第二講-機(jī)器人概論

第一章概論——基礎(chǔ)學(xué)問(wèn)內(nèi)容要點(diǎn)什么是機(jī)器人機(jī)器人的分類(lèi)什么是機(jī)器人學(xué)機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)機(jī)器人的組成部件機(jī)器人的自由度機(jī)器人的關(guān)節(jié)機(jī)器人的坐標(biāo)構(gòu)型機(jī)器人的性能指標(biāo)機(jī)器人的工作空間機(jī)器人的應(yīng)用其他機(jī)器人及應(yīng)用機(jī)器人的社會(huì)問(wèn)題其次講機(jī)器人基礎(chǔ)一、什么是機(jī)器人其次講機(jī)器人基礎(chǔ)常規(guī)的機(jī)器人操作手牽引車(chē)上的起重機(jī)起重機(jī)與機(jī)械手的異同很多連桿通過(guò)關(guān)節(jié)依次連接，各關(guān)節(jié)由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)；共同之處：根本不同：起重機(jī)是由人來(lái)限制驅(qū)動(dòng)器；其次講機(jī)器人基礎(chǔ)“手”能在空中運(yùn)動(dòng)，能承受確定的載荷；都用一個(gè)中心限制器限制驅(qū)動(dòng)器機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)編程限制，程序變了，機(jī)器人的動(dòng)作就會(huì)相應(yīng)變更機(jī)器人定義ISO定義:Areprogrammableandmultifunctionalmanipulator,devisedforthetransportofmaterials,parts,toolsorspecializedsystems,withvariedandprogrammedmovements,withtheaimofcarryingoutvariedtasks.定義的外延和內(nèi)涵隨機(jī)器人的發(fā)展而變更其次講機(jī)器人基礎(chǔ)二、機(jī)器人分類(lèi)人工操作裝置固定依次機(jī)器人可變依次機(jī)器人示教再現(xiàn)機(jī)器人數(shù)控機(jī)器人智能機(jī)器人JIRARIA其次講機(jī)器人基礎(chǔ)三、什么是機(jī)器人學(xué)機(jī)器人學(xué)是人們?cè)O(shè)計(jì)和應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)和學(xué)問(wèn)。機(jī)器人系統(tǒng)不僅由機(jī)器人組成，還須要其他裝置和系統(tǒng)連同機(jī)器人一起來(lái)共同完成必需的任務(wù)。機(jī)器人學(xué)是一門(mén)交叉學(xué)科，它得益于機(jī)械工程、電氣與電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)以及其他很多學(xué)科。其次講機(jī)器人基礎(chǔ)四、機(jī)器人的發(fā)展歷史KarelCapek《Rossam’sUniversalRobots》IsaacAsimov在《I’mRobot》中提出“機(jī)器人三原則”和“機(jī)器人學(xué)（Robotics）”Arobotmustnotharmahumanbeingor,throughinaction,allowonetocomeharm.Arobotmustalwaysobeyhumanbeingsunlessthatisconflictwiththefirstlaw.Arobotprotectitselffromharmunlessthatisconflictwiththefirstorsecondlaws.其次講機(jī)器人基礎(chǔ)四、機(jī)器人的發(fā)展歷史GeoorgeDevol開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)可編程機(jī)器人，能實(shí)現(xiàn)示教再現(xiàn)編程方式，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的限制；1958年，EngelBerger創(chuàng)建了Unimation公司，并參與設(shè)計(jì)了第一臺(tái)Unimate機(jī)器人；同時(shí)，AMF公司起先研制工業(yè)機(jī)器人Versatran（VersatileTransfer）機(jī)器人；1983年，EngelBerger將Unimation公司賣(mài)給西屋公司，創(chuàng)建TRC公司，起先研制服務(wù)機(jī)器人；1968年，第一臺(tái)智能機(jī)器人Shakey在斯坦福探討所（SRI）誕生；其次講機(jī)器人基礎(chǔ)五、機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)在多數(shù)狀況下可以提高生產(chǎn)率、平安性、效率、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的一樣性；機(jī)器人可以在危急的環(huán)境下工作，而無(wú)須考慮生命保障或平安的須要；機(jī)器人無(wú)需舒適的環(huán)境，例如考慮照明、空調(diào)、通風(fēng)以及噪音隔離；機(jī)器人能不知疲乏和厭煩地持續(xù)工作，不會(huì)有心理問(wèn)題，不須要醫(yī)療保險(xiǎn)或假期；機(jī)器人除了發(fā)生故障或磨損外，將始終如一地保持精度；機(jī)器人具有比人高得多的精確度。直線(xiàn)位移精度可達(dá)千分之幾英寸（1in=2.54cm）；機(jī)器人其附屬設(shè)備及傳感器具有某些人類(lèi)所不具備的實(shí)力；機(jī)器人可以同時(shí)響應(yīng)多個(gè)激勵(lì)或處理多項(xiàng)任務(wù)，而人類(lèi)只能響應(yīng)一個(gè)現(xiàn)行激勵(lì)；其次講機(jī)器人基礎(chǔ)機(jī)器人替代了工人，由此帶來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問(wèn)題；機(jī)器人缺乏應(yīng)急實(shí)力，除非該緊急狀況能夠預(yù)知并已在系統(tǒng)中設(shè)置了應(yīng)對(duì)方案，否則不能很好地處理緊急狀況。同時(shí)，還須要有平安措施來(lái)確保機(jī)器人不會(huì)損害操作人員以及與它一起工作的機(jī)器。機(jī)器人的實(shí)力在自由度、靈活度、傳感器實(shí)力、視覺(jué)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)響應(yīng)方面具有局限性；機(jī)器人費(fèi)用開(kāi)銷(xiāo)大，緣由是：原始的設(shè)備費(fèi)、安裝費(fèi)、須要周邊設(shè)備、須要培訓(xùn)、須要編程。其次講機(jī)器人基礎(chǔ)六、機(jī)器人的組成部件機(jī)械手末端執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)器其次講機(jī)器人基礎(chǔ)連接在機(jī)械手最終一個(gè)關(guān)節(jié)上，用來(lái)執(zhí)行任務(wù)。是由公司工程師或外面的顧問(wèn)為某種用途而特地設(shè)計(jì)的。通常，其動(dòng)作有機(jī)器人限制器干脆限制?！凹∪狻保Ｒ?jiàn)的驅(qū)動(dòng)器有伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、氣缸及液壓缸等，還有一些新型驅(qū)動(dòng)器。它們由限制器限制。機(jī)器人的主體部分，由連桿、活動(dòng)關(guān)節(jié)和其他結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成。六、機(jī)器人的組成部件“五官”，收集機(jī)器人內(nèi)部狀態(tài)的信息或用來(lái)與外部環(huán)境進(jìn)行通信。“小腦”，從計(jì)算機(jī)獲得數(shù)據(jù)，限制驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作，并與傳感器反饋信息一起協(xié)調(diào)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。“大腦”，計(jì)算機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，確定每個(gè)關(guān)節(jié)應(yīng)移動(dòng)多少和多遠(yuǎn)才能達(dá)到預(yù)定的速度和位置，并監(jiān)督限制器和傳感器。機(jī)械手或移動(dòng)車(chē)末端執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)器傳感器限制器和處理器其次講機(jī)器人基礎(chǔ)六、機(jī)器人的組成部件操作系統(tǒng)：用來(lái)操作計(jì)算機(jī)機(jī)器人軟件：依據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算每個(gè)關(guān)節(jié)的必要?jiǎng)幼鳎缓髮⑦@些信息傳給限制器例行程序集合和應(yīng)用程序：為了運(yùn)用機(jī)器人外部設(shè)備或?yàn)榱藞?zhí)行特定任務(wù)而開(kāi)發(fā)機(jī)械手或移動(dòng)車(chē)末端執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)器傳感器限制器和處理器軟件其次講機(jī)器人基礎(chǔ)七、機(jī)器人的自由度確定一個(gè)剛體在空間的位置須要3dof確定該剛體的姿態(tài)須要3dof因此，須要6dof才能將物體放置到空間的期望位姿；少自由度機(jī)器人會(huì)怎樣？多自由度機(jī)器人會(huì)怎樣？人的手臂和手各有幾個(gè)自由度？其次講機(jī)器人基礎(chǔ)七、機(jī)器人的自由度末端執(zhí)行器的動(dòng)作計(jì)入機(jī)器人的自由度嗎？自由度為1/2的含義是什么？全部的機(jī)器人都是六個(gè)自由度嗎？不該關(guān)節(jié)只能在它的運(yùn)動(dòng)極限處定位或該關(guān)節(jié)限定為幾個(gè)可能的取值很多都少于六個(gè)，比如插件機(jī)器人其次講機(jī)器人基礎(chǔ)八、機(jī)器人關(guān)節(jié)線(xiàn)性關(guān)節(jié)（Prismaticjoint）回/旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(Rotaryjoint)球關(guān)節(jié)(Sphericaljoint)由步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)由氣缸、液壓缸驅(qū)動(dòng)其次講機(jī)器人基礎(chǔ)九、機(jī)器人的坐標(biāo)與構(gòu)形笛卡兒坐標(biāo)/直角坐標(biāo)/臺(tái)架型（3P）圓柱坐標(biāo)型（R2P）極坐標(biāo)、球坐標(biāo)型（2RP）平面型多關(guān)節(jié)機(jī)器人十一、機(jī)器人的性能指標(biāo)負(fù)荷實(shí)力機(jī)器人在滿(mǎn)足其他性能要求的狀況下，能夠承載的負(fù)荷重量；機(jī)器人的負(fù)荷量與其自身的重量相比往往特別??；比如：M－16i機(jī)器人自重594磅，負(fù)荷量?jī)H為35磅。其次講機(jī)器人基礎(chǔ)十一、機(jī)器人的性能指標(biāo)運(yùn)動(dòng)范圍機(jī)器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達(dá)到的最大距離；運(yùn)動(dòng)范圍是機(jī)器人關(guān)節(jié)長(zhǎng)度和其構(gòu)型的函數(shù)。其次講機(jī)器人基礎(chǔ)十一、機(jī)器人的性能指標(biāo)精度（正確性）指機(jī)器人到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度；與驅(qū)動(dòng)器的辨別率以及反饋裝置有關(guān)；大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人具有0.001in或更高精度。其次講機(jī)器人基礎(chǔ)十一、機(jī)器人的性能指標(biāo)重復(fù)精度（變更性）指假如動(dòng)作重復(fù)多次，機(jī)器人到達(dá)同樣位置的精確程度；重復(fù)精度比精度更為重要；大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)精度都在0.001in以?xún)?nèi)。其次講機(jī)器人基礎(chǔ)十二、機(jī)器人的工作空間是指依據(jù)機(jī)器人的構(gòu)型、連桿及腕關(guān)節(jié)的大小，機(jī)器人能到達(dá)的點(diǎn)的集合；工作空間可用數(shù)學(xué)方法通過(guò)列方程來(lái)確定，也可憑閱歷確定；當(dāng)機(jī)器人用做特殊用途時(shí)，必需探討其工作空間，以確保機(jī)器人能到達(dá)要求的點(diǎn)。其次講機(jī)器人基礎(chǔ)十二、機(jī)器人的工作空間可達(dá)工作空間敏捷工作空間VS其次講機(jī)器人基礎(chǔ)十三、機(jī)器人的應(yīng)用機(jī)器加載取放操作焊接噴漆檢測(cè)抽樣裝配操作機(jī)械制造監(jiān)視醫(yī)療應(yīng)用幫助殘疾人危急環(huán)境水下、太空及遠(yuǎn)程其次講機(jī)器人基礎(chǔ)十四、其他機(jī)器人及應(yīng)用類(lèi)人機(jī)器人類(lèi)昆蟲(chóng)和動(dòng)物機(jī)器人多數(shù)為科研目的而開(kāi)發(fā)為軍事、醫(yī)療或消遣而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

生命電子學(xué):設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)生動(dòng)形象的機(jī)器人和機(jī)器的系統(tǒng)技術(shù)

MEMS:微電子機(jī)械系統(tǒng)其次講機(jī)器人