1、按坐标形式分类，机器人可分为、、球坐标型和四种基本类型。
2、作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是、和。
3、机器人主要技术参数一般有、、、重复定位精度、、承载能力及最大速度等。
4、自由度是指机器人所具有的的数目，不包括的开合自由度。
5、机器人分辨率分为和，统称为。
6、重复定位精度是关于的统计数据。
7、根据真空产生的原理真空式吸盘可分为、和等三种基本类型。
8、机器人运动轨迹的生成方式有、、和空间曲线运动。
10、自由度是指机器人所具有的的数目。
11、机器人的重复定位精度是指。
12、机器人的驱动方式主要有、和三种。
13、机器人上常用的可以测量转速的传感器有测速发电机和增量式码盘。
14、机器人控制系统按其控制方式可以分为控制方式、控制方式和控制方式。
15、按几何结构分划分机器人分为：串联机器人、并联机器人。
二、单项选择题(请在每小题的四个备选答案中，选出一个最佳答案。)
1、工作范围是指机器人或手腕中心所能到达的点的集合。A机械手B手臂末端C手臂D行走部分。
2、机器人的精度主要依存于、控制算法误差与分辨率系统误差。A传动误差B关节间隙C机械误差D连杆机构的挠性
3、滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用来标记。ARBWCB
4、RRR型手腕是自由度手腕。A1B2
C3
D4
DL
5、真空吸盘要求工件表面、干燥清洁，同时气密性好。A粗糙B凸凹不平C平缓突起D平整光滑
6、同步带传动属于传动，适合于在电动机和高速比减速器之间使用。A高惯性B低惯性C高速比D大转矩
7、机器人外部传感器不包括传感器。
A力或力矩B接近觉C触觉D位置
8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和工件。A固定B定位C释放D触摸。
9、机器人的精度主要依存于、控制算法误差与分辨率系统误差。A传动误差B关节间隙C机械误差D连杆机构的挠性
10、机器人的控制方式分为点位控制和。
A点对点控制B点到点控制C连续轨迹控制D任意位置控制
11、焊接机器人的焊接作业主要包括。
A点焊和弧焊B间断焊和连续焊C平焊和竖焊D气体保护焊和氩弧焊
12、作业路径通常用坐标系相对于工件坐标系的运动来描述。A手爪B固定C运动D工具
13、谐波传动的缺点是。
A扭转刚度低B传动侧隙小C惯量低D精度高
14、机器人三原则是由谁提出的。（D）
A森政弘B约瑟夫·英格伯格C托莫维奇D阿西莫夫
15、当代机器人大军中最主要的机器人为：（A）
A工业机器人B军用机器人C服务机器人D特种机器人
16、手部的位姿是由哪两部分变量构成的？（B）A位置与速度B姿态与位置C位置与运行状态D姿态与速度
17、用于检测物体接触面之间相对运动大小和方向的传感器是：CA接近觉传感器B接触觉传感器C滑动觉传感器D压觉传感器
19、下面哪个国家被称为“机器人王国”？CA中国B英国C日本D美国
三、是非题（对划“√”，错划“×”）
1、示教编程用于示教－再现型机器人中。（）
2、机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。
3、关节型机器人主要由立柱、前臂和后臂组成。
4、到目前为止，机器人已发展到第四代。
（）（）（）
5、磁力吸盘能够吸住所有金属材料制成的工件。
8、由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。Y
9、激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。Y（）
10、机械手亦可称之为机器人。Y（）
四、简答题
1、机器人手腕有几种？试述每种手腕结构。答：机器人的手臂按结构形式分可分为单臂式，双臂式及悬挂式按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动的。如手臂的伸缩，升降及横向移动，有回转运动的如手臂的左右回转上下摆动有复合运动如直线运动和回转运动的组合。2直线运动的组合2回转运动的组合。手臂回转运动机构，实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片是回转缸，齿轮转动机构，链轮传动和连杆机构手臂俯仰运动机构，一般采用活塞油（气）缸与连杆机构联用来实现手臂复合运动机构，多数用于动作程度固定不变的专用机器人。
2、工业机器人控制方式有几种？工业机器人的控制方式多种多样，根据作业任务的不同，主要分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。答：1）点位控制方式（PTP）
这种控制方式的特点是连续的控制工业机器人末端执行器在作业空间的位姿，要求其严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动，而且速度可控，轨迹光滑，运动平稳，以完成工作任务。3）力（力矩）控制方式
在完成装配、抓放物体等工作时，除要准确定位外，还要求使用适度的力或力矩进行工作，这时就要利用力（力矩）伺服方式。这种方式的控制原理与位置伺服控制原理基本相同，只不过输入量和反馈量不是位置信号，而是力（力矩）信号，因此系统中必须有力（力矩）传感器。有时也利用接近、滑动等传感功能进行自适应式控制。4）智能控制方式
机器人的智能控制时通过传感器获得周围环境的知识，并根据自身内部的知识库做出相应的决策。采用智能控制技术，使机器人具有了较强的适应性及自学习功能。智能控制技术的发展有赖于近年来人工神经网络、基因算法、遗传算法、专家系统等人工智能的迅速发展。
4、机器人参数坐标系有哪些？各参数坐标系有何作用？答:工业机器人的坐标形式有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。1）直角坐标/笛卡儿坐标/台架型（3P）
这种机器人由三个线性关节组成，这三个关节用来确定末端操作器的位置，通常还带有附加道德旋转关节，用来确定末端操作器的姿态。这种机器人在X、Y、Z轴上的运动是独立的，运动方程可独立处理，且方程是线性的，因此，很容易通过计算机实现；它可以两端支撑，对于给定的结构长度，刚性最大：它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化，容易达到高精度。但是，它的操作范围小，手臂收缩的同时又向相反的方向伸出，即妨碍工作，且占地面积大，运动速度低，密封性不好。
2）圆柱坐标型（R3P）
圆柱坐标机器人由两个滑动关节和一个旋转关节来确定部件的位置，再附加一个旋转关节来确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转一个角，工作范围可以扩大，且计算简单；直线部分可采用液压驱动，可输出较大的动力；能够伸入型腔式机器内部。但是，它的手臂可以到达的空间受到限制，不能到达近立柱或近地面的空间；直线驱动器部分难以密封、防尘；后臂工作时，手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。3）球坐标型（2RP）
5、人手爪有哪些种类，各有什么特点？答：（1）机械手爪：依靠传动机构来抓持工件；
（2）磁力吸盘：通过磁场吸力抓持铁磁类工件，要求工件表面清洁、平整、干燥，以保证可靠地吸附，不适宜高温条件；
（3）真空式吸盘：利用真空原理来抓持工件，要求工件表面平整光滑、干燥清洁，同时气密性要好。
6、编码器有哪两种基本形式？各自特点是什么？两种基本形式：增量式、绝对式
增量式：用来测量角位置和直线位置的变化，但不能直接记录或指示位置的实际值。在所有利用增量式编码器进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始运行时进行复位。
绝对式：每个位置都对应着透光与不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。
7、工业机器人常用的驱动器有那些类型，并简要说明其特点。
（1）电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和位置精度都很高，但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。
（2）液压驱动器的优点是功率大，可省去减速装置而直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。但需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温及有洁净要求的场合。故液压驱动器目前多用于特大功率的操作机器人系统或机器人化工程机械。
（3）气动驱动器的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但也需要增设气压源，且与液压驱动器相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高、但有洁净、防爆等要求的点位控制机器人。
8、常用的工业机器人的传动系统有那些？
齿轮传动，蜗杆传动，滚珠丝杆出传动，同步齿形带传动，链传动和行星齿轮传动
9、在机器人系统中为什么往往需要一个传动（减速）系统？
因为现在的电机一般速度较高，力矩较小，需要通过传动系统降低转速、提高力矩。
10、机器人上常用的距离与接近觉传感器有哪些？。超声波，激光、红外，霍尔传感器
11、按机器人的用途分类，可以将机器人分为哪几大类？试简述之。1)工业机器人或产业机器人应用于工农业生产中，主要用在制造业，进行焊接、喷漆、装配、搬运、检验、农产品的加工等产业。
2)探索机器人用于进行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探索。3)服务机器人一种半自主或全自主的机器人，其所从事的服务工作可使人类生存的更好，使制造业以外的设备工作的更好。
4)军用机器人用于军事目的，或进攻性的，或防御性的。
12、什么是示教再现式机器人？
答：先由人驱动操作机，再以示教动作作业，将示教作业程序、位置及其他信息存储起来，然后让机器人重现这些动作。
13、编码器有哪两种基本形式？各自特点是什么？两种基本形式：增量式、绝对式
五、按照下图中给定的运动轨迹，编写一段符合要求的运动控制指令。
六、请解读下列程序，并写出解释。
1、主程序PROCmain()rInitAll;WHILETRUEDO
IFdi1=1THENrMoveRoutine;rHome;ENDIFWaitTime0.3;ENDWHILEENDPROC
2、PROCrModPos()!示教目标点程序
MoveLpPick,v10,fine,tGripperWObj:=WobjCNV;MoveLpPlaceBase,v10,fine,tGripperWObj:=WobjBuffer;MoveLpHome,v10,fine,tGripper;ENDPROCENDMODULE
3、理解下面指令并画出机器人的运动轨迹图。PROCRoutine1（）MoveLp10,v1000,fine,tool1WOBj:=wobj1;MoveCp30,p40,v1000,z1,tool1WOBj:=wobj1;ENDPROC
5、机器人手爪有哪些种类，各有什么特点？答：（1）机械手爪：依靠传动机构来抓持工件；
14、根据机器人作业水平的高低，机器人语言通常分为哪几类？
答：机器人编程语言可分为：(1)动作级：以机器人末端执行器的动作为中心来描述各种操作，要在
程序中说明每个动作。(2)对象级：允许较粗略地描述操作对象的动作、操作对象之间的关系等，特别适用于组装作业。(3)任务级：只要直接指定操作内容就可以了，为此，机器人必须一边思考一边工作。
15、工业机器人主要有哪些编程方式？试简述之。
16、机器人机械夹持式手按手爪的运动方式分为哪两种？各有何典型机构？答：按手爪的运动方式分为回转型和平移型。平移型可分两类：它分为直线式和圆弧式两种。典型机构：a齿轮齿条式b螺母丝杠式c凸轮式d平行连杆式.回转型典型:a楔块杠杆式b滑槽杠杆式c连杆杠杆式d齿轮齿条式e自重杠杆式
17、机器人吸附式手分为哪两种？各有何特点？
答：根据吸附力的产生方法不同，将其分为：气吸式,磁吸式（1）气吸式:气吸式手是利用吸盘内的压力与外界大气压之间形成的压力差来工作的，根据压力差形成的原理不同，可分为：a挤压排气式b气流负压式c真空抽气式(2)磁吸式:磁吸式手是利用磁场产生的磁吸力来抓取工件的，因此只能对铁磁性工件起作用（钢、铁等材料在温度超过723℃时就会失去磁性），另外，对不允许有剩磁的工件要禁止使用，所以磁吸式手的使用有一定的局限性。根据磁场产生的方法不同，磁吸式手可分为：a永磁式b励磁式
18、机器人电动驱动器有哪几种？
答：电动驱动器是利用电能来实现旋转运动的驱动器，常见主要有：步进电机（steppingmotor)、直流（DC）伺服电机、交流（AC）伺服电机、直接驱动电机
19、机器人轨迹控制的两种方式是什么？答：如果要求机器人沿着一定的目标轨迹运动则是轨迹控制。对于工业生产线上的机械臂，轨迹控制常用示教再现方式。示教再现分两种：点位控制（ＰＴＰ），用于点焊、更换刀具等情况；连续路径控制（ＣＰ），用于弧焊、喷漆等作业。如果机器人本身能够主动地决定运动，那么可经常使用路径规划加在线路径跟踪方式进行控制。
1、按坐标形式分类，机器人可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型
和关节坐标型四种基本类型。
2、作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是控制系统、传感系统和机械系统。
3、机器人主要技术参数一般有自由度、定位精度、工作范围、重复定位精度、分辨率、承载能力及最大速度等。
4、自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的的数目，不包括末端操作器的开合自由度。
5、机器人分辨率分为编程分辨率和控制分辨率，统称为系统分辨率。
6、重复定位精度是关于精度的统计数据。
7、根据真空产生的原理真空式吸盘可分为真空吸盘、气流负压吸盘和
挤气负压吸盘等三种基本类型。
8、机器人运动轨迹的生成方式有示教再现运动、关节空间运动、空间直线运动和空间曲线运动。
10、自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。
11、机器人的重复定位精度是指在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令下，机器人连续重复运动若干次时，其位置分散情况。
12、机器人的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种。
14、机器人控制系统按其控制方式可以分为力控制方式、轨迹控制方式和示教控制方式。
1、工作范围是指机器人B或手腕中心所能到达的点的集合。A机械手B手臂末端C手臂D行走部分。
2、机器人的精度主要依存于C、控制算法误差与分辨率系统误差。A传动误差B关节间隙C机械误差D连杆机构的挠性
3、滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用A来标记。ARBWCB
4、RRR型手腕是C自由度手腕。A1B2
5、真空吸盘要求工件表面D、干燥清洁，同时气密性好。A粗糙B凸凹不平C平缓突起D平整光滑
6、同步带传动属于B传动，适合于在电动机和高速比减速器之间使用。A高惯性B低惯性C高速比D大转矩
7、机器人外部传感器不包括D传感器。
8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和C工件。A固定B定位C释放D触摸。
9、机器人的精度主要依存于C、控制算法误差与分辨率系统误差。A传动误差B关节间隙C机械误差D连杆机构的挠性
10、机器人的控制方式分为点位控制和C。
11、焊接机器人的焊接作业主要包括A。
12、作业路径通常用D坐标系相对于工件坐标系的运动来描述。A手爪B固定C运动D工具
13、谐波传动的缺点是A。A扭转刚度低B传动侧隙小C惯量低D精度高
16、手部的位姿是由哪两部分变量构成的？（B）
A位置与速度B姿态与位置C位置与运行状态D姿态与速度
1、示教编程用于示教－再现型机器人中。（√）
2、机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。（√）
（×）（×）（×）
8、由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。Y（√）
9、激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。Y（√）
10、机械手亦可称之为机器人。Y（√）
增量式：用来测量角位置和直线位置的变化，但不能直接记录或指示位置的实际值。在所有利用增量式编码器进行位置跟踪的系统中，都必须在系统开始运行时进行复位。绝对式：每个位置都对应着透光与不透光弧段的惟一确定组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，在任意时刻都可以确定码盘的精确位置。
3、理解下面指令并画出机器人的运动轨迹图。PROCRoutine1（）
MoveLp10,v1000,fine,tool1WOBj:=wobj1;MoveCp30,p40,v1000,z1,tool1WOBj:=wobj1;ENDPROC
工业机器人
xx
XX大学XX学院XX班XX省XX市邮编
摘要：工业机器人在现代制造技术中起着举足轻重的作用。机器人的应用越来越广泛，需求越来越大，其技术研究与发展越来越深入。这将提高社会生产率与产品质量，为社会创造巨大的财富。
关键词：构成；分类；发展现状；发展方向；
一、引言
工业机器人被誉为工业自动化三大支柱（工业机器人、数控机床和可编程控制器）之一。它诞生于20世纪60年代,在20世纪90年代得到迅速发展,是最先产业化的机器人技术。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。它的出现是为了适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人工作业。
二、工业机器人构成及其分类
2.1工业机器人构成
工业机器人由机械本体部分、传动执行部分、传感检查部分、信息处理部分和对外接口部分构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。2.2工业机器人分类2.2.1按自动化功能层次分类
(1)专用机器人。以固定程序在固定地点工作的机器人，结构简单，造价低，适用于在大量生产系统中工作。
(2)通用机器人。具有独立的控制系统，动作灵活多样，通过改变控制程序能完成多种作业的机器人。它的工作范围大，定位精度高，通用性能强，但结构复杂，适用于柔性制造系统。
(3)示教再现机器人。这是具有记忆功能、能完成复杂动作的机器人，它在由人示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现示教作业。
(4)智能机器人。具有各种感觉功能和识别功能，能做出决策自动进行反馈纠正的机器人。它采用计算机控制，依赖于识别、学习、推理和适应环境等智能，决定其行动或作业。2.2.2按控制方式分类
(1)固定程序控制机器人。采用固定程序的继电器控制器或固定逻辑控制器组成控制系统，按预先设定的顺序、条件和位置，逐次执行各阶段动作，但不能用编程的方法改变己设定的信息。
(2)可编程控制机器人。可利用编程方法改变机器人的动作顺序和位置。控制系统具有程序选择环节来调用存储系统中相应的程序。它适用于比较复杂的工作场合，并能随着工作对象的不同需要在较大范围内调整机器人的动作。可以实现点位控制和连续轨迹控制。此外还有传感器控制、非自适应控制、自适应控制、智能控制等类型的机器人。
三、工业机器人技术发展现状
在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人已占有一定比重（占日本1998年安装台数的10%，销售额的36%）
（1）机械结构：1)已关节型为主流，80年代发明的使用于装配作业的平面关节机器人约占总量的1/3。90年代初开发的适应于窄小空间、快节奏、360度全工作空间范围的垂直关节机器人大量用于焊接和上、下料。2）应3K和汽车、建筑、桥梁等行业需求，超大型机器人应运而生。如焊接树10米长、10吨以上大构件的弧焊机器人群，采取蚂蚁啃骨头的协作机构。3）CAD、CAE等技术已普遍用于设计，仿真和制造中。
（2）控制技术：1)大多数采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大量采用。2)协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制，正逐步实现多智能体的协调控制。3)采用基于PC的开放结构的控制系统已成为一股潮流，其成本低、具有标准现场网络功能。
（3）驱动技术：1)80年代发展起来的AC侍服驱动已成为主流驱动技术用于工业机器人中。DD驱动技术则广泛地用于装配机器人中。2)新一代的侍服电机与基于微处理器的智能侍服控制器相结合已由FANUC等公司开发并用于工业机器人中，在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。
（4）应用智能化的传感器：装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种传感器，有些机器人留了多种传感器接口。
（5）通用机器人编程语言：在ABB公司的20多个小型号产品中，采用了通用模化块语言RAPID。最近美国“机器人工作空间技术公司”开发了RobotScriptV.10通用语言，运行于该公司的通用机器人控制器URC的WinNT/95环境。该语言易学医用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS软件产品兼容。
（6）网络通用方式：大部分机器人采用了Ether网络通讯方式，占总量的41.3，其它采用RS-232、RA-
422、RS-485等通讯接口。
（7）高速、高精度、多功能化：目前，最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s。位置重复精度为正负0.01mm。但有一种速度竞达到80m/s；而另一种并连机构的NC机器人，其位置重复精度大1微秒。
（8）集成化与系统化：当今工业机器人技术的另一特点是应用从单机、单元向系统发展。百台以上的机器人群与微机及周边智能设备和操作人员形成一个大群体（多智能体）。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品连接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。
四、工业机器人技术的学科前沿及发展方向
目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下几个方面：
1．操作机
在智能机器人操作机研究方面，人们重点集中在各种具有柔性感、灵巧性的手爪和手臂上。
研究前沿有：手臂结构，关键是其轻质化，研究新型高刚度、抗震结构和材料;机器人手、腕及其连接机构，实现快速、准确、灵活性、柔顺性以及结构的紧凑性；冗余自由度柔性操作机，为适应狭小环境中的灵活操作，需要像人手那样地灵巧、需达到27个自由度且结构可变的柔性操作机。
2．动力源和驱动
3．移动技术
新型移动机构：开发用于凹凸不平路面、楼梯、高山、弯管、海面、水下、高空等环境中的移动机构；
用于行走的传感技术，高级的三维视觉、触觉和接近觉等；
4．微机器人
微机器人可能引起机器人结构的变革。微机器人是一个智能机器人系统，最终目标是将移动、传感、控制、能源集于一身，具有广泛应用前景。执行元件和认识机构的微型化：从感觉传感器回路的微型化向微小的位置姿态控制方向发展：从微型电池向化学能源和外部能源场的方向发展：各种材料的微型部件的加工装配向缩小法和自动生成方向发展；微小生物运动机、生物执行器、生物能源机构规律的探索和人工化。
5.仿生机构
6．机构与控制的一体化设计
7．智能控制与人工智能及示教技术
智能控制方面发展动向主要是多级分布式计算机控制、基于神经网络的控制，以及实现通用模块、智能机器人核心程序模块、机器人操作系统的通用化等。
人工智能在机器人技术方面应用主要有：规划和知识表述；机器人数据库；自治功能(自治控制、自学习、高安全可靠性)；智能通信(人机通信、机器人间通信等)。
五、结束语
工业机器人的诞生和机器人学的建立，无疑是20世纪人类科学技术的重大成就。在现代制造技术快速发展的今天，我国还必须在研究和开发上跟踪机器人技术的发展趋势。工业机器人产业和技术的发展必将大大加速我国制造业的崛起。
参考文献：
[1]吴瑞详．机器人技术与应用．北京：北京航空航天大学出版社，1994[2]徐元宣．工业机器人．北京：中国轻工业出版社，1999[3]王田苗．走向产业化的先进机器人技术．中国制造业信息化，2022(10):24～25[4]JohnMichuloski．CoordinatedJointMotionControlforanIndustrialRobot．NationalBureauofStandardsGaithersburg,MD
引言
机器人的诞生和机器人学的建立及发展，是20世纪自动控制领域最具说服力的成就，是20世纪人类科学技术进步的重大成果。现在全世界已经有100万台机器人，销售额每年增加20%及以上。机器人技术和工业得到了前所未有的发展。机器人技术是现代科学与技术交叉和综合的体现，先进机器人的发展代表着国家综合科技实力和水平，因此目前许多国家都已经把机器人技术列入本国21世纪高科技发展计划随着机器人应用领域的不断扩大，机器人已从传统的制造业进入人类的工作和生活领域，另外，随着需求范围的扩大，机器人结构和形态的发展呈现多样化。高端系统具有明显的仿生和智能特征，其性能不断提高，功能不断扩展和完善；各种机器人系统便逐步向具有更高智能和更密切与人类社会融洽的方向发展。
一、早期机器人的发展
机器人的起源要追溯到3000多年前。“机器人”是存在于多种语言和文字的新造词，它体现了人类长期以来的一种愿望，即创造出一种像人一样的机器或人造人，以便能够代替人去进行各种工作。
直到四十多年前，“机器人”才作为专业术语加以引用，然而机器人的概念在人类的想象中却已存在三千多年了。早在我国西周时代（公元前1066年~前771年），就流传着有关巧匠偃师献给周穆王一个艺妓（歌舞机器人）的故事。
春秋时代（公元前770~前467）后期，被称为木匠祖师爷的鲁班，利用竹子和木料制造出一个木鸟，它能在空中飞行，“三日不下”，这件事在古书《墨经》中有所记载，这可称得上世界第一个空中机器人。
东汉时期（公元25~220），我国大科学家张衡，不仅发明了震惊世界的“候风地动仪”，还发明了测量路程用的“计里鼓车”，车上装有木人、鼓和钟，每走1里，击鼓1次，每走10里击钟一次，奇妙无比。
三国时期的蜀汉（公元221~263），丞相诸葛亮既是一位军事家，又是一位发明家。他成功地创造出“木牛流马”，可以运送军用物资，可成为最早的陆地军用机器人。
在国外，也有一些国家较早进行机器人的研制。公元前3世纪，古希腊发明家戴达罗斯用青铜为克里特岛国王迈诺斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯。
在公元前2世纪出现的书籍中，描写过一个具有类似机器人角色的机械化剧院，这些角色能够在宫廷仪式上进行舞蹈和列队表演。
公元前2世纪，古希腊人发明了一个机器人，它是用水、空气和蒸汽压力作为动力，能够动作，会自己开门，可以借助蒸汽唱歌。
1662年，日本人竹田近江，利用中标技术发明了能进行表演的自动机器玩偶；到了18世纪，日本人若井源大卫门和源信，对该玩偶进行了改进，制造出了端茶玩偶，该玩偶双手端着茶盘，当讲茶杯放到茶盘上后，它就会走向客人将茶送上，客人取茶杯时，它会自动停止走动，带客人喝完茶姜茶被放回茶盘之后，他就会转回原来的地方，煞是可爱。
法国的天才冀师杰克·戴·瓦克逊，于1738年发明了一直机器鸭，他会游泳。喝水、吃东西和排泄，还会嘎嘎叫。
瑞士钟表名匠德罗斯父子三人于公元1768~1774年间，设计制造出三个像真人一样大小的机器人——写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人。它们是由凸轮控制和弹簧驱动的自动机器，至今还作为国宝保存在瑞士纳切特尔市艺术和历史博物馆内。同时，还有德国梅林制造的巨型泥塑偶人“巨龙哥雷姆”，日本物理学家细川半藏设计的各种自动机械图形，法国杰夸特设计的机械式可编程织造机等。1770年，美国科学家发明了一种报时鸟，一到整点，这种鸟的翅膀、头和喙便开始运动，同时发出叫声，他的主弹簧驱动齿轮转动，是活塞压缩空气而发出叫声，同时齿轮转动时带动凸轮转动，从而驱动翅膀、头运动。1893年，加拿大摩尔设计的能行走的机器人“安德罗丁”，是以蒸汽为动力的。这些机器人工艺珍品，标志着人类在机器人从梦想到现实这一漫长道路上，前进了一大步。
二、近代机器人的发展
1920年，原捷克斯洛伐克剧作家卡雷尔·凯培克在他的科幻情节剧《罗萨姆的万能机器人》中，第一次提出了“机器人”（Robot）这个名词，被当成了机器人一词的起源。在捷克语中，Robot这个词是指一个赋役的努力。
20世纪初期，机器人已躁动于人类社会和经济的母胎之中，人们含有几分不安地期待着它的诞生。他们不知道即将问世的机器人将是个宠儿，还是个怪物。针对人类社会对即将问世的机器人的不安，美国著名科学幻想小说家阿西莫夫于1950年在他的小说《我是机器人》中，首先使用了机器人学（Robotics）这个词来描述与机器人有关的科学，并提出了有名的“机器人三守则”：
（1）机器人必须不危害人类，也不允许他眼看人将受害而袖手旁观；（2）机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类；
（3）机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它做出牺牲。
这三条守则，给机器人社会赋以新的伦理性，并使机器人概念通俗化更易于为人类社会所接受。至今，它仍为机器人研究人员、设计制造厂家和用户，提供了十分有意义的指导方针。
wps_clip_image-16453图一第一代机器人
通常可将机器人分为三代。第一代是可编程机器人（如图一）。这类机器人一般可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作。这一带机器人从20世纪60年代后半期开始投入使用，目前他在工业界得到了广泛应用。第二代是感知机器人（如图二），即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。这类机器人在工业界已有应用。第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，因此能在非特定的环境下作业，故称之为智能机器人（如图三）。目前，这类机器人处于试验阶段，将向实用化方向发展。wps_clip_image-30784图二第二代机器人
今日工业机器人的最早研究可追溯到第二次大战后不久。在40年代后期，橡树岭和阿尔贡国家实验室就已开始实施计划，研制遥控式机械手，用于搬运放射性材料。这些系统是“主从”型的，用语准确地“模仿”操作员手和臂的动作。主机械手由使用者进行导引做一连串动作，而从机械手尽可能准确地模仿主机械手的动作，后来用机械耦合主从机械手的动作加入力的反馈，使操作员能够感觉到从机械手及其环境之间产生的力。50年代中期，机械手中的机械耦合被液压装置所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人和通用制造厂的“怪物”I型机器人。1954年G.C.Devol提出了“通用重复操作机器人”的方案，并在1961年获得了专利。同一时期诞生了利用肌肉生物电流控制的上臂假肢。wps_clip_image-1709图三第三代机器人
1958年，被誉为“工业机器人之父”的JosephF.EngelBerger创建了世界上第一个机器人公司——Unimation（UniveralAutomation）公司，并参与设计了第一台Unimate机器人（如图四）。这是一台用于压铸的五轴液压驱动机器人，手臂的控制由一台计算机完成。它采用了分离式固体数控元件，并装有存储信息的磁鼓，能够记忆完成180个工作步骤。与此同时，另一家美国公司——AMF公司也开始研制工业机器人，即Versatran（VersatileTransfer）机器人。它主要用于机器之间的物料运输、采用液压驱动。该机器人的手臂可以绕底座回转，沿垂直方向升降，也可以沿半径方向伸缩。一般认为Unimate和Versatran机器人是世界上最早的工业机器人。wps_clip_image-29756图四Unimate机器人
1959年，美国ConsolidatedControls公司研制出第一代工业机器人原型。1960年美国机床铸造公司（AMF）生产出圆柱坐标的VERSATRAN型机器人，可做点位和轨迹控制，同年第一批电焊机器人用于工业生产。随后，美国Unimation公司研制出球坐标的UNIMATE型机器人，它采用电液伺候驱动，磁鼓存储，可完成近200种示教在线动作。
可以说，60年代和70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。主要成就如表一。表一机器人技术发展编年表机器人表
虽然，编程机器人是一种新颖而有效的制造工具，但到了60年代，利用传感器反馈大大增强机器人柔性的趋势就已经很明显了。60年代早期，H.A.厄恩斯特于1962年介绍了带有触觉传感器的计算机控制机械手的研制情况。这种称为MH-1的装置能“感觉”到块状材料，用此信息控制机械手，把块状材料堆起来，无需操作员帮助。这种工作是机器人在合理的非结构性环境中具有自适应特性的一例。机械手系统是六自由度ANLModel-8型操作机，由一台TX-O计算机通过接口装置进行控制。此研究项目后来成为MAC计划的一部分，在机械手上又增加了电视摄像机，开始进行机器感觉研究。与此同时，汤姆威克和博奈也于1962年研制出一种装有压力传感器的手爪样机，可检测物体，并向电机输入反馈信号，启动一种或两种抓取方式。一旦手爪接触到物体，与物体大小和质量成比例的信息就通过这些压力敏感元件传输到计算机1963年，美国机械铸造公司推出了VERSATRAN机器人商品，同年初，还研制了多种操作机手臂，如Roehampton型和Edinburgh型手臂。
这时，其他国家（特别是日本）也开始认识到工业机器人的潜力。早在1968年，日本川崎重工业公司与Unimation公司谈判，购买了其机器人专利。1969年，机器人出现了不寻常的新发展，通用电气公司为诶过陆军研制了一种试验性步行车。同年，研制出了“波士顿”机械手，次年又研制出了“斯坦福”机械手。后者装有摄像机和计算机控制器。把这些机械手用作机器人的操作机，是一些重大的机器人研究工作开始了。对“斯坦福”机械手所做的一项实验是根据各种策略自动地堆放状材料。在当时对于自动机器人来说，这是一项非常复杂的工作。1974年CincinnatiMilacron公司推出了第一台计算机控制的工业机器人，定名为“TheTomorrowTool”。它能举起重达45.36kg的物体，并能跟踪装配线上的各种移动物体。
在此期间，智能机器人的研究也有进展，1961年美国麻省理工学院研制出有触觉的MH-1型机器人，在计算机控制下用来处理放射性材料。1968年美国斯坦福大学研制出名为SHAKEY的智能移动机器人。从60年代后期起，喷漆、弧焊机器人相继在工业生产中应用，由加工中心和工业机器人组成的柔性加工单元标志着单件小批生产方式的一个新的高度。几个工业化国家竞相开展了具有视觉、触觉、多手、多足，能超越障碍、钻洞、爬墙、水下移动的各种智能机器人的研究工作，并开始在海洋开发、空间探索和核工业中试用。整个60年代，机器人技术虽然取得了如上列举的许多进展，建立了产业并生产了多种机器人商品，但是在这一阶段多数工业部门对应用机器人还持观望态度，机器人在工业应用方面的进展并不快。
在70年代，大量的研究工作把重点放在使用外部传感器来改善机械手的操作。1973年博尔斯和保罗在斯坦福使用视觉和力反馈，表演了与PDP-10计算机相连由计算机控制的“斯坦福”机械手，用于装配自动水泵。几乎同时，IBM公司的威尔和格罗斯曼在1975年研制了一个带有触觉和力觉传感器的计算机控制的机械手，用于完成20个零件的打字机机械装配工作。1974年，麻省理工学院人工智能实验室的井上对力反馈的人工智能作了研究。在精密装配作业中，用一种着陆导航搜索技术进行初始定位。内文斯等人于1974年在德雷珀实验室研究了基于依从性的传感技术。这项研究发展为一种被动柔顺（称为间接中心柔顺，RCC）装置，它与机械手最后一个关节的安装板相连，用于紧配合装配。同年，贝杰茨在喷气推进实验室为空间开发计划用的扩展性“斯坦福”机械手提供了一种基于计算机的力矩控制技术。从那以后相继提出了多种不同的用于机械手伺候的控制方法。
1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，他是全电动驱动、关节式结构、多CPU二级微机控制、采用VAL专用语言，可配置视觉、触觉的力觉感受器的，技术较为先进的机器人。同年日本山梨大学的牧野洋研制成具有平面关节的SCARA型机器人。整个70年代，出现了更多的机器人商品，并在工业生产中逐步推广应用。随着计算机科学技术、控制技术和人工智能的发展，机器人的研究开发，无论就水平和规模而言都得到迅速发展。据国外统计，到1980年全世界约有2万余台机器人在工业中应用。
进入80年代后，机器人生产继续保持70年代后期的发展势头。到80年代中期机器人制造业成为发展最快和最好的经济部门之一。机器人在工业中开始普及应用，工业化国家的机器人产值近几年以年均20%~40%的增长率上升。1984年全世界机器人使用总台数是1980年的四倍，到1985年底，这一数字已达到14万台，1990年达到30万台左右，其中高性能的机器人所占比例将不断增加，特别是各种装配机器人的产量增长较快，和机器人配套使用的机器视觉技术和装置正在迅速发展。1985年前后，FANUC和GMF公司又先后推出交流伺候驱动的工业机器人产品。
到80年代后期，由于传统机器人用户应用工业机器人已经饱和，从而造成工业机器人产品的积压，不少机器人厂家倒闭或被兼并，是国际机器人学研究和机器人产业出现不景气。到90年代初，机器人产业出现复苏和继续发展迹象。但是，好景不长，1993~1994年又跌入低谷。1995年后，世界机器人数量逐年增加，增长率也较高，1998年丹麦乐高公司推出了机器人套件，让机器人的制造变得像搭积木一样相对简单又能任意拼装，从而使机器人开始走入个人世界。机器人学以较好的发展势头进入21世纪。2022年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba（如图五），他能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座，这是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。近年来，全球机器人行业发展迅速，2022年全球机器人行业总销售量比2022年增长10%。人性化、重型化、智能化已经成为未来机器人产业的主要发展趋势。现在全世界服役的工业机器人总数在100万台以上。此外，还有数百万服务机器人在运行。wps_clip_image-27967图五Roomba
阿富汗战争中，美国军方领导人决定向阿富汗派遣一种名为“大狗”的新型机器人，作为增兵计划的一部分。与以往各种机器人不同的是，“大狗”并不依靠轮子行进，而是通过其身下的四条“铁腿”。美媒体报道称，美军正在将阿富汗作为测试这种具有高机动能力的机器人的试验场。机器人发展史在过去30~40年间，机器人学和机器人技术获得引人注目的发展，具体体现在：①机器人产业在全世界迅速发展；②机器人的应用范围遍及工业、科技和国防的各个领域；③形成了新的学科——机器人学；④机器人向智能化方向发展；⑤服务机器人成为机器人的新秀而迅猛发展。
我国是从20世纪80年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划，1987年，我国的“863”高技术计划将机器人方面的研究开发列入其中。目前我国从事机器人研究和应用开发的主要是高校及有关科研院所等。最初我国在机器人技术方面研究的主要目的是跟踪国际先进的机器人技术。随后，我国在机器人技术及应用方面取得了很大的成就，主要研究成果有：哈尔滨工业大学研制的两足步行机器人，北京自动化研究所1993年研制的喷涂机器人，1995年完成的高压水切割机器人，沈阳自动化研究所研制完成的有缆深潜300m机器人、无缆深潜机器人、遥控移动作业机器人。
我国在仿人形机器人方面，也取得很大的进展。例如，中国国防科学技术大学经过10年的努力，于2000年成功地研制出我国第一个仿人形机器人——“先行者”，其身高140厘米，重20公斤。它有与人类似的躯体、头部、眼睛、双臂和双足，可以步行，也有一定的语言功能。它每秒走一步到两步，但步行质量较高：既可在平地上稳步向前，还可自如地转弯、上坡；既可以在已知的环境中步行，还可以在小偏差、不确定的环境中行走。
三、未来机器人的展望
展望未来，对机器人的需求是多面的。在制造工业由于多数工业产品的商品寿命逐渐缩短，品种需求加多，这就促使产品的生产就要从传统的单一品种成批大量生产逐步向多品种小批量柔性生产过渡。有各种加工装备、机器人、物料传送装置和自动化仓库组成的柔性制造系统，以及由计算机统一调度的更大规模的集成制造系统将逐步成为制造工业的主要生产手段之一。
现在工业上运行的90%以上的机器人，都不具有智能。随着工业机器人数量的快速增长和工业生产的发展，对机器人的工作能力也提出了更高的要求，特别是需要各种具有不同程度智能的机器人和特种机器人。这些智能机器人，有的能够模拟人类用两条腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移动；有的具有视觉和触觉功能，能够进行独立操作、自动装配和产品检验；有的具有自主控制和决策能力。这些智能机器人，不仅应用各种反馈传感器，而且还运用人工智能中各种学习、推理和决策技术。智能机器人还应用许多最新的智能技术，如临场感技术、虚拟现实技术、多真体技术、人工神经网络技术、遗传算法和遗传编程、放声技术、多传感器集成和融合技术以及纳米技术等。可以说，智能机器人将是未来机器人技术发展的方向。