沖壓工藝學(xué)-智能機(jī)器人

1、1,一 機(jī)器人相關(guān)概述,1.1 機(jī)器人的定義、分類及發(fā)展概況,1.1.1 機(jī)器人的定義,美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）的機(jī)器人定義：“機(jī)器人是用以搬運(yùn)材料、零件、工具的可編程序的多功能操作器或是通過(guò)可改變程序動(dòng)作來(lái)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(huì)（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（ end effector）的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)自動(dòng)完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器?！?美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

2、局（NBS ）的定義：“機(jī)器人是一種 能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置”。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義：“機(jī)器人是一種自動(dòng)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(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來(lái)處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)?！?2,1）機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)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(dòng)機(jī)械裝置，可以在無(wú)人參與下（獨(dú)立性），自動(dòng)完成多種操作或

3、動(dòng)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(yīng)性）。3）具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)。,一般認(rèn)為機(jī)器人應(yīng)具有的共同點(diǎn)為：,3,1.1.2 機(jī)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(wàn)能機(jī)器人》?？ㄅ蹇嗽趧”局邪呀菘苏Z(yǔ)“Robota”寫成了“Robot”，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。,1950年，美國(guó)作家埃薩克·阿西莫夫

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

5、eorge C. Devol 提出了第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人方案并在1956年獲得美國(guó)專利。1961年，Unimation公司（通用機(jī)械公司）成立，生產(chǎn)和銷售了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器“Unimate”，即萬(wàn)能自動(dòng)之意。,1962年，A.M.F.（機(jī)械與鑄造）公司，研制出一臺(tái)數(shù)控自動(dòng)通用機(jī)，取名“Versatran”，即多用途搬運(yùn)之意，并以“Industrial Robot”為商品廣告投入市場(chǎng)。計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人，19741978年，第一臺(tái)PUM

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

7、三代）機(jī)器人發(fā)展。多種機(jī)器人：工業(yè)機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人、擬人機(jī)器人、特種機(jī)器人等，具有視覺(jué)、語(yǔ)音等功能，具有一定智能。1998年：日本30萬(wàn)臺(tái)，美國(guó)8萬(wàn)臺(tái)，德國(guó)7萬(wàn)臺(tái),6,我國(guó)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,70年代后期開(kāi)始研制 “七五” “863” 工業(yè)機(jī)器人（國(guó)產(chǎn)占1/4左右） 特種機(jī)器人及智能機(jī)器人 水下（1000米，6000米無(wú)纜） 排險(xiǎn) 爬壁 管道 防核化偵查 核工業(yè)用遙控移動(dòng)

8、 自動(dòng)導(dǎo)引小車（AGV） 步行機(jī)（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(jī)器人等）1999年 “863”智能機(jī)器人主題產(chǎn)業(yè)化基地9個(gè)（哈工大、一汽、沈陽(yáng)自動(dòng)化所、北京自動(dòng)化所、大連華錄、南開(kāi)大學(xué)、上海交大、上海大學(xué)、兵工58所）,7,8,1.1.3 機(jī)器人的分類,機(jī)器人的種類很多?？梢园打?qū)動(dòng)形式、用途、結(jié)構(gòu)和智能水平等觀點(diǎn)劃分,2、按用途劃分,（1）工業(yè)機(jī)器人,9,（2）特

9、種機(jī)器人,10,3 按幾何結(jié)構(gòu)分類：利用機(jī)構(gòu)特性分類。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),11,4、按智能水平劃分,12,1.1.4 機(jī)器人技術(shù)展望,進(jìn)入90年代后,機(jī)器人數(shù)量增長(zhǎng)速度下降,但由于人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳感器技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，使機(jī)器人技術(shù)研究在高水平上進(jìn)行。未來(lái)機(jī)器人技術(shù)將有待于在以下幾個(gè)方面發(fā)展。一、操作臂技術(shù)1．  高速操作臂：機(jī)構(gòu)，伺服驅(qū)動(dòng)，動(dòng)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(dòng)技術(shù)1、新型移動(dòng)機(jī)構(gòu)：適合非結(jié)構(gòu)環(huán)境的移動(dòng)機(jī)構(gòu)；2、運(yùn)動(dòng)控制：建模、制導(dǎo)、導(dǎo)航、路徑規(guī)劃。,三、感知技術(shù)1、視覺(jué)：圖像識(shí)別與處理；2、手眼協(xié)調(diào)；3、接觸覺(jué)小型化；4、多信息融合。,四、自主控制技術(shù)1、分布式計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；2、人工智能技術(shù)。,14

11、,我國(guó)智能機(jī)器人當(dāng)前主要研究方向,15,16,工業(yè)機(jī)器人（二）,17,特種機(jī)器人（一）,18,特種機(jī)器人（二）,19,特種機(jī)器人（三）,20,特種機(jī)器人（四）,21,工業(yè)機(jī)器人,22,1.3 機(jī)器人的組成、構(gòu)型及性能要素,1.3.1 機(jī)器人的組成,機(jī)器人是一個(gè)機(jī)電一體化的設(shè)備。從控制觀點(diǎn)來(lái)看，機(jī)器人系統(tǒng)可以分成四大部分：機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)、感知反饋系統(tǒng)。,23,一、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。相當(dāng)

12、于人的肢體。二、驅(qū)動(dòng)裝置 包括：驅(qū)動(dòng)源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。三、感知反饋系統(tǒng) 包括：內(nèi)部信息傳感器，檢測(cè)位置、速度等信息；外部信息傳感器，檢測(cè)機(jī)器人所處的環(huán)境信息。相當(dāng)于人的感官和神經(jīng)。四、控制系統(tǒng) 包括：處理器及關(guān)節(jié)伺服控制器等，進(jìn)行任務(wù)及信息處理，并給出控制信號(hào)。相當(dāng)于人的大腦和小腦。,24,Intelligence and human-machine interface,,,,,,,,,,Internet

13、,Robot,Camera,Microphone,Scanner,機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的例子,25,1.3.3 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(diǎn)的集合。它是機(jī)器人關(guān)節(jié)長(zhǎng)度和其構(gòu)型的函數(shù)。,精度 指機(jī)器人到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度。它與機(jī)器人