《机器人简介》课件-信息技术九下

《机器人简介》课件-信息技术九下第一页，共55页。一、机器人简介二、机器人硬件系统三、机器人相关技术四、机器人坐标系统五、示教再现式编程六、案例实现《机器人技术》机器人技术第二页，共55页。1.1机器人的定义美国机器人协会（RIA）的机器人定义：“机器人是用以搬运材料、零件、工具的可编程序的多功能操作器或是通过可改变程序动作来完成各种作业的特殊机械装置。”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。”

1、机器人简介《机器人技术》第三页，共55页。1.1机器人的定义美国国家标准局（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”。国际标准化组织(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。”1、机器人简介《机器人技术》第四页，共55页。1.1机器人的定义1、机器人简介

在我国1989年的国标草案中，工业机器人被定义为：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。操作机被定义为：具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓取物体或进行其他操作的机械装置。《机器人技术》第五页，共55页。1）机器人的动作机构具有类似与人或其它生物的某些器官的功能。2）是一种自动机械装置，可以在无人参与下（独立性），自动完成多种操作或动作功能，即具有通用性。可以再编程，程序流程可变，即具有柔性(适应性）。3）具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习。

一般认为机器人应具有的共同点为：1、机器人简介《机器人技术》第六页，共55页。Grammar第七页，共55页。1.2机器人的发展历史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》。卡佩克在剧本中把捷克语“Robota”写成了“Robot”，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。1950年，美国作家埃萨克·阿西莫夫在他的科幻小说《I，Robot》中首次使用了“Robotics”，即“机器人学”。1、机器人简介《机器人技术》第八页，共55页。阿西莫夫提出了“机器人三原则”：1机器人不应伤害人类,且在人类受到伤害时不可袖手旁观；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。

机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则，阿西莫夫因此被称为“机器人学之父”。1.2机器人的发展历史1、机器人简介《机器人技术》第九页，共55页。《机器人技术》

1954年美国George．Devol最早提出了工业机器人的思想，发明了一种可编程序的关节型搬运装置，该装置的要点是借助于伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行示教，机器人能实现动作的记录和再现，这就是所谓的示教再现机器人。在此基础上，1958年美国的CONSOLIDATEEL公司制造了第一台工业机器人。1、机器人简介1.2机器人的发展历史第十页，共55页。

1961年，Unimation公司（通用机械公司）成立，生产和销售了第一台工业机器“Unimate”，即万能自动之意。

1962年，A.M.F.（机械与铸造）公司，研制出一台数控自动通用机，取名“Versatran”，即多用途搬运之意，并以“IndustrialRobot”为商品广告投入市场。计算机控制的机器人，19741978年，第一台PUMA机器人在Unimation公司诞生。

日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器人。60～70年代是机器技术获得巨大发展的阶段。1、机器人简介1.2机器人的发展历史《机器人技术》第十一页，共55页。《机器人技术》

1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN型”和“UNIMATION”公司推出的“UNIMATE”型机器人，这些工业机器人就是早期机器人的雏形。70年代后，焊接、喷漆机器人相继在工业中得到应用和推广。随着计算机技术、控制技术、人工智能的发展，机器人技术也得到了迅速发展，出现了更为先进的可配视觉、触觉的机器人。1、机器人简介1.2机器人的发展历史第十二页，共55页。申博申博官网申博sunbet官网第十三页，共55页。80年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，如焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、水下、排险、核工业等，机器人的感知技术得到相应的发展，产生第二代机器人。

示教再现式机器人，19821、机器人简介1.2机器人的发展历史《机器人技术》第十四页，共55页。90年代，机器人技术在发达国家应用更为广泛，如军用、医疗、服务、娱乐等领域，并开始向智能型（第三代）机器人发展。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1、机器人简介1.2机器人的发展历史《机器人技术》第十五页，共55页。《机器人技术》

二十世纪末期，世界各国的工业尤其是制造业为达到提高劳动生产率，增加生产产量，主要依靠机器人，而不是增加就业人数。据国际机器人联合会（IFR）1995年统计，机器人的销售增长较快，1995年比1994年增长了22%。1995年到1998年世界机器人销售的平均增长率为19%，到2000年，世界机器人的安装总数增加到了100万台。从应用领域来看，机器人主要集中在制造业的焊接、装配、机加工、电子、精密机械等领域。1、机器人简介1.2机器人的发展历史第十六页，共55页。《机器人技术》

随着机器人的普及应用，工业机器人技术也取得较快发展。21世纪的制造业已进入一个新的阶段，由面向市场多变生产转向面向顾客生产，敏捷制造企业（AGIENTENTERPRISE）将是未来企业的主导模式，以机器人为核心的可重组的加工和装配系统，已成为工业机器人和敏捷制造业的重要发展方向。1、机器人简介1.2机器人的发展历史第十七页，共55页。70年代后期开始研制“七五”“863”工业机器人（国产占1/4左右）特种机器人及智能机器人水下（1000米，6000米无缆）排险爬壁管道防核化侦查核工业用遥控移动自动导引小车（AGV）步行机（双足，四足，六足）地面军用智能车辆其它（灵巧手，智能手爪，七自由度机器人等）1999年“863”智能机器人主题产业化基地9个（哈工大、一汽、沈阳自动化所、北京自动化所、大连华录、南开大学、上海交大、上海大学、兵工58所）1、机器人简介1.3机器人在我国的发展及应用《机器人技术》第十八页，共55页。原中国科学院沈阳自动化研究所所长已故我国著名战略科学家蒋新松院士塑像1、机器人简介《机器人技术》第十九页，共55页。1.3机器人在我国的发展及应用1、机器人简介

我国机器人学研究虽然起步较晚，但进步较快，主要分为四个阶段：70年代为萌芽期，80年代为开发期，90年代为实用化期，二十一世纪将是我国机器人应用的普及期。

90年代后期我国机器人在电子、家电、汽车、轻工业等行业的安装数量逐年递增。特别是近几年随着我国加入WTO后国际竞争更加激烈，人民对商品高质量和多样化的要求普遍提高，生产过程的柔性自动化要求日益迫切，汽车行业的迅猛发展带动了机器人产业的空前繁荣，据不完全统计，2002年机器人安装量达400台，相当于日本80年代初期的发展势头，可以说2002年是中国机器人产业的元年。《机器人技术》《机器人技术》《机器人技术》《机器人技术》第二十页，共55页。智能机器人技术材料感知仿生网络微型智能交互前沿技术探索多机器人协调技术人－机器人和谐共存与交互网络化与移动感知新型机构与驱动仿生运动与智能控制微纳操作技术关键技术攻关仿生与生物机器人极地科考机器人助老助残家庭服务微制造机器人装备核工业机器人油气管道检测电力检测机器人系统集成应用示范我国智能机器人当前主要研究方向1、机器人简介《机器人技术》第二十一页，共55页。1.4机器人的构成1、机器人简介

工业机器人主要由机器人本体、机器人本体的伺服机构和机器人控制部分（控制器、示教盒、再现操作盒）等组成。《机器人技术》

日本OTC公司的AX-C型机器人第二十二页，共55页。变稳压器(周边设备)本体焊接机(周边设备)控制箱1、机器人简介

日本安川公司的NX-100型机器人《机器人技术》第二十三页，共55页。

机器人是一个机电一体化的设备。从控制观点来看，机器人系统可以分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。机器人执行机构驱动装置控制系统感知系统

基座（固定或移动）手部腕部臂部腰部电驱动装置液压驱动装置气压驱动装置处理器关节伺服控制器内部传感器外部传感器1、机器人简介1.4机器人的构成《机器人技术》第二十四页，共55页。一、执行机构包括：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。相当于人的肢体。二、驱动装置包括：驱动源、传动机构等。相当于人的肌肉、筋络。三、感知反馈系统包括：内部信息传感器，检测位置、速度等信息；外部信息传感器，检测机器人所处的环境信息。相当于人的感官和神经。四、控制系统包括：处理器及关节伺服控制器等，进行任务及信息处理，并给出控制信号。相当于人的大脑和小脑。1、机器人简介《机器人技术》第二十五页，共55页。内部传感器（位形检测）控制系统驱动装置执行机构工作对象外部传感器（环境检测）

1处理器关节控制器1、机器人简介1.4机器人的构成《机器人技术》第二十六页，共55页。1.5机器人的分类机器人的种类很多。可以按驱动形式、用途、结构和智能水平等观点划分

１、按驱动形式

气压驱动

液压驱动

电驱动

交流伺服驱动

直流伺服驱动

2、按用途划分（1）工业机器人弧焊机器人点焊机器人搬运机器人装配机器人喷涂机器人抛光机器人1、机器人简介《机器人技术》第二十七页，共55页。（2）特种机器人空间机器人

水下机器人军用机器人教学机器人

服务机器人

医用机器人

排险救灾机器人

固定式移动式轮式履带式足式蛇行1、机器人简介《机器人技术》第二十八页，共55页。3按几何结构分类：利用机构特性分类。串联机器人：各连杆为串联；并联机器人：各连杆为并联1、机器人简介《机器人技术》第二十九页，共55页。4、按智能水平划分分类名称简要解释人工操作装置有几个自由度，有操作员操纵，能实现若干预定的功能。固定顺序机器人按预定的不变顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。可变顺序机器人按预定的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。但顺序和条件可作适当改变。示教再现型机器人通过手动或其它方式，先引导机器人动作，记录下工作程序，机器人则自动重复进行作业。数控型机器人不必使机器人动作，通过数值、语言等为机器人提供运动程序，能进行可变程伺服控制。感知型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作。机器人对环境有一定的适应性。智能机器人机器人具有感知和理解外部环境的能力，即使环境发生变化，也能够成功的完成任务。第一代第二代第三代《机器人技术》1、机器人简介第三十页，共55页。5按照串联式机器人操作器的结构分类

1、机器人简介5.1直角坐标型机器人:具有三个互相垂直的移动轴线，通过手臂的上下左右移动和前后伸缩构成一个直角坐标系。

5.2圆柱坐标型机器人:机座上具有一个水平转台，在转台上装有立柱和水平臂，水平臂能上下移动和前后伸缩，并能绕立柱旋转，在空间构成部分圆柱面。《机器人技术》第三十一页，共55页。直角坐标型机器人

1、机器人简介《机器人技术》第三十二页，共55页。圆柱坐标型机器人

1、机器人简介《机器人技术》第三十三页，共55页。1、机器人简介5.3极坐标型机器人（球面坐标型）:手臂能上下俯仰、前后伸缩，并能绕立柱回转，在空间构成部分球面。5.4关节坐标型机器人:具有三个主要回转关节：腰回转（关节1）、肩回转（关节2）和肘回转（关节3），另外还有手腕的旋转（关节4、6）和弯曲（关节5）关节。《机器人技术》第三十四页，共55页。

球坐标型机器人1、机器人简介《机器人技术》第三十五页，共55页。关节型串联机器人

1、机器人简介《机器人技术》第三十六页，共55页。1、机器人简介5.5SCARA型水平关节机器人:这种机器人是日本日立公司生产的其臂部和肘部可绕垂直轴在水平面内旋转，末端工作部分可沿垂直轴上下移动。5.6点位控制（PTP）型机器人:按点位方式进行控制的机器人，在作业过程中只控制几个特定工作点的位置，不对点与点之间的运动过程进行控制。《机器人技术》第三十七页，共55页。1、机器人简介5.7连续轨迹控制（CP）型机器人:按连续轨迹方式控制的机器人，其运动轨迹可以是空间的任意连续曲线。机器人的各关节同时做受控运动。由于要求实现光滑轨迹运动，控制计算机必须实时插补运算，因此其速度受到一定的限制。5.8柔性控制（CC）型机器人:机器人各关节同时具有位置伺服、速度伺服和力矩伺服多种能力。《机器人技术》第三十八页，共55页。1.6机器人本体的选择方法1、机器人简介1.6.1机器人类型的选择:根据目标作业类型，选择2~7自由度机器人。1.6.2手腕的允许载荷:工作时应保证各腕部轴所承受力的扭距和惯量。例如:日本OTC的AX-CMV6机器人其最大承载能力为6公斤。日本YASKAWA的UP160机器人其最大承载能力为160公斤。1.6.3动作范围的确定:机器人的动作范围一般指腕部轴的回转中心（P点）的动作范围。《机器人技术》第三十九页，共55页。1.7机器人的主要性能参数1、机器人简介1．安装形式:包括落地式安装、墙壁式安装和倒挂式安装等几种；

2．控制轴数:2轴、3轴、4轴、5轴、6轴、7轴等多种；

3．最大有效载荷:根据手臂承载能力选择不同载荷能力的机器人；

4．重复定位精度:±0.01mm；

《机器人技术》第四十页，共55页。1.7机器人的主要性能参数1、机器人简介5．驱动系统:气动、液压、直流伺服系统、交流伺服系统等；

6．位置反馈类型:绝对编码器和增量式编码器；

7．手臂移动范围:决定机器人运动空间；

8．各轴移动速度:决定机器人工作效率。《机器人技术》第四十一页，共55页。1.8机器人安装环境的要求1、机器人简介1．环境温度要求:工作温度0~45℃，运输储存温度-10~60℃；2．相对湿度要求:20~80%RH；3．动力电源:3相AC200/220V（+10%~-15%）；4．接地电阻:小于100Ω；5．机器人工作区域需有防护措施（安