機(jī)械工程導(dǎo)論第八講課件

1、智能裝備及機(jī)器人 未來機(jī)械工程科學(xué)發(fā)展的總趨勢將是智能、數(shù)字化；交叉、綜合化；柔性、集成化；精密、 微型化；高效、清潔化。其中智能裝備及機(jī)器人已成為一個熱門的研究課題。1、機(jī)器人的定義美國機(jī)器人協(xié)會（RIA）的機(jī)器人定義：“機(jī)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(yè)的特殊機(jī)械裝置?！比毡竟I(yè)機(jī)器人協(xié)會（JIRA）的定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，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(jī)器。” 總之，機(jī)器人是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是一種智能的機(jī)電一體化系統(tǒng)。它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以

2、根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)或是危險的工作。 機(jī)器人是高級整合控制論、機(jī)械電子、計算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物，在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、軍事等領(lǐng)域中都有重要的用途。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS ）的定義：“機(jī)器人是一種 能夠進(jìn)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(wù)的機(jī)械裝置”。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義：“機(jī)器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)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(wù)?！?機(jī)器人的動作機(jī)構(gòu)具有類似與人或其它生物的某些器官的功能。是一種自動機(jī)械裝

3、置，自動完成多種操作或動作功能，可以再編程，程序流程可變，具有適應(yīng)性。具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)。 3、機(jī)器人的特點4、機(jī)器人的能力評價標(biāo)準(zhǔn)智能，指感覺和感知，包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學(xué)習(xí)和邏輯推理等；機(jī)能，指變通性、通用性或空間占有性等；物理能，指力、速度、可靠性、聯(lián)用性和壽命等。因此，可以說機(jī)器人就是具有生物功能的實際空間運行工具，可以代替人類完成一些危險或難以進(jìn)行的勞作、任務(wù)等。5、機(jī)器人的發(fā)展方向橫向上，應(yīng)用面越來越寬。由95%的工業(yè)應(yīng)用擴(kuò)展到更多領(lǐng)域的非工業(yè)應(yīng)用。像做手術(shù)、采摘水果、剪枝、巷道掘進(jìn)、偵查、排雷，還有空間機(jī)器人、潛海機(jī)器人。縱向

4、上，機(jī)器人的種類會越來越多，像進(jìn)入人體的微型機(jī)器人，已成為一個新方向，可以小到像一個米粒般大??；機(jī)器人智能化得到加強(qiáng)，機(jī)器人會更加聰明。6、機(jī)器人的發(fā)展歷史 1910年捷克斯洛伐克作家卡雷爾恰佩克在他的科幻小說中，根據(jù)Robota（捷克文，原意為“勞役、苦工”）和Robotnik（波蘭文，原意為“工人”），創(chuàng)造出“機(jī)器人”這個詞。 1911年美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機(jī)器人Elektro。它由電纜控制，可以行走，會說77個字，甚至可以抽煙，不過離真正干家務(wù)活還差得遠(yuǎn)。但它讓人們對家用機(jī)器人的憧憬變得更加具體。1912年美國科幻巨匠阿西莫夫提出“機(jī)器人三定律”。雖然這只是科幻小

5、說里的創(chuàng)造，但后來成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。1913年諾伯特維納出版控制論關(guān)于在動物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)，闡述了機(jī)器中的通信和控制機(jī)能與人的神經(jīng)、感覺機(jī)能的共同規(guī)律，率先提出以計算機(jī)為核心的自動化工廠。 1959年德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機(jī)器人。隨后，成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠Unimation公司。由于英格伯格對工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為“工業(yè)機(jī)器人之父”。1962年美國AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”（意思是萬能搬運），與Unimation公司生產(chǎn)的Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人，并出口到世界各國，掀起了全世界對機(jī)器人和機(jī)器人

6、研究的熱潮。1962年-1963年傳感器的應(yīng)用提高了機(jī)器人的可操作性。人們試著在機(jī)器人上安裝各種各樣的傳感器，包括1961年恩斯特采用的觸覺傳感器，托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的“靈巧手”上用到了壓力傳感器，而麥卡錫1963年則開始在機(jī)器人中加入視覺傳感系統(tǒng)，并在1964年，幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺傳感器，能識別并定位積木的機(jī)器人系統(tǒng)。本田公司的ASIMO仿人機(jī)器人索尼公司的QRIO仿人機(jī)器人147、機(jī)器人的性能要素自由度數(shù)，衡量機(jī)器人適應(yīng)性和靈活性的重要指標(biāo)，一般等于機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)。機(jī)器人所需要的自由度數(shù)決定與其作業(yè)任務(wù)。負(fù)荷能力，機(jī)器人在滿足其它性能要求的前提下，能夠承

7、載的負(fù)荷重量。工作空間，機(jī)器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達(dá)到的所有點的集合。它是機(jī)器人關(guān)節(jié)長度和其構(gòu)型的函數(shù)。精度，指機(jī)器人到達(dá)指定點的精確程度。它與機(jī)器人驅(qū)動器的分辨率及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)定位精度，指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)同樣位置的精確程度。它不僅與機(jī)器人驅(qū)動器的分辨率及反饋裝置有關(guān)，還與傳動機(jī)構(gòu)的精度及機(jī)器人的動態(tài)性能有關(guān)?？刂颇Ｊ?，引導(dǎo)或點到點示教模式；連續(xù)軌跡示教模式；軟件編程模式；自主模式。最大工作速度，單關(guān)節(jié)速度；合成速度。其它動態(tài)特性，如穩(wěn)定性、柔順性等。8、機(jī)器人的分類 機(jī)器人的種類很多，可以按驅(qū)動形式、結(jié)構(gòu)、智能水平和用途等劃分： 、按驅(qū)動形式分類 氣壓驅(qū)動 液壓驅(qū)動 電驅(qū)動 交流伺服驅(qū)動

8、直流伺服驅(qū)動 2、按幾何結(jié)構(gòu)分類串聯(lián)機(jī)器人：各連桿為串聯(lián)并聯(lián)機(jī)器人：各連桿為并聯(lián)串聯(lián)機(jī)器人并聯(lián)機(jī)器人3、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(xiàn)若干預(yù)定的功能。固定順序機(jī)器人按預(yù)定的不變順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動作?？勺冺樞驒C(jī)器人按預(yù)定的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動作。但順序和條件可作適當(dāng)改變。示教再現(xiàn)型機(jī)器人通過手動或其它方式，先引導(dǎo)機(jī)器人動作，記錄下工作程序，機(jī)器人則自動重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。數(shù)控型機(jī)器人不必使機(jī)器人動作，通過數(shù)值、語言等為機(jī)器人提供運動程序，能進(jìn)行可變程伺服控制。感知型機(jī)器人利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動作。機(jī)器人

9、對環(huán)境有一定的適應(yīng)性。智能機(jī)器人機(jī)器人具有感知和理解外部環(huán)境的能力，即使環(huán)境發(fā)生變化，也能夠成功的完成任務(wù)。第一代第二代第三代工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。德國大眾汽車生產(chǎn)線農(nóng)業(yè)機(jī)器人是用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特種機(jī)器人，是一種新型多功能機(jī)械。德國農(nóng)業(yè)機(jī)械水下機(jī)器人是一種工作于水下的極限作業(yè)機(jī)器人，能潛入水中代替人完成某些操作，又稱潛水器。水下探測機(jī)器人軍用機(jī)器人是一種用于軍事領(lǐng)域的具有某種仿人功能的自動機(jī)。美國大狗機(jī)器人太空機(jī)器人是一種在航天器或空間站上作業(yè)的具有智能的通用機(jī)械系統(tǒng)。太空加油機(jī)器人娛樂機(jī)器人以供人觀賞、娛樂為目的，具有機(jī)器人的外部特征，可以像人，像某種動物，像童話或科幻小說中的人物等。樂隊機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣，主要從事維護(hù)保養(yǎng)、修理、運輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)等工作。銀行大堂服務(wù)機(jī)器人形式：課程報告 (每人一份，機(jī)械相關(guān)主題，內(nèi)容 5頁以上， 提交打印紙質(zhì)稿，A4大小，正文5號字，圖不超過1/4篇幅