机器人发展史
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1.2 机器人的概念
球坐标型机器人（Polar coordinate robot）
两个旋转运动自由度、一个直线运动自由度，按球坐标形式动作，工作 包迹形成球面的一部分
1.2 机器人的概念
关节坐标型机器人（Articulated robot）
三个旋转运动自由度，按（类似人的）上肢关节动作，工作包迹 形成球面的大部分
全球机器人应用概况
应用领域：工业（964100）
汽车
1.4 机器人的应用
应用领域：服务 特种（31600） 家用（290万）
中国机器人应用概况
1.4 机器人的应用
2005年拥有工业机器人11000多台 开发出焊接、喷漆、搬运等机器人 汽车、电子电器、工程机械行业 需求量和品种大幅增长：2015年达十几万台 机器人及其自动化成套设备的拥有量和水平是衡量一个国 家制造业综合实力的重要标志之一，是极受重视的高新技 术领域
1.2 机器人的概念
3. 机器人的分类
按发展程度：三代 按应用领域： 工业机器人、服务机器人、军用机器人、空间机器人、水下机
器人、医疗机器人……
按结构形式：关节型和非关节型 按完成功能： 操作机器人－模仿手和手臂 移动机器人－轮式、足式等 按驱动方式： 气压－结构简单、造价低；气体压缩性、负荷能力小 液压－结构紧凑、出力大、运行平稳；密封性要求高 电机－结构简单紧凑、控制方法灵活 新型－压电、记忆合金、人工肌肉等
a.改善多品种混流生产的柔性; b.提高焊接质量、提高生产率; c.把工人从恶劣的作业环境中解放出来
焊接机器人生产线
点焊机器人
1.4 机器人的应用
焊接机器人技术的发展动向
目前正在开发一种新的点焊机器人系统。这种系统力图把焊接技术 与CAD、CAM技术完美地结合起来，提高生产准备工作的效率，缩 短产品设计投产的周期，从而使整个机器人系统取得更高的效益。
Asimo(Honda) QRIO (Sony)
1.1 机器人的发展历史
机器人的智能化发展
第一代：可编程机器人，示教再现或编程完成一些简 单的重复性操作，在工业生产中广泛应用 第二代：感知机器人，具有视觉、触觉等环境感知能 力、环境适应性、初步的智能，能完成更复杂的任 务，已有应用 第三代：智能机器人，具有识别、推理、规划和学习 等智能机制，能在非特定的环境下作业，正在研究发 展中
(R.U.R)第一次提出“Robot”（Robota，斯洛伐克语）， “机器人”
1950 美国科幻小说家阿西莫夫(Asimov)的《我是机器
人》(I,Robot)中提出著名的机器人三原则﹕
1.机器人必须不危害人类﹐也不允许它眼看人类受害而袖手旁观； 2.机器人必须服从与（1）不矛盾的指令； 3.在与（1）、（2）原则不相矛盾的前提下，机器人可维护自身不 受伤害。
的功能； 具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变； 具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等； 具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干 预。
1.2 机器人的概念
2. 机器人的主要特点
ISO：仿生、通用、智能、自动 通用性：机器人具有可变的几何结构，即根据生产工作 需要进行变更的几何结构；或者说，在机械结构上允许 机器人进行不同的任务或以不同的方式完成同一工作 适应性：对环境的自适应能力，机器人应具有运用传感 器感测环境的能力、分析任务空间和执行操作规划的能 力、自动指令模式能力
1.3 机器人的组成和技术特性
平移
旋转
回转
1.3 机器人的组成和技术特性
工作空间(Working space): 描述机器人运行时空间活动 的最大范围 额定速度(Rated velocity): 机器人在额定负载、匀速运动 中，手臂末端的机械接口中心或工具中心的最大速度 单轴速度、合成速度 额定负载(Rated load): 机器人在规定的性能范围内，机 械接口能承受的最大负载量，与速度、加速度有关
1.3 机器人的组成和技术特性
分辨率(Resolution): 机器人各轴能实现的最小移动距离 或最小转动角度，编程和控制（检测） 位姿精度(Pose accuracy): 指设定位姿与实际到达位姿的 一致程度，机械误差（关节间隙，连杆挠性，传动误 差）、算法误差（bit）、分辨率系统误差（1/2基准） 重复位姿精度(Pose repeatability): 在相同条件下，用同 样方法操作机器人时，重复n次所测得的位姿的一致程度
3. 工业机器人
1.4 机器人的应用
各业﹐有助于提高产品产量﹑质量﹑可靠性和一致性 (1) 弧焊机器人 弧焊机器人的应用范围很广，除汽车行业之外，在通用机械、金属结构等
许多行业中都有应用
弧焊﹑点焊﹑浇注﹑冲压﹑搬运﹑装配等 ，广泛应用于各行
双机协调焊接演示系统
1.4 机器人的应用
弧焊机器人应是包括各种焊接附属装置在内的焊接系统，而不只是一
星球大战(star war, 1977)
C-3PO R2D2
1.1 机器人的发展历史
3. 早期的自动机 指南车
（黄帝、东汉张衡、三国马钧）
法国：机器鸭（ 机器鸭 Jacques de vaucanson，1738） 瑞士：写字、绘图、弹风琴偶人（Jaquet Droz，17681774） 故宫博物院 “写字人”自动钟（Timothy Williamson） 原理: 凸轮控制，弹簧驱动
1.2 机器人的概念
按坐标形式： 直角坐标型机器人（Cartesian coordinate robot）
三个直线运动自由度，按直角坐标形式动作
1.2 机器人的概念
圆柱坐标型机器人（Cylindrical coordinate robot）
一个旋转运动自由度、两个直线运动自由度，按圆柱坐标形式动作， 工作包迹形成一段圆柱面
自动化学院
第一章 机器人概述
第一章 机器人概述
1.1 机器人的发展历史 1.2 机器人的概念 1.3 机器人的组成和技术特性 1.4 机器人的应用 1.5 机器人的未来展望
1.1 机器人的发展历史
1. 古代神话与幻想
歌舞机器人（《列·汤问》）
西周偃师送给周穆王，“千变万化，惟意所适”
木牛流马（《三国志·诸葛亮传》）
作（大脑） 软件：操作系统、机器人软件（运动方程计算）、应用程序
工业机器人-环境交互系统是实现工业机器人与外部环境 中的设备相互联系和协调的系统。外部设备，如加工制 造、焊接、装配单元等 人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进 行联系的装置，指令给定装置和信息显示装置。
1.3 机器人的组成和技术特性
2. 机器人的主要技术特性
自由度(Degree of freedom): 表示机器人的动作灵活 性，由机器人的结构决定，一般以沿轴线的移动和绕轴 转动的独立运动数表示（末端执行器的动作不包括在 内），在三维空间中描述一个物体的位置和姿态（位 姿）需要6个自由度
注意﹕①并不是所有的机动性都构 成一个自由度 ②机器人不需要具有六个 以上的自由度，但可以采用多的多 的机动度（冗余自由度）
1.1 机器人的发展历史
1961年，AMF (American Machine and Foundry Corp.)
公司推出Harry Johnson 与Veljko Milenkovic设计的 圆柱坐标工业机器人Versatran(Versatile Transfer)
1.1 机器人的发展历史
“先行者” （国防科技大 学,2000）
“汇童” （北京理工大 学,2005）
一汽红旗轿车点焊机器人系统 （沈阳新松）
1.2 机器人的概念
1. 机器人的定义
还没有统一、严格的定义 限定差异，欧美多、日本宽松 美国机器人协会(RIA): 一种用于移动各种材料、零件、工 具或专用装置，通过可编程序动作来执行种种任务，并具 有编程能力的多功能机械手(manipulator)。－工业机器人 国际标准化组织(ISO): 动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）
“（建兴）九年，亮复出祁山，以木牛运，粮尽退军……”
抓鼠木人（《梦溪笔谈》）
“身高三尺，能左手扼鼠，右手持铁简毙之，动作灵活”
守卫克里特岛的青铜巨人泰洛斯（Taloas）（古希腊 神话《阿鲁哥探险船》）
1.1 机器人的发展历史
2. 近代科幻 1920 捷克剧作家 K. Capek 《罗萨姆的万能机器人》
1.4 机器人的应用
1.应用机器人的考虑因素
了解应用的任务 了解（工业）机器人
提高生产率、安全性、产品质量和一致性 环境、无休息、高精度、人不具备的能力 失业等社会问题、缺乏应急决策、能力（灵巧。视觉等）局限、 安装费用大
技术因素、经济因素、人的因素
1.4 机器人的应用
2. 机器人的应用概况
机器人价格指数
服务机器人：
家用190万台 教育娱乐100万台 特种31600台
1.1 机器人的发展历史
中国的机器人发展现状
从20世纪80年代开始，1986年“七五”机器人攻关计划，1987年 列入“863”高技术计划 2000年，拥有量约3500台（国产200，4/10000） 2006年，增加5800台，拥有量17327台 开发生产喷漆、焊接机器人 仿人形机器人 深潜机器人
1.1 机器人的发展历史
1.1 机器人的发展历史
与机器人近似的装置
操作机 远程操作手
如何来控制？人:计算机
1.1 机器人的发展历史
4. 现代机器人的出现 1954 乔治﹒德沃尔(George C. Devol)设计了第一台可
