現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人都屬于第一代機(jī)器人，它的基本工作原理是示教再現(xiàn)，如圖1-1所示。

示教也稱為導(dǎo)引，即由用戶引導(dǎo)機(jī)器人，一步步將實(shí)際任務(wù)操作一遍，機(jī)器人在引導(dǎo)過程中自動記憶示教的每個動作的位置、姿態(tài)、運(yùn)動參數(shù)、工藝參數(shù)等，并自動生成一個連續(xù)執(zhí)行全部操作的程序。

完成示教后，只需給機(jī)器人一個啟動命令，機(jī)器人將精確地按示教動作，一步步完成全部操作，這就是示教與再現(xiàn)。

（1）機(jī)器人手臂的運(yùn)動

機(jī)器人的機(jī)械臂是由數(shù)個剛性桿體和旋轉(zhuǎn)或移動的關(guān)節(jié)連接而成，是一個開環(huán)關(guān)節(jié)鏈，開鏈的一端固接在基座上，另一端是自由的安裝著末端執(zhí)行器（如焊槍），在機(jī)器人操作時(shí)，機(jī)器人手臂前端的末端執(zhí)行器必須與被加工工件處于相適應(yīng)的位置和姿態(tài)，而這些位置和姿態(tài)是由若干個臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動合成的。

因此，機(jī)器人運(yùn)動控制中，必須要知道機(jī)械臂各關(guān)節(jié)變量空間和末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)之間的關(guān)系，這就是機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型。一臺機(jī)器人機(jī)械臂的幾何結(jié)構(gòu)確定后，其運(yùn)動學(xué)模型即可確定，這是機(jī)器人運(yùn)動控制的基礎(chǔ)。

（2）機(jī)器人軌跡規(guī)劃

機(jī)器人機(jī)械手端部從起點(diǎn)的位置和姿態(tài)到終點(diǎn)的位置以及姿態(tài)的運(yùn)動軌跡空間曲線叫做路徑。

軌跡規(guī)劃的任務(wù)是用一種函數(shù)來“內(nèi)插”或“逼近”給定的路徑，并沿時(shí)間軸產(chǎn)生一系列“控制設(shè)定點(diǎn)”，用于控制機(jī)械手運(yùn)動。目前常用的軌跡規(guī)劃方法有空間關(guān)節(jié)插值法和笛卡爾空間規(guī)劃兩種方法。

（3）機(jī)器人機(jī)械手的控制

當(dāng)一臺機(jī)器人機(jī)械手的動態(tài)運(yùn)動方程已給定，它的控制目的就是按預(yù)定性能要求保持機(jī)械手的動態(tài)響應(yīng)。但是，由于機(jī)器人機(jī)械手的慣性力、耦合反應(yīng)力和重力負(fù)載都隨運(yùn)動空間的變化而變化，因此要對它進(jìn)行高精度、高速度、高動態(tài)品質(zhì)的控制是相當(dāng)復(fù)雜且困難的。

目前工業(yè)機(jī)器人上采用的控制方法是把機(jī)械手上每一個關(guān)節(jié)都當(dāng)做一個單獨(dú)的伺服機(jī)構(gòu)，即把一個非線性的、關(guān)節(jié)間耦合的變負(fù)載系統(tǒng)，簡化為線性的非耦合單獨(dú)系統(tǒng)。