從工業(yè)機(jī)器人到仿人機(jī)器人

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1、從工業(yè)機(jī)器人到仿人機(jī)器人清華大學(xué)自動化系石宗英1報告內(nèi)容一·機(jī)器人簡介發(fā)展定義和分類涉及的學(xué)科和技術(shù)二·仿人機(jī)器人研究及系統(tǒng)開發(fā)性能設(shè)計結(jié)構(gòu)方案控制系統(tǒng)設(shè)計2機(jī)器人簡介1.機(jī)器人的發(fā)展概況“Robot”的出現(xiàn)1921，機(jī)器人(Robot)一詞最早出現(xiàn)于捷克斯洛伐克劇作家KarelCapek的劇本《Rossum’sUniversalRobots》中.劇中把捷克語“Robota”(農(nóng)奴)寫成“Robot”(機(jī)器人)1942年，著名科普讀物作家IsaacAsimov在科幻小說《流浪者》中提出了機(jī)器人學(xué)(Robotics)一詞，預(yù)測了機(jī)器人所涉及的科學(xué)領(lǐng)域和存在的問

2、題。31950年，IsaacAsimov在科幻小說《IRobot》中，不僅描寫了機(jī)器人機(jī)械方面的具體內(nèi)容，而且描述了它在智能方面的內(nèi)容，如機(jī)器人如何進(jìn)行選擇、決策等。并提出了有名的“機(jī)器人三原則”：機(jī)器人不可傷害人或眼看人將遇害而袖手旁觀。機(jī)器人必須服從人的命令，但若命令的內(nèi)容違反1時，則不受此約束。只要不違反上述兩條，機(jī)器人必須自己保衛(wèi)自己。4機(jī)器人的起源機(jī)器人起源于遙控操作器和數(shù)控機(jī)床二戰(zhàn)期間,為處理放射性材料研制出了遙控的主從式操作器(連桿機(jī)構(gòu))。1949年,由于研制新型飛機(jī)時零件加工的需要,美國空軍發(fā)起了對數(shù)控銑床的研制。1953年,MIT研制出數(shù)控銑

3、床(伺服技術(shù)與數(shù)字技術(shù)的結(jié)合)。5機(jī)器人的出現(xiàn)及發(fā)展1954,GeorgeDevol(美)提出機(jī)器人不一定要象人的樣子,但要能做人的工作。他具體描述了如何建造能控制的機(jī)械手,并申請了專利1961,GeorgeDevol研制出第一臺采用伺服控制技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人。它是一臺將遙控操作器的連桿機(jī)構(gòu)與數(shù)控技術(shù)結(jié)合起來的設(shè)備60年代，工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入成長期,機(jī)器人開始向?qū)嵱没l(fā)展,并被用于焊接和噴涂作業(yè)中1967,日本的川崎重工購買了美國的專利許可,機(jī)器人遠(yuǎn)渡重洋來到日本670年代，出現(xiàn)了更多的機(jī)器人商品，機(jī)器人進(jìn)入實用化時代。日本成為“機(jī)器人王國”1974年，Cincin

4、atiMilacron推出了第一臺計算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人T3，它可以舉起100磅重的物體，并可跟蹤在裝配線上的工件80年代，工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入普及時代,開始在汽車、電子等行業(yè)得到大量使用,推動了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1982年，研制出第一臺示教再現(xiàn)機(jī)器人90年代初,工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)與需求進(jìn)入高潮期。1991年底世界上已有53萬臺工業(yè)機(jī)器人。90年代還出現(xiàn)了具有感知、決策、動作能力的智能機(jī)器人,產(chǎn)生了智能機(jī)器或機(jī)器人化機(jī)器。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,機(jī)器人的概念和應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大72.（工業(yè)）機(jī)器人的定義機(jī)器人是機(jī)構(gòu)學(xué)、控制論、電子技術(shù)及計算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)綜合應(yīng)用的產(chǎn)物，目

5、前尚處于發(fā)展階段，關(guān)于機(jī)器人的一些概念、定義，仍處于不斷充實、演變之中。美國機(jī)器人協(xié)會(RIA)的定義機(jī)器人是“一種用于移動各種材料、零部件、工具或?qū)Ｓ醚b置的,通過程序化的動作來執(zhí)行各種任務(wù).并具有編程能力的多功能操作機(jī)”。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義“機(jī)器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機(jī)。這種操作機(jī)具有多個軸,能夠借助可編程操作來處理各種材料、零部件、工具和專用裝置,以執(zhí)行各種任務(wù)”。8日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會的定義“工業(yè)機(jī)器人是在三維空間具有類似人體上肢動作機(jī)能及結(jié)構(gòu),并能完成復(fù)雜空間動作的、多自由度的自動機(jī)械”。中國機(jī)械工業(yè)部(1986

6、)的定義“工業(yè)機(jī)器人是一種能自動定位、可重復(fù)編程的多功能、多自由度的操作機(jī)。它能搬運材料、零件或夾持工具,用以完成各種作業(yè)”。智能機(jī)器人,“能根據(jù)感覺機(jī)能和認(rèn)知機(jī)能來自行決定行動的機(jī)器人”9總括起來可以認(rèn)為，機(jī)器人是具有以下特點的機(jī)電一體自動裝置：具有高度靈活性的多功能機(jī)電裝置，可通過改編程序獲得靈活性。簡單地更換端部工具實現(xiàn)多種功能。具有移動自身、操作對象的機(jī)構(gòu)，能實現(xiàn)人手或腳的某些基本功能。具有某些類似于人的智能。有一定感知，能識別環(huán)境及操作對象。具有理解指令，適應(yīng)環(huán)境，規(guī)劃作業(yè)操作過程的能力。10機(jī)器人裝配生產(chǎn)線11噴漆機(jī)器人12焊接機(jī)器人13鉚接機(jī)器人

7、14毛刺清理機(jī)器人15碼垛機(jī)器人163.機(jī)器人分類表1.按運動機(jī)構(gòu)分類名稱特征說明直角坐標(biāo)型機(jī)器人機(jī)器人的手臂按直角坐標(biāo)形式配置，即通過三個相互垂直軸線上的移動來改變手部的空間位置圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人機(jī)器人的手臂按圓柱坐標(biāo)形式配置，即通過兩個移動和一個轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)手部空間位置的改變球坐標(biāo)型機(jī)器人機(jī)器人的手臂接球坐標(biāo)形式配置，其手臂的運動由一個直線運動和兩個轉(zhuǎn)動所組成。關(guān)節(jié)型機(jī)器人機(jī)器人的手臂按類似人的腰部及手臂形式配置，其運動由前后的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)構(gòu)成。移動機(jī)器人機(jī)座不固定的機(jī)器人，可分為輪式，履帶式和足式17剛體的自由度：確定物體在坐標(biāo)系中位姿的獨立坐標(biāo)運動數(shù)目

8、運動副：兩個構(gòu)件組成相對運動的聯(lián)接機(jī)器