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1、工業(yè)機器人課件資料1.經歷了40多年的發(fā)展，機器人技術逐步形成了一門新的綜合性學科—機器人學（Robotics）l它包括有基礎研究和應用研究兩個方面l主要研究內容有：(1)機械手設計；(2)機器人運動學、動力學和控制；(3)軌跡設計和路徑規(guī)劃；(4)傳感器(包括內部傳感器和外部傳感器)；(5)機器人視覺；(6)機器人語言；(7)裝置與系統(tǒng)結構；(8)機器人智能等。2.機器人的定義國際和國外相關組織的定義國際標準化組織（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，能夠借助可編程序操作來處理各種材料、零件、工具
2、和專用裝置，以執(zhí)行種種任務。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。美國機器人協(xié)會（RIA）的定義：機器人是一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，通過可編程序動作來執(zhí)行種種任務的，并具有編程能力的多功能機械手。日本工業(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。有關學者的定義在1967年日本召開的第一屆機器人學術會議上提出了兩個有代表性的定義。森政弘與合田周平提出的定義：“機器人是一種具有移動性、個
3、體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性等7個特征的柔性機器”。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動性、智能性、個體性、半機械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動性等10個特性來表示機器人的形象。日本早稻田大學加藤一朗（日本機器人之父）教授認為：機器人是由能工作的手，能行動的腳和有意識的頭腦組成的個體，同時具有非接觸傳感器（相當于耳、目）、接觸傳感器（相當于皮膚）、固有感及平衡感等感覺器官的能力。也有一些組織和學者針對不同形式的機器人分別給出具體的解釋和定義，而機器人則只作為一種總稱。例如，日本工業(yè)機器人協(xié)會（JIRA）列舉了6種型式的
4、機器人：(1)手動操縱器：人操縱的機械手，缺乏獨立性；(2)固定程序機器人：缺乏通用性；(3)可編程機器人：非伺服控制；(4)示教再現(xiàn)機器人：通用工業(yè)機器人；(5)數(shù)控機器人：由計算機控制的機器人；(6)智能機器人：具有智能行為的自律型機器人。3.機器人的結構簡單地說，機器人主要由執(zhí)行機構、驅動和傳動裝置、傳感器和控制器四大部分構成。l執(zhí)行機構：機器人的足、腿、手、臂、腰及關節(jié)等，它是機器人運動和完成某項任務所必不可少的組成部分。l驅動和傳動裝置：用來有效地驅動執(zhí)行機構的裝置，通常采用液壓、電動和汽動，有直接驅動和間接驅動二種方式。l傳感器：是機器人獲取環(huán)境信
5、息的工具，如視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、力覺、滑覺和接近覺傳感器等，它們的功能相當于人的眼、耳、鼻、皮膚及筋骨。l控制器：是機器人的核心，它負責對機器人的運動和各種動作控制及對環(huán)境的識別?，F(xiàn)代工業(yè)機器人的控制器都是由計算機控制系統(tǒng)組成，控制方式主要有示教再現(xiàn)、可編程控制、遙控和自主控制等多種方式。4.工業(yè)機器人幾種常用的控制方式“示教再現(xiàn)”方式：它通過“示教盒”或人“手把手”兩種方式教機械手如何動作，控制器將示教過程記憶下來，然后機器人就按照記憶周而復始地重復示教動作，如噴涂機器人?！翱删幊炭刂啤狈绞剑汗ぷ魅藛T事先根據機器人的工作任務和運動軌跡編制控制程序，然后將
6、控制程序輸入給機器人的控制器，起動控制程序，機器人就按照程序所規(guī)定的動作一步一步地去完成，如果任務變更，只要修改或重新編寫控制程序，非常靈活方便。大多數(shù)工業(yè)機器人都是按照前兩種方式工作的?！斑b控”方式：由人用有線或無線遙控器控制機器人在人難以到達或危險的場所完成某項任務。如防暴排險機器人、軍用機器人、在有核輻射和化學污染環(huán)境工作的機器人等?！白灾骺刂啤狈绞剑菏菣C器人控制中最高級、最復雜的控制方式，它要求機器人在復雜的非結構化環(huán)境中具有識別環(huán)境和自主決策能力，也就是要具有人的某些智能行為。5.丹納維特（Denavit）和哈頓貝格（Hartenberg）于1955
7、年提出了一種矩陣代數(shù)方法解決機器人的運動學問題—D-H方法，具有直觀的幾何意義能表達動力學、計算機視覺和比例變換問題其數(shù)學基礎即是齊次變換。6.在本課程我們將采用齊次坐標變換來描述機械手各關節(jié)坐標之間、各物體之間以及各物體與機械手之間的關系。7.齊次坐標與三維直角坐標的區(qū)別?V點在ΣOXYZ坐標系中表示是唯一的（x、y、z）?而在齊次坐標中表示可以是多值的。不同的表示方法代表的V點在空間位置上不變。?幾個特定意義的齊次坐標：?[0,0,0,n]T—坐標原點矢量的齊次坐標，n為任意非零比例系數(shù)?[1000]T—指向無窮遠處的OX軸?[0100]T—指向無窮遠處的
8、OY軸?[0010]T—指向無窮遠處的
