机器人技术PPT课件.ppt
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1、机器人技术机器人技术 Saeed B.Niku,机器人学导论 分析、系统及应用,电子工业出版社John J.Craig,机器人学导论 机械工业出版社熊有伦等,机器人学,机械工业出版社,1993蔡自兴,机器人学,清华大学出版社,2000主要参考教材2本课程的相关知识线性代数Matlab编程语言教材中Robot工具箱下载网址http:/ 评定条目评定条目评定标准评定标准1出勤出勤(10 分分)(1)缺勤)缺勤1次,扣次,扣2分;(分;(2)发现代签扣)发现代签扣5分;(分;(3)无故旷课)无故旷课5次以上,取消本课程成次以上,取消本课程成绩。绩。2作业作业(10 分)分)缺交缺交1次次扣扣2分分,
2、迟交、补交不给分,抄袭均,迟交、补交不给分,抄袭均为为0分。分。3期末笔试期末笔试(80 分)分)依据卷面成绩按依据卷面成绩按 80%折算。折算。4奖励分奖励分(10 分)分)奖励课堂上积极上台回答问题。(注:包括奖励分在内,期末总评成绩封顶(注:包括奖励分在内,期末总评成绩封顶100分。)分。)4本课程主要内容机器人基础知识机器人基础知识(重点)(重点)机器人数学基础(重点)机器人数学基础(重点)机器人运动学(重点)机器人运动学(重点)机器人静力学(重点)机器人静力学(重点)机器人动力学(重点)机器人动力学(重点)机器人轨迹规划机器人轨迹规划机器人感觉与图像处理初步机器人感觉与图像处理初步机
3、器人实验机器人实验5机器人基础知识机器人基础知识6引言同学们心目中的机器人可能是这样的。但实际上,我们还不知道如何制造出与人类(智力和活动能力)相当的机器人7实际上,目前成功应用的机器人是这样的。这类机器人称为工业机器人这类机器人称为工业机器人(机械手机械手),它是模仿人的手臂。它它是模仿人的手臂。它是由一系列是由一系列刚性连杆刚性连杆通过一系列通过一系列关节连接而成的开式链。关节连接而成的开式链。主主要用来完成比较简单的重复性工作。本课程主要学习这类机要用来完成比较简单的重复性工作。本课程主要学习这类机器人的基本理论。器人的基本理论。8机器人名称的由来机器人名称的由来(About“Robot
4、)机器人的英文名词是Robot,Robot一词最早出现在1920年捷克作家卡雷尔卡佩克的剧本罗萨姆的万能机器人(Rossums Universal Robots)。剧中的人造的劳动者取名为Robota,英语的Robot一词就是由此而来的,以后世界各国都用Robot作为机器人的代名词。9机器人发展史机器人发展史1962年年Unimation公司和AMF公司分别推出“Unimate”和“沃莎特兰(Versatran)”这两种最早的工业机器人。1967年日本引入年日本引入“Unimate”并应用于汽车车身的焊接生产线20世纪70年代,以美国为中心进行了手眼结合的机械手系统和装配自动化系统的研究,机
5、器人技术发展到多关节机器人的微机控制阶段20世纪70年代后半期,Unimation公司推出PUMA系列机器人,日本开发的SCARA机器人问世,被广泛用于装配生产线80年代感知技术得到相应的发展,产生第二代机器人感知技术得到相应的发展,产生第二代机器人。10机器人发展史机器人发展史90年代,机器人技术在发达国家应用更为广泛,并年代,机器人技术在发达国家应用更为广泛,并开始向智能型(第三代)机器人发展。如开始向智能型(第三代)机器人发展。如索尼公司索尼公司的声像识别仿人机器人的声像识别仿人机器人等。等。今后机器人学研究主要方向:今后机器人学研究主要方向:1.机构与控制(高速重载,微型)机构与控制(
6、高速重载,微型)2.轨迹设计与路径规划轨迹设计与路径规划3.机器人视觉机器人视觉4.人工智能人工智能记忆能力,语言理解,记忆能力,语言理解,图像识别,推理判断图像识别,推理判断11什么是机器人什么是机器人-机器人的定义机器人的定义各国定义不同:各国定义不同:美国机器人协会的定义美国机器人协会的定义:机器人是一种用于机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的移动各种材料、零件、工具或专用装置的,通,通过可编程序动作来执行种种任务的,并过可编程序动作来执行种种任务的,并具有编具有编程能力的程能力的多功能机械手。多功能机械手。日本工业机器人协会的定义日本工业机器人协会的定义:工业机器人是一
7、工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器的,能够转动种装备有记忆装置和末端执行器的,能够转动并通过并通过自动完成各种移动自动完成各种移动来代替人类劳动的通来代替人类劳动的通用机器。用机器。12什么是机器人什么是机器人-机器人的定义机器人的定义中国中国:蒋新松院士蒋新松院士曾建议把机器人定义为曾建议把机器人定义为“一一种种拟人功能的机械电子装置拟人功能的机械电子装置”国际标准化组织国际标准化组织(ISO)的定义:的定义:“机器人是一机器人是一种自动的、位置可控的、具有种自动的、位置可控的、具有编程能力编程能力的多功的多功能机械手,这种机械手具有几个轴,能够借助能机械手,这种机械手具有几个轴,能
8、够借助于于可编程序可编程序操作来处理各种材料、零件、工具操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置,以执行种种任务和专用装置,以执行种种任务”。13 尽管各国定义不同,但基本上指明了作为尽管各国定义不同,但基本上指明了作为“机器人机器人”所具有所具有的共同点:的共同点:(1)是一种自动机械装置,可以在无人参与下,自动完成多种)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,即具有通用性。操作或动作功能,即具有通用性。(2)可再编程,即具有柔性)可再编程,即具有柔性(适应性)。适应性)。(3)模仿人或人的上肢动作。)模仿人或人的上肢动作。作业题:作业题:1.机器人操作臂与起重机都
9、是多连杆组成,这些连杆通过关机器人操作臂与起重机都是多连杆组成,这些连杆通过关节连接并由驱动器驱动,为什么前者称为机器人,后者称为节连接并由驱动器驱动,为什么前者称为机器人,后者称为操作机?操作机?14机器人的分类机器人的分类按控制方式分类按控制方式分类可变顺序机器人可变顺序机器人(按一定的顺序自动执行任务)(按一定的顺序自动执行任务)示教再现机器人示教再现机器人(由操作人员引导机器人手动执行(由操作人员引导机器人手动执行任务,机器人会记录下操作步骤,以后就按照记录任务,机器人会记录下操作步骤,以后就按照记录下的信息重复执行同样的动作)下的信息重复执行同样的动作)数控机器人数控机器人(由操作人
10、员为机器人编写运动程序)(由操作人员为机器人编写运动程序)智能机器人智能机器人(具有记忆能力,语言理解,图像识别,(具有记忆能力,语言理解,图像识别,推理判断能力推理判断能力)15机器人的分类机器人的分类按用途分类按用途分类制造环境下工业机器人制造环境下工业机器人(机械臂)机械臂)焊接机器人焊接机器人、装配机器人装配机器人、搬运机器人搬运机器人、喷涂机器人喷涂机器人、抛光、抛光机器人、检测机器人等机器人、检测机器人等非制造环境下机器人非制造环境下机器人太空机器人太空机器人 水下机器人水下机器人军用机器人军用机器人服务机器人等服务机器人等 医用机器人医用机器人 排险救灾机器人排险救灾机器人 更多
11、的例子同学们可以从以下网址获得http:/ 2、请你列举出所知道几种机器人及应用请你列举出所知道几种机器人及应用 提示:参阅参考教材,及相关网站。提示:参阅参考教材,及相关网站。3、请你说说为什么要发展机器人?请你说说为什么要发展机器人?提示提示:通过学习教材参考教材通过学习教材参考教材 机器人学导论机器人学导论-分析,分析,系统及应用系统及应用 saeed B Niku著著p4页,机器人的优缺页,机器人的优缺点一节及蔡自兴的机器人学点一节及蔡自兴的机器人学p4,机器人偿还期理论。,机器人偿还期理论。4、阿西莫夫阿西莫夫“机器人三原则机器人三原则”什么?什么?提示:通过网上搜索,查阅相关参考教
12、材。提示:通过网上搜索,查阅相关参考教材。17机机器器人人是是一一种种典典型型的的机机电电一一体体化化系系统统,主主要要由由执执行行机机构构(机机械械本本体体)、驱驱动动和和传传动动装装置置、传传感感器器和和控控制制器器四四大大部部分分构构成成(如图)。(如图)。机器人组成工 业 机 器 人 系 统 结 构记忆、示教记忆、示教装置装置控制装置驱动装置传感器18工业机器人机构美国“辛辛那提米拉克隆”公司T3工业机器人工业机器人由刚性连杆和工业机器人由刚性连杆和关节构成。模仿人的手。关节构成。模仿人的手。前前3个连杆和关节(手臂)个连杆和关节(手臂),实现手腕定位。称为定,实现手腕定位。称为定位机
13、构位机构 后后3个连杆和关节(手腕)个连杆和关节(手腕),关节轴线相交,用以改,关节轴线相交,用以改变手爪的姿态,称为定向变手爪的姿态,称为定向机构。机构。操作臂前端装有末端执行操作臂前端装有末端执行器或工具,也称为手爪。器或工具,也称为手爪。手爪由两个或多个手指构手爪由两个或多个手指构成,实现抓取功能。成,实现抓取功能。19工业机器人关节左图是常见的6种低副。(a)转动副 1个自由度(b)移动副 1个自由度(c)圆柱副 2个自由度(d)平面副 3个自由度(e)螺旋副 1个自由度(f)球面副 3个自由度机器人的关节通常采用:机器人的关节通常采用:移动关节移动关节气缸、液压缸、线性电机转动关节转
14、动关节电机(伺服、步进、直流)20机器人自由度机器人机构能独立运动的关节数目就称为机器人机构能独立运动的关节数目就称为机器人的自由度机器人的自由度 PUMA/560机器人21机器人自由度课堂思考题:课堂思考题:1.要使机器人的末端执行器到达空间任意位置,机器人要使机器人的末端执行器到达空间任意位置,机器人要有几个自由度?要有几个自由度?2.要末端夹持的物体实现任意姿态,机器人至少还要具要末端夹持的物体实现任意姿态,机器人至少还要具有几个自由度?有几个自由度?3.为了到达任意位置并实现任意姿态,机器人至少要具为了到达任意位置并实现任意姿态,机器人至少要具有几个自由度?有几个自由度?22机器人自由
15、度不是所有的机器人都要有不是所有的机器人都要有6个自由度。机器人的自由度数个自由度。机器人的自由度数目要与它的任务要求相适应。目要与它的任务要求相适应。大多数工业机器人末端工具相对于工具轴的方位是无关紧要的大多数工业机器人末端工具相对于工具轴的方位是无关紧要的(工具相对轴是对称的),因此相当多的机器人都是(工具相对轴是对称的),因此相当多的机器人都是5自由度。自由度。23日本三菱公司产日本三菱公司产MOVEMASTER-EX 五自由度机器人五自由度机器人 实验室中的MOVEMASTER-EX机器人实物照片 MOVEMASTER-EX 五自由度机器人结构图24作业题5.具有完整空间定位能力的机器
16、人最小自由度数具有完整空间定位能力的机器人最小自由度数要要几个?更多的自由度有什么好处?几个?更多的自由度有什么好处?6.电路板平面上具有高度不同的元件,那么完成电电路板平面上具有高度不同的元件,那么完成电路板插件的机器人最少要几个自由度路板插件的机器人最少要几个自由度?25工业机器人臂部直角坐标型直角坐标型(3P)机器人前机器人前3个关节顺次连接个关节顺次连接3个连杆构成了臂部。按这个连杆构成了臂部。按这3个关节构个关节构成不同的坐标形式可把机器人分为:直角坐标型,圆柱坐标型,成不同的坐标形式可把机器人分为:直角坐标型,圆柱坐标型,球坐标型,链式球坐标型,链式4种。种。3个关节都是移动副个关
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