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

移動(dòng)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(dòng)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(jìng)賽移動(dòng)機(jī)器人有關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)2《移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（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(guò)可改變程序動(dòng)作來(lái)完成各種作業(yè)的特殊機(jī)械裝置。”日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（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(dòng)并通過(guò)自動(dòng)完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器?！泵绹?guó)國(guó)家標(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(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置”。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義：“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)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來(lái)處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)?！?《移動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)械裝置，可以在無(wú)人參與下（獨(dú)立性），自動(dòng)完成多種操作或動(dòng)作功能，即具有通用性?？梢栽倬幊蹋绦蛄鞒炭勺儯淳哂腥嵝?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(dòng)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(wàn)能機(jī)器人》中把捷克語(yǔ)“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(guó)作家、化學(xué)家埃薩克·阿西莫夫在他的科幻小說(shuō)《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(dòng)機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述

1954年，美國(guó)人GeorgeC.Devol提出了第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人方案并在1956年獲得美國(guó)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(tái)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(tái)數(shù)控自動(dòng)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(chǎng)。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(guó)、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(dòng)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(guó)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(gè)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(lè)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(dòng)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(gè)階段第一代：示教再現(xiàn)型機(jī)器人

第二代：有感覺(jué)的機(jī)器人

第三代：有智能的機(jī)器人10《移動(dòng)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(dòng)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(dòng)形式

氣壓驅(qū)動(dòng)

液壓驅(qū)動(dòng)

電驅(qū)動(dòng)

交流伺服驅(qū)動(dòng)

直流伺服驅(qū)動(dòng)

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(dòng)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(dòng)式輪式履帶式足式蛇行12《移動(dòng)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(jiǎn)要解釋人工操作裝置有幾個(gè)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(dòng)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(dòng)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(guò)手動(dòng)或其它方式，先引導(dǎo)機(jī)器人動(dòng)作，記錄下工作程序，機(jī)器人則自動(dòng)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(dòng)作，通過(guò)數(shù)值、語(yǔ)言等為機(jī)器人提供運(yùn)動(dòng)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(dòng)作。機(jī)器人對(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)機(jī)電一體化的設(shè)備。從控制觀點(diǎn)來(lái)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(dòng)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(dòng)裝置控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)

基座（固定或移動(dòng)）手部腕部臂部腰部電驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)裝置包括：驅(qū)動(dòng)源、傳動(dòng)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(cè)位置、速度等信息；外部信息傳感器，檢測(cè)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(hào)。相當(dāng)于人的大腦和小腦。內(nèi)部傳感器（位形檢測(cè)）控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作對(duì)象外部傳感器（環(huán)境檢測(cè)）

1處理器關(guān)節(jié)控制器18《移動(dòng)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(dòng)機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述1.4移動(dòng)式機(jī)器人20《移動(dòng)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(jìng)賽21《移動(dòng)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(dòng)感知新型機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)仿生運(yùn)動(dòng)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(cè)電力檢測(cè)