機(jī)器人基礎(chǔ)課件(一機(jī)器人發(fā)展)

項(xiàng)目(xiàngmù)一、機(jī)器人系統(tǒng)：一、什么是機(jī)器人？二、機(jī)器人的發(fā)展歷史，概念、分類。三、工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)？四、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成？（本體(běntǐ)、控制器、輔助）五、大眾機(jī)器人系統(tǒng)。（電器、機(jī)械）1精品資料我們(wǒmen)見過的機(jī)器人？？？2精品資料機(jī)器人（Robot）是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。直接(zhíjiē)接受人類指揮。運(yùn)行預(yù)先編排的程序。根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如：生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作環(huán)境。機(jī)器人整合了控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。目前在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。

一、什么(shénme)是機(jī)器人？應(yīng)該說國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)給出的機(jī)器人定義較為全面和準(zhǔn)確，其定義涵蓋如下內(nèi)容：(1)機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官(肢體、感官等)的功能。(2)機(jī)器人具有通用性，工作種類多樣，動(dòng)作程序靈活易變。(3)機(jī)器人具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等。(4)機(jī)器人具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的

干預(yù)。3精品資料智能，指感覺和感知，包括記憶、運(yùn)算、比較、鑒別、判斷、決策、學(xué)習(xí)和邏輯推理等；機(jī)能(jīnéng)，指變通性、通用性或空間占有性等；物理能，指力、速度、連續(xù)運(yùn)行能力、可靠性、聯(lián)用性、壽命等。因此，可以說機(jī)器人是具有生物功能的三維空間坐標(biāo)機(jī)器。1962年-1963年傳感器的應(yīng)用提高了機(jī)器人的可操作性。人們?cè)囍跈C(jī)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(jī)器人中加入視覺傳感系統(tǒng)，并在1965年，幫助MIT推出了世界上第一個(gè)帶有視覺傳感器，能識(shí)別并定位積木的機(jī)器人二、機(jī)器人能力(nénglì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：4精品資料三、中國(zhōnɡɡuó)歷史上的機(jī)器人：指南車：傳說遠(yuǎn)古時(shí)蚩尤與炎帝交戰(zhàn)，蚩尤施法降霧，使人不辨方向，打敗了炎帝。炎帝向黃帝求援，黃帝便制造出指南車，在霧中也能指示(zhǐshì)方向，于是就打敗了蚩尤。西周時(shí)期，我國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機(jī)器人。春秋后期，我國著名的木匠魯班，在機(jī)械方面也是一位發(fā)明家，據(jù)《墨經(jīng)》記載，他曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”，體現(xiàn)了我國勞動(dòng)人民的聰明智慧。5精品資料木牛流馬：后漢(HòuHàn)三國時(shí)期，蜀國丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。三、中國(zhōnɡɡuó)歷史上的機(jī)器人：計(jì)里鼓車：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)明了計(jì)里鼓車。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。6精品資料現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。

自1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格(jiàgé)的方向發(fā)展。

大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，其結(jié)果之一便是1952年數(shù)控機(jī)床的誕生。與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的控制、機(jī)械零件的研究又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

另一方面，原子能實(shí)驗(yàn)室的惡劣環(huán)境要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。四、現(xiàn)代(xiàndài)機(jī)器人發(fā)展史7精品資料20世紀(jì)50年代以后，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開始研究能搬運(yùn)核原料的遙控操縱機(jī)械手。這是一種主從型控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中加入(jiārù)力反饋，可使操作者獲知施加力的大小，主、從機(jī)械手之間有防護(hù)墻隔開，操作者可通過觀察窗或閉路電視對(duì)從機(jī)械手操作機(jī)進(jìn)行有效的監(jiān)視，主、從機(jī)械手系統(tǒng)的出現(xiàn)為機(jī)器人的產(chǎn)生以及近代機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造作了鋪墊。四、現(xiàn)代(xiàndài)機(jī)器人發(fā)展史主從機(jī)械手8精品資料在此前后，美國的戴沃爾(Ceorge.G.Devol)設(shè)想了一種可控制的機(jī)械手。1954年，他依據(jù)這一想法設(shè)計(jì)制作了世界上第一臺(tái)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)裝置，發(fā)表了“適用于重復(fù)作業(yè)的通用性工業(yè)機(jī)器人”一文，并獲得了美國專利。1959年德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫·英格伯格聯(lián)手制造(zhìzào)出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。隨后，成立了世界上第一家機(jī)器人制造(zhìzào)工廠——Unimation公司。由于英格伯格對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為“工業(yè)機(jī)器人之父”。五、現(xiàn)代(xiàndài)機(jī)器人發(fā)展史9精品資料這種機(jī)器人是將數(shù)控機(jī)床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機(jī)構(gòu)連接在一起(yīqǐ)，預(yù)先設(shè)定的機(jī)械手動(dòng)作經(jīng)編程輸入后，系統(tǒng)就可以離開人的輔助而獨(dú)立運(yùn)行。這種機(jī)器人還可以接受示教而完成各種簡單的重復(fù)動(dòng)作。示教過程中，機(jī)械手可依次通過工作任務(wù)的各個(gè)位置，這些位置序列全部記錄在存儲(chǔ)器內(nèi)。在任務(wù)的執(zhí)行過程中，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)在伺服驅(qū)動(dòng)下依次再現(xiàn)上述位置，故這種機(jī)器人的主要技術(shù)功能被稱為可編程和示教-再現(xiàn)功能。五、現(xiàn)代(xiàndài)機(jī)器人發(fā)展史10精品資料機(jī)器人發(fā)展分成(fēnchénɡ)2條線路：工業(yè)機(jī)器人特種機(jī)器人五、現(xiàn)代(xiàndài)機(jī)器人發(fā)展史1954年第一臺(tái)機(jī)器人誕生1967年日本成立了人工手研究會(huì)（現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會(huì)），同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)。1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議。以后，機(jī)器人的研究得到迅速廣泛的普及。1980年，工業(yè)機(jī)器人才真正在日本普及，故日本稱該年為“機(jī)器人元年”。至2008年底，世界各地已經(jīng)部署了100萬臺(tái)各種工業(yè)機(jī)器人。日本每萬名工人擁有295臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，居世界之首。11精品資料五、現(xiàn)代(xiàndài)機(jī)器人發(fā)展史工業(yè)機(jī)器人：所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：一種可編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變(gǎibiàn)和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下方面：（1）機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)：通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，機(jī)器人操作機(jī)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以德國KUKA公司為代表的機(jī)器人公司，已將機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機(jī)器人的工作范圍，加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的性能。此外采用先進(jìn)的RV減速器及交流伺服電機(jī)，使機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。

12精品資料（2）并聯(lián)機(jī)器人：采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量及加工，這是機(jī)器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和數(shù)控技術(shù)一體化奠定了基礎(chǔ)。意大利COMAU公司，日本FANUC等公司已開發(fā)出了此類產(chǎn)品（3）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高，已由過去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機(jī)器人發(fā)展(fāzhǎn)到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，并且實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。人機(jī)界面更加友好，基于圖形操作的界面也已問世。編程方式仍以示教編程為主，但在某些領(lǐng)域的離線編程已實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。（4）傳感系統(tǒng)：激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線上物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。日本KAWASAKI、YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德國KUKA、REIS等公司皆推出了此類產(chǎn)品。13精品資料

（5）網(wǎng)絡(luò)通信功能：日本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn)了與Canbus、Profibus總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機(jī)器人由過去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機(jī)器人由過去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。

（6）可靠性：由于微電子技術(shù)(jìshù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。過去機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性MTBF一般為幾千小時(shí)，而現(xiàn)在已達(dá)到5萬小時(shí)，幾冬天可以滿足任何場(chǎng)合的需求。14精品資料特種(tèzhǒng)機(jī)器人：隨著人類的活動(dòng)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)用也從制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域發(fā)展。像海洋開發(fā)、宇宙探測(cè)、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂等行業(yè)都提出了自動(dòng)化和機(jī)器人化的要求。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要(zhǔyào)特點(diǎn)是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和不確定性，因而對(duì)機(jī)器人的要求更高，需要機(jī)器人具有行走功能，對(duì)外感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等，促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)向智能化方向發(fā)展。（1）水下機(jī)器人：美國的AUSS、俄羅斯的MT-88、法國的“逆戟鯨”（Epaulard）等水下機(jī)器人已用于海洋石油開采，海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護(hù)、以及大壩檢查等方面，形成了有纜水下機(jī)器人（remoteoperatedvehicle）和無纜水下機(jī)器人（autonomousunderwatervehicle）兩大類。15精品資料（2）空間機(jī)器人：空間機(jī)器人一直是先進(jìn)機(jī)器人的重要研究領(lǐng)域。目前美、俄、加拿大等國已研制出各種空間機(jī)器人。如美國NASA的空間機(jī)器人Sojourner等。Sojourner是一輛自主移動(dòng)車，重量為11.5kg，尺寸630~48mm，有6個(gè)車輪，它在火星上的成功(chénggōng)應(yīng)用，引起了全球的廣泛關(guān)注。Sojourner16精品資料（3）核工業(yè)用機(jī)器人：國外的研究主要集中在機(jī)構(gòu)靈巧，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手，以及半自主和自主移動(dòng)機(jī)器人。已完成的典型系統(tǒng)，如美國ORML基于機(jī)器人的放射性儲(chǔ)罐清理系統(tǒng)、反應(yīng)堆用雙臂操作器，加拿來大研制成功的輻射監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，德國的C7靈巧手等。（4）地下機(jī)器人：地下機(jī)器人主要包括采掘機(jī)器人和地下管道檢修機(jī)器人兩在類。主要研究內(nèi)容為：機(jī)械結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、傳感器及定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信及遙控(yáokòng)技術(shù)。目前日、美、德等發(fā)達(dá)國家已研制出了地下管道和石油、天然氣等大型管道檢修用的機(jī)器人，各種采機(jī)器人及自動(dòng)化系統(tǒng)正在研制中。成都核機(jī)器人武漢管道(guǎndào)機(jī)器人17精品資料（5）醫(yī)用機(jī)器人：醫(yī)用機(jī)器人的主要研究內(nèi)容包括：醫(yī)療外科手術(shù)的規(guī)劃與仿真、機(jī)器人輔助外科手術(shù)、最小損傷外科、臨場(chǎng)感外科手術(shù)等。美國已開展臨場(chǎng)感外科（telepresencesurgery）的研究，用于戰(zhàn)場(chǎng)模擬、手術(shù)培訓(xùn)、解剖教學(xué)(jiāoxué)等。法、英、意、德等國家聯(lián)合開展了圖像引導(dǎo)型矯形外科（telematics）計(jì)劃、袖珍機(jī)器人（biomed）計(jì)劃以及用于外科手術(shù)的機(jī)電手術(shù)工具等項(xiàng)目的研究，并已取得一些卓有成效的結(jié)果。18精品資料（6）建筑機(jī)器人：日本已研制出20多種建筑機(jī)器人。如高層建筑抹灰機(jī)器人、預(yù)制件安裝機(jī)器人、室內(nèi)裝修機(jī)器人、地面拋光機(jī)器人、擦玻璃機(jī)器人等，并已實(shí)際應(yīng)有和。美國卡內(nèi)基梅隆重大學(xué)、麻省理工學(xué)院等都在進(jìn)行管道挖掘和埋設(shè)機(jī)器人、內(nèi)墻安裝機(jī)器人等型號(hào)的研制、并開展了傳感器、移動(dòng)技術(shù)和系統(tǒng)自動(dòng)化施工方法等基礎(chǔ)研究。英、德、法等國也在開展這方面的研究。

（7）軍用機(jī)器人：近年來，美、英、法、德等國已研制出第二代軍用智能機(jī)器人。其特點(diǎn)是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰(zhàn)和后勤支援等任務(wù)，在戰(zhàn)場(chǎng)上具有看、嗅和角摸能力，能夠自動(dòng)跟蹤地形和選擇道路，并且具有自動(dòng)搜索、識(shí)別和消滅敵方目標(biāo)的功能。如美國的Navlab自主導(dǎo)航車、SSV半自主地面戰(zhàn)車，法國的自主式快速運(yùn)動(dòng)偵察車（DARDS），德國MV4爆炸物處理機(jī)器人等。目前美國ORNL正在研制和開發(fā)Abrams坦克、愛國者導(dǎo)彈裝電池用機(jī)器人等各種用途的軍用機(jī)器人。

可以預(yù)見，在21世紀(jì)各種先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為人類良好的助手和親密(qīnmì)的伙伴。19精品資料二、目前研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)目前國際(guójì)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，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究內(nèi)容集中在以下10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)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。

2．機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。

3．多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。

4．機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。六、現(xiàn)代(xiàndài)機(jī)器人研究發(fā)展方向20精品資料5．機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。

6．虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。

7．多智能體（multi-agent）調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域(lǐnɡyù)。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。

8．微型和微小機(jī)器人技術(shù)（micro/miniaturerobotics）:這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域(lǐnɡyù)和重點(diǎn)發(fā)展方向。過去的研究在該領(lǐng)域(lǐnɡyù)幾乎是空白，因此該領(lǐng)域(lǐnɡyù)研究的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命，并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。

21精品資料9．軟機(jī)器人技術(shù)（softrobotics）:主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂場(chǎng)合。傳統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的，機(jī)器人對(duì)人是友好的。

10．仿人和仿生技術(shù)：這是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)(jīchǔ)研究。22精品資料二、機(jī)器人分類(fēnlèi)機(jī)器人的分類：機(jī)器人的分類方法很多，主要有以下幾種。1、按機(jī)器手的幾何結(jié)構(gòu)。2、按機(jī)器人的控制(kòngzhì)方式。3、按機(jī)器人的信息輸入方式。4、按機(jī)器人的智能程度。5、按機(jī)器人的用途。6、按機(jī)器人移動(dòng)性。23精品資料1．按機(jī)械手的幾何結(jié)構(gòu)來：機(jī)器人機(jī)械手的機(jī)械配置形式多種多樣。最常見的結(jié)構(gòu)形式是用其坐標(biāo)特性(tèxìng)來描述的。這些坐標(biāo)結(jié)構(gòu)包括笛卡兒坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、柱面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)式球面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)等。這里簡單介紹三種最常見的機(jī)器人：柱面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)球面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)式球面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)。24精品資料（1）柱面坐標(biāo)機(jī)器人。柱面坐標(biāo)機(jī)器人主要由垂直柱子、水平手臂（或機(jī)械手）和底座構(gòu)成。水平機(jī)械手裝在垂直柱子上，能自由伸縮，并可沿垂直柱子上下運(yùn)動(dòng)。垂直柱子安裝在底座上，并與水平機(jī)械手一起（作為一個(gè)部件）能在底座上移動(dòng)。這樣，這種機(jī)器人的工作(gōngzuò)包跡（區(qū)間）就形成一段圓柱面，如圖1.6所示。因此，把這種機(jī)器人叫做柱面坐標(biāo)機(jī)器人。25精品資料（2）球面坐標(biāo)機(jī)器人。這種機(jī)器人如圖1.7所示。它象坦克(tǎnkè)的炮塔一樣。機(jī)械手能夠作里外伸縮移動(dòng)、在垂直平面上擺動(dòng)以及繞底座在水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，這種機(jī)器人的工作包跡形成球面的一部分，并被稱為球面坐標(biāo)機(jī)器人。26精品資料3）關(guān)節(jié)式球面坐標(biāo)機(jī)器人。這種機(jī)器人主要由底座（或軀干）、上臂和前臂構(gòu)成。上臂和前臂可在通過(tōngguò)底座的垂直平面上運(yùn)動(dòng)，如圖1.8所示。在前臂和上臂間，機(jī)械手有個(gè)肘關(guān)節(jié)；而在上臂和底座間，有個(gè)肩關(guān)節(jié)。在水平平面上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，既可由肩關(guān)節(jié)進(jìn)行，也可以繞底座旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。這種機(jī)器人的工作包跡形成球面的大部分，稱為關(guān)節(jié)式球面機(jī)器人。27精品資料2．按機(jī)器人的控制方式：按照控制方式可把機(jī)器人分為非伺服機(jī)器人和伺服控制機(jī)器人兩種。（1）非伺服機(jī)器人（Non-servorobots）。非伺服機(jī)器人工作能力比較有限，它按照預(yù)先編好的程序順序進(jìn)行工作，使用位置開關(guān)、制動(dòng)器、插銷板和定序器來控制機(jī)器人機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。工作原理方塊如下圖所示，插銷板用來預(yù)先規(guī)定機(jī)器人的工作順序，而且往往是可調(diào)的。定序器是一種定序開關(guān)或步進(jìn)裝置，它能夠按照預(yù)定的順序接通驅(qū)動(dòng)裝置的能源。驅(qū)動(dòng)裝置接通能源后，就帶動(dòng)機(jī)器人的手臂、腕部和抓手等裝置運(yùn)動(dòng)。當(dāng)它們移動(dòng)到由位置開關(guān)所規(guī)定的位置時(shí)，位置開關(guān)切換工作狀態(tài)，送給定序器一個(gè)“工作任務(wù)（或規(guī)定運(yùn)動(dòng)）業(yè)已完成”的信號(hào)，并使終端制動(dòng)器動(dòng)作，切斷(qiēduàn)驅(qū)動(dòng)能源，使機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)。28精品資料2）伺服控制機(jī)器人（Servo-controlledrobots）。伺服控制機(jī)器人比非伺服機(jī)器人有更強(qiáng)的工作能力，因而價(jià)格較貴，而且在某些情況下不如簡單的機(jī)器人可靠。圖1.10表示伺服控制機(jī)器人的方塊圖。伺服系統(tǒng)的被控制量（即輸出）可為機(jī)器人端部執(zhí)行裝置（或工具）的位置、速度、加速度和力等。通過反饋傳感器取得的反饋信號(hào)與來自給定裝置（如給定電位器）的綜合信號(hào)，用比較器加以比較后，得到誤差信號(hào)，經(jīng)過放大后用以激發(fā)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)而帶動(dòng)末端執(zhí)行裝置以一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，到達(dá)規(guī)定(guīdìng)的位置或速度等。顯然，這就是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。29精品資料3．按機(jī)器人控制器的信息輸入方式：

在采用這種分類法進(jìn)行分類時(shí)，對(duì)于不同國家，也略有不同，但它們能夠有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這里主要介紹日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）、美國機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）和法國工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（AFRI）所采用的分類法。

（1）JIRA分類法

日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)把機(jī)器人分為六類：

第1類：手動(dòng)操作手，是一種由操作人員直接進(jìn)行操作的具有幾個(gè)自由度的加工裝置。

第2類：定序機(jī)器人，是按照預(yù)定的順序、條件和位置，逐步地重復(fù)執(zhí)行給定的作業(yè)任務(wù)的機(jī)械手，其預(yù)定信息（如工作步驟(bùzhòu)等）難以修改。

第3類：變序機(jī)器人，它與第2類一樣，但其工作次序等信息易于修改。

第4類：復(fù)演式機(jī)器人，這種機(jī)器人能夠按照記憶裝置存儲(chǔ)的信息來復(fù)現(xiàn)原先由人示教的動(dòng)作。這些示教動(dòng)作能夠被自動(dòng)地重復(fù)執(zhí)行。

第5類：程控機(jī)器人，操作人員并不是對(duì)這種機(jī)器人進(jìn)行手動(dòng)示教，而是向機(jī)器人提供運(yùn)動(dòng)程序，使它執(zhí)行給定的任務(wù)。其控制方式與數(shù)控機(jī)床一樣。

30精品資料第6類：智能機(jī)器人，它能夠采用傳感信息來獨(dú)立檢測(cè)(jiǎncè)其工作環(huán)境或工作條件的變化，并借助其自我決策能力，成功地進(jìn)行相應(yīng)的工作，而不管其執(zhí)行任務(wù)的環(huán)境條件發(fā)生了什么變化。（2）RIA分類法：

美國機(jī)器人協(xié)會(huì)把JIRA分類法中的后四種機(jī)器當(dāng)作機(jī)器人。（3）AFRI分類法

法國工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)把機(jī)器人分為四種型號(hào)：

A型：第1類，手控或遙控加工設(shè)備。

B型：包括第2類和第3類，具有預(yù)編工作周期的自動(dòng)加工設(shè)備。

C型：含第4類和第5類，程序可編和伺服機(jī)器人，具有點(diǎn)位或連續(xù)路徑軌跡，稱為第一代機(jī)器人。

D型：第6類，能獲取一定的環(huán)境數(shù)據(jù)，稱為第二代機(jī)器人。

31精品資料4．按機(jī)器人的智能程度分

（1）一般機(jī)器人，不具有智能，只具有一般編程能力和操作功能。

（2）智能機(jī)器人，具有不同程度的智能，又可分為：

a．傳感型機(jī)器人，具有利用傳感信息（包括視覺、聽覺、觸覺、接近覺、力覺和紅外、超聲及激光等）進(jìn)行(jìnxíng)傳感信息處理，實(shí)現(xiàn)控制與操作。

b．交互型機(jī)器人，機(jī)器人通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與操作員或程序員進(jìn)行(jìnxíng)人-機(jī)對(duì)話，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制與操作。

c．自立型機(jī)器人，在設(shè)計(jì)制作之后，機(jī)器人無需人的干預(yù)，能夠在各種環(huán)境下自動(dòng)完成各項(xiàng)擬人任務(wù)。

32精品資料5．按機(jī)器人的用途分

（1）工業(yè)機(jī)器人或產(chǎn)業(yè)機(jī)器人，應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，主要應(yīng)用在制造業(yè)部門(bùmén)，進(jìn)行焊接、噴漆、裝配、搬運(yùn)、檢驗(yàn)、農(nóng)產(chǎn)品加工等作業(yè)。

（2）探索機(jī)器人，用于進(jìn)行太空和海洋探索，也可用于地面和地下探險(xiǎn)和探索。

（3）服務(wù)機(jī)器人，一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，其所從事的服務(wù)工作可使人類生存得更好，使制造業(yè)以外的設(shè)備工作的更好。

（4）軍事機(jī)器人，用于軍事目的，或進(jìn)攻性的，或防御性的。它又可分為空中軍用機(jī)器人、海洋軍用機(jī)器人和地面軍用機(jī)器人。或簡稱為空軍機(jī)器人、海軍機(jī)器人和陸軍機(jī)器人。

33精品資料6．按機(jī)器人移動(dòng)(yídòng)性分

（1）固定式機(jī)器人，固定在某個(gè)底座上，整臺(tái)機(jī)器人（或機(jī)械手）不能移動(dòng)(yídòng)，只能移動(dòng)(yídòng)各個(gè)關(guān)節(jié)。

（2）移動(dòng)(yídòng)機(jī)器人，整個(gè)機(jī)器人可沿某個(gè)方向或任意方向移動(dòng)(yídòng)。這種機(jī)器人又可分為輛式機(jī)器人、履帶式機(jī)器人和步行機(jī)器人，其中后者又有單足、雙足、四足、六足和八足行走機(jī)器人之分。34精品資料機(jī)器人指標(biāo)：1、坐標(biāo)形式。常用的坐標(biāo)型式有直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)等。

2、運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)。自由度數(shù)表示機(jī)器人動(dòng)作的靈活程度。通常是6個(gè)，也有少于或多于6個(gè)的。

3、各自由度的動(dòng)作范圍。指各關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍。各關(guān)節(jié)的基本動(dòng)作范圍決定了機(jī)器人操作機(jī)工作．空間的形狀和大小。

4、各自由度的動(dòng)作速度。指各關(guān)節(jié)的極限速度。

5、額定負(fù)載。指在規(guī)定性能(xìngnéng)范圍內(nèi)，在手腕機(jī)械接口處所能承受的最大負(fù)載允許值。

6、精度。主要包括位姿精度、位姿重復(fù)性、軌跡精度、軌跡重復(fù)性等。

35精品資料1、坐標(biāo)形式。常用的坐標(biāo)型式有直角坐標(biāo)、圓柱(yu