1章机器人机构学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,机器人技术,陶建国,哈尔滨工业大学机电学院,2005.2.,2,2004/2005,学年春,季,季学期,教,教学日,历,历,院系名,称,称：机电工,程,程学院课程名,称,称：机器人,技,技术总学时,：,：36学分：2课程类,别,别：XW,授课起,止,止周数,：,：1 9适用学,科,科、专,业,业：机械设,计,计及理,论,论；机,械,械制造,及,及其自,动,动化、,机,机械电,子,子工程,等,等,时间、地点,方式,时数,教学,(,授,课,或,讨,论,),内,容,教材页数及参考文献范围,周序,星期,节次,地点,课堂讲授,课堂讨论,1,二,7 8,D13,2,机器人的定义、分类及发展概况,蔡自兴,蒋新松,1,四,5 6,D13,2,机器人的组成、构型及性能要素,蔡自兴,蒋新松,2,二,7 8,D13,2,机器人的驱动器与传动系统，,机器人的关节结构,马香峰,费仁元,2,四,5 6,D13,2,机器人的手部结构，机器人的平衡机构,马香峰,费仁元,3,二,7 8,D13,2,并联机器人的结构，机器人的移动机构,柳洪义,费仁元,3,四,5 6,D13,2,机器人的数学基础：位置与姿态描述，,齐次坐标变换,付京孙,蔡自兴,4,二,7 8,D13,2,齐次变换矩阵及其几何意义，习题举例,付京孙,蔡自兴,3,2004/2005,学年春,季,季学期,教,教学日,历,历,4,四,5 6,D13,2,机器人的结构参数和坐标系的建立，,Denavit-Hartenberg,矩阵,付京孙,蔡自兴,5,二,7 8,D13,2,机器人运动学正解，机器人运动学逆解,付京孙,蔡自兴,5,四,5 6,D13,2,机器人的微分运动及变换，机器人雅可比矩阵,付京孙,蔡自兴,6,二,7 8,D13,2,机器人运动学习题举例，并联机器人运动学简介,付京孙,，黄真,6,四,5 6,D13,2,机器人的工作空间，机器人静态力学计算,付京孙,蔡自兴,7,二,7 8,D13,2,机器人动力学研究内容及建模方法，拉格朗日方程,付京孙,蔡自兴,7,四,5 6,D13,2,拉格朗日方程的一般形式，牛顿,欧拉方程,付京孙,蔡自兴,8,二,7 8,D13,2,刚性机器人动力学方程举例，弹性机器人动力学简介,付京孙,蔡自兴,8,四,5 6,D13,2,机器人规划的作用与任务，机器人的轨迹规划,付京孙,蔡自兴,9,二,7 8,D13,2,机器人控制与感觉技术简介,付京孙,蔡自兴,9,四,5 6,D13,2,机器人控制与感觉技术简介，课程总结,付京孙,蔡自兴,4,第一章,绪,绪论,1.1机器人,的,的定义,、,、分类,及,及发展,概,概况,1.1,.,.1机器人,的,的定义,机器人,问,问世已,有,有几十,年,年，但,没,没有一,个,个统一,的,的意见,。,。原因,之,之一是,机,机器人,还,还在发,展,展，另,一,一原因,主,主要是,因,因为机,器,器人涉,及,及到了,人,人的概,念,念，成,为,为一个,难,难以回,答,答的哲,学,学问题,。,。也许,正,正是由,于,于机器,人,人定义,的,的模糊,，,，才给,了,了人们,充,充分的,想,想象和,创,创造空,间,间。,美国机,器,器人协,会,会（RIA,),)：一种,用,用于移,动,动各种,材,材料、,零,零件、,工,工具或,专,专用装,置,置的，,通,通过程,序,序动作,来,来执行,各,各种任,务,务，并,具,具有编,程,程能力,的,的多功,能,能操作,机,机（Manipulator）。,美国家,标,标准局,：,：一种,能,能够进,行,行编程,并,并在自,动,动控制,下,下完成,某,某些操,作,作和移,动,动作业,任,任务或,动,动作的,机,机械装,置,置。,5,1987年国际,标,标准化,组,组织(ISO)对工业,机,机器人的定义：“工业机,器,器人是,一,一种具,有,有自动,控,控制的,操,操作和,移,移动功,能,能，能,完,完成各,种,种作业,的,的可编,程,程操作,机,机。,日本工,业,业标准,局,局：一,种,种机械,装,装置，,在,在自动,控,控制下,，,，能够,完,完成某,些,些操作,或,或者动,作,作功能,。,。,英国：,貌,貌似人,的,的自动,机,机，具,有,有智力,的,的和顺,从,从于人,的,的但不,具,具有人,格,格的机,器,器。,中国：,我,我国科,学,学家对,机,机器人,的,的定义,是,是：“机器人,是,是一种,自,自动化,的,的机器,，,，这种,机,机器具,备,备一些,与,与人或,生,生物相,似,似的智,能,能能力,，,，如感,知,知能力,、,、规划,能,能力、,动,动作能,力,力和协,同,同能力,，,，是一,种,种具有,高,高度灵,活,活性的,自,自动化,机,机器”。,6,尽管各,国,国定义,不,不同，,但,但基本,上,上指明,了,了作为“机器人”所具有,的,的二个,共,共同点,：,：,是一种自,动,动机械,装,装置，,可,可以在,无,无人参,与,与下，,自,自动完,成,成多种,操,操作或,动,动作功,能,能，即具有通,用,用性。,可以再,编,编程，,程,程序流,程,程可变,，,，即具有柔,性,性(适应性,）,）。,机器人,集,集中了,机,机械工,程,程、材,料,料科学,、,、电子,技,技术、,计,计算机,技,技术、,自,自动控,制,制理论,及,及人工,智,智能等,多,多学科,的,的最新,研,研究成,果,果，代,表,表了机,电,电一体,化,化的最,高,高成就,，,，是当,代,代科学,技,技术发,展,展最活,跃,跃的领,域,域之一,。,。,7,1.1,.,.2机器人,的,的发展,历,历史,1920年，捷,克,克作家,卡,卡雷尔卡佩克,发,发表了,科,科幻剧,本,本罗萨姆,的,的万能,机,机器人。卡佩,克,克在剧,本,本中把,捷,捷克语“Robota”写成了“Robot”，引起,了,了大家,的,的广泛,关,关注，,被,被当成,了,了机器,人,人一词,的,的起源,。,。,1950年，美,国,国作家,埃,埃萨克阿西莫,夫,夫在他,的,的科幻,小,小说I，Robot中首次,使,使用了“Robotics”，即“机器人,学,学”。阿西,莫,莫夫提,出,出了“机器人,三,三原则”：,1机器人,不,不应伤,害,害人类,且在人,类,类受到,伤,伤害时,不,不可袖,手,手旁观,；,；,2机器人,应,应遵守,人,人类的,命,命令，,与,与第一,条,条违背,的,的命令,除,除外；,3机器人,应,应能保,护,护自己,，,，与第,一,一条相,抵,抵触者,除,除外。,机器人,学,学术界,一,一直将,这,这三原,则,则作为,机,机器人,开,开发的,准,准则，,阿,阿西莫,夫,夫因此,被,被称为“机器人,学,学之父”。,8,1954年，美,国,国人GeorgeC.Devol提出了,第,第一个,工,工业机,器,器人方,案,案并在1956年获得,美,美国专,利,利。,1960年，Conder公司购,买,买专利,并,并制造,了,了样机,。,。,1961年，Unimation公司（,通,通用机,械,械公司,）,）成立,，,，生产,和,和销售,了,了第一,台,台工业,机,机器“Unimate”，即万,能,能自动,之,之意。,1962年，A.M,.,.F.（机械,与,与铸造,）,）公司,，,，研制,出,出一台,数,数控自,动,动通用,机,机，取,名,名“Versatran”，即多,用,用途搬,运,运之意,，,，并以“Industrial Robot”为商品,广,广告投,入,入市场,。,。,9,1967年，Unimation公司第,一,一台喷,涂,涂用机,器,器人出,口,口到日,本,本川崎,重,重工业,公,公司。,1968年，第,一,一台智,能,能机器,人,人,Shakey,在斯坦,福,福研究,所,所诞生,。,。,1972年，IBM公司开,发,发出直,角,角坐标,机,机器人,。,。,1973年，,Cincinnati Milacron,公司推,出,出T3型机器,人,人。,1978年，第,一,一台,PUMA,机器人,在,在Unimation公司诞,生,生。,1982年，Westinghouse公司兼,并,并Unimation公司，,随,随后又,卖,卖给了,瑞,瑞士的Staubli公司。,1990年，,Cincinnati Milacron,公司被,瑞,瑞士ABB公司兼,并,并。,10,日本、,西,西欧各,国,国、前,苏,苏联也,相,相断引,进,进或自,行,行研制,工,工业机,器,器人。6070年代是,机,机器技,术,术获得,巨,巨大发,展,展的阶,段,段。,80年代，,机,机器人,在,在发达,国,国家的,工,工业中,大,大量普,及,及应用,，,，如焊,接,接、喷,漆,漆、搬,运,运、装,配,配。并,向,向各个,领,领域拓,展,展，如,航,航天、,水,水下、,排,排险、,核,核工业,等,等，机,器,器人的,感,感知技,术,术得到,相,相应的,发,发展，,产,产生第,二,二代机,器,器人。,90年代，,机,机器人,技,技术在,发,发达国,家,家应用,更,更为广,泛,泛，如,军,军用、,医,医疗、,服,服务、,娱,娱乐等,领,领域，,并,并开始,向,向智能,型,型（第,三,三代）,机,机器人,发,发展。,随着机,器,器人技,术,术的发,展,展形成,了,了新学,科,科机器人,学,学。建,立,立,了,了相,应,应学术,组,组织，,定,定期举,办,办学术,活,活动。,国际会,议,议：ISIP、IEEEIROS、ICR,&,&A等。,国际杂,志,志：RobticsResearch,、Robotica、Robotics andAutomation 等。,11,我国机,器,器人技,术,术起步,较,较晚，70年代末,，,，一些,院,院校和,企,企业，,开,开始研,制,制专用,机,机械手,，,，80年代初,，,，开发,小,小型的,教,教育机,器,器人。1985年哈工,大,大研制,出,出国内,第,第一台,弧,弧焊机,器,器人（,华,华宇号）。,国家“863”计划把,机,机器人,技,技术作,为,为重点,发,发展技,术,术来支,持,持。建,立,立了“机器人,示,示范工,程,程中心”和机器,人,人国家,开,开放实,验,验室（,沈,沈阳自,动,动化所,、,、哈工,大,大、合,肥,肥机械,所,所、上,海,海交大,、,、南开,大,大学）,。,。,我国也,建,建立了,机,机器人,学,学的学,术,术组织,，,，定期,举,举办学,术,术活动,。,。,学术会,议,议：每,两,两年左,右,右去办,一,一次大,型,型全国,性,性会议,。,。,学术刊,物,物：机器人、机器人,技,技术与,应,应用等。,12,1.1,.,.3机器人,的,的分类,机器人,的,的种类,很,很多。,可,可以按,驱,驱动形,式,式、用,途,途、结,构,构和智,能,能水平,等,等观点,划,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,途划分,（1）工业,机,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,13,（2）特种,机,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,14,3、按智,能,能水平,划,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，