工業(yè)機(jī)器人 第一章

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1、課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人是一門高度交叉的前沿學(xué)科，機(jī)器人技術(shù)是集是一門高度交叉的前沿學(xué)科，機(jī)器人技術(shù)是集力學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、控制論力學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會(huì)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會(huì)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)之大成，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)。通過該課程的學(xué)習(xí)，使之大成，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)。通過該課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生基本熟悉這門技術(shù)以及其發(fā)展?fàn)顩r，為今后從事光機(jī)電得學(xué)生基本熟悉這門技術(shù)以及其發(fā)展?fàn)顩r，為今后從事光機(jī)電一體化與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造的研究工作打下基礎(chǔ)一體化與系

2、統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造的研究工作打下基礎(chǔ)。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 l 機(jī)器人的概念機(jī)器人的概念l 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史l 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類l 工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù)l 機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 重重點(diǎn)掌握：點(diǎn)掌握：1、工業(yè)機(jī)器人的定義（國(guó)標(biāo)）。、工業(yè)機(jī)器人的定義（國(guó)標(biāo)）。2、工業(yè)機(jī)器人的分類、工業(yè)機(jī)器人的分類。3、工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系、自由度和、工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系、自由度和工作空間。工作空間。大家對(duì)機(jī)器人是怎么理解的？大家對(duì)機(jī)器人是怎么理解的？ 1.1 機(jī)器人的概述機(jī)器人的概述 “機(jī)器人機(jī)器人”是存在于

3、多種語言和文字的新造詞，它體現(xiàn)了人類是存在于多種語言和文字的新造詞，它體現(xiàn)了人類長(zhǎng)期以來的一種愿望，即創(chuàng)造出一種像人一樣的機(jī)器或人造人，長(zhǎng)期以來的一種愿望，即創(chuàng)造出一種像人一樣的機(jī)器或人造人，以便能夠以便能夠代替人去進(jìn)行各種工作代替人去進(jìn)行各種工作。 在科技界，科學(xué)家會(huì)給每一個(gè)科技術(shù)語一個(gè)明確的定義，但在科技界，科學(xué)家會(huì)給每一個(gè)科技術(shù)語一個(gè)明確的定義，但機(jī)器人問世已有幾十年，機(jī)器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，機(jī)器人問世已有幾十年，機(jī)器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見。原因之一是機(jī)器人還在發(fā)展，新的機(jī)型，。原因之一是機(jī)器人還在發(fā)展，新的機(jī)型，新的功能不斷涌現(xiàn)

4、。新的功能不斷涌現(xiàn)。 1.1 機(jī)器人的概述機(jī)器人的概述 “機(jī)器人機(jī)器人”一詞最早誕生于科幻小說。一詞最早誕生于科幻小說。1886年法國(guó)作家利爾亞年法國(guó)作家利爾亞當(dāng)在他的小說當(dāng)在他的小說未來夏娃未來夏娃中將中將外表像人的機(jī)器外表像人的機(jī)器起名為起名為“安德羅安德羅丁丁”(android)，它由，它由4部分組成：部分組成：l 生命系統(tǒng)生命系統(tǒng)(平衡、步行、發(fā)聲、擺動(dòng)、感覺、表情、調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)等平衡、步行、發(fā)聲、擺動(dòng)、感覺、表情、調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)等)l 造型介質(zhì)造型介質(zhì)(關(guān)節(jié)能自由運(yùn)動(dòng)的金屬覆蓋體關(guān)節(jié)能自由運(yùn)動(dòng)的金屬覆蓋體)l 人造肌肉人造肌肉(在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態(tài)在上述盔甲上有肉體、

5、靜脈、性別等身體的各種形態(tài))l 人造皮膚人造皮膚(含有膚色、機(jī)理、輪廓、頭發(fā)、視覺、牙齒、手爪等含有膚色、機(jī)理、輪廓、頭發(fā)、視覺、牙齒、手爪等) 1.1 機(jī)器人的概述機(jī)器人的概述 1920年捷克作家卡雷爾年捷克作家卡雷爾卡佩克發(fā)卡佩克發(fā)表了科幻劇本表了科幻劇本羅薩姆的萬能機(jī)器羅薩姆的萬能機(jī)器人人。在劇本中，構(gòu)想了。在劇本中，構(gòu)想了RUR機(jī)器人機(jī)器人卡佩克把捷克語卡佩克把捷克語“Robota”寫成了寫成了“Robot”，“Robota”是是奴隸奴隸的意思。的意思。 1.1 機(jī)器人的概述機(jī)器人的概述 為了為了防止機(jī)器人傷害人類防止機(jī)器人傷害人類，科幻作家阿西莫夫于，科幻作家阿西莫夫于1940年提出

6、年提出了了“機(jī)器人三原則機(jī)器人三原則”： (1) 機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；機(jī)器人不應(yīng)傷害人類； (2) 機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外 ; (3) 機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。 這在一些以機(jī)器人為題材的科幻影視作品中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)，如這在一些以機(jī)器人為題材的科幻影視作品中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)，如:I，Robot，變?nèi)俗內(nèi)说?。等?.1.1機(jī)器人的機(jī)器人的定義定義 目前，對(duì)機(jī)器人的定義主要有以下幾種：目前，對(duì)機(jī)器人的定義主要有以下幾種： 日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)(JIRA)：一種帶有：

7、一種帶有存儲(chǔ)器件存儲(chǔ)器件和和末端操作器末端操作器的的通用機(jī)械通用機(jī)械，它能夠通過自動(dòng)化的動(dòng)作，它能夠通過自動(dòng)化的動(dòng)作代替人類勞動(dòng)代替人類勞動(dòng)。 日本著名學(xué)者加藤一郎：具有日本著名學(xué)者加藤一郎：具有腦、手、腳腦、手、腳等要素的個(gè)體；具有等要素的個(gè)體；具有非接觸傳感器非接觸傳感器和和接觸傳感器接觸傳感器；具有用于；具有用于平衡平衡和和定位定位的的傳感器傳感器。 美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)(RIA)：一種用于：一種用于移動(dòng)各種材料、零件、移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置，通過可編程序動(dòng)作來執(zhí)行各種任務(wù)并具有編程工具或?qū)Ｓ醚b置，通過可編程序動(dòng)作來執(zhí)行各種任務(wù)并具有編程能力的多功能機(jī)械手能力

8、的多功能機(jī)械手主要指主要指工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人。1.1.1機(jī)器人的定義機(jī)器人的定義 我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是： 一種一種自動(dòng)化的機(jī)器自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器人具備一些與，所不同的是這種機(jī)器人具備一些與人和生人和生物相似物相似的的智能能力智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有力，是一種具有高度靈活性高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。的自動(dòng)化機(jī)器。1.1.1機(jī)器人的定義機(jī)器人的定義 一般來說，機(jī)器人應(yīng)該具有以下三大特征：一般來說，機(jī)器人應(yīng)該具有以下三大特征：機(jī)器人機(jī)器人擬人功能擬人功能可編程可編程通用性通用

9、性模仿人或動(dòng)物肢體動(dòng)作模仿人或動(dòng)物肢體動(dòng)作可隨工作環(huán)境變化需要而再編程可隨工作環(huán)境變化需要而再編程可執(zhí)行不同作業(yè)任務(wù)可執(zhí)行不同作業(yè)任務(wù)1.1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史l 西周時(shí)期，我國(guó)的能工巧匠偃師就研制出了西周時(shí)期，我國(guó)的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人能歌善舞的伶人，這是我國(guó)最早記載的機(jī)器人。這是我國(guó)最早記載的機(jī)器人。古代機(jī)器人古代機(jī)器人l 春秋后期，我國(guó)著名的木匠魯班，在機(jī)械方面也是一位發(fā)明家，春秋后期，我國(guó)著名的木匠魯班，在機(jī)械方面也是一位發(fā)明家，據(jù)據(jù)墨經(jīng)墨經(jīng)記載，他曾制造過一只記載，他曾制造過一只木鳥木鳥，能在空中飛行，能在空中飛行“三日三日不下不下”，體現(xiàn)了我國(guó)勞動(dòng)

10、人民的聰明智慧。，體現(xiàn)了我國(guó)勞動(dòng)人民的聰明智慧。 1.1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史l 1800年前的漢代，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動(dòng)儀，而且發(fā)明年前的漢代，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動(dòng)儀，而且發(fā)明了了指南車指南車，計(jì)里鼓車計(jì)里鼓車。計(jì)里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，。計(jì)里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。每行十里擊鐘一下。古代機(jī)器人古代機(jī)器人l 后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬木牛流馬”。1.1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史古代機(jī)器人古代機(jī)器人木牛流馬木牛流馬/ /指南車指南車計(jì)里鼓車計(jì)里鼓車1.

11、1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史古代機(jī)器人古代機(jī)器人l 1 7 3 8 年 ， 法 國(guó) 天 才 技 師 杰年 ， 法 國(guó) 天 才 技 師 杰克克戴戴瓦克遜發(fā)明了一只瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨機(jī)器鴨，它會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還它會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄。會(huì)進(jìn)食和排泄。l 1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)器玩偶自動(dòng)機(jī)器玩偶。1.1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史古代機(jī)器人古代機(jī)器人l 在當(dāng)時(shí)的自動(dòng)玩偶中，最杰出的要數(shù)在當(dāng)時(shí)的自動(dòng)玩偶中，最杰出的要數(shù)瑞士的鐘表匠杰克瑞士的鐘表匠杰克道羅斯和他的兒子道羅斯和他的兒子利利路易

12、路易道羅斯。道羅斯。1773年，他們連續(xù)推年，他們連續(xù)推出了出了自動(dòng)書寫玩偶自動(dòng)書寫玩偶、自動(dòng)演奏玩偶自動(dòng)演奏玩偶等。等。自動(dòng)演奏玩偶自動(dòng)演奏玩偶1968年年第一臺(tái)智能機(jī)器人第一臺(tái)智能機(jī)器人(帶有視覺傳感器帶有視覺傳感器)1959年年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，第一家機(jī)器人制造工廠第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，第一家機(jī)器人制造工廠1954年年第一臺(tái)可編程機(jī)械手第一臺(tái)可編程機(jī)械手1.1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史現(xiàn)代機(jī)器人現(xiàn)代機(jī)器人1979年年通用工業(yè)機(jī)器人通用工業(yè)機(jī)器人PUMA工業(yè)機(jī)器人技術(shù)完全成熟工業(yè)機(jī)器人技術(shù)完全成熟1973年年第一臺(tái)由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人第一臺(tái)由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人196

13、9年年第一臺(tái)雙腳行走仿生機(jī)器人第一臺(tái)雙腳行走仿生機(jī)器人1.1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史現(xiàn)代機(jī)器人現(xiàn)代機(jī)器人1998年年機(jī)器人套件機(jī)器人套件Mind-stroms機(jī)器人模塊化機(jī)器人模塊化1984年年第一臺(tái)醫(yī)用第一臺(tái)醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人Helpmate1980年年日本日本“機(jī)器人元年機(jī)器人元年”，工業(yè)機(jī)器人在日本開始普及，工業(yè)機(jī)器人在日本開始普及1.1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史現(xiàn)代機(jī)器人現(xiàn)代機(jī)器人2006年年Microsoft Robotics Studio機(jī)器人機(jī)器人模塊化、平臺(tái)化模塊化、平臺(tái)化2002年年目前最成功的目前最成功的家用機(jī)器人家用機(jī)器人Roomba199

14、9年年索尼公司推出索尼公司推出寵物機(jī)器人寵物機(jī)器人AIBO1.1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史現(xiàn)代機(jī)器人現(xiàn)代機(jī)器人1.2.1 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(1) 按機(jī)器人的按機(jī)器人的發(fā)展程度發(fā)展程度分類分類第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代只能只能示教示教操作，操作，無感知能力無感知能力1.2.1 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(1) 按機(jī)器人的按機(jī)器人的發(fā)展程度發(fā)展程度分類分類第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代具有具有一定感知能力一定感知能力1.2.1 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(1) 按機(jī)器人的按機(jī)器人的發(fā)展程度發(fā)展程度分類分類第一代第一代第二代第二代第三代第三代第

15、四代第四代具有具有多種感知功能多種感知功能，并，并能實(shí)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)邏輯推理邏輯推理、判斷判斷和和決策決策等智能操作等智能操作1.2.1 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(1) 按機(jī)器人的按機(jī)器人的發(fā)展程度發(fā)展程度分類分類第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代具有具有人類式的情人類式的情感感，是機(jī)器人發(fā)，是機(jī)器人發(fā)展的展的最高層次最高層次1.2.1 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(2) 按機(jī)器人的按機(jī)器人的控制方式控制方式分類分類操作機(jī)器人：需要人在一定距離內(nèi)操作機(jī)器人：需要人在一定距離內(nèi)直接直接進(jìn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)操作操作程序機(jī)器人：依據(jù)程序機(jī)器人：依據(jù)預(yù)先給定的程序預(yù)先給定的程序進(jìn)行自動(dòng)作業(yè)進(jìn)行自動(dòng)作業(yè)

16、示教示教- -再現(xiàn)機(jī)器人：記錄人工操作動(dòng)作，并再現(xiàn)機(jī)器人：記錄人工操作動(dòng)作，并重復(fù)重復(fù)執(zhí)行執(zhí)行主流方法主流方法數(shù)控機(jī)器人：根據(jù)數(shù)控機(jī)器人：根據(jù)計(jì)算機(jī)程序計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行作業(yè)進(jìn)行作業(yè)智能機(jī)器人：能夠智能機(jī)器人：能夠感知外部環(huán)境變化感知外部環(huán)境變化，實(shí)時(shí)做出，實(shí)時(shí)做出判斷判斷、調(diào)整調(diào)整，完，完成作業(yè)成作業(yè)1.2.1 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(3) 按機(jī)器人的按機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域分類分類機(jī)器人機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)應(yīng)用領(lǐng)域域產(chǎn)業(yè)用產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人機(jī)器人極限作極限作業(yè)機(jī)器業(yè)機(jī)器人人服務(wù)型服務(wù)型機(jī)器人機(jī)器人1. 2.1 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(4) 按機(jī)器人的按機(jī)器人的關(guān)節(jié)連接布置形式關(guān)節(jié)連接布置形式分類分類串

17、聯(lián)機(jī)器人：桿件和關(guān)節(jié)是通過串聯(lián)機(jī)器人：桿件和關(guān)節(jié)是通過串聯(lián)串聯(lián)方式方式進(jìn)行連接的，是一種進(jìn)行連接的，是一種開鏈?zhǔn)介_鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)在于：其優(yōu)點(diǎn)在于：工作空間較大、工作空工作空間較大、工作空間內(nèi)精度一致性較高、對(duì)裝配精度要間內(nèi)精度一致性較高、對(duì)裝配精度要求較低求較低。串聯(lián)機(jī)器人串聯(lián)機(jī)器人1. 2.1 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(4) 按機(jī)器人的按機(jī)器人的關(guān)節(jié)連接布置形式關(guān)節(jié)連接布置形式分類分類并聯(lián)機(jī)器人：桿件和關(guān)節(jié)是通過并聯(lián)機(jī)器人：桿件和關(guān)節(jié)是通過并聯(lián)并聯(lián)方式方式進(jìn)行連接的，是一種進(jìn)行連接的，是一種閉鏈?zhǔn)介]鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)在于：其優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)剛度較高、運(yùn)動(dòng)精結(jié)構(gòu)剛度較高、運(yùn)動(dòng)精度較高

18、、響應(yīng)速度快度較高、響應(yīng)速度快。并聯(lián)機(jī)器人并聯(lián)機(jī)器人1.2.2 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的分類的分類 本課程中涉及的工業(yè)機(jī)器人主要指本課程中涉及的工業(yè)機(jī)器人主要指串聯(lián)結(jié)構(gòu)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，其機(jī)的機(jī)器人，其機(jī)身、臂部、手腕和末端操作器通常通過關(guān)節(jié)身、臂部、手腕和末端操作器通常通過關(guān)節(jié)順序串聯(lián)順序串聯(lián)而成。最常而成。最常用的兩種關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副為用的兩種關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副為移動(dòng)關(guān)節(jié)移動(dòng)關(guān)節(jié)(用用P表示表示)和和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(用用R表示表示)，每一個(gè)關(guān)節(jié)均為每一個(gè)關(guān)節(jié)均為單自由度單自由度主動(dòng)運(yùn)動(dòng)副，由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。主動(dòng)運(yùn)動(dòng)副，由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。 剛體在三維空間中存在剛體在三維空間中存在6個(gè)自由度，若機(jī)器人需要完

19、成個(gè)自由度，若機(jī)器人需要完成任一任一空間作業(yè)，就需要空間作業(yè)，就需要至少至少6個(gè)自由度個(gè)自由度。其中臂部。其中臂部3個(gè)關(guān)節(jié)用于改變手個(gè)關(guān)節(jié)用于改變手腕參考點(diǎn)腕參考點(diǎn)位置位置，稱為，稱為定位機(jī)構(gòu)定位機(jī)構(gòu)；手腕；手腕3個(gè)關(guān)節(jié)用于改變末端操作個(gè)關(guān)節(jié)用于改變末端操作器器姿態(tài)姿態(tài)，稱稱為為定向機(jī)構(gòu)定向機(jī)構(gòu)。1.2.2 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類 P副和副和R副的平面圖形符號(hào)可表征為：副的平面圖形符號(hào)可表征為：P副副R副副繞繞x軸軸繞繞y軸軸繞繞z軸軸1.2.2 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類 工業(yè)機(jī)器人臂部工業(yè)機(jī)器人臂部3個(gè)關(guān)節(jié)的類型決定了操作臂個(gè)關(guān)節(jié)的類型決定了操作臂工作空間的形工作空間的形式式，根據(jù)，根據(jù)P

20、副和副和R副的不同組合，可以將工業(yè)機(jī)器人按副的不同組合，可以將工業(yè)機(jī)器人按工作空間坐工作空間坐標(biāo)形式標(biāo)形式的不同分為以下五種情況：的不同分為以下五種情況： (1) 直角坐標(biāo)型機(jī)器人直角坐標(biāo)型機(jī)器人 (2) 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 (3) 球坐標(biāo)型機(jī)器人球坐標(biāo)型機(jī)器人 (4) 關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人 (5) SCARA型機(jī)器人型機(jī)器人1.2.2 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(1) 直角坐標(biāo)型機(jī)器人直角坐標(biāo)型機(jī)器人l關(guān)節(jié)形式：關(guān)節(jié)形式：三個(gè)關(guān)節(jié)均為三個(gè)關(guān)節(jié)均為P副副。l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：剛度好、位置精度高、運(yùn)動(dòng)學(xué)求解簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)龐大等。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：剛度好、位置精度高、運(yùn)動(dòng)學(xué)求解簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)龐大等

21、。工作空間工作空間1.2.2 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(2) 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人l關(guān)節(jié)形式：關(guān)節(jié)形式：兩個(gè)兩個(gè)P副和一個(gè)副和一個(gè)R副副。l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：位置精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：位置精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小。工作空間工作空間1.2.2 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(3) 球坐標(biāo)型機(jī)器人球坐標(biāo)型機(jī)器人l關(guān)節(jié)形式：關(guān)節(jié)形式：一個(gè)一個(gè)P副和兩個(gè)副和兩個(gè)R副副。l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈活、占地面積??；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈活、占地面積?。唤Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低工作空間工作空間1.2.2 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(4) 關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人l關(guān)節(jié)

22、形式：關(guān)節(jié)形式：三個(gè)關(guān)節(jié)均為三個(gè)關(guān)節(jié)均為R副副。l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：工作范圍大、動(dòng)作靈活；獲取高定位精度較難。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：工作范圍大、動(dòng)作靈活；獲取高定位精度較難。工作空間工作空間1.2.2 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類(5) SCARA型機(jī)器人型機(jī)器人l關(guān)節(jié)形式：關(guān)節(jié)形式：三個(gè)軸線相互平行的三個(gè)軸線相互平行的R副和一個(gè)副和一個(gè)P副副l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：垂直平面內(nèi)剛度高、水平面內(nèi)動(dòng)作靈活、速度和精度高結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：垂直平面內(nèi)剛度高、水平面內(nèi)動(dòng)作靈活、速度和精度高1.3 工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù) 工業(yè)機(jī)器人主要包括：機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人主要包括：機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系

23、控制系統(tǒng)統(tǒng)和和感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)。1.3 工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù)機(jī)械系統(tǒng)：包括機(jī)身、臂部、手腕、末端操作器、行走機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)：包括機(jī)身、臂部、手腕、末端操作器、行走機(jī)構(gòu)等等機(jī)器人的身體機(jī)器人的身體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：主要有電氣驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)三種類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：主要有電氣驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)三種類型型機(jī)器人的肌肉機(jī)器人的肌肉控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)控制軟件和硬件組成控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)控制軟件和硬件組成機(jī)器人的大腦機(jī)器人的大腦感知系統(tǒng)：內(nèi)部傳感器和外部傳感器感知系統(tǒng)：內(nèi)部傳感器和外部傳感器機(jī)器人的五官機(jī)器人的五官什么是自由度？平面運(yùn)動(dòng)和空間運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件個(gè)具有幾個(gè)自什么是自由度？

24、平面運(yùn)動(dòng)和空間運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件個(gè)具有幾個(gè)自由度？由度？ 我們把機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目我們把機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目( (或確定構(gòu)件位置的或確定構(gòu)件位置的獨(dú)立參變量的數(shù)目獨(dú)立參變量的數(shù)目) )稱為機(jī)構(gòu)的稱為機(jī)構(gòu)的自由度自由度。平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有。平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有3 3個(gè)個(gè)自由度自由度；空間運(yùn)動(dòng)；空間運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件的自由構(gòu)件具有具有6 6個(gè)自由度。個(gè)自由度。1.3 工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù) 衡量工業(yè)機(jī)器人工作性能的技術(shù)參數(shù)主要包括：衡量工業(yè)機(jī)器人工作性能的技術(shù)參數(shù)主要包括：自由度、定自由度、定位精度及重復(fù)定位精度、工作空間、最大工作速度、承

25、載能力位精度及重復(fù)定位精度、工作空間、最大工作速度、承載能力等。等。自由度自由度 指機(jī)器人所具有的指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目(不包括末端操作器不包括末端操作器的開合自由度的開合自由度)，是衡量機(jī)器人，是衡量機(jī)器人動(dòng)作靈活程度動(dòng)作靈活程度的參數(shù)，自由度越多的參數(shù)，自由度越多越靈活，但結(jié)構(gòu)和控制難度增大。越靈活，但結(jié)構(gòu)和控制難度增大。 大于大于6個(gè)自由度的成為個(gè)自由度的成為冗余自由度冗余自由度，可改善機(jī)器人避讓障礙，可改善機(jī)器人避讓障礙物的能力；少于物的能力；少于6個(gè)自由度的成為個(gè)自由度的成為欠自由度欠自由度。一般工業(yè)機(jī)器人的。一般工業(yè)機(jī)器人的自由度為自由度為36。1

26、.3 工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù) 衡量工業(yè)機(jī)器人工作性能的技術(shù)參數(shù)主要包括：衡量工業(yè)機(jī)器人工作性能的技術(shù)參數(shù)主要包括：自由度、定自由度、定位精度及重復(fù)定位精度、工作空間、最大工作速度、承載能力位精度及重復(fù)定位精度、工作空間、最大工作速度、承載能力等。等。 定位精度指定位精度指末端操作器末端操作器的的實(shí)際位置實(shí)際位置和和理想的目標(biāo)位置理想的目標(biāo)位置之間存之間存在的偏差。在的偏差。 重復(fù)定位精度指在重復(fù)定位精度指在同一環(huán)境、條件、目標(biāo)動(dòng)作和指令同一環(huán)境、條件、目標(biāo)動(dòng)作和指令下機(jī)器下機(jī)器人重復(fù)人重復(fù)若干次運(yùn)動(dòng)若干次運(yùn)動(dòng)，其位置的，其位置的分散情況分散情況。是衡量示教。是衡量

27、示教-再現(xiàn)工作方再現(xiàn)工作方式工業(yè)機(jī)器人水平的重要指標(biāo)。式工業(yè)機(jī)器人水平的重要指標(biāo)。定位精度及重復(fù)定位精度定位精度及重復(fù)定位精度1.3 工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù) 衡量工業(yè)機(jī)器人工作性能的技術(shù)參數(shù)主要包括：衡量工業(yè)機(jī)器人工作性能的技術(shù)參數(shù)主要包括：自由度、定自由度、定位精度及重復(fù)定位精度、工作空間、最大工作速度、承載能力位精度及重復(fù)定位精度、工作空間、最大工作速度、承載能力等。等。 即機(jī)器人的工作范圍，是機(jī)器人末端操作器或手腕中心所能即機(jī)器人的工作范圍，是機(jī)器人末端操作器或手腕中心所能達(dá)到的所有點(diǎn)的集合。與機(jī)器人的尺寸和總體結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。達(dá)到的所有點(diǎn)的集合。與機(jī)器人的尺

28、寸和總體結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。工作空間工作空間 指指主自由度主自由度上的上的最大穩(wěn)定速度最大穩(wěn)定速度或或末端操作器的最大合成速度末端操作器的最大合成速度。最大工作速度越高，工作效率越高。最大工作速度越高，工作效率越高。最大工作速度最大工作速度1.3 工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù) 衡量工業(yè)機(jī)器人工作性能的技術(shù)參數(shù)主要包括：衡量工業(yè)機(jī)器人工作性能的技術(shù)參數(shù)主要包括：自由度、定自由度、定位精度及重復(fù)定位精度、工作空間、最大工作速度、承載能力位精度及重復(fù)定位精度、工作空間、最大工作速度、承載能力等。等。 指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)任何位姿任何位姿上所能承受的上所能承受的最

29、大質(zhì)量最大質(zhì)量，取，取決于決于負(fù)載的質(zhì)量負(fù)載的質(zhì)量、運(yùn)行速度和加速度的大小和方向運(yùn)行速度和加速度的大小和方向。承載能力承載能力1.4 機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。領(lǐng)域中。 工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用1.4 機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人裝配機(jī)器人裝配機(jī)器人1

30、.4 機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)水下機(jī)器人水下機(jī)器人美國(guó)美國(guó)“阿爾文號(hào)阿爾文號(hào)”載人潛水載人潛水器器:最大潛水深度最大潛水深度4511米，下米，下潛速度潛速度1830米分米分中國(guó)研制的中國(guó)研制的7000米載人潛水米載人潛水器，將成為世界下潛最深的器，將成為世界下潛最深的載人潛水器，可到達(dá)世界載人潛水器，可到達(dá)世界99.8%的洋底的洋底1.4 機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)空間機(jī)器人空間機(jī)器人日本火星探測(cè)機(jī)器人日本火星探測(cè)機(jī)器人 美國(guó)美國(guó)“索杰納索杰納”火星探測(cè)機(jī)器人火星探測(cè)機(jī)器人1.4 機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)軍用機(jī)器

31、人軍用機(jī)器人美國(guó)特種武美國(guó)特種武器偵查系統(tǒng)器偵查系統(tǒng)中國(guó)反恐防爆機(jī)器人中國(guó)反恐防爆機(jī)器人1.4 機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)運(yùn)輸機(jī)器人運(yùn)輸機(jī)器人美國(guó)美國(guó)“大狗大狗”運(yùn)輸機(jī)器人運(yùn)輸機(jī)器人1.4 機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)行走機(jī)器人行走機(jī)器人會(huì)騎車的機(jī)器人會(huì)騎車的機(jī)器人(日本日本)雙雙足足行行走走機(jī)機(jī)器器人人1.4 機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究，并朝著的研究，并朝著智能化智能化和和多樣化多樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容

32、集中在方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下以下10個(gè)方面：個(gè)方面： 1工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù) 2機(jī)器人控制技術(shù)機(jī)器人控制技術(shù) 3多傳感系統(tǒng)多傳感系統(tǒng) 4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小5機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)1.4 機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究，并朝著的研究，并朝著智能化智能化和和多樣化多樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下以下10個(gè)方面：個(gè)方面： 6虛擬機(jī)器人技術(shù)虛擬機(jī)器人技術(shù) 7多智能體多智能體(multi-agent)協(xié)調(diào)控制技術(shù)協(xié)調(diào)控制技術(shù) 8微型和微小機(jī)器人技術(shù)微型和微小機(jī)器人技術(shù)(micro/miniature robotics) 9軟機(jī)器人技術(shù)軟機(jī)器人技術(shù)(soft robotics) 10仿人和仿生技術(shù)仿人和仿生技術(shù) 日本科技日本科技 能能“捕捉捕捉”獵物的蜘蛛機(jī)器人獵物的蜘蛛機(jī)器人