机电一体化 第八章机器人2011

第八章

机器人

本章内容

概述 机器人运动学 机器人动力学 机器人控制系统 机器人应用的典型实例

一、机器人的由来第 一 节 概 述1920年捷克作家Karel Capek的剧本 《 Ro-ssam’s Universal Robots 》中，塑造 了只会劳动不会思维的机器人形象，捷克语中 的Robota 意为“苦力”、 “劳役”,是一种 人造劳动者。英语Robot由此衍生而来。 该剧中，卡佩克提出了机器人的安全、感 知和自我繁殖问题。科学技术的进步很可能引 发人类不希望出现的问题。虽然科幻世界只是 一种想象，但人类社会将可能面临这种现实。

机器人三原则与机器人学第 一 节 概 述Isaac Asimov 在《I’m Robot》中提出了 “机器人三原则” : A robot must not harm a human being or, through inaction, allow one to come harm. A robot must always obey human beings unless that is conflict with the first law. A robot protect itself from harm unless that is conflict with the first or second laws.

并首次出现了“机器人学Robotics”的概 念

什么是机器人学？第 一 节 概 述 机器人学是人们设计和应用机器人的技 术和知识。 机器人系统不仅由机器人组成，还需要 其他装置和系统连同机器人一起来共同 完成必需的任务。 机器人学是一门交叉学科，它得益于机 械工程、电气与电子工程、计算机科学、 生物学以及其他许多学科。

什么是机器人？第 一 节 概 述 不同国家、不同学者给出的定义不同 ISO采用了美国的定义: A reprogrammable and multifunctional manipulator, devised for the transport of materials, parts, tools or specialized systems, with varied and programmed movements, with the aim of carrying out varied tasks. 不同时期，机器人的内涵也不同

机器人的四大特征第 一 节 概 述 仿生特征：模仿人的肢体动作 柔性特征：对作业具有广泛适应性 智能特征：具有对外界的感知能力

自动特征：自动完成作业任务

二、机器人的组成第 一 节 概 述 机械手或移动车 末端执行器 驱动器

传感器 控制器和处理器 软件

“五官”,收集机器人内部状态的信息或用来与外部环 操作系统：用来操作计算机 境进行通信。 连接在机械手最后一个关节上，用来执行任务。是由公 机器人软件：根据机器人的运动方程计算每个关节的 司工程师或外面的顾问为某种用途而专门设计的。通常， “大脑”,计算机器人关节的运动，确定每个关节应移 必要动作，然后将这些信息传给控制器 其动作有机器人控制器直接控制。 动多少和多远才能达到预定的速度和位置，并监督控制 例行程序集合和应用程序：为了使用机器人外部设

备 器和传感器。 “肌肉”,常见的驱动器有伺服电机、步进电机、气缸 或为了执行特定任务而开发 及液压缸等，还有一些新型驱动器。它们由控制器控制。 “小脑”,从计算机获取数据，控制驱动器的动作，并 与传感器反馈信息一起协调机器人的运动。

机器人的主体部分，由连杆、活动关节和其他构件构成。

三、机器人的分类第 一 节 概 述按照机器人的技术发展水平分类： 示教再现机器人示教->记忆->再现

数控机器人 智能机器人具有发现问题并能自主解决问题的能力。

具有环境感知装置，能在一定程度上适应环境的变化。

三、机器人的分类第 一 节 概 述按照机器人的机构特征分类： 直角坐标机器人 柱面坐标机器人

球面坐标机器人 多关节型机器人

三、机器人的分类第 一 节 概 述结构简单； 定位精度高； 空间因数低； 用于印刷电路基 板的元件插入、 紧固螺丝等。

直角坐标机器人

三、机器人的分类第 一 节 概 述结构简单；刚性好； 空间利用率低；

用于重物的装卸和搬 运，例如Versatran 机器人

圆柱坐标型(R2P)

三、机器人的分类第 一 节 概 述结构紧凑，所 占空间较小。 极坐标、球坐标型(2RP)

三、机器人的分类第 一 节 概 述

垂直方向上的 刚性好，适于 装配工作

水平多关节型

三、机器人的分类第 一 节 概 述动作范围宽；结构刚度低； 精度较低； 装配、搬运、 弧焊、喷涂、 点焊等

垂直多关节

三、机器人的分类第 一 节 概 述按照机器人的用途分类： 工业机器人：焊接、喷漆、码垛、装配、搬运

农业机器人：耕种、施肥、喷药、嫁接、移载、收获、灌溉、养殖

探索机器人：水下、太空、空间、危险环境

服务机器人：清洁、护理、救援、娱乐、保安

其它机器人：医疗、福利、林业· 、渔业、建筑等