机器人技术基础 第1章 绪论PPT课件

☞ 主要产品：
✓ 加工类：焊接、切割、抛光、研磨等粗加工。
目的：保障人身安全与健康，不是、也不能用于精密加 工（与CNC机床不同）！
✓ 装配类：喷涂、油漆、电子元件插接（3C行业）等；
目的：保障人身健康、代替重复劳动、提高生产效率。
✓ 搬运类：物品输送、装卸等；
目的：提高自动化程度、避免繁重作业。
工业机器人技术
第一章 工业机器人基本概念
一、机器人的一般概念
1. 机器人的产生
❖ 机器人 ✓ 凡是用来代替人的机器，都属于机器人的范畴。 ✓ 机器人不一定类人。
☞ 概念辨析：机器、机床
只是工具，不能代替人。 ❖ 名词的由来
☞ Robot = Robota（捷克语） = 奴隶、苦力。
提出：1921，捷克作家Karel Čapek（卡雷尔·恰佩克）
☞ Robotics = 机器人学（学科名）。
提出：1942，美国科幻小说家Isaac Asimov（艾 萨克·阿西莫夫） 。
机器人（研发）三原则要点：
不得伤害人类 ； 执行人的命令 ； 能够自我保护。
❖ 最早的产品 Unimate（美国，1959年）。
☞ 性质：工业机器人（用于工业生产环境的机器人）。
☞ 主要产品：
✓ 个人/家庭机器人（Personal/Domestic Robots）：洗 碗、扫地、麻将机等。 ✓ 军事机器人（Military Robots） : 无人驾驶飞行器 （无人机）、机器人武装战车、多功能后勤保障机器人、 机器人战士等。 ✓ 医疗机器人 （medical treatment Robots ）：诊断、手 术或手术辅助、康复机器人等 。 ✓ 场地机器人（Field Robots）：用于科学研究和公共事 业服务的、可进行大范围作业的机器人。如太空探测、 水下作业、危险作业、消防救援、园林作业等。

机器人》中定义了“机器人” 1961－ 第一个美国机器人专利
George C. Devol, No. 2,998,237 第一个机器人产品
Joe Engelberger, Unimation (Universal Automation) 第一个机器人应用：铸造
1962－ 机器人首次商业化
Unimation, Inc. 成立
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举例－保安机器人
美国研制的MDARS-E 型室外保安机器人
MPR-800多用途机器人，可 用于扫雷、灭火、核生化污 染清除等多项危险工作。
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举例－侦察机器人
美国研制的“徘徊者”侦察机器 人由M113装甲运输车改装而成
美国国防高级研究计划 局正在研制的只有2.54 厘米大小昆虫机器人
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举例－视觉机器人
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机器人的现在
传感器：
1970－ 通用成为第一个使用机器视觉的公司
/~hp m/book98/fig.ch2/p027.html
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机器人的过去
Hans Moravec
1973－1979 Stanford小车装配立体视觉，能
够从不同角度成像 计算机能够测量出路径上障碍物
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机器人的过去
端茶玩偶
十八世纪末制造 出了端茶玩偶。它是 木质的，发条和弹簧 则是用鲸鱼须制成的 。它双手捧着茶盘， 如果把茶杯放在茶盘 上，它便会向前走， 把茶端给客人，客人 取茶杯时，它会自动 停止行走，客人喝完 茶把放回茶盘上时， 它就又转回原来的地 方。
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机器人的过去
1920－ 捷克作家卡雷尔·卡佩克在科幻剧本《罗萨姆的万能
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举例－类人机器人
人型机器人各种动作演示； 那波利大学和德国 航天局共同研制的 贾斯丁

❖ 欧盟：
☞ 著名企业：
✓ 工业机器人：ABB（瑞典&瑞士） 、KUKA（库卡， 德）、REIS（徕斯，KUKA成员） 。
✓ 服务机器人：德国宇航中心、Karcher、Fraunhofer
Institute for Manufacturing Engineering and Automatic （弗劳恩霍夫制造技术自动化研究所）等。 ❖ 中国： ✓ 工业机器人：全球最大的市场。
✓ 著名产品：涂装机器人（全球第一台喷涂机器人）、 码垛机器人（速度最快）。
➢ KUKA（Keller und Knappich Augsburg ，库卡 ） ✓ 主营城市照明、市政车辆； ✓ 1973年起从事工业机器人生产，德国最大的工业机器 人生产商； ✓ 2014收购德国REIS（徕斯）；2017被美的收购。
✓ 1968年研发日本第一台工业机器人，产品以焊接机器 人最为著名。
➢ 其他：NACHI（不二越）、 DAIHEN（ OTC集团成 员，欧希地） ：著名的焊接机器人生产厂家。
❖ 欧洲 ➢ ABB（Asea Brown Boveri ） ✓ 瑞典ASEA（阿西亚）+ 瑞士Brown.Boveri （布朗勃法 瑞，BBC） ，全球著名自动化公司（排名第2）； ✓ 主营电力设备（ 世界首条100KV直流输电线路、世界 最大容量的7200MW/800kV特高压直流输电线路四川— —江苏 ）、电气传动、低压电气； ✓ 1969年起从事工业机器人研发（欧洲最早），产量目 前居全球第三。
工业机器人技术
第一章 工业机器人基本概念
一、机器人的一般概念
1. 机器人的产生
❖ 机器人 ✓ 凡是用来代替人的机器，都属于机器人的范畴。 ✓ 机器人不一定类人。

传感器 • 具有用于平衡和定位的传感器
机器人技术公共选修课
2 机器人概念
牛津字典
貌似人的自动机，具有智力和顺从 于人但不具有人格的机器 到目前为止，还没有与人类相似的机器人
年）并实现（46 年）
3． Wiener 发表《控制论》
4． Shannon 提出《信息论》
1950 1951
Asimov, I, Robot 手冢治虫，《铁臂阿童木》
科幻活跃
1954
Dovel 申请机器人专利
1959
东京大学机械手指
1961
MIT 的机械手
1962
AMF 的 VERSATRAN
UNIMATION 公司的
主从操作机的出现为 机器人的产生在机械上 作了准备。
50年代初由MIT发展 的数控技术，这为机器 人的出现准备了控制方 面的基础。
机器人技术公共选修课
1 机器人的由来与历史
1954年代美国的G.C.Devol提出了“通用重复操作机器 人”方案，并申请了专利，其特点：采用伺服技术控制
机器人关节，借助人手对机器人进行示教，机器人能记录相关 的动作过程并能自动重复这一过程——示教再现，在此基础上， 与Engerlberge合作，创建了Unimation公司；
中国开始改革开放
1995
中国研制成功 6000 米无绳自治
90 年代初苏联解体
水下机器人
1996
首届世界杯机器人足球赛
智能机器人进入高潮
1997
首钢莫托曼机器人有限公司成
中国产业界应用机器人增多
立
1997
行走机器人机登陆器火人星 技术公共选修课
2 机器人概念
Asimov提出的机器人三原则

机器人学是工程与科学的跨学科分支，包括机械工程、电 子工程、信息工程、计算机科学等。机器人学涉及机器人 的设计、构造、操作和使用，以及控制、感觉反馈和信息 处理的计算机系统。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
These technologies are used to develop machines that can substitute for humans and replicate human actions. Robots can be used in many situations and for lots of purposes, but today many are used in dangerous environments (including bomb detection and deactivation), manufacturing processes, or where humans cannot survive (e.g. in space). Robots can take on any form but some are made to resemble humans in appearance. This is said to help in the acceptance of a robot in certain replicative behaviors usually performed by people. Such robots attempt to replicate walking, lifting, speech, cognition, and basically anything a human can do. Many of today’s robots are inspired by nature, contributing to the field of bio-inspired robotics.

服务机器人应用与发展趋势
总结词
服务机器人在餐饮、酒店、医疗等领域的应用日益增多，提高服务质量、降低人力成本，未来发展趋 势为多样化、智能化、人性化。
详细描述
服务机器人主要应用于餐饮、酒店、医疗等领域，能够提供送餐、接待、导诊等服务。随着技术的不 断进步，服务机器人的应用场景也将不断拓展。未来，服务机器人将朝着更多样化、智能化和人性化 的方向发展，能够更好地满足人们的需求，提高服务质量和效率。
机器人实时控制系统的实现方法
针对不同类型机器人的实时控制策略：轮式、足式、机 械臂等
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机器人应用与发展趋势
工业机器人应用与发展趋势
总结词
工业机器人在制造业中的应用广泛，可提高生产效率、降低人工成本，未来发展趋势为智能化、柔性化、协同化。
详细描述
工业机器人主要应用于生产线自动化、物料搬运、仓储管理等场景。在汽车制造、机械加工、电子产品制造等行 业中，工业机器人的应用尤为突出。未来，随着技术的不断进步，工业机器人将朝着更智能化、柔性化和协同化 的方向发展，能够适应更多复杂生产环境和生产需求。
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机器人感知与感知技术
机器人感知概述
感知
机器人通过传感器获取环境信 息，并对信息进行处理以实现
决策和控制。
感知系统
由多种传感器组成，如视觉、听觉、 触觉等，实现对外界环境的感知。
感知技术发展
随着技术的不断发展，感知系统越 来越复杂，对机器人的控制精度和 适应能力的要求也越来越高。
机器视觉
定义 机器视觉是通过图像传感器获取环境图像，并对图像进行处理 以实现决策和控制的技术。
航空航天
在航空航天领域，机器人可以 执行危险或者高精度任务，提 高工作效率和安全性。

Unimation公司PUMA560机器人
机器人的定义
国际标准化组织（ISO）采纳了美国机器人协会给“机 器人”下的定义：“一种可以反复编程和多功能的，用来搬 运材料、零件、工具的操作机；或者为了执行不同的任务而 具有可改变的和可编程动作的专门系统”。 A reprogrammable and multifunctional manipulator， devised for the transport of materials，parts，tools or specialized systems；with varied and programmed movements，with the aim of carrying out varied tasks. *机器人外表不一定像人，或者根本不象人。像人的机器 人是仿生类人机器人。制造机器人的目的是为了让机器人能 具有人的劳动机能，来代替人的工作，减轻人的劳动负担。
第一章 绪论
民用机器人
工业机器人
农业机器人 服务机器人 仿人机器人 汽车装配机器人
第 二 节 机 器 人 的 应 用
第一章 绪论
民用机器人
工业机器人
农业机器人 服务机器人 仿人机器人
农业机器人指的是应用 于农业生产的机器人的 总称 。
第 二 节 机 器 人 的 应 用
第一章 绪论
民用机器人
工业机器人
古希腊的长篇叙事诗《伊利亚特》中的冶炼之神 用黄金制造出的侍女，希腊神话《阿鲁歌探险船》 中的青铜巨人泰洛斯，我国西周时流传巧匠偃师 制作的歌舞机器人，以及许多科幻小说中都有机 器人的身影。
第 一 节 机 器 人 概 述
第一章 绪论
机器人的产生与发展
想象 工业应用 商业应用 个人应用

2021/3/7
CHENLI
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英国1967年英国 Hall Automation公司研制出自己 的机器人RAMP .从70年代末开始，英国政府转而采取 支持态度，推行并实施了一系列支持机器人发展的政策 和措施.
法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在 机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。
2021/3/7
CHENLI
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“机器人”所具有的二个共同点：
1) 是一种自动机械装置，可以在无人参与 下，自动完成多种操作或动作功能，即 具有通用性。
2) 可以再编程，程序流程可变，即具有柔 性(适应性）。
2021/3/7
CHENLI
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1.1.3 机器人的主要特点
1．通用性 机器人的通用性取决于它的 几何特性和机械能力。即指执行不同功能 完成同一任务的能力和完成多样不同简单 任务的能力。或者说在机械结构上允许机 器人执行不同的任务或以不同的方式完成 同一任务。
2021/3/7
CHENLI
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其技术全面、先进，适应性也很强。具 体表现在： （1）性能可靠，功能全面，精确度高； （2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、 应用广，水平高居世界之首； （3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工 智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用； （4）高智能、高难度的军用机器人、太空机 器人等发展迅速，主要用于扫雷、布雷、侦 察、站岗及太空探测方面。
2021/3/7
CHENLI
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德国工业机器人的总数占世界第三位，仅次 于日本和美国。始终坚持技术应用和社会需求相 结合的原则。德国看到了机器人等先进自动化技 术对工业生产的作用，提出了1985年以后要向高 级的、带感觉的智能型机器人转移的目标。经过 近十年的努力，其智能机器人的研究和应用方面 在世界上处于公认的领先地位。

1773年，著名的瑞士钟表匠杰克·道罗斯和他的儿子利·路易·道罗斯 制造出自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，他们创造的自动玩偶是利 用齿轮和发条原理而制成的，它们有的拿着画笔和颜色绘画，有的 拿着鹅毛蘸墨水写字，结构巧妙，服装华丽，在欧洲风靡一时。
1927年，美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报 箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出，它是一个电动机器人， 装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。
春秋后期，据《墨经》记载，鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行 “三日不下” 。
公元前2世纪，古希腊人发明了最原始的机器人──太罗斯，它是以水、 空气和蒸汽压力为动力的会动的青铜雕像，它可以自己开门，还可以 借助蒸汽唱歌。
1800年前的汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计 里鼓车，计里鼓车每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。
(6) 机器人语言；
(7) 装置与系统结构；
(8) 机器人智能等。
网络化控制与智能仪器仪表教育部
26.09.2020
重点实验室
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1.3 机器人的定义和分类
（Definition and Classifying for Robots）
网络化控制与智能仪器仪表教育部
26.09.2020
重点实验室
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1.2 机器人的发展历史
( The Developing History of Robots )
古代“机器人”——现代机器人的雏形
人类对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史
西周时期，我国的能工巧匠偃师研制出的歌舞艺人，是我国最早记载 的机器人。
网络化控制与智能仪器仪表教育部
26.09.2020
重点实验室

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运动控制模块
③操作机
①示教器 S6 串
S0 口 S5
S6
通 信
S1
模
S3
S4
块
主控制模块
驱动模 块 示教器的数据流关系
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2.2 工业机器人的主要技术参数
机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等 情况，是设计、应用机器人必须考虑的问题。
机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、 工 作载荷等。
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2.2.3 承载能力
承载能力是指机器人在工作范围内 的任何位姿上所能承受的最大重量，通 常可以用质量、力矩或惯性矩来表示。
• 承载能力不仅取决于负载的质量，而 且与机器人运行的速度和加速度的大 小和方向有关。
• 一般低速运行时，承载能力强。为安 全考虑，将承载能力这个指标确定为 高速运行时的承载能力。通常，承载 能力不仅指负载质量，还包括机器人 末端操作器的质量。
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5. 用户坐标系 用户坐标系是用户根据工作的需要，自行定义的坐标系，用户可根据需要
定义多个坐 标系，如图 4-19所示。用户自定义可以方便的量测工作区间中各 点的位置并加以任务安 排，且更符合人的直观。在用户坐标系下，机器人末
端轨迹沿用户自己定义的坐标轴方 向运动，其运动方式见表 4-5。
图4-19 用户坐标系及各轴的运动
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主运动轴 腕运动轴
表4-5 用户坐标系下机器人的运动方式
轴
运动方式
六轴联动
沿 用户定义的X 轴方向运动 沿用户定义的Y 轴方向运动
沿用户定义的Z 轴方向运动
末端点位置不变， 机器人分别绕 X 、Y、Z 轴转动