机器人技术(1).ppt
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1、机器人机器人 技术技术机器人的性能特征机器人的性能特征2 2 1 1 3 34 4机器人的应用、发展及未来展望机器人的应用、发展及未来展望机器人的组成机器人的组成机器人是机器人是人类的梦想和追求人类的梦想和追求5 5机器人的定义及分类机器人的定义及分类1、机器人是人类的梦想和追求机器人是人类的梦想和追求1.1“机器人机器人”术语的产生术语的产生 1 1)古代的幻想和追求)古代的幻想和追求n人类希望制造一种像人一样的机器,人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作以便代替人类完成各种工作 n古代的追求古代的追求 (表(表1 1-1)-1)年代年代发明发明发明人发明人西周时期西周时期
2、 中国就研制出了能歌善舞的伶人中国就研制出了能歌善舞的伶人 春秋后期春秋后期墨经记载,制造木鸟,能在空中飞行墨经记载,制造木鸟,能在空中飞行三日三日鲁班鲁班公元前公元前2 2世纪世纪 自动机,它是会动和唱歌的雕像,气压驱自动机,它是会动和唱歌的雕像,气压驱动动 希腊人希腊人 18001800年前的汉年前的汉代代 计里鼓车。车行计里鼓车。车行1 1里里/车上木人击鼓一下,车上木人击鼓一下,车行车行1010里里/击钟一下击钟一下 张衡张衡 后汉三国时期后汉三国时期 发明发明“木牛流马木牛流马”,运送军粮,运送军粮 诸葛亮诸葛亮 16621662年年 日本用钟表技术发明了自动机器玩偶,在日本用钟表技
3、术发明了自动机器玩偶,在大皈演出大皈演出 竹田近江竹田近江 1818世纪末世纪末 端茶玩偶,它可为客人端送茶水端茶玩偶,它可为客人端送茶水 若井源大卫若井源大卫门门 17381738年年 法国发明会嘎嘎叫,会游泳和喝水,还会法国发明会嘎嘎叫,会游泳和喝水,还会排泄的机器鸭排泄的机器鸭 杰克杰克戴戴瓦克逊瓦克逊 17731773年年 瑞士利用齿轮和发条原理驱动的高级玩偶瑞士利用齿轮和发条原理驱动的高级玩偶玩具,具有绘画和演奏动作玩具,具有绘画和演奏动作 努萨蒂尔努萨蒂尔 表表1-11、机器人是人类的梦想和追求机器人是人类的梦想和追求1.1“机器人机器人”术语的产生术语的产生 2 2)“机器人机器
4、人”一词的发明一词的发明 机器人一词最早来源于机器人一词最早来源于18861886年法国作家利尔亚当年法国作家利尔亚当的小说未来夏娃,书中将外表像人的机器取名为的小说未来夏娃,书中将外表像人的机器取名为“安德罗丁安德罗丁”,它由生命系统、造型解质、人造肌肉、,它由生命系统、造型解质、人造肌肉、人造皮肤四部分组成。人造皮肤四部分组成。1920 1920年捷克作家卡雷尔年捷克作家卡雷尔卡佩克的科幻剧本罗卡佩克的科幻剧本罗萨萨姆的万能机人姆的万能机人中的主人公中的主人公RobotaRobota,是一个具有人的是一个具有人的外表、特征和功能,并为人服务,没有感情和感觉的外表、特征和功能,并为人服务,没
5、有感情和感觉的机器人。机器人。1、机器人是人类的梦想和追求机器人是人类的梦想和追求 小说在小说在19241924年和年和19271927年的时候被纷纷传到了日本、年的时候被纷纷传到了日本、法国和欧洲国家,法国和欧洲国家,机器人这个名词机器人这个名词就向全世界铺展就向全世界铺展开来。开来。罗萨姆公司把机器人作为工业产品推向市场,从罗萨姆公司把机器人作为工业产品推向市场,从事繁重的劳动。后来,公司使机器人具有了感情,事繁重的劳动。后来,公司使机器人具有了感情,机器人成了人类生活中必不可少的成员。剧中把捷机器人成了人类生活中必不可少的成员。剧中把捷克克“RobotaRobota”(”(农奴农奴)写成
6、写成“Robot”(Robot”(机器人机器人)。于是,英语于是,英语“Robot”Robot”一词由此演化而来。一词由此演化而来。1、机器人是人类的梦想和追求机器人是人类的梦想和追求1.1“机器人机器人”术语的产生术语的产生 3 3)工业机器人的诞生)工业机器人的诞生 l上世纪上世纪6060年代,可实用机械的机器人被称为工年代,可实用机械的机器人被称为工业机器人。业机器人。l上世纪上世纪8080年代到现在,正越来越向智能化方向年代到现在,正越来越向智能化方向发展。发展。l进人进人2020世纪后,实用化的工业机器人相继问世。世纪后,实用化的工业机器人相继问世。l各种用途的机器人相继问世,许多各
7、种用途的机器人相继问世,许多梦想成为了梦想成为了现实。现实。1、机器人是人类的梦想和追求机器人是人类的梦想和追求1.2“机器人机器人”的发展史的发展史19541954年,乔治年,乔治 丹佛尔研制了一台丹佛尔研制了一台“编程关节传送装置编程关节传送装置”,这被人们普遍认为是首次在工业上使用机器人。这被人们普遍认为是首次在工业上使用机器人。19581958年,美国推出了世界上第一台工业机器人实验样机。年,美国推出了世界上第一台工业机器人实验样机。19671967年,日本引进了美国的工业机器人技术,经过消化、仿年,日本引进了美国的工业机器人技术,经过消化、仿制、改进、创新,到制、改进、创新,到198
8、01980年,机器人技术在日本取得了极大年,机器人技术在日本取得了极大的成功与普及。的成功与普及。8080年代以来,国际机器人的发展速度平均保持在年代以来,国际机器人的发展速度平均保持在2525-30-30年增长率,所生产的机器人主要用于改善恶劣的工作条件。年增长率,所生产的机器人主要用于改善恶劣的工作条件。我国机器人技术起步较晚,我国机器人技术起步较晚,19871987年,北京首届国际机器人展年,北京首届国际机器人展览会上,我国展出了览会上,我国展出了1010余台自行研制或仿制的工业机器人。余台自行研制或仿制的工业机器人。经过经过“七五七五”、“八五八五”攻关,我国研制和生产的工业机器攻关,
9、我国研制和生产的工业机器人已达到了工业应用水平。人已达到了工业应用水平。1、机器人是人类的梦想和追求机器人是人类的梦想和追求1.3“机器人机器人”是人类的伟大发明是人类的伟大发明 1 1)人类的伟大发明)人类的伟大发明 u机器人技术是机器人技术是2020世纪人类的一项伟大发明,机世纪人类的一项伟大发明,机器人学的进步和应用是本世纪科学上最有说服器人学的进步和应用是本世纪科学上最有说服力的成就之一,是当代最高意义上的自动化。力的成就之一,是当代最高意义上的自动化。2 2)广阔的研究和应用前景)广阔的研究和应用前景 u科学的进步与技术的创新科学的进步与技术的创新,为机器人的研究与应为机器人的研究与
10、应用开辟了广阔的思路与空间。用开辟了广阔的思路与空间。1、机器人是人类的梦想和追求机器人是人类的梦想和追求1.4 人类的更高追求人类的更高追求 1 1)社会进步的需求)社会进步的需求 u社会的现代发展不再满足于仅要求机器人适应社会的现代发展不再满足于仅要求机器人适应自动化的工业生产场所和无人的环境,而是需自动化的工业生产场所和无人的环境,而是需要要“她她”具有人的运动方式和更强大的能力,具有人的运动方式和更强大的能力,能更好的融入到人类的生活,在与一般人(不能更好的融入到人类的生活,在与一般人(不仅是专家)的交互和合作的各种活动中,替代仅是专家)的交互和合作的各种活动中,替代人完成一些需要人来
11、完成的工作,而不会给人人完成一些需要人来完成的工作,而不会给人的生活带来突兀的感觉。的生活带来突兀的感觉。1、机器人是人类的梦想和追求机器人是人类的梦想和追求1.4 人类的更高追求人类的更高追求 2 2)发展中的不足)发展中的不足 u目前的机器人,特别是已实用化的工业机器人,目前的机器人,特别是已实用化的工业机器人,完全不具有人的形状和结构,其智能水平与人完全不具有人的形状和结构,其智能水平与人类相比仅在婴幼儿阶段,还没有摆脱类相比仅在婴幼儿阶段,还没有摆脱“机器机器”的的“阴影阴影”,走近,走近“人人”的世界,它们与人之的世界,它们与人之间的相似性太小。因而,机器人伤人事件时有间的相似性太小
12、。因而,机器人伤人事件时有发生。发生。1、机器人是人类的梦想和追求机器人是人类的梦想和追求1.4 人类的更高追求人类的更高追求 3 3)更高的追求)更高的追求 u机器人的智能化、机动性、高度的可靠和安全机器人的智能化、机动性、高度的可靠和安全性、以及与人类环境的完美的融入性和协调性性、以及与人类环境的完美的融入性和协调性是人类的更高追求。因此,无论在科幻小说还是人类的更高追求。因此,无论在科幻小说还是人们对机器人的第一意识中,都把像人一样是人们对机器人的第一意识中,都把像人一样的机器人作为机器人研究的最高境界,机器人的机器人作为机器人研究的最高境界,机器人研究者也一直把实现类人的行为作为梦寐以
13、求研究者也一直把实现类人的行为作为梦寐以求的目标。的目标。2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类2.1 定义定义 1 1)工业机器人的定义和特点)工业机器人的定义和特点u定义定义美国机器协会美国机器协会(RIA)机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的,通过程序动作来执行各种任务,并具有编程能力的置的,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。多功能操作机。日本工业机器人协会日本工业机器人协会 工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行装置的、工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行装置的、能够完成各种移动来代替人类劳
14、动的通用机器。能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类2.1 定义定义 1 1)工业机器人的定义和特点)工业机器人的定义和特点u定义定义国际标准化组织国际标准化组织(ISO)机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多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,以执行各种作来处理各种材料、零件、工具和专用装置,以执行各种任务。任务。中国中国机器人是一种拟人功能的机械电子装置。机器人是一种拟人功能的机械电子装
15、置。2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类2.1 定义定义 1 1)工业机器人的定义和特点)工业机器人的定义和特点权威定义:权威定义:工业机器人是一种在工业机器人是一种在自动控制自动控制下,下,能够能够重复编程重复编程完成某些操作或移动作业的多功完成某些操作或移动作业的多功能、多自由度的机械装置,可以在能、多自由度的机械装置,可以在无人参与下无人参与下自动的自动的执行搬运执行搬运 、装配、焊接和喷涂等多种操、装配、焊接和喷涂等多种操作和移动功能的自动化装置。作和移动功能的自动化装置。2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类2.1 定义定义 1 1)工业机器人的定义和特点)工业机器人的定义和特
16、点u特点:特点:工业机器人是机电一体化的工业生产用自动化装置。工工业机器人是机电一体化的工业生产用自动化装置。工业机器人是为工业大生产而设计的业机器人是为工业大生产而设计的,为了适应各种不同的为了适应各种不同的生产应用生产应用,其形状多种多样其形状多种多样,但根本没有一点人模样但根本没有一点人模样,它具它具有如下特点:有如下特点:n(1)(1)能高强度地、持久地在各种生产和工作环境中从事单能高强度地、持久地在各种生产和工作环境中从事单调重复的劳动,使人类从繁重体力劳动中解放出来。调重复的劳动,使人类从繁重体力劳动中解放出来。n(2)(2)对工作环境有很强适应能力,能代替人在有害场所从对工作环境
17、有很强适应能力,能代替人在有害场所从事危险工作。事危险工作。2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类2.1 定义定义 1 1)工业机器人的定义和特点)工业机器人的定义和特点n(3)(3)具有很广泛的通用性,比一般自动化设备有更具有很广泛的通用性,比一般自动化设备有更广的使用,既能满足大批量生产的需要,又能满广的使用,既能满足大批量生产的需要,又能满足产品灵活多变的中、小批量的生产作业。足产品灵活多变的中、小批量的生产作业。n(4)(4)具有独特的柔性,它可以通过软件调整等手段具有独特的柔性,它可以通过软件调整等手段加工多种零件,可以灵活加工多种零件,可以灵活 、迅速实现多品种、小、迅速实现多品
18、种、小批量的生产。批量的生产。n(5)(5)动作准确性高,可保证产品质量的稳定性。动作准确性高,可保证产品质量的稳定性。n(6)(6)能显著地提高生产率和大幅度降低产品成本。能显著地提高生产率和大幅度降低产品成本。2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类2.1 定义定义 2 2)非制造环境下的机器人定义和特点)非制造环境下的机器人定义和特点u定义:非制造环境下的机器人涵盖了除工业机器定义:非制造环境下的机器人涵盖了除工业机器人外的所有其它类型的机器人人外的所有其它类型的机器人 。u特点:非制造环境下的机器人除具有工业机器人特点:非制造环境下的机器人除具有工业机器人的基本属性和使用特点外,具有比
19、工业机器人适的基本属性和使用特点外,具有比工业机器人适应面更广、自动化和智能化更高、对工作环境的应面更广、自动化和智能化更高、对工作环境的适应能力更强、操作功能更复杂、以及能满足特适应能力更强、操作功能更复杂、以及能满足特殊要求等特性。殊要求等特性。2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类2.2 分类分类 1 1)工业机器人)工业机器人 工业机器人的分类方法很多,还没有一种分工业机器人的分类方法很多,还没有一种分类可以满意地将各类机器人均包括在内,目前类可以满意地将各类机器人均包括在内,目前多数的分类只能按各种特征、性能来考虑。以多数的分类只能按各种特征、性能来考虑。以下是各种分类表:下是各种
20、分类表:n直直角角坐坐标标型型:只只具有移动关节具有移动关节2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类n圆柱坐标型:圆柱坐标型:具具有一个有一个转动关节转动关节、其余为移动关节其余为移动关节的机器人。的机器人。2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类n球坐标型:球坐标型:具有具有两个转两个转动动关节、其关节、其余为移动关余为移动关节的机器人。节的机器人。2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类n关节型:关节型:具具有有三个转动三个转动关节关节的机器的机器人。人。2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类2、机器人的定义及分类机器人的定义及分类2.2 分类分类 2 2)非制造环境下的机器人)非制造环
21、境下的机器人3.1 机器人的体系结构机器人的体系结构从体系结构来看,机器人分为三大部分六个系统,分别是:从体系结构来看,机器人分为三大部分六个系统,分别是:n三大部分:三大部分:A.机械部分机械部分(用于实现各种动作)(用于实现各种动作)B.传感部分传感部分(用于感知内部和外部的信息)(用于感知内部和外部的信息)C.控制部分控制部分(控制机器人完成各种动作)。(控制机器人完成各种动作)。n六个系统:六个系统:A.驱动系统驱动系统:提供机器人各部位、各关节动作的原动力。:提供机器人各部位、各关节动作的原动力。B.机械结构系统机械结构系统:完成各种动作。:完成各种动作。C.感受系统感受系统:由内部
22、传感器和外部传感器组成。:由内部传感器和外部传感器组成。D.机器人机器人-环境交互系统环境交互系统:实现机器人与外部设备的联系和协:实现机器人与外部设备的联系和协 调并构成功能单元。调并构成功能单元。E.人机交互系统人机交互系统:是:是人与机器人人与机器人联系和协调的单元。联系和协调的单元。F.控制系统控制系统:是根据程序和反馈信息控制机器人动作的中心,:是根据程序和反馈信息控制机器人动作的中心,分为开环系统和闭环系统。分为开环系统和闭环系统。工业机器人一般有以下几部分构成:工业机器人一般有以下几部分构成:n机身部分机身部分:如同机床的床身结构一样,机器人机身构成:如同机床的床身结构一样,机器
23、人机身构成 机器人的基础支撑。有的机身底部安装有机机器人的基础支撑。有的机身底部安装有机 器人行走机构;有的机身可以绕轴线回转,器人行走机构;有的机身可以绕轴线回转,构成机器人的腰。构成机器人的腰。n手臂部分手臂部分:分为大臂、小臂和手腕,完成各种动作。:分为大臂、小臂和手腕,完成各种动作。n末端操作器末端操作器:可以是拟人的手掌和手指,也可以是各种:可以是拟人的手掌和手指,也可以是各种 作业工具,如焊枪、喷漆枪等。作业工具,如焊枪、喷漆枪等。n关节关节:分为滑动关节和转动关节。实现机身、手臂各部:分为滑动关节和转动关节。实现机身、手臂各部 分、末端操作器之间的相对运动。分、末端操作器之间的相
24、对运动。3.2 机器人的机械结构机器人的机械结构图例图例1-1 工业机器人结构工业机器人结构3.2 机器人的机械结构机器人的机械结构n关节副图形符号:关节副图形符号:a 转动关节转动关节b 移动关节移动关节3.3 机器人的几何模型机器人的几何模型n几何模型:几何模型:n利利用用关关节节图图形形符符号号,可可以以把把复复杂杂的的真真实实机机器器人人抽抽象象成成简简单单的的几几何何模模型型,以以便便研研究究其其运运动动和进行受力和进行受力分析分析分析分析。n一一个个形形状状和和大大小小不不同同的的工工业业机机器器人人,可可能能有有着着相相同同的的几几何何模模型型(仅仅几几何何参参数数不不同同),并
25、并有着相同的运动学分析结果。有着相同的运动学分析结果。3.3 机器人的几何模型机器人的几何模型机器人几何模型的建立机器人几何模型的建立a 5R型工业机器人型工业机器人b 机器人几何模型机器人几何模型3.3 机器人的几何模型机器人的几何模型1.自由度:自由度:n指机器人所具有的独立坐标轴运动的指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目数目数目数目。手指的手指的开、合,以及手指关节的自由度一般不包括在内。开、合,以及手指关节的自由度一般不包括在内。4 机器人的性能特征机器人的性能特征2.工作精度工作精度:包括定位精度和重复定位精度。可以用精密度、正确度、包括定位精度和重复定位精度。可以用精密度、正确度、
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