《機器人技術》1機器人簡介《機器人技術》機器人技術一、機器人簡介二、機器人硬件系統三、機器人相關技術四、機器人坐標系統五、示教再現式編程六、案例實現《機器人技術》機器人技術1.1機器人的定義美國機器人協會（RIA）的機器人定義：“機器人是用以搬運材料、零件、工具的可編程序的多功能操作器或是通過可改變程序動作來完成各種作業的特殊機械裝置。”日本工業機器人協會（JIRA）的定義：“工業機器人是一種裝備有記憶裝置和末端執行器（endeffector）的，能夠轉動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器。”

1、機器人簡介《機器人技術》1.1機器人的定義美國國家標準局（NBS）的定義：“機器人是一種能夠進行編程并在自動控制下執行某些操作和移動作業任務的機械裝置”。國際標準化組織(ISO)的定義：“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執行種種任務。”1、機器人簡介《機器人技術》1.1機器人的定義1、機器人簡介

在我國1989年的國標草案中，工業機器人被定義為：一種自動定位控制，可重復編程的多功能的，多自由度的操作機。操作機被定義為：具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓取物體或進行其他操作的機械裝置。《機器人技術》1）機器人的動作機構具有類似與人或其它生物的某些器官的功能。2）是一種自動機械裝置，可以在無人參與下（獨立性），自動完成多種操作或動作功能，即具有通用性。可以再編程，程序流程可變，即具有柔性(適應性）。3）具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學習。

一般認為機器人應具有的共同點為：1、機器人簡介《機器人技術》金手指考試網/2016年金手指駕駛員考試科目一科目四

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科目一科目四仿真考試題C1Grammar1.2機器人的發展歷史1920年，捷克作家卡雷爾·卡佩克發表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》。卡佩克在劇本中把捷克語“Robota”寫成了“Robot”，引起了大家的廣泛關注，被當成了機器人一詞的起源。1950年，美國作家埃薩克·阿西莫夫在他的科幻小說《I，Robot》中首次使用了“Robotics”，即“機器人學”。1、機器人簡介《機器人技術》阿西莫夫提出了“機器人三原則”：1機器人不應傷害人類,且在人類受到傷害時不可袖手旁觀；2機器人應遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；3機器人應能保護自己，與第一條相抵觸者除外。

機器人學術界一直將這三原則作為機器人開發的準則，阿西莫夫因此被稱為“機器人學之父”。1.2機器人的發展歷史1、機器人簡介《機器人技術》《機器人技術》

1954年美國George．Devol最早提出了工業機器人的思想，發明了一種可編程序的關節型搬運裝置，該裝置的要點是借助于伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行示教，機器人能實現動作的記錄和再現，這就是所謂的示教再現機器人。在此基礎上，1958年美國的CONSOLIDATEEL公司制造了第一臺工業機器人。1、機器人簡介1.2機器人的發展歷史

1961年，Unimation公司（通用機械公司）成立，生產和銷售了第一臺工業機器“Unimate”，即萬能自動之意。

1962年，A.M.F.（機械與鑄造）公司，研制出一臺數控自動通用機，取名“Versatran”，即多用途搬運之意，并以“IndustrialRobot”為商品廣告投入市場。計算機控制的機器人，19741978年，第一臺PUMA機器人在Unimation公司誕生。

日本、西歐各國、前蘇聯也相斷引進或自行研制工業機器人。60～70年代是機器技術獲得巨大發展的階段。1、機器人簡介1.2機器人的發展歷史《機器人技術》《機器人技術》

1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN型”和“UNIMATION”公司推出的“UNIMATE”型機器人，這些工業機器人就是早期機器人的雛形。70年代后，焊接、噴漆機器人相繼在工業中得到應用和推廣。隨著計算機技術、控制技術、人工智能的發展，機器人技術也得到了迅速發展，出現了更為先進的可配視覺、觸覺的機器人。1、機器人簡介1.2機器人的發展歷史申博申博官網申博sunbet官網80年代，機器人在發達國家的工業中大量普及應用，如焊接、噴漆、搬運、裝配。并向各個領域拓展，如航天、水下、排險、核工業等，機器人的感知技術得到相應的發展，產生第二代機器人。

示教再現式機器人，19821、機器人簡介1.2機器人的發展歷史《機器人技術》90年代，機器人技術在發達國家應用更為廣泛，如軍用、醫療、服務、娛樂等領域，并開始向智能型（第三代）機器人發展。多種機器人：工業機器人、移動機器人、擬人機器人、特種機器人等，具有視覺、語音等功能，具有一定智能。1998年：日本30萬臺，美國8萬臺，德國7萬臺1、機器人簡介1.2機器人的發展歷史《機器人技術》《機器人技術》

二十世紀末期，世界各國的工業尤其是制造業為達到提高勞動生產率，增加生產產量，主要依靠機器人，而不是增加就業人數。據國際機器人聯合會（IFR）1995年統計，機器人的銷售增長較快，1995年比1994年增長了22%。1995年到1998年世界機器人銷售的平均增長率為19%，到2000年，世界機器人的安裝總數增加到了100萬臺。從應用領域來看，機器人主要集中在制造業的焊接、裝配、機加工、電子、精密機械等領域。1、機器人簡介1.2機器人的發展歷史《機器人技術》

隨著機器人的普及應用，工業機器人技術也取得較快發展。21世紀的制造業已進入一個新的階段，由面向市場多變生產轉向面向顧客生產，敏捷制造企業（AGIENTENTERPRISE）將是未來企業的主導模式，以機器人為核心的可重組的加工和裝配系統，已成為工業機器人和敏捷制造業的重要發展方向。1、機器人簡介1.2機器人的發展歷史70年代后期開始研制“七五”“863”工業機器人（國產占1/4左右）特種機器人及智能機器人水下（1000米，6000米無纜）排險爬壁管道防核化偵查核工業用遙控移動自動導引小車（AGV）步行機（雙足，四足，六足）地面軍用智能車輛其它（靈巧手，智能手爪，七自由度機器人等）1999年“863”智能機器人主題產業化基地9個（哈工大、一汽、沈陽自動化所、北京自動化所、大連華錄、南開大學、上海交大、上海大學、兵工58所）1、機器人簡介1.3機器人在我國的發展及應用《機器人技術》原中國科學院沈陽自動化研究所所長已故我國著名戰略科學家蔣新松院士塑像1、機器人簡介《機器人技術》1.3機器人在我國的發展及應用1、機器人簡介

我國機器人學研究雖然起步較晚，但進步較快，主要分為四個階段：70年代為萌芽期，80年代為開發期，90年代為實用化期，二十一世紀將是我國機器人應用的普及期。

90年代后期我國機器人在電子、家電、汽車、輕工業等行業的安裝數量逐年遞增。特別是近幾年隨著我國加入WTO后國際競爭更加激烈，人民對商品高質量和多樣化的要求普遍提高，生產過程的柔性自動化要求日益迫切，汽車行業的迅猛發展帶動了機器人產業的空前繁榮，據不完全統計，2002年機器人安裝量達400臺，相當于日本80年代初期的發展勢頭，可以說2002年是中國機器人產業的元年。《機器人技術》《機器人技術》《機器人技術》《機器人技術》智能機器人技術材料感知仿生網絡微型智能交互前沿技術探索多機器人協調技術人－機器人和諧共存與交互網絡化與移動感知新型機構與驅動仿生運動與智能控制微納操作技術關鍵技術攻關仿生與生物機器人極地科考機器人助老助殘家庭服務微制造機器人裝備核工業機器人油氣管道檢測電力檢測機器人系統集成應用示范我國智能機器人當前主要研究方向1、機器人簡介《機器人技術》1.4機器人的構成1、機器人簡介

工業機器人主要由機器人本體、機器人本體的伺服機構和機器人控制部分（控制器、示教盒、再現操作盒）等組成。《機器人技術》

日本OTC公司的AX-C型機器人變穩壓器(周邊設備)本體焊接機(周邊設備)控制箱1、機器人簡介

日本安川公司的NX-100型機器人《機器人技術》

機器人是一個機電一體化的設備。從控制觀點來看，機器人系統可以分成四大部分：機器人執行機構、驅動裝置、控制系統、感知反饋系統。機器人執行機構驅動裝置控制系統感知系統

基座（固定或移動）手部腕部臂部腰部電驅動裝置液壓驅動裝置氣壓驅動裝置處理器關節伺服控制器內部傳感器外部傳感器1、機器人簡介1.4機器人的構成《機器人技術》一、執行機構包括：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。相當于人的肢體。二、驅動裝置包括：驅動源、傳動機構等。相當于人的肌肉、筋絡。三、感知反饋系統包括：內部信息傳感器，檢測位置、速度等信息；外部信息傳感器，檢測機器人所處的環境信息。相當于人的感官和神經。四、控制系統包括：處理器及關節伺服控制器等，進行任務及信息處理，并給出控制信號。相當于人的大腦和小腦。1、機器人簡介《機器人技術》內部傳感器（位形檢測）控制系統驅動裝置執行機構工作對象外部傳感器（環境檢測）

1處理器關節控制器1、機器人簡介1.4機器人的構成《機器人技術》1.5機器人的分類機器人的種類很多。可以按驅動形式、用途、結構和智能水平等觀點劃分

１、按驅動形式

氣壓驅動

液壓驅動

電驅動

交流伺服驅動

直流伺服驅動

2、按用途劃分（1）工業機器人弧焊機器人點焊機器人搬運機器人裝配機器人噴涂機器人拋光機器人1、機器人簡介《機器人技術》（2）特種機器人空間機器人

水下機器人軍用機器人教學機器人

服務機器人

醫用機器人

排險救災機器人

固定式移動式輪式履帶式足式蛇行1、機器人簡介《機器人技術》3按幾何結構分類：利用機構特性分類。串聯機器人：各連桿為串聯；并聯機器人：各連桿為并聯1、機器人簡介《機器人技術》4、按智能水平劃分分類名稱簡要解釋人工操作裝置有幾個自由度，有操作員操縱，能實現若干預定的功能。固定順序機器人按預定的不變順序及條件，依次控制機器人的機械動作。可變順序機器人按預定的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。但順序和條件可作適當改變。示教再現型機器人通過手動或其它方式，先引導機器人動作，記錄下工作程序，機器人則自動重復進行作業。數控型機器人不必使機器人動作，通過數值、語言等為機器人提供運動程序，能進行可變程伺服控制。感知型機器人利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。機器人對環境有一定的適應性。智能機器人機器人具有感知和理解外部環境的能力，即使環境發生變化，也能夠成功的完成任務。第一代第二代第三代《機器人技術》1、機器人簡介5按照串聯式機器人操作器的結構分類

1、機器人簡介5.1直角坐標型機器人:具有三個互相垂直的移動軸線，通過手臂的上下左右移動和前后伸縮構成一個直角坐標系。

5.2圓柱坐標型機器人:機座上具有一個水平轉臺，在轉臺上裝有立柱和水平臂，水平臂能上下移動和前后伸縮，并能繞立柱旋轉，在空間構成部分圓柱面。《機器人技術》直角坐標型機器人

1、機器人簡介《機器人技術》圓柱坐標型機器人

1、機器人簡介《機器人技術》1、機器人簡介5.3極坐標型機器人（球面坐標型）:手臂能上下俯仰、前后伸縮，并能繞立柱回轉，在空間構成部分球面。5.4關節坐標型機器人:具有三個主要回轉關節：腰回轉（關節1）、肩回轉（關節2）和肘回轉（關節3），另外還有手腕的旋轉（關節4、6）和彎曲（關節5）關節。《機器人技術》

球坐標型機器人1、機器人簡介《機器人技術》關節型串聯機器人

1、機器人簡介《機器人技術》1、機器人簡介5.5SCARA型水平關節機器人:這種機器人是日本日立公司生產的其臂部和肘部可繞垂直軸在水平面內旋轉，末端工作部分可沿垂直軸上下移動。5.6點位控制（PTP）型機器人:按點位方式進行控制的機器人，在作業過程中只控制幾個特定工作點的位置，不對點與點之間的運動過程進行控制。《機器人技術》1、機器人簡介5.7連續軌跡控制（CP）型機器人:按連續軌跡方式控制的機器人，其運動軌跡可以是空間的任意連續曲線。機器人的各關節同時做受控運動。由于要求實現光滑軌跡運動，控制計算機必須實時插補運算，因此其速度受到一定的限制。5.8柔性控制（CC）型機器人:機器人各關節同時具有位置伺服、速度伺服和力矩伺服多種能力。《機器人技術》1.6機器人本體的選擇方法1、機器人簡介1.6.1機器人類型的選擇:根據目標作業類型，選擇2~7自由度機器人。1.6.2手腕的允許載荷:工作時應保證各腕部軸所承受力的扭距和慣量。例如:日本OTC的AX-CMV6機器人其最大承載能力為6公斤。日本YASKAWA的UP160機器人其最大承載能力為160公斤。1.6.3動作范圍的確定:機器人的動作范圍一般指腕部軸的回轉中心（P點）的動作范圍。《機器人技術》1.7機器人的主要性能參數1、機器人簡介1．安裝形式:包括落地式安裝、墻壁式安裝和倒掛式安裝等幾種；

2．控制軸數:2軸、3軸、4軸、5軸、6軸、7軸等多種；

3．最大有效載荷:根據手臂承載能力選擇不同載荷能力的機器人；

4．重復定位精度:±0.01mm；

《機器人技術》1.7機器人的主要性能參數1、機器人簡介5．驅動系統:氣動、液壓、直流伺服系統、交流伺服系統等；

6．位置反饋類型:絕對編碼器和增量式編碼器；

7．手臂移動范圍:決定機器人運動空間；

8．各軸移動速度:決定機器人工作效率。《機器人技術》1.8機器人安裝環境的要求1、機器人簡介1．環境溫度要求:工作溫度0~45℃，運輸儲存溫度-10~60℃；2．相對濕度要求:20~80%RH；3．動力電源:3相AC200/220V（+10%~-15%）；