机器人技术第一章绪论机械仪表科技专区
机器人技术第一章
鬼怪式无人机
海湾战争中美国使用的无人驾驶飞机
日本在60年代末正处于经济高度发展时期， 年增长率达11％。并于1968年试制出第一 台川崎的“尤尼曼特”机器人。 正是由于日本当时劳动力显著不足，机器 人在企业里受到了“救世主”般的欢迎。 这样的环境，使日本机器人产业迅速发展 起来，经过短短的十几年，到80年代中期， 已一跃而为“机器人王国”，其机器人的 产量和安装能保护自己，与第一条相抵触者除外。
这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。 在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就提出了两个有代表性的定义。一是森政弘与合田周平提出的： “机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。 从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、 有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象。另一个是加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人：
1738年，法国天才技师杰克· 瓦克逊发明了一只机器鸭， 戴· 它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。瓦克逊的 本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。 在当时的自动玩偶中，最杰出的要数瑞士的钟表匠杰克· 道 罗斯和他的儿子利· 路易· 道罗斯。1773年，他们连续推出 了自动书写玩偶、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。
进入80年代之后，美国政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策 上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订 计划、提高投资，增加机器人的研究经费，使美国的机器人迅速发展。 80年代中后期，随着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。 美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。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。
(完整版)机器人技术习题集答案
《机器人技术》习题集答案第1章绪论一、选择题（4选1）1—2）；2—1）；3—3）；4—3）；5—2）二、判断题（Y/N）1—Y；2—Y；3—Y；4—N；5—N；6—Y；7—Y；8—Y；9—Y；10—Y三、简答题1．机器人学是关于研究、设计、制造和应用机器人的一门科学。
一般包括：机器人结构、机器人坐标系统、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制、机器感知、机器视觉、机器人语言、决策与规划等。
相比机器人技术研究的更为概括、抽象和理论一些。
2．一般将机器人分为三代。
* 第一代为示教再现型机器人。
由操作人员预先给出（示教）机器人的运动轨迹，然后机器人准确地重复再现这种轨迹。
* 第二代为感觉判断型机器人，亦称为感知融合智能机器人。
机器人带有一些可感知环境的装置，通过反馈控制，使机器人能在一定程度上适应变化的环境。
* 第三代为自主感知型机器人，亦称为自主感知思维智能机器人。
机器人具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑推理、判断及决策，可在作业环境中独立行动；具有发现问题且能自主地解决问题的能力。
3．直角坐标机器人圆柱坐标机器人极坐标机器人多关节型机器人串联关节机器人垂直关节机器人水平关节机器人并联关节机器人串并联关节机器人4．优点：结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，工作空间最大，能与其他机器人协调工作，避障性好缺点：位置精度较低，有平衡问题，控制存在耦合，设计与控制比较复杂5．优点：刚性好，结构稳定，承载能力高，运动精度高缺点：活动空间小。
6．气动机器人液压机器人电动机器人新型驱动方式机器人（如静电驱动器、压电驱动器、形状记忆合金驱动器、人工肌肉及光驱动器等）7．内部传感器是用来检测机器人自身状态（内部信息）的机器人传感器，如检测关节位置、速度的光轴编码器等。
是机器人自身运动与正常工作所必需的；外部传感器是用来感知外部世界、检测作业对象与作业环境状态（外部信息）的机器人传感器。
如视觉、听觉、触觉等。
是适应特定环境，完成特定任务所必需的。
一机器人技术绪论精品PPT课件
1. 1 机器人学的发展 1．2 机器人的特点、结构与分类 1．3 机器人学与人工智能
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“机器人三原则”，阿西莫夫，科幻作家
1 机器人不应伤害人类； 2 机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令 除外； 3 机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。
• 适应性adaptivity---主要指其对工作环境变化的 适应能力 需具有（1）传感与测量环境变化的能力 （2）分析任务和执行操作规划的能力 （3）自动执行指令能力
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1.2机器人的特点、结构与分类
1.2.2机器人系统的结构 机器人系统由机械部分、环境测量、任务规
划、控制器等四部分组成，结构如图1.1。
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1.2机器人的特点、结构与分类
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1.2机器人的特点、 结构与分类
1.2.3机器人的自由度
1）刚体的自由度 任何空间刚体具有6个
自由度，即可任意运动。
2）机器人的自由度 机器人靠末端执行器工
作，末端执行器具有6个 自由度即可保证其灵活运 动。
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一般来讲，由之前我们所讲的刚体的自由度 来看，6自由度的机械臂已经足够确定末端物 体的位姿，那为什么有些机器人自由度大于6 呢？是不是多余呢？
• 1999年，日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，当即销 售一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途 径之一
• 2006年 6月，微软公司推出Microsoft Robotics Studio，机器 人模块化、平台统一化的趋势越来越明显，比尔·盖茨预言 ，家用机器人很快将席卷全球
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第一代 第二代 第三代
第一个可编程机 器人，1954
机器人技术课件 第1讲 绪论
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
机器人工程专业导论 第一章 绪论
1.1本书目的与意义
1．帮助机器人工程专业的学生了解所学专业 刚刚进入大学校园的学生迫切地想要知道自己所学的专业是做什么的、需要学 些什么。这些问题看似肤浅，却影响着新生对本专业的兴趣。 通过本书的学习，不但可以帮助学生了解自己所学的专业，还能给学生留下深 刻的印象。当学生对专业性质有了足够的了解后，会更加明确自己的学习目标， 学习动力和积极性会更加充足。
1.2 机器人工程专业发展历史与 现状
近几年，机器人或机器人工程本科专业是国外大学（主要是美国）建设的 新专业，特点是依托不同的学科，发挥各自学科特点和优势并强化在机器 人工程专门领域的学科地位。
美国WPI依托计算机（Computer Science，CS）、电子与计算机工程（Electronic and Computer Engineering，ECE）、机械工程（Mechanical Engineering，ME） 等多学科，
1.2.2国内专业发展历史与现状
根据教育部有关公告，2014年以前全国有9所职业院校招收机器人工 程专业学生，120多所职业院校开设了与机器人相关的专业方向。
2015年，东南大学依托原自动化专业在机器人控制工程领域的学科优 势，并适应近年来机器人工程人才培养的特殊需求，向教育部申请备 案了机器人工程本科专业（Robotics Engineering）并获得批准，自此 机器人工程成为教育部备案专业，专业代码为080803T，为工学自动 化类，授予工学学士学位，修业年限为4年。
《工业机器人技术基础》课程教学大纲
《工业机器人技术基础》课程教学大纲一、课程地位与作用工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。
这一技术在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用。
工业机器人在提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进制造业的柔性化、增强企业和国家的竞争力等诸方面具有举足轻重的地位。
本课程是以工业机器人概述、基本组成及技术参数、本体与控制器连接、末端操作器、工业机器人的环境感觉技术、编程语言介绍、工业机器人系统集成项目流程等为研究对象的一门专业基础课。
二、教学目标学生通过对本课程的学习，熟知工业机器人使用及搬运安全事项；了解工业机器人常见国际品牌与国内品牌；掌握工业机器人的三大组成部分和六个子系统；工业机器人的主要技术参数和常用软件，工业机器人末端操作器种类与应用等，让学生对工业机器人的定义、发展历史及前景、运用领域、基本组成、主要技术参数有一个初步的认识，为后面的专业核心课程打下理论基础，培养学生的学习兴趣，建立长期的学习计划。
同时树立示教器、专用设备、教具使用的安全意识及保养意识，使学生初步具备分析和解决基础技术问题的能力。
三、课程教学内容与方法设计第一章绪论【教学目标】1.掌握工业机器人行业典型应用、市场前景；2.熟知工业机器人品牌认识及行业应用前景；3.熟知使用机器人安全注意事项以及机器人的分类。
【重点难点】1.工业机器人的应用环境；2.工业机器人的使用安全；【教学内容】1.机器人的分类；2.工业机器人的应用环境，工业机器人的历史发展；3.工业机器人家族介绍；4.工业机器人应用安全注意事项。
【教学方法与设计】1.本章主要采用哪些教学方法？通过实际工程案例的讲解来引导知识点的学习和应用。
通过讲授和多媒体教学的方式,并结合板书进行教学，在讲解过程中注重与学生互动。
2.如何组织教学？运用哪些教学手段？在课堂中针对重难点内容不仅要通过多媒体展示，还要进行关键词组的板书。
机器人技术基础复习要点
机器人技术基础复习要点第一章：绪论1.机器人分类：按开发内容与应用分为工业机器人，操纵型机器人，智能机器人；按发展程度分为第一代，第二代和第三代机器人；按性能指标分为超大型，大型。
中型。
小型和超小型机器人；按结构形式分为直角坐标型机器人，圆柱坐标型机器人，球坐标型机器人和关节坐标型机器人；按控制方式分为点位控制和连续轨迹控制；按驱动方式分为气力驱动式，液力驱动式和电力驱动式。
按机座可动分类分为固定式和移动式。
2.机器人的组成：驱动系统，机械系统，感知系统，控制系统，机器人-环境交互系统，人机交互系统。
3.机器人的技术参数：自由度：是指机器人所具有的独立坐标轴的数目；精度：主要依存于机械误差，控制算法误差与分辨率系统误差；重复定位精度；是关于精度的统计数据；工作范围：指的是机器人手臂末端或手腕中心所能达到的所有店的集合；最大工作速度：不同厂家定义不同，通常在技术参数中加以说明；承载能力：指的是机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。
第二章：机器人本体结构1.机器人本体基本结构：传动部件，机身及行走机构，臂部，腕部，手部。
2.机器人本体材料的选择：强度高，弹性模量大，质量轻，阻尼大，经济性好。
3.机身设计要注意的问题：刚度和强度大；动灵活，导套不宜过短，避免卡死；驱动方式适宜；结构布置合理。
4.臂部的基本形式：机器人的手臂由大臂，小臂所组成，手臂的驱动方式主要有液压驱动，气动驱动和电动驱动几种形式，其中电动驱动最为通用；臂部的典型机构有臂部伸缩机构，手臂俯仰运动机构，手臂回转与升降机构。
5.臂部设计需要的注意的问题：足够的承载能力；刚度高；导向性能好，运动迅速，灵活，平稳，定位精度高；重量轻，转动惯性小；合理设计与腕部和机身的连接部位。
6.机器人的平稳性和臂杆平衡方法：机身和臂部的运动较多，质量较大，如果运动速度和负载游较大，当运动状态变化时，将产生冲击和振动。
这将仅影响机器人的精确定位，甚至会使其不能正常运转。
机器人技术-第1章绪论
体，同时具有非接触传感器（相当于耳、目）、接触传感器（
20相24年当6月于8日皮肤）、固有感及平衡感等感觉器官的能力。
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▪ 综合诸家的解释，概括各种机器人的性能，我们认为 可以按以下特征来描述机器人：
1. 机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某 些器官 ( 如 肢体、感官等 ) 的功能；
2. 机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵 活易变，是柔性加工主要组成部分；
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1967年， Unimation公司第一台喷涂用机器人出口到日 本川崎重工业公司。
1968年，第一台智能机器人Shakey在斯坦福研究所诞生。 1972年，IBM公司开发出直角坐标机器人。 1973年，Cincinnati Milacron公司推出T3型机器人。 1978年，第一台PUMA机器人在Unimation公司诞生。 1982年，Westinghouse公司兼并Unimation公司，随后又 卖给了瑞士的Staubli公司。 1990年，Cincinnati Milacron公司被瑞士ABB公司兼并。
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• 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器 玩偶，并在大阪的道顿堀演出。
• 1738年，法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器 鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。
• 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。
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在此期间，日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行 研制工业机器人。60～70年代是机器技术获得巨大发展的阶 段。 80年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，如 焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、水 下、排险、核工业等，机器人的感知技术得到相应的发展， 产生第二代机器人。
《机器人技术基础》课程大纲
《机器人技术基础》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：机器人技术基础英文名称：Robotic Technology Foundation二、课程编码及性质课程编码：0801051课程性质：选修课三、学时与学分总学时：32学分：2.0四、先修课程机械原理、机械设计、材料加工工程、工业控制五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供机械科学与工程专业和机电一体化专业学生选修。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是本专业的核心选修课程之一，其教学目的主要包括：1. 系统全面掌握机器人技术专业知识，具备应用这些知识分析、解决机器人应用中的系统集成及其自动化控制等复杂问题的能力；2. 掌握机器人概况、机器人学的数学基础、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制原则与方法、机器人在材料成型加工中的应用以及人工智能，具备针对不同需求设计机器人集成制造/加工系统的能力；3. 理解不同机器人系统架构的特点与共性问题，掌握机器人路径规划与离线仿真分析方法，具备机器人集成系统的性能分析与评价能力；4. 了解机器人技术的发展前沿，掌握其在机械制造、材料成型、医疗、电子、航空航天与资源开发等行业的发展特点与动向，具备研发机器人制造/加工的基础与能力。
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）机器人应用范围非常广泛，其形式与结构等也多种多样，本课程以介绍机器人系统结构、设计与控制为主体，以讲述机器人集成制造/加工系统为重点；2）在全面了解与掌握机器人系统种类及结构特点的基础上，重点学习机器人系统设计与控制技术、机器人路径规划、离线仿真以及集成系统设计与实现；3）课程将重点或详细介绍机器人在机械制造、材料加工工程、先进制造中的典型应用，而对较普遍应用的系统仅作简要介绍或自学。
4）重点学习的章节内容包括：第3章“机器人运动学与动力学”（4学时）、第4章“机器人的驱动与控制”（4学时）、第5章“机器人轨迹规划及离线仿真”（4学时）第6章“工业机器人应用”（8学时）第7章“机器人系统集成技术”（4学时）。
机器人第1章 绪论
– 控制器：是机器人的核心，它负责对机器人的运 动和各种动作控制及对环境的识别。示教再现、 可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。
1.4 机器人应用
UNIMATE公司:PUMA/560
▼ PUMA/560六自由度机 器人结构
▲ PUMA/560机器人
日本三菱公司MOVEMASTER-EX 五自由度机器人
• 空间机器人
美国航空航天局（NASA）研究的月球车在月球表面
NASA “索杰纳”火星车
1997 年 7 月 4 日 17 时 07 分，美国航空航天局（ NASA ）发 射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星（ Mars ）表面 着陆，“索杰纳”火星车在火星上成功地工作了 250天。 2003 年 6 月先后升空的美国“勇气”（ Spirit ）号和“机 遇”（Opportunity）号火星车经过1.2亿公里和半年多的 长途飞行，分别于 2004 年 1 月 3 日和 24 日先后登陆火星， 向地球传来大量清晰的火星图片。
机器人定义
1. 机器人的动作机构具有类似于人或其他生物 体某些器官 ( 如 肢体、感官等 ) 的功能； 2. 机器人具有通用性，工作种类多样，动作程 序灵活易变，是柔性加工主要组成部分； 3. 机器人具有不同程度的智能，如记忆、感知 、推理、决策、学习等； 4. 机器人具有独立性，完整的机器人系统，在 工作中可以不依赖于人的干预。
现代机器人的发展历史(1)
二战期间（1938-1945）: “遥控操纵器”（Teleoperator）;放射 性材料生产和处理.1947年，改进，采用 电动伺服，从动部分跟随主动部分运动， 称为"主从机械手"（Master-Slave Manipulator）。 1949-1953: 美国麻省理工学院-数控铣床 1954年:美国人George C. Devol-“可 编程”“示教再现”机器人
工业机器人技术及应用(教案设计)1-绪论
第一章绪论1.1 什么是工业机器人1.2 为何发展工业机器人1.3 工业机器人发展概况1.3.1 工业机器人的诞生1.3.2 工业机器人的发展1.4 工业机器人的分类及应用1.4.1 工业机器人的分类1.4.2 工业机器人的应用学习目标*掌握工业机器人的定义*了解工业机器人的发展事由和历程*熟悉工业机器人的常见分类及其行业应用导入案例富士康“百万机器人”上岗折射中国制造业升级2011 年，富士康 CEO 郭台铭表示,希望到 2012 年底装配 30 万台机器人，到2014 年装配 100 万台，要在 5 到 10 年数年内通过自动化消除简单重复性的工序。
机器人的投产使用，可将目前的人力资源转移到具备更高附加值的岗位上，这也符合将我国“人口红利”转为“人才红利”的大目标。
这一工业机器人的井喷潮涌，何时会蔓延到“中国制造”的每一个工厂、每一条生产线、每一个工序、每一个工位上，将为“中国制造”的转型提“智”做出何等贡献？我们对此充满期待。
课堂认知1.1 什么是工业机器人机器人涉及到人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。
美国:一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能操作机。
日本: 一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。
中国: 一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或者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。
ISO一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具来完成各种作业。
广义地说：工业机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器。
它具有四个基本特征：①特定的机械机构②通用性③不同程度的智能④独立性1.2 为何发展机器人让机器人替人类干那些人不愿干、干不了、干不好的工作。
ABB 给出十大投资机器人的理由：第一，降低运营成本；第二，提升产品质量与一致性；第三，改善员工的工作环境；第四，扩大产能；第五，增强生产的柔性；第六，减少原料浪费，提高成品率；第七，满足安全法规，改善生产安全条件；第八，减少人员流动，缓解招聘技术工人的压力；第九，降低投资成本，提高生产效率；最后一点，节约宝贵的生产空间。