機械工程導論第八講課件

1、智能裝備及機器人 未來機械工程科學發(fā)展的總趨勢將是智能、數(shù)字化；交叉、綜合化；柔性、集成化；精密、 微型化；高效、清潔化。其中智能裝備及機器人已成為一個熱門的研究課題。1、機器人的定義美國機器人協(xié)會（RIA）的機器人定義：“機器人是用以搬運材料、零件、工具的可編程序的多功能操作器或是通過可改變程序動作來完成各種作業(yè)的特殊機械裝置?！比毡竟I(yè)機器人協(xié)會（JIRA）的定義：“工業(yè)機器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠轉動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器。” 總之，機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置，是一種智能的機電一體化系統(tǒng)。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以

2、根據(jù)人工智能技術制定的原則行動。它的任務是協(xié)助或取代人類工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)或是危險的工作。 機器人是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產(chǎn)物，在工業(yè)、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、軍事等領域中都有重要的用途。美國國家標準局（NBS ）的定義：“機器人是一種 能夠進行編程并在自動控制下執(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務的機械裝置”。國際標準化組織(ISO)的定義：“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務?！?機器人的動作機構具有類似與人或其它生物的某些器官的功能。是一種自動機械裝

3、置，自動完成多種操作或動作功能，可以再編程，程序流程可變，具有適應性。具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學習。 3、機器人的特點4、機器人的能力評價標準智能，指感覺和感知，包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學習和邏輯推理等；機能，指變通性、通用性或空間占有性等；物理能，指力、速度、可靠性、聯(lián)用性和壽命等。因此，可以說機器人就是具有生物功能的實際空間運行工具，可以代替人類完成一些危險或難以進行的勞作、任務等。5、機器人的發(fā)展方向橫向上，應用面越來越寬。由95%的工業(yè)應用擴展到更多領域的非工業(yè)應用。像做手術、采摘水果、剪枝、巷道掘進、偵查、排雷，還有空間機器人、潛海機器人?？v向

4、上，機器人的種類會越來越多，像進入人體的微型機器人，已成為一個新方向，可以小到像一個米粒般大??；機器人智能化得到加強，機器人會更加聰明。6、機器人的發(fā)展歷史 1910年捷克斯洛伐克作家卡雷爾恰佩克在他的科幻小說中，根據(jù)Robota（捷克文，原意為“勞役、苦工”）和Robotnik（波蘭文，原意為“工人”），創(chuàng)造出“機器人”這個詞。 1911年美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機器人Elektro。它由電纜控制，可以行走，會說77個字，甚至可以抽煙，不過離真正干家務活還差得遠。但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體。1912年美國科幻巨匠阿西莫夫提出“機器人三定律”。雖然這只是科幻小

5、說里的創(chuàng)造，但后來成為學術界默認的研發(fā)原則。1913年諾伯特維納出版控制論關于在動物和機器中控制和通訊的科學，闡述了機器中的通信和控制機能與人的神經(jīng)、感覺機能的共同規(guī)律，率先提出以計算機為核心的自動化工廠。 1959年德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。隨后，成立了世界上第一家機器人制造工廠Unimation公司。由于英格伯格對工業(yè)機器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為“工業(yè)機器人之父”。1962年美國AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”（意思是萬能搬運），與Unimation公司生產(chǎn)的Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機器人，并出口到世界各國，掀起了全世界對機器人和機器人

6、研究的熱潮。1962年-1963年傳感器的應用提高了機器人的可操作性。人們試著在機器人上安裝各種各樣的傳感器，包括1961年恩斯特采用的觸覺傳感器，托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的“靈巧手”上用到了壓力傳感器，而麥卡錫1963年則開始在機器人中加入視覺傳感系統(tǒng)，并在1964年，幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺傳感器，能識別并定位積木的機器人系統(tǒng)。本田公司的ASIMO仿人機器人索尼公司的QRIO仿人機器人147、機器人的性能要素自由度數(shù)，衡量機器人適應性和靈活性的重要指標，一般等于機器人的關節(jié)數(shù)。機器人所需要的自由度數(shù)決定與其作業(yè)任務。負荷能力，機器人在滿足其它性能要求的前提下，能夠承

7、載的負荷重量。工作空間，機器人在其工作區(qū)域內可以達到的所有點的集合。它是機器人關節(jié)長度和其構型的函數(shù)。精度，指機器人到達指定點的精確程度。它與機器人驅動器的分辨率及反饋裝置有關。重復定位精度，指機器人重復到達同樣位置的精確程度。它不僅與機器人驅動器的分辨率及反饋裝置有關，還與傳動機構的精度及機器人的動態(tài)性能有關?？刂颇Ｊ?，引導或點到點示教模式；連續(xù)軌跡示教模式；軟件編程模式；自主模式。最大工作速度，單關節(jié)速度；合成速度。其它動態(tài)特性，如穩(wěn)定性、柔順性等。8、機器人的分類 機器人的種類很多，可以按驅動形式、結構、智能水平和用途等劃分： 、按驅動形式分類 氣壓驅動 液壓驅動 電驅動 交流伺服驅動

8、直流伺服驅動 2、按幾何結構分類串聯(lián)機器人：各連桿為串聯(lián)并聯(lián)機器人：各連桿為并聯(lián)串聯(lián)機器人并聯(lián)機器人3、按智能水平劃分分 類 名 稱簡 要 解 釋人工操作裝置有幾個自由度，有操作員操縱，能實現(xiàn)若干預定的功能。固定順序機器人按預定的不變順序及條件，依次控制機器人的機械動作?？勺冺樞驒C器人按預定的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。但順序和條件可作適當改變。示教再現(xiàn)型機器人通過手動或其它方式，先引導機器人動作，記錄下工作程序，機器人則自動重復進行作業(yè)。數(shù)控型機器人不必使機器人動作，通過數(shù)值、語言等為機器人提供運動程序，能進行可變程伺服控制。感知型機器人利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。機器人

9、對環(huán)境有一定的適應性。智能機器人機器人具有感知和理解外部環(huán)境的能力，即使環(huán)境發(fā)生變化，也能夠成功的完成任務。第一代第二代第三代工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度機器人。德國大眾汽車生產(chǎn)線農(nóng)業(yè)機器人是用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特種機器人，是一種新型多功能機械。德國農(nóng)業(yè)機械水下機器人是一種工作于水下的極限作業(yè)機器人，能潛入水中代替人完成某些操作，又稱潛水器。水下探測機器人軍用機器人是一種用于軍事領域的具有某種仿人功能的自動機。美國大狗機器人太空機器人是一種在航天器或空間站上作業(yè)的具有智能的通用機械系統(tǒng)。太空加油機器人娛樂機器人以供人觀賞、娛樂為目的，具有機器人的外部特征，可以像人，像某種動物，像童話或科幻小說中的人物等。樂隊機器人服務機器人的應用范圍很廣，主要從事維護保養(yǎng)、修理、運輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護等工作。銀行大堂服務機器人形式：課程報告 (每人一份，機械相關主題，內容 5頁以上， 提交打印紙質稿，A4大小，正文5號字，圖不超過1/4篇幅