1-绪论-熊有伦机器人技术基础

欢迎大家一起学习《工业机器人技术》电子科技大学中山学院机电工程学院黎萍工业机器人技术办公室：明德楼829QQ:147591783•课程性质：–专业课、必修课，理论和实践性都较强的课。-学科：是一门集机械、电子、力学、控制等与一体的综合性课程。•前续课程：机械原理、机械设计、传感器与检测技术、工程力学、计算机控制技术、单片机技术、模电、数电、电气控制与PLC应用技术等课程目标与学习、考核•应用（就业）方向：1.设计单位2.生产部门3.其他部门•提醒同学–投入精力，学好课程•考核方法–出勤及课堂表现15%–作业10%–实验20%–考试55%–提示：实验课是一起考核的。5RobotsAroundUs?6ＨｕｍａｎｏｉｄＲｏｂｏｔ（仿人机器人）本田：「ASIMO」AdvancedStepInnovativeMobility，高级步行创新移动机器人，目前最先进的仿人行走机器人早期的机器人如果直线行走时突然转向，必须先停下来，看起来比较笨拙。ASIMO就灵活得多，它可以实时预测下一个动作并提前改变重心，因此可以行走自如，进行诸如“8”字形行走、下台阶、弯腰等各项“复杂”动作。此外，ASIMO还可以握手、挥手，甚至可以随着音乐翩翩起舞。身高：1300ｍｍ、体重48kg行走速度0.9km/h7816万美元租个“服务生机器人”，2006年面世，主要承担服务招待工作。ASIMO与人交接托盘9Sony：SDR-3X身長：５００ｍｍ、幅：２２０ｍｍ、厚さ：１４０ｍｍ10Sony：SDR-4X哪里跌倒哪里爬起SDR-4XII可以识别位置，通过内存的地图自行到达目的地。对于颜色它也能很好的识别，能够根据颜色判断地点。在语言方面SDR-4XII增加了语音辨别、合成用CPU，可以实现更精准的语言连续识别。在记忆上，它能记住更多的对话，甚至你意想不到的多。112005年春晚，刘德华《恭喜发财》与机器人伴舞12身高：１.８９ｍ宽：0.９０２ｍ厚：0.５６８ｍ早稲田大学高西研究室：WABIAN-RⅣ13早稻田大学（日本机器人的先驱）加藤一郎，日本的仿人机器人的研究大师全身合作动态控制：上身是“主”，下半身“奴隶”。采用索尼SDR-3X的控制技术相同14Sony:AIBO「ERS-210」体内有一片极小的晶片，就是它赋予机器狗以人的智慧。使它会像真狗一样做出各种有趣的动作，如摆尾、打滾……它也能懂得分辨对它的称呼和责备。在芯片里面，设定了它成长的过程。机器狗也会自己学习，你要是和它相处久了，它会記得你的声音、你的动作，还有你的容貌，知道你是“谁”。1516Myhome`spetrobot--FURBYFurby实际上是有五个传感器的机器玩具。最开始只会说一句没头没脑的furbish，玩的过程中会记住一些词语，渐渐成长起来。Furby有四个成长阶段：最开始和你见面时，furby很爱玩，想知道你的一切。还会提醒你照顾它。第二阶段和第三阶段，furby开始学说你的话并成长、转变。第四阶段furby还会说furbish，但也会说一些你教的话（不管是英语还是日语），加深和你的交流。•FURBY玩具能透过眼睛，耳朵和嘴的动作的结合，产生300种以上不同的表情。•会学习17RobotHandSnakeRobotwith9links18SoccerRobot19顔Robot内部（東京理科大学小林研）20富士通の研究用小型ヒューマノイドロボット『HOAP-1』。高48cm重：6kg灵活度：20DOF响应周期1ms21金字塔漫游者“金字塔漫游者”只有十三厘米高，全长也不过三十厘米，但配备精良，具有多种探测手段，包括高清晰的摄影探头、探地雷达、厚度测距仪和极其精确的传感设备等。像坦克一样具有双面履带，即便是摔倒后仍能调整姿势继续前进。这个机器人来头不小，它的前身是9·11事件中在世贸废墟搜寻幸存者时大显神通的“蛇形机器人”。22精工爱普生(SeikoEpson)公司开发的两款微型机器人，上演“全球最小的机器人芭蕾剧”。MINI-ROBOTS美国山迪亚国家实验室23“智能服务机器人”，沈阳新松机器人自动化公司研发。具有自主行走、唱歌、讲故事、拍摄图像，远程网络，手机控制等功能。“机器人竖琴乐师”，上海电气集团研发。2006年8月29日，在沈阳举行的第五届中国国际装备制造业博览会上有多款国产智能机器人亮相。24安川电机公司开发的机器人展示击鼓的技能25牙医训练机器人26仿生婴儿27会玩魔方的机器人,80秒就解开一个魔方28福利型机器人福利型器人Twendy-one（日本早稻田大学菅野研究室）就餐辅助机器人MySpoon（日本Secom公司）29穿戴式机器人HAL（日本筑波大学山海研究室）30中国民航大学机器人研究所研制首都机场的“福牛”机器人31机器狗？工业机器人•工业机器人或称为机器人操作臂、机器人臂、机械手等，由一系列柔性关节交替连接而成的开式链•连杆类似于人的骨架，关节相当于人的肩关节、肘关节、腕关节，操作臂的前端装有末端执行器(end-effector)或相应的工具，常称为手或手爪。工业机器人1工业机器人2工业机器人3工业机器人4•制造业革命•第一次革命小批量到大批量的机械自动化•生产线•第二次革命：产品多样化•柔性制造系统•机器人学：研究机器人设计、制造和使用的学科•从结构上看：由一序列连杆并由关节串连起来的开式链•由于其复杂性需要专门的运动学、动力学分析方法及相应的控制方法讲课内容和学时分配•第1章IR绪论（2学时）•第3章IR运动学（6学时）•第4章操作臂的雅可比(6学时)•第5章操作臂动力学（4学时）•第6章轨迹规划（4学时）•第7章操作臂控制（2学时）•第8章机器人语言和离线编程（2学时）*实验24学时合计48学时3435听课时不要说话，要做笔记；不要随意逃课，有事请假；按时交作业和做实验；希望同学多质疑；每个班指定一个课代表。对同学的要求主要参考书：1.机器人技术及其应用，朱世强王宣银编著，浙江大学出版社。2.工业机器人，吴振彪编，华中科技大学出版社。3.机器人技术工程，《日》白井良明编著，科学出版社OHM社。4．机器人学，张铁主编，华南理工大学出版社。5.机器人技术，李团结主编，电子工业出版社6.相关机器人网站。机器人的定义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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”。——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2•机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变3•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国际标准化组织（ISO）定义涵盖如下内容:机器人的发展历史（RobotHistory）机器人（Robot）一词是1920年由捷克作家KarelCapek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。1942年美国科幻作家IsaacAsimov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。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。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”。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CincinnatiMilacron公司的机器人T3。机器人T31979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SCARASelectiveComplianceAssemblyRobotArm，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。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。1998年：丹麦Lego公司推出机器人(Mind-storms)套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。德国的慧鱼创新组合模型。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MicrosoftRoboticsStudio，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。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。2.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。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。国内