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工业机器人理论及应用东北大学机械工程与自动化学院1、本课程研究的问题1）运动学问题2）动力学问题3）轨迹规划问题2、如何学习本课程参考书目1、熊有伦.机器人技术基础.华中科技大学出版社2、吴瑞祥.机器人技术及应用.北京航空航天大学出版社3、蔡自兴.机器人学.清华大学出版社4、孙富春等译.机器人学导论.电子工业出版社1绪论1.1工业机器人的发展历史1.1.1古代人类幻想的机器人1）中国古代的指南车2)北京故宫博物院的钟表机器人3）1893年加拿大的乔治·摩尔设计制造了名为“安德罗丁”的机器人图1-1“安德罗丁”机器人1—排气口2—水箱3—蒸气锅炉4—汽油输送管5—蒸气驱动齿轮6—连接杆7—腿部1.1.2机器人名称的由来1920年，捷克剧作家Karel.Capekz在剧本“罗莎姆的万能机器人”中描写了一个以“Robota”命名的类人的木偶，他机智、幽默、调皮、捣蛋。这一形象受到人们的欢迎；1922年，Robot一词在英语中出现；工业机器人称为“IndustrialRobot”。1.1.3现代工业机器人发展史1）当代工业机器人起源于数控机床和遥控操作器。遥控操作器是一种允许操作人员在一定距离外完成某一任务的装置。它是二次世界大战期间，为处理放射性材料而研制的。它具有关节式结构。1949年，美国空军资助MIT研制了数控铣床，1953年研制成功。数控机床上最早应用了伺服技术。2）1954年，美国的George.C.Devol申请专利“程序控制物料传送装置”；3）1959年，Devol与CCC公司合作研制成功数字程序控制自动化装置的原型机；4）1960年，《美国金属市场》报在报道中首次使用“IndustrialRobot”5）1962年，美国Unimation公司研制成功实用的Unimate（万能伙伴）；美国机械铸造公司（AMF）制造Versatran（多用途搬运）。1.2工业机器人的定义1）Capek的定义：有劳动能力，没有思考能力，外形象人的东西；2）美国机器人协会的定义：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机（Manipulator）；3）ISO的定义：机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务；4）我国的定义：机器人是一种能自动定位控制的、可重复编程的、多自由度的操作机，能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。1.3工业机器人的组成一般说来，工业机器人的组成可分为三部分：机械系统控制系统驱动系统工业机器人的机械系统又称为操作机或操作器（Manipulator），它主要模仿人的上肢的结构和功能。图中1－基座2－腰部3－臂部4－腕部另外，在手腕法兰处安装相当于人手的末端执行器。习惯上，机器人系统不包括末端执行器。1.4工业机器人的分类目前还没有统一的工业机器人分类标准。根据不同的要求可进行不同的分类：1）按驱动方式分类（即驱动装置的动力源）：◆液动式◆气动式◆电动式◆液－气混合式◆电－气混合式◆电－液混合式2）按用途分类：◆搬运机器人◆喷涂机器人◆焊接机器人◆装配机器人◆机械加工机器人◆其他用途机器人(如航天、探海、排险等)3）按位置机构形式分类：◆直角坐标机器人◆圆柱坐标机器人◆球坐标机器人◆关节坐标机器人直角坐标机器人圆柱坐标机器人球坐标机器人关节坐标机器人4)按自由度分类机器人的自由度一般是指确定机器人手部位姿所需的独立运动参数的数目。根据自由度可将机器人分为：◆三自由度机器人◆四自由度机器人◆五自由度机器人◆六自由度机器人◆冗余自由度机器人5）其他分类方法：◆串联机器人和并联机器人◆大型机器人、中型机器人、小型机器人◆固定式机器人和移动式机器人1.5工业机器人的基本参数特性1.5.1工作空间（workspace)工业机器人的工作空间是指手腕与手部接口处所能到达空间的位置集合。1.5.2运动自由度(DegreeofFreedom,DOF)自由度越多，机器人就越灵活，功能就越强。在计算自由度时，通常不包括手部（末端执行器）的自由度。有关机器人机构运动自由度的计算，见第二章。1.5.3有效负载（Payload）有效负载是指机器人在工作时臂端能够搬运的物体重量和所能承受的力或力矩1.5.4运动精度(AccuracyofMotion）机器人机械系统的精度涉及◆位置精度(positionaccuracy)◆姿态精度（poseaccuracy)◆重复位置精度(repeatability)◆系统分辨率(resolution)1.5.5速度和加速度(speedandacceleration)1.5.6动态特性动态特性常用质量、惯性矩、刚度、阻尼系数、固有频率和振动模态来表征。