這是一個關于機器人自動化技術交底PPT課件，主要介紹機器人技術概述、機器人結(jié)構(gòu)、目前機器人研究熱點及發(fā)展趨勢、工業(yè)機器人概述。一、第部 機器人概述 (一)機器人的出現(xiàn)和定義 機器人一詞的出現(xiàn)：1920年、捷克作家、 Karel Capek、《Rossum’s Universal Robots》，“Robota”（奴隸）寫成了“Robot ” 故事情節(jié)：帶感情 的機器人消滅了人類 ，一對男女機器人相愛 ，世界又起死回生。 小說在1924年和1927年的時候被紛紛傳到了日本、法國和歐洲國家，機器人這個名詞就向全世界鋪展開來。上世紀60年代，可實用機械的機器人被稱為工業(yè)機器人上世紀80年代到現(xiàn)在，正越來越向智能化方向發(fā)展 機器人學是一門不斷發(fā)展的科學，對機器人的定義也隨其發(fā)展而變化，歡迎點擊下載機器人自動化技術交底PPT課件哦。

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一、第部 機器人概述 (一)機器人的出現(xiàn)和定義 機器人一詞的出現(xiàn)：1920年、捷克作家、 Karel Capek、《Rossum’s Universal Robots》，“Robota”（奴隸）寫成了“Robot ” 故事情節(jié)：帶感情 的機器人消滅了人類 ，一對男女機器人相愛 ，世界又起死回生。 小說在1924年和1927年的時候被紛紛傳到了日本、法國和歐洲國家，機器人這個名詞就向全世界鋪展開來。上世紀60年代，可實用機械的機器人被稱為工業(yè)機器人上世紀80年代到現(xiàn)在，正越來越向智能化方向發(fā)展 機器人學是一門不斷發(fā)展的科學，對機器人的定義也隨其發(fā)展而變化。 因此，至今為止也沒有一個統(tǒng)一的機器人的定義。 國際上，關于機器人的定義主要有以下幾種： （1）美國機器人協(xié)會(RIA)的定義：機器人是“一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動作來執(zhí)行種種任務的，并具有編程能力的多功能機械手(manipulator)”。 （2）日本工業(yè)機器人協(xié)會(JIRA)的定義：工業(yè)機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器(end effector)的，能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。（3）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(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務的機械裝置”。 （4） 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(zhí)行種種任務”。 （5）我國對機器人的定義。蔣新松院士曾建議把機器人定義為“一種擬人功能的機械電子裝置”(a mechantronic device to imitate some human functions)。 參考各國的定義，對機器人給出以下定義：機器人是一種計算機控制的可以編程的自動機械電子裝置，能感知環(huán)境，識別對象，理解指示命令，有記憶和學習功能，具有情感和邏輯判斷思維，能自身進化，能計劃其操作程序來完成任務。 (二） 機器人的發(fā)展及應用 1.古代機器人 西周時期，出現(xiàn)了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機器人 春秋后期，魯班曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”。 公元前2世紀，亞歷山大時代的古希臘人發(fā)明了最原始的機器人──自動機�？梢宰约洪_門，還可以借助蒸汽唱歌。 漢代大科學家張衡不僅發(fā)明了地動儀，而且發(fā)明了計里鼓車。每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。 后漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”。用其運送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。 1738年，法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機器鴨。它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進食和排泄 1773年，自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等被連續(xù)推出�，F(xiàn)在保留下來的瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，還定期彈奏音樂供參觀者欣賞。 19世紀中葉出現(xiàn)了科學幻想派和機械制作派 。1886年《未來的夏娃》問世。在機械實物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動雙腿沿圓周走動。 1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個機器人“電報箱”。可以回答一些問題。 2. 現(xiàn)代機器人 1948年，美國原子能委員會的阿爾貢研究所開發(fā)了機械式的主從機械手。 1952年，第一臺數(shù)控機床的誕生，為機器人的開發(fā)奠定了基礎。 1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。 1962年美國AMF公司推出的“VERSATRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”是機器人產(chǎn)品最早的實用機型 3. 我國工業(yè)機器人的發(fā)展： 70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。  1972年開始研制自己的工業(yè)機器人 “七五”期間，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術的開發(fā)，研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人 1986年國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）開始實施，上世紀90年代初期起，形成了一批機器人產(chǎn)業(yè)化基地日本和美國在20世紀60年代就已經(jīng)開始進行機器人的研究，與他們相比較，我國還存在較大的差距，因此需要更多的人加入到發(fā)展機器人的事業(yè)中來。 （三 ）繽紛多彩的機器人世界 1、機器人按用途分為服務機器人 水下機器人 農(nóng)林業(yè)機器人機器人化機器仿人形機器人微型機器人和微操作系統(tǒng)軍用機器人 娛樂機器人 生物機器人 1）服務機器人 腦外科機器人，口腔修復機器人，進入血管的機器人，遙控操作手術，智能輪椅，爬纜索機器人，高樓擦窗和壁面清洗機器人，球罐焊接、檢測機器人，清洗巨人，消防機器人，雕刻機器人，智能汽車，汽車加油機器人，導游機器人 2）水下機器人海洋的誘惑水下7000米無纜自治機器人海上打撈 3）農(nóng)林業(yè)機器人 嫁接機器人林木球果采集機器人伐根機器人 4）機器人化機器 機器人化機器 5）仿人形機器人 日本的仿人形機器人（步行人影像） “科戈”機器人我國的仿人形機器人研究 6）微型機器人和微操作系統(tǒng) 細小工業(yè)管道機器人移動探測系統(tǒng)無損傷醫(yī)用微型機器人 SMA微小型機器人微型飛行器面向生物工程的機器人微操作系統(tǒng) 7) 軍用機器人 地面軍用機器人 空中軍用機器人 空間機器人水下軍用機器人水下軍用機器人 約翰遜太空站設計出的智能機器人的頭和軀干 國產(chǎn)月球車 高1.5米、翼展長達2米、重120公斤　 距離地面指揮中心超過38萬公里，每一次通訊要傳輸2.6秒鐘；在月球上，它要承受127℃至零下183℃的巨大溫差；強烈的電磁輻射可能破壞電子遙控系統(tǒng)。 內(nèi)置CCD相機能辨清前方3米以內(nèi)的地形地貌，通過計算機建立三維立體地圖后，自動判斷、規(guī)劃和改變前進路線。如果遇到超過30度的斜坡、大于25厘米的石塊或直徑大于2米的撞擊坑時，它能安全避讓。 8)娛樂機器人 精彩有趣的機器人足球賽風靡日本的機器人相撲賽活靈活現(xiàn)的機器人動物園以假亂真的“帕瓦羅蒂” 好看好玩的機器小狗維妙維肖的機器人“演奏家” 寓教于樂的“能力風暴” 9)生物機器人 用計算機產(chǎn)生具有一定規(guī)律的電信號編碼，通過植入大白鼠腦內(nèi)的數(shù)根微電極將這些電信號施加到具有特定功能的神經(jīng)核團，從而使大白鼠在神經(jīng)核團的控制下實現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進等特定動作。 10）工業(yè)機器人直角坐標型PPP 關節(jié)型RRR 圓柱坐標型RPP 球坐標型RRP 平面關節(jié)型RRP 工業(yè)機器人的應用 點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等 廣州本田焊接車間 11）特種機器人 水下機器人：美國的AUSS、俄羅斯的MT-88、法國的EPAVLARD等水下機器人已用于海洋石油開采，海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設和檢查、電纜敷設和維護、以及大壩檢查等 空間機器人：空間機器人一直是先進機器人的重要研究領域。目前美、俄、加拿大等國已研制出各種空間機器人。如美國NASA的空間機器人Sojanor等 地下機器人：地下機器人主要包括采掘機器人和地下管道檢修機器人兩在類。主要研究內(nèi)容為：機械結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、傳感器及定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信及遙控技術。目前日、美、德等發(fā)達國家已研制出了地下管道和石油、天然氣等大型管道檢修用的機器人醫(yī)用機器人：醫(yī)用機器人的主要研究內(nèi)容包括：醫(yī)療外科手術的規(guī)劃與仿真、機器人輔助外科手術、最小損傷外科、臨場感外科手術等。美國已開展臨場感外科（telepresence surgery）的研究，用于戰(zhàn)場模擬、手術培訓、解剖教學等 建筑機器人：日本已研制出20多種建筑機器人。如高層建筑抹灰機器人、預制件安裝機器人、室內(nèi)裝修機器人、地面拋光機器人、擦玻璃機器人等 軍用機器人：近年來，美、英、法、德等國已研制出第二代軍用智能機器人。其特點是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰(zhàn)和后勤支援等任務，在戰(zhàn)場上具有看、嗅和角摸能力，能夠 自動跟蹤地形和選擇道路，并且具有自動搜索、識別和消滅敵方目標的功能。 2. 按機器人的智能程度分（1）一般機器人：只具有一般編程能力和操作功能（2）智能機器人：具有不同程度的智能 傳感型機器人 交互型機器人 自主型機器人 3. 為什么要發(fā)展機器人? 理由之一：提高生產(chǎn)效率降低人的勞動強度。比如焊機器人提高生產(chǎn)效率，提高汽車焊接的質(zhì)量，降低工人的勞動強度 理由之二：機器人做人不愿意做或做不好的事。比如有毒的、高溫的或危險的環(huán)境，汽車生產(chǎn)線上的焊接工作 理由之三：機器人做人做不了的事情。比如人們對太空的認識，對原子分子進行搬遷的機器人 二 、機器人的結(jié)構(gòu) 1. 相關術語及性能指標 關節(jié)（Joint）：即運動副，允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動的機構(gòu)。 2 .工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)（1） 機構(gòu)運動簡圖（a）表示手指（末端執(zhí)行器）；（b）表示垂直、升降運動；（c）表示水平伸縮運動；（d）表示回轉(zhuǎn)運動；（e）表示俯仰運動。注意：不同的書上，運動簡圖的符號表示可能不一樣。 （2 ）工業(yè)機器人手部(手爪)結(jié)構(gòu) 3. 移動機器人 三、目前機器人研究熱點及發(fā)展趨勢 工業(yè)機器人操作機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計技術：探索新的高強度輕質(zhì)材料，進一步提高負載/自重比，同時機構(gòu)向著模塊機器人控制技術：重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網(wǎng)絡化，以及基于PC機網(wǎng)絡式控制器已成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。 多傳感系統(tǒng)：為進一步提高機器人的智能和適應性，多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統(tǒng)的實用化。 機器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。機器人遙控及監(jiān)控技術，機器人半自主和自主技術，多機器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡建立大范圍內(nèi)的機器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。 虛擬機器人技術：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術，實現(xiàn)機器人的虛擬遙操作和人機交互微型和微小機器人技術（micro/miniature robotics）:這是機器人研究的一個新的領域和重點發(fā)展方向。過去的研究在該領域幾乎是空白，因此該領域研究的進展將會引起機器人技術的一場革命，并且對社會進步和人類活動的各個方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機器人技術的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運動方式、控制方法、傳感技術、通信技術以及行走技術等方面。 多智能體（multi-agent）調(diào)控制技術：這是目前機器人研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。 軟機器人技術（soft robotics）:主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機器人設計未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的。 仿人和仿生技術：這是機器人技術發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎研究。 四、 工業(yè)機器人概述 1. 工業(yè)機器人的定義及組成 1）工業(yè)機器人定義 綜合各國對工業(yè)機器人(Industrial Robot)的定義，其在“可編程”、 “計算機控制”和“機械裝置”三方面的共同點是： 工業(yè)機器人，是一種可以搬運物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機械裝置；由計算機進行控制，是無人參與的自主自動化控制系統(tǒng)；它是可編程、具有柔性的自動化系統(tǒng)，可以允許進行人機聯(lián)系。 可以通俗地理解為“機器人是技術系統(tǒng)的一種類別，它能以其動作復現(xiàn)人的動作和職能；它與傳統(tǒng)的自動機(或自動系統(tǒng))的區(qū)別在于有更大的萬能性和多目的用途，可以反復調(diào)整以執(zhí)行不同的功能。 2）工業(yè)機器人的組成 工業(yè)機器人一般都由手部、腕部、臂部、機身、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。 手部。又稱抓取機構(gòu)或夾持器或終端效應器，用以直接抓取工件或工具。在手部可安裝某些專用工具，如焊槍、噴槍、電鉆、電動螺釘（母）擰緊器，這些可視為專用的特殊手部。工業(yè)機器人所用手部有機械式、真空、磁力及粘附式手爪。腕部。是連接手部與留部的部件，用以支承和調(diào)整末端執(zhí)行器(手部)的姿態(tài)，確定物件的姿態(tài)(方向)。臂部。是支撐腕部的部件，由操作機的動力關節(jié)和連接桿件等構(gòu)成。用以承受工件和工具的負荷，改變它們的空間位置并將它們送至預定購位置。 機身。又稱為立柱，是支撐臂部的部件，用以擴大臂部的活動范圍機身及行走機構(gòu)。是支撐整個工業(yè)機器人的基礎件，用以確定或改變整臺機器人的位置。 以上手部、腕部、臂部、機身、機座及行走機構(gòu)等構(gòu)成了機器人本體，又稱操作機。驅(qū)動系統(tǒng)。是工業(yè)機器人的動力源，又稱為移動器，由驅(qū)動器、減速器及檢測元件等組成�？刂葡到y(tǒng)。是控制工業(yè)機器人按預定要求進行動作的位置，也是由人操作啟動 2 .工業(yè)機器人的運動軸系和自由度 1）工業(yè)機器人的運動鈾系 機器人執(zhí)行機構(gòu)的運動軸系通常分為四類：直角坐標系(圖4—13a)、圓柱坐標系(兩個直線和一個回轉(zhuǎn)坐標軸) (圖4—13b)，球坐標系(—個直線和兩個回轉(zhuǎn)坐標軸) (圖4—13c)、關節(jié)系（三個回轉(zhuǎn)坐標軸) (圖4—13d)。 與運動軸系相對應，工業(yè)機器人操作機可分為四種坐標型式的操作機，其特點如下：直角坐標型操作機。在空間三個相互垂直的方向x、Y、z上作移動運動，運動獨立，其控制簡單、易達到高精度，但操作靈活性差，運動速度較低，操作范圍較小。圓柱坐標型操作機。這類操作機在水平轉(zhuǎn)臺上裝有立柱，水平臂可沿立柱上下運動并且在水平方向伸縮，其操作范圍較大，運動速度較高，但隨著水平臂沿水平方向仲長，基線位移分辨精度越來越低。 球坐標型操作機。又稱極坐標型操作機，工作臂不僅可繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，還可繞水平軸作俯仰運動，且能沿手臂軸線作伸縮運動，其操作比圓柱坐標型更為靈活，但旋轉(zhuǎn)關節(jié)反映在末端執(zhí)行器上的線位移分辨力是一個變量。 關節(jié)型操作機。其由多個關節(jié)聯(lián)結(jié)的機座、大臂、小臂和手腕等構(gòu)成可在垂直于機座的平面內(nèi)運動，也可實現(xiàn)繞垂直軸的轉(zhuǎn)動，其操作靈活性最好，運動速度較高、操作范圍大，但精度受手臂位姿的影響，實現(xiàn)高精度運動較困難。 2）工業(yè)機器人的自由度 為了使工業(yè)機器人能夠按必要的動作順序運動，需要六個基本運動軸．即所謂六個自由度。這六個自由度用來模仿人手臂的各種功能動作，并非所有的機器人都需要具備全部六個自由度。這六個基本運動中三個是腕部的，三個是臀部和機身，以圖下圖所示的球坐標機器人為例，說明如下； 垂直俯仰運動。整個臂部圍繞一個水平軸的支點(肩關節(jié))在垂直方向上作俯仰運動。 徑向往復移動。臂部的伸縮運動，對于關節(jié)機器人來說，是用前臂繞肘關節(jié)的回轉(zhuǎn)來完成的。 往復旋轉(zhuǎn)運動。圍繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)運動(工業(yè)機器人臂部的左右旋轉(zhuǎn))。 3. 工業(yè)機器人的技術地位 1）制造業(yè)的角度 工業(yè)機器人是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎設備，它屬于自動化制造系統(tǒng)的物理層次。機器人的過去、現(xiàn)在和未來都與制造業(yè)發(fā)展密切相關。 以1993年日本工業(yè)機器人按行業(yè)分布的統(tǒng)計資料為例，用于制造業(yè)的機器人占日本機器人總數(shù)的96％，根據(jù)國際機器人聯(lián)合會(IFR)報告資料，日本機器人密度最高，1997年在制造業(yè)中每萬名工人占有機器人的數(shù)量為277臺，1997年日本新裝機器人臺數(shù)為42696臺，I 997年末現(xiàn)役工業(yè)機器人臺數(shù)為412961臺，汽車工業(yè)、機電工業(yè)是機器人的主要用戶，焊接是機器人的最大應用領域。機器人作為高技術的一個重要分支，己引起世人關注，1997年世界機器人銷售額已達48億美元，未來幾年世界機器人平均年增長率將達9％。 2）對于我國的意義 我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展和制造業(yè)巨大市場為機器人在我國發(fā)展提供廣闊前景，機器人的發(fā)展特別與汽車制造業(yè)、電子制造業(yè)密切相關。機器人技術的發(fā)展能促進我國大中型企業(yè)實現(xiàn)高新技術的產(chǎn)業(yè)化和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的高新化，提高企業(yè)市場競爭能力。 3）對于先進制造技術 機器人技術也是先進制造技術個一個重要單元妓術，其作用及其重要性表現(xiàn)在以下四個方面：面向先進制造中柔性裝配的機器人及系統(tǒng)機器人加工系統(tǒng)及其設備機器人化機器特種環(huán)境下作業(yè)機器人等 工業(yè)機器人已廣泛應用于噴漆、焊接、沖壓、壓鑄上下料、搬運、裝配加工自動化中。 The End 參考資料： 1、吳瑞祥編. 機械人技術及應用. 北京航空航天大學出版社， 1994 2、諸靜編. 機械人與控制技術. 浙江大學出版社， 1991 徐繽昌主編. 機械人控制工程. 西北工業(yè)大學出版社， 1991 3、趙錫芳編. 機械人動力學. 上海交通大學出版社， 1992 4、蔡自興主編. 機器人學. 清華大學出版社，2000 5、盛曉敏主編.先進制造技術.機械工業(yè)出版社.2000vAF紅軟基地