第一章 机器人概述课件

一机器人相关概述1.1机器人的定义、分类及发展概况1.1.1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（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。”1第一章机器人概述1）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。2）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。可以再编程，程序流程可变，即具有柔性(适应性）。3）具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习。

一般认为机器人应具有的共同点为：2第一章机器人概述1.1.2机器人的发展历史1920年，捷克作家卡雷尔·卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。卡佩克在剧本中把捷克语“Robota”写成了“Robot”，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。1950年，美国作家埃萨克·阿西莫夫在他的科幻小说《I，Robot》中首次使用了“Robotics”，即“机器人学”。阿西莫夫提出了“机器人三原则”：1机器人不应伤害人类,且在人类受到伤害时不可袖手旁观；2机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；3机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。

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“机器人学之父”。3第一章机器人概述

1954年，美国人GeorgeC.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”，即万能自动之意。

1962年，A.M.F.（机械与铸造）公司，研制出一台数控自动通用机，取名“Versatran”，即多用途搬运之意，并以“IndustrialRobot”为商品广告投入市场。计算机控制的机器人，19741978年，第一台PUMA机器人在Unimation公司诞生。

日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器人。60～70年代是机器技术获得巨大发展的阶段。4第一章机器人概述80年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，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。示教再现机器人，198290年代，机器人技术在发达国家应用更为广泛，如军用、医疗、服务、娱乐等领域，并开始向智能型（第三代）机器人发展。多种机器人：工业机器人、移动机器人、拟人机器人、特种机器人等，具有视觉、语音等功能，具有一定智能。1998年：日本30万台，美国8万台，德国7万台5第一章机器人概述我国机器人技术发展现状70年代后期开始研制“七五”“863”工业机器人（国产占1/4左右）特种机器人及智能机器人水下（1000米，6000米无缆）排险爬壁管道防核化侦查核工业用遥控移动自动导引小车（AGV）步行机（双足，四足，六足）地面军用智能车辆其它（灵巧手，智能手爪，七自由度机器人等）1999年“863”智能机器人主题产业化基地9个（哈工大、一汽、沈阳自动化所、北京自动化所、大连华录、南开大学、上海交大、上海大学、兵工58所）6第一章机器人概述7第一章机器人概述1.1.3机器人的分类机器人的种类很多。可以按驱动形式、用途、结构和智能水平等观点划分

１、按驱动形式

气压驱动

液压驱动

电驱动

交流伺服驱动

直流伺服驱动

2、按用途划分（1）工业机器人弧焊机器人点焊机器人搬运机器人装配机器人喷涂机器人抛光机器人8第一章机器人概述（2）特种机器人空间机器人

水下机器人军用机器人教学机器人

服务机器人

医用机器人

排险救灾机器人

固定式移动式轮式履带式足式蛇行9第一章机器人概述3按几何结构分类：利用机构特性分类。串联机器人：各连杆为串联并联机器人：各连杆为并联10第一章机器人概述4、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11第一章机器人概述1.1.4机器人技术展望

进入90年代后,机器人数量增长速度下降,但由于人工智能、计算机科学、传感器技术的长足进步，使机器人技术研究在高水平上进行。未来机器人技术将有待于在以下几个方面发展。一、操作臂技术1．

高速操作臂：机构，伺服驱动，动态控制方法；2．

柔性操作臂：提高荷重比（＜30∶10），轻质材料；3．

冗余自由度臂；4．

高精度、多自由度力控制：精密组装；5．

微型操作臂。12第一章机器人概述二、移动技术1、新型移动机构：适合非结构环境的移动机构；2、运动控制：建模、制导、导航、路径规划。三、感知技术1、视觉：图像识别与处理；2、手眼协调；3、接触觉小型化；4、多信息融合。四、自主控制技术1、分布式计算机控制技术；2、人工智能技术。13第一章机器人概述智能机器人技术材料感知仿生网络微型智能交互前沿技术探索多机器人协调技术人－机器人和谐共存与交互网络化与移动感知新型机构与驱动仿生运动与智能控制微纳操作技术关键技术攻关仿生与生物机器人极地科考机器人助老助残家庭服务微制造机器人装备核工业机器人油气管道检测电力检测机器人系统集成应用示范我国智能机器人当前主要研究方向14第一章机器人概述20公斤点焊机器人点焊机器人在工作中6公斤弧焊机器人工业机器人（一）弧焊机器人在工作中15第一章机器人概述涂胶机器人龙门式喷漆机器人SCARA型装配机器人工业机器人（二）搬运机器人码垛机器人喷漆机器人16第一章机器人概述“双鹰”水下机器人水下扫雷机器人“探索者号”水下机器人Spirit火星漫游车Marshod火星漫游车CanadaArm太空机械臂特种机器人（一）17第一章机器人概述美国“别动队”无人机法国“红隼”无人机微型无人机特种机器人（二）豹式排雷机器人“徘徊者”侦察机器人“手推车”机器人机器人助手18第一章机器人概述特种机器人（三）足球机器人AIBO机器狗指挥机器人迎宾机器人导盲机器人跳舞机器人医疗机器人19第一章机器人概述特种机器人（四）管内机器人隧道凿岩机器人大型喷浆机器人室外保安机器人德国排爆机器人消防机器人防暴机器人20第一章机器人概述工业机器人21第一章机器人概述1.3

机器人的组成、构型及性能要素1.3.1

机器人的组成

机器人是一个机电一体化的设备。从控制观点来看，机器人系统可以分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。机器人执行机构驱动装置控制系统感知系统

基座（固定或移动）手部腕部臂部腰部电驱动装置液压驱动装置气压驱动装置处理器关节伺服控制器内部传感器外部传感器22第一章机器人概述一、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。二、驱动装置包括：驱动源、传动机构等。相当于人的肌肉、筋络。三、感知反馈系统包括：内部信息传感器，检测位置、速度等信息；外部信息传感器，检测机器人所处的环境信息。相当于人的感官和神经。四、控制系统包括：处理器及关节伺服控制器等，进行任务及信息处理，并给出控制信号。相当于人的大脑和小脑。内部传感器（位形检测）控制系统驱动装置执行机构工作对象外部传感器（环境检测）

1处理器关节控制器23第一章机器人概述Intelligenceandhuman-machineinterfaceLinuxPMACServoControllerMotionControllerMotionPlanningLocalControllerInternetRobotCameraMicrophoneScanner机器人系统结构的例子24第一章机器人概述1.3.3

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。

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