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1、移动机器人原理及设计移动机器人原理及设计多媒体课件多媒体课件西安邮电大学王曙光，赵勇第一章第一章 概述概述机器人的定义机器人的定义机器人的分类、结构机器人的分类、结构机器人竞赛机器人竞赛移动机器人移动机器人有关技术及发展趋势有关技术及发展趋势21.1 引言引言3想象中的机器人想象中的机器人实际的机器人4工业工业医疗医疗军事军事51.2机器人的定义、分类及组成机器人的定义、分类及组成1.2.1 1.2.1 机器人的定义机器人的定义美国机器人协会（RIA）的机器人定义：“机器人是用以搬运材料、零件、工具的可编程序的多功能操作器或是通过可改变程序动作来完成各种作业的特殊机械装置。”日本工业机器人协会
2、（JIRA）的定义：“工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器（endeffector）的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。”美国国家标准局（NBS）的定义：“机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。国际标准化组织(ISO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务。”61）机器人的动作机构具有类似与人或其它生物的某）机器人的动作机构具有类似与人或其它生物的某些器官的功能。些器官的功能。2）是一种自动机械装置
3、，可以在无人参与下（独立）是一种自动机械装置，可以在无人参与下（独立性），自动完成多种操作或动作功能，即具有通用性），自动完成多种操作或动作功能，即具有通用性。可以再编程，程序流程可变，即具有柔性性。可以再编程，程序流程可变，即具有柔性(适应适应性）。性）。3）具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、）具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习。决策、学习。机器人应具有的基本特点：机器人应具有的基本特点：71.2.2 1.2.2 机器人的发展历史机器人的发展历史 1920 1920年，捷克剧作家卡雷尔年，捷克剧作家卡雷尔卡佩克在卡佩克在罗萨姆的万能机罗萨姆的万能机器人器人中把捷克语
4、中把捷克语“RobotaRobota”写成了写成了“RobotRobot”，引起了大家，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。 1950 1950年，美国作家、化学家埃萨克年，美国作家、化学家埃萨克阿西莫夫在他的科幻阿西莫夫在他的科幻小说小说I I，RobotRobot中首次使用了中首次使用了“RoboticsRobotics” ，即，即“机器人机器人学学”。阿西莫夫提出了。阿西莫夫提出了“机器人三原则机器人三原则”：1 1 机器人不应伤害人机器人不应伤害人, ,也不得见人受到伤害而袖手旁观；也不得见人受到伤害而袖手旁观； 2 2 机器人应服从人
5、的一切命令，除非违反第一定律；机器人应服从人的一切命令，除非违反第一定律； 3 3 机器人应保护自身安全，除非违反第一及第二定律。机器人应保护自身安全，除非违反第一及第二定律。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则，阿机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则，阿西莫夫因此被称为西莫夫因此被称为“机器人学之父机器人学之父”。8 1954年，美国人George C. Devol 提出了第一个工业机器人方案并在1956年获得美国专利。1961年，Unimation公司（通用机械公司）成立，生产和销售了第一台工业机器“Unimate” 。1962年，A.M.F.（机械与铸造）公司，研制出
6、一台数控自动通用机，取名“Versatran”，即多用途搬运之意，并以“Industrial Robot”为商品广告投入市场。1974年出现了用计算机控制的机器人， 日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器人。6070年代是机器技术获得巨大发展的阶段。980年代，机器人在发达国家的工业生产中大量普及应用，如焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、水下、排险、核工业等，机器人的感知技术得到相应的发展，产生第二代机器人。90年代，机器人技术在军用、医疗、服务、娱乐等领域延伸，并开始向智能型（第三代）机器人发展。10机器人发展的三个阶段机器人发展的三个阶段第一代：示教再现型机器人
7、第一代：示教再现型机器人 第二代：有感第二代：有感觉的机器人的机器人 第三代：有智能的机器人第三代：有智能的机器人111.2.3 1.2.3 机器人的分类机器人的分类机器人的种类很多。可以按驱动形式、用途、结构和智能机器人的种类很多。可以按驱动形式、用途、结构和智能水平等标准划分水平等标准划分、按驱动形式、按驱动形式 气压驱动气压驱动液压驱动液压驱动电驱动电驱动交流伺服驱动交流伺服驱动直流伺服驱动直流伺服驱动2 2、按用途划分、按用途划分（1 1）工业机器人）工业机器人弧焊机器人弧焊机器人点焊机器人点焊机器人搬运机器人搬运机器人装配机器人装配机器人喷涂机器人喷涂机器人抛光机器人抛光机器人12（
8、2 2）特种机器人）特种机器人空间机器人空间机器人水下机器人水下机器人军用机器人军用机器人教学机器人教学机器人服务机器人服务机器人医用机器人医用机器人排险救灾机器人排险救灾机器人固定固定式式移动移动式式轮式轮式履带式履带式足式足式蛇行蛇行133 3、按智能水平划分、按智能水平划分分分 类类 名名 称称简简 要要 解解 释释人工操作装置有几个自由度，有操作员操纵，能实现若干预定的功能。固定顺序机器人按预定的不变顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。可变顺序机器人按预定的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。但顺序和条件可作适当改变。示教再现型机器人通过手动或其它方式，先引导机器人动作，记录下工作
9、程序，机器人则自动重复进行作业。数控型机器人不必使机器人动作，通过数值、语言等为机器人提供运动程序，能进行可变程伺服控制。感知型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作。机器人对环境有一定的适应性。智能机器人机器人具有感知和理解外部环境的能力，即使环境发生变化，也能够成功的完成任务。第一代第一代第二代第二代第三代第三代14仿生机器人仿生机器人模仿自然界中生物的模仿自然界中生物的外部形状外部形状或或某种机能某种机能的机器人系统的机器人系统15可穿戴机器人可穿戴机器人16可重构机器人可重构机器人17机器人的组成机器人的组成机机器器人人是是一一个个机机电电一一体体化化的的设设备备。从从控控制制观观
10、点点来来看看，机机器器人人系系统统可可以以分分成成四四大大部部分分：机机器器人人执执行行机机构构、驱驱动动装装置置、控制系统、感知反馈系统。控制系统、感知反馈系统。机机 器器 人人执行机构执行机构驱动装置驱动装置控制系统控制系统感知系统感知系统 基基 座座（固固定定或或移移动动）手手部部腕腕部部臂臂部部腰腰部部电电驱驱动动装装置置液液压压驱驱动动装装置置气气压压驱驱动动装装置置处处理理器器关关节节伺伺服服控控制制器器内内部部传传感感器器外外部部传传感感器器18一、执行机构一、执行机构 包括：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。相当于人的肢体。包括：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。相当于人的肢体。二
11、、驱动装置二、驱动装置 包括：驱动源、传动机构等。相当于人的肌肉、筋络。包括：驱动源、传动机构等。相当于人的肌肉、筋络。三、感知反馈系统三、感知反馈系统 包包括括：内内部部信信息息传传感感器器，检检测测位位置置、速速度度等等信信息息；外外部部信信息息传传感器，检测机器人所处的环境信息。相当于人的感官和神经。感器，检测机器人所处的环境信息。相当于人的感官和神经。四、控制系统四、控制系统 包包括括：处处理理器器及及关关节节伺伺服服控控制制器器等等，进进行行任任务务及及信信息息处处理理，并并给出控制信号。相当于人的大脑和小脑。给出控制信号。相当于人的大脑和小脑。内部传感器（位形检测）内部传感器（位形
12、检测）控制系统控制系统驱动驱动装置装置执行执行机构机构工作对象工作对象外部传感器（环境检测）外部传感器（环境检测）1处理器处理器关节控制器关节控制器191.3 机器人的体系结构机器人的体系结构1 分层式体系结构分层式体系结构智能控制系统的典型模型2 包容式结构包容式结构基于感知与行为之间映射关系的并行结构201.4 移动式机器人移动式机器人211.5 机器人竞赛机器人竞赛22材材料料感知感知仿生仿生网络网络微型微型智能智能交互交互前沿技术前沿技术探索探索多机器人多机器人协调技术协调技术人机器人机器人和谐共人和谐共存与交互存与交互网络化与网络化与移动感知移动感知新型机构新型机构与驱动与驱动仿生运动仿生运动与智能控与智能控制制微纳操作微纳操作技术技术关键技术关键技术攻关攻关仿生与生仿生与生物机器人物机器人极地科考极地科考机器人机器人助老助残助老助残家庭服务家庭服务微制造微制造机器人机器人装装备核工核工业机器人机器人油气管道油气管道检测检测电力检测电力检测机器人机器人系统集成系统集成应用示范应用示范我国智能机器人当前主要研究方向我国智能机器人当前主要研究方向习题1、简述机器人的分类。2、机器人技术研究的主要问题是什么？3、查阅资料，分析足球机器人竞赛的系统组成。4、谈谈你对机器人竞赛的想法。23
