2022年机器人发展与设计Word文档 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 三、机器人的分类 经过几十年的进展,机器人的技术水平不断提高,应用范畴越来越广,从早期的焊接、装 配等工业应用,逐步向军事、空间、水下、农业、建筑、服务和消遣等领域不断扩展,结 构形式也多种多样；因此,机器人的分类也显现了多种方法、多种标准,本章主要介绍以 下三种分类法；1依据机器人的技术进展水平分 依据机器人的技术进展水平可以将机器人分为三代；第一代机器人是“ 示教再现” 型；这类机器人能够依据人类预先示教的轨迹、行为、次序 和速度重复作业；示教可以由操作员“ 手把手” 地进行,比如,操作人员抓 住机器人上的 喷枪,沿喷漆路线示范一遍,机器人

2、记住了这一连串运动,工作时,自动重复这些运动,从而完成给定位置的喷漆工作；这种方式即是所谓的“ 直接示 教” ；但是,比较普遍的方 式是通过掌握面板示教；操作人员利用掌握面板上的开关或键盘来掌握机器人一步一步地运动,机器人自动记录下每一步,然后重复；目 代；前在工业现场应用的机器人大多属于第一其次代机器人具有环境感知装置,能在肯定程度上适应环境的变化；以焊接机器人为例,机器人焊接的过程一般是通过示教方式给出机器人的运动曲线,机器人携带 焊枪走这个曲 线,进行焊接；这就要求工件的一样性很好,也就是说工件被焊接的位置必需非常精确；否就,机器人走的曲线和工件上的实际焊缝位置会有偏差；为 明白决这个问

3、题,其次代机 器人采纳了焊缝跟踪技术,通过传感器感知焊缝的位置,再通过反馈掌握,机器人就能够 使实际焊缝相对于原始设定的位置有变 自动跟踪焊缝,从而对示教的位置进行修正,即 化,机器人仍旧可以很好地完成焊接工作；类似的技术正越来越多地应用在机器人上；第三代机器人称为“ 智能机器人” ,具有发觉问题,并且能自主地解决问题的才能；作为 进展目标,这类机器人具有多种传感器,不仅可以感知自身的状态,比如所 处的位置、自 身的故障情形等等；而且能够感知外部环境的状态,比如自动发觉路况、测出协作机器的 相对位置、相互作用的力等等；更为重要的是,能够依据获得 的信息,进行规律推理、判 断决策,在变化的内部状

4、态与变化的外部环境中,自主打算自身的行为；这类机器人具有 高度的适应性和自治才能；尽管经过多年来的不 懈讨论,人们研制了很多各具特点的试验 装置,提出大量新思想、新方法,但现有机器人的自适应技术仍是非常有限的；2按机器人的机构特点来分 机器人的机械配置形式多种多样,典型机器人的机构运动特点是用其坐标特性来描述的；按机构运动特点,机器人通常可分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人 和关节型机器人等类型；（1）直角坐标机器人；直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴,通过直角坐标方向的3 个独立自由度确定其手部的空间位置,其动作空间为一长方体；直角坐标机器人结构简洁,定位

5、精度高,空间轨迹易于求解；但其动作范畴相对较小,设备的空间因数较低,实现相同的动作空间要求时,机体本身的体 板的元件插入、紧固螺丝等作业；积较大；主要用于印刷电路基（2）柱面坐标机器人；柱面坐标机器人的空间位置机构主要由旋转基座、垂直移动和水平 移动轴构成,具有一个回转和两个平移自由度,其动作空间呈圆柱形；这 种机器人结构简单、刚性好,但缺点是在机器人的动作范畴内,必需有沿轴线前后方向的移动空间,空间名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 利用率较低；主要用于重物的装卸、搬运等作业；闻名的 柱面坐标机器人；（3）球面坐标机

6、器人；其空间位置分别由旋转、摇摆和平移Versatran 机器人就是一种典型的 3 个自由度确定,动作空间形成球面的一部分；其机械手能够作前后伸缩移动、在垂直平面上摇摆以及 绕底座在水平面上转动；闻名的 Unimate 就是这种类型的机器人；其特点是结构紧凑,所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人,但仍大于多关节型机器 人；（4）多关节型机器人；由多个旋转和摇摆机构组合而成；这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作最接近人的动作,对喷漆、装配、焊接等多种作业都有良好的适 应性,应用范畴越来越广；不少闻名的机器人都采纳了这种型式,其摇摆方向主要有铅垂方向和水平方向两种,因此这类机器人又可分为垂直多

7、关节机器人和水平多关节机器人；如美国Unimation 公司 20 世纪 70 岁月末推出的机器人 PUMA 就是一种垂直多关节机器人,而日 本山梨高校研制的机器人 SCARA 就是 一种典型的水平多关节机器人；垂直多关节机器人模拟了人类的手臂功能,由垂直于地面的腰部旋转轴（相当于大臂旋转 的肩部旋转轴）带动小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等构成；手 腕通常由 23 个自由度构成；其动作空间近似一个球体,所以也称多关节球面机器人；其优点是可以自 由地实现三维空间的各种姿态,可以生成各种复杂外形的轨 迹；相对机器人的安装面 积其动作范畴很宽；缺点是结构刚度较低,动作的肯定位置精度磨较低；它

8、广泛应用于 代替人完成装配作业、货物搬运、电弧焊接、喷 涂、点焊接等作业场合水平多关节机器人在结构上具有串联配置的二个能够在水平面内旋转的手臂,其自由度可 以依据用途挑选 24 个,动作空间为一圆柱体；水平多关节机器人的优点是在垂直方向上 的刚性好,能便利地实现二维平面上的动作,在装配作业中得到普遍应用；3依据机器人的用途分 机器人第一在制造业大规模应用,所以,机器人曾被简洁地分为两类,即用于汽车等制造 业的机器人称为工业机器人,其他的机器人称为特种机器人；随着机器人应 用的日益广 泛,这种分类显得过于粗糙；现在除工业领域之外,机器人技术已经广泛地应用于农业、建筑、医疗、服务、消遣,以及空间和

9、水下探究等多种领域；（1）工业机器人 工业机器依据详细应用的不同,通常又可以分成焊接机器人、装配机器人、喷漆机器人、码垛机器人、搬运机器人等多种类型；焊接机器人,包括点焊（电阻焊）和 电弧焊机器 人,用途是实现自动的焊接作业；装配机器人,比较多地用于电子部件电器的装配；喷漆 机器人,代替人进行喷漆作业；码垛、上下料、搬运机器人的功 能就是依据肯定的速度和 精度要求,将物品从一处运到另一处；在工业生产中应用机器人,可以便利快速地转变作 业内容或方式,以满意生产要求的变化；比如,改 变焊缝轨迹,转变喷漆位置,变更装配 部件或位置等等；随着对工业生产线柔性的要求越来越高,对各种机器人的需求也就越来

10、越剧烈；（2）农业机器人 随着机器人技术的进步,以定型物、无机物为作业对象的工业机器人正在向更高层次的以 动、植物之类复杂作业对象为目标的农业机器人进展,农业机器人或机器人 化的农业机械 的应用范畴正在逐步扩大；农业机器人的应用不仅能够大大减轻以致代替的人们的生产劳名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 动、解决劳动力不足的问题,而且可以提高劳动生产率,改善 农业的生产环境,防止农药、化肥等对人体的损害,提高作业质量；但由于农业机器人所面临的是非结构、不确定、不宜预估的复杂环境和工作对象,所以与工业机 器人相比,其讨论开发

11、的难度更大；农业机器人的讨论开发目前主要集中耕种、施肥、喷药、蔬菜嫁接、苗木株苗移栽、收获、浇灌、养殖和各种帮助操作等方面；千台机器人应用于农业领域；（3）探究机器人日本是机器人普及最广泛的国家,目前已经有数机器人除了在工农业上广泛应用之外,仍越来越多地用于极限探究,即在恶劣或不适于人 类工作的环境中执行任务；例如,在水下（海洋）、太空以及在放射性 有 毒或高温等环 境中进行作业；人类借助潜水器具潜人到深海之中探秘,已有很长的历史；然而,由于危 险很大、费用极高,所以水下机器人就成了代替人在这一危急 的环境中工作的正确工具；空间机器人是指在大气层内和大气层外从事各种作业的机器人,包括在内层空间

12、飞行并进行观测、可完成多种作业的飞行机器人,到外层 机器人和在各种航天器里使用的机器人；（4）服务机器人空间其他星球上进行探测作业的星球探测机器人技术不仅在工农业生产、科学探究中得到了广泛应用,也逐步渗透到人们的日常生 活领域,服务机器人就是这类机器人的一个总称；尽管服务机器人的起步较 晚,但应用前 景非常广泛,目前主要应用在清洁、护理、执勤、救援、消遣、和代替人对设备保护保养 等场合；国际机器人联合会给服务机器人的一个初步定义是,一种以自主或半自主方式运 行,能为人类的生活、康复供应服务的机器人,或者是能对设备运行进行保护的一类机器 人；四、机器人技术的进展国际上第一台工业机器人产品产生于2

13、0 世纪 60 岁月,当时其作业才能仅限于上、下料这类简洁的工作；此后机器人进人了一个缓慢的进展期,直到进人 20 世纪 80 岁月,机器人产业才得到了巨大的进展,成为机器人进展的一个里程碑,这一时代被称为“ 机器人元年” ；为了满意汽车行业蓬勃进展的需要,这个时期开发出 的点焊机器人、弧焊机器人、喷涂机器人以及搬运机器人等四大类型的工业机器人系列产品已经成熟,并形成产业化规模,有利地推动了制造业的进展；为进一步提 柔性装配线又相继开发胜利；高产品质量和市场竞争才能,装配机器人及20 世纪 90 岁月以来,随着运算机技术、微电子技术、网络技术等快速进展,工业机器人 技术也得到了飞速进展；现在工

14、业机器人已进展成为一个巨大的家族,并 与数控（NC ）、可编程、掌握器（PLC）一起成为工业自动化的三大技术支柱和基本手段,广泛应用于制造业的各个领域之中；工业机器人技术从机械本体、控 制系统、传感系通行统,到牢靠性、网络通信功能的拓展等方面都取得了突破性的进展；机械本体方面,通过有限名师归纳总结 元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用,机器人操作机已实现了优化设计；第 3 页,共 7 页以德国 KUKA公司为代表的机器人公司,已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构,拓展了机器人的工作范畴,加之轻质铝合金材料的应用,大大提高了机器人的性能；此外- - - - - - -精选学习资料

15、- - - - - - - - - 采纳先进的 RV 减速器及沟通伺服电机,使机器人操作机几乎成为免保护系统；掌握系统方面,性能进一步提高,已由过去掌握标准的6 轴机器人进展到现在能够掌握21 轴甚至27 轴,并且实现了软件伺服和全数字掌握；传感系统方面,激光传感器、视觉传感器和力传感 器在机器人系统中已得到胜利应用,并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等,大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应 性；日本KAWASAKI 、YASKAW A 、FANUC 和瑞典 ABB 、德国 KUKA 、REIS 等公司皆推出了此类产品；网络通信功能的拓展,日本 YASKAW

16、A 和德国 KUKA 公司的最新机器人掌握器已实现了与 Canbus、Profibus 总线及一些网络的联接,使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步,也使机器人由过去的专用设备向标准化设备进展；另外,由于微电子技术的快速进展和大规模集成电路的应用,使机器人系统的牢靠性有了很大 提高；除了工业机器人水平不断提高之外,各种用于非制造业的机器人系统也有了长足的进展；农业生产环境的的复杂性和作业对象特殊性使得农业机器人讨论难度更大,农 业机器人的应用尚未达到商品化阶段,但农业机器人技术的讨论已经在土地耕作、蔬菜嫁接、作物移栽、农药喷洒、作物收成、果蔬采摘等生产环节取得了一些突破 性进展；例如

17、,日本的耕作拖拉机自动行走系统、联合收割机自动驾驶技术、无人驾驶农药喷洒机,英国的葡萄枝修剪机器人、蘑菇采摘机器人和挤牛奶机器 人,我国的农业机器人自动引导行走系统、蔬菜嫁接机器人,法国的水果采摘机器人,以及荷兰开发的挤奶机器人等；机器人技术用于海洋开发,特殊是深海资源的开发,始终是的很多国家积极关注的目标；法国、美国、俄罗斯、日本、加拿大等国从 20 世纪 70 岁月开头先后研制 了几百台不同结构形式和性能指标的水下机器人；法国的 EPAVLARD 、美国的 AUSS、俄罗斯的 MT-88 等水下机器人已用于海洋石油开采、海底勘查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护、以及大坝检查等方面

18、；我国在 90 岁月中期研制的“CR-01” 水下机器人在太平洋深海试验胜利,海深达 6000m 以上,使我国在深海探测和探究方面跃居世界先进水平；近年来随着各种智能能机器人的讨论与进展,能在宇宙空间作业的所谓空间机器人就成为新的讨论领域,并已成为空间开发的重要组成部分；美、俄、加拿大等 国已研制出各种空间机器人,如美国 NASA 的空间机器人 Sojanor 等； Sojanor 是一辆自主移动车,重量为11.5kg,尺寸 63048mm , 有 6 个车轮,它在火星上的胜利应用,引起了全球的广泛关注；服务机器人是近年来进展很快的一个领域,已胜利地应用于医疗、家用、消遣等人类生活的方方面面；

19、作为服务机器人的一个重要分支,医用机器人的主要运用 在护理、康复、辅助诊断和外科手术等场合；1998 年 5 月德、法两国医生胜利利用机器人完成了一例心脏瓣膜修复手术,包括对病人心脏瓣膜的修整和再造；这 次手术中使用的是美国直觉外科讨论所研制的医用遥控机器人系统；1998 年 6 月,机器人又完成了首例闭胸冠状动脉搭桥手术；机器人技术与外科技术的结合,为病人带来福音；可以预见,在 21 世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生产、生活的各个领域,成为人 类良好的助手和亲热的伙伴；从最基本的层面来看,人体包括五个主要组成部分：名师归纳总结 .身体结构第 4 页,共 7 页.肌肉系统,用来移动身体结

20、构.感官系统,用来接收有关身体和四周环境的信息- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - . 能量源,用来给肌肉和感官供应能量. 大脑系统,用来处理感官信息和指挥肌肉运动当然,人类仍有一些无形的特点,如智能和道德,但在纯粹的物理层面上,此列表已经相当完备了；机器人的组成部分与人类极为类似；一个典型的机器人有一套可移动的身体结构、一部类似于马达的装置、一套传感系统、一个电源和一个用来掌握全部这些要素的运算机“ 大脑” ；从本质上讲,机器人是由人类制造的“ 动物” ,它们是仿照人类和动物行为的机器；在本文中,我们将探讨机器人学的基本概念,并明白机器人是如何完成它们的

21、任务的；NASA 喷气推动试验室供图NASA 的城市机器人 Urbie 的特殊之处是拥有一些由软件掌握的摄像头和传感器,可以在多种地势中自动工作；Urbie 将勘查对人类调查人员存在潜在风险的区域；NASA 艾姆斯讨论中心供图NASA 的蛇形机器人将自动探究其他行星、在泥土中挖掘、在缝隙中滑动,并能绕过障碍物；约瑟夫 .恩格伯格 Joseph Engelberger是机器人工业的先驱,他曾经这样说过：“ 我无法给出机器人的定义,但当我见到机器人时我就会知道是它；” 假如把全部被人们称为机器人的机器纳入您的考虑范畴,您会发觉,要给出一个全面的定义几乎是不行能的；每个人对机器人由什么组成都有不同的

22、看法；您可能对下面这些闻名的机器人有所耳闻：.R2D2 和 C-3PO：星球大战Star Wars系列电影中两个会说话的机器人,具有丰富的人格名师归纳总结 .索尼公司的AIBO ：一条机器狗,它可以通过与人类的交互进行学习第 5 页,共 7 页.本田公司的ASIMO ：一种能像人类那样用两条腿行走的机器人.工业机器人：在装配线上工作的自动化机器.百科 Data：星际旅行Star Trek中一部与人类极其相像的机器人.战役机器人：一种遥控式机器战士,曾在Comedy Central 频道的节目中亮相.拆弹机器人- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - . NAS

23、A 的火星漫游者机器人.HAL ：斯坦利 .库布里克 Stanley Kubrick 执导的影片2001：太空奥德赛2001: A Space Odyssey中的太空船使用的电脑. Robomower: 由 Friendly Robotics 公司生产的割草机器人. 电视剧迷失太空Lost in Space中的机器人. MindStorms ：LEGO 公司出品的一种畅销的机器人玩具机器人工作原理博闻网供应了几 .篇介绍其他类型的机器人的文章：. 机器人手术介绍 . 宇航机器人工作原理 . 蛇形机器人工作原理 . 毒刺导弹工作原理 它们全都被称为机器人,至少有些人是这么称呼的；依据目前最宽泛的

24、定义,假如某样东 西被很多人认为是机器人,那么它就是机器人；很多机器人专家（制造机器人的人）使用 的是一种更为精确的定义；他们规定,机器人应具有可重新编程的大脑（一台运算机）,用来移动身体；依据这肯定义,机器人与其他可移动的机器（如汽车）的不同之处在于它们的运算机要 素；很多新型汽车都有一台车载运算机,但只是用它来做微小的调整；驾驶员通过各种机 械装置直接掌握车辆的大多数部件；而机器人在物理特性方面与一般的运算机不同,它们 各自连接着一个身体,而一般的运算机就不然；大多数机器人的确拥有一些共同的特性；第一,几乎全部机器人都有一个可以移动的身 体；有些拥有的只是机动化的轮子,而有些就拥有大量可移

25、动的部件,这些部件一般是由 金属或塑料制成的；与人体骨骼类似,这些独立的部件是用关节连接起来的；美国国家航空和航天局供图一只由NASA开发的机器人手,它的金属部分是由微型马达驱动的；在机器人学中,手是最难仿造的结构之一；机器人的轮与轴是用某种传动装置连接起来的；有些机器人使用马达和螺线管作为传动装 置；另一些就使用液压系统；仍有一些使用气动系统（由压缩气体驱动的系统）；机器人 可以使用上述任何类型的传动装置；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 机器人需要一个能量源来驱动这些传动装置；大多数机器人会使用电池或墙上的电源插

26、座 来供电；此外,液压机器人仍需要一个泵来为液体加压,而气动机器人就需要气体压缩机 或压缩气罐；全部传动装置都通过导线与一块电路相连；该电路直接为电动马达和螺线圈供电,并操纵 电子阀门来启动液压系统；阀门可以掌握承压流体在机器内流淌的路径；比如说,假如机 器人要移动一只由液压驱动的腿,它的掌握器会打开一只阀门,这只阀门由液压泵通向腿 上的活塞筒；承压流体将推动活塞,使腿部向前旋转；通常,机器人使用可供应双向推力 的活塞,以使部件能向两个方向活动；机器人的运算机可以掌握与电路相连的全部部件；为了使机器人动起来,运算机会打开所 有需要的马达和阀门；大多数机器人是可重新编程的；假如要转变某部机器人的行为,您 只需将一个新的程序写入名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页