《移動機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第一章機(jī)器人概述

1、移動機(jī)饕人原理及設(shè)計(jì)多媒體課件第一章概述-機(jī)器人的定義機(jī)器人的分類、結(jié)構(gòu)-機(jī)器人競賽-移動機(jī)器人有關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨勢1.1引言卜的智軌器的力聶與軽1.2機(jī)器人的定義、分類及組成1. 2. 1機(jī)器人的定義美國機(jī)器人協(xié)會（RIA）的機(jī)器人定義：“機(jī)器人是用以搬運(yùn)材料、零件、工 具的可編程序的多功能操作器或是通過川改變程序動作來完成檸種作業(yè)的特殊機(jī) 械裝進(jìn)。”II木 匚業(yè)機(jī)器人協(xié)會（JIRA）的淀義：“ I】業(yè)機(jī)器人是 種裝備有記憶裝'譽(yù)和末 端執(zhí)行器（end effector）的,能夠轉(zhuǎn)動并通過I'l動完成各種移動來代替人類勞 動的通用機(jī)器?！币訌N國家標(biāo)準(zhǔn)心（NBS）的定義:“機(jī)器人

2、是-種 能夠進(jìn)行編程并在門動控制 下執(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝豐” o國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的疋義：“機(jī)器人足-種門動的、位胃對控的、具仃編程 能力的多功能機(jī)械F,這種機(jī)械F-具冇幾個(gè)軸，能夠借助丁-町編程序操作來處理 各種材料、零件、工具和號用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)?！睓C(jī)器人應(yīng)具有的基本特點(diǎn):1 ）機(jī)器人的動作機(jī)構(gòu)具有類似與人或其它生物的某些器官的功能。-2）是一種自動機(jī)械裝置，可以在無人參與下（獨(dú) 立性），自動完成多種操作或動作功能，即具有通 用性?？梢栽倬幊蹋绦蛄鞒炭勺?，即具有柔性（適 應(yīng)性）。 3）具有不同程度的能性,如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)。1.2.2機(jī)器人的發(fā)展歷史

3、1920年，捷克劇作家卡雷爾卡佩克在羅薩姆的萬能機(jī) 器人中把捷克語“Robot尹寫成了 “Robot”，引起了大家 的廣泛關(guān)注，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。1950年，美國作家、化學(xué)家埃薩克阿西莫夫在他的科幻 小說I, Robot中首次使用了 “Robotics”，即“機(jī)器人 學(xué)”。阿西莫夫提出了 “機(jī)器人三原則”:1機(jī)器人不應(yīng)傷害人,也不得見人受到傷害而袖手旁觀；2機(jī)器人應(yīng)服從人的一切命令，除非違反第一定律；3機(jī)器人應(yīng)保護(hù)自身安全，除非違反第一及第二定律。機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則，阿 西莫夫因此被稱為“機(jī)器人學(xué)之父” O1954年，羌國人George C. Devol提出

4、了第一個(gè)I：業(yè)機(jī) 器人方案并在1956年獲得美國專利。1961年,Uni mat ion公司（通用機(jī)械公司）成立，生產(chǎn)和銷 售了第一臺工業(yè)機(jī)器"Unimate”。1962年，A.M.F.（機(jī)械與鑄造）公司，研制出一臺數(shù)控自 動通用機(jī)，取名“VersatraiT,即多用途搬運(yùn)Z意，并以“ Industrial Robot”為商品廣告投入市場。1974年出現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人，口本、西歐各國、前一蘇聯(lián)也相斷引進(jìn)或自行研制工業(yè)機(jī) 器人。6070年代是機(jī)器技術(shù)獲得巨大發(fā)展的階段。80年代，機(jī)器人在發(fā)達(dá)國家的工業(yè)牛產(chǎn)中大量普及應(yīng)用， 如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配。并向各個(gè)領(lǐng)域拓展，如航天、 水

5、下、排險(xiǎn)、核工業(yè)等，機(jī)器人的感知技術(shù)得到相應(yīng)的發(fā)展, 產(chǎn)生第二代機(jī)器人。90年代，機(jī)器人技術(shù)在軍用、醫(yī)療、服務(wù)、娛樂等領(lǐng)域延 伸，并開始向智能型（第三代）機(jī)器人發(fā)展。第二代：有感覺的機(jī)器人第三代：有智能的機(jī)器人（2）特種機(jī)器人空間機(jī)器人 水下機(jī)器人 軍用機(jī)器人 教學(xué)機(jī)器人 服務(wù)機(jī)器人醫(yī)用機(jī)器人排險(xiǎn)救災(zāi)機(jī)器人丿3、按智能水平劃分第一代V第二代第三代分類名稱簡要解釋人I操作裝觀仃兒個(gè)口由度,仃探作員抹縱，能實(shí)現(xiàn)若干預(yù)定的功能。固定順序機(jī)器人按預(yù)定的不變順燼及條件.依次控制機(jī)器人的機(jī)械動作町變順序機(jī)器人按預(yù)定的順序及條件，依次控制機(jī)器入的機(jī)械動作。但順 序和條件可作適當(dāng)改變。示教再現(xiàn)型機(jī)湍人通過于動

6、或梵它方式.先引導(dǎo)機(jī)湍人動作.記錄下工作陽 序，機(jī)器人則自動重戻進(jìn)行作業(yè)。數(shù)控型機(jī)器人不必便機(jī)器人動作.通過數(shù)值.i吾汀筈為機(jī)器人捉供迖動 程序，能進(jìn)行可變程伺Si控制。感知型機(jī)髀人利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動作機(jī)器人對壞境 有淀的適應(yīng)性。聖能機(jī)器人機(jī)器人貝有感知和理解外部環(huán)境的能力 U卩使環(huán)境發(fā)生變 化，也能夠成功的完成任務(wù)。仿生機(jī)器人模仿自然界中生物的外'部形狀或某種機(jī)自呂的機(jī)器人系統(tǒng)可重構(gòu)機(jī)器人機(jī)器人的組成機(jī)器人是一個(gè)機(jī)電一體化的設(shè)備。從控制觀點(diǎn)來看，機(jī)器 人系統(tǒng)可以分成四大部分：機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、 控制系統(tǒng)、感知反饋系統(tǒng)。機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)電液驅(qū)壓驅(qū)裝置裝驅(qū)動裝置氣壓

7、驅(qū)礬置基座(固定或移動)感知系統(tǒng)內(nèi)部傳感器外部傳感器17一. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：手部.腕部.臂部.腰部和基座等。相當(dāng)于人的肢體。二. 驅(qū)動裝置包括：驅(qū)動源、傳動機(jī)構(gòu)等。相當(dāng)于人的肌肉.筋絡(luò)。三、感知反饋系統(tǒng)包括：內(nèi)部信息傳感器，檢測位置、速度等信息；外部信息傳 感器，檢測機(jī)器人所處的環(huán)境信息。相當(dāng)于人的感官和神經(jīng)。四、控制系統(tǒng)包括：處理器及關(guān)節(jié)伺服控制器等，進(jìn)行任務(wù)及信息處理，并 給出控制信號。相當(dāng)于人的大腦和小腦?？刂葡到y(tǒng)處理器關(guān)節(jié)控制器驅(qū)動執(zhí)行裝置機(jī)構(gòu)工作對彖1.3機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)1分層式體系結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)的典型模型-» tfcrXfJ$y.a-H歇1定“豪08r薩人2包容式結(jié)構(gòu)基F感知與行為Z間映射 關(guān)系的并行結(jié)構(gòu)1 -4移動式機(jī)器人1.5機(jī)器人競賽我國智能機(jī)器人當(dāng)前主要研究方向關(guān)鍵技術(shù) 攻關(guān)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)化與 移動感知仿生運(yùn)動 與智能控 制