1.目的及意义

1.1机器人及其关节模组的发展背景

在我们的印象中，机器人（robot）这一词的出现，只是近代的事情，但这一思想却可以追溯到很遥远的古代；在古希腊和古代中国以及古代日本的历史文献中就已经有了自动作业机的记录，只是在现在看来这些机械不过是具有一定机巧的自动装置而已。[1]

现代机器人的出现是在20世纪50年代，1954年，美国人G.C.Devol提出一种名为“通用重复操作机器人”的方案并申请专利，最终在1961年得到授权。同样地，现代机器人的研究起源于20世纪中叶的美国，首先得到研究和开发的是工业机器人。在方案授权之前的1958年，美国著名的机器人专家Joseph F.Engelberger建立了Unimation公司，并运用G.C.Devol的方案于1959年研制了世界上的第一台工业机器人Unimate,如图1.1.1所示。[2]从上世纪六十年代末开始，搬运、喷漆、弧焊机器人等相继应用于生产制造中；在七十年代后期，Unimate公司研制出了PUMA型系列机器人，如图1.1.2所示，这是一种各关节由伺服电机驱动的多关节型两级CPU控制、使用专用的机器人语言（val）的机器人系列，部分机器人甚至配有机器人视觉和感力系统。工业机器人在六、七十年代蓬勃发展。

图1.1.1 Unimate工业机器人

图1.1.2 PUMA模块化机器人

随着机器人技术的发展和实际工作的需要，在1983年，同样是被誉为“机器人之父”的Joseph F.Engelberger创建了TRC公司，前瞻性地开始了服务机器人的研发。在上世纪末，丹麦的乐高公司推出了机器人套件，这让机器人的制造有点搭积木的感觉，推动了机器人走向个人世界的步伐，例如在本世纪出，就有多家机器人公司推出了家用机器人，它们可以完成很多基本的家务劳动；另外在近些年，老龄化时期的社会变化和单身家庭的增加，社交机器人的需求也有明显的上升，因此，有些机器人被赋予了学习情感体验并向用户展示表情的社交功能，达到促进用户与机器人的亲密关系。[3]众所周知，机器人的问世，本就是人们希望它可以协助和代替人类完成那些复杂或者在危险、恶劣环境下的工作，于是有了太空机器人，深水机器人，甚至是战争机器人。其实机器人并不只是我们印象中的那样大，机器人进如医学领域以及很长一段时间，现在机器人在许多医学病症的诊断和治疗中都发挥着重要作用。机器人技术在介入手术中正迅速变得有用，因为人类专家在对内部器官进行微创或无创手术时观点有限。但是，机器人可以被设计成可以移动到病人的目标器官上，并从给定的位置精确地照射选定的包含肿瘤的组织区域。[4]

我国对机器人的研究起步时间其实并不比国外晚很多，大概是在上世纪七十年代初期，但是由于种种原因，机器人技术的研究开发在我国十分缓慢。1987年“863”计划将机器人技术作为重要的攻关内容，于是在高等学校里机器人的教学课程和机器人技术的研究工作也陆续开展起来，从九十年代开始，情况逐渐好转。[5]例如，哈尔滨工业大学研制出了两足步行机器人，北京自动化研究所1993年研制出了喷涂机器人，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。