第二講-機器人概論

第一章概論——基礎學問內(nèi)容要點什么是機器人機器人的分類什么是機器人學機器人的發(fā)展歷史機器人的優(yōu)缺點機器人的組成部件機器人的自由度機器人的關節(jié)機器人的坐標構型機器人的性能指標機器人的工作空間機器人的應用其他機器人及應用機器人的社會問題其次講機器人基礎一、什么是機器人其次講機器人基礎常規(guī)的機器人操作手牽引車上的起重機起重機與機械手的異同很多連桿通過關節(jié)依次連接，各關節(jié)由驅動器驅動；共同之處：根本不同：起重機是由人來限制驅動器；其次講機器人基礎“手”能在空中運動，能承受確定的載荷；都用一個中心限制器限制驅動器機器人是由計算機編程限制，程序變了，機器人的動作就會相應變更機器人定義ISO定義:Areprogrammableandmultifunctionalmanipulator,devisedforthetransportofmaterials,parts,toolsorspecializedsystems,withvariedandprogrammedmovements,withtheaimofcarryingoutvariedtasks.定義的外延和內(nèi)涵隨機器人的發(fā)展而變更其次講機器人基礎二、機器人分類人工操作裝置固定依次機器人可變依次機器人示教再現(xiàn)機器人數(shù)控機器人智能機器人JIRARIA其次講機器人基礎三、什么是機器人學機器人學是人們設計和應用機器人的技術和學問。機器人系統(tǒng)不僅由機器人組成，還須要其他裝置和系統(tǒng)連同機器人一起來共同完成必需的任務。機器人學是一門交叉學科，它得益于機械工程、電氣與電子工程、計算機科學、生物學以及其他很多學科。其次講機器人基礎四、機器人的發(fā)展歷史KarelCapek《Rossam’sUniversalRobots》IsaacAsimov在《I’mRobot》中提出“機器人三原則”和“機器人學（Robotics）”Arobotmustnotharmahumanbeingor,throughinaction,allowonetocomeharm.Arobotmustalwaysobeyhumanbeingsunlessthatisconflictwiththefirstlaw.Arobotprotectitselffromharmunlessthatisconflictwiththefirstorsecondlaws.其次講機器人基礎四、機器人的發(fā)展歷史GeoorgeDevol開發(fā)出第一臺可編程機器人，能實現(xiàn)示教再現(xiàn)編程方式，實現(xiàn)點到點的限制；1958年，EngelBerger創(chuàng)建了Unimation公司，并參與設計了第一臺Unimate機器人；同時，AMF公司起先研制工業(yè)機器人Versatran（VersatileTransfer）機器人；1983年，EngelBerger將Unimation公司賣給西屋公司，創(chuàng)建TRC公司，起先研制服務機器人；1968年，第一臺智能機器人Shakey在斯坦福探討所（SRI）誕生；其次講機器人基礎五、機器人的優(yōu)缺點機器人和自動化技術在多數(shù)狀況下可以提高生產(chǎn)率、平安性、效率、產(chǎn)品質量和產(chǎn)品的一樣性；機器人可以在危急的環(huán)境下工作，而無須考慮生命保障或平安的須要；機器人無需舒適的環(huán)境，例如考慮照明、空調、通風以及噪音隔離；機器人能不知疲乏和厭煩地持續(xù)工作，不會有心理問題，不須要醫(yī)療保險或假期；機器人除了發(fā)生故障或磨損外，將始終如一地保持精度；機器人具有比人高得多的精確度。直線位移精度可達千分之幾英寸（1in=2.54cm）；機器人其附屬設備及傳感器具有某些人類所不具備的實力；機器人可以同時響應多個激勵或處理多項任務，而人類只能響應一個現(xiàn)行激勵；其次講機器人基礎機器人替代了工人，由此帶來經(jīng)濟和社會問題；機器人缺乏應急實力，除非該緊急狀況能夠預知并已在系統(tǒng)中設置了應對方案，否則不能很好地處理緊急狀況。同時，還須要有平安措施來確保機器人不會損害操作人員以及與它一起工作的機器。機器人的實力在自由度、靈活度、傳感器實力、視覺系統(tǒng)和實時響應方面具有局限性；機器人費用開銷大，緣由是：原始的設備費、安裝費、須要周邊設備、須要培訓、須要編程。其次講機器人基礎六、機器人的組成部件機械手末端執(zhí)行器驅動器其次講機器人基礎連接在機械手最終一個關節(jié)上，用來執(zhí)行任務。是由公司工程師或外面的顧問為某種用途而特地設計的。通常，其動作有機器人限制器干脆限制。“肌肉”，常見的驅動器有伺服電機、步進電機、氣缸及液壓缸等，還有一些新型驅動器。它們由限制器限制。機器人的主體部分，由連桿、活動關節(jié)和其他結構部件構成。六、機器人的組成部件“五官”，收集機器人內(nèi)部狀態(tài)的信息或用來與外部環(huán)境進行通信。“小腦”，從計算機獲得數(shù)據(jù)，限制驅動器的動作，并與傳感器反饋信息一起協(xié)調機器人的運動?！按竽X”，計算機器人關節(jié)的運動，確定每個關節(jié)應移動多少和多遠才能達到預定的速度和位置，并監(jiān)督限制器和傳感器。機械手或移動車末端執(zhí)行器驅動器傳感器限制器和處理器其次講機器人基礎六、機器人的組成部件操作系統(tǒng)：用來操作計算機機器人軟件：依據(jù)機器人的運動方程計算每個關節(jié)的必要動作，然后將這些信息傳給限制器例行程序集合和應用程序：為了運用機器人外部設備或為了執(zhí)行特定任務而開發(fā)機械手或移動車末端執(zhí)行器驅動器傳感器限制器和處理器軟件其次講機器人基礎七、機器人的自由度確定一個剛體在空間的位置須要3dof確定該剛體的姿態(tài)須要3dof因此，須要6dof才能將物體放置到空間的期望位姿；少自由度機器人會怎樣？多自由度機器人會怎樣？人的手臂和手各有幾個自由度？其次講機器人基礎七、機器人的自由度末端執(zhí)行器的動作計入機器人的自由度嗎？自由度為1/2的含義是什么？全部的機器人都是六個自由度嗎？不該關節(jié)只能在它的運動極限處定位或該關節(jié)限定為幾個可能的取值很多都少于六個，比如插件機器人其次講機器人基礎八、機器人關節(jié)線性關節(jié)（Prismaticjoint）回/旋轉關節(jié)(Rotaryjoint)球關節(jié)(Sphericaljoint)由步進電機或伺服電機驅動由氣缸、液壓缸驅動其次講機器人基礎九、機器人的坐標與構形笛卡兒坐標/直角坐標/臺架型（3P）圓柱坐標型（R2P）極坐標、球坐標型（2RP）平面型多關節(jié)機器人十一、機器人的性能指標負荷實力機器人在滿足其他性能要求的狀況下，能夠承載的負荷重量；機器人的負荷量與其自身的重量相比往往特別??；比如：M－16i機器人自重594磅，負荷量僅為35磅。其次講機器人基礎十一、機器人的性能指標運動范圍機器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達到的最大距離；運動范圍是機器人關節(jié)長度和其構型的函數(shù)。其次講機器人基礎十一、機器人的性能指標精度（正確性）指機器人到達指定點的精確程度；與驅動器的辨別率以及反饋裝置有關；大多數(shù)工業(yè)機器人具有0.001in或更高精度。其次講機器人基礎十一、機器人的性能指標重復精度（變更性）指假如動作重復多次，機器人到達同樣位置的精確程度；重復精度比精度更為重要；大多數(shù)工業(yè)機器人的重復精度都在0.001in以內(nèi)。其次講機器人基礎十二、機器人的工作空間是指依據(jù)機器人的構型、連桿及腕關節(jié)的大小，機器人能到達的點的集合；工作空間可用數(shù)學方法通過列方程來確定，也可憑閱歷確定；當機器人用做特殊用途時，必需探討其工作空間，以確保機器人能到達要求的點。其次講機器人基礎十二、機器人的工作空間可達工作空間敏捷工作空間VS其次講機器人基礎十三、機器人的應用機器加載取放操作焊接噴漆檢測抽樣裝配操作機械制造監(jiān)視醫(yī)療應用幫助殘疾人危急環(huán)境水下、太空及遠程其次講機器人基礎十四、其他機器人及應用類人機器人類昆蟲和動物機器人多數(shù)為科研目的而開發(fā)為軍事、醫(yī)療或消遣而設計開發(fā)

生命電子學:設計和開發(fā)生動形象的機器人和機器的系統(tǒng)技術

MEMS:微電子機械系統(tǒng)其次講機器人