合肥工业大学——钱钧机器人-01绪论

工业机器人技术机械与汽车工程学院主讲：钱钧电邮：[e-mail]地址：机械楼108室2013年10月22日IndustrialRobotTechnology1课前探讨人、机器人、电子人？人机器人人形机器人遥控机器人、主从机械手、机器人心灵感应机器人外骨骼电子人生化电子人Robosapien2待回答问题什么是机器人？与传统的机器（数控机床、汽车等）的区别为什么要研发机器人？提高生产效率，降低人的劳动强度做人不愿意做或做不好的事情做人做不了的事情社会现状如何将机器人为人所用？3高校机器人研究网站卡内基-梅隆大学（CMU）机器人研究所MIT人工智能研究中心斯坦福大学机器人实验室robotics.stanford.eduUCBerkeley机器人实验室robotics.eecs.berkeley.edu佐治亚理工大学移动机器人实验室南加州大学机器人研究所工业机器人公司网站德国库卡公司瑞典ABB公司ABBRobotStudio意大利柯马公司日本安川电机公司日本FANUC公司首钢莫托曼机器人公司新松机器人自动化公司机器人展览科技馆机器人展览会汽车装备展览会数控机床展览会工业博览会世博会……6机器人学习交流平台美国名校网上教学资料和视频MicrosoftRoboticsIEEE机器人论坛spectrum.ieee.org/robotics机器人世界论坛robotworld.org/robotbbs机器人爱好者机器人，自己做机器人论坛机器人天空社区bbs.robotsky.com中国机器人网《工业机器人技术》课程是一门多学科综合交叉的边缘学科，它涉及机械、电子、控制理论、传感检测、计算机技术和人机工程等，是一门理论与应用相结合的课程介绍工业机器人的基本原理及其应用，阐述一些新的机器人技术、方法与应用涉及机器人技术的概况、数理基础、运动学、动力学、轨迹规划、运动控制、控制结构、系统集成等内容8课程内容1：理论部分题目授课内容学时数第一章绪论机器人的定义、分类和应用2第二章工业机器人结构机器人的机构、组成和性能要素4第三章工业机器人运动学齐次变换矩阵，机器人的运动学方程2第四章工业机器人静力学雅可比矩阵，微分运动和静力分析2第五章工业机器人动力学工业机器人动力学分析2第六章工业机器人控制工业机器人控制的特点、控制方式2第七章机器人感知技术机器人的视觉、触觉、力觉等2第八章工业机器人编程机器人编程语言和编程方式2第九章工业机器人系统机器人工作站和生产线，机器人系统29课程内容2：应用部分题目授课内容学时数专题一机器人设计实例五自由度组合式机器人的设计2专题二机器人焊装线工业机器人在汽车焊装线上的应用2专题三机器人冲压线工业机器人在汽车车身冲压线上的应用2实验工业机器人演示实验FANUC工业机器人的操作和应用410上课时间安排课堂教学时间第7～13周（共7周），西二408周二下午5、6节；周五上午1、2节10月25日（周五）由于举办校运动会，停课一次实验时间和地点第14周左右，机械楼一楼数字化车间总学时：32总学分：2课程性质：专业必修课课程代码：0214030X11课程考核办法考查翻译英文参考文献（拒收用翻译器翻译的资料）大型作业（设计）、调研报告或论文进入实验室参与项目调试上课和实验的出勤情况电子邮件联系12参考书籍1.付京逊．机器人学控制·传感技术·视觉·智能．中国科学技术出版社．1989．2.约翰·克来格．机器人学导论．机械工业出版社．2006．3.蔡自兴．机器人学．清华大学出版社．2000．4.张铁．机器人学．华南理工大学出版社．2002．5.郭洪红．工业机器人技术．西安电子科技大学出版社．2006．6.熊有伦．机器人技术基础．华中科技大学出版社．7.张福学．机器人技术及其应用．电子工业出版社．8.黄真．并联机器人机构学理论及控制．机械工业出版社．1997．9.理查德·摩雷．机器人操作的数学导论．机械工业出版社．1998．10.蒋新松．机器人学导论．辽宁科学技术出版社．1992．13与机器人相关的电影《人工智能》《我，机器人》《机器人总动员》《机器人9号》……14第一章绪论1.1机器人的历史1.2机器人的定义、分类和应用1.3机器人的发展昨天·今天·明天151.1机器人的历史民间传说和发明木制歌舞艺人（西周·偃师）木鸟（春秋·鲁班）计里鼓车（东汉·张衡）利用车轮带动大小不同的一组齿轮，使车轮走满一里时，其中一个齿轮刚好转动一圈，该轮轴拨动车上木人打鼓或击钟，报告行程是一种古代计程车161.1机器人的历史民间传说和发明木牛流马（三国·诸葛亮）“人不大劳，牛不饮食”用于在崎岖山路中运送军粮类似于永动机，不符合质量守恒定律国外机器玩偶达·芬奇设计的机器武士171.1机器人的历史作家笔下的机器人1920年，捷克作家卡雷尔·卡佩克（KarelCapek）在剧本《Rossum’sUniversalRobots》中，将人造劳动者取名为Robota。英语Robot一词由此而来，以后世界各国都用Robot作为机器人的代名词。1950年，美国作家埃萨克·阿西莫夫（IsaacAsimov）在科幻小说《I,Robot》中首次使用“Robotics”，即“机器人学”。阿西莫夫提出了“机器人三原则”：1机器人不应伤害人类，且在人类受到伤害时不可袖手旁观；2机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；3机器人应能保护自己，与第一、二条相抵触者除外。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则，阿西莫夫因此被称为“机器人学之父”。181.1机器人的历史工业中的机器人二战期间，由于核工业和军事工业的发展，研制了遥控操纵器（Teleoperator）和主从机械手（Master-SlaveManipulator）。1954年，美国人GeorgeC.Devol提出了第一个工业机器人方案，设计了可编程示教再现机器人。1960年，相应的机器人样机被研制出。20世纪60~70年代，美国Unimation公司诞生Unimate、PUMA机器人。此阶段机器人技术获得巨大发展。191.1机器人的历史工业中的机器人80年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，如焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、水下、排险、核工业等。90年代，机器人技术在发达国家应用更为广泛，如军用、医疗、服务、娱乐等领域，并开始向智能型机器人发展。Unimate机器人PUMA机器人201.2机器人的定义、分类和应用机器人的定义机器人问世已有几十年，但没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。国际标准化组织（ISO）：工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能、能完成各种作业的可编程操作机。美国机器人协会（RIA）：一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机。日本工业机器人协会（JIRA）：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。211.2机器人的定义、分类和应用机器人的定义机器人是一种计算机控制的、可以编程的自动机械电子装置，能感知环境，识别对象，理解指示命令，有记忆和学习功能，具有情感和逻辑判断思维，能自身进化，能计划其操作程序来完成任务。221.2机器人的定义、分类和应用机器人的特征机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官(如肢体、感官等)的功能；能够使用工具和机械。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。机器人具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等，直接对外界工作。231.2机器人的定义、分类和应用机器人的特点通用性（Versatility）：是一种自动机械装置，可以在无人参与下，自动完成多种操作或动作功能。一般情况下，自由度越多，通用性越强适应性（Adaptivity）：可以再编程，程序流程可变，即具有柔性。传感与测量环境变化的能力分析任务和执行操作规划的能力自动执行指令能力241.2机器人的定义、分类和应用机器人的优缺点优点能不知疲倦、不厌其烦的持续工作，不会有心理问题；具有比人更高的精确度、速度，可以同时响应多个激励；可以在危险环境下工作，无需考虑生命保障或安全的需要；无需舒适的环境，如照明、空调、噪音隔离等；其感知系统及其附属设备具有某些人类所不具有的能力；缺点替代了工人，由此带来经济和社会问题；缺乏应急能力；灵活性、自适应能力还欠缺；设备费用开销较大。251.2机器人的定义、分类和应用机器人技术集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多学科的昀新研究成果，代表了机电一体化的昀高成就，是当代科学技术发展昀活跃的领域之一。机器人学（Robotics）包括基础研究和应用研究主要研究内容有：(1)机械手设计；(2)机器人运动学、动力学和控制；(3)路径规划；(4)传感器；(5)机器人视觉；(6)机器人语言；(7)装置与系统结构；(8)机器人智能等。261.2机器人的定义、分类和应用机器人研究机构国外：美国、欧洲、日本国内沈阳自动化所、哈工大、北航、清华、国防科大、华中科大、中科院合肥智能所、上海交大，…期刊会议IEEE会议：ICRA,IROS国内期刊：《机器人》，……机器人领域的专家蒋新松院士，……271.2机器人的定义、分类和应用机器人的分类按照发展历程分类按照结构规模分类按照关节形式分类按照控制方式分类按照用途分类281.2机器人的定义、分类和应用按照发展历程分类第一代机器人：可编程、示教再现工业机器人，已进入商品化、实用化。第二代机器人：装备有一定的传感装置，能获取作业环境、操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，能作出简单的推理，对动作进行反馈的机器人。第三代机器人：具有高度适应性的自治机器人。具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断决策，在作业环境中独立行动。因此，属于智能机器人，目前还处于研究阶段。291.2机器人的定义、分类和应用按照结构规模（负载能力和动作空间）分类超大型机器人：负载能力1000kg以上大型机器人：100-1000kg/10m2以上中型机器人：10-100kg/1–10m2小型机器人：0.1-10kg/0.1-1m2超小型机器人：0.1kg以下/0.1m2以下301.2机器人的定义、分类和应用按照关节形式分类关节相对于固定位置的约束链的数目串联机器人（链＝1）并联机器人（链1）KUKAKR210-2六自由度Stewart平台静平台动平台液压缸Theoriginofthefollowingaxledependsonthepositionofthepreceding.311.2机器人的定义、分类和应用按照控制方式分类操作机器人：如主从机械手、遥控排险、水下作业机器人。程序机器人：按照预先给定的程序、条件、位置进行作业。示教再现机器人：机器人将所教的操作过程自动地记