人具有0.001英寸或更高的精度。

重复精度，（变化性） 定义：重复精度是指如果动作重复多次，机器人到达同样位置的精确程度。举例：假设驱动机器人到达同一点100次，由于许多因素会影响机器人的位置精度，机器人不可能每次都能准◣确地到达同一点，但应在以该点为圆心的一个圆区范围内。该圆的半径是由一系列重◣复动作形成的，这个半径即为重复精度。说明：重复精度比精度更◤为重要，如果一个机器人定位不够精确，通常会显示一固定的误差，这个误差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。举例：假设一个机器人总是向右偏离0.01mm，那么可以规定所有的位置点都向左偏移0.01mm英寸，这样就消除了偏差。说明：如果误差是随机的，那它就无法预测，因此也就无法消除。重负精度限定了这种随机误差的范围，通常通过一定次数地重复运行机器人来测定。