現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的焊接機(jī)器人都屬于第一代工業(yè)機(jī)器人，它的基本工作原理是示教再現(xiàn)。示教也稱導(dǎo)引，即由用戶導(dǎo)引機(jī)器人，一步步按實(shí)際任務(wù)操作一遍，機(jī)器人在導(dǎo)引過程中自動(dòng)記憶示教的每個(gè)動(dòng)作的位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)＼工藝參數(shù)等，并自動(dòng)生成一個(gè)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(gè)啟動(dòng)命令，機(jī)器人將準(zhǔn)確地按示教動(dòng)作，一步步完成全部操作。這就是示教與再現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)上述功能的主要工作原理，簡(jiǎn)述如下：
(1)機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一臺(tái)通用的工業(yè)機(jī)器人，按其功能劃分，一般由3個(gè)相互關(guān)連的部分組成：機(jī)械手總成、控制器、示教系統(tǒng)，如圖所示。        機(jī)械手總成是機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)器人臂、關(guān)節(jié)、末端操作器、以及內(nèi)部傳感器等組成。它的任務(wù)是準(zhǔn)確地保證末端操作器所要求的位置，姿態(tài)和實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。
?        控制器是機(jī)器人的神經(jīng)中樞。它由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和一些專用電路構(gòu)成，其軟件包括控制器系統(tǒng)軟件、機(jī)器人專用語(yǔ)言、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)軟件、機(jī)器人控制軟件、機(jī)器人自診斷、白保護(hù)功能軟件等，它處理機(jī)器人工作過程中的全部信息和控制其全部動(dòng)作。
示教系統(tǒng)是機(jī)器人與人的交互接口，在示教過程中它將控制機(jī)器人的全部動(dòng)作，并將其全部信息送入控制器的存儲(chǔ)器中，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)專用的智能終端。
(2)機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器人的機(jī)械臂是由數(shù)個(gè)剛性桿體由旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的關(guān)節(jié)串連而成，是一個(gè)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，安裝著末端操作器(如焊槍)，在機(jī)器人操作時(shí)，機(jī)器人手臂前端的末端操作器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(gè)臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)所合成的。因此，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，要知道機(jī)械臂各關(guān)節(jié)變量空間和末端操作器的位置和姿態(tài)之間的關(guān)系，這就是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。一臺(tái)機(jī)器人機(jī)械臂幾何結(jié)構(gòu)確定后，其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型即可確定，這是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)。機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)中有兩個(gè)基本問題。
1)對(duì)給定機(jī)械臂，己知各關(guān)節(jié)角矢量g(f)=[gl(t)，g2(t)，......gn(i)]'，其中n為自由度。求末端操作器相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)，稱之為運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題。在機(jī)器人示教過程中。機(jī)器人控制器即逐點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題運(yùn)算。
2)對(duì)給定機(jī)械臂，已知末端操作器在參考坐標(biāo)系中的期望位置和姿態(tài)，求各關(guān)節(jié)矢量，稱之為運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題。在機(jī)器人再現(xiàn)過程中