机电一体化典型实例资料整理
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该机器人是全电动式、五自由度、具有连续轨迹控制等功能的多关 节型示教再现机器人，用于高噪声，高粉尘等恶环境的喷砂作业。
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该机器人的五个自由度，分别是立柱回转（L）、大臂回转（D）小 臂回转（X）、腕部俯仰（W1）和腕部转动（W2），其机构原理如图 8-3 所示，机构的传动关系如图 8-4 所示。
② 驱动系统。驱动系统的作用是向执行机构提供动力。随驱动目 标的不同，驱动系统的传动方式有液动、气动、电动和机械式四种。
③ 控制系统。控制系统是机器人的指挥中心，它控制机器人按规 定的程序运动。控制系统可记忆各种指令信息（如动作顺序，运动轨 迹，运动速度及时间等），同时按指令信息向各执行元件发出指令。必 要时还可对机器人动作进行监视，当动作有误或发生故障时百度文库发出警 报信号。
8.2 视觉传感式变量喷药系统简介 在农业方面，近年来发达国家（如美国、英国）都投入大量资金进
行现代农业技术的开发。先后开发出了精确变量播种机、精确变量施 肥机以及精确变量喷药机等。它们都是与机器人极为相似的自动化系 统，是高新技术在农业中的应用。
视觉传感变量喷药系统，是以较少药剂而有效控制杂草、提高产量、 减少成本的一种自动化药物喷撒机械。近年来，随着杂草识别的视觉 感知技术与变量喷药控制等技术的成熟，这种视觉传感式变量喷药机
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外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能
机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人 工智能系统等组成，各系统功能如下所述。
① 执行系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动 的机械部件，包括手部、腕部、臂部、机身以及行走机构。
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彩色数码像
彩色数码像机
图像识别系统
液压泵
机载计算机
液压控
速
及界面 压力设定 +
度
药滴大小压力控制器
液马达
流量控制器 PWM 信号
④ 检测传感系统。它主要检测机器人执行系统的运动位置、状态， 并随时将执行系统的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行 比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行系统以一定的精度达 到设定的位置状态。
⑤ 人工智能系统。该系统主要赋予机器人自动识别、判断和适应 性操作。 8.1.4 BJDP-1 型机器人
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械也趋于成熟。下面就以这种系统为例，对它的组成及工作原理作一 简要介绍。
（1） 系统的组成 一般地说，这种机器由图像信息获取系统、图像信息处理系统、决 策支持系统、变量喷撒系统等组成（图 8-5）。各子系统的主要功能如 下所述。 ① 图像信息获取系统。主要由彩色数码像机（如 PULNIX， TMC-7ZX 等）和高速图像数据采集卡（如 CX100，IMAGENATION，INC 等）组成。 采集卡一般置于机载计算机中。 ② 图像信息处理系统。是一种基于影像信息的提取算法，由计算 机高级语言（如 C++等）开发出的一种软件系统。它能够快速准确地提 取出影像数据中包含的人们所需的信息（如杂草密度，草叶数量，无 作物间距区域面积等）。 ③ 决策支持系统。 也是由高级语言开发出的一种软件系统。它能 够基于信息处理系统，把得到的有用信息与人们的决策要求作综合判 断，最后作出所需的决策。 ④ 变量喷撒系统。是基于视觉信息的控制器，由若干可调节喷药 流量与雾滴大小的变量喷头组成。
M5 M3
D M4
Z
X M2
W1 W2
小臂 链轮链条 腕部俯仰电机 M4
谐波减速器 R4 R5
L
腕部回转电机 M5
图 8-3 机器人的结构原理
谐波减速器 R3 大臂驱动电机 M3
立拄驱动电机 M1
谐波减速器 R2
小臂驱动电机 M2 大臂 立拄
机坐 直齿轮 谐波减速器 R1
图 8-4 机器人机构传动关系
机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型 机器人，为了让机器人完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所 需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业顺序、作业时间等）通 过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度范围内，忠实地重复再现各种 被示教的动作。第二代机器人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、 视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、听觉、视觉等信息经计 算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具 有高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通 过各类传感器获取信息，经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。
8 机电一体化系统典型实例
8.1 机器人 8.1.1 概述
机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取 动作的自动化装置。它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬 运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技术、微电子技术、检测传 感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电一 体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生 活产生巨大的影响。可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量 的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的工业基础。
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接触传 感器
思维系统 脑
非接触 传感器
工作系统
手
脚
图 8-1 机器人三要素
智 能 度
机器人
人 机能度
物理能度
信息处理机 工程机械
图 8-2 生物空间
一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统 （相当于手），移动系统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、 目）和接触传感器（相当于皮肤）（图 8-1）。如果对机器人的能力评 价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图 8-2 是 以智能度、机能度和物理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能 度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物理能度包括力、速度、 连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器 人是具有生物空间三座标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有 空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信息处理机，除物理能之
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该机器人的五个自由度，分别是立柱回转（L）、大臂回转（D）小 臂回转（X）、腕部俯仰（W1）和腕部转动（W2），其机构原理如图 8-3 所示，机构的传动关系如图 8-4 所示。
② 驱动系统。驱动系统的作用是向执行机构提供动力。随驱动目 标的不同，驱动系统的传动方式有液动、气动、电动和机械式四种。
③ 控制系统。控制系统是机器人的指挥中心，它控制机器人按规 定的程序运动。控制系统可记忆各种指令信息（如动作顺序，运动轨 迹，运动速度及时间等），同时按指令信息向各执行元件发出指令。必 要时还可对机器人动作进行监视，当动作有误或发生故障时百度文库发出警 报信号。
8.2 视觉传感式变量喷药系统简介 在农业方面，近年来发达国家（如美国、英国）都投入大量资金进
行现代农业技术的开发。先后开发出了精确变量播种机、精确变量施 肥机以及精确变量喷药机等。它们都是与机器人极为相似的自动化系 统，是高新技术在农业中的应用。
视觉传感变量喷药系统，是以较少药剂而有效控制杂草、提高产量、 减少成本的一种自动化药物喷撒机械。近年来，随着杂草识别的视觉 感知技术与变量喷药控制等技术的成熟，这种视觉传感式变量喷药机
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外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能
机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人 工智能系统等组成，各系统功能如下所述。
① 执行系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动 的机械部件，包括手部、腕部、臂部、机身以及行走机构。
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彩色数码像
彩色数码像机
图像识别系统
液压泵
机载计算机
液压控
速
及界面 压力设定 +
度
药滴大小压力控制器
液马达
流量控制器 PWM 信号
④ 检测传感系统。它主要检测机器人执行系统的运动位置、状态， 并随时将执行系统的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行 比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行系统以一定的精度达 到设定的位置状态。
⑤ 人工智能系统。该系统主要赋予机器人自动识别、判断和适应 性操作。 8.1.4 BJDP-1 型机器人
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械也趋于成熟。下面就以这种系统为例，对它的组成及工作原理作一 简要介绍。
（1） 系统的组成 一般地说，这种机器由图像信息获取系统、图像信息处理系统、决 策支持系统、变量喷撒系统等组成（图 8-5）。各子系统的主要功能如 下所述。 ① 图像信息获取系统。主要由彩色数码像机（如 PULNIX， TMC-7ZX 等）和高速图像数据采集卡（如 CX100，IMAGENATION，INC 等）组成。 采集卡一般置于机载计算机中。 ② 图像信息处理系统。是一种基于影像信息的提取算法，由计算 机高级语言（如 C++等）开发出的一种软件系统。它能够快速准确地提 取出影像数据中包含的人们所需的信息（如杂草密度，草叶数量，无 作物间距区域面积等）。 ③ 决策支持系统。 也是由高级语言开发出的一种软件系统。它能 够基于信息处理系统，把得到的有用信息与人们的决策要求作综合判 断，最后作出所需的决策。 ④ 变量喷撒系统。是基于视觉信息的控制器，由若干可调节喷药 流量与雾滴大小的变量喷头组成。
M5 M3
D M4
Z
X M2
W1 W2
小臂 链轮链条 腕部俯仰电机 M4
谐波减速器 R4 R5
L
腕部回转电机 M5
图 8-3 机器人的结构原理
谐波减速器 R3 大臂驱动电机 M3
立拄驱动电机 M1
谐波减速器 R2
小臂驱动电机 M2 大臂 立拄
机坐 直齿轮 谐波减速器 R1
图 8-4 机器人机构传动关系
机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型 机器人，为了让机器人完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所 需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业顺序、作业时间等）通 过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度范围内，忠实地重复再现各种 被示教的动作。第二代机器人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、 视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、听觉、视觉等信息经计 算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具 有高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通 过各类传感器获取信息，经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。
8 机电一体化系统典型实例
8.1 机器人 8.1.1 概述
机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取 动作的自动化装置。它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬 运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技术、微电子技术、检测传 感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电一 体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生 活产生巨大的影响。可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量 的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的工业基础。
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接触传 感器
思维系统 脑
非接触 传感器
工作系统
手
脚
图 8-1 机器人三要素
智 能 度
机器人
人 机能度
物理能度
信息处理机 工程机械
图 8-2 生物空间
一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统 （相当于手），移动系统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、 目）和接触传感器（相当于皮肤）（图 8-1）。如果对机器人的能力评 价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图 8-2 是 以智能度、机能度和物理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能 度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物理能度包括力、速度、 连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器 人是具有生物空间三座标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有 空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信息处理机，除物理能之