工业机器人离线编程(FANUC) 课件汇 孟庆波 01-O-F-011机器人的发展史-03-O-F-013工业机器人应用及其参数

机器人背景知识概述什么是机器人？

一般来说，机器人是一种靠自身动力和控制能力来实现各种功能的机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：一种可编程和多功能的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。可编程和多功能的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统形态各异的机器人蛟龙号载人深潜器－7000m机器人的发展历史1920年，捷克作家卡雷尔·恰佩克在科幻小说中创造出“机器人”这个词；1930年，美国西屋电气公司在纽约世博会上展出家用机器人Elektro；1942年，美国科幻作家阿西莫夫提出“机器人三戒律”，后得到学术界默认；1954年，美国乔治·德沃尔G.C.Devol，发明可编程机器人，专利号2988237；1956年，马文.明斯基提出智能机的观念：能创建周边环境的抽象模型，遇到问题能从该模型中寻找解决方法；1959年：德沃尔与约瑟夫.英格伯格（美国行星公司）联手制造第一台工业机器人，于1960年，在美国成立Unimation公司，被称为工业机器人之父；1965年，麦卡锡帮助MIT推出世界上第一个带有视觉的机器人；1968年，美国斯坦福大学研发成功第一台智能机器人Shakey，能根据人的指令发现并抓取积木；1969年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研发第一台双足机器人，改进后催生本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO1973年：美国CincinnatiMilaeron公司推出第一台小型机控制的机器人T3。1976年：RalphBolles发展了机器人编程语言AL1978年：Unimation公司推出可用于装配的通用机器人PUMA1978年：日本，牧野洋发明SCARA装配机器人1984JosephEngelberger创立Helpmates,开始发展servicerobots.1994CMURoboticsInstitute的DanteII六足机器人探测阿拉加的Mt.Spurr火山。1997NASA发射PathFinder，Sojourner漫游robot传回火星照片。1999SONY发布AIBO狗，开始玩具机器人业务。2002年，丹麦IROBOT发布吸尘器家用机器人ROOMBA，开始批量家用机器人系列。2005年，FOSTERMILLER发布SWORD武装机器人，武装机器人始进入战场。2006年，微软公司推出MicrosoftRoboticsStodio,推动机器人的模块化、平台化趋势机器人三戒律第一条：机器人不得伤害人类第二条：机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条相矛盾。第三条：机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条相矛盾。机器人产业的发展趋势

2007年2月1日上市的《环球科学》(《科学美国人》中文版)，比尔-盖茨预言：机器人即将重复个人电脑崛起的道路。机器人正在催生一项新的产业机器人与30年前PC的发展机遇极为相似

机器人与30年前电脑行业发展状况极为相似

机器人面临的挑战也与30年前PC极为相似

有朝一日机器人将会融入我们的日常生活，但想要达到科幻作品中的水平，还有很长的路要走。机器人正经历“PC式发展”之路机器人带来的改变将与PC过去30年的相媲美服务机器人提供了具有巨大经济效益的新兴产业，整个产业每年30%增长，2020年，全球服务机器人市场达到1500亿美元；服务机器人产业对众多产业的引领作用：家电、玩具、安防、电子、优化产业结构，支撑“中国创造”的转变；作为服务机器人的一种，医疗服务具有巨大的经济效益，如达芬奇手术机器人每台300万美元以上。从新兴产业发展看人口老龄化的服务需求

截至2014年底,全国60岁及以上老年人口21242万人,占总人口的15.5%从社会需求来看残疾人的康复需求

截至2014年底,全国60岁及以上老年人口21242万高品质的生活需求谢谢！机器人背景知识概述授课人：孟庆波什么是机器人学？机器人学（robotics）是研究机器人控制与被处理物体之间的相互关系的科学。与机器人设计、制造和应用相关。涉及的科目主要有：运动学和动力学、系统结构、传感技术、控制技术、行动规划和应用工程。涉及精密机械、信息传感技术、人工智能控制、生物工程等学科的综合技术。机器人控制与被处理物体之间的相互关系1954年：Denavit和Hartenberg（1954）提出用于表达空间杆件几何关系的一般方法，可用于解机器人正运动学1962：Ernst（1962）和Boni（1962）分别研究带触觉和压觉传感器的机械手1964：Uicker（1964）的博士论文研究了空间杆件的动力学

1968：Pieper（1968）的博士论文中用代数方法解逆运动学问题1968：McCarthy（1968）在StanfordAILab研究带摄像机、麦克风的机器人，能根据人的指令发现并抓取积木1971：Kahn和Roth（1971）研究机器人的最少时间控制1972：Paul（1972）研究关节空间轨迹规划1973：Bolles和Paul（1973）用装有视觉和力觉的Stanfordarm完成水泵装配1974：Bejezy（1974）研究机器人的动力学和计算力矩控制1976：Bolles（1976）发展了机器人编程语言AL1979：Paul（1979）研究了笛卡尔空间的轨迹规划机器人学的发展历史1978年PUMA通用工业机器人的诞生可看作是工业机器人的成熟，直到现在，工业机器人的整个机械结构，驱动，控制结构，编程语言均和1978无本质差别。1981年机器人学课本的出版标志着该学科的成熟，Denavit和Hartenberg（1954），Pieper（1968），Paul（1972），Bolles（1976），Paul（1979）等人的研究对工业机器人的成熟作用巨大。1986:Brooks提出包容结构，开创基于行为的机器人学。2000:Arkin出版“基于行为的机器人学”。

这些是该项研究具有开创性的事件。但是，虽然1954，1964的研究是机器人运动学和动力学的基础，但并不是专门为机器人学研究的。1979：Lozano—Perez和Wesley（1979）研究机器人避障问题1981：R.P.Paul（1981）出版第一本机器人学课本，“RobotManipulator：Mathematics，ProgrammingsandControl”谢谢！机器人背景知识概述授课人：孟庆波什么是工业机器人？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；我国国家标准GB/T12643—90将工业机器人定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业”。工业机器人的组成及功能工业机器人由三大部分五个子系统组成：三大部分是机械部分、传感部分和控制部分五个子系统：执行机构、驱动系统、传动系统、控制系统及智能系统部分。工业机器人的主要参数：（1）、自由度：工业机器人所具有的独立运动坐标轴（关节）的个数；（2）、末端重复定位精度：机器人重复定位其手部末端于同一目标的能力，可以用标准偏差统计量来标识；（3）、工作范围：机器人手臂末端所能达到所有点的集合；大多数工业机器人采用关节的运动范围来确定其工作范围；（4）、最大工作速度：一般而言，是指机器人各个关节的最大运动速度；也可以是手臂末端的合成速度；（5）、承载能力：是指机器人在工作范围内的任何位置上，所能允许的最大加速度运动下都能承受的最大负载。

第一代机器人：

1954年美国G.C.Devol申请了“通用机器人”专利；1960，美国AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人，是世界上第一种应用于工业生产的机器人。第一代机器人属于”示教再现”(Teach-in/Playback)型机器人，只具有记忆、存储能力，按相应程序重复作业，对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。第二代机器人：

进入80年代，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器（力觉、触觉、接近觉等）以及信息处理技术的发展，出现了第二代机器人——有感知的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分相关信息，进行一定的实时处理，引导机器人进行作业。第二代机器人已进入了使用化，在工业生产中得到了广泛应用第三代机器人：目前正在研究的“智能机器人”，它不仅具有更加完善的环境感知能力，而且还具有逻辑思维、判断和决策能力，可根据作业要求与环境信息自主地进行工作。工业应用举例工业机器人一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作。

传统的三大应用是焊接、搬运、机床上下料。此外，随着工业机器人在工业生产中的逐渐普及，也在喷漆、切割、包装、抛光、涂胶、切削加工等许多作业中发挥重要作用。发展工业机器人的时代背景劳动力日益短缺国际制造业竞争新的特点我国制造业的总体特点劳动年龄人口逐渐减少：

国家统计局数据显示：我国劳动力人口自2012年出现拐点，总量持续下降。2014年，16－60周岁以下的劳动人口比上年末减少371万，已是第3年连续下降，预计2010年到2050年，劳动年龄人口将由9.4亿缩减到7.1亿。劳动力成本上升：

制造业靠低价原材料、低成本劳动力、低附加值的“三低模式”发展道路走到了尽头，从劳动密集型向现代化制造业方向发展是我国经济发展的重要任务。劳动力要素日益短缺

2008年国际金融危机爆发以来，西方国家开始重新重视制造业，大力推进包括机器人、数字技术装备等在内的新的生产方式，以期通过快速发展人工智能、机器人和数字制造技术，重构制造业的竞争格局。

国际制造业竞争新的特点美国：

奥巴马总统呼吁要“重新回归制造业”，通过快速发展人工智能、机器人以及数字制造技术，重构制造业的竞争格局，以打败中国的人工制造。欧盟：

提出“新工业革命”理念，大力推进包括机器人、数字技术装备等在内的新工业革命生产工具。中国：

制造业的信息化与工业化深度融合是发展方向，智能制造装备是高端装备制造业的重点，大力培育和发展智能制造装备产业，加快制造业转型升级、实现制造过程的智能化和绿色化。制造业生产方式正在形成新的特点我国制造业大而不强：

2010年世界制造业总产出为10万亿美元。其中，中国占世界制造业产出的19.8%，略高于美国的19.4%。产量上，中国制造业在2010年已成了世界第一。波士顿咨询集团（BostonConsultingGroup）指出，中国工厂工人的成本2000年只有美国的3%，2010年提高到9%，预计2015年将会达到17%，而到2016年，美国与中国的单位劳动成本之差将收缩到7美分每小时。

2010年美国的制造业产出仅略低于中国的0.4%，但美国只有1150万产业工人，而中国制造业则雇佣了1亿人，劳动生产率比中国高效10倍。核心竞争力与美、德等西方发达国家有很大