工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)ppt課件

1、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù),隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)得到了很大的發(fā)展并且越來越多的應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中。目前機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，上至宇宙開發(fā)，下到海洋探索，可以說機(jī)器人正在慢慢的出現(xiàn)在我們工作、學(xué)習(xí)和生活的方方面面，起著為人類服務(wù)的重要作用。 美國好奇號機(jī)器人在進(jìn)行火星探測,日本的“希望”機(jī)器人在宇宙空間站,美國“海神”號機(jī)器人在進(jìn)行深海探測,掃地機(jī)器人,送餐機(jī)器人,家用機(jī)器人,醫(yī)院護(hù)理機(jī)器人,用于工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人,用于娛樂的機(jī)器人,機(jī)器人的定義、特性與發(fā)展,1,機(jī)器人的組成與分類,2,機(jī)器人的應(yīng)用范圍,3,本模塊為機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)概述。本模塊講述了機(jī)器人的定義、特性、歷史、發(fā)展；講解了機(jī)器人的主

2、要部件、結(jié)構(gòu)、工作原理；介紹了機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,學(xué)習(xí)完本模塊的內(nèi)容后，學(xué)生應(yīng)能夠了解機(jī)器人的定義、歷史，了解機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，掌握機(jī)器人的部件、結(jié)構(gòu)、特性；能夠分析機(jī)器人的組成與工作原理；能夠運(yùn)用上述所學(xué)講述機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的內(nèi)容，并強(qiáng)化學(xué)好本門課程的決心,學(xué)習(xí)單元一 機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)概述,一、機(jī)器人的定義與特性,一、機(jī)器人的定義與特性,機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手有幾個(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù),機(jī)器人是貌似人的自動(dòng)機(jī)，具有智力且順從于人，但不具備人格,機(jī)器人是

3、一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序操作來執(zhí)行各種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機(jī)械手,一、機(jī)器人的定義與特性,日本機(jī)器人協(xié)會(huì)指出：工業(yè)機(jī)器人是一種帶有存儲(chǔ)器件和末端操作器的通用機(jī)械，它能夠通過自動(dòng)化的動(dòng)作替代人類勞動(dòng),一、機(jī)器人的定義與特性,一、機(jī)器人的定義與特性,一、機(jī)器人的定義與特性,根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)給出的機(jī)器人定義，機(jī)器人的特性如下： (1)機(jī)器人具有類人性，其動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官的功能。 (2)機(jī)器人具有通用性，其工作種類多樣，動(dòng)作程序靈活易變。 (3)機(jī)器人具有智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等，其智能程度不同。 (4)機(jī)

4、器人具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的干預(yù),一、機(jī)器人的定義與特性,為了防止機(jī)器人傷害人類，1940年，一位名叫阿西莫夫的科幻作家首次使用了robotics（機(jī)器人學(xué)）來描述與機(jī)器人有關(guān)的科學(xué)，并提出了“機(jī)器人學(xué)三原則”： (1)機(jī)器人不得傷害人類或由于故障而使人遭受不幸。 (2)機(jī)器人應(yīng)執(zhí)行人們下達(dá)的命令，除非這些命令與第一原則相矛盾。 (3)機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己的生存，只要這種保護(hù)行為不與第一或第二原則相矛盾。 這是給機(jī)器人賦予的倫理性綱領(lǐng)。機(jī)器人學(xué)學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則,一、機(jī)器人的定義與特性,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,機(jī)器人”一詞雖然出現(xiàn)得較晚，但是這一

5、概念在人類的想象中卻早已出現(xiàn)。制造機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)研究者的夢想，代表了人類重塑自身、了解自身的一種強(qiáng)烈愿望。自古以來，就有不少科學(xué)家和杰出工匠制造出了具有人類特點(diǎn)或具有模擬動(dòng)物特征的機(jī)器人雛形,列子湯問記載，西周時(shí)期周穆王在位時(shí)，能工巧匠偃師制造出一個(gè)逼真的機(jī)器人，它和人一樣能歌善舞，這是我國最早記載的具備機(jī)器人概念的文字資料。墨經(jīng)記載，春秋后期，木匠魯班在機(jī)械方面也有所造詣，他曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日而不下”。 三國時(shí)，又出現(xiàn)了能替人搬東西的“機(jī)器人”。它是由蜀漢丞相諸葛亮發(fā)明的，能替代人運(yùn)輸物資的機(jī)器“木牛流馬”，也就是現(xiàn)代的步行機(jī)機(jī)器人。它在結(jié)構(gòu)和功能上相當(dāng)于今天運(yùn)輸用的工

6、業(yè)機(jī)器人,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)器玩偶，并在大阪演出。18世紀(jì)末，人們通過改進(jìn)，制造出了端茶玩偶。它是木質(zhì)的，發(fā)條和彈簧是用鯨魚須制成的，它雙手捧著茶盤，如果把茶杯放在茶盤上，它便會(huì)向前走，把茶端給客人，客人取茶杯時(shí)，它會(huì)自動(dòng)停止行走，客人喝完茶把茶杯放回茶盤上時(shí)，它就又轉(zhuǎn)回原來的地方。 1738年，法國天才技師杰克戴瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能機(jī)械化，以進(jìn)行醫(yī)學(xué)上的分析,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,17681774年，瑞士鐘表匠德羅斯父子三人合作制造出3個(gè)像真人一樣大小的機(jī)器人寫

7、字偶人、繪圖偶人和彈風(fēng)琴偶人。它們是靠彈簧驅(qū)動(dòng)、由凸輪控制的自動(dòng)機(jī)器，至今還作為國寶保存在瑞士納切爾市藝術(shù)和歷史博物館內(nèi)。 1890年，在美國芝加哥的小實(shí)驗(yàn)室里，Archibald Campion教授制造出了一個(gè)稱為機(jī)器人鍋爐的裝置，可以自動(dòng)向外輸出所需溫度的熱水，這個(gè)裝置曾經(jīng)參加了1893年的哥倫比亞世界博覽會(huì)。 1901年，為了迎接新世紀(jì)的到來，有人制造出了一個(gè)機(jī)器人戰(zhàn)士，盡管那時(shí)汽車和飛機(jī)還沒有被發(fā)明，但是對多功能人工機(jī)械人的研發(fā)，讓人不得不刮目相看,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,進(jìn)入20世紀(jì)40年代后期，機(jī)器人的研究與發(fā)明得到了更多人的關(guān)心或關(guān)注。20世紀(jì)50年代以后，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開

8、始研究能搬運(yùn)核原料的遙控操縱機(jī)械手，如圖1-1所示。這是一種主從型控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中加入力反饋，可使操作者獲知施加力的大小，主、從機(jī)械手之間由防護(hù)墻隔開，操作者可通過觀察窗或閉路電視對從機(jī)械手操作機(jī)進(jìn)行有效的監(jiān)視，主、從機(jī)械手系統(tǒng)的出現(xiàn)為機(jī)器人的產(chǎn)生及近代機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造做了鋪墊,圖1-1 主從型遙控操縱機(jī)械手,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,機(jī)器人是以控制論和信息論為指導(dǎo)，綜合了機(jī)械學(xué)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、傳感技術(shù)等學(xué)科的成果而誕生的。因此，隨著這些學(xué)科，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)器人的出現(xiàn)已經(jīng)是順理成章的事了,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,1959年，德沃爾的Unimatio

9、n公司制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人Unimate機(jī)器人（見圖12），現(xiàn)代機(jī)器人的歷史才真正開始。這種機(jī)器人外形有點(diǎn)兒像坦克炮塔，基座上有一個(gè)大機(jī)械臂，大臂可繞軸在基座上轉(zhuǎn)動(dòng)，大臂上又伸出一個(gè)小機(jī)械臂，它相對大臂可以伸出或縮回。小臂上有一個(gè)腕，可繞小臂轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行俯仰和側(cè)搖。腕前端是“手”，即操作器。這個(gè)機(jī)器人的功能和人的手臂功能相似?，F(xiàn)在的Unimate機(jī)器人是球坐標(biāo)機(jī)器人，它由5個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)的液壓驅(qū)動(dòng)，可完成近200種示教再現(xiàn)動(dòng)作,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,圖1-2 Unimate機(jī)器人,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,隨后，美國AMF公司制造出Versatran機(jī)器人。Versatran機(jī)器人（見圖1-

10、3）主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸，機(jī)器人手臂可以繞底座回轉(zhuǎn)，沿垂直方向升降，也可以沿半徑方向伸縮。因此，一般認(rèn)為Unimate機(jī)器人和Versatran機(jī)器人是世界上最早的工業(yè)機(jī)器人,圖1-3 Versatran機(jī)器人,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,美國機(jī)器人從誕生起，在相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)，主要停留在大學(xué)和研究所的實(shí)驗(yàn)室里，雖然做出了一系列研究成果，但是沒有形成生產(chǎn)能力，且應(yīng)用較少，因而也很難得到充裕的經(jīng)費(fèi)支持。與此同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用部門對機(jī)器人技術(shù)的效益持觀望態(tài)度，因此研究開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用脫節(jié)的現(xiàn)象延緩了這一新技術(shù)在美國的發(fā)展。直到20世紀(jì)70年代中期，鑒于機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和日本在工業(yè)機(jī)器人方面所

11、取得的成就，美國才意識到問題的緊迫性并采取多方面措施,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,日本開始進(jìn)行機(jī)器人研究并不算早，日本的機(jī)器人技術(shù)人員首先引進(jìn)了美國機(jī)器人技術(shù)，經(jīng)過技術(shù)消化并在日本迅速將其實(shí)用化。1967年，日本東京機(jī)械貿(mào)易公司首次從美國引進(jìn)Versatran機(jī)器人；1968年，日本川崎重工業(yè)公司從美國引進(jìn)Unimate機(jī)器人，并對它進(jìn)行改進(jìn)，增加了視覺功能，使其成為一種具有智能的機(jī)器人。這一成就引起了日本產(chǎn)業(yè)界和政府的高度重視，為了推廣應(yīng)用這一新技術(shù)，日本政府在技術(shù)政策和經(jīng)濟(jì)上都采取措施加以扶植，因此，日本的工業(yè)機(jī)器人迅速走出了從試驗(yàn)應(yīng)用到成熟產(chǎn)品應(yīng)用的階段，工業(yè)機(jī)器人得以大量生產(chǎn)和應(yīng)用。20世

12、紀(jì)70年代是日本機(jī)器人的迅速發(fā)展時(shí)期，日本在機(jī)器人的產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用兩個(gè)方面超過美國，成為當(dāng)今世界第一的“機(jī)器人王國,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,1979年，Unimate公司又推出PUMA系列工業(yè)機(jī)器人，它是一種全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，多CPU二級微處理器控制，采用VAL專用語言，可配置視覺、觸覺和力傳感器的較為先進(jìn)的機(jī)器人；同年，日本山梨大學(xué)的牧野洋研制出了具有平面關(guān)節(jié)的SCARA型機(jī)器人。1985年，發(fā)那科公司又推出了交流伺服驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品。這一時(shí)期，各種裝配機(jī)器人的產(chǎn)量增長較快，與機(jī)器人配套使用的裝置和視覺技術(shù)也在迅速發(fā)展。 近十幾年來，歐洲的德國、瑞典、法國及英國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快

13、。目前，世界上的機(jī)器人無論是從技術(shù)水平上，還是從已裝備的數(shù)量上，其優(yōu)勢集中在以日、歐、美為代表的少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家和地區(qū),二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,我國于1972年開始研制工業(yè)機(jī)器人，數(shù)十家研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序、組合式、液壓伺服型通用機(jī)器人，并開始了機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)控制和應(yīng)用技術(shù)的研究。20世紀(jì)80年代，我國機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展得到政府的重視和支持，機(jī)器人步入了跨越式發(fā)展時(shí)期。1986年，我國開展了“七五”機(jī)器人攻關(guān)計(jì)劃。1987年，我國的863高技術(shù)計(jì)劃將機(jī)器人方面的研究開發(fā)列入其中，進(jìn)行了工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)元器件、工業(yè)機(jī)器人整機(jī)及應(yīng)用工程的開發(fā)研究。

14、在完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人及其成套技術(shù)的開發(fā)后，我國研制出了噴涂、弧焊、點(diǎn)焊和搬運(yùn)等工業(yè)機(jī)器人整機(jī)，多類專用和通用控制系統(tǒng)及關(guān)鍵元器件，并在生產(chǎn)中經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用考核，其性能指標(biāo)達(dá)到20世紀(jì)80年代初國外同類產(chǎn)品的水平,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,為了跟蹤國外高技術(shù)，在國家高技術(shù)計(jì)劃中安排了智能機(jī)器人的研究開發(fā)，包括水下無纜機(jī)器人、多功能裝配機(jī)器人和各類特種機(jī)器人等，并進(jìn)行了智能機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、控制、人工智能、機(jī)器視覺、高性能傳感器及新材料等的應(yīng)用研究。20世紀(jì)90年代，由于市場競爭加劇，一些企業(yè)認(rèn)識到必須用機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備來改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，從而使機(jī)器人進(jìn)一步走向產(chǎn)業(yè)化。在噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器

15、人、弧焊機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人和礦山、建筑、管道作業(yè)的特種工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用的成套技術(shù)方面繼續(xù)開發(fā)與完善，進(jìn)一步開拓市場，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，從汽車制造業(yè)逐步擴(kuò)展到其他制造業(yè)，并滲透到非制造業(yè)領(lǐng)域。例如，機(jī)器人化柔性裝配系統(tǒng)的研究充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人在未來計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)中的核心技術(shù)作用,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,人工智能是關(guān)于人造物的智能行為，它包括知覺、推理、學(xué)習(xí)、交流和在復(fù)雜環(huán)境中的行為，人工智能的長期目標(biāo)是發(fā)明出可以像人類一樣能更好地完成以上行為的機(jī)器,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,微型機(jī)器人又稱為“明天的機(jī)器人”。它是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一顆新星，它同智能機(jī)器人一起成為科學(xué)追

16、求的目標(biāo)。 在微電子機(jī)械領(lǐng)域，尺寸為1100 mm的機(jī)械為小型機(jī)械，尺寸為10 m1 mm的機(jī)械為微型機(jī)械，10 nm10 m的機(jī)械為超微型機(jī)械。微型機(jī)器人的體積可以縮小到微米級甚至亞微米級，重量輕至納克，加工精度為微米級或納米級。 發(fā)展微型和超微型機(jī)器人的指導(dǎo)思想非常簡單：某些工作若用一臺(tái)結(jié)構(gòu)龐大、價(jià)格昂貴的大型機(jī)器人去做，不如用成千上萬個(gè)低廉、微小、簡單的機(jī)器人去完成。這正如用一大群蝗蟲去“收割”一片莊稼，要比使用一臺(tái)大型聯(lián)合收割機(jī)快,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,圖1-4所示的FR微型機(jī)器人輕巧地從現(xiàn)場設(shè)置的桌子上起飛后，能在3 m左右的高度盤旋飛行。在現(xiàn)場設(shè)置的投影機(jī)上投出了安裝在機(jī)器人上的

17、CMOS攝像頭拍攝到的圖像。比起其前代來，新的機(jī)器人更輕盈也更高級，具有獨(dú)立的飛行能力且可采用無線藍(lán)牙進(jìn)行操控,圖1-4 FR-微型機(jī)器人,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,直至近來，大多數(shù)機(jī)器人才被認(rèn)為屬于生物綱目之一。工具型機(jī)器人保持了機(jī)器人應(yīng)有的基本元素，如裝備了爪形機(jī)械、抓具和輪子，但不管怎么看，它都像是臺(tái)機(jī)器，如圖1-5中的R2-D2所示。相比之下，類人形機(jī)器人則最大限度地與創(chuàng)造它們的人類相似，它們的運(yùn)動(dòng)臂上有自己的雙手，下肢有真正的腳，有人類一樣的臉，如圖1-5中的C-3PO所示,圖1-5 星球大戰(zhàn)中的機(jī)器人 C-3PO（左）和R2-D2（右,

18、二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,介于這兩種極端情況之間的是少數(shù)具備動(dòng)物特征的機(jī)器人，它們通常被制作成寵物的模樣，如圖1-6中的索尼機(jī)器狗AIBO，但事實(shí)上，它們只不過是供娛樂的玩具,圖1-6 索尼機(jī)器狗AIBO,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,有動(dòng)物特征的機(jī)器人一直以來都在迅猛發(fā)展?，F(xiàn)在，工程師們的仿生對象不僅有狗，還包括會(huì)游泳的七鰓鰻、爪力十足的章魚、善于攀爬的蜥蜴和穴居蛤等。他們甚至在努力模仿昆蟲，研發(fā)可以振翅高飛的蚊蟲機(jī)器人，如圖1-7所示。這就導(dǎo)致工具型機(jī)器人和類人形機(jī)器人研究逐漸受到冷落，而動(dòng)物形態(tài)仿生機(jī)器人的研究則不斷取得進(jìn)展,圖1-7 機(jī)器蚊子,二、機(jī)器人的歷史與發(fā)展,學(xué)習(xí)單元二 機(jī)器人組成與分

19、類,一、機(jī)器人的組成,通常來講，按照機(jī)器人各個(gè)部件的作用，一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)一般由3個(gè)部分、6個(gè)子系統(tǒng)組成，如圖1-8和圖1-9所示。這3個(gè)部分是機(jī)械部分、傳感部分和控制部分；6個(gè)子系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng),一、機(jī)器人的組成,要使機(jī)器人運(yùn)行起來，需給各個(gè)關(guān)節(jié)(每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度)安裝傳動(dòng)裝置，這就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其作用是提供機(jī)器人各部位、各關(guān)節(jié)動(dòng)作的原動(dòng)力。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)源的不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)3種，也包括把它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以與機(jī)械系統(tǒng)直接相連，也可通過同步帶、鏈條、齒輪、諧波傳動(dòng)裝置等與機(jī)械系統(tǒng)間接相連,一、機(jī)器

20、人的組成,機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)又稱為操作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，是機(jī)器人的主要承載體，它由一系列連桿、關(guān)節(jié)等組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通常包括機(jī)身、手臂、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器，具有多自由度，如圖1-10所示,圖1-10 機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 1機(jī)身； 2手臂； 3關(guān)節(jié)； 4末端執(zhí)行器,一、機(jī)器人的組成,1）機(jī)身。如同機(jī)床的床身結(jié)構(gòu)一樣，機(jī)器人的機(jī)身構(gòu)成了機(jī)器人的基礎(chǔ)支撐。有的機(jī)身底部安裝有機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，構(gòu)成行走機(jī)器人；有的機(jī)身可以繞軸線回轉(zhuǎn)，構(gòu)成機(jī)器人的“腰”；若機(jī)身不具備行走及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成單機(jī)器人臂。 （2）手臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成，用于完成各種簡單或復(fù)雜的動(dòng)作。 （3）關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)通常分為滑動(dòng)關(guān)節(jié)和

21、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)身、手臂、末端執(zhí)行器之間的相對運(yùn)動(dòng)。 （4）末端執(zhí)行器。末端執(zhí)行器是直接裝在手腕上的一個(gè)重要部件，它通常是模擬人的手掌和手指的，可以是兩手指或多手指的手爪末端操作器，有時(shí)也可以是各種作業(yè)工具，如焊槍、噴漆槍等,一、機(jī)器人的組成,感受系統(tǒng)通常由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，用于獲取內(nèi)部和外部環(huán)境中有意義的信息。 智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化。人類的感受系統(tǒng)對外部世界信息的感知是極其靈巧的，然而，對于一些特殊的信息，傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效率,一、機(jī)器人的組成,一、機(jī)器人的組成,人-機(jī)交互系統(tǒng)是人與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系和參與機(jī)器人控制的裝置，如計(jì)算機(jī)的

22、標(biāo)準(zhǔn)終端、指令控制臺(tái)、信息顯示板及危險(xiǎn)信號報(bào)警器等。該系統(tǒng)歸納起來實(shí)際上就是兩大類，即指令給定裝置和信息顯示裝置,一、機(jī)器人的組成,控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序及從傳感器反饋回來的信號，控制機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的動(dòng)作。 若機(jī)器人不具備信息反饋特征，則該控制系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)；若具備信息反饋特征，則該控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)根據(jù)控制運(yùn)動(dòng)的形式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)和連續(xù)軌跡控制系統(tǒng),一、機(jī)器人的組成,二、機(jī)器人的分類,工業(yè)機(jī)器人(industrial robot)是在工業(yè)生產(chǎn)中使用的機(jī)器人的總稱，主要

23、用于完成工業(yè)生產(chǎn)中的某些作業(yè)。依據(jù)具體應(yīng)用目的的不同，工業(yè)機(jī)器人常以其主要用途命名,二、機(jī)器人的分類,焊接機(jī)器人是目前應(yīng)用最多的工業(yè)機(jī)器人，包括點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人，用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接作業(yè)；裝配機(jī)器人比較多地用于電子部件或電器的裝配；噴涂機(jī)器人可以代替人進(jìn)行各種噴涂作業(yè)；搬運(yùn)、上料、下料及碼垛機(jī)器人的功能都是根據(jù)工況要求的速度和精度，將物品從一處運(yùn)到另一處；還有很多其他用途的機(jī)器人，如將金屬溶液澆到壓鑄機(jī)中的澆注機(jī)器人等。 工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)在于它可以通過更改程序，方便、迅速地改變工作內(nèi)容或方式，以滿足生產(chǎn)要求的變化，如改變焊縫軌跡及噴涂位置，變更裝配部件或位置等。隨著工業(yè)生產(chǎn)線越來越高的柔性

24、要求，對各種工業(yè)機(jī)器人的需求也越來越廣泛,二、機(jī)器人的分類,操縱型機(jī)器人(teleoperator robot)主要用于非工業(yè)生產(chǎn)的各種作業(yè)，又可分為服務(wù)機(jī)器人與特種作業(yè)機(jī)器人。 服務(wù)機(jī)器人通常是可移動(dòng)的，在多數(shù)情況下，可由一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成，平臺(tái)上裝有一只或幾只手臂，代替或協(xié)助人完成為人類提供服務(wù)和安全保障的各種工作，如清潔、護(hù)理、娛樂和執(zhí)勤等,二、機(jī)器人的分類,二、機(jī)器人的分類,氣動(dòng)式機(jī)器人以壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是空氣來源方便，動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低；缺點(diǎn)是空氣具有可壓縮性，致使工作速度的穩(wěn)定性較差。因氣源壓力一般只有60 MPa左右，故此類機(jī)器人適宜對抓舉力要求

25、較小的場合,二、機(jī)器人的分類,二、機(jī)器人的分類,目前越來越多的機(jī)器人采用電力驅(qū)動(dòng)式，這不僅是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)可供選擇的品種眾多，更因?yàn)榭梢赃\(yùn)用多種靈活的控制方法。 電力驅(qū)動(dòng)是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力或力矩，直接或經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，以獲得所需的位置、速度、加速度。電力驅(qū)動(dòng)具有無污染，易于控制，運(yùn)動(dòng)精度高，成本低，驅(qū)動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用最為廣泛。 電力驅(qū)動(dòng)又可分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、無刷伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等,二、機(jī)器人的分類,二、機(jī)器人的分類,一般型機(jī)器人是第一代機(jī)器人，又稱為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，主要指只能以示教再現(xiàn)方式工作的工業(yè)機(jī)器人。示教內(nèi)容為機(jī)器人操作結(jié)構(gòu)的空間軌跡、作業(yè)條件和作業(yè)

26、順序等。示教指由人教機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的軌跡、停留點(diǎn)位、停留時(shí)間等。然后，機(jī)器人依照教給的行為、順序和速度重復(fù)運(yùn)動(dòng)，即所謂的再現(xiàn),二、機(jī)器人的分類,二、機(jī)器人的分類,傳感機(jī)器人是第二代機(jī)器人，又稱為感覺機(jī)器人，它帶有一些可感知環(huán)境的傳感器，對外界環(huán)境有一定感知能力。工作時(shí)，根據(jù)感覺器官（傳感器）獲得的信息，通過反饋控制，使機(jī)器人能在一定程度上靈活調(diào)整自己的工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作,二、機(jī)器人的分類,這樣的技術(shù)現(xiàn)在正越來越多地應(yīng)用在機(jī)器人身上。例如，焊縫跟蹤技術(shù)，在機(jī)器人焊接的過程中，一般通過示教方式給出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)曲線，機(jī)器人攜帶焊槍走這個(gè)曲線進(jìn)行焊接。這就要求工件的一致性好，也就是說

27、工件被焊接的位置必須十分準(zhǔn)確；否則，機(jī)器人行走的曲線和工件上的實(shí)際焊縫位置將產(chǎn)生偏差。焊縫跟蹤技術(shù)是在機(jī)器人上加一個(gè)傳感器，通過傳感器感知焊縫的位置，再通過反饋控制，機(jī)器人自動(dòng)跟蹤焊縫，從而對示教的位置進(jìn)行修正。即使實(shí)際焊縫相對于原始設(shè)定的位置有變化，機(jī)器人仍然可以很好地完成焊接工作,二、機(jī)器人的分類,智能機(jī)器人是第三代機(jī)器人，它不僅具有感覺能力，還具有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力，并具有記憶、推理和決策的能力，因而能夠完成更加復(fù)雜的動(dòng)作。智能機(jī)器人的“智能”特征就在于它具有與外部世界(對象、環(huán)境和人)相適應(yīng)、相協(xié)調(diào)的工作機(jī)能。從控制方式看，智能機(jī)器人是以一種“認(rèn)知適應(yīng)”的方式自律地進(jìn)行操作,二、機(jī)器

28、人的分類,二、機(jī)器人的分類,二、機(jī)器人的分類,非伺服機(jī)器人按照預(yù)先編好的程序順序進(jìn)行工作，使用限位開關(guān)、制動(dòng)器、插銷板和定序器來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。插銷板用來預(yù)先規(guī)定機(jī)器人的工作順序，且往往是可調(diào)的。定序器按照預(yù)定的正確順序接通驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力源。驅(qū)動(dòng)裝置接通動(dòng)力源后，就帶動(dòng)機(jī)器人的手臂、腕部和手部等裝置運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)它們移動(dòng)到由限位開關(guān)所規(guī)定的位置時(shí)，限位開關(guān)切換工作狀態(tài)，給定序器送去一個(gè)工作任務(wù)已經(jīng)完成的信號，并使終端制動(dòng)器動(dòng)作，切斷驅(qū)動(dòng)能源，使機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。非伺服機(jī)器人工作能力比較有限,二、機(jī)器人的分類,二、機(jī)器人的分類,點(diǎn)位伺服控制機(jī)器人的受控運(yùn)動(dòng)方式為從一個(gè)點(diǎn)位目標(biāo)移向另一個(gè)點(diǎn)位目標(biāo)，只在

29、目標(biāo)點(diǎn)上完成操作。機(jī)器人可以以最快和最直接的路徑從一個(gè)端點(diǎn)移到另一個(gè)端點(diǎn)。 按點(diǎn)位方式進(jìn)行控制的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的直線運(yùn)動(dòng)，在作業(yè)過程中只控制幾個(gè)特定工作點(diǎn)的位置，不對點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行控制。在點(diǎn)位伺服控制機(jī)器人中，所能控制點(diǎn)數(shù)的多少取決于控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度。 通常，點(diǎn)位伺服控制機(jī)器人適用于只需要確定終端位置而對編程點(diǎn)之間的路徑和速度不做主要考慮的場合。點(diǎn)位控制主要用于點(diǎn)焊、搬運(yùn)機(jī)器人,二、機(jī)器人的分類,連續(xù)軌跡伺服控制機(jī)器人能夠平滑地跟隨某個(gè)規(guī)定的路徑，其軌跡往往是某條不在預(yù)編程端點(diǎn)停留的曲線路徑。 按連續(xù)軌跡方式進(jìn)行控制的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡可以是空間的任意連續(xù)曲線。機(jī)器人在

30、空間的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程都可以進(jìn)行控制，能同時(shí)控制兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)軸，使手部位置可沿任意形狀的空間曲線運(yùn)動(dòng)，而手部的姿態(tài)也可以通過腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)得以控制，這對于焊接和噴涂作業(yè)是十分有利的,二、機(jī)器人的分類,二、機(jī)器人的分類,機(jī)器人按結(jié)構(gòu)形式可分為關(guān)節(jié)型機(jī)器人和非關(guān)節(jié)型機(jī)器人兩大類，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)械本體部分一般為由若干關(guān)節(jié)與連桿串聯(lián)組成的開式鏈機(jī)構(gòu),圖1-13 不同坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人,二、機(jī)器人的分類,直角坐標(biāo)型機(jī)器人如圖1-13（a）所示，它在x、y、z軸上的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的。機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)將形成一個(gè)立方體表面。直角坐標(biāo)型機(jī)器人又稱為笛卡兒坐標(biāo)型機(jī)器人或臺(tái)架型機(jī)器人。 直角坐標(biāo)型機(jī)器人手部空間位置的改

31、變通過沿3個(gè)互相垂直的軸線的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，即沿著 x軸的縱向移動(dòng)、沿著y軸的橫向移動(dòng)及沿著z軸的升降移動(dòng)。 直角坐標(biāo)型機(jī)器人的位置精度高，控制簡單，無耦合，避障性好，但結(jié)構(gòu)龐大，動(dòng)作范圍小，靈活性差，難與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)。DENSO公司的XYC機(jī)器人、IBM公司的RS-1機(jī)器人是該類型機(jī)器人的典型代表,二、機(jī)器人的分類,圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人如圖1-13（b）所示，R、和x為坐標(biāo)系的3個(gè)坐標(biāo)。其中，R是手臂的徑向長度，是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。如果機(jī)器人手臂的徑向坐標(biāo)尺保持不變，那么機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)將形成一個(gè)圓柱面。 這種機(jī)器人通過兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手部空間位置的改變，機(jī)器人手臂

32、的運(yùn)動(dòng)是由垂直立柱平面內(nèi)的伸縮、沿立柱的升降、手臂繞立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合而成的。圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的位置精度僅次于直角坐標(biāo)型，控制簡單，避障性好，但結(jié)構(gòu)也較龐大，難與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，兩個(gè)移動(dòng)軸的設(shè)計(jì)較復(fù)雜。AMF公司的Versatran機(jī)器人是該類型機(jī)器人的典型代表,二、機(jī)器人的分類,極坐標(biāo)型機(jī)器人如圖1-13(c)所示，其又稱為球坐標(biāo)型機(jī)器人，R、和為坐標(biāo)系的3個(gè)坐標(biāo)。其中，是繞手臂支撐底座鉛垂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角，是手臂在鉛垂面內(nèi)的擺動(dòng)角。這種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所形成的軌跡表面是半球面。 這類機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)所組成，即沿手臂方向x的伸縮，繞y軸的俯仰和繞z軸的回轉(zhuǎn)。極坐標(biāo)型機(jī)器人占地面積較小，結(jié)構(gòu)緊湊，位置精度尚可，能與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，重量較輕，但避障性差，有平衡問題，其位置誤差與臂長有關(guān)。Unimation公司的Unimate機(jī)器人是其典型代表,二、機(jī)器人的分類,二、機(jī)器人的分類,二、機(jī)器人的分類,平面關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人可以看成多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人的特例。平面關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人類似于人的手臂的運(yùn)動(dòng)，它用平行