1、第一章 概論,基礎知識,內(nèi)容要點,什么是機器人 機器人的分類 什么是機器人學 機器人的發(fā)展歷史 機器人的優(yōu)缺點 機器人的組成部件 機器人的自由度,機器人的關節(jié) 機器人的坐標構型 機器人的性能指標 機器人的工作空間 機器人的應用 其他機器人及應用 機器人的社會問題,第二講 機器人基礎,一、什么是機器人,第二講 機器人基礎,常規(guī)的機器人操作手,牽引車上的起重機,起重機與機械手的異同,許多連桿通過關節(jié)依次連接，各關節(jié)由驅動 器驅動；,共同之處：,根本不同：,起重機是由人來控制驅動器；,第二講 機器人基礎,“手”能在空中運動，能承受一定的載荷；,都用一個中央控制器控制驅動器,機器人是由計算機編程控制，

2、程序變了，機器人的動作就會相應改變,機器人定義,ISO定義: A reprogrammable and multifunctional manipulator, devised for the transport of materials, parts, tools or specialized systems, with varied and programmed movements, with the aim of carrying out varied tasks. 定義的外延和內(nèi)涵隨機器人的發(fā)展而變化,第二講 機器人基礎,二、機器人分類,人工操作裝置 固定順序機器人 可變順序機器人 示

3、教再現(xiàn)機器人 數(shù)控機器人 智能機器人,JIRA,RIA,第二講 機器人基礎,三、什么是機器人學,機器人學是人們設計和應用機器人的技術和知識。 機器人系統(tǒng)不僅由機器人組成，還需要其他裝置和系統(tǒng)連同機器人一起來共同完成必需的任務。 機器人學是一門交叉學科，它得益于機械工程、電氣與電子工程、計算機科學、生物學以及其他許多學科。,第二講 機器人基礎,四、機器人的發(fā)展歷史,Karel Capek Rossams Universal Robots Isaac Asimov 在Im Robot中提出“機器人三原則” 和“機器人學（Robotics）”,A robot must not harm a huma

4、n being or, through inaction, allow one to come harm.,A robot must always obey human beings unless that is conflict with the first law.,A robot protect itself from harm unless that is conflict with the first or second laws.,第二講 機器人基礎,四、機器人的發(fā)展歷史,Geoorge Devol開發(fā)出第一臺可編程機器人，能實現(xiàn)示教再現(xiàn)編程方式，實現(xiàn)點到點的控制； 1958年，E

5、ngel Berger創(chuàng)建了Unimation公司，并參與設計了第一臺Unimate 機器人； 同時，AMF公司開始研制工業(yè)機器人Versatran（Versatile Transfer）機器人； 1983年， Engel Berger將Unimation公司賣給西屋公司，創(chuàng)建TRC公司，開始研制服務機器人； 1968年，第一臺智能機器人Shakey在斯坦福研究所（SRI）誕生；,第二講 機器人基礎,五、機器人的優(yōu)缺點,機器人和自動化技術在多數(shù)情況下可以提高生產(chǎn)率、安全性、效率、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的一致性； 機器人可以在危險的環(huán)境下工作，而無須考慮生命保障或安全的需要； 機器人無需舒適的環(huán)境，例如

6、考慮照明、空調(diào)、通風以及噪音隔離； 機器人能不知疲倦和厭煩地持續(xù)工作，不會有心理問題，不需要醫(yī)療保險或假期； 機器人除了發(fā)生故障或磨損外，將始終如一地保持精度； 機器人具有比人高得多的精確度。直線位移精度可達千分之幾英寸（1in=2.54cm）； 機器人其附屬設備及傳感器具有某些人類所不具備的能力； 機器人可以同時響應多個激勵或處理多項任務，而人類只能響應一個現(xiàn)行激勵；,第二講 機器人基礎,機器人替代了工人，由此帶來經(jīng)濟和社會問題； 機器人缺乏應急能力，除非該緊急情況能夠預知并已在系統(tǒng)中設置了應對方案，否則不能很好地處理緊急情況。同時，還需要有安全措施來確保機器人不會傷害操作人員以及與它一起工

7、作的機器。 機器人的能力在自由度、靈巧度、傳感器能力、視覺系統(tǒng)和實時響應方面具有局限性； 機器人費用開銷大，原因是：原始的設備費、安裝費、需要周邊設備、需要培訓、需要編程。,第二講 機器人基礎,六、機器人的組成部件,機械手 末端執(zhí)行器 驅動器,第二講 機器人基礎,連接在機械手最后一個關節(jié)上，用來執(zhí)行任務。是由公司工程師或外面的顧問為某種用途而專門設計的。通常，其動作有機器人控制器直接控制。,“肌肉”，常見的驅動器有伺服電機、步進電機、氣缸及液壓缸等，還有一些新型驅動器。它們由控制器控制。,機器人的主體部分，由連桿、活動關節(jié)和其他結構部件構成。,六、機器人的組成部件,“五官”，收集機器人內(nèi)部狀態(tài)

8、的信息或用來與外部環(huán)境進行通信。,“小腦”，從計算機獲取數(shù)據(jù)，控制驅動器的動作，并與傳感器反饋信息一起協(xié)調(diào)機器人的運動。,“大腦”，計算機器人關節(jié)的運動，確定每個關節(jié)應移動多少和多遠才能達到預定的速度和位置，并監(jiān)督控制器和傳感器。,機械手或移動車 末端執(zhí)行器 驅動器,傳感器 控制器和處理器,第二講 機器人基礎,六、機器人的組成部件,操作系統(tǒng)：用來操作計算機 機器人軟件：根據(jù)機器人的運動方程計算每個關節(jié)的必要動作，然后將這些信息傳給控制器 例行程序集合和應用程序：為了使用機器人外部設備或為了執(zhí)行特定任務而開發(fā),機械手或移動車 末端執(zhí)行器 驅動器,傳感器 控制器和處理器 軟件,第二講 機器人基礎,

9、七、機器人的自由度,確定一個剛體在空間的位置需要3dof 確定該剛體的姿態(tài)需要3dof 因此，需要6dof才能將物體放置到空間的期望位姿； 少自由度機器人會怎樣？ 多自由度機器人會怎樣？ 人的手臂和手各有幾個自由度？,第二講 機器人基礎,七、機器人的自由度,末端執(zhí)行器的動作計入機器人的自由度嗎？,自由度為1/2的含義是什么？,所有的機器人都是六個自由度嗎？,不,該關節(jié)只能在它的運動極限處定位或該關節(jié)限定為幾個可能的取值,許多都少于六個，比如插件機器人,第二講 機器人基礎,八、機器人關節(jié),線性關節(jié)（Prismatic joint） 回/旋轉關節(jié)(Rotary joint) 球關節(jié)(Spheric

10、al joint),由步進電機或伺服電機驅動,由氣缸、液壓缸驅動,第二講 機器人基礎,九、機器人的坐標與構形,笛卡兒坐標/直角坐標/臺架型（3P）,圓柱坐標型（R2P）,極坐標、球坐標型（2RP）,平面型,多關節(jié)機器人,十一、機器人的性能指標,負荷能力 機器人在滿足其他性能要求的情況下，能夠承載的負荷重量； 機器人的負荷量與其自身的重量相比往往非常?。?比如：M16i機器人自重594磅，負荷量僅為35磅。,第二講 機器人基礎,十一、機器人的性能指標,運動范圍 機器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達到的最大距離； 運動范圍是機器人關節(jié)長度和其構型的函數(shù)。,第二講 機器人基礎,十一、機器人的性能指標,精度（正

11、確性） 指機器人到達指定點的精確程度； 與驅動器的分辨率以及反饋裝置有關； 大多數(shù)工業(yè)機器人具有0.001in或更高精度。,第二講 機器人基礎,十一、機器人的性能指標,重復精度（變化性） 指如果動作重復多次，機器人到達同樣位置的精確程度； 重復精度比精度更為重要； 大多數(shù)工業(yè)機器人的重復精度都在0.001in以內(nèi)。,第二講 機器人基礎,十二、機器人的工作空間,是指根據(jù)機器人的構型、連桿及腕關節(jié)的大小，機器人能到達的點的集合； 工作空間可用數(shù)學方法通過列方程來確定，也可憑經(jīng)驗確定； 當機器人用做特殊用途時，必須研究其工作空間，以確保機器人能到達要求的點。,第二講 機器人基礎,十二、機器人的工作空間,可達工作空間,靈活工作空間,VS,第二講 機器人基礎,十三、機器人的應用,機器加載 取放操作 焊接 噴漆 檢測 抽樣 裝配操作,機械制造 監(jiān)視 醫(yī)療應用 幫助殘疾人 危險環(huán)境 水下、太空及遠程,第二講 機器人基礎,十四、其他機器人及應用,類人機器人 類昆蟲和動物機器人 多數(shù)為科研目的而開發(fā) 為軍事、醫(yī)療或娛樂而設計開發(fā),生命電子學:設計和開發(fā)生動形象的機器人和機器的系統(tǒng)技術,MEMS:微電子機械系統(tǒng),第二講 機器人基礎