《机器人技术与应用》第1章-绪论

机电工程学院1机电工程学院机器人技术与应用第1章绪论机电工程学院21.1机器人的产生与发展1.机器人的由来——古代机器人春秋后期，鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”。机器马车西周时期，出现了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人──自动机。可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。汉代大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。机电工程学院31.1机器人的产生与发展后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”。用其运送军粮，支援前方战争。写字机器人1738年，法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器鸭。它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。1773年，自动书写玩偶、自动演奏玩偶等被连续推出。现在保留下来的瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，还定期弹奏音乐供参观者欣赏。机电工程学院41.1机器人的产生与发展19世纪中叶出现了科学幻想派和机械制作派。1886年《未来的夏娃》问世。在机械实物制造方面，1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”。可以回答一些问题。机电工程学院51.1机器人的产生与发展1.机器人的由来机器人一词的出现：1920年，捷克作家KarelCapek科幻小说《Rossum’sUniversalRobots》中，“Robota”（原意为劳役、苦工、奴隶）写成了“Robot”。小说在1924年和1927年的时候被纷纷传到了日本、法国和欧洲国家，机器人Robot这个名词就向全世界铺展开来。小说故事情节：带感情的机器人消灭了人类，一对男女机器人相爱，世界又起死回生。机电工程学院61.1机器人的产生与发展机器人学一词的出现：1950年、美国科幻作家IsaacAsimov、《我是机器人》首提Robotics。机器人三原则：机器人研究人员、企业等共同遵守的指导方针。小说故事情节：2035年智能型机器人已被人类广泛利用，作为最好的生产工具和人类伙伴，机器人在各个领域扮演着日益重要的角色……机电工程学院71.1机器人的产生与发展2.现代机器人的发展史20世纪60年代，可实用机械的机器人被称为工业机器人20世纪80年代至今，出现智能机器人，正越来越向智能化方向发展我国机器人发展历程：20世纪70年代萌芽期、80年代开发期、90年代快速发展期。国家上通常以制造业机器人密度(多功能机器人数/万名工人)来衡量一个国家的自动化水平。现代机器人始于20世纪中期，发展概况：机电工程学院81.1机器人的产生与发展1952年，美国帕森斯公司在麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，试制成功第一台三坐标数控铣床，为机器人的开发奠定了基础。1954年，美国乔治·德沃尔最早提出了工业机器人概念，并申请专利；1959年，他与约瑟夫·英格伯格合作研制出第一台真正意义上的工业机器人——Unimate，并成立Unimateion公司。1948年，美国原子能委员会的阿尔贡研究所开发了机械式的主从机械手。主从机器人机电工程学院91.1机器人的产生与发展1962年，美国AMF公司推出的“VERSATRAN”与Unimation公司推出的“Unimate”是机器人产品最早的实用机型（示教再现）。VERSATRANUnimate机电工程学院101.1机器人的产生与发展1965年，MIT的Roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。1970年，在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人。1980年，工业机器人在日本普及，日本赢得了“机器人王国”的美称，该年被称为“机器人元年”。20世纪80年代，出现了智能机器人概念……。机电工程学院111.2机器人的定义国际上，机器人定义主要有：1)美国机器人协会(RIA)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，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手(manipulator)”。因此，至今为止也没有一个统一的机器人的定义。机器人学是一门不断发展的科学，对机器人的定义也随其发展而变化。机电工程学院121.2机器人的定义2)日本工业机器人协会(JIRA)的定义：工业机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行器(endeffector)的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。3)美国国家标准局(NBS)的定义：机器人是“一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。4)国际标准化组织(ISO8373-2012)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机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。机电工程学院131.2机器人的定义5)我国对机器人的定义。蒋新松院士曾建议把机器人定义为“一种拟人功能的机械电子装置”(amechantronicdevicetoimitatesomehumanfunctions)。我国国家标准GB/T12643-1990定义：工业机器人是一种自动定位控制、可重复编程的、多功能的、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。参考上述定义，机器人共同之处：①像人或人的上肢，并能模仿人的动作；②具有智力或感觉与识别能力；③是人造的机器或机械电子装置。机电工程学院141.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。第一代示教再现机器人：可以追溯到70年代，那时的机器人是由固定的、非程序控制的、无感应器的电子机械设备，主要以示教再现方式工作。1.按发展时期分类1962年，美国AMF公司生产出VERSATRAN(万能搬运)机电工程学院151.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。第二代有感觉的机器人：诞生于80年代，内置了感应器和由程序控制的控制器，通过反馈控制，使机器人能在一定程度上适应环境的变化。1.按发展时期分类多指灵巧手机电工程学院161.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。第三代具有智能的机器人：这种机器人带有多种传感器，可以进行复杂的逻辑推理、判断及决策。在作业环境中能自我决策，独立工作，目前还处于实验阶段。1.按发展时期分类本田汽车公司(HONDA)机器人ASIMO机电工程学院171.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。直角坐标机器人（PPP）：直角坐标形式的机器人手臂是通过沿x-y-z三个互相垂直的直角坐标的移动来实现手部空间位置的改变。2.按几何结构分类机电工程学院181.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。圆柱坐标机器人(RPP)：圆柱坐标形式的机器人手臂是通过一个转动和两个移动来实现手部空间位置的改变。2.按几何结构分类机电工程学院191.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。球坐标型机器人(RRP)：球坐标式又称为极坐标式，这种坐标形式的机器人手臂是通过两个转动和一个移动来实现手部空间位置的改变。2.按几何结构分类机电工程学院201.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。关节型机器人(RRR)：关节坐标式又称回转坐标式，机器人手部空间位置的改变是通过手臂的三个转动来实现的，又分为垂直关节坐标和水平（平面）关节坐标式。2.按几何结构分类机电工程学院211.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。（1）非伺服控制机器人：按预编程序工作，使用定序器、插销板、终端限位开关、制动器来控制机器人的运动。3.按控制方式分类机电工程学院221.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。（2）伺服控制机器人：具有复杂控制器、计算机和机械结构，带有反馈传感器，记忆存储量较大。又包括两类：①点位伺服控制（PTP，PointtoPoint）：机器人只对一段路径的端点进行示教，机器人以最快或最短路径移动。②连续轨迹伺服控制（CP，ContinuousPath）：机器人能够平滑跟随给定轨迹，较准确地复原示教路径。3.按控制方式分类机电工程学院231.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。（1）电力驱动：常见驱动器件有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等，目前最常用，特点是无环境污染、运动精度高、成本低。（2）液压驱动：特点抓取力大，传动平稳、结构紧凑，防爆性好，动作灵敏；但对密封性要求高，不适合在高/低温现场工作，成本较高。4.按机器人的驱动方式分类机电工程学院241.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。（3）气动驱动：特点是结构简单、动作迅速、空气来源方便、价格低；但是，因空气可压缩导致机器人的工作速度稳定性差，抓取力小。（4）其他驱动：例如记忆合金驱动、压电效应驱动、磁致伸缩驱动、人工肌肉驱动、光驱动等。4.按机器人的驱动方式分类机电工程学院251.3机器人的分类机器人分类国际上尚没有统一的标准，常见分类方法：按发展时期、按控制方式、按几何结构、按应用领域。（1）工业机器人（2）农业机器人（3）军事机器人（4）服务机器人5.按机器人的应用领域分类机电工程学院261.3机器人的分类工业机器人按ISO8373，其定义为：位置可以固定或移动，能够实现自动控制、可重复编程、多功能多用途、末端操作器的位置要在3个或3个以上自由度内，可编程的工业自动化设备。机电工程学院27工业机器人最早应用于汽车制造业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。可以代替人从事危险、有毒、低温和高热的恶劣环境中工作。工业机器人与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS），实现生产自动化。工业机器人的应用机电工程学院28工业机器人最早应用于汽车制造业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。可以代替人从事危险、有毒、低温和高热的恶劣环境中工作。工业机器人与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS），实现生产自动化。工业机器人的应用机电工程学院29焊接机器人焊接机器人属于市场主流工业机器人应用类型，被广泛应用在汽车整车生产线上。有弧焊机器人和点焊机器人。工业机器人的应用机电工程学院30焊装机器人工业机器人的应用铆接机器人机电工程学院31工业机器人的应用弧焊机器人机电工程学院32一汽“红旗”轿车机器人焊接线工业机器人的应用机电工程学院33喷漆机器人ABB公司研制的喷涂机器人工业机器人的应用机电工程学院34汽车喷涂生产线汽车保险杠喷涂工业机器人的应用机电工程学院35装配机器人工业机器人的应用常用的装配机器人主要有可编程通用装配操作手(ProgrammableUniversalManipula-torforAssembly）即PUMA机器人和平面双关节型机器人(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm)即SCARA机器人两种类型。机电工程学院36工业机器人的应用搬运