《机器人课程》PPT课件.ppt
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1、机器人机器人7.1 7.1 7.1 7.1 机器人的诞生与发展机器人的诞生与发展机器人的诞生与发展机器人的诞生与发展7.2 7.2 7.2 7.2 机器人的结构与控制方式机器人的结构与控制方式机器人的结构与控制方式机器人的结构与控制方式7.3 7.3 7.3 7.3 操纵机器人操纵机器人操纵机器人操纵机器人 7.4 7.4 7.4 7.4 智能机器人智能机器人智能机器人智能机器人7.5 7.5 7.5 7.5 机器人的应用机器人的应用机器人的应用机器人的应用 7.6 7.6 7.6 7.6 未来机器人的发展方向未来机器人的发展方向未来机器人的发展方向未来机器人的发展方向7.7 7.7 7.7
2、7.7 我国机器人研究的简况我国机器人研究的简况我国机器人研究的简况我国机器人研究的简况7.1 机器人的诞生与发展 7.1.1 7.1.1 机器人的定义机器人的定义 7.1.2 7.1.2 机器人的分类机器人的分类 7.1.3 7.1.3 古代机器人古代机器人 7.1.4 7.1.4 现代机器人现代机器人深圳德普施科技网站现提供大量的机器人免费资源下载:7.2 7.2 机器人的结构与控制方式机器人的结构与控制方式记忆、示教 装置控制装置驱动装置传感器图4-1 工业机器人系统结构7.2.1 7.2.1 机器人的结构机器人的结构 简简单单地地说说,机机器器人人主主要要由由执执行行机机构构、驱驱动动
3、和和传动装置传动装置、传感器传感器和和控制器控制器四大部分构成(如图)。四大部分构成(如图)。执执行行机机构构:机机器器人人的的足足、腿腿、手手、臂臂、腰腰及及关关节节等等,它它是是机机器器人人运运动动和和完完成成某某项项任任务务所所必必不不可可少少的组成部分。的组成部分。驱驱动动和和传传动动装装置置:用用来来有有效效地地驱驱动动执执行行机机构构的的装装置置,通通常常采采用用液液压压、电电动动和和气气动动,有有直直接接驱驱动动和和间接驱动二种方式。间接驱动二种方式。传传感感器器:是是机机器器人人获获取取环环境境信信息息的的工工具具,如如视视觉觉、听听觉觉、嗅嗅觉觉、触触觉觉、力力觉觉、滑滑觉觉
4、和和接接近近觉觉传传感感器器等等,它它们们的的功功能能相相当当于于人人的的眼眼、耳耳、鼻鼻、皮皮肤肤及及筋骨。筋骨。控控制制器器:是是机机器器人人的的核核心心,它它负负责责对对机机器器人人的的运动和各种动作控制及对环境的识别。运动和各种动作控制及对环境的识别。现现代代工工业业机机器器人人的的控控制制器器都都是是由由计计算算机机控控制制系系统统组组成成,控控制制方方式式主主要要有有示示教教再再现现、可可编编程程控控制、遥控和自主控制等多种方式。制、遥控和自主控制等多种方式。三菱公司产三菱公司产三菱公司产三菱公司产MOVEMASTER-EX MOVEMASTER-EX 五自由度机器人五自由度机器人
5、五自由度机器人五自由度机器人 图4-2 实验室中的MOVEMASTER-EX机器人实物照片图图4-3 MOVEMASTER-EX 五自由度机器人结构图美国美国美国美国UNIMATEUNIMATE公司产公司产公司产公司产PUMA/560PUMA/560型六自由度机器人型六自由度机器人型六自由度机器人型六自由度机器人 图4-4 PUMA/560机器人 图图4-5 PUMA/560六自由度机器人结构 7.2.2 7.2.2 机器人的工作原理机器人的工作原理 机机器器人人的的工工作作原原理理是是一一个个比比较较复复杂杂的的问问题题。简简单单地地说说,机机器器人人的的原原理理就就是是模模仿仿人人的的各各
6、种种肢肢体体动动作作、思思维维方方式式和和控控制制决决策策能能力力。从从控控制制的的角角度度,机器人可以通过如下四种方式来达到这一目标。机器人可以通过如下四种方式来达到这一目标。1.1.“示示示示教教教教再再再再现现现现”方方式式:它它通通过过“示示教教盒盒”或或人人“手手把把手手”两两种种方方式式教教机机械械手手如如何何动动作作,控控制制器器将将示示教教过过程程记记忆忆下下来来,然然后后机机器器人人就就按按照照记记忆忆周而复始地重复示教动作,如喷涂机器人。周而复始地重复示教动作,如喷涂机器人。2.2.“可编程控制可编程控制可编程控制可编程控制”方式:工作人员事先根据方式:工作人员事先根据机器
7、人的工作任务和运动轨迹编制控制程序,然机器人的工作任务和运动轨迹编制控制程序,然后将控制程序输入给机器人的控制器,起动控制后将控制程序输入给机器人的控制器,起动控制程序,机器人就按照程序所规定的动作一步一步程序,机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完成,如果任务变更,只要修改或重新编写地去完成,如果任务变更,只要修改或重新编写控制程序,非常灵活方便。大多数工业机器人都控制程序,非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。是按照前两种方式工作的。3.3.“遥遥遥遥控控控控”方方式式:由由人人用用有有线线或或无无线线遥遥控控器器控控制制机机器器人人在在人人难难以以到到达达或或危危险
8、险的的场场所所完完成成某某项项任任务务。如如防防暴暴排排险险机机器器人人、军军用用机机器器人人、在在有有核核辐射和化学污染环境工作的机器人等。辐射和化学污染环境工作的机器人等。4.4.“自自自自主主主主控控控控制制制制”方方式式:是是机机器器人人控控制制中中最最高高级级、最最复复杂杂的的控控制制方方式式,它它要要求求机机器器人人在在复复杂杂的的非非结结构构化化环环境境中中具具有有识识别别环环境境和和自自主主决决策策能能力力,也就是要具有人的某些智能行为。也就是要具有人的某些智能行为。7.2.3 7.2.3 控制控制示示示示教教教教再再再再现现现现 即即分分为为示示教教存存储储再再现现-操操作作
9、四四步进行。步进行。示示教教:方方式式有有两两种种:(1)(1)直直接接示示教教手手把把手手;(2)(2)间接示教示教盒控制。间接示教示教盒控制。存储存储:保存示教信息。:保存示教信息。再再现现:根根据据需需要要,读读出出存存储储的的示示教教信信息息向向机机器人发出重复动作的命令。器人发出重复动作的命令。控制信息控制信息控制信息控制信息 顺顺序序信信息息:各各种种动动作作单单元元(包包括括机机械械手手和和外外围设备)按动作先后顺序的设定、检测等。围设备)按动作先后顺序的设定、检测等。位位置置信信息息:作作业业之之间间各各点点的的坐坐标标值值,包包括括手手爪爪 在在 该该 点点 上上 的的 姿姿
10、 态态,通通 常常 总总 称称 为为 位位 姿姿(POSEPOSE)。)。时时间间信信息息:各各顺顺序序动动作作所所需需时时间间,即即机机器器人人完成各个动作的速度。完成各个动作的速度。位置控制位置控制位置控制位置控制 点点位位控控制制PTPPTP(Point Point to to PointPoint):只只考考虑虑起起始始点点和和目目的的点点的的位位置置,而而不不考考虑虑两两点点之之间间的的移移动动路路径径的的控控制制方方式式,适适用用于于上上下下料料、点焊、搬运等;点焊、搬运等;连连续续路路径径控控制制CPCP(Continuous Continuous PathPath):不不但但要
11、要求求机机器器人人以以一一定定的的精精度度到到达达目目标标点点,而而且且对对其其移移动动的的轨轨迹迹形形式式有有一一定定精精度度范范围围的的要求。要求。7.3 操纵机器人 操操纵纵机机器器人人实实际际上上是是一一种种人人机机系系统统,由由人人 操操纵纵 代代替替 示示教教。因因此此,人人与与机机器器人人之之间间相相互互传传递递信信息息的的问问题题就就成成为为操操纵纵机机器器人人研研究究的的重重点点。操操纵纵机器人可分为两种类型:机器人可分为两种类型:能能力力扩扩大大式式机机器器人人:负负重重能能力力,动动作作范范围围放放大大数数倍倍甚甚至至数数十十倍倍,如如空空间间机机器器人人放放置置和和回回
12、收收卫卫星;星;遥遥控控机机器器人人:适适用用于于特特殊殊作作业业环环境境,如如放放射射性性物物质质,真真空空,有有毒毒气气体体等等隔隔离离工工作作环环境境。又又如如高高空空、建建筑筑、宇宇宙宙、海海洋洋开开发发、火火山山探探测测、军军事战场等人不能到达的环境。事战场等人不能到达的环境。主从式机器人与人协同动作主从式机器人与人协同动作7.4 7.4 智能机器人智能机器人 第三代智能机器人应具备以下四种机能:第三代智能机器人应具备以下四种机能:运运运运动动动动机机机机能能能能 :施施加加于于外外部部环环境境,相相当当于于人人的的手手、脚等动作机能;脚等动作机能;感感感感知知知知机机机机能能能能:
13、获获取取外外部部环环境境信信息息的的能能力力,如如视视觉觉、触觉、听觉、力觉、距离感、接近觉等;触觉、听觉、力觉、距离感、接近觉等;思维能力思维能力思维能力思维能力:认识、推理、判断能力;:认识、推理、判断能力;人人人人机机机机对对对对话话话话机机机机能能能能:理理解解指指示示命命令令,输输出出内内部部状状态,与人进行信息交换的能力。态,与人进行信息交换的能力。智智能能机机器器人人既既不不同同于于工工业业机机器器人人的的“示示教教再再现现”,也也不不同同于于操操纵纵机机器器人人的的“操操纵纵”,而而是是一种一种“认知适应认知适应认知适应认知适应 的工作方式。的工作方式。7.5 机器人的应用 机
14、机器器人人的的应应用用十十分分广广泛泛,在在许许多多领领域域机机器器人人都得到了成功的应用或有着美好的应用前景。都得到了成功的应用或有着美好的应用前景。工工业业机机器器人人 工工业业机机器器人人是是应应用用最最为为成成功功和和广广泛泛的的机机器器人人,它它的的应应用用涉涉及及到到工工业业生生产产的的各各个个方方面,如焊接、装配、喷漆等。面,如焊接、装配、喷漆等。海海洋洋探探测测机机器器人人 可可用用于于海海底底矿矿物物资资源源和和水水文文气气象探测、海底地势勘查、打捞、救生、排险等。象探测、海底地势勘查、打捞、救生、排险等。空空间间机机器器人人 在在航航天天飞飞机机上上用用来来回回收收和和维维
15、修修人人造造卫星,在空间站、月球表面和火星上进行工作。卫星,在空间站、月球表面和火星上进行工作。军军用用机机器器人人 有有扫扫雷雷排排雷雷机机器器人人、侦侦察察机机器器人人、防核防化机器人等。防核防化机器人等。特特种种机机器器人人 替替代代人人在在繁繁重重、危危险险、恶恶劣劣环环境境下下作作业业必必不不可可少少的的工工具具,如如消消防防(灭灭火火)机机器器人人、防暴机器人、盾构机器人等。防暴机器人、盾构机器人等。微微型型机机器器人人 进进入入煤煤气气、输输油油管管道道等等狭狭窄窄场场所所进进行工作,甚至进入人体的血管、肠胃。行工作,甚至进入人体的血管、肠胃。微微操操作作机机器器人人 是是机机器
16、器人人领领域域的的一一个个重重要要研研究究方方向向,在在国国防防、空空间间技技术术、生生物物医医学学工工程程、智智能能制制造造和和微微机机电电系系统统(MEMSMEMS)中中有有广广泛泛的的应应用用前前景。景。娱娱乐乐机机器器人人 充充当当导导游游、做做表表演演、甚甚至至与与人人进进行行简简单单交交流流,如如导导游游机机器器人人、足足球球机机器器人人、机机器器狗、机器猫、机器鱼等。狗、机器猫、机器鱼等。服服务务机机器器人人 已已经经开开始始或或在在不不久久的的将将来来进进入入人人类类家家庭庭生生活活,如如保保健健机机器器人人,导导盲盲机机器器人人、垃垃圾圾清扫和擦玻璃机器人等。清扫和擦玻璃机器
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