机器人技术(1)

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1、机器人 技术机器人的性能特征2 21 1 3 34 4机器人的应用、发展及未来展望机器人的组成机器人是人类的梦想和追求5 5机器人的定义及分类1、机器人是人类的梦想和追求1.1 “机器人”术语的产生1）古代的幻想和追求n人类希望制造一种像人一样的机器 ，以便代替人类完成各种工作 n古代的追求 （表1-1)年代发明发明人 西周时期 中国就研制出了能歌善舞的伶人 春秋后期墨经记载，制造木鸟，能在空中飞行 三日鲁班公元前2世纪 自动机，它是会动和唱歌的雕像，气压驱 动 希腊人 1800年前的汉 代 计里鼓车。车行1里/车上木人击鼓一下， 车行10里/击钟一下 张衡 后汉三国时期 发明“木牛流马”，运

2、送军粮 诸葛亮 1662年 日本用钟表技术发明了自动机器玩偶，在 大皈演出 竹田近江 18世纪末 端茶玩偶，它可为客人端送茶水 若井源大卫 门 1738年 法国发明会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会 排泄的机器鸭 杰克戴 瓦克逊 1773年 瑞士利用齿轮和发条原理驱动的高级玩偶 玩具，具有绘画和演奏动作 努萨蒂尔 表1-11、机器人是人类的梦想和追求1.1 “机器人”术语的产生2）“机器人”一词的发明 机器人一词最早来源于1886年法国作家利尔亚当 的小说未来夏娃，书中将外表像人的机器取名 为 “安德罗丁”，它由生命系统、造型解质、人造肌 肉、 人造皮肤四部分组成。 1920年捷克作家卡雷尔卡佩克的

3、科幻剧本罗萨 姆的万能机人中的主人公Robota，是一个具有人 的 外表、特征和功能，并为人服务，没有感情和感觉 的 机器人。1、机器人是人类的梦想和追求小说在1924年和1927年的时候被纷纷传到了日本、 法国和欧洲国家，机器人这个名词就向全世界铺展 开来。罗萨姆公司把机器人作为工业产品推向市场，从事繁重的劳动。后来，公司使机器人具有了感情，机器人成了人类生活中必不可少的成员。剧中把捷克“Robota”(农奴)写成“Robot”(机器人)。于是，英语“Robot”一词由此演化而来。1、机器人是人类的梦想和追求1.1 “机器人”术语的产生3）工业机器人的诞生 l 上世纪60年代，可实用机械的机

4、器人被称为 工业机器人。 l 上世纪80年代到现在，正越来越向智能化方 向发展。 l 进人20世纪后，实用化的工业机器人相继问 世。 l 各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为 了现实。1、机器人是人类的梦想和追求1.2 “机器人”的发展史 1954年，乔治丹佛尔研制了一台“编程关节传送装置” ，这被人们普遍认为是首次在工业上使用机器人。 1958年，美国推出了世界上第一台工业机器人实验样机。 1967年，日本引进了美国的工业机器人技术，经过消化、 仿制、改进、创新，到1980年，机器人技术在日本取得了 极大的成功与普及。 80年代以来，国际机器人的发展速度平均保持在25-30 年增长率，所生

5、产的机器人主要用于改善恶劣的工作条 件。 我国机器人技术起步较晚，1987年，北京首届国际机器人 展览会上，我国展出了10余台自行研制或仿制的工业机器 人。经过“七五”、“八五”攻关，我国研制和生产的工 业机器人已达到了工业应用水平。1、机器人是人类的梦想和追求1.3 “机器人”是人类的伟大发明1）人类的伟大发明 u机器人技术是20世纪人类的一项伟大发明， 机器人学的进步和应用是本世纪科学上最有 说服力的成就之一，是当代最高意义上的自 动化。 2）广阔的研究和应用前景 u科学的进步与技术的创新,为机器人的研究与 应用开辟了广阔的思路与空间。1、机器人是人类的梦想和追求1.4 人类的更高追求1）

6、社会进步的需求 u社会的现代发展不再满足于仅要求机器人适 应自动化的工业生产场所和无人的环境，而 是需要“她”具有人的运动方式和更强大的 能力，能更好的融入到人类的生活，在与一 般人（不仅是专家）的交互和合作的各种活 动中，替代人完成一些需要人来完成的工作 ，而不会给人的生活带来突兀的感觉。1、机器人是人类的梦想和追求1.4 人类的更高追求2）发展中的不足 u目前的机器人，特别是已实用化的工业机器 人，完全不具有人的形状和结构，其智能水 平与人类相比仅在婴幼儿阶段，还没有摆脱 “机器”的“阴影”，走近“人”的世界， 它们与人之间的相似性太小。因而，机器人 伤人事件时有发生。1、机器人是人类的梦

7、想和追求1.4 人类的更高追求3）更高的追求 u机器人的智能化、机动性、高度的可靠和安 全性、以及与人类环境的完美的融入性和协 调性是人类的更高追求。因此，无论在科幻 小说还是人们对机器人的第一意识中，都把 像人一样的机器人作为机器人研究的最高境 界，机器人研究者也一直把实现类人的行为 作为梦寐以求的目标。 2、机器人的定义及分类2.1 定义1）工业机器人的定义和特点 u定义 美国机器协会（RIA）机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用 装 置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力 的 多功能操作机。 日本工业机器人协会工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行装置的 、 能够完

8、成各种移动来代替人类劳动的通用机器。2、机器人的定义及分类2.1 定义1）工业机器人的定义和特点 u定义 国际标准化组织（ISO）机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的 多 功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程 操 作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各 种 任务。 中国 机器人是一种拟人功能的机械电子装置。2、机器人的定义及分类2.1 定义1）工业机器人的定义和特点 权威定义：工业机器人是一种在自动控制下 ，能够重复编程完成某些操作或移动作业的 多功能、多自由度的机械装置，可以在无人 参与下自动的执行搬运 、装配、焊接和喷涂 等多种操作和移动功能的自动化装置。

9、2、机器人的定义及分类2.1 定义1）工业机器人的定义和特点u特点：工业机器人是机电一体化的工业生产用自动化装置。 工 业机器人是为工业大生产而设计的,为了适应各种不同的 生产应用,其形状多种多样,但根本没有一点人模样,它具 有如下特点：n(1)能高强度地、持久地在各种生产和工作环境中从事 单调重复的劳动，使人类从繁重体力劳动中解放出来 。n(2)对工作环境有很强适应能力，能代替人在有害场所 从事危险工作。2、机器人的定义及分类2.1 定义1）工业机器人的定义和特点n(3)具有很广泛的通用性，比一般自动化设备有 更广的使用，既能满足大批量生产的需要，又 能满足产品灵活多变的中、小批量的生产作业

10、 。n(4)具有独特的柔性，它可以通过软件调整等手 段加工多种零件，可以灵活 、迅速实现多品种 、小批量的生产。n(5)动作准确性高，可保证产品质量的稳定性。n(6)能显著地提高生产率和大幅度降低产品成本 。2、机器人的定义及分类2.1 定义2）非制造环境下的机器人定义和特点u定义：非制造环境下的机器人涵盖了除工业机 器人外的所有其它类型的机器人 。 u特点：非制造环境下的机器人除具有工业机器 人的基本属性和使用特点外，具有比工业机器 人适应面更广、自动化和智能化更高、对工作 环境的适应能力更强、操作功能更复杂、以及 能满足特殊要求等特性。2、机器人的定义及分类2.2 分类1）工业机器人工业机

11、器人的分类方法很多，还没有一种分类可以满意地将各类机器人均包括在内，目前多数的分类只能按各种特征、性能来考虑。以下是各种分类表： n直角坐标型： 只具有移动关 节2、机器人的定义及分类n圆柱坐标型：具 有一个转动关节 、其余为移动关 节的机器人。 2、机器人的定义及分类n球坐标型： 具有两个转 动关节、其 余为移动关 节的机器人 。2、机器人的定义及分类n关节型：具 有三个转动 关节的机器 人。2、机器人的定义及分类2、机器人的定义及分类 2.2 分类2）非制造环境下的机器人3.1 机器人的体系结构从体系结构来看，机器人分为三大部分六个系统，分别是：n三大部分： A.机械部分（用于实现各种动作

12、） B.传感部分（用于感知内部和外部的信息） C.控制部分（控制机器人完成各种动作）。n六个系统： A.驱动系统：提供机器人各部位、各关节动作的原动力。 B.机械结构系统：完成各种动作。 C.感受系统：由内部传感器和外部传感器组成。 D.机器人-环境交互系统：实现机器人与外部设备的联系和 协调并构成功能单元。 E.人机交互系统：是人与机器人联系和协调的单元。 F.控制系统：是根据程序和反馈信息控制机器人动作的中心 ，分为开环系统和闭环系统。工业机器人一般有以下几部分构成：n机身部分：如同机床的床身结构一样，机器人机身构 成机器人的基础支撑。有的机身底部安装有 机器人行走机构；有的机身可以绕轴线

13、回转 ，构成机器人的腰。n手臂部分：分为大臂、小臂和手腕，完成各种动作。n末端操作器：可以是拟人的手掌和手指，也可以是各 种作业工具，如焊枪、喷漆枪等。n关节：分为滑动关节和转动关节。实现机身、手臂各 部分、末端操作器之间的相对运动。3.2 机器人的机械结构图例1-1 工业机器人结构3.2 机器人的机械结构n关节副图形符号： a 转动关节b 移动关节3.3 机器人的几何模型n几何模型： n利用关节图形符号，可以把复杂的真实机 器人抽象成简单的几何模型，以便研究其 运动和进行受力分析分析。n一个形状和大小不同的工业机器人，可能 有着相同的几何模型（仅几何参数不同） ，并有着相同的运动学分析结果。

14、3.3 机器人的几何模型机器人几何模型的建立a 5R型工业机器人b 机器人几何模型3.3 机器人的几何模型1.自由度：n指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目数目。手指 的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在 内。4 机器人的性能特征2.工作精度：包括定位精度和重复定位精度。可以用精密度、正确度、 和准确度三个参数来衡量。n定位精度：指机器人实际到达的位置和设计的理想位置之间的差异。n重复定位精度：指机器人重复到达某一目标位置的差异程度4 机器人的性能特征oo3.工作空间：n指机器人末端操作器（手爪）所能到达的区 域。 4.运动速度：指机器人各个方向的移动速度或转动速度。这些速度可以相同，可

15、以不同。 5.承载能力：n指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。4 机器人的性能特征5 机器人的应用、发展及未来展望5.1 工业机器人发展回顾n1）发展历史（见后表）n2）应用现状n1998年国际机器人联合会的调研报告： （1）截止到1997年底,历年来世界上共销售 工业机器人95万台,现役工业机器人总数为 71.1万台。1997年世界上共装备各种工业 机器人85000台,比1996年增长6.5%,销售额 为48亿美元。萌芽期黎明期实用化期普及期扩展渗透 期5 机器人的应用、发展及未来展望5.1 工业机器人发展回顾（2）预计19972002年世界机器人年平均增长9%,2001年销

16、售 量比1997年增长41%。在机械行业不景气的情况下,机器人能 连续增长,也显示了机器人在工业生产中的重要性。 （3）工业机器人是一种对生产条件和生产环境的适应性和灵活 性很强的柔性自动化设备。在技术发达国家中,工业机器人已 在生产中得到了广泛的应用。工业机器人的应用使产品质量 及生产率都得到了很大提高,并且由于机器人是一种能适应产 品迅速更新换代的柔性自动化设备,所以,它的应用大大缩短 了新产品的换产周期,从而提高了产品在市场上的竞争力。在 当代工业技术革命中,工业生产日趋向柔性自动化方向发展, 工业机器人技术已成为现代工业技术革命中的一个组成部分 。 5.2 工业机器人的应用1）焊接：主要是指利用机器人进行点焊和弧焊。n点焊时要求机器人手腕握持焊接工具准确地对准 所要求的焊点，焊枪不与部件的其它部位接触。 通常，这些机器人所夹持的焊接工具大而重，同 时还要求机器人有一个比较大的活动范围。n弧焊是对材料进行连续焊接，焊接前首先要将复 杂的运行轨迹示教给机器人，在需要处理较宽的