机械工程导论第八讲课件

1、智能装备及机器人 未来机械工程科学发展的总趋势将是智能、数字化；交叉、综合化；柔性、集成化；精密、 微型化；高效、清洁化。其中智能装备及机器人已成为一个热门的研究课题。1、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（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。” 总之，机器人是自动执行工作的机器装置，是一种智能的机电一体化系统。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以

2、根据人工智能技术制定的原则行动。它的任务是协助或取代人类工作，例如生产业、建筑业或是危险的工作。 机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物，在工业、医学、农业、建筑业、军事等领域中都有重要的用途。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。”5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。是一种自动机械装

3、置，自动完成多种操作或动作功能，可以再编程，程序流程可变，具有适应性。具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习。 3、机器人的特点4、机器人的能力评价标准智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。因此，可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。5、机器人的发展方向横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。纵向

4、上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明。6、机器人的发展历史 1910年捷克斯洛伐克作家卡雷尔恰佩克在他的科幻小说中，根据Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。 1911年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。1912年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小

5、说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。1913年诺伯特维纳出版控制论关于在动物和机器中控制和通讯的科学，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。 1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。1962年美国AMF公司生产出“VERSTRAN”（意思是万能搬运），与Unimation公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人

6、研究的热潮。1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1964年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统。本田公司的ASIMO仿人机器人索尼公司的QRIO仿人机器人147、机器人的性能要素自由度数，衡量机器人适应性和灵活性的重要指标，一般等于机器人的关节数。机器人所需要的自由度数决定与其作业任务。负荷能力，机器人在满足其它性能要求的前提下，能够承

7、载的负荷重量。工作空间，机器人在其工作区域内可以达到的所有点的集合。它是机器人关节长度和其构型的函数。精度，指机器人到达指定点的精确程度。它与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关。重复定位精度，指机器人重复到达同样位置的精确程度。它不仅与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关，还与传动机构的精度及机器人的动态性能有关。控制模式，引导或点到点示教模式；连续轨迹示教模式；软件编程模式；自主模式。最大工作速度，单关节速度；合成速度。其它动态特性，如稳定性、柔顺性等。8、机器人的分类 机器人的种类很多，可以按驱动形式、结构、智能水平和用途等划分： 、按驱动形式分类 气压驱动 液压驱动 电驱动 交流伺服驱动

8、直流伺服驱动 2、按几何结构分类串联机器人：各连杆为串联并联机器人：各连杆为并联串联机器人并联机器人3、按智能水平划分分 类 名 称简 要 解 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

9、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。第一代第二代第三代工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。德国大众汽车生产线农业机器人是用于农业生产的特种机器人，是一种新型多功能机械。德国农业机械水下机器人是一种工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作，又称潜水器。水下探测机器人军用机器人是一种用于军事领域的具有某种仿人功能的自动机。美国大狗机器人太空机器人是一种在航天器或空间站上作业的具有智能的通用机械系统。太空加油机器人娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的，具有机器人的外部特征，可以像人，像某种动物，像童话或科幻小说中的人物等。乐队机器人服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。银行大堂服务机器人形式：课程报告 (每人一份，机械相关主题，內容 5页以上， 提交打印纸质稿，A4大小，正文5号字，图不超过1/4篇幅