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指南目录:
???机械臂速成小指南(零点五):机械臂相关资源???
机械臂速成指南(零):指南的主要内容及分析方法
机械臂速成指南(1)
机械臂速成指南(2):机械臂的应用
机械臂速成指南(3):机械臂的机械结构
机械臂速成小指南(4):机械臂关键部件减速机
机械臂速成小指南(五):末端执行器
机械臂速成指南(7):机械臂姿势描述方法
运动学建模(标准)DH法)
机械臂速成小指南(9):正运动学分析
机械臂速成指南(十)
机械臂速成指南(11):坐标系标准命名
机械臂速成小指南(12):逆运动学分析
机械臂速成小指南(十三):轨迹规划概述
********************以下为正文********************
到目前为止,机械臂已经发展了近70年,从粗糙的工业生产设备到多学科的工业艺术,进入了社会的各个角落。下面,让我们简要回顾一下机械臂的发展过程。
注:本文中的机械臂=机器人
1947年,世界上第一个遥操作机械手诞生了
根据军事和核工业的发展需要,美国阿贡国家实验室开发了遥操作机械手。
1948年,世界上第一个机械主从机械手诞生
也是美国阿贡国家实验室开发的。
1954年,世界上第一个工业机械臂Unimate诞生
1954年,美国发明家乔治·德沃尔(George Devol)约瑟夫获得了机械臂专利(1961年批准)·恩格尔伯格被称为机器人之父,他们共同开发了世界上第一个工业机械臂Unimate,意思是万能自动。
1959年,机械臂首次应用于生产线
考虑到他将面临来自制造商的艰苦斗争,并受到阿西莫夫的机器人三定律(类似于希波克拉底誓言的先不伤害哲学),恩格尔伯格专注于让机器人从事对人类有害的任务。他的战略奏效了,1959年,重达2700磅Unimate #001原型车首次安装在新泽西州特伦顿通用汽车压铸厂的装配线上。
1961年,UNIMATE 1900系列已成为第一个批量生产的工厂自动化机械臂
到1961年,Unimate 1900系列已成为第一个批量生产的工厂自动化机械臂。在很短的时间内,大约有450个Unimate压铸采用机械臂。
Unimate机器人的成本是6.5万美元,但是unimation公司售价只有1.8万美元。
下图为YAMAHA(川崎重工)获得许可后在亚洲制造和销售。Unimate机械臂。
1962年,世界上第一个圆柱坐标机械臂诞生了
1962年,美国机械与铸造公司(American Machine and Foundry,AMF)生产出“VERST- RAN(万能处理),与Unimation公司生产的Unimate成为真正商业化的工业机器人,出口到世界各地,掀起了世界机器人研究的热潮。同年,AMF制造的6台Verstran机器人应用于美国坎顿(Canton)福特汽车厂。
斯坦福机械臂诞生
1969年,通用汽车在洛兹敦(Lordstown)装配厂安装了第一台点焊机器人。Unimation机器人大大提高了生产率,机器人可以自动完成90%以上的车身焊接作业。传统厂家只有20%-40%的焊接工作是手工完成的。
1969年,挪威Trallfa该公司提供了第一个商业应用喷漆机器人。1967年挪威劳动力短缺期间,机器人用于喷涂独轮手推车(wheelbarrows),由此开发了第一款商用喷漆机器人。
1969年,Victor Scheinman斯坦福机械臂的发明被认为是最早由计算机控制的机器人之一。斯坦福机械臂和尤曼特一样,也代表着巨大的突破。斯坦福大学人工智能实验室独立完成了六个关节点。虽然主要用于教育目的,但手臂的出现标志着计算机控制工业机器人领域的重大突破。
第一届美国工业机器人研讨会于1970年在芝加哥举行。一年后,研讨会升级为国际工业机器人研讨会(International Symposium on Industrial Robots,ISIR)。1997年,研讨会更名为国际机器人研讨会(International Symposium on Robotics,ISR),其中包括服务机器人的技术。到目前为止,会议已经举行了40多次,下图是研讨会logo。
1971年工业机器人论坛JIRA它成立于日本,是世界上第一个国家机器人协会。1994年改名:日本机器人协会(Japanese Robot Association,JARA)。下图为协会标志。
1972年,意大利菲亚特汽车公司(FIAT)日本日产汽车公司(Nissan)点焊机器人生产线已安装运行。
1973年,世界机电驱动六轴机械臂诞生,
1973年,第一台机电驱动的6轴机械臂FAMULUS诞生。德国KUKA该公司将使用它Unimate机器人研发改造成第一个工业机器人,是世界上第一个由机电驱动的6轴机器人,也是1898年诞生的老公司库卡进入工业机器人领域的开始。
同年,日本日立公司(Hitachi)为混凝土桩行业开发了自动螺栓连接机器人。这是第一台安装有动态视觉传感器的工业机器人。在移动同时了解铸造模具上螺栓的位置,并与铸造模具的移动同步,完成螺栓的拧紧和松动。
第一台弧焊机器人于1974年在日本投产。川崎重工将用于制造川崎摩托车框架Unimate点焊机器人改造成弧焊机器人。
1974年,美国Cincinnati Milacron公司的Richard Hohn开发个由小型计算机控制的工业机器人被命名为T3,即“The Tomorrow Tool”。
1974年,瑞典通用电机公司(ASEA,ABB公司的前身)开发出世界上第一台全电力驱动、由微处理器控制的工业机器人IRB 6。
恩格柏格机器人奖每年由机器人工业协会(Robotic Industries Association,RIA)授予给世界各地在机器人领域作出杰出贡献的个人,被称为“机器人界诺贝尔奖”。首届奖项得主为日本的Hasegawa Yukio教授获得。
恩格尔伯格奖分为领导奖、应用奖、技术奖、教育奖四类。其中(The Leadership Award)领导奖每年颁发,其他类别则从2008年开始由全部颁发变更为每年轮流颁发。
1978年,通用工业机器人PUMA诞生,SCARA机器人诞生,标志
1978年,美国Unimation公司推出通用工业机器人(Programmable Universal Machine for Asse-mbly,PUMA),应用于通用汽车装配线,这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。
1978年,日本山梨大学(University of Yamanashi)的牧野洋(Hiroshi Makino)发明了选择顺应性装配机器手臂(Selective Compliance Assembly Robot Arm,SCARA)。这是世界第一台SCARA工业机器人。
1979年,日本Nachi不二越株式会社研制出世界第一台电机驱动的机器人。这台电机驱动的点焊机器人开创了电力驱动机器人的新纪元,从此告别液压驱动机器人时代。
1981年,卡内基梅隆大学的Takeo Kanade与Haruhiko Asada设计开发出世界上首个直接驱动机器人手臂(Direct Drive Robotic Arms)。直接驱动机器人手臂在当时是设计最好的机械臂,因为它免去了电机和负荷之间的传输机械机构,因而不会出现由于使用减速器和铰链而产生的不平滑运动,机械手臂可以自由、平稳地移动,满足机器人完成高速精密的动作。
直驱关节结构图如下图所示。
1985年,KUKA开发出一款新的Z形机器人手臂,它的设计摒弃了传统的平行四边形造型。该Z形机器人手臂可实现3个平移运动和3个旋转运动共6个自由度的运动维度,大大节省制造工厂的场地空间。
1987年,国际机器人联合会(International Federation of Robotics,IFR)成立。在1987年举办的第17届国际工业机器人研讨会上,来自15个国家的机器人组织成立了国际机器人联合会。
1992年,瑞士的Demaurex公司出售其第一台应用于包装领域的Delta robot是一个并联机械臂,由洛桑联邦理工学院(洛桑联邦理工大学)(Federal Institute of Technology of Lausanne,EPFL)的Reymond Clavel教授发明。
1996年,首台基于个人计算机的机器人控制系统诞生
1996年,KUKA开发出首台基于个人计算机的机器人控制系统。计算机技术的加入,让机器人能够完成更多精密且快速的计算。机器人整体向着多传感器、智能控制的方向发展。
1998年,瑞士Güdel公司开发出“roboLoop”系统,这是当时世界上唯一的弧形轨道龙门吊和传输系统。RoboLoop概念使一个或多个搬运机器人能够在一个封闭的系统内沿着弧形轨道循环操作,从而为工厂自动化创造了可能。
1999年,德国Reis机器人公司在机器人手臂内引入集成激光束指导系统。徕斯(Reis)机器人公司在机器人手臂内安装获得专利的集成激光束指导系统并开发出RV6L-CO2激光机器人原型。该技术取代了需要外部的光束引导装置,从而使机器人能够使用激光在高动态工况下没有碰撞地完成操作。
2003年,德国库卡公司(KUKA)开发出第一台娱乐机械臂Robocoaster。至今,KUKA仍提供娱乐用机械臂出售及租赁服务。
2006年,意大利柯马公司(Comau)推出了第一款无线示教器(Wireless Teach Pendant,WiTP)。WiTP是在工业机器人无线技术的第一大应用。柯马的无线示教器中的所有传统数据交互和机器人编程能由线缆连接到控制柜无限制地执行,同时保证绝对安全。