搜索
工业机器人10-11(2)第一章概论工业机器人的由来工业机器人的定义工业机器人的分类工业机器人的工作环境工业机器人的基本组成工业机器人的技术参数工业机器人的应用1、东汉、张衡发明的指南车2、1886法国作家利尔亚当给机器人起名3、1920捷克剧作家卡佩克首次提出Robota一词“机器人”一词起源于捷克语，意为强迫劳动力或奴隶。这个词是由剧作家KarelCapek引入的，他虚构创作的机器人很象怪物:由化学和生物学方法而不是机械方法创造的生物。一、机器人的由来工业机器人的由来1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将外表像人的机器起名为android，它由四部分组成：1：生命系统（平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等）；2：造型解质（关节能自由运动的金属覆盖体，一种盔甲）；3：人造肌肉（在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形态）；4：人造皮肤（含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等）。工业机器人的由来1920年捷克作家卡雷尔·卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”写成了“Robot”，“Robota”是奴隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。工业机器人的由来为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”：1，机器人不应伤害人类；2，机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；3，机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。4、1950美国科幻作家阿西莫夫,提出机器人三定律5、1954美国人乔治·德沃尔设计了第一台关节式示教再现型作业机械手，于1961年发表了该项专利6、1962美国通用汽车公司（GM）公司使用全球第一台机器人Unimate，这标志着第一代工业机器人的诞生一、机器人的由来第一节机器人概述机器人的产生与发展第一章绪论个人应用想象工业应用商业应用第一节机器人概述机器人的产生与发展第一章绪论个人应用想象工业应用商业应用古希腊的长篇叙事诗《伊利亚特》中的冶炼之神用黄金制造出的侍女，希腊神话《阿鲁歌探险船》中的青铜巨人泰洛斯，我国西周时流传巧匠偃师制作的歌舞机器人，以及许多科幻小说中都有机器人的身影。第一节机器人概述机器人的产生与发展第一章绪论1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人；1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。个人应用想象工业应用商业应用第一节机器人概述机器人的产生与发展第一章绪论世界上第一家机器人制造工厂Unimation公司制造的Unimate与1962年美国AMF公司生产出的VERSTRAN成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮个人应用想象工业应用商业应用第一节机器人概述机器人的产生与发展第一章绪论1998年丹麦乐高公司推出机器人（Mind-storms）套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。个人应用想象工业应用商业应用三、工业机器人的发展过程工业机器人的发展过程可分为三个阶段：①第一代机器人----示教再现机器人②第二代机器人----带感觉的机器人③第三代机器人----智能机器人美国机器人协会（RIA）定义日本机器人协会（JIRA）定义国际标准化组织（ISO）定义中国机器人定义二、机器人的定义美国机器协会（RIA）：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。工业机器人的定义1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，提出了两个有代表性的定义。一是森政弘与合田周平提出的：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象。另一个是加藤一郎提出具有如下3个条件的机器称机器人：1\具有脑、手、脚等三要素的个体；2\具有非接触传感器(用眼、耳接受远方信息)和接触传感器;3\具有平衡觉和固有觉的传感器。日本工业机器人协会：工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行装置的、能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。工业机器人的定义1988年法国的埃斯皮奥将机器人定义为：“机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统，并以此系统的使用方法作为研究对象”。1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。”工业机器人的定义我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。根据上述的各种定义，我们可以把具有下述性质的机械看作是机器人：①代替人进行工作，能像人那样使用工具和机械。因此，数控机床和汽车不是机器人。②具有通用性。机器人即可以简单地变换所进行的作业，又能按照工作情况的变化相应地进行工作，一般的玩具机器人不具有通用性，不属于机器人。③直接对外界工作。机器人要完成一定的工作，对外界产生作用。一、工业机器人的含义工业机器人是能模仿人体某些器官的功能(主要是动作功能)、有独立的控制系统、可以改变工作程序和编程的多用途自动操作装置。工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。认识机器2工业机器人工业机器人的定义：其操作机是自动控制的，可重复编程、多用途，并可对三个和三个以上的轴进行编程。它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。工业机器人包括操作机和控制系统（硬件和软件）。所谓操作机是一种机器，其机构通常是由一系列相互铰接或相对滑动的构件所组成。它通常有几个自由度，用以抓去或移动物体。注：左键单击图片可演示视频机器人焊接机器人去毛刺认识机器3工业机器人数控加工中的工业机器人注：左键单击图片可演示视频三、机器人的分类我国从应用环境上把机器人分为两类：工业机器人特种机器人国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人非制造环境下的服务与仿人型机器人工业机器人所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。如：机械手。特种机器人而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。包括：服务机器人、水下机器人、微操作机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。一、工业机器人的分类工业机器人大体可按其坐标形式、驱动方法、运动控制方式和应用环境进行分类。工业机器人的分类按结构分类按开发进程分类基本坐标式结构冗余自由度结构模块结构直角坐标式机器人圆柱坐标式机器人球坐标式机器人关节坐标式机器人平面关节式机器人整体控制机器人每关节独立控制机器人第一代机器人第二代机器人第三代机器人三、工业机器人的发展过程工业机器人的发展过程可分为三个阶段：①第一代机器人----示教再现机器人②第二代机器人----带感觉的机器人③第三代机器人----智能机器人基本坐标结构机械手基本坐标结构机械手2．按驱动方法分工业机器人的驱动方法可分为电力、液压和气压驱动三种1）电力驱动2）液压驱动3）气压驱动电力驱动这种驱动是目前在工业机器人中用的最多的一种。早期多采用步进电动机(SM)驱动，后来发展了直流伺服电动机(DC)，现在交流伺服电动机(AC)驱动也开始广泛应用。上述驱动单元有的直接驱动机构运动．有的通过谐波减速器装置来减速，结构简单紧凑。液压驱动液压传动机器人有很大的抓取能力，抓取力可高达上百公斤力，液压力可达7MPa，液压传动平稳，动作灵敏，但对密封性要求高，不宜在高或低温现场工作，需配备一套液压系统。气压驱动气压传动机器人结构简单，动作迅速，价格低廉，由于空气可压缩，所以工作速度稳定性差，气压一般为0.7MPa，因而抓取力小，只有几十牛到百牛力。3.按运动控制方式分（1）点位控制(PTP，PointtoPpint)（2）连续轨迹控制(CP，continuousPath)点位控制采用点位按制，机器人运动为空间点到点间的直线运动，不涉及两点间的移动路径，只在目标点处控制机器人末端执行器的位置和姿态。这种控制方式简单，适用于上下料、点焊、卸运等作业。连续轨迹控制这种控制方式不仅要求机器人以一定精度达到目标点．而且对运动的轨迹也有一定精度要求。运动轨迹是空间的连续曲线，机器人在空间的整个运动过程都要控制，比较复杂。这种控制常用于焊接、喷漆和检测等。四、工业机器人的主要种类焊接机器人喷漆机器人装配机器人采矿机器人搬运机器人食品工业机器人五、工业机器人发展简况日本技术实力和数量世界第一欧美快速追赶日本中国相对比较落后，近几年发展迅速机器人性能上升，价格下降在各个领域有广泛应用工业机器人的工作环境与已定义的外部环境交流与硬件环境的交互与外部设备的通信工作域中的障碍自由空间的描述操作对象物的描述与软件环境的交互与生产单元监控计算机所提供的管理信息系统的通信与未定义的外部环境的交流从外部环境中感知、学习、判断和推理，实现环境预测，产生新的适应指令，并根据客观环境规划自己的行动。工业机器人的基本组成感受系统人机交互系统控制系统驱动系统机械结构系统机器人—环境交互系统二、工业机器人的组成工业机器人由三大部分六个子系统组成。控制部分传感检测部分机械部分六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人－环境交互系统、人机交互系统和控制系统,如图所示。①驱动系统要使机器人运行起来,需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置,这就是驱动系统。驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动,或者把它们结合起来应用的综合系统;可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。②机械结构系统工业机器人的机械结构系统由基座、手臂、末端执行器三大部分组成,如图所示。每一部分都有若干自由度,构成一个多自由度的机械系统。若基座具备行走机构,则构成行走机器人;若基座不具备行走及腰转机构,则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端执行器是直接装在手腕上的一个重要部件,它可以是二手指或多手指的手爪,也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。工业机器人日本安川六自由度关节型机器人日本三菱五自由度关节型机器人工业机器人的组成工业机器人一般有以下几部分构成：机身部分：如同机床的床身结构一样，机器人机身构成机器人的基础支撑。有的机身底部安装有机器人行走机构；有的机身可以绕轴线回转，构成机器人的腰。手臂部分：分为大臂、小臂和手腕，完成各种动作。关节：分为滑动关节和转动关节。实现机身、手臂各部分、末端操作器之间的相对运动。末端操作器：可以是拟人的手掌和手指，也可以是各种作业工具，如焊枪、喷漆枪等。工业机器人典型结构③感受系统感受系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成,用以获取内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的,然而,对于一些特殊的信息,传感器比人类的感受系统更有效。④机器人-环境交互系统机器人-环境交互系统是实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。工业机器人与外部设备集成为一个功能单元,如加工制造单元、焊接单元、装配单元等。当然,也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个去执行复杂任务的功能单元。⑤人机交