機器人理論與技術(shù)基礎(chǔ)CONTENTSIntroductionandConceptualProblems緒論SystemModelofRobot機器人系統(tǒng)分析基礎(chǔ)RobotKinematics運動學RobotDynamics動力學Thecourseisdividedintoeightmodulescoveringthefollowingareas:RobotControl機器人控制RobotMotionPlanning機器人運動規(guī)劃機器人編程語言ProgrammingLanguageofRobot典型機器人系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)DesignandImplementationofRobotSystem本章從典型機器人系統(tǒng)的設(shè)計出發(fā)，引導讀者在進行系統(tǒng)的設(shè)計之前，考慮任務(wù)估計、技術(shù)要求和依據(jù)、經(jīng)濟理由以及與人的因素等，熟悉使用機器人的經(jīng)驗準則和步驟。給出機器人的應用實例，如：分揀機器人系統(tǒng)設(shè)計、搬運碼垛機器人系統(tǒng)設(shè)計和五子棋對弈機器人系統(tǒng)設(shè)計等。本章知識點：應用機器人的三要素使用機器人的經(jīng)驗準則機器人系統(tǒng)的總體設(shè)計步驟典型機器人系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)實例引言00工廠或企業(yè)在準備采用工業(yè)機器人時應當考慮的問題及因素包括任務(wù)估計、技術(shù)要求與依據(jù)、經(jīng)濟理由以及與人的因素的關(guān)系等。只有這樣，才能論證使用機器人的合理性，選擇適當?shù)淖鳂I(yè)，選用合適的機器人，考慮到今后的發(fā)展以及充分發(fā)揮人的作用和機器人的優(yōu)點。機器人系統(tǒng)設(shè)計需要考慮的因素01機器人系統(tǒng)設(shè)計需要考慮的因素機器人的任務(wù)估計要增加對機器人應用情況的了解，最好的方法是到工作現(xiàn)場去觀察機器人的工作。在估計作業(yè)任務(wù)時，必須把當前進行的作業(yè)任務(wù)與應當由機器人進行的作業(yè)任務(wù)加以區(qū)別。改變過程變量來顯著提高生產(chǎn)率應用機器人的三要素技術(shù)因素、經(jīng)濟因素人的因素使用機器人的經(jīng)驗準則弗農(nóng)經(jīng)驗準則機器人總體設(shè)計的主要內(nèi)容有確定基本參數(shù)，選擇運動方式，確定操作臂配置形式，確定位置檢測、驅(qū)動和控制方式等。在結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，對各部件的強度、剛度做必要的驗算。機器人總體設(shè)計包含：系統(tǒng)分析技術(shù)設(shè)計機器人系統(tǒng)的總體設(shè)計方法02系統(tǒng)分析根據(jù)機器人的使用場合，明確采用機器人的目的和任務(wù)。分析機器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境，包括機器人與已有設(shè)備的兼容性。認真分析系統(tǒng)的工作要求，確定機器人的基本功能和方案。進行必要的調(diào)查研究，搜索國內(nèi)外的有關(guān)技術(shù)資料，進行綜合分析，找出借鑒、選用之處和需要注意的問題。技術(shù)設(shè)計機器人基本參數(shù)的確定機器人運動形式或移動機構(gòu)的選擇擬定檢測傳感系統(tǒng)框圖確定控制系統(tǒng)總體方案機械結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)設(shè)計機器人基本參數(shù)的確定臂力工作節(jié)拍工作范圍運動速度定位精度技術(shù)設(shè)計工藝過程定位精度/mm金屬切削機床上下料±（0.05~1.00）沖床上下料±1點焊±1模鍛±（0.1~2.0）噴涂±3裝配、測量±（0.01~0.50）表8.1不同工藝過程的定位精度要求機器人基本參數(shù)的確定技術(shù)設(shè)計機器人基本參數(shù)的確定機器人運動形式或移動機構(gòu)的選擇擬定檢測傳感系統(tǒng)框圖確定控制系統(tǒng)總體方案機械結(jié)構(gòu)設(shè)計分揀機器人可用于農(nóng)副產(chǎn)品分選、金屬分選、礦石分選等場景。一般需要搭配視覺等傳感器，使用帶有末端執(zhí)行器或產(chǎn)品夾具的機械臂從傳送帶或?qū)优_上拾取產(chǎn)品，經(jīng)過識別后分類放置于不同區(qū)域。臂端工具可以是機械式、吸力式或磁性夾具。分揀機器人可以根據(jù)實際應用進行分類，例如在建筑固廢、快遞包裹、水果等領(lǐng)域應用的分揀機器人。分揀機器人系統(tǒng)設(shè)計03圖8.1建筑固廢分揀機器人快遞包裹分揀機器人分揀機器人系統(tǒng)實物圖搬運碼垛機器人是一臺能夠快速高效地將產(chǎn)品整齊堆疊到托盤上的機器。它使用機械臂來拾取、定向和放置產(chǎn)品，并將它們排列成一個負載堆。第一臺機械式碼垛機是LamsonCorp.公司于1948年設(shè)計制造的。該碼垛機為排式碼垛機，在這臺機器中，材料被排列在一個行形成區(qū)域，然后被轉(zhuǎn)移到另一個層堆疊的區(qū)域。這種碼垛技術(shù)成為傳統(tǒng)碼垛機的基本操作。碼垛機器人于1980年代問世，使用帶有末端執(zhí)行器或產(chǎn)品夾具的機械臂，從傳送帶或?qū)优_上拾取產(chǎn)品，然后將其放置在托盤上。臂端工具可以是機械式、吸力式或磁性夾具。碼垛機器人可以根據(jù)配置和結(jié)構(gòu)進行分類，碼垛機器人可以單獨運行，也可以與其他單元協(xié)同運行。搬運碼垛機器人系統(tǒng)設(shè)計04搬運碼垛機器人

笛卡爾碼垛機龍門碼垛機器人SCARA碼垛機串聯(lián)工業(yè)機器人碼垛機工業(yè)機器人搬運碼垛系統(tǒng)通常由以下幾部分構(gòu)成：（1）托盤（2）傳送帶（3）控制器（4）操作員（5）夾持器（6）示教器（7）狀態(tài)燈（8）電纜管理系統(tǒng)（9）保障措施移動機器人巡防是一種利用移動機器人進行巡邏、監(jiān)測和防范的安防措施。在安防領(lǐng)域，移動機器人可以執(zhí)行各種任務(wù)，例如巡邏、偵察、監(jiān)控、報警和反應等。移動機器人巡防通常使用自主導航算法和多種傳感器，如攝像頭、激光雷達、超聲波傳感器和溫度傳感器等，來規(guī)劃巡邏路線和監(jiān)測環(huán)境。機器人可以自主地識別和跟蹤目標，如犯罪嫌疑人、車輛和物品等，并將相關(guān)信息實時傳輸給指揮中心。同時，移動機器人可以進行自我保護，以避免受到攻擊或損壞，并且可以在需要時自動報告或請求支援。移動機器人巡防系統(tǒng)設(shè)計05本門課程實驗作業(yè)習題1.在設(shè)計機器人系統(tǒng)時需要考慮哪些因素？2.協(xié)作機器人可以應用于哪些領(lǐng)域？舉例說明它的必要性和合理性。3.現(xiàn)有分揀機器人系統(tǒng)有哪些？4.搬運碼垛系統(tǒng)有什么特點?5.巡檢機器人需要解決哪些核心技術(shù)問題？編程1.請在VREP等仿真環(huán)境下建立包裹分揀機器人的模擬場景，并實現(xiàn)物體的分揀。2.請使用層次狀態(tài)機（HierarchicalStateMachi