工业机器人绪论

1、12014年02月2“机器人机器人”名称的由来：名称的由来：1920年，捷克作家在剧本中塑造了一个具有人的外表、特征和功能，并且愿意为人服务的机器奴仆“Robota”。3一、机器人的发展历史一、机器人的发展历史古代古代“机器人机器人”现代机器人的雏形现代机器人的雏形 人类对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史1、西周时期、西周时期，能工巧匠偃师研制出的歌舞艺人，是我国最早记载的机器人。2、春秋后期、春秋后期，据墨经记载，鲁班造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下” 。3、公元前、公元前2世纪世纪，古希腊人发明了最原始的机器人太罗斯，它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的青铜雕像，它可以自己开

2、门，还可以借助蒸汽唱歌。4、1800年前的汉代年前的汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车，计里鼓车每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。41、后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”，并用其在崎岖的山路中运送军粮，支援前方战争。2、1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪演出。3、1738年，法国天才技师杰克戴瓦克逊发明了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水。4、1773年，著名的瑞士钟表匠杰克道罗斯和他的儿子利路易道罗斯制造出自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，在欧洲风靡一时。5、1927年，美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器

3、人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出，它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。5现代机器人的发展历史现代机器人的发展历史二战期间（1938-1945）l由于核工业和军事工业的发展，研制了 “遥控操纵器”主要用于放射性材料的生产和处理过程。l1947年，对这种较简单的机械装置进行了改进，采用电动伺服方式，使其从动部分能跟随主动部分运动，称为“主从机械手”。1949-1953 美国麻省理工学院开始研制数控铣床l随着先进飞机制造的需要，美国麻省理工学院辐射实验室开始研制数控铣床。l1953年研制成功能按照模型轨迹做切削动作的多轴数控铣床。1954年 “可编

4、程示教再现”机器人 l美国人George C. Devol设计制作了世界上第一台机器人实验装置，并发表了题为适用于重复作业的通用性工业机器人的文章。660年代 机器人产品正式问世，机器人技术开始形成l1960年美国“联合控制公司”根据Devol的专利技术，研制出第一台真正意义上的工业机器人，并成立了Unimation公司，开始定型生产名为Unimate的工业机器人。l两年后，美国“机床与铸造公司”也生产了另一种可编程工业机器人Versatran。70年代 机器人技术发展成为专门学科l机器人产业得到蓬勃发展，机器人技术发展成为专门学科，称之为机器人学（Robotics）。l机器人的应用领域进一步

5、扩大，不同的应用场所，导致了各种坐标系统、各种结构的机器人相继出现，大规模集成电路和计算机技术飞跃发展使机器人的控制性能大大提高，成本不断下降。780年代 开始进入智能机器人研究阶段l80年代，不同结构、不同控制方法和不同用途的工业机器人在工业发达国家真正进入了实用化的普及阶段。l随着传感技术和智能技术的发展，开始进入智能机器人研究阶段。l机器人视觉、触觉、力觉、接近觉等项研究和应用，大大提高了机器人的适应能力，扩大了机器人的应用范围，促进了机器人的智能化进程。经历了40多年的发展，机器人技术逐步形成了一门新的综合性学科 机器人学（Robotics）l它包括有基础研究和应用研究两个方面l主要研

6、究内容有：(1) 机械手设计；(2) 机器人运动学、动力学和控制；(3) 轨迹设计和路径规划；(4) 传感器；(5) 机器人视觉；(6) 机器人控制方式。8二、机器人发展的进程二、机器人发展的进程 机器人的发展大概经历了机器人的发展大概经历了“三代三代” 第一代：第一代：“示教再现”机器人：即由人“教”机器人的运动轨迹、停留点位、停留时间等等，然后机器人依照人教给的行为重复以上的运动，即所谓的“再现”。比如喷漆机器人。 第二代：第二代：带有一定的能对环境感知的装置，通过反馈控制，使得机器人能在一定程度上适应变化的环境。比如焊接机器人，以及在其上应用的焊缝跟踪技术。 第三代：第三代：机器人具有发

7、现问题，并能自主地解决问题的能力，亦即具有一定的智能。比如日本出现的高科技机器人，具有比较完备传感、推理以及判断决策的功能。 9三、工业机器人的性能指标三、工业机器人的性能指标1、自由度、自由度 自由度是表示机器人灵活程度的尺度，意味着独立的单独运动自由度是表示机器人灵活程度的尺度，意味着独立的单独运动的个数。的个数。 10三维空间的无约束物体，可以做平行于X、Y、Z的平移运动，还可以围绕各坐标轴作旋转运动，所以与位置有关的有三个自由度，与姿态有关的也有三个自由度，共六个自由度。也就是说，要任意操纵空间某物体的位姿，至少需要六个自由度。(1) 常用的工业机器人的自由度不超过6个，6个以上自由度

8、的机器人没有唯一解。超出6个自由度以外的自由度称为机器人的冗余自由度。(2) 机器人的末端执行器不计入计算范围；(3) 关节有时是一个受限的自由度，这时计做0.5个自由度；(4) 大多工业机器人的自由度均小于6。11 是指机器人在满足其它性能要求的情况下，能够承载的负荷重量。12五、机器人的工作原理五、机器人的工作原理1、“示教再现示教再现”方式：即通过人教机械手如何动作，控制器将示教过程记忆下来，然后机器人就按照记忆周而复始地重复示教动作，如喷涂机器人。2、“可编程控制可编程控制”方式：工作人员事先根据机器人的工作任务和运动轨迹编制控制程序，然后将控制程序输入给机器人的控制器，起动控制程序，

9、机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完成，如果任务变更，只要修改或重新编写控制程序，非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。3、“遥控遥控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。4、“自主控制自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。13 机器人的应用十分广泛，在许多领域机器人都得到了成功的应用或有着美好的应用前景。l工业机器人工业机器人 工业机器人是应用最为成功

10、和广泛的机器人，它的应用涉及到工业生产的各个方面，如焊接、装配、喷漆等。l海洋探测机器人海洋探测机器人 可用于海底矿物资源和水文气象探测、海底地势勘查、打捞、救生、排险等。l空间机器人空间机器人 在航天飞机上用来回收和维修人造卫星，在空间站、月球表面和火星上进行工作。l军用机器人军用机器人 有扫雷排雷机器人、侦察机器人、防核防化机器人等。六、机器人的应用六、机器人的应用14l微型机器人微型机器人 进入煤气、输油管道等狭窄场所进行工作，甚至进入人体的血管、肠胃。l微操作机器人微操作机器人 是机器人领域的一个重要研究方向，在国防、空间技术、生物医学工程、智能制造和微机电系统中有广泛的应用前景。l娱

11、乐机器人娱乐机器人 充当导游、做表演、甚至与人进行简单交流，如导游机器人、足球机器人、机器狗、机器猫、机器鱼等。l服务机器人服务机器人 已经开始或在不久的将来进入人类家庭生活，如保健机器人，导盲机器人、垃圾清扫和擦玻璃机器人等。15操纵机器人：操纵机器人： 操纵机器人实际上是一种人机系统，由人操纵代替示教。因此，人与机器人之间相互传递信息的问题就成为操纵机器人研究的重点。操纵机器人可分为两种类型：l能力扩大式机器人能力扩大式机器人：负重能力，动作范围放大数倍甚至数十倍，如空间机器人放置和回收卫星；l遥控机器人遥控机器人：适用于特殊作业环境，如放射性物质，真空，有毒气体等隔离工作环境。又如高空、

12、建筑、宇宙、海洋开发、火山探测、军事战场等人不能到达的环境。16主从式机器人与人协同动作主从式机器人与人协同动作17汽车装配机器人汽车装配机器人 18汽车装配机器人汽车装配机器人19一汽红旗轿车机器人焊接线20弧焊机器人弧焊机器人21点焊机器人点焊机器人铆接机器人铆接机器人 2219901990年日本海洋科技中心年日本海洋科技中心 研制的研制的“海沟号海沟号”缆控式缆控式无人潜水器（左）及其在大海中工作时的情况（右）无人潜水器（左）及其在大海中工作时的情况（右） 2319951995年年8 8月我国沈阳自动化所机器人中心研制的月我国沈阳自动化所机器人中心研制的CR-01CR-01型型60006

13、000米水下无缆机器人（上）和正在下水的情况（右）米水下无缆机器人（上）和正在下水的情况（右）24美国航空航天局（美国航空航天局（NASANASA）研究的月球车在月球表面时的情形）研究的月球车在月球表面时的情形25美国航空航天局（美国航空航天局（NASA）研究的）研究的 “索杰纳索杰纳”火星火星车车26美国航空航天局（NASA）的火星车27日本研究的火星探测机器人28英国研制的履带式“手推车” （上图）、 “土拨鼠”（右图右）和“野牛”（右图左）排爆机器人在波黑及科索沃战争中用来探测及处理爆炸物 29德国的排爆机器人我国沈阳自动化所研制的排爆机器人30美国将M60坦克的炮塔去掉后改装的豹式扫雷

14、车31德国研制的Minebreaker 2000机器人扫雷车 32美国研制的MDARS-E型室外保安机器人MPR-800多用途机器人，可用于扫雷、灭火、核生化污染清除等多项危险工作33美国研制的“徘徊者”侦察机器人由M113装甲运输车改装而成 美国国防高级研究计划局研制的只有2.54厘米大小昆虫机器人34“暗星暗星”无人机无人机“别动队别动队”无人机无人机法国法国“红隼红隼”无人机无人机高空无人侦察机高空无人侦察机35鬼怪式无人机发射Brevel无人机只有15厘米的微型无人机36复合式直径6.14米盾构掘进机隧道凿岩机器人 37自动无轨堆垛机 机器人化装载机 自动摊铺机 38 法国研制的法国研

15、制的HILARE 2型移动机械手型移动机械手39法国蒙特皮里亚（法国蒙特皮里亚（Montpellier）微电子与）微电子与机器人实验室研制的机器人实验室研制的 LIRMM移动机器人移动机器人 40工业管道机器人移动探测系统 SMA六足微型机器人六足微型机器人 外观如同一只小甲虫，外形尺寸为253030mm3，重2 0 克 ， 步 行 速 度18mm/分。微小型机器人将来可能在细小管道检测及医疗方面发挥作用。 41微型飞行器微型飞行器：被认为是未来战场上的重要侦察和攻击武器，能以可接受的成本执行某一有价值的任务。这种飞行器必须能够传输实时图像或执行其它功能，有足够小的尺寸（小于20厘米）、足够的

16、巡航范围（如不小于5公里）和飞行时间（不小于15分钟）。微型战术无人机微型战术无人机：可用于战争危险估计、目标搜索、通信中继，监测化学、核或生物武器，侦察建筑物内部情况。可适用于城市、丛林等多种战争环境。因为其便于携带，操作简单，安全性好的优点，可以在部队中大量装备。 42华中科技大学控制系智能与控制工程研究所研制的HUST-MR801型双手协调微操作机器人实验系统43机器人足球赛 44机器人相扑大赛机器人相扑大赛 相扑机器人相扑机器人45机器狗与机器昆虫机器狗与机器昆虫 46吹笛机器人 小提琴机器人47机器人乐队机器人乐队48机器人舞蹈机器龟走迷宫49脑外科机器人辅助系统护士助手机器人50遥

17、控操作手术（格林系统）遥控操作手术（格林系统）51智能轮椅导盲机器人52爬缆索机器人爬缆索机器人: 在高空缆索上自动完成检查、打磨、清洗、去静电、底涂和面涂及一系列的维护工作。清洗巨人清洗巨人：利用两套计算机和一个机器人控制器来控制飞机的清洗 ，不仅减轻了工人的劳动强度，而且大大提高了工作效率。例如，人工清洗一架波音747飞机需要95个工时，而机器人清洗仅需12个工时。 53高楼擦窗和壁面清洗机器人高楼擦窗和壁面清洗机器人 54消防机器人和救援机器人消防机器人和救援机器人55加油机器人加油机器人：汽车驶入加油岛，前轮触发一个定位器，给出汽车的位置。机器人臂抓起油枪，机器人臂上装有一台微型摄像机

18、，找到油箱盖，利用一个吸气装置将其打开，然后机器人手爪拧开加油口密封盖，插入加油软管。加完油后，机器人盖上密封盖及油箱盖。与此同时，计算机已为用户结完帐。整个过程只需两、三分钟。 雕刻机器人雕刻机器人：电脑雕刻系统集扫描、编辑、排版、雕刻诸功能于一体，能方便快捷地在各种材质上雕刻出逼真、精致、耐久的二维图形及三维立体浮雕。 56导游机器人和礼仪机器人导游机器人和礼仪机器人57摘西红柿机器人 58林木球果采集机器人 伐根机器人 59本田公司机器人P2 本田公司机器人P3 日本本田公司投入巨资，经过10多年的开发，研制出了在世界上居领先地位的双足步行机器人P3 ，按研制时间先后，把双足步行机器人分别命名为P1、P2、P3等。P3的高度为160cm，体重130公斤。被称为二哥的机器人P2身高1.80米，体重120公斤，看起来笨头笨脑，但行动起来却很灵活，它们不仅能在平坦的地面上行走，还能够完成上台阶和用扳手拧螺钉等高难动作。60哈尔滨工业大学双足步行机器人在爬楼梯 国防科技大学研制 “先行者”仿人型机器人61北京航空航天大学研究的多指灵巧手北京航空航天大学研究的多指灵巧手62本章应掌握：本章应掌握：5、工业机器人关节有哪几种形式，常用的是什么关节？、工业机器人关节有哪几种形式，常用的是什么关节？2、工业机器人是