沖壓工藝學-智能機器人

1、1,一 機器人相關概述,1.1 機器人的定義、分類及發(fā)展概況,1.1.1 機器人的定義,美國機器人協(xié)會（RIA）的機器人定義：“機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)的特殊機械裝置?！比毡竟I(yè)機器人協(xié)會（JIRA）的定義：“工業(yè)機器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器（ end effector）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器?！?美國國家標準

2、局（NBS ）的定義：“機器人是一種 能夠進行編程并在自動控制下執(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務的機械裝置”。國際標準化組織(ISO)的定義：“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，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?！?2,1）機器人的動作機構(gòu)具有類似與人或其它生物的某些器官的功能。2）是一種自動機械裝置，可以在無人參與下（獨立性），自動完成多種操作或

3、動作功能，即具有通用性?？梢栽倬幊?，程序流程可變，即具有柔性(適應性）。3）具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學習。,一般認為機器人應具有的共同點為：,3,1.1.2 機器人的發(fā)展歷史,1920年，捷克作家卡雷爾·卡佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》。卡佩克在劇本中把捷克語“Robota”寫成了“Robot”，引起了大家的廣泛關注，被當成了機器人一詞的起源。,1950年，美國作家埃薩克·阿西莫夫

4、在他的科幻小說《I，Robot》中首次使用了“Robotics” ，即“機器人學”。阿西莫夫提出了“機器人三原則”：1 機器人不應傷害人類,且在人類受到傷害時不可袖手旁觀； 2 機器人應遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外； 3 機器人應能保護自己，與第一條相抵觸者除外。    機器人學術(shù)界一直將這三原則作為機器人開發(fā)的準則，阿西莫夫因此被稱為“機器人學之父”。,4,1954年，美國人G

5、eorge C. Devol 提出了第一個工業(yè)機器人方案并在1956年獲得美國專利。1961年，Unimation公司（通用機械公司）成立，生產(chǎn)和銷售了第一臺工業(yè)機器“Unimate”，即萬能自動之意。,1962年，A.M.F.（機械與鑄造）公司，研制出一臺數(shù)控自動通用機，取名“Versatran”，即多用途搬運之意，并以“Industrial Robot”為商品廣告投入市場。計算機控制的機器人，19741978年，第一臺PUM

6、A機器人在Unimation公司誕生。,日本、西歐各國、前蘇聯(lián)也相斷引進或自行研制工業(yè)機器人。60～70年代是機器技術(shù)獲得巨大發(fā)展的階段。,5,80年代，機器人在發(fā)達國家的工業(yè)中大量普及應用，如焊接、噴漆、搬運、裝配。并向各個領域拓展，如航天、水下、排險、核工業(yè)等，機器人的感知技術(shù)得到相應的發(fā)展，產(chǎn)生第二代機器人。示教再現(xiàn)機器人，198290年代，機器人技術(shù)在發(fā)達國家應用更為廣泛，如軍用、醫(yī)療、服務、娛樂等領域，并開始向智能型（第

7、三代）機器人發(fā)展。多種機器人：工業(yè)機器人、移動機器人、擬人機器人、特種機器人等，具有視覺、語音等功能，具有一定智能。1998年：日本30萬臺，美國8萬臺，德國7萬臺,6,我國機器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,70年代后期開始研制 “七五” “863” 工業(yè)機器人（國產(chǎn)占1/4左右） 特種機器人及智能機器人 水下（1000米，6000米無纜） 排險 爬壁 管道 防核化偵查 核工業(yè)用遙控移動

8、 自動導引小車（AGV） 步行機（雙足，四足，六足） 地面軍用智能車輛 其它（靈巧手，智能手爪，七自由度機器人等）1999年 “863”智能機器人主題產(chǎn)業(yè)化基地9個（哈工大、一汽、沈陽自動化所、北京自動化所、大連華錄、南開大學、上海交大、上海大學、兵工58所）,7,8,1.1.3 機器人的分類,機器人的種類很多?？梢园打?qū)動形式、用途、結(jié)構(gòu)和智能水平等觀點劃分,2、按用途劃分,（1）工業(yè)機器人,9,（2）特

9、種機器人,10,3 按幾何結(jié)構(gòu)分類：利用機構(gòu)特性分類。串聯(lián)機器人：各連桿為串聯(lián)并聯(lián)機器人：各連桿為并聯(lián),11,4、按智能水平劃分,12,1.1.4 機器人技術(shù)展望,進入90年代后,機器人數(shù)量增長速度下降,但由于人工智能、計算機科學、傳感器技術(shù)的長足進步，使機器人技術(shù)研究在高水平上進行。未來機器人技術(shù)將有待于在以下幾個方面發(fā)展。一、操作臂技術(shù)1．  高速操作臂：機構(gòu)，伺服驅(qū)動，動態(tài)控制方法；2．  柔性操作

10、臂：提高荷重比（＜30∶10），輕質(zhì)材料；3．  冗余自由度臂；4．  高精度、多自由度力控制：精密組裝；5．  微型操作臂。,13,二、移動技術(shù)1、新型移動機構(gòu)：適合非結(jié)構(gòu)環(huán)境的移動機構(gòu)；2、運動控制：建模、制導、導航、路徑規(guī)劃。,三、感知技術(shù)1、視覺：圖像識別與處理；2、手眼協(xié)調(diào)；3、接觸覺小型化；4、多信息融合。,四、自主控制技術(shù)1、分布式計算機控制技術(shù)；2、人工智能技術(shù)。,14

11、,我國智能機器人當前主要研究方向,15,16,工業(yè)機器人（二）,17,特種機器人（一）,18,特種機器人（二）,19,特種機器人（三）,20,特種機器人（四）,21,工業(yè)機器人,22,1.3 機器人的組成、構(gòu)型及性能要素,1.3.1 機器人的組成,機器人是一個機電一體化的設備。從控制觀點來看，機器人系統(tǒng)可以分成四大部分：機器人執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)、感知反饋系統(tǒng)。,23,一、執(zhí)行機構(gòu) 包括：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。相當

12、于人的肢體。二、驅(qū)動裝置 包括：驅(qū)動源、傳動機構(gòu)等。相當于人的肌肉、筋絡。三、感知反饋系統(tǒng) 包括：內(nèi)部信息傳感器，檢測位置、速度等信息；外部信息傳感器，檢測機器人所處的環(huán)境信息。相當于人的感官和神經(jīng)。四、控制系統(tǒng) 包括：處理器及關節(jié)伺服控制器等，進行任務及信息處理，并給出控制信號。相當于人的大腦和小腦。,24,Intelligence and human-machine interface,,,,,,,,,,Internet

13、,Robot,Camera,Microphone,Scanner,機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的例子,25,1.3.3 機器人的性能要素,自由度數(shù) 衡量機器人適應性和靈活性的重要指標，一般等于機器人的關節(jié)數(shù)。機器人所需要的自由度數(shù)決定與其作業(yè)任務。,負荷能力 機器人在滿足其它性能要求的前提下，能夠承載的負荷重量。,工作空間 機器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達到的所有點的集合。它是機器人關節(jié)長度和其構(gòu)型的函數(shù)。,精度 指機器人到達指定點的精確程度。它與機器人