哈工大机器人技术课程总结教学提纲

第一章绪论

1. 机器人学（Robotics）它包括有基础研究和应用研究两个方面，主要研究内容有：(1) 机械手设计；(2) 机器人运动学、动力学和控制；(3) 轨迹设计和路径规划；(4) 传感器(包括内部传感器和外部传感器)；(5) 机器人视觉；(6) 机器人语言；(7) 装置与系统结构；(8) 机器人智能等。

2. 机器人学三原则：（1）机器人不得伤害人（2）机器人应执行人们的命令，除非这些命令与第一原则相矛盾（3）机器人应能保护自己的生存，只要这种保护行为不与第一第二原则相矛盾。

3. 6种型式的机器人：

(1) 手动操纵器：人操纵的机械手，缺乏独立性；

(2) 固定程序机器人：缺乏通用性；

(3) 可编程机器人：非伺服控制；

(4) 示教再现机器人：通用工业机器人；

(5) 数控机器人：由计算机控制的机器人；

(6) 智能机器人：具有智能行为的自律型机器人。

4. 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；

（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。

5. 机器人主要由执行机构、驱动和传动装置、传感器和控制器四大部分构成

6. 控制方式主要有示教再现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。

7. 示教－再现即分为示教－存储－再现-操作四步进行。

8. 控制信息顺序信息：位置信息：时间信息：

9. 位置控制点位控制－PTP（Point to Point）：

连续路径控制－CP（Continuous Path）：

10. 操纵机器人可分为两种类型：能力扩大式机器人：遥控机器人：

11. 第三代智能机器人应具备以下四种机能：运动机能感知机能：

思维能力：人－机对话机能：

智能机器人是一种“认知－适应"的工作方式。

12.目前我国机器人的发展正朝着实用化、智能化和特种机器人的方向发展。

第二章机器人的总体和机械结构设计

1.机器人设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。

2. 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成。这三大部分可分

成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人—环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统。

3. 工业机器人的主要技术参数一般都应有：自由度、定位精度、重复定位精

度、工作范围、最大工作速度、承载能力等。

4. 机器人的关节符号表示 :滑动关节用P表示;旋转关节用R表示;

球型关节用S表示.

5. 需要六个自由度才能将物体放到空间任意指定位姿（即位置和姿态）。少

于六个自由度，机器人的能力将受到相应限制（自由度越少，限制越多）。

6. 机器人精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示。它是衡量一系列误差值的密集度，即重复度。定位精度取决于定位方式、运动速度、控制方式、臂部刚性、驱动方式、缓冲方式等。

7. 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫做工作区域。因为末端操作器的形状和尺寸是多种多样的，为了真实反映机器人的特征参数，所以是指不安装末端操作器时的工作区域。

8.最大工作速度通常指机器人手臂末端的最大速度。提高速度可提高工作效率，因此提高机器人的加速减速能力，保证机器人加速减速过程的平稳性是非常重要的。

9. 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质量。机器人的载荷不仅取决于负载的质量，而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见，承载能力是指高速运行时的承载能力。通常，承载能力不仅要考虑负载，而且还要考虑机器人末端操作器的质量。

10. 机器人总体设计的主要内容有：确定基本参数，选择运动方式，手臂配置形式，位置检测，驱动和控制方式等。

11. 机器人总体设计步骤分以下几个部分:

(1)系统分析需要做如下分析工作：

1)明确采用机器人的目的和任务。2)分析机器人所在系统的工作环境，包括

设备兼容性等。3)认真分析系统的工作要求，确定机器人的基本功能和方案。如机器人的自由度数、信息的存储容量、定位精度、抓取重量……

4)进行必要的调查研究，搜集国内外的有关技术资料。

(2)技术设计

1)机器人基本参数的确定。臂力、工作节拍、工作范围、运动速度及定位精度等。当机器人或机器手本身所能达到的定位精度有困难时，可采用辅助工夹具协助定位的办法，即机器人实现粗定位、工夹具实现精定位。2)机器人运动形式的选择。常见机器人的运动形式有五种：直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、关节型和SCARA型。3)拟定检测传感系统框图。选择合适的传感器，以便结构设计时考虑安装位置。4)确定控制系统总体方案，绘制框图。5)机械结构设计。确定驱动方式，选择运动部件和设计具体结构，绘制机器人总装图及主要部件零件图。

(3)仿真分析1)运动学计算。2)动力学计算。3)运动的动态仿真。

4)性能分析。 5)方案和参数修改。

12.机器人运动学中通常定义以下三种坐标系：全局参考坐标系：关节参考坐标系：工具参考坐标系：

13.机器人手也叫末端操作器，相当于人的手抓。主要作用是夹持工件或让工

具按照规定的程序完成指定的工作。

14.手部设计的主要研究方向是柔性化、标准化、智能化。

手部：工业机器人手部+类人机器人手部

手部原理：钳爪式+吸附式

吸附式：1）磁吸式利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸取铁磁性材料工件。 2）气吸式：利用橡胶皮腕或软塑料腕中所形成的负压而把工件吸住的，适用于薄铁片、板材、纸张、薄而易碎的玻璃器皿和弧形壳体零件等的抓取。气吸式手部主要分为三种：①真空式吸盘②气流负压式吸盘③挤气负压式吸盘

15. 机器人操作臂将末端工具置于其工作空间的任意点需要三个自由度。即回转、俯仰和摆动，腕部实际需要的自由度应根据机器人的工作性能来确定。在多数情况下，腕部具有两个自由度，既回转和俯仰或摇摆。

16. 腕部设计要点：结构应尽量紧凑、质量小；要适应工作环境的要求；要综合考虑各方面要求，合理布局

17. 典型的腕部结构

（1）直接驱动腕部结构：具有回转运动的腕部结构；具有回转和摆动运动的腕部结构

（2）具有机械传动的腕部结构：具有两个自由度机械传动的腕部结构；具有三个自由度机械传动的腕部结构

18. 两自由度机械传动的腕部结构：腕部的俯仰运动；

手部的回转运动

19. 三自由度机械传动的腕部结构：腕部的俯仰运动及其诱起运动；腕部的回转运动及其诱起运动；手部回转运动

20. 臂部设计