绪论机器人技术基础.ppt

机器人技术 (Robot Technique Basic),主讲教师 : 张永德 博士/教授/博导 电话:Email: ,机器人技术 教学安排,周数： 10，11周 时间、地点： 周一，下午1:10-4:20 周四，上午8:30-11:40 西203 阶梯403,周数： 14，15周 时间、地点： 周一，下午1:10-4:20 西203,绪 论 （Introduction） 1,机器人的定义 机器人的发展 机器人的应用和分类 机器人的研究领域,1921，捷克剧作家卡雷尔（KAREL CAPEK）在“ROSSUMS UNIVERSAL ROBOT”剧本提出的“仆人”，捷克语Robota。从悲剧的角度，机器人毫无感知的勤奋劳动，后来机器人赋有感情，反对压迫，起来造反。故事发展，机器人苦思如何复制， 卡雷尔（KAREL CAPEK）提出了三个严肃问题，机器人安全性、机器人感知、机器人自我繁殖。,机器人(Robot)的定义,美国机器人协会（RIA） 日本工业机器人协会（JIRA） 国际标准化组织（ISO）,机器人是“一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，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”。,工业机器人是“一种能够执行与人的上肢类似动作的多功能机器”,智能机器人是“一种具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器”,“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”,机器人的特性 A 智能：计算、存储、决策能力 B 执行机构：行走、搬运等操作 C 传感器（感知能力）,阿西莫夫“机器人三守则”: (1950, 小说我是机器人) (1) 机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人将受害而袖手旁观。 (2) 机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类。 (3) 机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者人类命令它作出牺牲。,机器人的定义 机器人的发展 机器人的应用和分类 机器人的研究领域,机器人的发展,20世60年代末至70年代中，MIT斯坦福大学等开始已经研究。 1968年，日本川琦重工引进美国Unimation公司的Unimate机器人制造技术。 1979年，Unimation公司推出了PUMA系列机器人 第一代：“示教-再现”机器人 第二代：具有一定的感知能力，如装了摄象机的抓取操作 第三代：高级传感器，具有自主决策，未来预测，如仿人机器人,机器人的发展历程 指南车，张衡 ，东汉，机器人雏形 安德罗丁，加拿大，摩尔，1893，蒸汽动力，可行走 Unimate, 美国, Unimation公司, 1962, 第一台机器人, 用于配合压铸机上下料 Versatran, 美国, AMF公司, 1963，第一台工业机器人 计算机控制的机器人，1974 示教再现机器人，1982 多种机器人：工业机器人、移动机器人、拟人机器人、特种机器人等，具有视觉、语音等功能，具有一定智能。 1998年：日本30万台，美国8万台，德国7万台,绪 论 1,机器人的定义 机器人的发展 机器人的应用和分类 机器人的研究领域,机器人的应用和分类,工业机器人 自主车辆 军用机器人（战士机器人） 空间机器人（空间探索） 水下机器人（打捞、救生） 管道机器人（故障诊断） 医疗机器人（外科手术等） 农业机器人（挤牛奶、伐木） 服务机器人（清洗、家用、导盲） 建筑机器人,按 用 途 分,绪 论 1,机器人的定义 机器人的发展 机器人的应用和分类 机器人的研究领域,传感器与感知系统 驱动、建模与控制 自主规划与调度 计算机系统 应用研发,讨 论,课程如何上、内容、方式 对机器人的了解,绪 论 ( Introduction) 2,机器人的概念和定义 机器人的发展 机器人的应用和分类 机器人的组成 机器人的结构 工业机器人的技术参数,机器人的组成(Composition),机器人(Robot) 机器人系统 作业对象 (Operation object) 环境(Environment) 机器人本体(Robot Mechanism) 机器人 控制器(Controller) 软件(Software) 传感器系统(Sensor System ),机器人的组成,机器人的组成,机器人本体：手臂(arm)、末端执行器(end effector)、腰(waist)、肩(shoulder)、 肘(elbow)、 腕(wrist)、手(hand) 控制器 硬件(Hardware) 软件(Software) 微型计算机、PLC、单片机、工控机等等 输入-输出设备(I/O)：人与机器人交互的工具 如：显示器、键盘、鼠标、示教盒、打印机、 网络接口等 驱动器 气动 (Pneumatic) 液压(Hydraulic) 伺服 (Servo motor) 直流 交流 传感系统 内部状态传感器：光电编码器、电位器 、旋转变压器、测速发电机等 外部状态传感器：视觉、接近觉、触觉、力/力矩等,绪 论(Introduction) 2,机器人的概念和定义 机器人的发展 机器人的应用和分类 机器人的组成 机器人的结构 工业机器人的技术参数,机器人的结构 (Structure),工业机器人： (Industrial Robot),机器人的结构,杆件(Rod)和运动副(Motion pair)的组合方式: 串联(Serial) 并联(Parallel),自由度的概念 DOF-Degree of Freedom,移动副(Translation) 回转副(Rotation) (Articulation),机器人的结构,直角坐标型机器人(Cartesian Coordinated Robot),机器人的结构,圆柱坐标型机器人(Cylindrical Coordinated Robot)：,机器人的结构,极坐标型机器人(Polar Coordinated Robot)：,机器人的结构,关节型机器人(Articulated Robot)：,机器人的结构,平行关节式机器人(SCARA Robot)：,机器人的结构,并联机器人(Parallel Robot)： 1965年，D. Stewart提出一种机构，故称Stewart机构 1978年，澳大利亚Hunt推广到机器人机构 6根支杆和上、下两个平台，分别用球铰和虎克铰接,机器人的结构,并联机器人的特性和应用： （Feature and Application）,特性: A 刚度大，结构稳定 B 承重能力强 C 误差小（相对串联、互关补偿）,模拟运动 对接动作 承载运动 金属加工 测量机 微动机构或微型机构,应 用:,机器人手部机构(End effector)： 气体吸盘(Air Osculum)：,电磁吸盘(Electromagnetum Osculum)：,圆弧开闭式(Circular Open and Close Gripper)：,平行开闭式(Parallel Open and Close Gripper)：,多指灵巧手爪(Multi-fingered Dexterous Hand)： 多点接触 可抓易碎物体 灵活操作,绪 论(Introduction) 2,机器人的概念和定义 机器人的发展 机器人的应用和分类 机器人的组成 机器人的结构 工业机器人的技术参数,自由度(DOF) 定位精度、重复定位精度(Positioning Accuracy, Repeated Positioning Accuracy) 工作空间(Work Space)： 手臂末端或手腕中心 最大工作速度(Max Speed)： 主要自由度上的最大速度、 末端的最大速度 承载能力(Carrying Capacity)： 机器人在工作范围内的任何 位置上所能承受