机器人学-机器人的概述

2002年：美国iRobot公司推出了吸 尘器机器人Roomba，是目前世界上销 量最大、最商业化的家用机器人。
2006年：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。
我国工业机器人的发展状况
1987年6月, 中国第一届国际机器人展览会在北京举办。 北京机床所、上海机器人研究所、中科院沈阳自动化所、北京 自动化所等数十家展品。
20世纪90年代初期起, 我国的国民经济进入实现两个 根本转变时期, 掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮。 我国的工业机器人又在实践中迈进了一大步, 先后研制出了点 焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装、码垛等各种用途 的工业机器人, 并实施了一批机器人应用工程, 形成了一批 机器人产业化基地, 为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。
1980年：日本定为机器人普及元年，赢得了“机器人王 国”的美称 。
1996年：本田公司推出仿人型机器人P2，使双足行走机器 人的研究达到了一个新的水平。随后许多国际著名企业争相 研制代表自己公司形象的仿人型机器人，以展示公司的科研 实力。
1999年：日本索尼公司推出机器人狗爱宝(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。
1942年，美国科学幻想小说家阿西摩夫Asimov在小说《我是机器人》 中，提出了“机器人三守则”: ➢ 机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人将受害而袖手旁观； ➢ 机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类； ➢ 机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它作 出牺牲。
机器人的定义
按坐标形式来分：按照P和R的不同组合，可以有直角坐标型、 圆柱坐标型、极坐标型、关节型和SCARA型五种机器人。
1. 直角坐标式（Cartesian coordinates）
X
Y
Z
三个移动关节，3P。 作业领域：立方体。 特点：结构简单，定位精度高，运动直观，但占地面积大，惯性大，
灵活性差。因稳定性好，适用于大负荷搬送。
2
3
4
• 机器人具 有通用性， 工作种类 多样，动 作程序灵 活易变
• 机器人具 有不同程 度的智能 性，如记 忆、感知、 推理、决 策、学习 等
• 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
机器人的发展历史（Robot History）
机器人（Robot）一词是 1920年由捷克作家Karel Capek 在他的讽刺剧《罗莎姆的万能机器人》中首先提出的。剧中 描述了一个与人类相似，但能不知疲倦工作的机器奴仆Robot。 从那时起，Robot一词就被沿用下来，中文译成机器人。
够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。 ——日本工业机器人协会（JIRA）
定义四 机器人是“一种能够进行编程并在自动控制下执行
某些操作和移动作业任务的机械装置”。 ——美国国家标准局（NBS）
机器人的定义
定义五 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，以执行种种 任务。
直角坐标机器人的工作空间示意图
美国BROWN-SHARPE 三坐标测量机
2.圆柱坐标式（Cylindrical coordinates）
r
Z θ
r (r,θ,z) Z
θ
（Versatran)
一个转动关节1R和两个移动2P关节。 作业领域：圆柱体 特点：结构简单，运动直观，占地面积小，价廉，应用广泛。
没有机器人，人将变为机器； 有了机器人，人仍然是主人。
工业机器人的分类
机器人手臂是由杆件和运动副构成的。工业机器人手臂的关节常为单自 由度主动运动副，即每一个关节均由一个驱动器驱动。 运动副由平移副P（Prismatic pair）、回转副和旋转副R（Revolute） 两种。
回转副杆件绕中心作360°以上的旋转运动,旋转副做360°以下。
我国工业机器人起步于20世纪70年代初期, 经过30多年 的发展, 大致经历了3个阶段: 70年代的萌芽期, 80年代的开 发期和90年代的适用化期。
20世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑: 人类登上 了月球, 实现了金星、 火星的软着陆。我国也发射了人造卫 星。世界范围内工业机器人的应用掀起了一个高潮,尤其在日 本发展更为迅猛, 它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景 下, 我国于1972年开始研制自己的工业机器人。
定义一 机器人是“貌似人的自动机，具有智力的和顺从于人的但
不具人格的机器” 。 ——英国简明牛津字典
定义二 机器人是“一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装
置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力 的多功能机械手”。
——美国机器人协会（RIA）
机器人的定义
定义三 工业机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行器的，能
圆柱坐标机器人的工作范围
3.极坐标式（Polar coordinates）
又称为球坐标机器人 (Unimate）
r φ
θ
(r,θ,φ） r
φ
θ
一个转动，一个俯仰，2R ，一个移动关节1P， 作业领域：球体。 特点：动作灵活，占地面积小，但结构复杂，定位精度低，运 动直观性差。
球坐标机器人的工作范围
1942年美国科幻作家Isaac Asimov在他的科幻小说 《我是机器人》中提出了“机器人三定律”。虽然这只 是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原 则。
现代机器人工业史上的几个标志性事件
1954年：美国人戴沃尔（G.C. Devol）制造出世界上第一 台可编程的机械手，并注册了专利。
社会需求是机器人发展的动力；科技进步 是机器人发展的支柱。
按用途分类
产业用Robot
农业用Robot 林业用Robot 工业用Robot
无人收割机、水果收获机 自动剪枝机、除草机 焊接、喷漆、装配、检测等
特殊环境Robot 原子炉的检修、深海打捞、防暴、宇宙探测
服务机器人 Server Robot
国内外主要的工业机器人生产厂商
➢日本的FANUC（发那科）、Yaskawa（安川）、KAWASAKI（川崎）、EPSON
（爱普生）等
➢瑞典的ABB Robotics
➢德国的KUKA Roboter
➢美国的Adept Technology、American Robot、S-T Robotics等
➢意大利COMAU（柯马）
看护Robot 急救用Robot 清扫Robot 家庭用Robot 娱乐Robot
人类共存型Robot (Evolving Together: Man & Robots ）
而我们要学习的是工业机器人（Industrial Robot：IR） 即在工业自动化生产线，无人制造车间等应用的机器人。机 器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
我国工业机器人的发展状况
我国工业机器人起步于20世纪70年代初期, 经过30多年 的发展, 大致经历了3个阶段: 70年代的萌芽期, 80年代的开 发期和90年代的适用化期。
20世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑: 人类登上 了月球, 实现了金星、 火星的软着陆。我国也发射了人造卫 星。世界范围内工业机器人的应用掀起了一个高潮,尤其在日 本发展更为迅猛, 它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景 下, 我国于1972年开始研制自己的工业机器人。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了 人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环 境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工 作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机 器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务 性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
4.关节坐标式（Articulated coordinates）
φ2 φ1
垂直多关节
θ
由立柱，大臂，小臂组成。大臂与立柱为肩关节，大臂与小臂 肘关节。 1个转动，2个俯仰，3R。作业领域：球体。 特点：工作范围大，动作灵活，能抓取靠近机身的物体，应用 广泛。
图 1.18 PUMA机器人工作范围 (a) 顶视图; (b) 侧视图
5. SCARA型（Selective Compliance Assembly Robot Arm）
Z
θ3
θ2 θ1
水平多关节
具有平行的肩关节和肘关节，且关节轴线共面。一般有4个自由度。 特点：在垂直平面内具有很好的刚度，在水平面内具有较好的柔顺性。
动作灵活，速度快，定位精度高，常用于装配 。 Adept 1型SCARA型机器人运动速度可达10m/s，比一般关节型机器人 快数倍。
机器人T3
1979年美国Unimation公司推出通 用工业机器人PUMA，这标志着工业机 器人技术已经完全成熟。
PUMA至今仍然工作在工厂第一线， 许多机器人技术的研究都以该机器人 为模型和对象。
1979年：日本山梨大学牧野洋发明了平面关节型SCARA Selective Compliance Assembly Robot Arm，中文译名:选择顺应性装配机器手 臂，在此后的装配作业中得到了广泛应用。
1967年： 日本川崎重工公司引进---Unimate 日本丰田公司引进-------Versatran
日本从此开始了对机器人的研究和制造热潮。 在20世纪60年代后期，喷漆弧焊机器人问世并逐步开始应用于工业生产。
1973年：世界上第一次机器人和 小型计算机携手合作，就诞生了 美国Cincinnati Milacron公司的 机器人T3。
平面关节机器人的工作空间
6. 并联机器人
机器人由基板、电机罩、旋转轴、主机械臂、副 机械臂、抓具中心等组成。 串联机器人就像人的一个手拿东西，而并联机器 人就相当于两个手一起端东西。 串联机器人研究得较为成熟，具有结构简单，成 本低，控制简单等优点，已成功应用于很多领域， 如各种机床，装配车间等。 并联机器人的研究与串联机器人相比起步较晚， 还有很多理论问题没有解决。但由于并联机器人 具有刚度大，承载能力强，精度高，末端件惯性 小等优点，在高速，大承载能力的场合，与串联 机器人相比具有明显优势。已有很多成功应用的 案例。比如运动模拟器，delta机器人等。
——国际标准组织（ISO） 定义六
机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备 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。
——中国
机器人的定义
国际标准化组织（ISO）定义涵盖如下内容:
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 （肢体、 感官等） 的功能
1959年：戴沃尔与美国发明家英格伯格（Engerberge）联 手制造出第一台工业机器人。成立了世界上第一家机器人制 造工厂—Unimation公司。由此英格伯格被称为“工业机器人 之父”。
1962年：美国AMF公司生产出万能搬运（Verstran）， 与Unimation公司生产的万能伙伴（Unimate）一样成为 真正商业化的工业机器人。
➢英国的AutoTech Robotics ➢以色列的Robogroup Tek公司 ➢丹麦UNIVERSAL ROBOTS（优傲机器人） ➢……
新松机器人 埃斯顿 新时达
博实
埃夫特
李群
……
绪论
机
机器人的定义及发展
器ຫໍສະໝຸດ Baidu
人
的
✔ 机器人的分类
概
述
机器人的技术参数
机器人的分类
第一代: 仅具有简单的传感器，顺序控制 第二代: 装有各种类型的传感器，80年代 第三代: 智能型机器人(如自律行走机器人)，90年代 第四代：情感型机器人，21世纪
绪论
机器人的概述
Friday, March 20, 2020
绪论
机 ✔ 机器人的定义及发展
器
人 的
工业机器人的分类
概
述
机器人的技术参数
机器人的定义
1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机 器人万能公司》中，根据Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和 Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“机器人”这个词。