機(jī)器人技術(shù)第一章概論

1、機(jī)器人技術(shù)主講：吳海彬第一講福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院Saeed B. NikuIntroduction to RoboticsAnalysis, Systems, Applications主要參考文獻(xiàn)本課程的教學(xué)要求 基本掌握機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)機(jī)器人的類型、概念和相關(guān)技術(shù)有一定深度的認(rèn)識(shí)。 掌握機(jī)器人學(xué)科的基礎(chǔ)理論，主要包括機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、微分運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、拉格朗日動(dòng)力學(xué)分析和簡(jiǎn)單的軌跡規(guī)劃。 熟悉機(jī)器人領(lǐng)域的傳感器、電子設(shè)計(jì)、微控制器及電機(jī)等相關(guān)知識(shí)。 簡(jiǎn)單了解機(jī)器視覺(jué)、智能機(jī)器人等相關(guān)技術(shù)。關(guān)于考試 考試的目的在于考核學(xué)時(shí)對(duì)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域基本概念、知識(shí)和技能的掌握程度。

2、考試以機(jī)器人學(xué)科基本理論知識(shí)為重點(diǎn)，即機(jī)器人基本概念、位置運(yùn)動(dòng)學(xué)、微分運(yùn)動(dòng)學(xué)、簡(jiǎn)單動(dòng)力學(xué)分析、多項(xiàng)式插值和拋物線過(guò)渡線性插值的軌跡規(guī)劃，還有傳感器、電機(jī)等基本知識(shí)。 考核形式：開(kāi)卷、閉卷或大作業(yè)可選擇。本課程主要內(nèi)容 第一章：概論 第二章：機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué) 第三章：微分運(yùn)動(dòng)學(xué) 第四章：動(dòng)力學(xué)分析和力 第五章：軌跡規(guī)劃 第六章：控制與驅(qū)動(dòng)器 第七章：傳感器與圖像處理第一章 機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 機(jī)器人的發(fā)展歷史、定義及機(jī)器人學(xué) 機(jī)器人的分類 機(jī)器人的組成 機(jī)器人的自由度和關(guān)節(jié) 機(jī)器人坐標(biāo)架構(gòu)及參考坐標(biāo)系 機(jī)器人編程模式和機(jī)器人語(yǔ)言 機(jī)器人性能指標(biāo) 機(jī)器人工作空間 機(jī)器人的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)機(jī)器人名稱的由來(lái)機(jī)

3、器人名稱的由來(lái) ( About “Robot” ) 機(jī)器人的英文名詞是Robot，Robot一詞最早出現(xiàn)在1920年捷克作家卡雷爾卡佩克（Karel Capek）所寫(xiě)的一個(gè)劇本中，這個(gè)劇本的名字為 Rossums Universal Robots ，中文意思是“羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人”。 劇中的人造勞動(dòng)者取名為Robota，捷克語(yǔ)的意思是“苦力”、“奴隸”。英語(yǔ)的Robot一詞就是由此而來(lái)的，以后世界各國(guó)都用Robot作為機(jī)器人的代名詞。機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史 ( The Developing History of Robots )古代古代“機(jī)器人機(jī)器人”現(xiàn)代機(jī)器人的雛形現(xiàn)代機(jī)器人的雛形

4、 人類對(duì)機(jī)器人的幻想與追求已有3000多年的歷史西周時(shí)期西周時(shí)期，我國(guó)的能工巧匠偃師研制出的歌舞藝人，是我國(guó)最早記載的機(jī)器人。春秋后期春秋后期，據(jù)墨經(jīng)記載，魯班曾制造過(guò)一只木鳥(niǎo)，能在空中飛行“三日不下” 。公元前公元前2 2世紀(jì)世紀(jì)，古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人太羅斯，它是以水、空氣和蒸汽壓力為動(dòng)力的會(huì)動(dòng)的青銅雕像，它可以自己開(kāi)門(mén)，還可以借助蒸汽唱歌。1954年 “可編程可編程”“”“示教再現(xiàn)示教再現(xiàn)”機(jī)器人機(jī)器人 美國(guó)人George C. Devol設(shè)計(jì)制作了世界上第一臺(tái)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)裝置，并發(fā)表了題為適用于重復(fù)作業(yè)的通用性工業(yè)機(jī)器人的文章。60年代 機(jī)器人產(chǎn)品正式問(wèn)世，機(jī)器人技術(shù)開(kāi)始形成現(xiàn)代機(jī)

5、器人的發(fā)展歷史現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史 兩年后，美國(guó)“機(jī)床與鑄造公司”（AMF）也生產(chǎn)了另一種可編程工業(yè)機(jī)器人Versatran。 1960年美國(guó)“聯(lián)合控制公司”（Consolidated Control）根據(jù)Devol的專利技術(shù)，研制出第一臺(tái)真正意義上的工業(yè)機(jī)器人，并成立了Unimation公司，開(kāi)始定型生產(chǎn)名為Unimate的工業(yè)機(jī)器人。70年代 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展成為專門(mén)學(xué)科 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展成為專門(mén)學(xué)科，稱之為機(jī)器人學(xué)（Robotics）?，F(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，不同的應(yīng)用場(chǎng)所，導(dǎo)致了各種坐標(biāo)系統(tǒng)、各種結(jié)構(gòu)的機(jī)器人相繼出現(xiàn)，大

6、規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛躍發(fā)展使機(jī)器人的控制性能大大提高，成本不斷下降。80年代 開(kāi)始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段 80年代，不同結(jié)構(gòu)、不同控制方法和不同用途的工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家真正進(jìn)入了實(shí)用化的普及階段。 隨著傳感技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段。 機(jī)器人視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、接近覺(jué)等項(xiàng)研究和應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的適應(yīng)能力，擴(kuò)大了機(jī)器人的應(yīng)用范圍，促進(jìn)了機(jī)器人的智能化進(jìn)程。現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)逐步形成了一門(mén)新的綜合性學(xué)科 機(jī)器人學(xué)（Robotics）現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史（1） 機(jī)械手設(shè)計(jì)（2） 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)

7、學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制；（3） 軌跡設(shè)計(jì)和路徑規(guī)劃；（4） 傳感器(包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器（5） 機(jī)器人視覺(jué)；（6） 機(jī)器人語(yǔ)言；（7）裝置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；（8） 機(jī)器人智能等。它包括有基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面，主要研究?jī)?nèi)容有：第一章 概論什么是機(jī)器人：機(jī)器人的定義及機(jī)器人學(xué)是一個(gè)在三維空間中具有較多自由度，并能實(shí)現(xiàn)諸多擬人動(dòng)作和功能的機(jī)器。通俗講：機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。機(jī)器人與操作機(jī)（如起重機(jī)）的區(qū)別：機(jī)器人由計(jì)算機(jī)編程控制，機(jī)器人的動(dòng)作取決于程序具有通用性；操作機(jī)

8、由人工操縱。機(jī)器人特點(diǎn)：可編程、擬人化、通用性、機(jī)電一體化機(jī)器人學(xué)： 是人們?cè)O(shè)計(jì)和應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)和知識(shí)； 是一門(mén)學(xué)科，而且是交叉學(xué)科； 得益于精密機(jī)械、電子與電氣技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制理論以及人機(jī)工程學(xué)等多學(xué)科的發(fā)展。機(jī)器人的定義及機(jī)器人學(xué)第一章 概論國(guó)內(nèi)機(jī)器人學(xué)主要研究機(jī)構(gòu)： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所 中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所機(jī)器人的定義及機(jī)器人學(xué)第一章 概論我國(guó)從應(yīng)用環(huán)境上把機(jī)器人分為兩類：工業(yè)機(jī)器人特種機(jī)器人國(guó)際上的機(jī)器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人機(jī)器人的定義及機(jī)器人學(xué)第一章 概論 工業(yè)機(jī)

9、器人：面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。如：機(jī)械手。 特種機(jī)器人：除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人。 包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、微操作機(jī)器人、 娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。機(jī)器人的定義及機(jī)器人學(xué)第一章 概論競(jìng)走機(jī)器人人形機(jī)器人機(jī)器人的定義及機(jī)器人學(xué)第一章 概論機(jī)器爬蟲(chóng)機(jī)械手機(jī)器人的定義及機(jī)器人學(xué)第一章 概論機(jī)械手也稱機(jī)器人輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)器人的分類 按控制方式分類第一章 概論人工操作機(jī)器人固定順序機(jī)器人可變順序機(jī)器人示教再現(xiàn)機(jī)器人數(shù)控機(jī)器人智能機(jī)器人美國(guó)機(jī)器人學(xué)會(huì)認(rèn)可 按機(jī)械結(jié)構(gòu)分類按坐標(biāo)形式分類，見(jiàn)機(jī)器人坐標(biāo)架構(gòu)部分按驅(qū)動(dòng)源分

10、類：氣動(dòng)、液壓和電動(dòng)四大能力記憶能力語(yǔ)言理解圖像識(shí)別推理判斷機(jī)器人的組成第一章 概論處理器關(guān)節(jié)控制器關(guān)節(jié)控制器關(guān)節(jié)控制器關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器機(jī)械本體機(jī)械本體機(jī)械本體傳感器傳感器傳感器軟件機(jī)器人的結(jié)構(gòu)機(jī)器人的結(jié)構(gòu) ( The Structure of Robot )簡(jiǎn)單地說(shuō)，機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置、傳感器和控制器四大部分構(gòu)成（如圖）。機(jī)器人結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)記憶、示教裝置控制裝置驅(qū)動(dòng)裝置傳感器關(guān)節(jié)舵機(jī)原理機(jī)器人的組成第一章 概論 工業(yè)機(jī)器人是機(jī)電一體化的系統(tǒng)，它由以下幾個(gè)部分組成：1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)2、機(jī)械本體3、控制系統(tǒng)4、檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)器人的組成第一章 概論機(jī)器人的組成第一

11、章 概論 執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以抓起工件，并按規(guī)定的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)軌跡、把工件送到指定位置處，放下工件。通常執(zhí)行機(jī)構(gòu)有以下幾個(gè)部分： （1）手部 手部是工業(yè)機(jī)器人用來(lái)握持工件或工具的部位，直接與工件或工具接觸。有些工業(yè)機(jī)器人直接將工具（如電焊槍、油漆噴槍、容器等）固定在手部，它就不再另外安裝手部了。（2）腕部 腕部是將手部和臂部連接在一起的部件。它的作用是調(diào)整手部的方位和姿態(tài)，并可擴(kuò)大臂部的活動(dòng)范圍。（3）臂部 臂部支承著腕部和手部，使手部活動(dòng)的范圍擴(kuò)大。 無(wú)論是手部、腕部或是臂部都有許多軸孔，孔內(nèi)有軸、軸和孔之間形成一個(gè)關(guān)節(jié)，機(jī)器人有一個(gè)關(guān)節(jié)就有了一個(gè)自由度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)器人的組成第一章 概論 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

12、裝在機(jī)械本體內(nèi)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是向執(zhí)行元件提供動(dòng)力。根據(jù)不同的動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式也分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和機(jī)械式四種。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)器人的組成第一章 概論 控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的指揮中心。他控制工業(yè)機(jī)器人按規(guī)定的程序動(dòng)作。控制系統(tǒng)還可存儲(chǔ)各種指令（如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度以及動(dòng)作的時(shí)間節(jié)奏等），同時(shí)還向各個(gè)執(zhí)行元件發(fā)出指令?？刂葡到y(tǒng)機(jī)器人的組成第一章 概論 檢測(cè)系統(tǒng)主要用來(lái)檢測(cè)自己的執(zhí)行系統(tǒng)所處的位置、姿勢(shì)，并將這些情況及時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)反饋信息在發(fā)出調(diào)整動(dòng)作的信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)一步動(dòng)作，從而使執(zhí)行系統(tǒng)一一定的精度到達(dá)規(guī)定的位置和姿勢(shì)。檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)器人的工作機(jī)理第

13、一章 概論運(yùn)動(dòng)學(xué)控制實(shí)例處理器確定必經(jīng)點(diǎn)確定位置、速度等已知條件推導(dǎo)位移、速度、加速度等函數(shù)（人工）前處理根據(jù)函數(shù)，求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程PID關(guān)節(jié)控制器給定值驅(qū)動(dòng)器及機(jī)械本體傳感器)(tSS )(tVV )(taa 末端操作器)(ti)(ti)(ti 關(guān)節(jié)智能機(jī)器人機(jī)器人的自由度和關(guān)節(jié) 物體的位姿第一章 概論位置：x, y, z姿態(tài)： 機(jī)器人的自由度是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。注意：機(jī)器人的自由度不包括手抓；大于六個(gè)自由度的機(jī)器人系統(tǒng)沒(méi)有唯一解；思考：手臂有幾個(gè)自由度？ 機(jī)器人的自由度機(jī)器人的自由度和關(guān)節(jié)第一章 概論許多工業(yè)機(jī)器人的自由度都少于6個(gè)，一般為3.5、4或5個(gè)；0.5個(gè)自由

14、度表示這個(gè)關(guān)節(jié)只能在有限點(diǎn)定位，如氣缸驅(qū)動(dòng)，只能全部伸出或收縮。分析：完成電路板插件的機(jī)器人最少要幾個(gè)自由度？ 機(jī)器人的關(guān)節(jié)滑動(dòng)關(guān)節(jié)（Prismatic）氣缸、液壓缸、電機(jī)；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（Rotate）電機(jī)（伺服、步進(jìn)、直流）機(jī)器人的自由度和關(guān)節(jié)第一章 概論實(shí)例算自由度只算到腕關(guān)節(jié)；轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的轉(zhuǎn)角范圍各不相同；日本三菱公司產(chǎn)日本三菱公司產(chǎn)MOVEMASTER-EX 五自由度機(jī)器人五自由度機(jī)器人 實(shí)驗(yàn)室中的MOVEMASTER-EX機(jī)器人實(shí)物照片 MOVEMASTER-EX 五自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖 PUMA/560六自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu) PUMA/560機(jī)器人美國(guó)美國(guó)UNIMATE公司產(chǎn)公司產(chǎn)PUMA/

15、560型六自由度機(jī)器人型六自由度機(jī)器人機(jī)器人坐標(biāo)架構(gòu)及參考坐標(biāo)系 直角坐標(biāo)型（3P） 圓柱坐標(biāo)型（R2P） 球坐標(biāo)型（2RP） 鏈型（3R） 平面關(guān)節(jié)型第一章 概論機(jī)器人坐標(biāo)形式：機(jī)器人參考坐標(biāo)系機(jī)器人坐標(biāo)架構(gòu)及參考坐標(biāo)系第一章 概論全局參考坐標(biāo)系(操作空間)關(guān)節(jié)參考坐標(biāo)系(關(guān)節(jié)空間)工具參考坐標(biāo)系(在手腕）機(jī)器人編程模式和機(jī)器人語(yǔ)言 機(jī)器人編程模式第一章 概論硬件邏輯結(jié)構(gòu)示教模式（目標(biāo)點(diǎn)示教、連續(xù)軌跡示教）軟件模式 機(jī)器人語(yǔ)言機(jī)器人語(yǔ)言的種類可能與機(jī)器人的種類一樣多。每一個(gè)生產(chǎn)商都會(huì)設(shè)計(jì)他們自己的機(jī)器人語(yǔ)言。許多機(jī)器人語(yǔ)言以常用語(yǔ)言如Basic、C和Fortran為基礎(chǔ)派生出來(lái)的，也有一些機(jī)

16、器人語(yǔ)言是獨(dú)特設(shè)計(jì)的，與其它語(yǔ)言無(wú)直接聯(lián)系。高級(jí)語(yǔ)言的執(zhí)行方式有兩種：解釋和編譯。機(jī)器人語(yǔ)言也存在不同級(jí)別：機(jī)器級(jí)語(yǔ)言、點(diǎn)到點(diǎn)級(jí)語(yǔ)言、基本動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言、結(jié)構(gòu)化程序級(jí)語(yǔ)言、面向任務(wù)級(jí)語(yǔ)言。如 Move Pi; Open; Close; Break關(guān)鍵是編譯器機(jī)器人性能指標(biāo)自由度及范圍定位精度和重復(fù)定位精度 定位精度： 重復(fù)定位精度：運(yùn)動(dòng)范圍負(fù)載能力最大工作速度第一章 概論bxxhniinxx12)(正確性變化性機(jī)器人工作空間第一章 概論機(jī)器人的控制方式機(jī)器人的控制方式 機(jī)器人的工作原理是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，機(jī)器人的原理就是模仿人的各種肢體動(dòng)作、思維方式和控制決策能力。從控制的角度，機(jī)器人

17、可以通過(guò)如下四種方式來(lái)達(dá)到這一目標(biāo)。 “示教再現(xiàn)示教再現(xiàn)”方式：它通過(guò)“示教盒”或人“手把手”兩種方式教機(jī)械手如何動(dòng)作，控制器將示教過(guò)程記憶下來(lái)，然后機(jī)器人就按照記憶周而復(fù)始地重復(fù)示教動(dòng)作，如噴涂機(jī)器人?！翱删幊炭刂瓶删幊炭刂啤狈绞剑汗ぷ魅藛T事先根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)和運(yùn)動(dòng)軌跡編制控制程序，然后將控制程序輸入給機(jī)器人的控制器，起動(dòng)控制程序，機(jī)器人就按照程序所規(guī)定的動(dòng)作一步一步地去完成，如果任務(wù)變更，只要修改或重新編寫(xiě)控制程序，非常靈活方便。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都是按照前兩種方式工作的?！斑b控遙控”方式：由人用有線或無(wú)線遙控器控制機(jī)器人在人難以到達(dá)或危險(xiǎn)的場(chǎng)所完成某項(xiàng)任務(wù)。如防暴排險(xiǎn)機(jī)器人、軍用機(jī)器人

18、、在有核輻射和化學(xué)污染環(huán)境工作的機(jī)器人等?！白灾骺刂谱灾骺刂啤狈绞剑菏菣C(jī)器人控制中最高級(jí)、最復(fù)雜的控制方式，它要求機(jī)器人在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中具有識(shí)別環(huán)境和自主決策能力，也就是要具有人的某些智能行為。示教再現(xiàn)控制示教再現(xiàn)控制 ( Control ) 示教再現(xiàn)示教再現(xiàn) 即分為示教存儲(chǔ)再現(xiàn)操作四步進(jìn)行。示教示教：方式有兩種：(1) 直接示教手把手；(2) 間接示教示教盒控制。存儲(chǔ)存儲(chǔ)：保存示教信息。再現(xiàn)再現(xiàn)：根據(jù)需要，讀出存儲(chǔ)的示教信息向機(jī)器人發(fā)出重復(fù)動(dòng)作的命令。順序信息順序信息：各種動(dòng)作單元（包括機(jī)械手和外圍設(shè)備）按動(dòng)作先后順序的設(shè)定、檢測(cè)等。位置信息位置信息：作業(yè)之間各點(diǎn)的坐標(biāo)值，包括手爪在該

19、點(diǎn)上的姿態(tài)，通?？偡Q為位姿（POSE）。時(shí)間信息時(shí)間信息：各順序動(dòng)作所需時(shí)間，即機(jī)器人完成各個(gè)動(dòng)作的速度?？刂菩畔⒖刂菩畔Ⅻc(diǎn)位控制點(diǎn)位控制PTP（Point to Point）：只考慮起始點(diǎn)和目的點(diǎn)的位置，而不考慮兩點(diǎn)之間的移動(dòng)路徑的控制方式，適用于上下料、點(diǎn)焊、搬運(yùn)等；連續(xù)路徑控制連續(xù)路徑控制CP（Continuous Path）：不但要求機(jī)器人以一定的精度到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，而且對(duì)其移動(dòng)的軌跡形式有一定精度范圍的要求。位置控制位置控制機(jī)器人的應(yīng)用機(jī)器人的應(yīng)用（The Applications of Robots） 機(jī)器人的應(yīng)用十分廣泛，在許多領(lǐng)域機(jī)器人都得到了成功的應(yīng)用或有著美好的應(yīng)用前景。工業(yè)機(jī)

20、器人工業(yè)機(jī)器人是應(yīng)用最為成功和廣泛的機(jī)器人，它的應(yīng)用涉及到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，如焊接、裝配、噴漆等。海洋探測(cè)機(jī)器人海洋探測(cè)機(jī)器人 可用于海底礦物資源和水文氣象探測(cè)、海底地勢(shì)勘查、打撈、救生、排險(xiǎn)等。空間機(jī)器人空間機(jī)器人 在航天飛機(jī)上用來(lái)回收和維修人造衛(wèi)星，在空間站、月球表面和火星上進(jìn)行工作。軍用機(jī)器人軍用機(jī)器人 有掃雷排雷機(jī)器人、偵察機(jī)器人、防核防化機(jī)器人等。特種機(jī)器人特種機(jī)器人 替代人在繁重、危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下作業(yè)必不可少的工具，如消防（滅火）機(jī)器人、防暴機(jī)器人、盾構(gòu)機(jī)器人等。微型機(jī)器人微型機(jī)器人 進(jìn)入煤氣、輸油管道等狹窄場(chǎng)所進(jìn)行工作，甚至進(jìn)入人體的血管、腸胃。微操作機(jī)器人微操作機(jī)器人 是機(jī)器

21、人領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，在國(guó)防、空間技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、智能制造和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）中有廣泛的應(yīng)用前景。娛樂(lè)機(jī)器人娛樂(lè)機(jī)器人 充當(dāng)導(dǎo)游、做表演、甚至與人進(jìn)行簡(jiǎn)單交流，如導(dǎo)游機(jī)器人、足球機(jī)器人、機(jī)器狗、機(jī)器貓、機(jī)器魚(yú)等。服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人 已經(jīng)開(kāi)始或在不久的將來(lái)進(jìn)入人類家庭生活，如保健機(jī)器人，導(dǎo)盲機(jī)器人、垃圾清掃和擦玻璃機(jī)器人等。操縱機(jī)器人操縱機(jī)器人 ( Operating Robots )操縱機(jī)器人實(shí)際上是一種人機(jī)系統(tǒng)，由人操縱代替示教。因此，人與機(jī)器人之間相互傳遞信息的問(wèn)題就成為操縱機(jī)器人研究的重點(diǎn)。操縱機(jī)器人可分為兩種類型：能力擴(kuò)大式機(jī)器人能力擴(kuò)大式機(jī)器人：負(fù)重能力，動(dòng)作范圍放大數(shù)

22、倍甚至數(shù)十倍，如空間機(jī)器人放置和回收衛(wèi)星；遙控機(jī)器人遙控機(jī)器人：適用于特殊作業(yè)環(huán)境，如放射性物質(zhì)，真空，有毒氣體等隔離工作環(huán)境。又如高空、建筑、宇宙、海洋開(kāi)發(fā)、火山探測(cè)、軍事戰(zhàn)場(chǎng)等人不能到達(dá)的環(huán)境。主從式機(jī)器人與人協(xié)同動(dòng)作主從式機(jī)器人與人協(xié)同動(dòng)作智能機(jī)器人智能機(jī)器人 ( Intelligent Robots )智能機(jī)器人應(yīng)具備以下四種機(jī)能： 運(yùn)動(dòng)機(jī)能運(yùn)動(dòng)機(jī)能 ：施加于外部環(huán)境，相當(dāng)于人的手、腳等動(dòng)作機(jī)能； 感知機(jī)能感知機(jī)能：獲取外部環(huán)境信息的能力，如視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、距離感、接近覺(jué)等； 思維能力思維能力：認(rèn)識(shí)、推理、判斷能力； 人機(jī)對(duì)話機(jī)能人機(jī)對(duì)話機(jī)能：理解指示命令，輸出內(nèi)部狀態(tài)，與人進(jìn)

23、行信息交換的能力。 智能機(jī)器人既不同于工業(yè)機(jī)器人的“示教再現(xiàn)”，也不同于操縱機(jī)器人的“操縱”，而是一種“認(rèn)知適應(yīng)認(rèn)知適應(yīng)的工作方式。家用機(jī)器人第一章 概論遠(yuǎn)程監(jiān)控汽車裝配機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人汽車裝配機(jī)器人一汽紅旗轎車機(jī)器人焊接線弧焊機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人鉚接機(jī)器人1990年日本海洋科技中心 研制的“海溝號(hào)”纜控式無(wú)人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右） 海洋探測(cè)機(jī)器人海洋探測(cè)機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽(yáng)自動(dòng)化所機(jī)器人中心研制的CR-01型6000米水下無(wú)纜機(jī)器人（上）和正在下水的情況（右）CR-01型型6000米水下無(wú)纜機(jī)器人米水下無(wú)纜機(jī)器人美國(guó)航空航天局（NASA）研究的月球車在月球表

24、面時(shí)的情形空間機(jī)器人空間機(jī)器人美國(guó)航空航天局（NASA）研究的 “索杰納”火星車 1997年7月4日17時(shí)07分，美國(guó)航空航天局（NASA）發(fā)射的火星探路者號(hào)宇宙飛船成功地在火星（Mars）表面著陸，“索杰納索杰納”火星車在火星上成功地工作了250天。2003年6月先后升空的美國(guó)“勇氣勇氣”（Spirit）號(hào)和“機(jī)遇機(jī)遇”（Opportunity）號(hào)火星車經(jīng)過(guò)1.2億公里和半年多的長(zhǎng)途飛行，分別于2004年1月3日和24日先后登陸火星，向地球傳來(lái)大量清晰的火星圖片。日本研究的火星探測(cè)機(jī)器人軍用機(jī)器人軍用機(jī)器人機(jī)器警察機(jī)器警察英國(guó)研制的履帶式“手推車” （下圖）、 “土撥鼠”（右圖右）和“野?！?/p>

25、（右圖左）排爆機(jī)器人在波黑及科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中用來(lái)探測(cè)及處理爆炸物 我國(guó)沈陽(yáng)自動(dòng)化所研制的排爆機(jī)器人德國(guó)的排爆機(jī)器人掃雷機(jī)器人掃雷機(jī)器人美國(guó)將M60坦克的炮塔去掉后改裝的豹式掃雷車德國(guó)研制的Minebreaker 2000機(jī)器人掃雷車美國(guó)研制的MDARS-E型室外保安機(jī)器人MPR-800多用途機(jī)器人，可用于掃雷、滅火、核生化污染清除等多項(xiàng)危險(xiǎn)工作保安機(jī)器人保安機(jī)器人美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在研制的只有2.54厘米大小昆蟲(chóng)機(jī)器人美國(guó)研制的“徘徊者”偵察機(jī)器人由M113裝甲運(yùn)輸車改裝而成 偵察機(jī)器人偵察機(jī)器人水下掃雷機(jī)器人水下掃雷機(jī)器人瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人 美國(guó)羅克威爾公司及IS機(jī)

26、器人公司研制的一種名叫“水下自主行走裝置”（ALUV）的水下掃雷機(jī)器蟹 “暗星暗星”無(wú)人機(jī)無(wú)人機(jī)“別動(dòng)隊(duì)別動(dòng)隊(duì)”無(wú)人機(jī)無(wú)人機(jī)法國(guó)法國(guó)“紅隼紅隼”無(wú)人機(jī)無(wú)人機(jī)高空無(wú)人偵察機(jī)高空無(wú)人偵察機(jī)無(wú)人機(jī)無(wú)人機(jī)發(fā)射Brevel無(wú)人機(jī)只有15厘米的微型無(wú)人機(jī)鬼怪式無(wú)人機(jī)復(fù)合式直徑6.14米盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)隧道鑿巖機(jī)器人 特種機(jī)器人特種機(jī)器人機(jī)器人化裝載機(jī) 自動(dòng)攤鋪機(jī) 自動(dòng)無(wú)軌堆垛機(jī) 移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人法國(guó)國(guó)家科學(xué)法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心和系研究中心和系統(tǒng)分析與結(jié)構(gòu)統(tǒng)分析與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室共同研實(shí)驗(yàn)室共同研制的制的HILARE 2型移動(dòng)機(jī)械型移動(dòng)機(jī)械手手法國(guó)蒙特皮里亞（法國(guó)蒙特皮里亞（Montpellier）微電子與）微電子

27、與機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研制的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研制的 LIRMM移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人 微型機(jī)器人微型機(jī)器人工業(yè)管道機(jī)器人移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng) SMA六足微型機(jī)器人六足微型機(jī)器人 外觀如同一只小甲蟲(chóng)，外形尺寸為253030mm3，重20克，步行速度18mm/分，有12個(gè)自由度，SMA（形狀記憶合金）作為驅(qū)動(dòng)源。微小型機(jī)器人將來(lái)可能在細(xì)小管道檢測(cè)及醫(yī)療方面發(fā)揮作用。 微型飛行器微型飛行器：被認(rèn)為是未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上的重要偵察和攻擊武器，能以可接受的成本執(zhí)行某一有價(jià)值的任務(wù)。這種飛行器必須能夠傳輸實(shí)時(shí)圖像或執(zhí)行其它功能，有足夠小的尺寸（小于20厘米）、足夠的巡航范圍（如不小于5公里）和飛行時(shí)間（不小于15分鐘）。微型戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)微

28、型戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)：可用于戰(zhàn)爭(zhēng)危險(xiǎn)估計(jì)、目標(biāo)搜索、通信中繼，監(jiān)測(cè)化學(xué)、核或生物武器，偵察建筑物內(nèi)部情況?？蛇m用于城市、叢林等多種戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境。因?yàn)槠浔阌跀y帶，操作簡(jiǎn)單，安全性好的優(yōu)點(diǎn)，可以在部隊(duì)中大量裝備。 微操作機(jī)器人系統(tǒng)微操作機(jī)器人系統(tǒng)華中科技大學(xué)控制系智能與控制工程研究所研制的HUST-MR801型雙手協(xié)調(diào)微操作機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 娛樂(lè)機(jī)器人娛樂(lè)機(jī)器人機(jī)器人足球賽機(jī)器人相撲大賽機(jī)器人相撲大賽 相撲機(jī)器人相撲機(jī)器人機(jī)器狗與機(jī)器昆蟲(chóng)機(jī)器狗與機(jī)器昆蟲(chóng) 小提琴機(jī)器人和吹笛機(jī)器人小提琴機(jī)器人和吹笛機(jī)器人 吹笛機(jī)器人 小提琴機(jī)器人機(jī)器人樂(lè)隊(duì)機(jī)器人樂(lè)隊(duì)舞蹈機(jī)器人和機(jī)器龜舞蹈機(jī)器人和機(jī)器龜機(jī)器人舞蹈機(jī)器龜走迷宮護(hù)士助

29、手機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人腦外科機(jī)器人輔助系統(tǒng)遙控操作手術(shù)（格林系統(tǒng)）遙控操作手術(shù)（格林系統(tǒng)）導(dǎo)盲機(jī)器人和智能輪椅導(dǎo)盲機(jī)器人和智能輪椅智能輪椅導(dǎo)盲機(jī)器人爬纜索機(jī)器人爬纜索機(jī)器人: 在高空纜索上自動(dòng)完成檢查、打磨、清洗、去靜電、底涂和面涂及一系列的維護(hù)工作。清洗巨人清洗巨人：利用兩套計(jì)算機(jī)和一個(gè)機(jī)器人控制器來(lái)控制飛機(jī)的清洗 ，不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大提高了工作效率。例如，人工清洗一架波音747飛機(jī)需要95個(gè)工時(shí)，而機(jī)器人清洗僅需12個(gè)工時(shí)。 爬纜索機(jī)器人和清洗巨人爬纜索機(jī)器人和清洗巨人高樓擦窗和壁面清洗機(jī)器人高樓擦窗和壁面清洗機(jī)器人 消防機(jī)器人和救援機(jī)器人消防機(jī)器人和救援機(jī)器人雕刻機(jī)

30、器人和汽車加油機(jī)器人雕刻機(jī)器人和汽車加油機(jī)器人加油機(jī)器人加油機(jī)器人：汽車駛?cè)爰佑蛵u，前輪觸發(fā)一個(gè)概略定位器，給出汽車的概略位置。機(jī)器人臂抓起相應(yīng)的油槍，機(jī)器人臂伸出，機(jī)器人臂上裝有一臺(tái)微型攝像機(jī)，它找到油箱蓋，利用一個(gè)吸氣裝置將其打開(kāi)，然后機(jī)器人手爪擰開(kāi)加油口密封蓋，插入加油軟管。加完油后，機(jī)器人蓋上密封蓋及油箱蓋。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)已為用戶結(jié)完帳。整個(gè)過(guò)程只需兩、三分鐘。 雕刻機(jī)器人雕刻機(jī)器人：電腦雕刻系統(tǒng)集掃描、編輯、排版、雕刻諸功能于一體，是CAD/CAM一體化的典型產(chǎn)品，能方便快捷地在各種材質(zhì)上雕刻出逼真、精致、耐久的二維圖形及三維立體浮雕。 導(dǎo)游機(jī)器人和禮儀機(jī)器人導(dǎo)游機(jī)器人和禮儀機(jī)器人

31、 農(nóng)業(yè)和林業(yè)機(jī)器人農(nóng)業(yè)和林業(yè)機(jī)器人 溫室中的嫁接機(jī)器人摘西紅柿機(jī)器人伐根機(jī)器人 林木球果采集機(jī)器人 仿人形機(jī)器人仿人形機(jī)器人本田公司機(jī)器人P2 本田公司機(jī)器人P3 日本本田公司投入巨資，經(jīng)過(guò)10多年的開(kāi)發(fā)，于1997年研制出了在世界上居領(lǐng)先地位的雙足步行機(jī)器人P3 ，按研制時(shí)間先后，把雙足步行機(jī)器人分別命名為P1、P2、P 3 等 。 P 3 的 高 度 為160cm，體重130公斤。被稱為二哥的機(jī)器人P2身高1.80米，體重120公斤，看起來(lái)笨頭笨腦，但行動(dòng)起來(lái)卻很靈活，它們不僅能在平坦的地面上行走，還能夠完成上臺(tái)階和用扳手?jǐn)Q螺釘?shù)雀唠y動(dòng)作。哈爾濱工業(yè)大學(xué)雙足步行機(jī)器人在爬樓梯 國(guó)防科技大學(xué)

32、研制 “先行者”仿人型機(jī)器人我國(guó)研究的仿人型機(jī)器人我國(guó)研究的仿人型機(jī)器人北京航空航天大學(xué)研究的多指靈巧手北京航空航天大學(xué)研究的多指靈巧手并聯(lián)機(jī)器人我國(guó)第一臺(tái)6自由度并聯(lián)機(jī)器人試驗(yàn)樣機(jī)具有柔性關(guān)節(jié)的6自由度并聯(lián)機(jī)器人 應(yīng)用機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域及優(yōu)缺點(diǎn)第一章 概論提高生產(chǎn)效率、安全性、產(chǎn)品質(zhì)量和一致性；可以在危險(xiǎn)環(huán)境下工作，無(wú)需考慮生命保障或安全的需要；無(wú)需舒適的環(huán)境，如照明、空調(diào)、通風(fēng)及噪音等；能夠不知疲倦的工作，不會(huì)有心理問(wèn)題，做事不拖沓，不需要醫(yī)療保險(xiǎn)或假期；除發(fā)生故障或磨損外，始終如一的保持精確度；具有高精確度，具有人類所不具備的能力； 應(yīng)用機(jī)器人的缺點(diǎn)缺乏應(yīng)急能力；費(fèi)用開(kāi)銷大；造成工人失業(yè)，引發(fā)社會(huì)問(wèn)題。機(jī)器人的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn) 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域第一章 概論人不能達(dá)到的地方：水下、太空、其它星球；人不宜到達(dá)的地方：核電站、有毒、危險(xiǎn)場(chǎng)所；工業(yè)自動(dòng)化：搬運(yùn)物料、焊接、噴漆、檢測(cè)、裝配、機(jī)械制造、監(jiān)視；民用：醫(yī)療應(yīng)用、殘疾人等；軍事：排雷、戰(zhàn)地報(bào)道，遠(yuǎn)程監(jiān)視。1.8 未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展方向未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展方向 ( The Future of Robots )目前的應(yīng)用情況目前的應(yīng)用情況機(jī)器人的誕生是人類高新技術(shù)革命的結(jié)晶，經(jīng)過(guò)短短四十多年的發(fā)展已