第1章機器人概論

機器人及其控制原理機電工程學院機械與電子工程系

聯(lián)系信息教師：祁廣利單位：機電工程學院機電系辦公室：2B-408電話-mail：qiguangli@第1章機器人概論第2章機器人運動學第3章機器人動力學第4章機器人控制技術課

程內容1.2機器人的組成與分類1.3機器人的操作機1.1機器人的起源與發(fā)展第1章機器人概論1.1機器人的起源與發(fā)展古代機器人西周時期，我國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機器人。春秋后期，我國著名的木匠魯班，在機械方面也是一位發(fā)明家，據(jù)《墨經》記載，他曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”，體現(xiàn)了我國勞動人民的聰明智慧。1800年前的漢代，大科學家張衡不僅發(fā)明了地動儀，而且發(fā)明了計里鼓車。計里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。后漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其運送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。1.1機器人的起源與發(fā)展古代機器人公元前2世紀，亞歷山大時代的古希臘人發(fā)明了最原始的機器人──自動機。它是以水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像，它可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。

1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術發(fā)明了自動機器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。

1738年，法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機器鴨，它會嘎嘎叫，會游泳和喝水。1773年，瑞士的鐘表匠杰克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯連續(xù)推出了自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等，現(xiàn)在保留下來的最早的機器人是瑞士努薩蒂爾歷史博物館里制作于二百年前的少女玩偶，現(xiàn)在還定期演奏供參觀者欣賞。古代機器人1.1機器人的起源與發(fā)展19世紀中葉自動玩偶分為2個流派，即科學幻想派和機械制作派，并各自在文學藝術和近代技術中找到了自己的位置?？茖W幻想派：

1831年歌德發(fā)表了《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克魯斯”；1870年霍夫曼出版了以自動玩偶為主角的作品《葛蓓莉婭》；1883年科洛迪的《木偶奇遇記》問世；1886年《未來的夏娃》問世。

機械制作派：

1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅動雙腿沿圓周走動。古代機器人1.1機器人的起源與發(fā)展進入20世紀后，一些適用化的機器人相繼問世。

1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個機器人“電報箱”，并在紐約舉行的世界博覽會上展出。它是一個電動機器人，裝有無線電發(fā)報機，可以回答一些問題，但該機器人不能走動。

隨后第一臺工業(yè)機器人（可編程、圓坐標）在美國誕生，開創(chuàng)了機器人發(fā)展的新紀元。

現(xiàn)代機器人現(xiàn)代機器人的研究始于20世紀中期，其技術背景是計算機和自動化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。

自1946年第一臺數(shù)字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。另一方面，原子能實驗室的惡劣環(huán)境要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國原子能委員會的阿爾貢研究所于1947年開發(fā)了遙控機械手，1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手。大批量工業(yè)化生產的迫切需求推動了自動化技術的進展，其結果之一便是1952年數(shù)控機床的誕生。與數(shù)控機床相關的控制、機械零件的研究又為機器人的開發(fā)奠定了基礎。1.1機器人的起源與發(fā)展現(xiàn)代機器人1.1機器人的起源與發(fā)展1954年，美國人GeorgeC.Devol提出了第一個工業(yè)機器人方案并在1956年獲得美國專利。1960年，Conder公司購買專利并制造了樣機。1961年，Unimation公司（通用機械公司）成立，生產和銷售了第一臺工業(yè)機器“Unimate”，即萬能自動之意。1962年，A.M.F.（機械與鑄造）公司，研制出一臺數(shù)控自動通用機，取名“Versatran”，即多用途搬運之意，并以“IndustrialRobot”為商品廣告投入市場。1965年，MIT的Roborts演示了第一個具有視覺傳感器的、能識別與定位簡單積木的機器人系統(tǒng)?，F(xiàn)代機器人1.1機器人的起源與發(fā)展1967年，Unimation公司第一臺噴涂用機器人出口到日本川崎重工業(yè)公司。同年，日本成立了人工手研究會（現(xiàn)改名為仿生機構研究會），并召開了日本首屆機器人學術會。1968年，第一臺智能機器人Shakey在斯坦福研究所誕生。1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機器人學術會議。此后，機器人的研究得到迅速廣泛的普及。1972年，IBM公司開發(fā)出直角坐標機器人。1973年，CincinnatiMilacron（辛辛那提·米拉克?。┕镜睦聿榈隆ず蓝髦圃炝说谝慌_由小型計算機控制的工業(yè)機器人—T3型機器人，它是液壓驅動的，能提升的有效負載達45公斤?，F(xiàn)代機器人1.1機器人的起源與發(fā)展1978年，第一臺PUMA機器人在Unimation公司誕生。1980年，工業(yè)機器人才真正在日本普及，故稱該年為“機器人元年”。隨著計算機技術和人工智能技術的飛速發(fā)展，使機器人在功能和技術層次上有了很大的提高，移動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術就是典型的代表?，F(xiàn)代機器人1.1機器人的起源與發(fā)展現(xiàn)在，將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統(tǒng)稱為智能機器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導了機器人技術的研究和應用，而且又賦予了機器人技術向深廣發(fā)展的巨大空間，水下機器人、空間機器人、空中機器人、地面機器人、微小型機器人等各種用途的機器人相繼問世，許多夢想成為了現(xiàn)實。將機器人的技術（如傳感技術、智能技術、控制技術等）擴散和滲透到各個領域形成了各式各樣的新機器——機器人化機器。當前與信息技術的交互和融合又產生了“軟件機器人”、“網(wǎng)絡機器人”的名稱，這也說明了機器人所具有的創(chuàng)新活力。

現(xiàn)代機器人1.1機器人的起源與發(fā)展

20世紀60～70年代是機器技術獲得巨大發(fā)展的階段。日本、西歐各國、前蘇聯(lián)也相斷引進或自行研制工業(yè)機器人。

20世紀80年代，機器人在發(fā)達國家的工業(yè)中大量普及應用，如焊接、噴漆、搬運、裝配。并向各個領域拓展，如航天、水下、排險、核工業(yè)等，機器人的感知技術得到相應的發(fā)展，產生第二代機器人。機器人發(fā)展歷程：

20世紀90年代，機器人技術在發(fā)達國家應用更為廣泛，如軍用、醫(yī)療、服務、娛樂等領域，并開始向智能型（第三代）機器人發(fā)展?，F(xiàn)代機器人1.1機器人的起源與發(fā)展隨著機器人技術的發(fā)展形成了新學科—

機器人學。建立了相應學術組織，定期舉辦學術活動。

國際會議：ISIP、IEEE——IROS、ICR&A等。

國際雜志：《RobticsResearch》

《Robotica》

《RoboticsandAutomation》等?，F(xiàn)代機器人1.1機器人的起源與發(fā)展

我國機器人技術起步于70年代末，一些院校和企業(yè)開始研制專用機械手。80年代初，開發(fā)小型的教育機器人。1985年哈工大研制出國內第一臺弧焊機器人（華宇Ⅰ號）。

國家“863”計劃把機器人技術作為重點發(fā)展技術來支持。建立了“機器人示范工程中心”和機器人國家開放實驗室（沈陽自動化所、哈工大、合肥機械所、上海交大、南開大學）。

我國也建立了機器人學的學術組織，定期舉辦學術活動。

學術會議：每兩年左右去辦一次大型全國性會議。

學術刊物：《機器人》、《機器人技術與應用》等。1、機器人的定義1.1機器人的起源與發(fā)展在科技界，科學家會給每一個科技術語一個明確的定義，但機器人問世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統(tǒng)一的意見。原因之一是機器人還在發(fā)展，新的機型，新的功能不斷涌現(xiàn)。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。1、機器人的定義1.1機器人的起源與發(fā)展1886年法國作家利爾亞當在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機器起名為“安德羅丁”（android），它由4部分組成：

（1）生命系統(tǒng)（平衡、步行、發(fā)聲、身體擺動、感覺、表情、調節(jié)運動等）；

（2）造型解質（關節(jié)能自由運動的金屬覆蓋體，一種盔甲）；

（3）人造肌肉（在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態(tài)）；

（4）人造皮膚（含有膚色、機理、輪廓、頭發(fā)、視覺、牙齒、手爪等）。

1、機器人的定義1.1機器人的起源與發(fā)展1920年捷克劇作家Karel·Capek（卡雷爾·卡佩克）的劇本《RossumsUniversalRobota》（《羅薩姆的萬能機器人》）最早出現(xiàn)了“機器人”一詞。

在劇本中，卡佩克把“Robota”寫成了“Robot”，捷克語“Robota”是奴隸、仆人的意思?！癛obot”被當成了機器人一詞的起源。

該劇預告了機器人的發(fā)展對人類社會的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關注。1、機器人的定義1.1機器人的起源與發(fā)展1950年，美國著名科幻小說家Isaac·Asimov（伊塞克·亞西莫夫）在他的小說《我是個機器人》中首次使用了“Robotics”一詞，意思是研究機器人技術的一門學問，譯作“機器人學”。他還提出了有名的“機器人三原則”：

（1）機器人不可傷害人；

（2）機器人必須服從人給它的與原則⑴不矛盾的指令；

（3）在與前兩個原則不矛盾的情況下，機器人可維護自身不受傷害。

這三條原則，給機器人賦以新的社會倫理性，并使機器人的概念通俗化，更易于為人類社會所接受。至今，它仍為機器人研究人員、設計制造廠家和機器人用戶，提供了十分有意義的指導方針。

1、機器人的定義1.1機器人的起源與發(fā)展

目前，對機器人的定義主要是指工業(yè)機器人：美國機器人協(xié)會（RIA)：一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，通過程序動作來執(zhí)行各種任務，并具有編程能力的多功能操作機（Manipulator）。美國家標準局：一種能夠進行編程并在自動控制下完成某些操作和移動作業(yè)任務或動作的機械裝置。1、機器人的定義1.1機器人的起源與發(fā)展國際標準化組織(ISO)1987年對工業(yè)機器人的定義：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機。日本工業(yè)標準局：一種機械裝置，在自動控制下，能夠完成某些操作或者動作功能。英國：貌似人的自動機，具有智力的和順從于人的但不具有人格的機器。1、機器人的定義1.1機器人的起源與發(fā)展在我國，國家標準GB/T12643-90對工業(yè)機器人的定義是：“工業(yè)機器人是一種能自動定位控制，可重復編程的、多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)?！?/p>

定義中的操作機是指“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進行其他操作的機械裝置?！?/p>

中國：我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展最早的工業(yè)機器人是應用在汽車制造業(yè)中，常用于焊接、噴漆、搬運和上下料。世界工業(yè)機器人應用領域如圖：

2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展2005年亞洲地區(qū)各主要行業(yè)對工業(yè)機器人需求比例圖：

2、機器人的應用

2001-2005年歐洲地區(qū)汽車工業(yè)對工業(yè)機器人需求占所有工業(yè)對工業(yè)機器人需求比例變化圖：

1.1機器人的起源與發(fā)展2、機器人的應用

2004-2005年美洲地區(qū)各主要行業(yè)對工業(yè)機器人需求情況變化圖：

1.1機器人的起源與發(fā)展2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展工農業(yè)生產服務行業(yè)?？仗剿鬈娛骂I域

仿人形機器人隨著機器人技術的發(fā)展，其應用領域也在不斷的擴大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展工業(yè)中的制造業(yè)是最先使用機器人的領域，如第一臺機器人就配備在汽車生產線上。柔性制造系統(tǒng)—FMS，它是由機器人和加工中心組成的一個自適應生產系統(tǒng)，是工廠自動化的最小構成單元?，F(xiàn)在的機器人在工業(yè)上主要應用在汽車工業(yè)、機電工業(yè)、通用機械工業(yè)、建筑業(yè)、金屬加工業(yè)、鑄造業(yè)以及其它重型工業(yè)和輕工業(yè)領域。在農業(yè)方面，已經把機器人用于水果和蔬菜的嫁接、收獲、檢驗與分類以及像噴灑農藥、施肥、剪羊毛、擠牛奶等這樣的工作上。

2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展20公斤點焊機器人點焊機器人在工作中2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展6公斤弧焊機器人弧焊機器人在工作中2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展機器人在裝配生產線上2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展搬運機器人工作視頻2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展日本：稻田插秧機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展插秧機器人視頻2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展樹木護理機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展服務行業(yè)：服務行業(yè)應用的機器人是與人類最接近的機器人，是用來協(xié)助人或代替人去做一些日常生活的事情或與人類有密切關系的事情。例如家用機器人、醫(yī)用機器人、導盲機器人、娛樂機器人等。

吹笛子機器人拉小提琴機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展導盲機器人跳舞機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展醫(yī)療機器人指揮機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展sony公司：AIBO機器狗2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展清洗墻壁的機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展做家務的機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展跳舞的機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展?？仗剿鳎簷C器人除了在工農業(yè)、服務行業(yè)上廣泛應用外，還用于進行?？仗剿?，即在惡劣或不適于人類工作的環(huán)境中執(zhí)行任務。例如，在水下（海洋）、太空以及在放射性、有毒或高溫等環(huán)境中進行作業(yè)。

“探索者號”水下機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展火星探測機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展火星探測機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展美國“別動隊”無人機法國“紅隼”無人機2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展微型無人機2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展軍事領域：同任何其它先進技術一樣，機器人技術也可用于軍事目的。開發(fā)最早，應用也較為普遍的是地面軍用機器人，海洋軍用機器人和太空軍用機器人近年來也得到了極大的發(fā)展。

地面軍用機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展防爆、偵查機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展各種軍事機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展軍用運輸機器人2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展仿人形機器人：仿人形機器人是指具有人類外觀特征、可模擬人類行走與其基本操作功能的機器人。

1997年中國國務院總理李鵬前往日本本田公司總部參觀時，機器人P3接待了李鵬總理。2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展SONY公司的QRIO機器人。2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展長沙國防科技大學研制成功了先行者人形機器人。2、機器人的應用1.1機器人的起源與發(fā)展北京航空航天大學研制成的多指靈巧手。1、機器人的組成1.2機器人的組成與分類操作機驅動裝置控制系統(tǒng)1、機器人的組成1.2機器人的組成與分類操作機：它是機器人的機械本體，它具有和人手臂相似的功能，是可在空間產生動作或進行其他操作的機械裝置。1、機器人的組成1.2機器人的組成與分類

機器人的操作機就是通過活動關節(jié)（轉動關節(jié)或移動關節(jié)）連接在一起的空間開鏈機構，主要由手部、腕部、臂部和機座構成。

1-手部2-腕部3-臂部4-機座1、機器人的組成1.2機器人的組成與分類驅動裝置：是用來驅動機器人的操作機工作的動力裝置。根據(jù)動力源不同分為電動、液動和氣動驅動器三種，其對應的執(zhí)行元件通過傳動機構與機器人操作機的各個活動關節(jié)相連。

1、機器人的組成1.2機器人的組成與分類

電動驅動器是利用電能來實現(xiàn)旋轉運動的驅動器，常見主要有：——步進電機（steppingmotor)——直流（DC）伺服電機——交流（AC）伺服電機——直接驅動（DirectDrive）電機轉動型DD電機

直線型DD電機平面型DD電機1、機器人的組成1.2機器人的組成與分類

液動驅動器主要由液壓源、驅動器、伺服閥、傳感器、控制器等構成。液壓傳動的特點是轉矩與慣性比大，單位重量的輸出功率高?？刂破魉欧糯笃魑恢脗鞲衅?1、機器人的組成1.2機器人的組成與分類

氣動驅動器由氣壓發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個部分組成。氣壓發(fā)生裝置控制元件執(zhí)行元件輔助元件1、機器人的組成1.2機器人的組成與分類控制系統(tǒng)：是控制機器人按要求動作的裝置?？刂葡到y(tǒng)的作用是根據(jù)用戶的指令對機器人操作機進行操作和控制，完成作業(yè)的各種動作?，F(xiàn)在的機器人都采用計算機兩級伺服控制。

1、機器人的組成1.2機器人的組成與分類

機器人的控制系統(tǒng)主要是由控制器（處理器）、傳感器、控制軟件等構成。

硬件包括控制器、傳感器。

軟件包括編制的各種控制算法的程序。內部傳感器（位形檢測）驅動裝置執(zhí)行機構工作對象外部傳感器（環(huán)境檢測）處理器關節(jié)控制器2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類12345按機器人發(fā)展時期分類按機器人幾何結構分類按機器人驅動方式分類按機器人應用環(huán)境分類按機器人控制方式分類2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類按機器人發(fā)展時期分類1第一代機器人可以追溯到70年代，那時的機器人是由固定的、非程序控制的、無感應器的電子機械設備，主要以示教再現(xiàn)方式工作2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類按機器人發(fā)展時期分類1第二代機器人誕生于80年代，內置了感應器和由程序控制的控制器，通過反饋控制，使機器人能在一定程度上適應環(huán)境的變化。2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類按機器人發(fā)展時期分類1第三代機器人即智能機器人。這種機器人帶有多種傳感器，可以進行復雜的邏輯推理、判斷及決策。在作業(yè)環(huán)境中能自我決策，獨立工作，目前還處于實驗階段。2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類按機器人幾何結構分類2直角坐標式直角坐標形式的機器人手臂是通過沿x-y-z三個互相垂直的直角坐標的移動來實現(xiàn)手部空間位置的改變。（PPP）2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類按機器人幾何結構分類2圓柱坐標式圓柱坐標形式的機器人手臂是通過一個轉動和兩個移動來實現(xiàn)手部空間位置的改變。（RPP）2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類按機器人幾何結構分類2球坐標式球坐標式又稱為極坐標式，這種坐標形式的機器人手臂是通過兩個轉動和一個移動來實現(xiàn)手部空間位置的改變。（RRP）2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類按機器人幾何結構分類2關節(jié)坐標式關節(jié)坐標式又稱回轉坐標式，機器人手部空間位置的改變是通過手臂的三個轉動來實現(xiàn)的，又分為垂直關節(jié)坐標和水平（平面）關節(jié)坐標式。（RRR）2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類按機器人驅動方式分類3電力驅動液壓驅動氣壓驅動新型驅動2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類按機器人應用環(huán)境分類4工業(yè)機器人特種機器人2、機器人的分類1.2機器人的組成與分類按機器人控制方式分類5點位控制（PTP，PointtoPoint）

采用點位控制時，只要求機器人的手部處于正確的空間目標點上，而不管從一目標點到另一目標點的移動路徑。這種控制方式簡單，適用于上下料、點焊、卸運及在電路板上插接元器件等工作。連續(xù)軌跡控制（CP，ContinuousPath）

連續(xù)軌跡控制方式不僅要求機器人手部要以一定的精度到達空間目標點處，而且對運動的軌跡也有一定的精度要求。這種控制方式常用于電弧焊、噴漆等工作。1.3機器人的操作機

機器人的操作機就是通過活動關節(jié)（轉動關節(jié)或移動關節(jié)）連接在一起的空間開鏈機構，主要由手部、腕部、臂部和機座構成。

1-手部2-腕部3-臂部4-機座1.3機器人的操作機手部的作用與分類換接器1、手部1.3機器人的操作機1、手部手部的作用與分類

作用：機器人的手部又稱為末端執(zhí)行器，它是機器人

直接用于抓取和握緊（或吸附）工件或操持專

用工具（如噴槍、扳手、砂輪、焊槍等）進行

操作的部件，它具有模仿人手動作的功能，并

安裝于機器人手臂的最前端。

分類：——機械夾持式手——吸附式手——專用手——靈巧手1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（1）組成機械夾持式手由手指（或手爪）、傳動機構、驅動機構及連接與支承元件組成，它通過手指的開、合動作實現(xiàn)對物體的夾持操作。

1-手指2-傳動機構3-驅動機構4-支承元件5-工件1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（1）組成

有時，手指的形狀與表面形式取決于工件及操作要求。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（2）分類——按手爪的運動方式分為回轉型和平移型?！磰A持工件的方式分為外夾式和內撐式?！打寗臃绞椒譃殡妱?、液動、氣動和彈性力驅動。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——彈性力手彈性力手的特點是其夾持工件的抓力是由彈性元件提供的，不需要專門的驅動裝置，在抓取工件時需要一定的壓入力，而在取下時，則需要一定的拉力。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——回轉型手

楔塊杠桿式楔塊杠桿式回轉型手當驅動器推動楔塊前進時，通過楔塊的斜面與杠桿作用，使手爪產生夾緊動作和夾緊力，當楔塊后退時，靠彈簧的拉力使手爪松開。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——回轉型手滑槽杠桿式滑槽杠桿式回轉型手當驅動器推動中心桿向上運動時，圓柱銷在兩杠桿的滑槽中移動，迫使與支架相鉸接的手爪產生夾緊動作和夾緊力，當中心桿向下運動時，手抓松開。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——回轉型手c.連桿杠桿式

連桿杠桿式回轉型手當驅動器推動中心桿上下運動時，由中心桿、連桿、手爪和支架就構成四桿機構，從而迫使手爪完成夾緊和松開動作。

注意：當中心桿向下運動，兩個連桿處于一條水平線時，手爪已閉合到最小極限位置，當中心桿繼續(xù)向下運動時，手爪不但不會閉合的更緊，反而會松開。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——回轉型手d.齒輪齒條式齒輪齒條式回轉型手中心桿的端部兩側有齒條，與固定在手爪上的齒輪相嚙合，當中心桿上下運動時，在齒輪齒條的嚙合作用下就帶動兩個手爪回轉從而產生夾緊和松開動作。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——回轉型手自重杠桿式自重杠桿式回轉型手手爪的開合是由鉸接活塞油缸實現(xiàn)的。當手爪閉合抓住工件時，由于工件對手爪的作用力方向位于手爪回轉軸垂直線的外側，所以手爪的夾緊是由工件自重產生的，工件越重，夾緊力越大。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——平移型手平移型手的特點是兩個手爪做相對的往復平移運動，從而實現(xiàn)對工件的夾緊和松開動作，它分為：

——直線式——圓弧式1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——平移型手（直線式）a.齒輪齒條式齒輪齒條式平移型手兩個手爪上都有齒條與過渡齒輪嚙合。當拉動一個手爪時，另一個手爪就反向運動，如此反復運動，即可完成手爪的夾緊與松開動作，也可使過渡齒輪正、反旋轉來完成手爪的夾緊與松開動作。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——平移型手（直線式）b.螺母絲杠式螺母絲杠式平移型手螺桿分成左右兩段，其上螺紋旋向相反，兩手爪上有與其配合的螺紋孔（即為螺母）。當螺桿正、反旋轉時，兩手爪就產生相對平移運動，從而實現(xiàn)加緊和松開動作。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——平移型手（直線式）c.凸輪式凸輪式平移型手在與手爪連接的滑塊上有導向槽和凸輪槽。當中心桿上下運動時，通過滾子對凸輪槽的作用使滑塊沿導向滾子做相對平移運動，從而實現(xiàn)手爪的夾緊和松開動作。1.3機器人的操作機1、手部——機械夾持式手（3）典型結構

——平移型手（圓弧式）d.平行連桿式平行連桿式平移型手屬于圓弧式平移型式手，其原理是采用平行四邊形平動機構，使手爪在加緊和松開的過程中保持方向不變，從而實現(xiàn)平行移動，但手爪上任一點的運動軌跡為圓弧擺動。

注意：這種手爪在夾持工件的瞬時，對工件表面有一個切向分力。1.3機器人的操作機1、手部——吸附式手

吸附式手靠吸附力抓取工件，特別適用于大平面（單面接觸無法抓?。?、易碎（玻璃制品）、微?。ú灰鬃ト。┑墓ぜ蛭矬w，與機械夾持式手相比，具有結構簡單、重量輕、抓取力分布均勻的優(yōu)點，適用面較廣。根據(jù)吸附力的產生方法不同，將其分為：氣吸式磁吸式

1.3機器人的操作機1、手部——吸附式手（1）氣吸式

氣吸式手是利用吸盤內的壓力與外界大氣壓之間形成的壓力差來工作的。

根據(jù)壓力差形成的原理不同，可分為：——擠壓排氣式——氣流負壓式——真空抽氣式1.3機器人的操作機1、手部——吸附式手（1）氣吸式擠壓排氣式

擠壓排氣式吸附式手當抓取工件時，橡膠吸盤壓緊工件從而發(fā)生變形，擠出腔內多余的空氣，當手上升時，靠橡膠吸盤的恢復力是其腔內與外界氣壓之間形成負壓，從而將工件吸住。釋放工件時，壓下拉桿，使吸盤腔與大氣相連通而失去負壓。擠壓排氣式吸附式手結構簡單，但吸附力有限，吸附狀態(tài)不易長期保持。1.3機器人的操作機1、手部——吸附式手（1）氣吸式氣流負壓式

氣流負壓式吸附式手利用流體力學中射流的原理，當需要抓取工件時，高速高壓空氣流經噴嘴時，其出口處的氣壓低于吸盤腔內的氣壓，于是腔內的氣體被高速氣流帶走而形成負壓，由此產生吸力，完成抓取工件的動作，當需要釋放工件時，切斷高速高壓空氣即可。氣流負壓式吸附式手容易取得高速高壓空氣，故成本低，且吸附可靠，控制簡單。1.3機器人的操作機1、手部——吸附式手（1）氣吸式氣流負壓式

真空抽氣式吸附式手其真空是由真空泵抽氣產生的，真空度較高，所以吸附力最大。當需要抓取工件時，碟形橡膠吸盤與工件表面接觸，然后真空泵抽氣，吸盤腔內形成真空，產生吸力，從而完成抓取工件動作，當需要釋放工件時，管路接通大氣，吸盤腔內失去真空即可。真空抽氣式吸附式手工作可靠，吸附力大，但需要真空系統(tǒng)，成本較高。1.3機器人的操作機1、手部——吸附式手（2）磁吸式

磁吸式手是利用磁場產生的磁吸力來抓取工件的，因此只能對鐵磁性工件起作用（鋼、鐵等材料在溫度超過723℃時就會失去磁性），另外，對不允許有剩磁的工件要禁止使用，所以磁吸式手的使用有一定的局限性。根據(jù)磁場產生的方法不同，磁吸式手可分為：

——永磁式——勵磁式1.3機器人的操作機1、手部——吸附式手（2）磁吸式永磁式

永磁式磁吸式手是利用永久磁鐵的磁吸力來工作的，通過移動隔磁物體來通斷吸盤內的磁力線回路，從而達到吸住和釋放工件的目的（也可用外力強迫取下工件）。它具有不需電源，結構簡單，安全可靠等優(yōu)點。缺點是長時間使用后會出現(xiàn)磁吸力減弱的現(xiàn)象，而且對同樣重量的吸盤來講，其吸力不及勵磁式?！绞绞郑?）磁吸式勵磁式

勵磁式磁吸式手是用接通和切斷電磁線圈中的電流（直流或交流），產生和消除磁吸力的方法來吸住和釋放工件的，當銜鐵接觸鐵磁性工件時，工件被磁化形成磁力線回路并受到電磁吸力而被吸住。1.3機器人的操作機1、手部——專用手

機器人的專用手是指用來完成某一特定操作的、具有特殊功能的末端執(zhí)行器，其實質就是各種各樣的專用工具，例如焊接機器人的焊槍、噴涂機器人的噴槍等。

目前常用的機器人專用手有焊槍、噴槍、砂輪、擰螺母機、激光切割機等。1.3機器人的操作機1、手部——靈巧手

機器人的靈巧手是為了適應被抓取工件的不規(guī)則外形變化，并可使工件表面承受到比較均勻的抓取力。機器人常用的靈巧手有柔性手和多指靈巧手。柔性手1.3機器人的操作機1、手部——靈巧手多指靈巧手手1.3機器人的操作機1、手部1.3機器人的操作機1、手部換接器

換接器一般由兩部分組成：——換接器插座——換接器插頭

它們分別裝在機器人的手部和機器人的腕部，能夠使機器人快速自動的更換手部。1.3機器人的操作機2、腕部腕部的作用與自由度腕部的典型結構柔順腕部結構

1.3機器人的操作機2、腕部腕部的作用與自由度——作用：改變或調整機器人手部在空間的姿態(tài)

(方向)，并連接機器人的手部和臂部?！杂啥龋悍謩e為回轉（x）俯仰（y）

偏擺（z）

由三個回轉關節(jié)組合而成。1.3機器人的操作機2、腕部腕部的典型結構——液壓擺動缸1.3機器人的操作機2、腕部腕部的典型結構——輪系機構-2自由度（誘導運動）回轉θ偏擺β1.3機器人的操作機2、腕部腕部的典型結構——輪系機構-2自由度（差動式）回轉偏擺回轉θ偏擺β1.3機器人的操作機2、腕部腕部的典型結構——輪系機構-3自由度（正交）1.3機器人的操作機2、腕部腕部的典型結構——輪系機構-3自由度（正交）1.3機器人的操作機2、腕部腕部的典型結構——輪系機構

-3自由度（斜交）1.3機器人的操作機2、腕部柔順腕部結構——作用：消除機器人在進行裝配作業(yè)時的裝配誤差?！b配誤差：①角度誤差

②位置誤差

θ1.3機器人的操作機2、腕部柔順腕部結構——解決辦法