《移动机器人原理与设计》第一章机器人概述.ppt

移动机器人原理及设计 多媒体课件 西安邮电大学 王曙光，赵勇 第一章 概述 机器人的定义 机器人的分类、结构 机器人竞赛 移动机器人 有关技术及发展趋势 2 1.1 引言 3 想象中的机器人 实际的机器人 4 工业 医疗 军事 5 1.2 机器人的定义、分类及组成 1.2.1 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（ end effector）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。” 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。 ” 6 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。 机器人应具有的基本特点： 7 1.2.2 机器人的发展历史 1920年，捷克剧作家卡雷尔 卡佩克在 罗萨姆的万能机 器人 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、化学家埃萨克 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 ” 。阿西莫夫提出了 “ 机器人三原则 ” ： 1 机器人不应伤害人 ,也不得见人受到伤害而袖手旁观； 2 机器人应服从人的一切命令，除非违反第一定律； 3 机器人应保护自身安全，除非违反第一及第二定律。 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 ” 。 8 1954年，美国人 George C. Devol 提出了第一个工业机 器人方案并在 1956年获得美国专利。 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” 。 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 “ Industrial Robot”为商品广告投入市场。 1974年出现了用计算机控制的机器人， 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。 9 80年代 ， 机器人在发达国家的工业生产中大量普及应用 ， 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 。 90年代 ， 机器人技术在军用 、 医疗 、 服务 、 娱乐等领域延 伸 ， 并开始向智能型 （ 第三代 ） 机器人发展 。 10 机器人发展的三个阶段 第一代：示教再现型机器人 第二代：有感觉的机器人 第三代：有智能的机器人 11 1.2.3 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 水平等标准划分 、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 12 （ 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 13 3、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 14 仿生机器人 模仿自然界中生物的 外部形状 或 某种机能 的机器人系统 15 可穿戴机器人 16 可重构机器人 17 机器人的组成 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 18 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 。 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 19 1.3 机器人的体系结构 1 分层式体系结构 智能控制系统的典型模型 2 包容式结构 基于感知与行为之间映射 关系的并行结构 20 1.4 移动式机器人 21 1.5 机器人竞赛 22 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 习题 1、 简述机器人的分类。 2、 机器人技术研究的主要问题是什么？ 3、 查阅资料，分析足球机器人竞赛的系统组成。 4、 谈谈你对机器人竞赛的想法。 23