机器人导论绪论

本田的ASIMO、 SONY的SDR-3X都是 类人型智能机器人， 可两腿行走，但行走 时落地的一条腿总是 伸不直，另一条腿落 地时身体有点下蹲， 看上去总是小心翼翼 地，机器人动作不自 然，人们总感觉它是 异类。
目前日本京都大学研制的 机器人CHROINO在行走技术 上略胜一筹，CHROINO身高 35cm，有14个电动机驱动， 重1kg，外表由塑料制成。它 行走时，落地的一条腿膝盖绷 得很直，跨步的一条腿膝盖自 然弯曲，而且可以用一条腿站 立，表演金鸡独立。 CHROINO改正了不自然的步 行姿势，让人更感到可爱。
二、按性能指标分类（如负载能力和作 业空间）
超大型机器人、大型机器人、中型机器人、 小型机器人、超小型机器人。
三、按开发内容和目的分类
工业机器人、操纵型机器人、智能机器人。
四、按结构型式分类
关节型机器人、非关节型机器人。

按应用分类 工业机器人 Industrial Robot 极限作业机器人 娱乐机器人 服务机器人
1921年，捷克作家Karel Capek科幻小 说《罗素姆的万能劳工（Universal Robot） 》 剧中的人造劳动者取名为 Robota，捷克语的意思是“苦力”、 “奴隶”。英语的Robot一词就是由此而 来的，以后世界各国都用Robot作为机器 人的代名词。
机器人主要基于大规模生产考虑主要有以下 两个原因： 1、劳动强度 2、尽量使用机器人完成简单、重复的作业以 降低成本。 1950年，Asimov在其出版的《我，机器 人》一书中，给机器人定下了三原则： 1、不伤害人类； 2、在原则一下服从人给出的命令； 3、在与上两个原则不矛盾的前提下保护自 身

我国已在“七五”计划中把机器人列人国 家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了 全国第一个机器人研究示范工程，全面展开 了机器人基础理论与基础元器件研究。十几 年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、 弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人 及水下作业、军用和特种机器人。 目前，示教再现型机器人技术已基本成熟， 并在工厂中推广应用。我国自行生产的机器 人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车 厂投入运行。
日本工业标准局：一种机械装置，在 自动控制下，能够完成某些操作或者动作功 能。 英国：貌似人的自动机，具有智力的和 顺从于人的但不具有人格的机器。
中国：我国科学家对机器人的定义是： “机器人是一种自动化的机器，这种机器具 备一些与人或生物相似的智能能力，如感知 能力、规划能力、动作能力和协同能力，是 一种具有高度灵活性的自动化机器”。
第二节 机器人的分类
一、按发展程度分类
1、第一代机器人：示教再现机器人。
对环境没有感知能力，通过人进行遥控操作或按 人事先编好的程序对机器人进行控制，使其自动重复 完成某种操作。 主要由夹持器、手臂、驱动器、控制器组成。控 制方式较简单，用在线编程，即通过示教存贮信息。 工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机 构按指令再现示教的操作。

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。

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。 俄罗斯早在前苏联第九个五年计划（1970 年~1975年）开始时，就把发展机器人列入国家 科学技术发展纲领之中。到1975年，已研制出 30个型号的120台机器人，经过20年的努力，前 苏联的机器人在数量、质量水平上均处于世界前 列地位。
1.1.2 机器人的定义
美国机器人协会（RIA)：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的动作的专 门系统。 （Manipulator）。
“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）。
1.1.2 机器人的定义
美国家标准局（NBS）：一种能够进行编程并 在自动控制下完成某些操作和移动作业任务 或动作的机械装置。
国际标准化组织(ISO)：机器人是一种自动 的、位置可控的、具有编程能力的多功能机 械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于 可编程序操作来处理各种材料、零件、工具 和专用装置，967年由川崎重工业公司从美国 Unimation公司引进机器人及其技术，建立起 生产车间，并于1968年试制出第一台川崎的 “尤尼曼特”机器人。 按照日本产业机器人工业会常务理事米 本完二的说法：“日本机器人的发展经过了 60年代的摇篮期，70年代的实用期，到80年 代进人普及提高期。”并正式把1980年定为 “产业机器人的普及元年”，开始在各个领 域内广泛推广使用机器人。
3)自动化工作领域
搬运机器人 搬运物料的作业包括为机床上、下料，为 自动生产线转运工件。搬运 机器人和数控 机床一起组成柔性加工系统，一条柔性生 产线可配置几台至 十几台搬运机器人。 典型的搬运机器人有T3和FUNAC。 装配机器人 装配机器人用于装配作业是随着视觉系统 的发展而发展起来的。PUMA 700机器人 是一种典型的装配用关节型机器人.
美国是机器人的诞生地，比起号称“机 器人王国”的日本起步至少要早五六年。 经过30多年的发展，美国现已成为世界上 的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。 80年代中后期，随着各大厂家应用机器 人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术 性能越来越满足不了实际需要，美国开始 生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并 很快占领了美国60％的机器人市场。尽管 美国在机器人发展史上走过一条重视理论 研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但 是美国的机器人技术在国际上仍一直处于 领先地位。
类人型机器人
蛇形机器人
仿狗机器人
六足漫游机器人
六轮漫游机器人
仿鱼机器人
仿鸟机器人
军用机器人
军用机器人
空间机器人
工业用机器人
服务机器人
无人飞机
娱乐机器人
弧焊机器人
点焊机器人
喷漆机器人
铆接机器人
直角坐标机器人
军用侦察机器人
火星车机器人
排雷机器人
灭火机器人
机器狗
墙壁清洗机器人 管内移动机器人


感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块 组成，获取内部和外部环境状态中有意义的信 息。
控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序 以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执 行机构完成规定的运动和功能。


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。 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。
机器人的优缺点
一、优点
能不知疲倦、不厌其烦的持续工作，不会有心理问 题；

具有比人更高的精确度、速度，可以同时响应多个 激励；

可以在危险环境下工作，无需考虑生命保障或安全 的需要；

无需舒适的环境，如照明、空调、噪音隔离等；
其感知系统及其附属设备具有某些人类所不具有的 能力；
二、缺点

替代了工人，由此带来经济和社会问题；


缺乏应急能力；
灵活性、自适应能力还欠缺；
设备费用开销较大。
二、工业机器人的基本组成部件
三大部分六个子系统
机械部分、控制部分、传感部分

驱动系统主要指驱动机械系统的驱动装置。
机械系统又称操作机或执行机构系统，它由一 系列连杆、关节或其他形式的运动副所组成。 机械系统通常包括机座、立柱、腰关节、臂关 节、腕关节和手爪等，构成一个多自由度的机 械系统。

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。
2)特殊作于场合和极限作业
在狭小容器内进行检查修护等作业
3)自动化工作领域
焊接机器人 焊接作业包括点焊和弧焊，是使用工业机 器人最多的作业类型之一。 喷涂机器人 喷涂作业由于工作环境恶劣，特别是对人 体有害，故发达国家大量使用了喷涂机器 人。挪威生产的TRALLFA机器人是目前 世界上用得最多的喷涂机器人
工业机器人是指在工业中应用的一种能进行自动控 制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途 的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各 种作业。且这种操作机可以固定在一个地方，也可以在 往复运动的小车上。
类人机器人
水下机器人
特种机器人 自由度一般较多，具有更强的适应性和灵活性，但控 制更复杂，成本更高，刚性较差。
2、第二代机器人：感觉型机器人。 安装了简单的内、外传感器，感知其自 身的速度、位置、应力、应变等物理参数， 并通过闭环系统进行调整，通过视觉、力觉 传感器感知外部环境，具有对一些外界信息 进行反馈的能力，如力觉、触觉、视觉等。
3、第三代机器人：智能机器人。 具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思 维，判断决策，在作业环境中独立行动。 它是利用通过各种传感器、测量器等来获 取环境的信息，然后利用智能技术进行识别、 理解、推理并最后作出规划决策，能自主行 动实现预定目标的高级机器人。