1导言
美国机器人工业协会对机器人的定义是:“机器人是具有编程能力的多功能机械手，用于移动各种材料、零件、工具或特殊装置，并通过可编程的动作执行各种任务。”
日本工业机器人协会对机器人的定义是:“机器人是具有记忆装置和末端执行器，通过自动动作代替人类劳动的通用机器。”
国际标准化对机器人的定义是:“机器人是通过编程和自动控制，能够执行工作或运动等任务的机器。”
中国对机器人的定义是:“机器人是自动化的机器，但区别在于它具有一些类似于人类或生物的智能能力，如感知、规划、动作、协调等，是一种高度灵活的自动化机器”。
早在中国西周时期(公元前1066 ~ 771年)，就有能工巧匠颜氏献给周穆王的艺妓(会唱歌跳舞的机器人)的故事，《列子·唐雯》就是明证。还有一个典故:颜氏造人，难令人心如刀绞。也就是说，再好的本事，人心也是很难建立的。
春秋末期(公元前770年-公元前467年)，有木匠祖师之称的鲁班用竹子和木头做了一只木鸟。它能在空中飞行，“三天不倒”，这在古书《莫箐》中有记载，堪称世界上第一个空中机器人。
蜀汉王朝(公元221-263年)时，宰相诸葛亮既是军事家，又是发明家。他成功创造了“木牛流马”，可以运输军用物资，成为最早的陆地军用机器人。
1495年，达芬奇在手稿中画出了西方文明世界的第一个人形机器人。它使用齿轮作为驱动装置，使机器人的手臂可以摆动，通过两个机械杆的齿轮坐着或站着，然后与胸部的一个圆盘齿轮啮合。更重要的是，它通过传动杆与头部相连，头部可以旋转甚至开合下颌。一旦配备了自动鼓装置，机器人甚至可以发出声音。后来，一群意大利工程师根据达芬奇留下的草图苦苦琢磨，用了15年时间造出了一个名为“机器战士”的机器人。
1737年:法国发明家雅克·沃肯松(Jacques Vaucanson)制作了一只发条鸭，它会拍动翅膀，嘎嘎叫，还能进食和消化食物。
1769年，匈牙利作家和发明家冯建造了一个土耳其机器人，它由一个枫木盒子和一个从盒子背面伸出的人形木偶组成。木偶穿着宽大的外套，戴着穆斯林头巾。
从1768年到1774年，三个著名的瑞士钟表匠，糟粕和他的儿子，设计并制造了三个真人大小的机器人——一个写字娃娃，一个画画娃娃和一个风琴娃娃。它们是由凸轮控制、弹簧驱动的自动机器，至今仍作为国宝保存在瑞士切特尔的艺术历史博物馆。
1801年，法国丝织工人和发明家约瑟夫·贾卡发明了一种可以用穿孔卡片控制的自动织布机。十年内，这种织布机大量生产，成千上万的织布机在欧洲各地投入使用。
1921年，捷克剧作家卡西亚在一部名为《》的戏剧中创造了“机器人”一词。这个词来自捷克语单词“”，意思是“苦力”。在该剧的结尾，机器人接管了地球，并摧毁了它们的创造者。
1942年，美国科幻作家艾萨克·阿西莫夫()发表了一篇名为《跳舞吧》的短篇小说，他在其中提出了“机器人三定律”:1。机器人不得伤害人类，也不得在人类受到伤害时袖手旁观。除非违反第一定律，否则机器人必须服从人类的命令。在不违反第一和第二定律的情况下，机器人必须保护自己。
1948年，美国数学家诺伯特·维纳出版了《控制论:动物和机器中的控制和通信科学》一书，这是实用机器人领域的一项开创性工作。
1954年，工业机器人先驱乔治·德瓦尔(George Dewall)创造了世界上第一个可编程机器人“Unimet”，并于1961年投入通用汽车公司。公司一条汽车组装生产线正式开工。
1956年，乔治·杜瓦和约瑟夫·恩格尔伯格发明了世界上第一台机器人。公司Unimeishen()。在20世纪60年代公司与柴油机电结合公司收购。后来，联合柴油机电气公司公司它的一些产业被工业制造巨头伊顿电气集团收购。
1958年，美国阿拉冈实验室的李习安推出了世界上第一台现代实用机器人——仆人机器人。这是一个安装在四轮车上的遥控机器人，其精彩的操作表演引起了第二届和平利用原子能大会与会科学家的极大兴趣。
1966年，斯坦福大学人工智能研究中心开始了第一台移动机器人Shek机器人的研发工作。它被赋予了有限的观察和环境建模能力，控制它的计算机必须填满整个房间。
1969年，日本早稻田大学的加藤一郎实验室研制出世界上第一个用两只脚行走的机器人。加藤一郎长期致力于人形机器人的研究，被誉为“人形机器人之父”。日本专家一直擅长开发人形机器人和娱乐机器人，后来更进一步，诞生了本田。公司还有索尼。公司QRIO。
1971年，日本机器人协会成立，这是世界上第一个全国性的机器人协会。
1973年，第一台机电6轴机器人出现。德国库卡公司(KUKA)将其使用的机器人开发并改造成其第一个工业机器人，命名为，这是世界上第一个具有机电驱动的6轴机器人。
1978年的美国公司通用工业机器人PUMA的推出，标志着工业机器人技术已经完全成熟。彪马还在工厂一线工作。
1979年，斯坦福电车()诞生。这是一辆四轮漫游车。它的眼睛是照相机。通过分析和编程自己的路线，它可以在一个摆满椅子的房间里绕过障碍。
1979年，不二周助公司研制出第一台电动机器人。
1987年，国际机器人联合会成立。
1993年，一个名叫Dante()的八足机器人试图探索南极洲的Erebus山。这一里程碑式的行动由美国的研究人员远程控制，开启了机器人探索危险环境的新时代。
1996年，瑞典家电巨头伊莱克斯()做出了世界上第一台量产扫地机器人的原型——“三叶虫”。
1997年，小型“旅居者”探测器开始了自己的火星研究任务。它的最大行走速度是每小时0.02英里。这个机器人探索了其着陆点附近的区域，并在接下来的三个月里拍摄了550张照片。
1998年，一个毛茸茸的蝙蝠状机器人成为当年年底购物季最抢手的玩具。它的名字叫菲比娃娃。这个价值30美元的玩具会随着时间的推移而“进化”。它一开始只会胡说八道，但很快就会学会使用预先编程的英语短句。12个月内，菲比娃娃销量超过2700万件。
1999年的索尼公司AIBO，一只机器狗，第一眼就吸引了科技爱好者。这只价值2000美元的机器狗可以在房间里自由走动，并对一组有限的命令做出反应。
2000年，本田汽车公司。公司人形机器人阿西莫()已经走上舞台。它身高1.3米，能以接近人类的姿势行走和奔跑。
在2002年，公司真空清洁机器人发布，这款外形酷似飞盘的产品销量超过600万台。从商业角度来看，它是有史以来最成功的家用机器人。
2004年，美国宇航局的勇气号探测器登陆火星，开始了探索这颗星球的使命。探测器在最初的90天任务后继续运行了6年，总行程超过7.7公里。
2005年，斯坦利的自动驾驶汽车成功越野行驶了212公里，这是由斯坦福大学的一个团队开发的。在无人机器人挑战赛中，斯坦利的自动驾驶汽车第一个冲过终点线，最终赢得了200万美元的奖金。
2012年，发现号航天飞机的最后一次太空任务是将第一个人形机器人送往国际空间站。这个机器人宇航员被命名为“R2”，它的活动范围接近人类，可以执行对人类宇航员来说太危险的任务。NASA表示，“随着我们超越近地轨道，这些机器人对NASA的未来至关重要。”
2012年，内花达州机动车管理局颁发了世界上第一张无人驾驶汽车许可证，授予了一辆使用谷歌的丰田普锐斯。公司开发的技术已经转化了。到目前为止，谷歌的无人驾驶汽车已经行驶了超过30万公里，没有发生任何事故。
2015年，大阪大学和京都大学等研究团队开发出一种可以利用人工智能顺畅交流的漂亮机器人。
2016年，在2016年3月15日举行的围棋比赛中，Google Zi公司英国人工智能初创企业开发的人工智能系统击败了围棋世界冠军李世石。这对R&D团队来说是一个重要的里程碑。意味着人类创造的人工智能无论如何都可以学习如何解决问题。而“深蓝”只能预编程，只能在特定的场合使用。
如果只有感官和肌肉，人的四肢是动不了的。一方面是因为没有器官接收和处理来自感官的信号，另一方面是因为没有器官发出神经信号驱动肌肉收缩或放松。同样，如果机器人只有传感器和驱动器，机械臂也无法正常工作。原因是传感器输出的信号不起作用，驱动电机得不到驱动电压和电流，所以机器人需要控制器，控制器由硬件和软件组成。
机器人控制系统的功能是接收来自传感器的检测信号。根据作业任务的要求，驱动机械臂中的电机就像我们人类的活动需要依靠自己的感官一样，机器人的运动控制离不开传感器。机器人需要传感器来检测各种状态。机器人内部传感器信号用于反映机械手关节的实际运动状态，机器人外部传感器信号用于检测工作环境的变化。
所以机器人的神经和大脑可以结合起来形成一个完整的机器人控制系统。
机器人控制系统的组成；
执行机构电机，如伺服电机或步进电机；
开车机构驱动器，例如伺服或步进驱动器；
控制机构:运动控制器，用于控制路径和电机联动的运动操作，如以单片机或微电脑处理器为核心的运动控制器；
4.控制方式:如果有固定的执行方式，那么用固定的参数对运动控制器进行编程；如果有视觉系统或其他传感器，根据传感器信号，将具有可变参数的程序编程到运动控制器。
1820年7月21日，丹麦哥本哈根大学教授物理学家奥斯特发现了“电流的磁效应”，建立了电磁学的相互联系，诞生了电磁学。
1821年，英国著名物理学家法拉第制造了第一台实验电机模型。1822年，法拉第证明了电可以做功和运动，人类进入了电气时代。随着第一台实用发电机的成功发明，第二次工业革命开始了。法拉第在1831年发现了电磁感应现象。在研究电磁学的过程中，他创造了抗磁性、顺磁性、电介质、电力线、阴阳离子等新词，并提出了“场”的概念。
法拉第制造了第一台实验电机、发电机和变压器，研究了气体的液化、光学和电化学，是名副其实的电学和交流电之父。
1870年，比利时人阿克发明了DC发电机。在设计上，DC发电机和电动机非常相似。后来，格拉姆证明了当输入电流时，DC发动机的转子会像电动机一样旋转。结果这种克式电机被大量制造出来，效率明显提高。
1888年，美国发明家特斯拉根据电磁感应原理发明了交流电机。这种电机结构简单，使用交流电，不需要整流和火花，广泛应用于工业家用电器中。交流电机通常由三相交流电驱动。
电机主要由转子、定子、电刷、端盖和轴承组成。定子由定子铁芯、机座、绕线绕组和固定这些部件的其他结构部件组成。转子由转子磁极、转子铁芯、滑环、旋转轴和风扇组成。发电机电流是发电机的定子和转子通过轴承、底座、端盖连接装配而产生的，使转子在定子内旋转，通过滑环引入一定的励磁电流，使转子成为旋转磁场，定子线圈运动切割磁力线，从而产生感应电势。它通过端子引出并连接在回路中，从而产生电流。由于电刷与转子连接处有断路，转子按一定方向转动，产生交流电，简称交流电。
在电机的发展中，第一个是DC电机。DC电机发展的前半部分大致可以分为使用永磁体作为磁场的阶段、使用电磁铁作为磁极的阶段和改变励磁方式的阶段。由于使用的电机必须由DC发电机供电，在这三个发展阶段中，励磁技术是DC电机发展的关键技术。为发电机提供了技术和理论支持，电机的发展也随着发电机的发展而进步，使电机进入了一个新的应用阶段。
1854年，丹麦兄弟Chrt Werner为自励发电机申请了专利。此后，科学家们发明了系列自励电机和自并励发电机，极大地改变了DC发电机的性能，使DC电机的发展进入了一个新阶段。
DC汽车的完美阶段集中在六七十年代。在这个阶段，相继发明了齿电枢、环形电枢和鼓形转子。新技术大大降低了电机的生产成本，电机进入了实用化时代。
随着DC发电技术的发展，DC发电机能产生的最大电压为57.6千伏，最大输出功率为4650千瓦，传输距离可达180公里。但这很快就达到了技术极限，交流电机开始受到重视。
1889年，俄罗斯工程师杜列夫-杜波洛·沃尔斯基发明了鼠笼式三相电动机，这是第一台可以使用的三相交流电动机。到目前为止，电机已经发展到工业应用阶段。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的装置。机构当步进驱动器接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机按设定的方向旋转一个固定的角度，这个角度叫做步距角。他的旋转是以一个固定的角度一步一步的运行，通过控制脉冲的个数可以控制角位移，从而达到精确定位的目的。同时可以通过控制脉冲频率来控制电机的速度和加速度，从而达到调速的目的。在这种开环控制模式下，转子的实时位置对整个控制系统没有反馈作用，使得步进电机不适合一些精度要求更高、运行速度快、响应速度快的领域。
伺服电机内部的转子是永磁体，驱动控制的U/V/W三相电形成电磁场。转子在磁场的作用下旋转。当伺服电机接收到脉冲时，它将旋转与脉冲对应的角度。同时，电机的编码器向驱动器反馈信号，驱动器将反馈值与目标值进行比较，调整转子的旋转角度，形成闭环。所以伺服电机的精度比步进电机略高，响应能力快，高速性能好，但是伺服驱动器的成本高。
步进电机通过控制脉冲数来控制旋转角度，一个脉冲对应一个步距角。
伺服电机通过控制脉冲时间来控制旋转角度。
20世纪50年代，无刷电机和DC电机工业化，广泛应用于电脑外设和机械设备。20世纪70年代是DC伺服电机应用最广泛的时代。
1978年汉诺威贸易博览会上，MAC永磁交流伺服电机及驱动系统正式上市，标志着这种新一代交流伺服技术进入实用阶段。
20世纪70年代末至80年代初，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机用永磁材料制造技术的发展以及性能比的不断提高，交流伺服技术和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。
20世纪80年代中后期，许多公司有了完整的系列产品，整个伺服装置市场已经转向交流系统。
到目前为止，高性能伺服系统多采用永磁同步交流伺服电机，控制驱动器多采用定位快速准确的全数字位置伺服系统。
步进电机和步进电机驱动器构成了步进电机驱动系统。步进电机不能直接连接到DC或交流电源，因此必须使用专用驱动电源(步进电机驱动器)。步进电机驱动系统的性能不仅取决于步进电机本身的性能，还取决于步进电机驱动器的质量。步进电机驱动器的研究与步进电机的研究几乎是同步的。
步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的装置。机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它驱动步进电机按设定的方向旋转一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转以一个固定的角度步进运行。可以通过控制脉冲的个数来控制角位移，从而达到精确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机旋转的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。
伺服驱动器又称伺服控制器，是用来控制伺服电机的控制器。目前，基于矢量控制的电流、速度和位置闭环控制算法被广泛应用于交流伺服驱动器的设计中。该算法中的速度闭环设计是否合理，对整个伺服控制系统，尤其是速度控制的性能起着关键作用。
目前，运动控制器可以分为三类:
(1)以单片机或微处理器为核心。
这种运动控制器具有速度慢、精度低、成本相对较低的优点，应用于一些只需要俗点运动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制的场合。
单片机将大部分功能集成在一个小芯片上，因此可以完成一台计算机的大部分功能。它提供CPU、内存、内部和外部总线系统，以及集成通信接口和定时器等外部外围设备。有些单片机甚至可以集成声音、图像、网络等。实现强大而全面的控制功能。
在机器人系统中，单片机使其能够实现精确跟踪、定位、检测、语音、声控、液晶显示等功能，显示出较高的智能。
(2)以专用芯片为核心处理器。
以专用芯片为核心处理器的运动控制器结构简单，但只能输出脉冲信号，工作在开环控制模式。
(3)基于PC总线的DSP和FPGA是核心处理器。
FPGA( Gate)是在PAL(可编程阵列逻辑)、GAL(通用阵列逻辑)等可编程器件基础上进一步发展的产物。作为专用集成电路(ASIC)领域的半定制电路，它不仅解决了定制电路的缺点，而且克服了原有可编程器件门数有限的缺点。FPGA主要用于视频分割系统和通信行业。随着5G网络的建设，前期将会得到广泛应用。在机器人行业，用FPGA做伺服驱动器，用实时操作系统做控制器或者用FPGA搭建工业相机。
DSP (Digital Signal Processing，简称DSP)是指能够实现数字信号处理技术的芯片。在基于视觉和模式识别的机器人控制系统中，需要对采集到的图像进行实时处理。这时，高性能的数字信号处理器(如DSP芯片)往往被用作机器人视觉系统中的专用图像处理芯片，从动态图像中获取静态图像，从而对采集到的图像进行处理和识别。
基于PC总线的开放式运动控制器，以DSP和FPGA为核心处理器。这种运动控制器以DSP芯片作为运动控制器的核心处理器，以PC作为信息处理平台，运动控制器以插卡的形式嵌入PC，即“PC+运动控制器”的模式。这样就把PC机的信息处理能力和开放性与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合起来，具有信息处理能力强、开放性高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。这种控制器充分利用了DSP的高速数据处理能力和FPGA的超强逻辑处理能力， 便于设计功能完善、性能优越的运动控制器。这种运动控制器通常可以在板上提供多轴协调运动控制和复杂运动轨迹规划、实时插补运算、误差补偿和伺服滤波算法，并可以实现闭环控制。
工业机器人主要包括三部分:控制系统、动力系统和机械结构。减速器是动力系统底座传动装置的核心部件，主要作用是降低转速，增加扭矩。
成本方面，目前全球机器人行业的成本构成大概是减速器35%，伺服电机20%左右，控制系统15%左右，加工本身可能只占15%左右，其他部分主要是应用。同时，减速器是动力系统底座传动装置的核心部件。可见，减速器是制约机器人产业发展的关键因素。
减速器是调节齿轮机械的传动装置。有RV减速机、谐波减速机、行星减速机三种。
RV减速器(简称旋矢()减速器)是在传统摆线针轮行星齿轮传动装置的基础上发展起来的一种传动装置。机构。随着市场和技术的发展，它已经成为工业机器人(尤其是大中型工业机器人)上关节驱动的核心部件。它是由日本纳波茨克公司制造的()公司的前身——日本帝人机器公司R&D于1985年完成，获得日本专利，并于次年出售。
世界上只有少数几个国家能生产RV减速器。近年来，国内虽然有量产的RV减速器，短时间内产品性能指标能达到要求，但由于品控和工艺问题，容易磨损报废，国内机器人企业选择很少。
谐波传动是通过波发生器使柔性齿轮产生可控的弹性变形波来实现运动和动力传递的一种传动。谐波减速器诞生于上世纪美苏探月期间，主要解决空间运动。机构迫切需要一种结构紧凑、重量轻、体积小、减速比大、传动效率高、传动精度高的减速器。谐波机械传动原理最早是由前苏联工程师a. Mocha Youweijin于1947年提出的，而美国的c .根据空间应用的需要于1953年发明了谐波减速器，并于1955年获得美国专利。1960年，谐波减速器在纽约展出。1961年，谐波减速器被介绍到中国， 中国开始制造和应用谐波减速器。谐波减速器的组成如图所示，主要包括刚性轮、柔性轮和波发生器三部分。
目前机器人领域使用的减速器主要有两种:RV减速器和谐波减速器。在关节型机器人中，RV减速器通常放置在基座、手臂和肩部等重负载位置，而谐波减速器由于刚度和旋转精度较高，放置在前臂、手腕或手部。对于高精度机器人减速器，日本有绝对的领先优势。目前机器人行业75%的精密减速器被日本和日本企业垄断。
关键零部件尤其是减速器进口比例高，会导致国产制造机器人成本高。国内企业买减速机。价格它属于一家外国企业。价格差不多好几次。这样的家用机器人很难成型。价格优势，只有年产500-1000台，才会有一定的规模效应。因此，中国要想形成机器人产业化，摆脱国外机器人企业的束缚，在机器人领域赢得自主，就必须加快减速器的国产化。
自20世纪60年代初，Unimet和Chastelain两种机器人被开发出来以来，机器人根据其发展过程大体可分为三代:
第一代机器人是示教再现机器，完全按照事先载入机器人存储器的程序安排的步骤工作。有两种方法生成和安装程序。一种方法是根据工作流程编译程序，输入到机器人的内存中。另一种是“教学-复制”模式。所谓“教”，就是在机器人第一次执行任务之前，人们指导机器人执行操作，也就是教机器人做它应该做的工作。机器人一步一步地记录它的所有动作，并将每一步表示为一个指令。经过示教，机器人通过执行这些指令，以同样的方式和步骤完成同样的工作(即复制)。
无论外界环境如何变化，都不会改变行动；如果任务或环境发生了变化，就有必要重新设计程序。这一代机器人可以成功模拟人的运动功能。他们会拿会放，会拆会装，会翻会摇，会打理机床、炉子、焊机、生产线等。，有效地从事安装、搬运、包装、加工等工作。目前世界上商业化、实用化的机器人大多属于这一类。目前，这种机器人广泛应用于汽车工业和电子工业的自动生产线上。这一代机器人最大的缺点就是只能死板地完成程序规定的动作，无法适应变化了的情况。一旦环境条件稍有变化(比如流水线上的物品稍有倾斜)， 会出现问题。更糟糕的是，会对当场的人造成伤害。因为它没有感官功能，机器人有时会伤害人。日本曾有过机器人在现场抓住一名工人塞到刀下的案例。
第二代机器人是带传感器的机器人。第二代机器人的主要标志是配备了相应的感觉传感器，如视觉传感器、触觉传感器和听觉传感器，并由计算机控制。这种机器人通过传感器获得工作环境和操作对象的简单信息，然后通过计算机对获得的信息进行分析、处理和控制，从而对外界环境的变化做出简单的判断，并据此调整动作，减少工作失误和产品报废。。因为它可以随着环境的变化而改变自己的行为，所以被称为自适应机器人。目前这一代机器人也已经进入商业化阶段，主要从事焊接、装配、搬运等工作。第二代机器人虽然有一些初级智能，但还没有达到完全“自主”的程度， 它有时被称为人眼协调机器人。
第三代机器人是智能机器人，指具有人类智能的机器人，即具有感知环境的能力，配备有视觉、听觉、触觉、嗅觉等感觉器官。，能从外界环境中获取相关信息，具有思维能力，能对感知的信息进行处理以控制自身行为，具有作用于环境的能力，并能驾驶。机构使自己的“手”、“脚”等四肢动起来，正确而熟练地执行思维。机构命令下达了。