《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述課件

移動機(jī)器人原理及設(shè)計(jì)

多媒體課件西安郵電大學(xué)王曙光，趙勇《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述第一章概述機(jī)器人的定義機(jī)器人的分類、結(jié)構(gòu)機(jī)器人競賽移動機(jī)器人有關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨勢2《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述1.1引言機(jī)器的力量與速度人的智慧想象中的機(jī)器人3《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述實(shí)際的機(jī)器人工業(yè)醫(yī)療軍事4《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述1.2機(jī)器人的定義、分類及組成1.2.1機(jī)器人的定義

美國機(jī)器人協(xié)會（RIA）的機(jī)器人定義：“機(jī)器人是用以搬運(yùn)材料、零件、工具的可編程序的多功能操作器或是通過可改變程序動作來完成各種作業(yè)的特殊機(jī)械裝置?！比毡竟I(yè)機(jī)器人協(xié)會（JIRA）的定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器（endeffector）的，能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機(jī)器?！泵绹鴩覙?biāo)準(zhǔn)局（NBS）的定義：“機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程并在自動控制下執(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置”。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義：“機(jī)器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個軸，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)行種種任務(wù)。”5《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述1）機(jī)器人的動作機(jī)構(gòu)具有類似與人或其它生物的某些器官的功能。2）是一種自動機(jī)械裝置，可以在無人參與下（獨(dú)立性），自動完成多種操作或動作功能，即具有通用性?？梢栽倬幊?，程序流程可變，即具有柔性(適應(yīng)性）。3）具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)。

機(jī)器人應(yīng)具有的基本特點(diǎn)：6《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述1.2.2機(jī)器人的發(fā)展歷史1920年，捷克劇作家卡雷爾·卡佩克在《羅薩姆的萬能機(jī)器人》中把捷克語“Robota”寫成了“Robot”，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。1950年，美國作家、化學(xué)家埃薩克·阿西莫夫在他的科幻小說《I，Robot》中首次使用了“Robotics”

，即“機(jī)器人學(xué)”。阿西莫夫提出了“機(jī)器人三原則”：1機(jī)器人不應(yīng)傷害人,也不得見人受到傷害而袖手旁觀；2機(jī)器人應(yīng)服從人的一切命令，除非違反第一定律；3機(jī)器人應(yīng)保護(hù)自身安全，除非違反第一及第二定律。

機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則，阿西莫夫因此被稱為“機(jī)器人學(xué)之父”。7《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述

1954年，美國人GeorgeC.Devol提出了第一個工業(yè)機(jī)器人方案并在1956年獲得美國專利。1961年，Unimation公司（通用機(jī)械公司）成立，生產(chǎn)和銷售了第一臺工業(yè)機(jī)器“Unimate”。

1962年，A.M.F.（機(jī)械與鑄造）公司，研制出一臺數(shù)控自動通用機(jī)，取名“Versatran”，即多用途搬運(yùn)之意，并以“IndustrialRobot”為商品廣告投入市場。1974年出現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人，

日本、西歐各國、前蘇聯(lián)也相斷引進(jìn)或自行研制工業(yè)機(jī)器人。60～70年代是機(jī)器技術(shù)獲得巨大發(fā)展的階段。8《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述80年代，機(jī)器人在發(fā)達(dá)國家的工業(yè)生產(chǎn)中大量普及應(yīng)用，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配。并向各個領(lǐng)域拓展，如航天、水下、排險(xiǎn)、核工業(yè)等，機(jī)器人的感知技術(shù)得到相應(yīng)的發(fā)展，產(chǎn)生第二代機(jī)器人。90年代，機(jī)器人技術(shù)在軍用、醫(yī)療、服務(wù)、娛樂等領(lǐng)域延伸，并開始向智能型（第三代）機(jī)器人發(fā)展。9《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述機(jī)器人發(fā)展的三個階段第一代：示教再現(xiàn)型機(jī)器人

第二代：有感覺的機(jī)器人

第三代：有智能的機(jī)器人10《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述1.2.3機(jī)器人的分類機(jī)器人的種類很多?？梢园打?qū)動形式、用途、結(jié)構(gòu)和智能水平等標(biāo)準(zhǔn)劃分

１、按驅(qū)動形式

氣壓驅(qū)動

液壓驅(qū)動

電驅(qū)動

交流伺服驅(qū)動

直流伺服驅(qū)動

2、按用途劃分（1）工業(yè)機(jī)器人弧焊機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人裝配機(jī)器人噴涂機(jī)器人拋光機(jī)器人11《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述（2）特種機(jī)器人空間機(jī)器人

水下機(jī)器人軍用機(jī)器人教學(xué)機(jī)器人

服務(wù)機(jī)器人

醫(yī)用機(jī)器人

排險(xiǎn)救災(zāi)機(jī)器人

固定式移動式輪式履帶式足式蛇行12《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述3、按智能水平劃分分類名稱簡要解釋人工操作裝置有幾個自由度，有操作員操縱，能實(shí)現(xiàn)若干預(yù)定的功能。固定順序機(jī)器人按預(yù)定的不變順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動作。可變順序機(jī)器人按預(yù)定的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動作。但順序和條件可作適當(dāng)改變。示教再現(xiàn)型機(jī)器人通過手動或其它方式，先引導(dǎo)機(jī)器人動作，記錄下工作程序，機(jī)器人則自動重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。數(shù)控型機(jī)器人不必使機(jī)器人動作，通過數(shù)值、語言等為機(jī)器人提供運(yùn)動程序，能進(jìn)行可變程伺服控制。感知型機(jī)器人利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動作。機(jī)器人對環(huán)境有一定的適應(yīng)性。智能機(jī)器人機(jī)器人具有感知和理解外部環(huán)境的能力，即使環(huán)境發(fā)生變化，也能夠成功的完成任務(wù)。第一代第二代第三代13《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述仿生機(jī)器人模仿自然界中生物的外部形狀或某種機(jī)能的機(jī)器人系統(tǒng)14《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述可穿戴機(jī)器人15《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述可重構(gòu)機(jī)器人16《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述機(jī)器人的組成

機(jī)器人是一個機(jī)電一體化的設(shè)備。從控制觀點(diǎn)來看，機(jī)器人系統(tǒng)可以分成四大部分：機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)、感知反饋系統(tǒng)。機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)

基座（固定或移動）手部腕部臂部腰部電驅(qū)動裝置液壓驅(qū)動裝置氣壓驅(qū)動裝置處理器關(guān)節(jié)伺服控制器內(nèi)部傳感器外部傳感器17《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。相當(dāng)于人的肢體。二、驅(qū)動裝置包括：驅(qū)動源、傳動機(jī)構(gòu)等。相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。三、感知反饋系統(tǒng)包括：內(nèi)部信息傳感器，檢測位置、速度等信息；外部信息傳感器，檢測機(jī)器人所處的環(huán)境信息。相當(dāng)于人的感官和神經(jīng)。四、控制系統(tǒng)包括：處理器及關(guān)節(jié)伺服控制器等，進(jìn)行任務(wù)及信息處理，并給出控制信號。相當(dāng)于人的大腦和小腦。內(nèi)部傳感器（位形檢測）控制系統(tǒng)驅(qū)動裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作對象外部傳感器（環(huán)境檢測）

1處理器關(guān)節(jié)控制器18《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述1.3機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)1分層式體系結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)的典型模型2包容式結(jié)構(gòu)基于感知與行為之間映射關(guān)系的并行結(jié)構(gòu)19《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述1.4移動式機(jī)器人20《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述1.5機(jī)器人競賽21《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述智能機(jī)器人技術(shù)材料感知仿生網(wǎng)絡(luò)微型智能交互前沿技術(shù)探索多機(jī)器人協(xié)調(diào)技術(shù)人－機(jī)器人和諧共存與交互網(wǎng)絡(luò)化與移動感知新型機(jī)構(gòu)與驅(qū)動仿生運(yùn)動與智能控制微納操作技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)仿生與生物機(jī)器人極地科考機(jī)器人助老助殘家庭服務(wù)微制造機(jī)器人裝備核工業(yè)機(jī)器人油氣管道檢測電力檢測