图书名称：《工业机器人操作与编程》【作者】汪洪青，曲晓绪，崔艳梅【页数】279【出版社】北京：北京理工大学出版社,2019.07【ISBN号】978-7-5682-7302-2【价格】78.00【分类】工业机器人-程序设计-工业机器人-操作【参考文献】汪洪青，曲晓绪，崔艳梅.工业机器人操作与编程.北京：北京理工大学出版社,2019.07.图书封面：图书目录：《工业机器人操作与编程》内容提要：本书内容的安排与组织采用任务导向的方式，将行业需求和学生认知紧密结合，将技能培养和理论知识获取融入教学全过程。本书以实际工作为依托，以ABB机器人为载体，设计了7个项目21项任务，具体内容涵盖工业机器人识读、示教器操作、打磨工位操作与编程、仓储工位操作与编程、码垛工位操作与编程、绘图工位操作与编程及RootStudio编程。《工业机器人操作与编程》内容试读项目一工业机器人识读教学目标了解工业机器人本体组成：理解工业机器人本体控制原理；”掌握工业机器人各组成部分功用；会简单使用工业机器人示教器。工业机器人操作与编程任务1识读机器人本体任务描述结合NGT-RA6B模块化工业机器人应用教学系统，识读机器人本体信息及相关参数。食实施流程教学准备任务描述明确任务发放领取任务布置工作页搜集信息填写工作页展示成果任务解析评、讲讲义、笔记听、记完善工作页发放领取评价表任务评价填写评价表教学总结教学准备一、材料准备：教材、工作页、多媒体课件二、设备准备：NGT-RA6B模块化工业机器人应用教学系统工业机器人操作与编程4续表3.根据机器人线缆位置图，填写机器人连接线相关信息。AIRR1.A1R2.A2R3.A3R4.A4R1.SMB/EIB回回回回RI.CP/CSRI.MP标识号线路名称线路连接对象R1.MPAIRR1.SMB/EIBR1.CP/CSAB项目一工业机器人识读食3考核评价识读工业机器人本体—考核评价表班级姓名日期成绩教学评价序号教学环节参与情况考核内容自我评价教师评价领会任务意图参与【】1明确任务掌握任务内容未参与【】明确任务要求研读学习资料参与【】2搜集信息搜集数据信息未参与【】整理知识要点明确工作步骤参与【】3填写工作页完成工作任务未参与【】填写工作内容聆听成果分享参与【】展示成果参与成果展示未参与【】提出修改建议聆听任务解析参与【】5整理笔记整理解析内容未参与【】完成学习笔记自查工作任务参与【】6完善工作页更正错误信息未参与【】完善工作内容备注请在教学评价栏目中填写：A、B或C其中，A一能，B一勉强能，C一不能学生心得教师寄语···试读结束···...

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图书名称：《工业机器人拆装与应用》【作者】东莞市模具（国际）职业教育集团编【丛书名】工业机器人技能教育全国重点推荐教材【页数】190【出版社】北京：中国农业大学出版社,2019.07【ISBN号】978-7-5655-2250-5【分类】工业机器人-装配（机械）-高等职业教育-教材【参考文献】东莞市模具（国际）职业教育集团编.工业机器人拆装与应用.北京：中国农业大学出版社,2019.07.图书封面：图书目录：《工业机器人拆装与应用》内容提要：本书是在工业机器人转型升级的社会大背景下诞生，是适用于高职、中职的专业类教材。由具有专业实践经验的应用型专家与具有先进理论指导的优秀老师共同完成。《工业机器人拆装与应用》由工业机器人拆装概念、工业机器人拆装流程、工业机器人拆装技巧、工业机器人拆装范围、工业机器人拆装应用、工业机器人拆装前景等章节组成。《工业机器人拆装与应用》内容试读「第章」用电安全培训国亚机器天拆装与应用-INDUSTRIALROBOTDISASSEMBLYANDAPPLICATION滚电的危险性播放触电视频，让学生充分了解安全操作的重要性。安全用电从事特种作业必须持证上岗视频：《安全用电宣传动画》一推荐使用优酷视频在线观看，时长17分56秒。参考链接：htt://v.youku.com/v_how/idXMzM5NTIzMjUyOA==.html?m=a2h0k.11417342.oreult.dtitle·002·第一章|用电安全培训Q西f课堂知识回顾雪限附全类少定的炭叙述题1.简单说说你在刚才观看视频的过程中，看到的违规用电行为有哪些。2.刚才的视频中介绍了哪些避免触电的措施？3.当实际的生产生活中遇到触电的情况时，你该采取何种措施进行应对？·003·国亚机黑圆拆装与应用-INDUSTRIALROBOTDISASSEMBLYANDAPPLICATION实训室用电安全操作规程(1)学生进入实训室后应保持实训室干净、整洁，不准携带任何食品、饮料进入实训室。(2)实训室内不得乱扔杂物、纸屑，不得大声喧哗，严禁吸烟。(3)按指定座位就坐，服从指导教师和实训室管理人员安排。(4)使用实验设备时，应保持设备和手部干燥，避免用锋利物品刮蹭实验台，认真按照操作规程的要求进行实训，对故意损坏设备者加倍处罚。(5)实验要严格按照实践指导等有关要求进行，不得随意连接电路：按需取用实验元件，插拔集成器件和连接线时应轻拿轻放，严禁粗暴操作。(6)接线时关掉相应实验面板电源开关，接线完毕经认真检查确认无误后方可通电，通电时要随时注意观察实验设备及元件状态，如出现问题应马上断电，强电实验尤其应注意安全。(7)凡进入实训室做实验、实训、实习等的学生，应带教材、实习记录本、电工工具等，穿戴好绝缘防护用品。(8)实验完成后应关闭电源开关，并把领取的实验元件交回，将取出的该实验台附属实验器材放回原处，不得擅自拿走公物。(9)爱护公物，爱惜仪器，节约用电，不要随便摆弄与实验无关的仪器。(10)实验完毕，整理有关仪器和设备。关断电源，搞好实训室的卫生，关好门窗。(11)严格执行实训室设备使用登记制度，凡进入实训室做实验、实训、实习等的教师要认真填写教学日志。(12)实训室管理人员要定期对实训装置进行维护，以确保设备的正常使用。(13)任课教师为实训室的第一责任人，所有人员必须服从任课教师安排。(14)每次上课之前，任课教师要先到班级教室，再带领学生去实训室。去实训室期间要注意班级队伍排列整齐，不得出现队伍散漫现象，如发生班级纪律问题，则回教室接受纪律教育，整顿合格后方可进入实训室进行操作。·004·第一章用电安全培训口山课堂知识回顾生，所中通误安程成可题员四山山体·回交元是的如藏共关开新中围关西同家是一、判断题心公东珍白外物不回悦1.学生可以携带食品、饮料进入实训室。2.在实训室内，可以大声说话，但不能吸烟。我志日已是演（地）3.在实训室内，可以任意选择座位就坐。()4.使用实验设备时，应保持设备和手部干燥，避免用锋利物品刮蹭实验台，认真按照操作规程的要求进行实训。(时)5.开展实验要严格按照实践指导等有关要求进行，不得随意连接电路；按需取用实验元件，插拔集成器件和连接线时应轻拿轻放，严禁粗暴操作。人6.实训室管理人员要定期对实训装置进行维护，以确保设备的正常使用。()7.接线时关掉相应实验面板电源开关，接线完毕可直接通电，通电时要随时注意观察实验设备及元件状态，如出现问题应马上断电，强电实验尤其应注意安全。(8.同学完成实验后应关闭电源开关，并把领取的实验元件交回，将取出的该实验台附属实验器材直接放在实验台上，不得擅自拿走公物。()9.爱护公物，爱惜仪器，勤俭用电，不要随便摆弄与实验无关的仪器。()10.实验完毕，关断电源，直接走人。()11.严格执行实训室设备使用登记制度，凡进入实训室做实验、实训、实习等的教师要认真填写教学日志。()12.凡进入实训室做实验、实训、实习等的学生，应带教材、实习记录本、电工工具等，穿好绝缘防护用品。(13.任课教师为实训室的第一责任人，所有人员必须服从任课教师安排。14.每次上课之前，不用排队，直接进入实训室。()二、填空题1.使用实验设备时，应保持设备和手部干燥，避免用锋利物品刮蹭实验台，认真按照的要求进行实训，对故意损坏设备者加倍处罚。2.开展实验要严格按照等有关要求进行，不得随意连接电路：按需取用实验元件，插拔集成器件和连接线时应轻拿轻放，严禁粗暴操作。3.接线时关掉相应实验面板的，接线完毕经认真检查无误后方可通电，通电时要随时注意观察实验设备及元件状态，如出现问题应马上断电，强电实验尤其应注意安全。·005·亚器天拆装与应用-INDUSTRIALROBOTDISASSEMBLYANDAPPLICATION4.实验完毕，整理有关。关断电源，打扫实训室的卫生，关好门窗。5.实训室管理人员要定期对实训装置进行,以确保设备的正常使用6.实验完成后应关闭电源开关，并把领取的实验元件交回，将取出的该实验台附属实验器材放回,不得擅自拿走公物。7.严格执行实训室设备使用制度，凡进入实训室做实验、实训、实习等的教师要认真填写教学日志。8.在实训室里，任课教师为实训室的第一责任人，所有人员必须服从的安排。9.按指定就坐，服从指导教师和实训室管理人员安排。10.每次上课之前，任课老师要先到班级带学生去实训室，学生要」要注意班级队伍的排列整齐，不得出现队伍散漫现象，如发生班级纪律问题，则回教室接受纪律教育，整顿合格后方可进入实训室进行操作。出金中·006···试读结束···...

2022-10-21

图书名称：《工业机器人编程与维护》【作者】尹迎峰主编；柴彦玲，张星星副主编；计春雷顾问；王凌飞等编委【页数】250【出版社】长沙：湖南科学技术出版社,2019.06【ISBN号】978-7-5710-0206-0【价格】48.00【分类】工业机器人-程序设计-技术培训-教材【参考文献】尹迎峰主编；柴彦玲，张星星副主编；计春雷顾问；王凌飞等编委.工业机器人编程与维护.长沙：湖南科学技术出版社,2019.06.图书封面：图书目录：《工业机器人编程与维护》内容提要：以上海电气集团培训讲义为基础，分工业机器人基础编程与调试、工业机器人电气安装与维护、工业机器人机械安装与维护三大部分，介绍工业机器人系统操作实践和应用注重实操体验、理实一体，旨在让学生较快地掌握工业机器人的基本知识，熟练掌握工业机器人的各种应用。《工业机器人编程与维护》内容试读模块一工业机器人基础操作与调试模块一工业机器人基础操作与调试任务一工业机器人设定学习目标知识目标：1.了解机器人常见的几种位姿；2.理解工业机器人坐标系的意义；3.理解工业机器人信号的含义，熟悉常用的机器人的信号能力目标：1，能用示教器调整机器人的位置和姿态；2.能用三点法进行坐标系的设定，会选择、调用坐标系；3.能理解常用信号的含义并进行简单的机器人操作。相关知识一、工业机器人位姿概述机器人操作手通常是由一系列连杆和相应的运动副组合而成，实现复杂的运动轨迹，完成规定操作。因此，认识机器人运动规律与操作的第一步，自然是描述连杆之间，以及与操作工具之间的相对运动关系。对于工具的位置状态（简称位姿）的方法是这样描述的：首先建立基础坐标系，相对于该坐标系，点的位置可以用3维列向量表示；刚体的方位可用3×3的旋转矩阵表示，而4×4的齐次变换矩阵则可将工具位置和姿态的描工业机器人编程与维护述统一起来，其特点在于：(1)描述刚体位姿及坐标系的相对位姿。(2)用于表示点从一个坐标系转换到另一坐标系（映射）。(3)描述刚体运动前后的变换因此，位姿描述与刚体变换是描述机器人运动的基础，在机器人设计、控制、轨迹规划等过程中得到广泛应用。此外，在计算机图学，机器视觉的信息处理，机器人外部环境的构型等方面也都得到广泛应用。二、工业机器人的坐标系概述(·)工业机器人坐标系和运动命名原则1.工业机器人坐标系为了说明工业机器人位置和姿态、运动的快慢及方向等，必须选取坐标系。在参照系中，为确定空间一点的位置，按规定方法选取的有次序的一组数据，这就叫做“坐标”。描述某一位置时所规定坐标的方法，就是该位置“坐标”所用的坐标系。在《工业机器人坐标系和运动命名原则》(GB/T16977一2005)中，对工业机器人的坐标系进行了定义。该标准中描述的全部坐标系由正交的右手定则确定，如图1-2-1所示。图1-1-1右手坐标系其中，绝对坐标系是与机器人的运动无关而以地球为参照系的固定坐标系，又称为世界坐标系。基础坐标系是以机器人机座安装平面为参照系的坐标系。对于固定安装的机器人，坐标系之间的对应关系是唯一确定的，两种坐标系之间的变换可通过空间计算得出，机器人系统各类坐标如图1-1-2所示。模块一工业机器人基础操作与调试N机械接口坐标系工具坐标系基础坐标系用户/工件坐标系世界坐标系{图1-1-2机器人各坐标系举例2.工业机器人运动命名原则工业机器人的移动是指末端执行点以基础坐标系作为参照确定的。其运动的方向指定如下：十X或一X是沿着或平行于X轴；+Y或一Y是沿着或平行于Y轴；十Z或一Z是沿着或平行于Z轴。(二)工业机器人坐标系和旋转运动的定义工业机器人的旋转运动是指工业机器人的姿势从开始点到结束点以工具点位中心旋转的一种移动方法。旋转运动的移动速度的单位为deg/ec,表示每秒旋转的度数。A、B、C(Fauc工业机器人为W、P、R)分别被定义为围绕平行于坐标轴X、Y和Z轴的独立旋转的角度。一般转动是由独立转动的组合来表达的。围绕于X轴线旋转时的角度为A(W)围绕于Y轴线旋转时的角度为B(P)围绕于Z轴线旋转时的角度为C(R)。A、B、C(W、P、R)的正向分别以X、Y、Z的正向且以右手螺旋前进的方向为正方向，如图1-1-3所示。3工业机器人编程与维护↑2C(R)C(R)GA(W)BP)列Y图1-1-3右手螺旋法则(三)工业机器人轴的命名原则关节坐标系是设定在机器人轴的坐标系。关节坐标系中的机器人的位置和姿势，以各关节的底座侧的关节坐标系为基准而确定。若这些轴由数字来定义，则轴1应是紧靠机座安装表面的第1个运动轴，轴2是第2个运动轴，依此类推，而轴6则是安装在机械接口上的运动轴。工业机器人的六个关节轴分别称为J1、J2、J3、J4、J5、J6,如图1-1-4所示，且图中所有轴都处在0°的状态。图1-1-4机器人轴模块·工业机器人基础操作与调试(四)工业机器人坐标系的运动规则工业机器人坐标系是为确定机器人的位置和姿态而在机器人或空间上进行定义的位置指标系统。工业机器人运动可选取的坐标系有关节坐标系、世界坐标系、工具坐标系、用户坐标系。(1)关节坐标系：机器人各轴单独运动。(2)世界坐标系：以地球为参照系的直角坐标系，可使机器人移动或转动。(3)工具坐标系：工具执行点(toolcetreoitio,TCP)和工具姿势的直角坐标系。未设定时为机械接口坐标系。(4)用户坐标系：用户对每个作业空间进行定义的直角坐标系。未设定时为世界坐标系。机器人根据示教器或程序中的动作指令进行移动。工业机器人的作业点在空间通过坐标进行标识，通过选取不同的坐标系可以快速有效地对工业机器人进行示教，提高工作效率。当选用世界坐标系时，机器人各个关节的运动幅度较大、到达位置点的速度较快。当选用关节坐标系时，机器人各个关节的运动幅度较小、运动比较精确。操控工业机器人时使用关节坐标系可以较精确地控制机器人完成运作。(在)工业机器人坐标系的校准工业机器人坐标系校准时，需要将机器人的机械信息与位置信息同步，来定义机器人的物理位置。通常在机器人出厂之前已经进行了工业机器人坐标系的校准。但是，机器人还是有可能丢失零点数据，需要重新进行校准。例如，工业机器人出现坐标系运动方向错误时，应选择校准。FANUC工业机器人坐标系校准一般采用零点核对方式、单轴核对方式、快速核对方式、直接输入核对方式，如表1-1-1所示。表1-1-1FANUC工业机器人坐标系校准方法坐标系校准方法解释由于机械拆卸或维修导致机器人零点数据丢失。需要将六轴同时点动到零零点核对方式度位置，且由于靠肉眼观察零度刻度线，误差相对大一点单轴核对方式由于单个坐标轴的机械拆卸或维修（通常是更换马达引起）工业机器人编程与维护续表坐标系校准方法解释由于电气或软件问题导致丢失零点数据，恢复已经存人的零点数据作为快速示教调试基准。若由于机械拆卸或维修导致机器人零点数据丢失，则不能采快速核对方式取此法条件：在机器人正常时设置Materigdata直接输入核对方式工业机器人坐标系直接输入法无需操控机器人定点，可以直接输入坐标值因为坐标系的数据在出厂时就设置好了，所以，在正常情况下，没有必要做校准，但是只要发生以下情况之一，就必须执行校准：(1)机器人执行一个初始化启动：(2)串行脉冲编码器(SP℃)的备份电池的电压下降导致SP℃脉冲记数丢失；(3)在关机状态下卸下机器人底座电池盒盖子；(4)编码器电源线断开；(5)更换SP℃：(6)更换马达；(7)机械拆卸；(8)机器人的机械部分因为撞击导致脉冲记数不能指示轴的角度；(9)机器人在非备份姿态时，SRAM(CMOS)的备份电池的电压下降导致零点数据丢失。(六)连杆坐标系操作臂可以看成是由一系列连杆通过关节顺次相连的运动链。通常，操作臂都是由旋转关节和移动关节组成。为了研究操作臂各连杆之间的位移关系，在每个连杆上固接一个坐标系，并描述这些坐标系之间的关系。用上节所讲的齐次变换描述各个连杆相对于固定参考系的空间几何关系，从而推导出“操作器坐标系”相对于“基座坐标系”的等价齐次变换矩阵，建立操作臂运动方程。连杆坐标系建立方法：坐标系{0}成为基坐标系，与机器人基座固接，固定不动，可作为参考系，用它来描述其他连杆的坐标系的位置和方位。基坐标系的方向可任意规定，但是为了简化起见，我们总是选择Z轴沿第1个关节轴线方向，并且当关节1的运动变量为零时，坐标系{1}与{0}重合。末端连杆（连杆)坐标系()的规定与基坐标系相似。···试读结束···...

2022-10-21

图书名称：《奇趣机器人》【作者】黄岚编著【丛书名】中国青少年科幻分级读本(小学卷)【页数】218【出版社】北京：北京理工大学出版社,2021.04【ISBN号】978-7-5682-9304-4【分类】儿童小说-幻想小说-小说集-中国-当代【参考文献】黄岚编著.奇趣机器人.北京：北京理工大学出版社,2021.04.图书封面：图书目录：《奇趣机器人》内容提要：机器人到底是人类的朋友还是敌人人工智能的进一步发展，会带给人类一个怎样的未来哪吒、后羿等神话传说中的人物和人工智能有什么奇妙的关联《奇趣机器人》内容试读了机器人传奇⊙金涛难度系数：★★★☆☆了种秘慎士课堂吉卡：博士，在我们的生活中，为什么会有越来越多的机器人呢？神秘博士：在我回答问题之前，你先回答我两个问题：你觉得什么是机器人？你都在哪些地方看到过机器人？吉卡：哈，这可难不倒我！机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，具有感知、决策、执行等基本特征。工厂、医院、建筑工地、物流仓库…到处都有呀。神秘博士：你说得不错，那么多的机器人都在为我们的生活服务。你有没有发现，机器人能完成很多工作，而这些工作，又是人类完成起来难度比较大或者比较费时费力的？比如说，有一些工厂的生产环境对人体有一定的危害，使用机器人的话，就没有问题了。还有一些地方，比如物流仓库，机器人不论是在工作效率上，还是在操作准确度上，都比工人要高。吉卡：哦，我知道了，因为机器人能为我们的生活带来很多便利，所以我们的身边才会有越来越多的机器人。可是，我还有一个问题，“机器人”和“机器”有什么区别呢？是不是因为机器人长得更像人一些？奇趣机器人神秘博士：这个问题很有意思。应该说机器人是机器的一种，与其他机器相比，机器人还需要具备感知能力，可重复编程，并且具有一定的决策能力。也可以说，机器人具有一定“人”特有的能力。吉卡：啊，我一直以为，一个机器之所以叫“机器人”，是因为它长得像人。现在明白了机器人要具备一些人的能力和智能呀！神秘博士：机器人有很多种，其中，“仿人机器人”的外形，是最接近人的。随着研究的发展，有的机器人，从外形来看，已经和真人没什么两样了。吉卡：哇，听您这么一说，我突然脑洞大开—现在站在我面前的这位“神秘博士”，会不会就是个仿生机器人？怕怕…神秘博士：你还真是活学活用呀！要是我就是个仿生机器人，你怎么才能把我和真正的人类区分开来？下面这个故事，可能会给你一些启发。这个故事中，一家机器人生产公司的一个产品一男孩状的机器人逃脱了。刑警队在追查过程中发现，这居然和一家“天马饮料”公司的不法行为有关…吉卡：博士，听您这么一介绍，我就预感到这一定是一个精彩的故事，我已经迫不及待地想读了！002机器了精彩故事大放送传一1机器人失踪了机器人制造公司的刘经理不停地用手帕擦着脑门上的汗水，说话也不像平时那样利索。尽管刑警队长的办公室开着半扇窗，冷飕飕的，他仍然觉得燥热难忍。“你慢慢讲，到底发了什么事？”刑警队长李力刚把一杯饮料推到他面前。“谢谢！是一桩特别倒霉的事，”刘经理仰起脖子将杯里的饮料一口饮干，“完全是因为野蛮装卸，否则是不会发生的。在我们公司的历史上，从来没出过这样的纰漏…”李力刚耐着性子听着，从刘经理语无伦次的叙述中，渐渐理出了一点头绪。机器人制造公司生产的三台智能机器人，从装配车间运往火车站时，装卸工人粗心大意，在车站的月台上把其中一台机器人的包装箱摔散了架。天黑下来了，那几个年轻的装卸工手忙脚乱地收拾散在地上的包装箱，然后把倒在地上的机器人拾起来，岂料忙乱之中，他们的手触摸到了机器人的启动开关一那是机器人头部一个敏感的按钮。说时迟，那时快，那台没有知觉、处于关机状态的机器人突然像人恢复了生命一样，腾地从地上跳起来，用力推倒身边的装御工，从月台跳过铁轨。一晃眼的工夫，机器人已经到了对面另一条铁轨的站台上。这时，恰巧有一列货003奇趣机器人车风驰电掣地经过车站。装卸工们从地上爬起，惊恐万状地看着飞驰的货车一闪而过。当最后一节车厢从他们的视线里消失时，机器人连个影子都不见了…刑警队长问：“这是什么时候的事？”“四个小时以前，我是听到信儿立刻来报案的…”刘经理又用手帕揩着冒汗的脑门。刑警队长看了看墙上的电子钟，快十一点了。窗外，朦胧的夜幕中闪烁着万家灯火，隐约传来各种车辆的喧闹声。他想起妻子和小女儿，她们也许正眼巴巴地盼他回家。但他知道，等待他的又是一个紧张的不眠之夜。“机器人有什么特征？身高、体重…”刑警队长从座椅上站起来问道。“有，有，这是机器人的照片和详细说明书。”刘经理从皮包中取出一叠资料，放在刑警队长的桌上。李力刚俯下身，迅速翻开有关机器人的资料。当他的目光停在那张机器人的全身照片上时，他不禁惊叫一声：“怎么，是个男孩？”刘经理此刻的反应，似乎像听见买主夸耀他的产品，有点飘飘然。他立刻笑眯眯地答道：“一点不错！这是本公司最新推出的产品。以前那种笨拙的机器人根本无法和它相比。它不但具有真人一样的外观，还有真人一样的感情。它聪明，而且品质高尚。你别看它脑袋大些，而这正是智能高的象征。这种机器人最适合给独生子女做伴。独生子女最欠缺的就是童年的伴侣，这对他们的性格、心态，甚至智力都会造成不良影响。所以，每个关心子女的家长都应该购买本公司的最新产品…”“你有完没完？”刑警队长狠狠地瞪了他一眼，吼了004起来。接着，他拿起话筒，拨通了电话：“喂，铁路局保机器卫处吗？十万火急，请马上通知沿线各站，查找一个失踪的机器人，对，机器人”传二，莉莉和“大脑袋”春节前夕，边境小镇通海的城南公园热闹极了。松枝搭起的牌楼红灯高悬，彩旗飘扬。连湖边的树枝上也挂起一长串五颜六色的灯泡，像是女孩脖子上的项链。草地上搭起蒙古包似的帐幕，四周用布帘遮得严严实实，那是马戏团表演的地方。公园的大道两旁，有耍猴的，有打气枪的，有玩电子游戏机的，有捏面人的，还有卖各种风味小吃的…到处是人，到处是欢声笑语。许多孩子是随着爸爸妈妈一起来的，他们打扮得漂漂亮亮，脸蛋儿通红通红，在人群中像小泥鳅似的挤来挤去。在公园大门旁边，一个小女孩孤零零地坐在马路边上。她约摸八九岁，两根短短的辫子只是用橡皮筋扎着，不像别的女孩扎着美丽的蝴蝶结。她两手托着下颏，一双水汪汪的大眼睛流露出羡慕而又失望的表情。因为许多父亲和母亲领着和她一样年龄的孩子从她的身旁走进了公园，而她只能坐在外面听公园中传出的欢快的乐曲和阵阵撩人的喧闹声。她多么希望到公园里玩耍啊…“喂，你愿意进去玩吗？”不知什么时候，小女孩身旁坐下了一个和她年龄相仿的男孩。小女孩眨巴眨巴眼睛，歪着头端详身旁的男孩：“好奇怪，我怎么从来没见过这样的男孩？他的脑袋怪怪的，好像特别大，一双大眼睛仿佛能看透别人的心思。”005奇趣机器人“你是…谁？”莉莉小声问。男孩冲她笑笑，“我都看了你老半天了。你怎么老坐在这儿？在等谁呀？”莉莉摇摇头，两眼下垂望着脚下一双沾满泥巴的皮鞋。男孩用胳臂肘推了推莉莉，拿出两张公园的门票，“你瞧，我都给你买票了，一块儿进去玩吧…”莉莉顿时高兴起来，但转念一想，又嘀咕起来：“我还不知道你是谁…”“别人都叫我‘大脑袋’，你就这样叫我吧。”男孩一挥手说。“大脑袋，”莉莉说着笑了起来，“谁叫这么个名字呀”几分钟后，莉莉和大脑袋进了公园，挤进了熙熙攘攘的人流中。好玩的地方太多了，莉莉东张西望，目不暇接，不知道究竟玩什么才好。这时，远处传来的一阵哄笑声吸引了他们，大脑袋拉着莉莉的手，快步跑了过去。那里的空地上，放着许多花花绿绿的玩具，有一个玩具熊猫，还有电动火车、铁皮汽车、一盒盒糖果，以及文具盒什么的。游人从一个年轻的小伙子那里购买圆圆的藤圈，然后站在很远的地方把藤圈扔过去，如果藤圈不偏不斜地套中了什么东西，那就代表中彩了，那件东西就归游人所有。“喂，快来套圈呀，一块钱五个圈，头彩一个大熊猫，看谁的运气好，快来玩呀…”小伙子手里转动着一串藤圈，高声吆喝道。好几个小孩子花了钱，扔了好些藤圈，却都没有套中，那些藤圈不是飞得老远，就是差那么一点儿，老也套不上那些诱人的玩具。006···试读结束···...

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图书名称：《工业机器人维护与保养》【作者】孙洪雁，徐天元，崔艳梅主编；汪洪青，张晓坤，郭英平副主编【页数】193【出版社】北京：北京理工大学出版社,2019.07【ISBN号】978-7-5682-7274-2【价格】35.00【分类】工业机器人-维修【参考文献】孙洪雁，徐天元，崔艳梅主编；汪洪青，张晓坤，郭英平副主编.工业机器人维护与保养.北京：北京理工大学出版社,2019.07.图书封面：图书目录：《工业机器人维护与保养》内容提要：本书是在深入企业实际调研基础上，根据工业机器人行业要求和工学结合课程改革的需求编写的。本书内容的组织与安排采用任务导向的方法，将职业技能培养和知识的获取整合到学习任务中，以实际工作为载体，设计了5个项目18项任务，具体内容涵盖工业机器人安全操作与保养、工业机器人硬件维护与保养、工作站维护与保养、机器人常见故障及处理、工作站常见故障及处理，通过这五个任务，让读者了解并掌握工业机器人维护保养的工作流程，从而达到能独立完成具体维护保养的一系列工作，为读者使用和维护机器人提供帮助和指导。《工业机器人维护与保养》内容试读项目一工业机器人安全操作与保养教学日标”了解安全概要；”解读安全操作规范；填写保养单。任务一了解安全概要任务描述根据工业机器人在日常生产活动中对人们造成的伤害实例，学生必须识别机器人工作岗位上常见危险，确定机器人的安全要求，认识安全符号的名称和含义，这样可以最大限度地减少工作中发生事故的可能性。工业机器人维护与保养2实施流程教学准备任务描述明确任务发放领取任务布置工作页搜集信息、动手实践分配任务指导设备、资料使用填写工作页展示成果评、讲听、记任务解析讲义、笔记完善工作页发放领取评价表任务评价填写评价表教学总结教学推备1.资料准备：课件、图片。2.工具准备：机器人设备。项目一工业机器人安全操作与保养工作步骤了解安全概要一工作页1班级姓名日期成绩识读图中安全符号的名称和含义。个公大⊙HOH逝KarMA:B:工业机器人维护与保养4CD:E:F:G:H:1:J:K:L:M:N:0:P:项目一工业机器人安全操作与保养教学评价【考评表】了解安全概要—考核评价表班级姓名日期成绩教学评价序号教学环节参与情况考核内容自我评价教师评价领会任务意图明确任务参与【】未参与【】掌握任务内容明确任务要求研读学习资料搜集信息参与【】搜集数据信息未参与【】整理知识要点明确工作步骤填写工作页参与【】未参与【】完成工作任务填写工作内容聆听成果分享展示成果参与【】参与成果展示未参与【】提出修改建议聆听任务解析5整理笔记参与【】未参与【】整理解析内容完成学习笔记自查工作任务6完善工作页参与【】未参与【】更正错误信息完善工作内容备注请在教学评价栏目中填写：A、B或C,其中A一能；B一勉强能；C一不能学生心得教师寄语工业机器人维护与保养6必知识链接一、案例回放(1)2016年，在东莞劲胜现场一名技术人员在维修、调整机器人外部设备时，机器人突然动作，技术人员未来得及避让机器人，被机器人压伤手臂，如图1-1所示。图1-1机器人生产线维修现场(2)技术工人在维修检测焊接机器人的时候，在非安全作业区域内进行维修，机器人突然启动，把人直接撞倒，差点被机器人碾压，如图1-2所示。图1-2焊接机器人生产线现场···试读结束···...

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图书名称：《机器人智能运动规划技术》【作者】祁若龙，张珂编著【丛书名】智能制造与装备制造业转型升级丛书【页数】110【出版社】北京：机械工业出版社,2021.05【ISBN号】978-7-111-67745-1【分类】工业机器人-研究【参考文献】祁若龙，张珂编著.机器人智能运动规划技术.北京：机械工业出版社,2021.05.图书封面：图书目录：《机器人智能运动规划技术》内容提要：本书以机器人智能决策与轨迹规划方法为研究对象，将机器人系统执行任务过程中的非确定性分为加工几何对象信息非确定性、动态特性非确定性以及运动与传感非确定性三大类，分别加以介绍和分析，阐明了机器人智能运动规划技术的实现途径。《机器人智能运动规划技术》内容试读第1章导论1.1背景及意义自1954年世界首台由数字和程序控制的机器人在美国诞生以来，机器人技术逐渐将人类从极限、危险、繁重的重复性劳动及其能力无法企及的任务中解放出来。尤其是在进入21世纪后，机器人技术受到世界各国关注，成为学术研究和工程实际应用的热点领域之一。根据国际机器人联合会(FR)的统计，2018年全球新增机器人24.8万台，同比增长15%，如图1-1所示。随着工业现代化进程的发展，我国的机器人销量保持快速增长，2018年新增销量占世界机器人总销量的35.5%，成为目前世界上最大的机器人消费国。德国，8%3070%其他，20%意大利，3%2560%西班牙，2%50%2040%美国，11%51530%20%日本，14%10%0%0-10%002017201820192020202120222023202400中国，27%年份韩国，15%一工业机器人销量（万台）一同比增长图1-1世界机器人销量及其变化趋势为满足世界各国航空航天、核工业、海洋探测和工业自动化的需求，机器人越来越多地被应用于大型复杂零件的高精度加工、高危环境的自主作业以及高精度微细操作等复杂任务中。传统的基于示教和确定性运动定义的工1【机器人智能运动规划技术业机器人已经不能满足高端制造和前沿技术领域的智能化需求，能够进行智能决策的第三代机器人成为当前世界各国机器人技术研究的方向和焦点。新一代智能机器人应用的关键技术包括智能感知技术、自主学习能力和自主运动规划能力。机器人的运动离不开先进轨迹规划算法的支撑，基于不确定信息的最优运动决策功能是实现机器人自主运动规划能力的关键。传统的轨迹规划方法大多基于确定的几何模型和示教操作。基于模型的轨迹规划方法是建立在确定性模型信息基础上的，对机器人的操作对象进行加工和操作规划后，由操作者设置机器人操作对象坐标系和模型轨迹坐标系之间的对应关系。示教操作是由操作者定义机器人运动过程中需要经过的轨迹点，用简单的几何图形连接轨迹点，由机器人重复调用执行。但随着机器人所执行任务复杂程度的提高，很多任务不能预先定义，需要机器人通过智能算法对其自身运动进行自主优化与决策。但在机器人进行运动决策的过程中，很多情况存在多种信息非确定性。这些信息包括加工对象几何信息、运动与传感信息、运动动态特性信息等。总体上，机器人运动的非确定性大体可以分为三种情况，如图1-2所示：1)机器人与外部被加工对象之间的几何信息具有不确定性。2)机器人到达目的位置避障轨迹的动态特性具有不确定性。3)机器人运动与传感误差对操作精度的影响具有不确定性。a)被加工对象几何信息未知)避障轨迹动态特性未知©)运动与传感误差影响未知图1-2机器人运动非确定性情况分类机器人与外部被操作对象之间几何信息的不确定性是指对机器人来说，被操作对象的确切几何形状和机器人与被操作对象之间的相对位置关系是未知的。现以大型复杂曲面零件的搅拌摩擦焊接加工为例进行说明，如图1-2所示。大型复杂曲面薄壁零件大多是冲压成形的，零件在冲压制造、制造修形运输挤压、应力释放、焊接装夹等过程中都存在不可预知的变形。传统制造方2第1章导论1法是采用高精度矫形工装，将变形后的曲面通过工装矫正成与模型完全一致的形状。通过基于模型的轨迹规划方法得到固化的运动轨迹，直接进行搅拌摩擦焊接加工。由于搅拌摩擦焊接的精度要求较高，因此工装的装夹精度更高，一套矫形工装的成本远远高于搅拌摩擦焊接机器人的成本，美国航空航天局(NASA)的火箭圆柱段工装耗资折合人民币近1亿元，且一旦被加工零件的尺寸发生改变，就需要重新设计工装，造成了极大的浪费。因此，如何借助自身传感器对被加工零件的几何信息非确定性进行测量和轨迹规划，是机器人进行外部信息采集和运动决策的一个典型关键问题。机器人到达目的位置避障轨迹动态特性的不确定性是指在已知目的位置的情况下，机器人运动的中间过程是不确定的。以空间机械臂的运动为例，出于安全、稳定、节能等方面的需求，机械臂轨迹规划需要同时满足以下工作特性要求：机械臂全局避障；任意时刻各关节不超过其最大转矩；轨迹速度、加速度连续；规划轨迹使各关节角运动量最小；机械臂末端轨迹长度最短；机械臂运动时间最短；对于有解的情况不允许算法失效。现有的机械臂轨迹规划方法虽然非常丰富，并且不乏成熟度很高的优秀规划策略，但都很难同时满足以上各种相互关联、相互影响的性能指标。例如，在缩短机械臂运动时间、增大机械臂速度和加速度的同时，可能造成转矩过大；能够避开障碍的轨迹各轴运动角度和末端执行量可能很大，增加了作业时间和风险。采用什么样的算法能够使机器人在众多可行轨迹中得到同时满足多目标要求、动态性能最为平稳的最优轨迹，是机器人运动决策的又一关键问题。机器人运动与传感误差对操作精度影响的不确定性在于机器人的运动不可避免地存在运动误差，同时传感器也存在测量误差。由于机器人系统受控制模型偏差和外部扰动、位置、速度传感器误差等过程噪声和观测噪声的非确定性影响，机器人会偏离原有的预定义轨迹。这种轨迹偏离在确定性很强的机器人传感和控制系统（如带有高精度光栅的工业机床数控系统）中体现得并不明显。但对于确定性较弱的控制系统，如视觉导航的自主移动小车、惯性制导的无人机、末端精度要求较高的机械臂系统等，由于传感器观测误差和控制过程误差的影响，机器人并不能保证完全精确地跟踪预定义轨迹，而是在沿轨迹行走的每一时刻都存在偏离轨迹的概率。这种运动的非确定性会对机器人的运动安全性和精细操作的成功概率产生一定的影响。例如，在误差影响下，机器人在运动过程中存在偏离预定义轨迹与环境发生干涉碰撞的可能，也不能完全保证准确地到达目的位置。因此，基于机器人运动与传感非确定性的轨迹评估和优化是机器人运动规划与决策的另外一关键问题。我国的机器人研究起步较晚，虽然近些年来很多国内研究机构和学者在机3【机器人智能运动规划技术器人领域取得了很多成就，但在机器人关键技术和前沿研究领域仍然相对薄弱。国内至今还没有一款成熟的、具有自主知识产权的机器人控制系统，在先进控制方法、智能决策技术和运动规划等方面与国外同类研究也有一定差距。国外将机器人控制系统作为机器人关键技术，对我国实行技术封锁，一般只将应用层接口提供给用户进行操作，不具备系统开放性，不能作为科学技术研究的实验平台。因此，编写便于进行功能扩展与算法修改的机器人运动控制与图形仿真系统是机器人智能决策研究的基础和必要手段。本书将机器人执行任务过程中的运动轨迹不确定性分为机器人操作对象的几何信息不确定性、机器人自身运动的不确定性，以及机器人运动和传感误差带来的不确定性三个方面，以自主研制的机器人开放式运动控制与图形仿真系统为智能轨迹规划的仿真平台和实验验证的运动控制器。选择和提出工程实际中待解决的典型关键问题，研究机器人在三种非确定性因素影响下的规划理论和方法。其意义在于：1)基于机器人加工对象几何信息非确定性的轨迹规划方法能够使机器人借助自身传感器对被加工零件进行精确的位置感知和重建。本书采用离线高精度估计方法将感知、重建、决策、运动融为一个有机整体，在节约工装成本和减少人员参与的同时实现机器人的高精度加工。2)机器人运动动态特性的非确定性轨迹规划方法是机器人在面临突发任务时或在动态环境下进行运动决策与优化的关键问题。本书提出的运动动态特性多目标轨迹规划方法能够使机器人在多目标任务需求下，以最优的动态特性完成点到点的运动规划，同时可保障系统运动的平稳性和安全性。3)基于机器人系统运动与传感随机误差的非确定性规划方法对机器人系统各位置的误差概率分布进行估计，并计算机器人到达指定位置区域的成功概率。对方差进行几何化表达后，可以定性地判定机器人是否能和周围环境发生干涉碰撞，从而能够在轨迹规划阶段对机器人操作的成功概率进行先验估计。4)突破现有非开放式机器人控制系统对算法的固化和限制，通过面向对象的模块化编程方法构建自主知识产权的机器人运动控制与图形仿真系统平台，能够兼容一般串联结构的机器人系统。从而以该平台为工作基础，对本书算法开展仿真和实验验证。总体来说，本书将深入讨论机器人系统在几种信息非确定性的影响下，进行自主智能轨迹规划的算法和实现方法，对机器人系统在非确定性信息影响下的自主智能运动决策有促进意义。4第1章导1论11.2机器人运动规划研究现状及趋势1.2.1机器人加工对象几何信息非确定性轨迹规划研究现状机器人因运动灵活、工作空间大，而越来越多地被应用在机械加工领域，如焊接、喷涂、打磨抛光等。机器人对其所处的工作环境存在非确定性认知，包括运动目标位置的不确定和运动环境的不确定。这类问题在移动机器人的研究中通常被定义为同步定位与建图(SimultaeouLocalizatioadMaig,.SLAM)问题。在机械加工领域，数控加工方法及其轨迹规划已经成熟；但在机器人加工中，机器人会面临加工对象空间位置不确定的情况，这是因为机器人加工轨迹的规划在方法上与数控加工有着较为明显的差异。数控加工多为去除材料的减材制造，采用基于模型的轨迹规划方法，规划的轨迹路径都是以起始加工位置为基准的一系列刀位点。只要毛坯足够大，即使通过对刀操作确定的起始加工位置存在差异，也可以加工出完全相同的工件。但是，机器人加工基本上都是非材料去除加工，需要指定机器人与被加工工件之间的精确坐标关系和工件的实际数学模型。当机器人与工件之间的坐标关系不确定或工件存在几何变形，实际几何形状与理论数学模型之间存在误差时，原有基于理论模型的轨迹规划方法将很难适应高精度的机器人加工。国内外学者针对此类问题提出了各自相应的解决方案。天津大学孙涛利用机器人建立柔性制造单元，来解决机器人加工过程中与工件空间几何关系的非确定性问题，进行了严格的坐标关系标定和位姿补偿；天津大学王飞、邾继贵、董峰也通过严格的标定方法来解决机器人与操作对象之间的几何关系非确定性问题。但是这种方法由于工作量大、准备时间长、操作过程和计算过程复杂，很难满足机器人大规模、高效率加工的需求。在简化标定工作流程、减少机器人加工准备工作时间方面，Saverio等人的工作非常有借鉴意义。他们利用射频识别(RadioFrequecyIdetificatio,RFD)技术在机器人操作对象内贴特征点，当机器人在操作对象表面移动时，通过RD特征点来校准实际工件与理论模型之间的误差。吉林大学赵军针对焊缝进行自主磨抛，在自主抛光加工前，为了解决空间曲线焊缝抛光位姿的不确定性问题，对焊缝进行高精度测量、定位，实时得到焊缝的三维几何信息，从而计算抛光参数。通过双目视觉、结构光辅助方法，在焊缝识别、焊缝特征提取、特征点定位、磨抛余量检测等方面开展了一系列工作，成功地解决了大型复杂曲面焊缝机器人自主打磨抛光的问题。中国5【机器人智能运动规划技术计量大学宋亚勤、张斌采用激光扫描式测量仪作为机器人的手眼测量设备，用于空间U形焊缝的检测。由于激光视觉测量方法中视觉相机的安装位置和机器人坐标系之间也存在非确定性关系，因此需要进行视觉坐标系与机器人坐标系的标定。首都航天机械有限公司也采用激光视觉测量方法在加工易变形大型壳体材料前对其进行全局测量，构建工件实际几何模型。在机器人进行实际加工前，采用结构光辅助视觉测量方法对工件进行实际测量有助于机器人确定其与工件之间的非确定性几何关系。但是，基于视觉的测量方法从测量原理上来讲纵深方向的误差较大，结构光测量很容易受到工件镜面反射的影响，而导致测量精度降低甚至失效。江苏大学吕继东研制的苹果采摘机器人采用视觉RGB(即红、绿、蓝)色彩模式分辨“苹果”“叶子”和“天空”，以双目视觉计算目标点和其他特征点的位置后进行轨迹规划，实现机械臂抓取和避障功能，从目标分辨和目标位置计算两个层面解决机械臂与环境之间几何关系非确定性的问题。中国运载火箭技术研究院陈雨杰使用机器人自主安装舱段设备，对基于模型的预定义轨迹进行基于视觉的目标点识别和轨迹修正，来解决机器人装配轨迹规划中理论模型与实际工位不匹配的空间几何非确定性问题。由大连理工大学郭东明院士提出的测量加工一体化方法就是从分析零件特征入手，通过活动标架与曲面相伴理论，利用微分几何、鞍点规划等数学方法研究零件加工后特性与加工约束的关系，从而最终建立误差测量、修正补偿的调节机制。测量加工一体化方法就是在分析零件曲面特性的基础上，进行基于测量信息的多源约束面形再设计的“测量再设计数字加工”一体化加工策略。1.2.2机器人运动动态特性非确定性轨迹规划研究现状机器人从当前位姿到目的位姿的中间运动过程的轨迹规划涉及两方面重要因素：一方面是机器人关节运动、速度、加速度、急动度等动态特性；另一方面是机器人运动过程需要避开环境障碍。最理想的机器人运动轨迹是在避开环境障碍的同时，保证机器人动态特性平滑。许多学者对机器人及其已知环境建立虚拟力场模型，借助力反馈设备，通过人机交互的半自主方式控制机器人在虚拟力场中沿着目标点的牵引和环境障碍的斥力作用，操作者随着由力反馈设备传递来的由虚拟力场引发的力感受控制机器人运动。为了得到动态特性平稳、能耗受控的机器人运动轨迹，大连理工大学张连东、日本立命馆大学SuguruArimoto将机器人动力学方程与黎曼几何联系起来，关节空间中机器人的动力学方程可以看作是在多维关节空间中的动力学曲6···试读结束···...

2022-10-21 运动规划 编著者是谁 运动的规划

图书名称：《工业机器人编程及应用技术》【作者】李国利主编【页数】315【出版社】北京：机械工业出版社,2021.04【ISBN号】978-7-111-67738-3【分类】工业机器人-程序设计【参考文献】李国利主编.工业机器人编程及应用技术.北京：机械工业出版社,2021.04.图书封面：图书目录：《工业机器人编程及应用技术》内容提要：本书以ABB工业机器人为对象，使用RootStudio编程与仿真平台，系统地介绍了工业机器人编程方法、仿真及应用技术。本书内容由浅入深、循序渐进，理论与应用相结合，操作与仿真相结合，主要包括工业机器人基础、工业机器人操作方法、RootStudio软件使用及在线功能、工业机器人系统安装与IO通信、工业机器人程序数据与指令、工业机器人示教编程与在线编辑程序、工业机器人轨迹类和搬运示教编程、工业机器人离线编程与仿真、带外轴的工业机器人编程与仿真、工业机器人绘图应用编程方法、工业机器人打磨应用编程方法、工业机器人视觉应用编程方法等。本书提供书中相应应用的源文件，可通过手机扫描相应章节的二维码下载获取。联系编辑QQ296447532可获得更多资源。本书图文并茂、通俗易懂，注重实际、强调应用，既可作为应用型本科高校和高职院校机电与自动化相关专业的教材，也可作为工业机器人技术培训用书，还可供工业机器人编程与应用技术人员参考。《工业机器人编程及应用技术》内容试读第1章工业机器人基础学习目标1.了解工业机器人的定义及发展情况。2.熟悉工业机器人的常见分类及其行业应用。3.掌握工业机器人系统的结构、组成及各部分的功能。4.熟悉工业机器人常见的技术参数。5.掌握工业机器人的常用坐标系。6.了解工业机器人运动学问题，理解工业机器人产生奇异位形和奇异，点的原因。7.了解工业机器人的点位控制和连续轨迹控制方法。1.1工业机器人的定义及特点随着科技的进步，人力劳动逐渐被机械取代。作为第三次工业革命的重要切入点和推手，工业机器人不仅将人类从繁重单一的劳动中解放出来，而且它还能够从事一些不适合人类甚至超越人类的劳动，彻底改变现有的工业生产模式，实现生产的自动化，提高生产效率。作为先进制造业中不可替代的重要装备，工业机器人的研制能力和应用情况已经成为衡量个国家科技发展和制造业水平的重要标志。目前，国际上对工业机器人的定义有很多。美国机器人协会(IA)的定义：“一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程的动作来执行种种任务的并具有编程能力的多功能机械手(Maiulator)”。日本工业机器人协会(JRA)的定义：“一种装备有记忆装置和末端执行器(EdEffector)的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。同时还可进一步分为两种情况来定义：工业机器人是一种能够执行与人体上肢（手和臂）类型动作的多功能机器；智能机器人是一种具有感觉和识别能力，并能控制自身行为的机器。德国标准(VDI)中的定义：“具有多自由度的、能进行各种动作的自动机器，它的动作是可以顺序控制的、轴的关节角度或轨迹可以不靠机械调节，而由程序或传感器加以控制。工业机器人具有执行器、工具及制造用的辅助工具，可以完成材料搬运和制造等操作”。我国科学家对工业机器人的定义：“一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。国际标准化组织(ISO)的定义：“一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具来完成各种作业”。目前国际上大都遵循ISO所工业机器人编程及应用技术下的定义。工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作任务，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。工业机器人具有以下四个显著特征：具有特定的机械结构，以便能完成特定条件下的工作任务：具有通用性，可通过改变程序和末端执行器执行不同的作业任务：具有感知、计算、决策等不同程度的智能：具有相对独立性，可在人工不干预的情况下独立工作。1.2工业机器人的发展情况1954年，美国人乔治·德沃尔设计了第一台可编程的工业机器人，并申请了专利。1959年，德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人样机Uimate,并成立了世界上第一家工业机器人制造工厂Uimatio公司。1962年，美国通用汽车(GM)公司安装了Uimatio公司的第一台Uimate工业机器人，标志着第一代示教再现型工业机器人的诞生，如图1-1所示。20世纪60年代后期到70年代，工业机器人商品化程度逐步提高，并渐渐走向产业化。1978年，Uimatio公司推出一种全电动驱动、关节式结构的通用工业机器人PUMA系列，这标志着第一代工业机器人形成了完整且成熟的技术体系，第一代工业机器人属于示教再现型。1984年，美国AdetTechology公司开发出第一台直接驱动的选择顺应性装配机器手臂（水平关节型，SelectiveComliaceAemlyRootArm,缩写为SCARA)。图1-l世界上第一台工业机器人Uimate20世纪80年代初，美国通用公司为汽车装配生产线上的工业机器人装备了视觉系统，于是具有基本感知功能的第二代工业机器人诞生了。第二代工业机器人不仅在作业效率、保证产品的一致性和互换性等方面性能更加优异，而且具有更强的外界环境感知能力和环境适应性，能完成更复杂的工作任务。20世纪90年代，随着计算机技术和人工智能技术的初步发展，能模仿人进行逻辑推理的第三代智能工业机器人研究也逐步开展起来。它应用人工智能、模糊控制、神经网络等先进控制方法，通过多传感器感知机器人本体状态和作业环境，并推理、决断，进行多变量实时智能控制。20世纪60年代末，日本从美国引进工业机器人技术，此后，研究和制造机器人的热潮席卷日本全国。到80年代中期，日本拥有完整的工业机器人产业链系统，且规模庞大，一跃成2第1章工业机器人基础为“机器人王国”，日本成为全球范围内工业机器人生产规模和应用领域最大最广的国家。目前，在国际上较有影响力而且在中国工业机器人市场上也处于领先地位的机器人公司，可分为两个梯队：第一梯队包括瑞典的ABB、日本的FANUC(发那科)及YASKAWA(安川)、德国的KUKA(库卡)；第二梯队包括日本的OTC(欧地希)、Paaoic(松下)、NACHI(不二越)及Kawaaki(川崎)等。我国工业机器人起步于20世纪70年代初，其发展过程大致可分为4个阶段：70年代的萌芽、80年代的样机研发、90年代的示范应用和进入21世纪后的初步产业化阶段。目前，我国工业机器人生产已颇具规模，产业链逐步完善，涌现出了沈阳新松、广州数控、安徽埃夫特和南京埃斯顿等一批优秀的本土工业机器人公司。但是，与工业发达国家相比，我国工业机器人技术在理论研究、核心部件研制、工程应用水平等方面都存在着一定的差距。据国际机器人联合会(FR)统计数据显示，2018年中国、日本、韩国、美国和德国五大工业机器人市场占到全球安装量的74%，其中我国工业机器人安装量约为15.4万台，占世界总安装量的36%。我国仍然是世界上最大的工业机器人市场。未来几年，我国工业机器人或将迎来井喷式发展，原因分析如下：①过去我们靠低廉而充沛的人力资源，将中国发展为世界最大的制造业大国，随着人口老龄化和劳动力的减少以及人工成本的增加，工业机器人代工已经成为制造业发展的必然趋势。②重振制造业已经成为工业大国竞相实施的国家战略。为推进由制造业大国向制造业强国转变，2015年，我国正式发布《中国制造2025》，这是我国制造业强国“三步走”战略中第一个10年的行动纲领，战略明确将机器人产业作为九大战略重点任务的一项内容。工业机器人是实现“中国制造”向“中国智造”转变的重要支撑。③尽管近几年我国工业机器人销量迅速增长，但使用密度（每万名工人拥有工业机器人数)仍处于较低水平，市场需求潜力巨大。国际机器人联合会数据显示，2018年工业机器人密度新加坡为831台，全球最高，其次是韩国774台，德国338台，日本327台。我国为140台，与工业发达国家相比有较大的差距。1.3工业机器人的分类及典型应用工业机器人在我国制造业中的应用越来越广泛。根据国际机器人联合会(FR)的统计数据，从应用领域看，搬运和上下料依然是我国市场的首要应用领域，2018年销售6.4万台搬运机器人，焊接与钎焊机器人销售接近4万台，装配及拆卸机器人销售2.3万台。从应用行业看，电气电子设备和器材制造行业2018年销售4.6万台工业机器人，占我国市场总销量的29.8%：汽车制造业仍然是十分重要的应用行业，2018年新增4万余台工业机器人，在我国市场总销量的占比为25.5%。工业机器人的种类很多，其结构、技术特征、控制方式、驱动方式、应用场合等参数不尽相同。工业机器人的分类方法很多，分类依据主要有技术结构特征、负载重量、控制方式、应用领域及作业任务等。比如，按照技术水平分，工业机器人可分为示教再现型、感知型和智能型，它们分别对应第一代、第二代和第三代工业机器人。下面介绍两种常用的分类方法。1.3.1按机械结构特征分类工业机器人机械臂关节一般有回转关节R(RotatioalJoit)和直动关节P(Primatic3工业机器人编程及应用技术Joit)两种。自由度表示机械臂独立的单一运动数量，为使机械臂前端能到达三维空间的任意位置，机械臂至少要有3个自由度：为使机械臂前端能得到任意姿势，还需要3个自由度。因此，为使机械臂前端能达到任意空间位姿，最少需要6个自由度。机械臂的结构形式、连杆尺寸和自由度数量直接决定末端执行器的作业空间、运动精度、避障及负荷能力，也会影响工业机器人控制与驱动系统的复杂程度。目前，工业机器人机械臂的结构形式大致有直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型和关节型等。(1)直角坐标型直角坐标型机械臂由直动关节构成，各个直动关节之间的夹角通常为直角，各关节的布置方式主要有悬臂式、龙门式和挂壁式。一种龙门式三关节直角坐标型机械臂如图1-2所示。直角坐标型机械臂结构简单，定位精度较高，机械臂运动学计算与控制系统也较为简单，但机械臂尺寸一般较大，工作空间通常为长方体，机械臂前端活动范围存在盲区。a)机构简图)实物图图1-2龙门式三关节直角坐标型机械臂(2)圆柱坐标型圆柱坐标型机械臂由垂直方向和水平方向运动的直动关节和回转关节构成，可实现机械臂末端横向和纵向移动及水平面上的旋转，各关节通常采用RPP和PRP布置方式。RPP圆柱坐标型机械臂机构简图如图1-3a所示。该类型机械臂的工作空间为有缺口的圆筒形。相比直角坐标型结构，圆柱坐标型机械臂尺寸较小，响应速度快，活动范围较大。与关节型结构相比，圆柱坐标型机械臂末端负荷量大、精度高，但灵活性差，避障能力弱。著名的Veratra机器人就是一种典型的圆柱坐标型机器人，如图1-3所示。7777777a)RPP圆柱坐标型机械臂机构简图)Veratra机器人图1-3圆柱坐标型机械臂4第1章工业机器人基础(3)极坐标型将圆柱坐标型机械臂的垂直方向上的直动关节改为回转关节便形成极坐标型机械臂，极坐标型机械臂又称为球坐标型机械臂，通常由直动关节和多个回转关节构成，其末端运动轨迹为球形曲面，工作空间为球体的一部分。三自由度极坐标型机械臂各关节常采用RRP布置方式，其机构简图如图1-4a所示。极坐标型机械臂结构紧凑，工作范围大，前端负荷量较大，与前两种结构相比，灵活性有所增强，精度有所降低，控制系统较为复杂。著名的Uimate机器人就是这种类型的机器人，如图1-4所示。以777777a)机构简图)实物图图1-4极坐标型机械臂(4)关节型关节型机械臂包括水平关节型和垂直关节型两种。水平关节型通常由一个直动关节和多个回转关节组成，RRP水平关节型机械臂如图1-5所示，该类型机械臂可以在水平方向折叠，从垂直方向自上而下接近作业对象。水平关节机器人在垂直方向上刚性好，能方便实现二维平面上的动作，在装配、分拣作业中得到普遍应用。7777777a)机构简图)实物图图1-5RRP水平关节型机械臂垂直关节型机械臂一般由回转关节构成，结构紧凑，工作空间较大。6自由度垂直关节型机械臂如图1-6所示。5工业机器人编程及应用技术777777a)机构简图)实物图图1-66自由度垂直关节型机械臂多自由度垂直关节型机械臂能使末端执行器到达三维空间的任意位姿，避障能力和灵活性较强，能拟合空间任意运动曲线，但其精度较低，控制复杂，成本较高，末端负荷量较小。该类型机械臂目前应用最为广泛。以上四种结构机械臂均是由多个连杆通过回转或直动关节串联形成，属于串联型机械臂，串联型机械臂为开环结构。并联机器人是近年来发展起来的一种新型机器人，其机械臂为动平台和静平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。图1-7所示为一种并联机器人。与串联机器人相比，并联机器人具有以下特点：1)无累积误差，精度较高。2)驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，运动部分质量轻、速度高、动态响应好。3)结构紧凑，刚度高，承载能力大。4)具有较好的各向同性。5)工作空间较小。并联机器人广泛应用于装配、组装、搬运、上下料、分拣、打磨、雕刻等领域。图1-7并联机器人6···试读结束···...

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图书名称：《ROS机器人项目开发11例第2版》【作者】（印）拉姆库玛·甘地那坦（RamkumarGadhia）【丛书名】机器人设计与制作系列【页数】292【出版社】北京：机械工业出版社,2021.01【ISBN号】978-7-111-67244-9【分类】机器人-程序设计【参考文献】（印）拉姆库玛·甘地那坦（RamkumarGadhia）.ROS机器人项目开发11例第2版.北京：机械工业出版社,2021.01.图书封面：图书目录：《ROS机器人项目开发11例第2版》内容提要：本书涵盖新的ROS发行版中的项目-ROSMelodicMoreiawithUutuBioic（18.04）。从基本原理开始，本书向你介绍了ROS-2，并帮助你了解它与ROS-1的不同之处。你将能够在ROS中建模并构建工业移动机械手臂，并在Gazeo9中进行模拟。然后，你将了解如何使用状态机处理复杂的机器人应用程序，以及一次处理多个机器人。本书还向你介绍了新的、流行的硬件，如Nvidia的JetoNao、华硕修补板和BeagleoeBlack，并允许你探索与ROS的接口。《ROS机器人项目开发11例第2版》内容试读第1章ROS入门机器人技术是未来能够改变世界的技术之一。机器人可以在很多方面替代人，我们都害怕它们偷走我们的工作。有一点是肯定的：机器人技术将是未来最具影响力的技术之一。当一项新技术获得发展动力时，该领域的各种机会也会增加。这意味着机器人和自动化技术可以在未来创造很多就业机会。机器人技术中能提供大量工作机会的主要领域之一是机器人软件开发。众所周知，软件赋予机器人或任何机器生命。我们可以通过软件扩展机器人的能力。对于一个机器人而言，它的控制、传感和智能等能力都是通过软件实现的机器人软件涉及相关技术的融合，如计算机视觉、人工智能和控制理论。简而言之，为机器人开发软件并不是一项简单的任务，需要开发人员具有许多领域的专业知识如果读者正在寻找iOS或Adroid的移动应用程序开发支持，则可以选择基于相应的软件开发工具包(SoftwareDevelometKit,.SDK)构建应用程序。那么对于机器人应用程序开发有没有可供使用的通用软件框架呢？回答是肯定的。最流行的机器人软件框架之一就是机器人操作系统(RootOeratigSytem,ROS)o在本章中，我们将了解ROS的抽象概念，学习ROS的安装方法，概要介绍模拟器的相关内容，并描述如何在虚拟系统上进行使用。然后我们将介绍ROS的基本概念，以及支持ROS的不同机器人、传感器和执行器。我们还将介绍ROS在工业界和学术界的应用情况。由于整本书都致力于ROS项目，因此本章将是这些项目的启动指南，在本章中，我们将帮助读者完成ROS的安装与配置。本章涵盖的主题包括：·ROS概述。●ROS基础。·ROS客户端库。·ROS工具。●ROS模拟器。·安装ROS。●在VirtualBox上设置ROS。2ROS机器人项目开发11例·Docker简介。·设置ROS工作空间。。工业界与学术界中的ROS应用。下面，一起来入门ROS吧。1.1技术要求学习本章内容的相关要求如下：·Uutu18.04(Bioic)系统，预先安装ROSMelodicMoreia.●虚拟机VirtualBox和Docker。.·时间线及测试平台：▣预计学习时间：平均约65分钟。口项目构建时间（包括编译和运行）：平均约60分钟。口项目测试平台：惠普Pavilio笔记本电脑(Itel®CoreTMi7-4510UCPU@2.00GHz×4,8GB内存，64位操作系统，GNOME-3.28.2桌面环境)1.2ROS概述ROS是一个开源的、灵活的机器人软件框架，用于机器人应用程序编写。ROS提供了一个硬件抽象层，开发者可以在其中构建机器人应用程序，而不必担心底层硬件。ROS还提供不同的软件工具来可视化和调试机器人数据。ROS框架的一个核心是消息传递中间件，在这个中间件中，进程可以相互通信和交换数据，即使它们运行在不同的机器上。ROS消息传递可以是同步的，也可以是异步的。ROS中的软件以功能包的形式组织，具有良好的模块性和可重用性。使用ROS消息传递中间件和硬件抽象层，开发人员可以创建大量的机器人功能，例如，地图构建和导航（在移动机器人中)。ROS中的几乎所有功能对机器人而言都是“不可知”的（即基于标准接口封装起来的)，因此所有类型的机器人都可以使用它。新的机器人可以直接使用那些功能包，而无须修改功能包中的任何代码。ROS在大学里有着广泛的合作关系，许多开发人员对ROS的发展做出了贡献。可以说ROS是一个由全世界开发者支持的社区驱动项目。这个活跃的开发者生态系统将ROS与其他机器人框架区分开来。简而言之，ROS是管道（或通信，即通信机制）、（开发）工具、（应用）功能和生态系统的组合，这些功能如图1.1所示。ROS项目于2007年在斯坦福大学以Switchyard为名启动，随后在2008年由一家名为WillowGarage的机器人研究初创公司进行开发。ROS的主要开发工作由WillowGarage完第1章ROS入门3成。20l3年，WillowGarage的研究人员成立了开源机器人基金会（OeSourceRooticFoudatio,OSRF)。ROS现在由OSRF积极维护。下面，让我们介绍几个ROS发行版。管道工具功能生态系统图1.1ROS“公式”（图片来源：ro.org。基于知识共享授权协议CC-BY-3.0：htt:/creativecommo.org/licee/y/3.0/u/legalcode)下面是两个组织的网址。WillowGarage:htt:/www.willowgarage.com/。OSRF:htt://www.orfoudatio.org/.1.2.1R0S发行版ROS发行版与Liux发行版非常相似，即由ROS功能包构建成的版本集。每个发行版都维护一组稳定的核心功能包，直到发行版的生命周期结束(EdOfLife,EOL)。ROS发行版与Uutu完全兼容，大多数ROS发行版都是根据各自的Uutu版本进行规划的。图1.2展示了ROS网站上推荐使用的一些最新的ROS发行版（截至本书英文版撰写时）。发行版发布时间海报turtleEOL时间ROSMelodic2018年2023年5月Moreia(推荐)5月23日(BioicEOL)R09ROSLuar2017年2019年5月Loggerhead5月23日2016年2021年4月ROSKieticKame5月23日(XeialEOL)】图1.2最新ROS发行版（图片来源：ro.org。基于知识共享授权协议CC-BY-3.0：htt:∥creativecommo.org/licee/y/3.0/u/legalcode)最新的ROS发行版是MelodicMoreia,对此版本的支持时间将延续到2023年5月。这个最新的ROS发行版的一个问题是，目前大多数功能包都不可用，这是因为把功能包从以前的发行版迁移到该版本需要时间。如果读者正在寻找一个稳定的发行版，那么可以选择ROSKieticKame,该版本发行于2016年，大部分功能包都可以正常使用。不建议读者选择ROSLuarLoggerhead,因为该发行版的支持时间仅延续至2019年5月。1.2.2支持的操作系统ROS的主要目标操作系统是Uutu。ROS发行版是根据Uutu的发布版进行规划的。4ROS机器人项目开发11例目前，除了Uutu以外，UutuARM、Deia、Getoo、macOS、ArchLiux、Adroid、Widow和OeEmedded也提供了对ROS不完全支持（部分功能不可用）。表1.1展示了新的ROS发行版和支持的特定操作系统版本。表1.1ROS发行版及支持的操作系统版本ROS发行版支持的操作系统版本MelodicMoreia(LTS)Uutu1:8.04(LTS)和I7.10、Deia8、macOS(Homerew、Getoo以及UutuARMKieticKame(LTS)Uutu16.04(LTS)和15.10、Deia8、macOS(Homerew、Getoo以及UutuARMUutu15.04、14.10和14.04、UutuARM、macOS(Homerew)、Getoo、ArchJadeTurtleLiux、AdroidNDK以及Deia8Uutu1.4.04(LTS)和13.l0、UutuARM、macOS(Homerew)、Getoo、ArchLiux、IdigoIgloo(LTS)AdroidNDK以及Deia7ROSMelodic和Kietic均为长期支持版(Log-TermSuort,LTS),支持时间与Uutu的长期支持版的支持时间一致。使用LTS发行版的优，点是可以获得最长的支持寿命。在下一节中，我们将介绍ROS支持的机器人和传感器。1.2.3支持的机器人及传感器ROS框架是最成功的机器人技术框架之一，世界各地的大学都对其做出了贡献。由于其活跃的生态系统和开源性质，ROS广泛应用于大多数机器人，并且兼容主要的机器人硬件和软件。图1.3展示了一些完全在ROS上运行的著名机器人。d)Rooaut)REEM-Ca)Peere)UiveralRootc)TurtleBot图1.3ROS支持的主流机器人型号（图片来源：ro.og。基于知识共享授权协议CC-BY-3.0:htt://creativecommo.org/licee/y/3.0/u/legalcode)ROS支持的机器人型号详见htt:/wiki.ro.org/Root.第1章ROS入门5读者可以从以下链接获取相应机器人的ROS功能包：Peer:htt://wiki.ro.org/Root/PeeroREEM-C:htt://wiki.ro.org/Root/REEM-C.TurtleBot2:htt://wiki.ro.org/Root/TurtleBotRooaut:htt://wiki.ro.org/Root/Rooaut2.·Uiveral机械臂：htt:/wiki.ro.org/uiveralroot。.图1.4展示了ROS支持的一些主流传感器。a)Velodye)ZEDCamerac)Teraragerd)Xee)Hokuyo激光测距仪f)ItelRealSee图1.4ROS支持的主流传感器（图片来源：ro.og。基于知识共享授权协议CC-BY-3.0:htt://creativecommo.org/licee/y/3.0/u/legalcode)ROS支持的传感器类型与型号详见htt:/wiki.ro.org/Seor。以下是相应传感器的ROSwiki主页：.Velodye:htt://wiki.ro.org/velodye..ZEDCamera:htt://wiki.ro.org/zed-ro-wraerTerarager:htt://wiki.ro.org/terarager..Xe:htt://wiki.ro.org/xe_driver.·Hokuyo激光测距仪：htt:/wiki.ro.org/hokuyoodeItelRealSee:htt://wiki.ro.org/realee_camera.下面，我们介绍ROS有哪些优势和特点。1.2.4为什么选择R0S构建ROS框架的主要目的是打造机器人的通用软件框架。尽管在ROS之前就有了许多机器人学的相关研究，但大多数软件都是各自的机器人独有的。这些独有的软件可能是开源的，但很难重用。与现有的其他机器人框架相比，ROS在以下方面表现出色：6ROS机器人项目开发11例●协作开发：正如我们讨论过的，ROS是开源的，可以免费用于工业界和学术界。开发人员可以通过添加功能包的方式扩展ROS的功能。几乎所有的ROS功能包都在一个硬件抽象层上工作，因此它可以很容易地被其他机器人应用程序重用。所以，如果一所大学擅长移动导航，另一所大学擅长机器人操控，则可以把相应的功能包贡献给ROS社区，这样其他开发人员就可以重用这些功能包并构建新的应用程序。·多语言支持：ROS通信框架可以使用多种现代编程语言轻松实现。它支持的流行语言包括C++、Pytho和Li,此外它还有Java和Lua的实验库。·库集成：ROS具有与许多第三方机器人库的接口，如开源计算机视觉（OeCV)、点云库(PCL)、OeNI、OeRAVE和Oroco。开发人员可以轻松地使用这些库进行应用程序开发。·模拟器集成：ROS还与开源模拟器（如Gazeo)联系紧密、相互融合，并与专有模拟器（如Weot和V-REP)有良好的接口。·代码测试：ROS提供了一个名为rotet的内置测试框架来检查代码质量和错误。·可伸缩性：ROS框架设计考虑了可伸缩性。可以使用ROS与机器人一起执行繁重的计算任务，其中ROS可以放在云上，也可以放在异构集群上。·可定制性：正如我们讨论过的，ROS是完全开源和免费的，因此可以根据机器人的实际需求定制这个框架。如果我们只想使用ROS消息平台，那么可以删除所有其他组件并仅使用它。我们甚至可以为特定的机器人定制ROS以获得更好的性能。·社区：ROS是一个社区驱动的项目，主要由OSRF领导。大型社区支持是ROS的一大优势，这意味着我们可以轻松地开始机器人应用程序开发。以下是可与ROS集成的库和模拟器的URL:.OeCV:htt://wiki.ro.org/viio_oecv.PCL:htt://wiki.ro.org/cl_roOeNI:htt://wiki.ro.org/oei_lauch.●OeRAVE:htt://oerave.org。.Oroco:htt://www.oroco.org/.V-REP:htt://www.coeliarootic.com/下面让我们了解ROS的一些基本概念，这些概念是ROS项目的基础。1.3ROS基础了解ROS的基本工作流程及其术语，可以帮助读者理解已有的ROS应用程序，并在此基础上构建自己的应用程序。这一节将向读者介绍重要的概念，这些概念在接下来的章节中将会使用到。如果读者发现本章中缺少某个主题，请放心，稍后将在相应的章节中进行介绍。ROS有三个不同层级的概念，分别是文件系统层级、计算图层级和ROS社区层级。···试读结束···...

2022-10-21 rosepubg

图书名称：《焊接机器人跟踪与仿真技术》【作者】马国红，许燕玲，何银水【丛书名】先进焊接技术系列【页数】131【出版社】北京：机械工业出版社,2021.02【ISBN号】978-7-111-67072-8【分类】焊接机器人【参考文献】马国红，许燕玲，何银水.焊接机器人跟踪与仿真技术.北京：机械工业出版社,2021.02.图书封面：图书目录：《焊接机器人跟踪与仿真技术》内容提要：《焊接机器人跟踪与仿真技术》有针对性地阐述了焊接机器人图像传感与处理、机器人焊接自主导引与跟踪、焊接机器人建模与控制、焊接机器人离线仿真等关键技术。在介绍基础性知识的同时，对专业性内容进行了适度的阐述解析与探讨，力求为读者展示当前焊接机器人传感与仿真技术，拓展读者的思维方式。书中嵌入了作者相关研究工作的视频二维码，读者可以用手机扫码观看。《焊接机器人跟踪与仿真技术》内容试读第1章绪·论焊接机器人技术与先进焊接方法通常是指基于机器人焊接平台，实现焊接产品制造的自动化、数字化、高效率、高质量等目标的焊接方法与技术。这种先进焊接方法与技术突破了传统的焊接方式，提高了焊接产品的质量与焊接效率，极大地满足了焊接产品制造的要求，代表了焊接技术的一种发展趋势。1.1机器人的定义国际上关于机器人的定义主要有如下几种。(1)英国简明牛津字典的定义机器人是“貌似人的自动机，是具有智力的和顺从于人的，但不具人格的机器”。这一定义并不完全正确，因为还不存在与人类相似的机器人在运行。这是一种理想的机器人。(2)美国机器人协会(RLA)的定义机器人是“一种用于移动各种材料零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手(maiulator)”。尽管这一定义较实用，但并不全面。这里指的是工业机器人。(3)日本工业机器人协会(JIRA)的定义工业机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行器(edeffector)的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。或者分为两种情况来定义：1)工业机器人是“一种能够执行与人的上肢（手和臂）类似动作的多功能机器”。2)智能机器人是“一种具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器”。前一定义是工业机器人的一个较为广义的定义。后一种则分别对工业机器人和智能机器人进行定义。(4)美国国家标准局(NBS)的定义机器人是“一种能够进行编程并在自焊接机器人跟踪与仿真技术动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。2这也是一种比较广义的工业机器人定义。(5)国际标准化组织(IS0)的定义“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序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”。显然，这一定义与美国机器人协会的定义相似。(6)我国对机器人的定义随着机器人技术的发展，我国也面临讨论和制定关于机器人技术的各项标准问题，其中包括对机器人的定义。蒋新松院士曾建议把机器人定义为“一种拟人功能的机械电子装置”(amechatroicdevicetoimitateomehumafuctio)。我们可以参考各国的定义，结合我国情况，对机器人做出统一的定义。上述各种定义有共同之处，即认为机器人：①像人或人的上肢，并能模仿人的动作；②具有智力或感觉与识别能力；③是人造的机器或机械电子装置。随着机器人的进化和机器人智能的发展，这些定义都有修改的必要，甚至需要对机器人重新定义。机器人的范畴不但要包括“由人制造的像人一样的机器”，还应包括“由人制造的生物”，甚至包括“人造人”，尽管我们不赞成制造这种人。看来，本来就没有统一定义的机器人，今后更难为它下个确切的和公认的定义了。1.2机器人的发展历程1.2.1机器人的产生与发展“机器人”是存在于多种语言和文字的新造词，它体现了人类长期以来的一种愿望，即创造出一种像人一样的机器或“人造人”，以便能够代替人去完成各种工作。尽管直到30多年前，“机器人”才作为专有名词加以引用。然而机器人的概念在人类的想象中却已存在3000多年了。早在我国西周时代（公元前1066年一公元前771年)，就流传有关巧匠偃师献给周穆王一个歌舞机器人的故事。作为第一批自动化动物之一的能够飞翔的木鸟是在公元前400年一公元前350年间制成的。公元前3世纪，古希腊发明家戴达罗斯用青铜为克里特岛国王迈诺斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯。在公元前2世纪的书籍中，描写过一个具有类似机器人角色的机械化剧院，这些角色能够在宫廷仪式上进行舞蹈和列队表演。我国东汉时期（公元25年一220年），张衡发明的指南车是世界上最早的机器人雏形。人类历史进入近代之后，出现了第一次工业和科学革命。随着各种自动机器、第1章绪论动力机和动力系统的问世，机器人开始由幻想时期转人自动机械时期，许多机械控制的机器人应运而生，主要是各种精巧的机器人玩具和工艺品。3公元1768年一1774年间，瑞士钟表匠德罗斯父子三人设计制造出三个和真人一样大小的机器人一写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人。它们是由凸轮控制和弹簧驱动的自动机器，至今还作为国宝保存在瑞士纳切特尔市艺术和历史博物馆内。同时，还有德国梅林制造的巨型泥塑偶人“巨龙戈雷姆”，日本物理学家细川半藏设计的各种自动机械图形，法国杰夸特设计的机械式可编程序织造机等。1893年加拿大摩尔设计的能行走的机器人“安德罗丁”，是以蒸汽为动力的。这些机器人工艺珍品，标志着人类在机器人从梦想到现实这一漫长道路上前进了一大步。进入20世纪之后机器人已躁动于人类社会和经济的母胎之中，人们含有几分不安地期待着它的诞生。他们不知道即将问世的机器人将是个宠儿，还是个怪物。1920年捷克剧作家卡雷尔·凯培克(KarelCaek)在他的幻想情节剧《罗萨姆的万能机器人》(R.U.R.)中，第一次提出了“机器人”这个名词。各国对机器人的译法，几乎都从斯洛伐克语roota音译为“罗伯特”（如英语root,日语口术y卜，俄语o6oT,德语root等)，只有中国译为“机器人”。1950年，美国著名科学幻想小说家阿西莫夫在他的小说《我是机器人》中，提出了有名的“机器人三守则”：1)机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人将受害而袖手旁观。2)机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类。3)机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它做出牺牲。这三条守则给机器人社会赋以新的伦理性，并使机器人概念通俗化，更易于为人类社会所接受。至今它仍为机器人研究人员、设计制造厂家和用户，提供了十分有意义的指导方针。多连杆机构和数控机床的发展和应用为机器人技术打下重要基础。1954年美国人乔治·德沃尔设计了第一台电子程序可编的工业机器人，并于1961年发表了该项机器人专利。1962年美国万能自动化(Uimatio)公司的第一台机器人Uimate在美国通用汽车公司(GM)投入使用，这标志着第一代机器人的诞生。从此机器人开始成为人类生活中的现实。第一台工业机器人问世后的头10年，即从20世纪60年代初期到70年代初期，机器人技术的发展较为缓慢，许多研究单位和公司所做的努力均未获得成功。这一阶段的主要成果有美国斯坦福国际研究所(SRI)于1968年研制的移动式智能机器人夏凯(Shakey)和辛辛那提·米拉克龙(CiciatiMilacro)公司于1973年制成的第一台适于投放市场的机器人T3等。进入20世纪70年代之后人工智能学界开始对机器人产生浓厚兴趣。他们发现机器人的出现与发展为人工智能的发展带来了新的生机，提供了一个很好的试验平焊接机器人跟踪与仿真技术台和应用场所，是人工智能可能取得重大进展的潜在领域。这一认识，很快为许多4国家的科技界、产业界和政府有关部门所赞同。随着自动控制理论、计算机和航天技术的迅速发展，到了70年代中期，机器人技术进入了一个新的发展阶段。到70年代末期，工业机器人有了更大的发展。进入20世纪80年代后，机器人生产继续保持70年代后期的发展势头。到80年代中期机器人制造业成为发展最快和最好的经济产业之一。到20世纪80年代后期，由于传统机器人用户应用工业机器人已趋饱和，从而造成工业机器人产品的积压，不少机器人厂家倒闭或被兼并，使国际机器人学研究和机器人产业出现不景气。到20世纪90年代初机器人产业出现复苏和继续发展的迹象。但是好景不长，1993年一1994年又出现低谷。1995年以来世界机器人数量逐年增加，增长率也较高。到2000年服役机器人约100万台：机器人产业仍然维持较好的发展势头，满怀希望跨入21世纪。1.2.2工业机器人发展现状机器人进入21世纪后，受益于微电子芯片、软件、人工智能技术等快速发展，在工业、家居、娱乐等方面发展迅猛。目前为止，国外工业机器人在各个行业领域的应用逐步扩大，研发出的机器人更加成熟，功能更加全面，可靠性、智能性更高，包括焊接机器人、搬运机器人、下料机器人、服务机器人、娱乐机器人等，已经形成了一批掌握先进机器人技术的著名机器人公司，比如日本的FANUC、MOTOMAN、安川、川崎等机器人公司，美国的AdetTechologe、AmericaRootSTRootic等有国际影响力的工业机器人供应商，德国的KUKA、CLOOS公司，英国的Auto.TechRootic公司，意大利的COMAU公司，瑞典的ABB公司，奥地利的IGM公司等。这些知名机器人公司推动着机器人技术的发展，同时也是各自国家的标杆性企业，这些国际性知名企业大概把持着全球机器人份额的80%，并且销量仍在逐年增长。从20世纪70年代以来，机器人产业就一直保持稳定增长的势头，市场前景非常的好。2018年世界机器人大会(WRC2018)报告指出，全球机器人产业在基础技术、市场规模、企业智能化转型方面持续提升，2013年一2018年平均增长率约为15.1%,2018年市场规模达到298.2亿美元，其中工业机器人168.2亿美元，服务机器人92.5亿美元，特种机器人37.5口工业机器人亿美元，如图1-1所示。56.40%中国焊接机器人经过“七五”“九■服务机器人五”攻关计划和863计划的支持已经取31.02%得了较大进展，建立了9个机器人产业口特种机器人12.58%化基地和7个科研基地。基地的建设给产业化带来了希望，为发展我国机器人图1-12018年世界机器人市场分布第1章绪论产业奠定了基础。但目前国内市场上的机器人进口仍占了绝大多数。我国工业机器人销量已连续三年保持全球第一，并成为全球最大的工业机器人消费市场。根据统5计数据，我国工业机器人销量由2001年的不到700台迅猛增长到2015年的约70000台，15年间增长了100倍，年12%均增长率约为35.75%。销量占全球21%比例由2001年的不到1%增长至■工业机器人2015年的27%。■服务机器人■特种机器人2018年我国工业机器人销量超67%过了14万台。具体的机器人应用领图1-2中国机器人应用市场领域分布域分布如图1-2所示。今后制造业为了实现焊接多品种、高质量、高效率，焊接机器人使用量将会更多，焊接机器人的智能化水平将会更高。1.3焊接机器人的分类及发展随着制造业的发展，传统的焊接技术已满足不了现代高技术产品制造的数量和质量的要求，以机器人为载体的焊接机器人技术快速发展并在工业发展中扮演着举足轻重的角色，焊接机器人系统运动的平稳性、高精度、可重复性等特征，可以使复杂焊接过程变得相对简单，同时使得焊接质量和效率大幅度提升。焊接机器人是以机器人为载体，结合焊接各种方法与设备开展的自动化焊接装备。焊接机器人是焊接自动化的革命性进步，突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化生产方式。焊接机器人本体及其附属整套装备称为焊接机器人系统。通常按照用途，焊接机器人可以分为弧焊机器人和点焊机器人两类。1.弧焊机器人弧焊机器人利用电弧进行焊接，其系统包括焊枪、焊接电源、机器人本体等各种附属装置在内的系统，具有满足工件制造多样性、小批量焊接等柔性能力。在弧焊过程中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝，因此运动过程的稳定性和轨迹精度是重要指标。由于焊枪姿态对焊缝质量具有较大影响，因此希望在跟踪的同时焊枪姿态的可调范围尽量大。其他一些基本功能要求如下：1)设定焊接参数（包括焊接电流、电压、速度等）。2)焊接传感器功能（焊缝初始点检测与定位、焊缝跟踪等）。3)坡口填充功能。4)焊接异常检测功能。根据机器人所采用的不同焊接工艺，弧焊机器人进一步可以细分为C0,弧焊焊接机器人跟踪与仿真技术机器人、MIG弧焊机器人、激光焊机器人、等离子弧焊（切割）机器人等类型。62.点焊机器人点焊工艺在制造业中的应用非常广泛，特别是在汽车制造、航空航天等薄板加工领域，根据工业机器人分布统计，汽车制造中大约60%的焊点是由机器人完成，特别是在无人车间，其焊接机器人使用率更高。随着产品的多样化，点焊机器人被赋予越来越多的要求，包括：1)安装面积小，工作空间大。2)快速完成小节距的多点定位。3)定位精度高，负载大。4)内存容量大，示教简单，节省时间。5)点焊速度与生产线节拍相符，同时安全可靠性更好。焊接机器人的研究在国外起步相对较早，且焊接机器人是工业机器人的一个重要分支，焊接机器人技术的发展几乎与工业机器人技术发展同步，已经形成了一套比较成熟的、、被世界所采用的机器人技术标准。1969年美国通用汽车公司在组装生产线上装配了首台点焊机器人，极大地提高了生产效率，使得90%的车身焊接任务实现了自动化，改变了传统生产中自动化程度低、焊接作业条件恶劣、危险性高、需依赖工装夹具的生产方式。1973年，德国KUKA公司在Uimate的基础上研发出全球首台全电动机驱动的六轴机器人Famulu。1974年，B.Weichrodt为瑞典通用电气开发了首台全电气微处理器控制的工业机器人。同年，日本川崎公司引进美国工业机器人技术，7年后在Uimate的基础上开发了全球首台弧焊机器人Hi-T-Had,该机器人还具备接触传感和力觉传感功能。图1-3凯迪拉克ATSL全铝合金汽车仪表盘图1-3所示为汽车制造中的焊支架焊接机器人系统接机器人系统。1.4焊接机器人技术焊接机器人具有工作效率高、稳定可靠、重复精度好、能在高危环境下作业等优势，在焊接制造中发挥重要作用。因此焊接机器人（包含点焊机器人、弧焊机器人、激光焊接机器人等)作为先进代表性技术之一，在焊接制造过程中具有重要的影响。···试读结束···...

2022-10-21

图书名称：《工业机器人集成应用》【作者】青岛英谷教育科技股份有限公司，吉林农业科技学院编著【丛书名】高等学校应用型新工科创新【页数】405【出版社】西安：西安电子科技大学出版社,2019.02【ISBN号】978-7-5606-5232-0【价格】63.00【分类】工业机器人-系统集成技术-研究【参考文献】青岛英谷教育科技股份有限公司，吉林农业科技学院编著.工业机器人集成应用.西安：西安电子科技大学出版社,2019.02.图书封面：图书目录：《工业机器人集成应用》内容提要：本书主要讲解了工业机器人集成应用的基础知识、工业机器人编程方法思路以及典型工业机器人集成应用的方案。第1章讲解了机器人的概念、结构、参数和行业背景等，第2-5章讲述了机器人的操作、编程、语言、通信和数据等方面的基础知识；第6-7章讲解了机器人通讯、轨迹、中断等高级编程；第8-11章则讲解了几个实际生产的案例，-上下料、码垛、弧焊等工作站，包括任务目标、描述、理论知识以及任务实现步骤等。每章均附有习题或实验例程。《工业机器人集成应用》内容试读BH80107第1章工业机器人概述口本章目标■了解工业机器人的发展背景、概念和优势■掌握工业机器人的基础知识■掌握工业机器人应用的相关知识■了解工业机器人人才需求分析相关内容工业机器人集成应用现代机器人可分为工业机器人、服务机器人和特种机器人三种。其中，工业机器人是工业领域中机器人的统称，是现代机器人产业的一个重要分支，世界上诞生的第一台机器人就是工业机器人。近年来，虽然服务机器人和特种机器人市场发展势头良好，但其市场份额和普及程度仍然无法与发展成熟的工业机器人相比。本章主要介绍工业机器人的发展背景、概念、结构、技术参数等基础知识，并阐述了工业机器人的知识体系、工业机器人的应用以及行业人才需求情况等。1.1工业机器人简自20世纪60年代诞生以来，工业机器人即被广泛用于规模化制造中重复、单调的工作。随着技术的迅速发展，现代工业机器人作为高度智能且可靠的标准自动化执行设备，是智能制造的“肌肉”，在智能制造时代的工业生产中起着不可或缺的作用。1.1.1发展历史1959年，乔治·德沃尔和约瑟·英格柏格发明了世界上第一台工业机器人，后命名为Uimate(尤尼梅特)，意为“万能自动”，如图1-1所示。1973年，德国库卡公司(KUKA)将其使用的Uimate机器人改造为第一台可量产并可大规模使用的工业机器人，命名为FAMULUS,这是世界上第一台机电驱动的六轴机器人。1974年，瑞典通用电机公司(ASEA,，ABB公司图1-1世界首台工业机器人Uimate的前身)开发出世界第一台由微处理器控制的工业机器人RB6,如图1-2所示。图1-2FAMULUS与IRB61978年，美国Uimatio公司推出了应用于通用汽车装配线的通用工业机器人。2…第1章工业机器人概述(ProgrammaleUiveralMachieforAemly,PUMA),标志着工业机器人技术已经完全成熟，如图1-3所示。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。图1-3Uimatio公司的通用工业机器人1978年，日本山梨大学(UiverityofYamaahi)的牧野洋(HirohiMakio)发明了选择顺应性装配机器手臂(SelectiveComliaceAemlyRootArm,SCARA)。该手臂具有四个轴和四个运动自由度（包括X、Y、Z方向上的平动自由度和绕Z轴的转动自由度），如图1-4所示。图I-4SCARA原型机SCARA机器人有三个旋转关节，适合在平面内进行定位和定向，且在Z轴方向上具有良好的刚度，因此特别适合装配工作。SCARA的另一个特点是其串接的两杆结构，该结构类似人的手臂，可以伸进有限空间中作业并收回，非常适合搬动和取放物件1979年，日本不二越株式会社Nachi)研制出第一台电机驱动的电焊机器人，开创了电力驱动机器人的新纪元，机器人从此告别液压驱动时代。1985年，德国库卡公司(KUKA)开发出世界第一款Z形机器人手臂，该手臂摒弃了传统工业机器人的平行四边形造型，可实现6个自由度的运动维度(3个平移运动和3个旋转运动)，大大节省了制造工厂的场地空间，如图1-5所示。·3·工业机器人集成应用图1-5库卡公司开发的Z形机器人手臂1998年，瑞典ABB公司在洛桑联邦理工学院(EPFL)ReymodClavel教授发明的三角洲机器人的基础上，开发出灵手(FlexPicker)机器人，它是当时世界上速度最快的并联机器人。利用图像技术，灵手每分钟能抓取120样物件，并能以10米/秒的速度释放物件，如图1-6所示。FlexPickor图1-6瑞典ABB公司开发的“灵手”机器人2004年，日本安川Motoma)机器人公司开发改进了机器人控制系统NX10O),该系统能够同步控制四台机器人，最多达38个关节轴。NX100机器人控制系统允许在触摸屏上进行示教编程，并使用基于WidowCE的操作系统，如图1-7所示。如今，工业机器人已经发展成为一个相当庞大的产业，除老牌的工业机器人“四大家族”（瑞士ABB、日本发那科、日本安川、德图1-7安川公司应用NX100系统的机器人国库卡)以外，国内外的工业机器人厂商可谓百花齐放。目前，市面上的主要机器人品牌如图1-8所示。。4第1章工业机器人概述工业机器人品牌分类B-四大家族国产机器人其他品牌机器人聘土ABBA品B安徽埃夫特EFORT丹麦优做UNIVERSALROBOTS日本发郭科FANUC南京埃斯顿ESTU日本川墙AUTOMATIONKawaak】日本安川YASKAWA沈阳新松SISUN新松端士史陶比尔MOTOMANSTAUBLI德E库卡(LJKA上海新时达STEP日本那智不二新时达N△CHi图1-8国内外主流工业机器人品牌一览1.1.2概念及分类根据国际标准化组织SO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序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”。中国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是种具有高度灵活性的自动化机器”。综上所述，工业机器人是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械装置等高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。按照结构不同，工业机器人可以分成不同类型，最常用的几种如图1-9所示。04-六轴工业机器人四轴码垛机器人、水平关节机器人新型协作机器人及并联机器人图1-9工业机器人主要种类·5·工业机器人集成应用1.2工业机器人础知识相比于市场上形态各异、功能复杂的服务机器人，工业机器人因其特定的应用场景，在结构、参数与形态等方面都有自身的特殊性。1.2.1工业机器人的结构工业机器人由机器人本体和控制系统两部分组成。其中，机器人本体类似人的手臂和手腕：控制系统包含集成于控制柜中的控制软件和存储、运算单元等硬件，以及外部的示教器，如图1-10所示。(8)示教器/示教盒◆机器人系统的组成：(7)外围设备PLC控制柜(2)系统软件(1)机器人本体(5)CCD视觉(③)控制桓(4)外围机械设备(⑥工具（夹具/抓手）图1-10工业机器人系统应用的组成下面重点介绍工业机器人的机械本体和控制系统。1.机械本体常用的工业机器人的机械本体可以理解为由手部、腕部、手臂、腰部和底座构成的一个机械臂，由若干个关节（通常是4~6个）组成。每个关节由一个伺服系统控制，多个关节的运动需要各个伺服系统协同工作。在末端关节装配上专用工具后，即可执行各种抓取动作和操作作业。工业机器人机械本体的核心部件包含以下三个部分。1)本体结构件工业机器人机械本体主要由铸造及机加工工艺铸造，材料包括：铸铁、铸钢、铝合金、工程塑图1-11机器人本体结构拆解零件料、碳纤维等。其主要结构件如图1-11所示。·6···试读结束···...

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图书名称：《泌尿外科机器人手术经典案例》【作者】王增军【页数】146【出版社】上海：上海科学技术文献出版社,2021.06【ISBN号】978-7-5439-8317-5【分类】机器人技术-应用-泌尿系统外科手术-病案-汇编【参考文献】王增军.泌尿外科机器人手术经典案例.上海：上海科学技术文献出版社,2021.06.图书封面：图书目录：《泌尿外科机器人手术经典案例》内容提要：本书作者王增军，主任医师，教授，博士生导师，南京医科大学第一附属医院（江苏省人民医院）泌尿外科主任。《泌尿外科机器人手术经典案例》一书共16个经典案例，包含了许多病情棘手、手术操作难度高的病例，几乎囊括了所有泌尿外科手术类型。每一个案例都附有详细的临床资料、手术步骤要点及相关手术图片、手术结果及随访数据，形成独自的风格。本书图文并茂，内容新颖、实用性强，本书不仅涵盖了机器人手术的基本过程，每个关键步骤均配有术中照片和详细解释，还包括了患者的整个诊疗过程和术后短期随访情况，并对术中的难点及注意事项也一一详述。阅读本书可使正在接受培训的青年泌尿外科医师了解机器人手术的基本原理、知识及操作步骤，还可为已有相关机器人手术经验的术者提供处理疑难病例的经验，提高手术操作技巧，希望本书能为推动我国泌尿外科机器人手术技术的应用、普及和发展贡献一份力量，对机器人微创手术的临床实践有宝贵的参考价值。《泌尿外科机器人手术经典案例》内容试读经典案例一孤立肾多发肿瘤剜除+同侧肾上腺肿瘤切除术导读：肾细胞癌又称肾癌(realcellcarcioma,RCC)是肾脏最常见的恶性肿瘤，占成人恶性肿瘤的2%~3%)，手术切除是目前治疗肾癌唯一有效的方法，随着人们对慢性肾脏疾病了解的不断深入，对早期小肾癌患者行肾部分切除术应用越来越广泛2-3)。肾脏多发性肿瘤指在同一肾脏上具有≥2个间距≥1cm的肿物，且多为同一种病理类型，手术是首选治疗方式。考虑到多发病灶的局部复发率可能较高，且I期切除多个肿瘤的肾部分切除术难度较大，手术时间长，术中大出血风险高，故如果对侧肾脏功能正常，传统方法为行根治性切除术。孤立肾肾癌指先天性单肾或一侧肾因良性病变已切除，或者某种原因致一侧肾功能严重受损而唯一有功能的肾脏所发生的肾癌。对于孤立肾肾癌患者而言，直接行肾癌根治术会导致患者术后需要血液透析，生活质量严重受影响，故保留正常肾单位的肾部分切除术(artialehrectomy,PN)是孤立肾肾癌的主要治疗选择4-),在切除癌灶、控制肿瘤进展的同时最大可能地保留肾功能是其治疗原则。目前临床上PN的手术方式主要包括传统开放手术和微创腹腔镜手术，其中前者是标准术式，以往应用较多，近年来随着腹腔镜技术的发展和临床经验的积累，腹腔镜下肾部分切除术(LPN)逐渐取代开放手术，成为首选术式。但传统的腹腔镜手术存在二维视野、不良人体工程学等缺点，在进行肾部分切除术时，仅经验丰富的术者能顺利完成手术。相比传统腹腔镜，“达·芬奇机器人手术系统为三维视野，高清图像，可以放大10~20倍，多关节机械臂能完成多种精细动作，在体内操作比人手更灵活，术中副损伤的概率也相应减少近年来，“达·芬奇”机器人系统已广泛应用于肾癌患者手术中，自2004年第一例机器人辅助腹腔镜肾部分切除术(RALPN)被报道以来6，国内外多个临床研究显示，相比LPN,RALPN中转肾癌根治术的发生率更低，能更好地保护术后肾功能，具有更短的术中热缺血时间(warmichemiatime,WIT)和住院时间。鉴于此，目前国内大的医疗中心RALPN在临床上的应用正逐渐增多。但无论何种术式，术中要在尽可能短的热缺血时间内(lt20分钟)完整切除癌灶并对肾脏进行缝合，才能达到最佳的术后功能结果。泌尿外科机器人手术经典案例【关键词】孤立肾癌：肾上腺腺瘤：机器人手术；保留肾单位手术；同侧肾多发肾癌1病案资料患者张××，男，46岁。5年前单位体检时查B超示“左肾占位”，无腰腹痛，无肉眼血尿，遂来我院就诊，进一步CT平扫+增强提示“左肾占位，Ca可能”，于2011年10月20日全麻下行腹腔镜下根治性左肾切除术，手术顺利。病理诊断：透明细胞癌Ⅱ~Ⅲ级，大小3cm×2.5cm×2.5cm,未突破肾包膜，输尿管切缘未见癌累及。术后定期复查，自述未见明显异常，2016年7月患者因“右侧肩背部疼痛”于当地医院就诊查CT示：右肾占位，右肾上腺占位。遂于次日来我院就诊，复查中腹部CT平扫+增强示（图1-1）：右肾占位，考虑透明细胞癌可能大；左肾切除术后改变；右肾上腺占位，腺瘤可能。现为求手术治疗，收住我科，病程中患者精神可，食纳正常，睡眠尚可，无血尿，大便如常，近期未见明显体重减轻。图1-1术前增强CT提示：肾上腺肿瘤(T1)右肾多发肿瘤(T2和T3),其中2紧靠肾门部入院后查肾上腺功能全套，未见明显肾上腺相关激素分泌异常，查血C132.7μmol/L,血钾3.84mmol/L。既往病史：自述“高血压”病史10余年，最高160/80mmHg,口服“硝苯地平缓释片”，2片，每天1次，控制尚可。否认“冠心病、糖尿病”病史，否认药物及食物过敏史，否认“肝炎、结核”等传染病史，8年前有“右股骨头置换”手术史，2016年3月因“尿痛伴血尿”于当地医院行TURP,术中发现膀胱占位，遂行TURBT,术后“吡柔比星”定期膀胱灌注，病理结果患者自述不详。否认输血史，否认烟酒等不良嗜好，否认长期接触工业化学用品，无家族性遗传病史及肿瘤癌症家族史。专科查体：发育正常，营养良好，腹部未见明显膨隆，全腹软，未及明显包块，无压痛及反跳痛，双肾区无明显叩痛。2病情分析及治疗方案考虑到患者为男性，年仅46岁，病情特殊，虽为同侧肾多发肾占位，但患者5年前已切除左侧，现为右侧孤立肾，故行保留肾单位手术势在必行，且需要术者在切除患者多发肾肿瘤的同时最大限度的保留患者的肾功能，减少术中患肾热缺血时间，减少肾单·2·经典案例一孤立肾多发肿瘤剂除+同侧肾上腺肿瘤切除术位的丢失，以尽可能避免术后行血液透析治疗。此外，患者同侧肾上腺占位，虽CT扫描考虑腺瘤可能，但依旧不能排除肾癌转移灶可能，且患者有高血压病史10年，可能与该腺瘤相关，故肾上腺占位也需一并处理。该手术技术难度较大，术中肾多发肿瘤的剜除和缝合需要处于不受操作角度限制的理想状态才能尽可能减少正常肾单位的丢失。基于此，在机器人辅助腹腔镜平台下进行孤立肾多发肿瘤剜除+肾上腺肿瘤切除成为该患者的最佳治疗选择。考虑到同侧肾上腺占位可能为良性，术中拟先处理肾上腺占位，再处理肾多发占位，以免造成恶性肿瘤的医源性转移。3手术步骤及要点(1)患者术中体位选择及Trocar分布：麻醉成功后，患者取左侧卧位，垫高腰部。建立气腹后，于脐上偏右在气腹针引导下置入12mm机器人观察Trocar,自此孔进入镜头，并使其30°向上。自镜头孔向右约10cm肋缘下腹直肌旁位置及向左侧10cm髂前上棘下腹直肌旁位置分别在直视下置入8mm机器人手术专用金属Trocar。于镜头Trocar与肋缘下Trocar连线中点偏向右侧置人12mmTrocar,.同样，于镜头Trocar与髂嵴下Trocar连线中点偏向左侧置入12mmTrocar,该两个Trocar为辅助孔，其后连接机械臂并置入各相应操作器械。应注意：使镜头孔、肾门、“达·芬奇”机器人中心柱三点呈一直线。(2)显露肾周筋膜并切除肾上腺肿瘤：沿结肠旁沟切开右侧腹膜，并切断肝结肠韧带，将结肠翻向内下，显露出肾周筋膜，充分游离肾上极暴露出肾上腺，沿肾上腺寻及肾上腺肿瘤，见表面光整，呈黄褐色，大小3cm×3.5cm,遂以锁扣夹阻断其基底部血供，完整切除肾上腺肿瘤（图1-2）。图1-2术中先行处理肾上腺肿瘤(T1)(3)分离肾门血管：打开肾周筋膜，向内侧推开结肠，暴露肾门区域，钝性结合锐性分离，游离出肾动脉。应注意：充分游离肾动脉主干及其分支。(4)暴露肾肿瘤：在肾周筋膜内用钝性结合锐性分离的方法充分游离肾脏表面，暴露出右肾位于中极的两枚相邻肿瘤，大小约1.8cm×1.2cm和1.2cm×1.2cm,清理肾脏肿瘤周围的脂肪组织，以便在完整剜除肿瘤后能迅速进行缝合止血。·3·泌尿外科机器人手术经典案例(5)肿瘤剜除及创面缝合：血管阻断夹阻断已暴露良好的肾动脉主干，随后迅速沿肾脏肿瘤包膜，以机器人1号臂电剪在电凝下先行剜除右肾中极近肾门处肿瘤(T2),再刺除较外侧肿瘤(T3)(图1-3，图1-4)，因术中肾动脉阻断确切，几无出血。后用20VIo倒刺线连续缝合关闭肾脏肿瘤剜除后创面，松开血管阻断夹，肾脏血流恢复，创面无明显出血及渗出。整个肾动脉阻断时间约27分钟，因阻断时间较短，肾皮质恢复血供后颜色红润。在右侧肾窝旁留置腹腔引流管一根。图1-3剜除右肾肿瘤(T2和T3),术中肾动脉阻断确切，创面无明显渗血图1-4三个肿瘤大小对比注：术中完整切除肾上腺肿瘤(T1)和肾脏肿瘤(T2和T3)·4·经典案例一孤立肾多发肿瘤剜除+同侧肾上腺肿瘤切除术4手术结果及随访全程手术在两小时内即完成，依赖术者熟练精准的手术操作和机器人辅助平台的优势，实际肾动脉主干阻断时间小于30分钟，同时完整切除同侧肾上腺肿瘤。术后患者恢复良好，术后2天引流量均小于50ml,术后第3天拔除引流管：术后第2天进半流饮食，术后绝对卧床3天后下地活动，术后第4天出院。术后常规病理示：（右肾）透明细胞癌，Ⅱ级，肿物2枚，包膜完整，大小分别为1.5cm×1.0cm和1.4cm×1.0cm,切缘均未见癌组织累及；（右肾上腺）皮质腺瘤，大小3cm×3.5cm。术后第2天查血Cr207.2mol/L,术后患者3个月行血常规以及生化检测未见明显异常，血Cr150.8mol/L,患者血压降至130~135/75~82mmHg,已无需服用降压药。继续随访至6个月，查血Cr142.5umol/L,泌尿系统B超及CT均未见肾脏肿瘤复发。5讨论对于肾癌患者，有选择地实施肾部分切除术，不但可以获得和根治手术相当的肿瘤控制效果8，还可以降低患者术后长期慢性肾功能不全的风险9，最终获得更长的总生存期。根据欧洲泌尿外科学会(EAU)2018版指南，对于小肾肿瘤，开放的肾部分切除术是标准的治疗方案，而腹腔镜肾部分切除术在技术上也是可行的。但对孤立肾肾癌，如果行肾癌根治术，患者在术后则要立即接受血液透析治疗，严重影响生活质量，并增加患者的经济负担。虽然近年来出现了冷冻、射频、高能聚焦超声等非手术疗法治疗该类病例，但其疗效尚不明确。因此肾部分切除术仍是孤立肾肾癌的主要治疗方式孤立肾包括解剖性孤立肾和功能性孤立肾两种，解剖性孤立肾根据发病时间又可分为先天性与后天性孤立肾，前者指患者出生后即发现一侧肾脏阙如，后者指既往有一侧肾脏切除史：功能性孤立肾指泌尿系统影像学检查提示一侧肾脏已经发生明显萎缩或功能极差(GFRlt15ml/mi),且另一侧功能较好。该例患者2011年因左肾癌接受根治性左肾切除术，属于后天性孤立肾，且在2016年复查时发现右侧孤立肾占位。对于该孤立肾肾癌患者而言，PN是主要治疗选择，其具有肿瘤切除完全、复发风险低的优点，我科对该患者完善术前影像学检查，尤其是通过肾脏增强CT来明确癌灶周围的血管分布，以此达到降低术中失血量和尽可能减少WT的目的，并保证肿瘤切除的完整性。当前开放PN术仍然是孤立肾肾癌的首选术式，其操作难度明显低于腹腔镜手术，且在切除肿瘤的完整性、术野暴露、缝合创面等方面具有一定的优势，术中需要阻断肾血管的时间短，有利于保护患肾功能，故尽管腹腔镜手术的创伤较小、术后恢复快，以往临床对于肿瘤体积较大的或复杂性的孤立肾肾癌仍然是以开放PN为主，尤其是内生型肾癌或位置靠近肾门者10。但随着机器人腹腔镜技术的发展，以往腹腔镜手术把握不大的特殊孤立肾肾癌，现已可通过机器人平台行微创手术完成PN。和传统的腹腔镜相比，“达·芬奇”手术机器人系统突破人眼和人手局限，将微创手术推向极致。视频处理系统提供光学放大10~20倍，高清晰的三维立体视频技术，超越了人眼的局限，视野更清晰，操作更精确细致。视频速度达到同步1300次/秒，其光照范围也较腹腔镜更大为医生提供手术导航定位。床旁机械臂系统有7个自由度，手术器械可以模拟人手腕的·5泌尿外科机器人手术经典案例灵活操作，在人手不能触及的狭小空间进行精细的手术操作，超越了人手的局限，且能够滤除人手颤抖，避免疲劳操刀，使精力更集中，治疗效果更好。肾单位的减少导致的肾功能变化一直是围绕孤立肾患者PN的核心问题，如果拥有正常的对侧肾，可以不用担心急性肾衰竭的发生-。有研究报道，孤立肾患者行PW术后急性肾衰竭的发生率接近10%，且与肿瘤的大小有关，即与丢失的肾单位数量相关4-5)，一般肾功能障碍出现在孤立肾肿瘤直径大于7cm的患者6。除了肾功能的变化，肿瘤的控制能力也是肾部分切除必须考虑的问题。虽然在随访时间之内有将近30%的肾癌特异性死亡，但是只发现了小于10%的肾局部复发，这说明PN对肿瘤的良好控制能力。在多因素Cx模型分析中，只发现了肿瘤的大小（包括由此定义的T分期）是肿瘤特异性生存的独立预后因素，这也证明了之前文献报道的T,期以上肿瘤在PN术后的预后不佳5。在一项纳入了37例T期肿瘤的研究中，5年的肿瘤特异性生存率达到了100%7，这也从侧面证明了Fuhrma分级和病理类型与肿瘤导致的死亡无显著关系4。该患者虽然单个肿瘤直径较小，大小分别为1.5cm×1.0cm和l.4cm×1.0cm,但两枚肿瘤相邻，且有一枚位于肾门，采用机器人1号臂电剪沿肿瘤包膜弧形剜除，成了尽可能多的保留正常肾单位的最大技术保障，而这在以往传统腹腔镜平台下难以达到正因如此患者术前查血Cr132.7umo/L,术后6个月，查血Cr142.5mol/L,仅有轻度升高，为患者今后的生活质量提供了有力保证。肾脏肿瘤剜除是孤立肾肾肿瘤的适应证，肾肿瘤同时合并肾上腺肿瘤的较为少见，且根据术中快速病理，考虑为肾上腺原发肿瘤，即一个个体同时发生两种疾病。我们根据术前增强CT及术中情况可以了解到该患者肾脏肿瘤其中一枚位于肾门部，紧贴肾动脉，手术难度较大，容易发生副损伤。术中依赖术者熟练和精准的操作，并充分利用“达·芬奇”手术机器人机械臂可全角度旋转、精确定位的优势，快速而精准地切除肾脏肿瘤、缝合创面，最大限度减少了患者肾脏的缺血-再灌注损伤，减少患者孤立肾正常肾单位的丢失，是在“达·芬奇”机器人平台下行孤立肾多发肾肿瘤剜除术的一次成功尝试。参考文献[1]vaSroeDJ,deWeijerKJ,MulderPF,etal.Noveltreatmettrategieiclear-cellmetataticre-alcellcarcioma.AticacerDrug,2005,16(7):709-717[2]ThomoRH,KaagM,VickerA,etal.Cotemoraryueofartialehrectomyatatertiarycarece-teritheUitedState.JUrol.2009,181(3):993-997[3]GoAS,ChertowGM,FaD,etal.Chroickideydieaeadtherikofdeath,cardiovacularevet,adhoitalizatio.NEglJMed,2004,351(13):1296-1305[4]MueAC,KoretR,GravereJA,etal.Cliical,athologic,adfuctioaloutcomeafterehro-arigurgeryiatietwithaolitarykidey:amulticeterexeriece.JEdourol,2012,26(10):1361-1366·6.···试读结束···...

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图书名称：《工业机器人基础》【作者】李卫国主编；王利利，任福华副主编；贾翠玲，李林喜，左巍参编【页数】327【出版社】北京：北京理工大学出版社,2018.12【ISBN号】978-7-5682-6485-3【分类】工业机器人-基本知识【参考文献】李卫国主编；王利利，任福华副主编；贾翠玲，李林喜，左巍参编.工业机器人基础.北京：北京理工大学出版社,2018.12.图书封面：图书目录：《工业机器人基础》内容提要：本书首先讲述了创新理论（TRIZ理论）；然后介绍了机器人起源、发展、分类和组成，根据机器人的组成分别介绍了控制系统、传感器、原动机、传动机构和执行机构，并简要介绍了机器人的编程软件；最后介绍了工业机器人的基础，主要介绍了工业上常用的焊接机器人、喷涂机器人和装配机器人。《工业机器人基础》内容试读第1章绪论1.1新的教育理论1.1.1多元智能与多元能力传统的智能概念认为人的智能是一个整体，是单一的，描述一个人的智能常常用聪明不聪明这样模糊的整体概念。事实是许多被认为很聪明的人却一事无成。著名认知心理学家、哈佛大学教授霍华德·加登纳(HowardGarder,1943一)于20世纪80年代提出了多元智能理论。加登纳认为，智能是人类在解决问题与创造产品过程中表现出来的一种或数种文化环境所能珍惜的能力。因此，在这里，智能和能力有类似的内涵，多元智能也可称为多元能力。多元智能理论认为人类智能主要由8种相对独立的智能构成，并在大脑神经系统中有相当的定位。这8种智能的名称分别如下：(1)语言智能。(2)音乐智能。(3)逻辑-数学智能。(4)图形智能(5)身体协调智能。(6)人际交往智能。(7)自我认识智能。(8)自然智能。多元智能理论揭示了为什么人们某些才能出众但另一些才能平平。例如，有的人具有卓越的文学才能，却不喜欢数学；有些人擅长运动，但不善于语言表达；有些人是杰出的艺术家，但自我认识能力不够：等等。多元智能理论对教育的革命性意义在于，每个人的智能结构不一样，不能用单一的指标衡量其优劣。以整体智能的形式简单评价人的智能是不科学的教育行为，往往会扼杀人的才能。2gtgtgtgtgt工业机器人基础1.1.2成功智力国际著名教育家、美国科学院院士Stererg创立的成功智力理论的核心是：成功智力由分析能力、创造能力和实践能力组成。成功智力是个人获得成功所必需的一组能力，是认识并充分发挥个人优势的能力，是认识并弥补个人弱点的能力，是适应、塑造和选择环境的能力。分析能力是个体进行分析、评价、比较或对比时所需要的能力。例如，做数学题、社会调查、设计程序用的是分析能力。创造能力是人进行创造、发明或发现时所需要的能力。例如，马可尼发明无线电通信、莱特兄弟试制第一架飞机、袁隆平培育出杂交水稻，用的是创造能力。实践能力是人进行实践、运用或使用他所学习的知识时所需要的能力。例如，驾驶员厨师、医生用的是实践能力。成功智力是分析能力、创造能力和实践能力的平衡。成功智力理论已得到严格的实验研究与支持。在大学，特别是国内大学，主要训练的是分析能力。而现实世界，创造能力和实践能力更为重要。国内大学的传统教育通常歧视和扼杀具有创造能力与实践能力的学生，记忆能力强和分析能力强的学生往往得到鼓励。因此，Stererg的成功智力理论值得我们重视和提倡。1.1.3激进建构主义Glaerfeld创立的激进建构主义理论的核心是：知识是由认知主体积极建构的，建构通过新旧经验的互动实现，认知的功能是适应，它应当有助于主体对经验世界的组织。每个人都有自己特殊的知识结构，都是以自己的特殊方式去认识世界的，故建构主义教育思想强调以学生为中心。学生是学习的主体，通过与环境（包括人和物）的交互而建构自己的知识体系。教师只是学习的辅导者、帮助者、合作者和促进者。建构主义强调学生对知识的主动探索、主动发现，以及学生对所学知识意义的主动建构，而不是像传统教学那样，只是把知识机械地灌输到学生的头脑中。激进建构主义理论对中国教育有着极为重大的启发意义。知识客观主义使中国的教育思想一直处于僵化之中，客观上也导致传授式教育的泛滥。1.2本课程的教育理论基石本课程建立在以上所介绍的三大教育理论基石上，三大教育理论的统一构架如图1-1所示。多元智能是学生的内在智能结构，成功智力是内在多元智能和环境交互作用体现出的能力，学生运用以多元智能为核心的成功智力与环境交互作用，从而建构知识。在建构过程中，促进成功智力的发展，同时也促进多元智能的发展。第1章绪论。3知识建构环多元智能成功智力认知主体（学生）与环境的的内在智能和知识作用智能图1-1三大教育理论的统一构架本课程中，将通过和课程平台、资源、教师、同学的积极互动中建构工科知识基础。在建构过程中，学生的多元能力和成功智能将得到运用与训练。1.3创新人才的培养具有一定专门知识和创新能力、积极从事创新性劳动的人被称为创新性人才。从近几年人才市场的反馈信息来看，富于开拓型的创新性人才是市场上的紧缺人才。原因在于：在现实社会生活中，创新性人才运用创新性智慧和创新性成果救活一个工厂、拯救一家濒于破产的企业、改变一个地区的贫困面貌而取得成功的事例屡见不鲜。微软公司的巨大成功靠的不是物质资本，而是那些拥有知识、掌握信息、会经营、懂管理的创新性人才。在当今的社会竞争中，需要大量的创新性人才。缺乏创新性人才，必将影响一个国家的发展和强大，必将影响一个国家的综合实力。创造并不是少数杰出人才的专利，要相信人人都有创新能力，人人都可以搞发明创新。许多“小人物”搞发明的故事，已给我们很多启示。人的创新能力并非天赋，可以通过学习和训练得到激发，且不断提高。美国通用电气公司对有关科技人员进行创新工程课程和实践训练，两年后取得很好的效果，按专利数量测算，人的创新能力提高了3倍。湖南轻工业高等专科学校设有创新发明专业，办学8年多，培养了千余名学生。这些学生毕业前后取得多项创新发明成果和专利，甚至获得国际大奖。日本一家钢铁厂，把12名普通的高中毕业生集中起来，每周六进行创新能力的学习和训练，不到半年，参加人员就纷纷提出创新发明项目，结束时取得了70多项专利。可见，创新能力可以通过学习和训练来培养、提高。1.3.121世纪教育的特点培养21世纪的创新人才，高等学校的创新教育是极为重要的一环。联合国教科文组织曾做过调研并预测，21世纪高等教育具有五大特点：(1)教育的指导性。教育的目标是培养全面发展的人才，充分发挥人的个性、特性，要引导学生做人，学会科学的方法。因此，必须打破注入式用统一方式塑造学生的局面，强调学生发挥特长，自主学习，鼓励学生的独立发展。教师从传授知识的权威变为指导学生学习的顾问、导师，指导学生积极向上，树立辩证唯物主义世界观，培养学生热爱劳动，掌握技能，有科学的学习、思维方法。(2)教育的综合性。学生不仅要学习和掌握知识，还要综合运用知识解决问题：不仅要学习专业知识，还要融合科学、艺术等方面的知识。掌握科学思维和艺术思维方法，培养综gtgtgtgtgtgt、工业机器人基础合素质和文化素养，陶冶学生的情操，促进其德、智、体、美全面发展。(3)教育的社会性。人类社会已进入一个全面开放的时代，教育必然受到社会政治、经济、科技、文化等因素的影响，反过来教育又服务于社会，教育与社会、理论与实践的结合越来越社会化，“两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书”不可能适应和促进社会的发展。教育由封闭的校园转向开放的社会，由教室转向图书馆、工厂等社会活动领域。现代高科技信息网络技术促进远程高等教育的发展，使人们在计算机终端前可以实现自己上大学或进修学习的愿望。(4)教育的终身性(learigforlife)。信息时代来临，使人类进入了知识经济的新时代。知识的更替周期不断缩短，科学技术的不断创新，使人们的学习行为普遍化和社会化。为了生存必须不断学习，一次性的学校教育转化为全社会的终身教育，教育成为一个人一辈子都不可能结束的过程。(5)教育的创新性。教育本身是一种创新性的活动。为适应科技高速发展和社会竞争的需求，要提高学生的素质和创新能力，要培养和鼓励学生“怀疑”“探索”“创新”等科学的精神，建立重视能力培养的教育观，致力于培养学生创新精神和提高创新力。1.3.2创新能力的培养加强创新教育是加速培养创造性人才的重要手段和方法。创新教育是“素质教育”的一个重要组成部分，是把创新学、发明学、教育学、心理学等相关学科的一般原理有机综合起来，通过教育、教学等途径培养学生的创新思维，提高创新能力的教育。创新教育不仅仅只看学生对知识的掌握程度，更重要的是看学生分析问题、解决问题，特别是创新性地解决问题的能力。这就要求教师特别重视对学生创新意识的培养，培养学生良好的创新心理，使学生掌握必要的创新理论和技法，加强创新实践教学环节。另外，作为创新的主体因素一学生，应当努力培养自己具有大无畏的进取精神和开拓精神，努力培养自己具有永不满足的求知欲和永无止境的创新欲，努力培养自己具有永不言败的竞争意识和新颖而独特地解决问题的创新能力，努力培养自己具备完整的个性品质和高尚的情感。1.培养创新意识创新活动首先来自强烈的创新意识。创新人才应善于发现矛盾，勇于探索，敢于创新。一谈到创造发明、发现，人们可能会认为是很神秘的事情，以为创新发明是学者、专家的专利品，一般人很难做到，那么我们先看看下面这些实例吧。传说鲁班在山上砍柴时，不小心手被草割破了，一般人可能会自认倒霉，而他却对此产生了好奇心。他仔细观察这种草后，发现这种草的边上有一排锯齿。根据这个发现，鲁班发明了至今仍在使用的锯子：瓦特在观察到水烧开后蒸汽能将壶盖顶起，依据这个原理产生了蒸汽动力的设想，并最终发明了蒸汽机，导致了第一次工业革命：还有大家非常熟悉的阿基米德在洗澡时发现浮力定理，从而检验出皇冠是否为纯金的故事：牛顿从树上的苹果会掉下来的现象发现了万有引力…这些故事为他们的发明、发现增添了一层神秘的传奇色彩。许多“小人物”进行创新发明的故事，给了我们很多启示，使我们相信人人都有创新力，人人都可以搞创新。诺贝尔物理学奖获得者詹奥吉说：“发明就是和别人看同样的东西却能第1章绪论85想出不同的事情。”我国著名教育家陶行知先生在“创造宣言”中提出“处处是创造之地，天天是创造之时，人人是创造之人”，鼓励人们破除迷信，敢于走创新之路。因此，敢于创新就必须破除迷信，必须打破思维的枷锁。创新应具有敏锐的洞察力，要善于从偶然现象中找到必然，要善于从同样的事件中想到不同的事情。善于发现已有的事物或原理，用以解决矛盾，这也是创新意识的体现。世界不断发展，事物总是不断完善，要善于观察、发现矛盾和需要，发现不足、提出问题，这往往是创造的动力和起点。“我思故我在”，这句名言充分说明了思考对于人的重要性。思考的课程应该成为我们每个学校最重要的课程。每个人都可以用5W1H法(What,Why,Whe,Where,Who,How)对不同事情进行设问，思考、思考、再思考，人人都会产生创新设想。创新是人们经过长期探索、付出非凡的劳动才能成功，不能幻想囊中取物、一蹴而就，这就需要有坚定的毅力，克服重重困难的精神。爱迪生研究白炽灯时，为寻找灯丝材料曾用过6000多种植物纤维，试验1600多种耐热材料。666农药因试验666次才得以成功。2.提高创新能力创新能力是人的心理特征和各种能力在创新活动中体现的综合能力。创新本身存在一定的理论和规律，也具有其科学的原理和方法。要提高创新能力，应培养良好的创新心理，掌握创新原理和创新技法，可以诱发创新者的潜在创新能力，进一步发掘创新者的潜在能力。创新原理和创新技法是以总结创造学理论、创新思维规律为基础，通过大量的创新活动概括总结出来的原理、技巧和方法，了解和掌握创新原理与创新技法，往往能更自觉、更巧妙地进行创新活动。人的创新能力可以通过学习和训练得到激发且不断提高，通过改进自己的思维习惯，独立思考，多想多练，通过训练自己集中注意力、发挥想象力，进行扩散思维、求异思维训练，等等，能够提高创新思维能力，而将思维运用到实际中去，才可能取得良好的效果。创新能力受智力因素和非智力因素的影响。智力因素如观察力、记忆力、想象力、思考力、表达力、自控力等是创新能力的基础性因素。而非智力因素如理想、信念、情感、兴趣、意志、性格等则是创新能力的动力和催化因素。通过对非智力因素的培养，可以调动人的主观能动性，对促进智力发展起重要的作用。3.加强创新实践形成创新能力，除了学习理论外，更重要的还在于实践。正如不下水学不会游泳，不开车就不可能真正学会驾驶一样，所有的创新能力训练都离不开大量的创新实践。人的经历在创造中所起的作用是难以言表的。所有发明创造都来自创新者在生活、工作、学习和经历中的偶然事件的刺激与深邃的思考。实践活动不仅为创新者提供了大量的创新素材和施展创新能力的舞台，也促进了人际交往，营造了相互学习、补充的创新氛围。在科技迅猛发展的今天，没有团队协作的攻坚精神将很难获得出色的创造成果。通过听课、看书、参观、看电影和录像等，人们可以得到创新产品和创新方法的许多印象、概念，进而了解一些知识、技法。必须通过设置一系列设计实践教学环节，进行大量的动手安装、维护、设计、制作等实践活动，才可能综合运用所学的一切，解决创造的实际问题，培6gtgtgtgt工业机器人基础养综合分析和创新设计的能力。如果你在学习外语，就要大胆地说：不要幻想只背下厚厚的几本书而不操作就能学会计算机。人类社会所有的创新和发明，都是通过人们的双手实现的，一个人的设想，如果不将它们物化，即使构想再好，那也只是水中月、雾中花。对于工科院校学生，除必要的理论教学外，一定还要设置一系列设计实践环节，让学生在设计实践中培养综合分析和创新设计的能力。总之，创新教育要求我们的教育必须面向未来、面向世界、面向现代化。要求我们的学生不仅牢固地掌握现代化的科学技术知识，而且还具备科学思维和创新素质，努力地把自己塑造成为具有较强创新能力的新型人才。因为，没有一大批富有创造才能的创新人才，没有一大批创新成果并及时转化为生产力，要建设具有中国特色社会主义就只能是一句空话。1.4本课程介绍与目的本课程是在全国开创性的全新课程，课程理念、上课模式、课程环境均是全新的，也需要学生以全新的姿态参与，边做边学，动手实施一系列由浅入深的项目或比赛。本课程将实施形成性评价和多元能力评价，并分别进行。在整个项目实施过程中，教师将动态给予评价。本课程的主人是学生，学生在实施项目过程中自主积极建构知识。本课程的目的如下：(1)系统训练创新能力和实践能力。(2)自主建构工科基础知识。···试读结束···...

2022-10-21

图书名称：《空间机器人》【作者】王耀兵等著【丛书名】空间技术与科学研究丛书/叶培建主编国家出版基金项目“十三五”国家重点出版物出版规划项目国之重器出版工程【页数】472【出版社】北京：北京理工大学出版社,2018.03【ISBN号】978-7-5682-5461-8【价格】139.00【分类】空间机器人【参考文献】王耀兵等著.空间机器人.北京：北京理工大学出版社,2018.03.图书封面：图书目录：《空间机器人》内容提要：本书是关于空间机器人基础理论和工程技术的专业书籍，在阐述空间机器人基本设计理论和工程设计方法的基础上，结合著者的研究工作，详细介绍了几个空间机器人工程设计实例，以帮助读者清楚了解空间机器人系统设计和验证过程。本书总结了空间机器人的发展现状并对其未来发展进行了分析，可为本领域的专业技术人员提供参考。《空间机器人》内容试读第一篇空间机器人基本理论第1章绪论空间机器人|1,1空间机器人的定义、特点及分类1.1.1空间机器人的定义尽管“空间机器人”一词对于从事机器人技术研究的人员来说已经耳熟能详，但截至目前仍没有公认的“空间机器人”定义。在斯普林格(Sriger)出版社出版的《机器人手册》(HadookofRootic)中，KazuyaYohida和BriaWilcox在“空间机器人”章节中提及：在空间中，任何无人航天器均可称作机器人航天器(rooticacecraft),但空间机器人是能力更强的空间系统，它能够作为宇航员的“助手”支持在轨操控、装配、服务等任务，或者作为替代人类的开拓者，从事遥远星球的探索开发。可以看出，KazuyaYohida和BriaW1cox给出的上述描述尚不能作为空间机器人的定义。在世界技术评估中心(WorldTechologyEvaluatioCeter,Ic.)组织的《国际机器人研发评估》(IteratioalAemetofReearchadDevelometiRootic)报告中，BriaWilcox和RoertAmroe等人又给出如下定义：空间机器人是一类可以在严酷的空间环境中生存一定时间，用于执行勘探、装配、建造、维修、服务或其他任务（这些任务在设计机器人时可能已经被完全理解，也可能没有被完全理解)的具有普遍用途的机器新产品。相比之下，这个说法更接近一个明确004SaceRootic第1章绪论的概念。林益明等在《空间机器人现状与思考》中给出的定义为：空间机器人是在太空中执行空间站的建造与运营支持、卫星组装与服务、行星表面探测与试验等任务的一类特种机器人。该定义认为空间机器人是一类特种机器人，并明确了空间机器人的用途和应用环境。2017年世界机器人大会发布中国电子学会标准《空间机器人通用技术要求》(T/CIE045一2017)，该标准将空间机器人定义为：应用于地球大气层以外的宇宙空间（包括航天器舱内及舱外、地外天体)的机器人。从产品设计和实现的角度看，空间机器人和地面机器人的主要区别在于由工作环境导致的空间机器人的特殊性。因此，本书采用《空间机器人通用技术要求》(T/CIE045一2017)中关于空间机器人的定义。1.1.2空间机器人的特点空间机器人是在太空中使用的特种机器人，由于其应用环境的特殊性，空间机器人与地面机器人相比具有如下鲜明的特点：(1)工作环境特殊。空间机器人工作在地外空间中，需要考虑超真空、高低温、强辐照、微重力、复杂光照等条件，行星探测机器人还需考虑特殊地形、砂砾、粉尘、重力等其他影响因素。此外，空间机器人还需考虑发射段，甚至着陆段的静力、振动、噪声、冲击等载荷以及在轨工作段所承受的更多复杂载荷，如目标捕获过程中的冲击载荷、大型柔性结构操作过程中的振动载荷、行星表面移动过程中的轮土力学载荷、采样过程中的机土耦合载荷等，同时上述环境条件还存在一定的不确定性。(2)设计约束与限制条件多。除满足地面发射和空间轨道环境外，空间机器人还需满足质量、功耗、信息、尺寸包络、构型、视场等资源约束以及相关接口、功能以及性能等指标限制。(3)可靠性要求高。空间机器人需要在太空中长时间工作，并且在工作过程中基本上得不到任何维护，这要求空间机器人必须在航天器上各项资源受限的条件下实现高可靠工作。(4)工作任务多样，任务目标众多。空间机器人通常承担多种操作任务，从对象上看包括飞行器、舱段、模块、设备、专用工具、仪器设备，甚至还包括空间碎片、微流星等；从任务内容上看包括空间目标的识别、测量、捕获、搬运、安装、拆解、更换、重组等。因此，在空间机器人的设计中需兼顾不同任务、不同对象的特殊需求。(5)系统组成复杂。空间机器人是涉及材料、力学、机械、电气、热控、光学、控制等多个学科的复杂空间系统，在构成上除了由多关节和末端执行器005空间机器人组成的机械系统外，还包括由视觉相机和力觉传感器等组成的感知系统、由整臂控制器和关节控制器等组成的控制系统以及由指令生成模块和遥测反馈模块等组成的人机交互系统等。(6)地面验证难度大。空间机器人是按照空间环境设计的一类特殊机器人，难以在地面重力条件下直接开展空间大范围物理试验验证，同时，在轨工作时真空、微重力或低重力、高低温等环境的耦合作用很难在地面上真实模拟，从而给空间机器人地面验证的全面性和充分性带来较大难题。由于空间机器人具有上述特点，故在空间机器人的设计和验证过程中需要特别关注如下几个问题：(1)基于多学科集成的系统设计与优化；(2)空间环境适应性设计，包括原材料、元器件空间环境适应性，活动部件防冷焊与润滑设计，机构热匹配性设计，所有部件的力、热、磁、辐照环境适应性设计等；(3)在恶劣环境下长期服役的可靠性、安全性设计；(4)在轨有人值守条件下的维修性设计，包括部件模块化、快拆装置、可重构以及与宇航员人机接口设计等，此外，还包括软件在轨维修设计等；(5)充分考虑空间约束条件的机器人规划、控制以及人在回路的远程操作；(6)仿真模型修正与验证；(7)地面试验验证的充分性和覆盖性。1.1.3空间机器人的分类根据不同的划分原则，空间机器人有多种分类方法。美国字航局研究小组(NASAExloratioTeam,NEXT)按执行任务的特点和环境因素将空间机器人分为在轨操作(O-OritOeratio)机器人和行星探测(PlaetarySurfaceExloratio)机器人两类，前者包括执行航天器在轨监视、组装、维护、升级任务以及辅助宇航员完成在轨操作任务的机器人，后者包括执行行星表面巡视探测、样品采集、科学试验任务以及辅助宇航员完成行星探测任务的机器人。目前已经过飞行验证的空间机器人都可以包含在这两类机器人中，本书使用的分类标准与此一致，即将空间机器人分为在轨操作机器人和行星探测机器人。1.在轨操作机器人在轨操作机器人主要指在微重力轨道环境中执行各类操作任务的空间机器006SaceRootic···试读结束···...

2022-10-21

图书名称：《工业机器人离线编程》【作者】何彩颖主编【丛书名】高等职业教育系列教材【页数】190【出版社】北京：机械工业出版社,2020.04【ISBN号】978-7-111-64761-4【分类】工业机器人-程序设计-高等职业教育-教材【参考文献】何彩颖主编.工业机器人离线编程.北京：机械工业出版社,2020.04.图书封面：图书目录：《工业机器人离线编程》内容提要：本书以目前应用比较广泛的ABB工业机器人离线编程仿真软件RootStudio为平台，以工业机器人激光切割、搬运和码垛为载体来介绍离线编程与仿真的方法，以带输送链的工业机器人工作站作为组建工作站的学习项目，遵循“由简入繁，循序渐进”的原则，将知识点分解、融汇到简单的案例中，使学生了解工业机器人离线编程与仿真方法，掌握利用相关建模操作来组建常用工业机器人工作站的方法与步骤。本书内容选择合理、结构清晰，适合作为高职高专院校工业机器人技术、电气自动化技术、机电一体化技术等专业的教学用书，也可作为工程人员的培训教材。《工业机器人离线编程》内容试读第1章工业机器人认知◆学习目标1.认识工业机器人的定义、分类、系统组成及其坐标系。2.了解工业机器人离线编程仿真应用技术及常用的离线编程软件。3.能够进行ABB离线编程及仿真软件RootStudio的安装，并熟悉并其操作界面。◆任务描述认识工业机器人的定义、分类、系统组成及坐标系，了解常用的离线编程软件，能够进行RootStudio软件的安装并熟悉软件的操作界面。1.1认识工业机器人机器人是众所周知的一种高新技术产品，然而，“机器人”一词最早并不是一个技术名词，而且至今尚未形成统一的、严格而准确的定义。1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“Root”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳力，它是最早的工业机器人设想。实际上，真正能够代替人类进行生产劳动的机器人，是在20世纪60年代才问世的。伴随着机械工程、电气工程、控制技术以及信息技术等相关科技的不断发展，到20世纪80年代，机器人开始在汽车制造业、电机制造业等工业生产中大量采用。现在，机器人不仅在工业，而且在农业、商业、医疗、旅游、空间、海洋以及国防等诸多领域获得越来越广泛的应用。经过几十年的发展，机器人技术已经形成了综合性的学科一机器人学(Rootic)。机器人学有着极其广泛的研究和应用领域，主要包括机器人本体结构系统、机械手设计，轨迹设计和规划，运动学和动力学分析，机器视觉、机器人传感器，机器人控制系统以及机器智能等。1.1.1工业机器人的定义和分类1.工业机器人定义工业机器人是一种通过重复编程和自动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统，它结合制造主机或生产线，可以组成单机或多机自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。国际标准化组织(ISO)对机器人的定义如下：1)机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体的某些器官（肢体、感受等）的功能：2)机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变：3)机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等：4)机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。工业机器人离线编程2.工业机器人分类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征是用其坐标特性来描述的。按机构运动特征，机器人通常可分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人和多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（如图1-1所示），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单，定位精度高，空间轨迹易于求解：但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。主要用于印制电路基板的元器件插入、紧固螺钉等作业。图1-1直角坐标机器人(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（如图1-2所示)，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围内，必须有沿轴线前后方向的移动空间，空间利用率较低，主要用于重物的装卸、搬运等作业。著名的Veratra机器人就是一种典型的柱面坐标机器人。图1-2柱面坐标机器人(3)球面坐标机器人球面坐标机器人如图1-3所示，其空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定，2第1章工业机器人认知动作空间形成球面的一部分。其机械手能够做前后伸缩移动、在垂直平面上摆动以及绕底座在水平面上转动。著名的Uimate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。777图1-3球面坐标机器人(4)多关节型机器人由多个旋转和摆动机构组合而成。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，应用范围越来越广。不少著名的机器人都采用了这种型式，其摆动方向主要有垂直方向和水平方向两种，因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。如美国Uimatio公司20世纪70年代末推出的机器人PUMA（如图1-4所示)就是一种垂直多关节机器人，而日本山梨大学研制的机器人SCARA(如图1-5所示)则是一种典型的水平多关节机器人。腰关节J川13201节2220肘关节3270腕关节J5④200像腕关节6腕关节4600532图1-4垂直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，所以也称为多关节球面机器人。其优点是可以自由地实现三维空间的各种姿势，可以生成各种复杂形状的轨迹。相对机器人的安装面积，其动作范围很宽。缺点是结构刚度较低，动作的绝对位置精度比较低。它广泛应用于代替人完成的装配作业、货物搬运、电弧焊接、喷涂、点焊接等作业场合。3工业机器人离线编程180°臂I臂山机升降轴I329手腕IVV控制箱图15水平多关节机器人水平多关节机器人在结构上具有串联配置的两个能够在水平面内旋转的手臂，其自由度可以根据用途选择为2~4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，能方便地实现二维平面上的动作，在装配作业中得到普遍应用。1.1.2工业机器人的系统组成机器人是典型的机电一体化产品，一般由机械部分、控制部分、传感器和人机交互系统等组成，如图1-6所示。机械部分包括机器人本体及驱动系统，是机器人实施作业的执行机构。为对本体进行精确控制，传感器应提供机器人本体或其所处环境的信息，控制系统依据控制程序产生指令信号，通过控制各关节运动坐标的驱动器，使各臂杆端点按照要求的轨迹、速度和加速度，以一定的姿态达到空间指定的位置。驱动器将控制系统输出的信号变换成大功率的信号，以驱动执行器工作。人机交互系统控制部分指令给定装置（示教器】与信息显示装置等传感部分控制系统处理器、关系伺服控制器机械都分驱动系统液压、气动、电动、感受系统外部传感器宗机械传动机构传感器机械结构系统手部、腕部、臂部腰部、机座工作对象机械人一环境交互系统图1-6工业机器人系统的组成第1章工业机器人认知1.机械本体机械本体是机器人赖以完成作业任务的执行机构，一般是一台机械手，也称操作器或操作手，可以在确定的环境中执行控制系统指定的操作。典型工业机器人的机械本体一般由手部（末端执行器）、腕部、臂部、腰部和基座构成。机械手多采用关节式机械结构，一般具有6个自由度，其中3个用来确定末端执行器的位置，另外3个则用来确定末端执行装置的方向（姿势）。机械臂上的末端执行装置可以根据操作需要换成焊枪、吸盘、扳手等作业工具。2.控制系统控制系统是机器人的指挥中枢，相当于人的大脑功能，负责对作业指令信息、内外环境信息进行处理，并依据预定的本体模型、环境模型和控制程序做出决策，产生相应的控制信号，通过驱动器驱动执行机构的各个关节按所需的顺序、沿确定的位置或轨迹运动，完成特定的作业。从控制系统的构成看，有开环控制系统和闭环控制系统之分：从控制方式看有程序控制系统、适应性控制系统和智能控制系统之分。3.驱动器驱动器是机器人的动力系统，相当于人的心血管系统，一般由驱动装置和传动机构两部分组成。因驱动方式的不同，驱动装置可以分成电动、液动和气动3种类型。驱动装置中的电动机、液压缸、气缸可以与操作机直接相连，也可以通过传动机构与执行机构相连。传动机构通常有齿轮传动、链传动、谐波齿轮传动、螺旋传动、带传动等几种类型。4.传感器传感器是机器人的感测系统，相当于人的感觉器官，是机器人系统的重要组成部分，包括内部传感器和外部传感器两大类。内部传感器主要用来检测机器人本身的状态，为机器人的运动控制提供必要的本体状态信息，如位置传感器、速度传感器等。外部传感器则用来感知机器人所处的工作环境或工作状况信息，又可分成环境传感器和末端执行器传感器两种类型：前者用于识别物体和检测物体与机器人的距离等信息，后者安装在末端执行器上，检测处理精巧作业的感觉信息。常见的外部传感器有力觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器、视觉传感器等。1.13工业机器人坐标系坐标系从一个称为原点的固定点通过轴定义平面或空间。机器人目标和位置通过沿坐标系轴的测量来定位。1.基坐标系基坐标系在机器人基座中有相应的零点，这使固定安装的机器人的移动具有可预测性。因此它对于将机器人从一个位置移动到另一个位置很有帮助。基坐标系如图1-7所示。在正常配置的机器人系统中，当站在机器人的前方并在基坐标系中微动控制，将控制杆拉向自己一方时，机器人将沿X轴移动：向两侧移动控制杆时，机器人将沿Y轴移动。扭动控制杆，机器人将沿Z轴移动。2.大地坐标系大地坐标系在工作单元或工作站中的固定位置有其相应的零点。这有助于处理若干个机器人或由外轴移动的机器人，如图1-8所示。5工业机器人离线编程图1-7基坐标系在默认情况下，大地坐标系与基坐标系是一致的。y图1-8大地坐标系A、C一基坐标系B一大地坐标系3.工具坐标系工具坐标系将工具中心点设为零位。它会由此定义工具的位置和方向。工具坐标系经常被缩写为TCPF(ToolCeterPoitFrame),而工具坐标系中心缩写为TCP(ToolCeterPoit),如图1-9所示。执行程序时，机器人就是将TCP移至编程位置。这意味着，如果要更改工具（以及工具坐标系)，机器人的移动将随之更改，以便新的TCP到达目标所有机器人在手腕处都有一个预定义工具坐标系，该坐标系被称为oo10。这样就能将个或多个新工具坐标系定义为tool0的偏移值。4.工件坐标系工件坐标系对应工件，它定义工件相对于大地坐标系（或其他坐标系）的位置。6···试读结束···...

2022-10-21 epub出版物 epub编辑

图书名称：《机器人工程导论》【作者】樊炳辉主编；袁义坤，张兴蕾，王传江副主编【丛书名】普通高校“十三五”规划教材【页数】294【出版社】北京：北京航空航天大学出版社,2018.06【ISBN号】978-7-5124-2669-6【价格】48.00【分类】机器人工程【参考文献】樊炳辉主编；袁义坤，张兴蕾，王传江副主编.机器人工程导论.北京：北京航空航天大学出版社,2018.06.图书封面：图书目录：《机器人工程导论》内容提要：本书主要结合工业机器人的诸多分析理论及应用技术等，对机器人的相关基础知识、机械结构设计特点、运动学、运动轨迹规划、动力学、控制及其常用元器件等各个方面进行了较为全面的导引性描述。在本书的编撰过程中，尽量兼顾了来自不同专业或层面、具有不同基础知识结构的学生的需要。本书既可以作为从事机器人、机械手研究或应用的各类高等院校相关专业本科生、研究生的教材，也可以作为现场工程技术人员等的理论与技术指导参考书。《机器人工程导论》内容试读第1章绪论中国工程院前院长宋健指出：“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化。”机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大与创新，使得国际上越来越重视机器人技术的作用和影响。目前，全球劳动力成本持续上升，作为世界第二大经济体的中国，其制造业正在进行一场机器人革命。大量的中国工厂正在逐步摒弃人工，转而使用机器人。据中国机器人产业联盟发布的数据，2014年，我国共销售工业机器人5.7万台，较上年增长55%；同年，国内工业机器人产量为1.2万台，同比增长26.2%，国内首次突破年产万台大关，因而，业内称2014年为中国的机器人元年。2016年，我国共销售工业机器人8.89万台，较上年增长56%；国内工业机器人产量为7.24万台，同比增长34.3%，已连续五年成为全球第一大工业机器人市场。既然机器人事业在全球以如火如茶的势头在发展，那么何谓机器人？这也许是大多数普通民众都不能作出明确回答的问题，我们不妨追寻一下它的发展足迹，以便对其有一个全面和准确的认识。1.1中国的早期机器人虽然机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事，然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类早在远古时期，就希望能制造出一种像人一样的机器，来服务于人类或取悦于人类，以便代替人类完成各式各样的工作。在中国古代就有许多这方面的记载。据《列子》记载，西周周穆王时期，我国的能工巧匠偃师研制出一种能歌善舞的伶人，它举手投足如同真人一般。摇摇它的头，可唱出符合乐律的歌曲；捧捧它的手，便跳起符合节拍的舞蹈。为此，周穆王奖赏给偃师一块封地作为褒奖，并以他的名字“偃师”命名。据《墨经》记载“公输班竹木为鹊，成而飞之，三日不下”，说的是春秋后期，我国著名的木匠鲁班，为了哄母亲开心，用竹木造了一只大鸟。“成而飞之，三日不下。”，体现了我国劳动人民的聪明智慧。1800年前的汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。计里鼓车每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。《三国志·诸葛亮传》记载：“亮性长于巧思，损益连弩，木牛流马，皆出其意。”是说后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮不仅成功地创造出可以连发的弩箭，而且制作了可以行走的木牛流马，并用木牛流马运送军粮。圆机器人工程导论■1.2其他国家的早期机器人公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人一自动机。它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像；它可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪的道顿堀演出。1738年，法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。在当时的自动玩偶中，最杰出的制作人要数瑞士的钟表匠杰克·道罗斯和他的儿子利·路易·道罗斯。1773年，他们连续推出了自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，他们创造的自动玩偶是利用齿轮和发条原理制成的。它们有的拿着画笔和颜色绘画，有的拿着鹅毛蘸墨水写字，结构巧妙，服装华丽，在欧洲风靡一时，如图1.1所示。图1.1自动玩偶现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶。它制作于二百多年前，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键而弹奏音乐，现在还定期演奏供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。19世纪中叶自动玩偶分为两个流派，即科学幻想派和机械制作派，并各自在文学艺术和近代技术中找到了自己的位置。1831年，歌德发表了《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克鲁斯”；1870年，霍夫曼出版了以自动玩偶为主角的作品《葛蓓莉娅》：1883年，科洛迪的《木偶奇遇记》问世：1886年，《未来的夏娃》问世；在机械实物制造方面，1893年，摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些实用化的机器人相继问世。1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题：但该机器人不能走动。1.3现代机器人概念的起源1886年，法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将外表像人的机器起名为“安德罗丁”(Adroid)。它主要由4部分组成：2■第1章绪论■①生命系统（平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等）；②造型解质（关节能自由运动的金属覆盖体，一种盔甲）；③人造肌肉（在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形态）；④人造皮肤（含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等）。1920年，捷克作家卡雷尔·卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。在剧本中，卡佩克把捷克语“Roota”写成了“Root'”(“Roota'”是奴隶的意思)。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了现代机器人一词的起源。为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”：①机器人不应伤害人类；②机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；③机器人应能保护自己，与第二条相抵触者除外。这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。1.4现代机器人的发展现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。自1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，其结果之一便是1952年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础。另外，原子能实验室的恶劣环境要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。1954年，美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人基本上仍然采用这种控制方式。作为机器人产品最早的实用机型是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂组成。1965年，MIT的Roort演示了第一个具有视觉传感器，能识别与定位简单积木的机器人系统。1967年，日本成立了人工手研究会（现改名为仿生机构研究会），同年召开了日本首届机器人学术会。1970年，在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。1970年以后，机器人的研究得到迅速广泛的普及。1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人，它是液压驱动的，能提升的有效负载达45kg。到了1980年，工业机器人才真正在日本开始普及，故日本称该年为其国家“机器人元年”随后，工业机器人在日本得到了巨大发展，日本也因此赢得了“机器人王国的美称”。随着计算3置机器人工程导论圖机技术和人工智能技术的飞速发展，机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉、触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展从而推动了机器人概念的延伸20世纪80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。将机器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等)扩散和渗透到各个领域又形成了各式各样的新机器一机器人化机器。当前与信息技术的交互和融合又出现了“软件机器人”和“网络机器人”，这也说明了机器人所具有的创新活力。1.5现代机器人的定义在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确定义；但机器人问世半个多世纪以来，对它的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一意见。原因之一是机器人在不断发展，新的机型、新的功能不断涌现。就像机器人一词最早诞生于科幻小说中一样，人们对机器人的未来充满了幻想与期待。这里不妨先了解一下对机器人曾经的定义。在1967年日本召开的首届机器人学术会议上，提出了机器人两个有代表性的定义：一个是森政弘与合田周平提出的“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等特征的柔性机器”。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等特性来表示机器人的形象。另一个是加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人：具有脑、手、脚三要素的个体；具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器：具有平衡觉和固有觉的传感器。上述定义强调了机器人应当仿人的含义。其实，如果按照这种定义，目前可称为机器人的机器就很少了。在发展的过程中，人们对于机器人的定义逐渐现实起来，下面是一些不同组织对机器人的不同定义：美国机器人协会(RIA):机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的、通过可编程序动作来执行种种任务的、具有编程能力的多功能机械手。日本工业机器人协会：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并自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。美国国家标准局(NBS):机器人是一种能进行编程并在自动控制下执行某种操作和移动作业任务的机械装置。国际标准化组织(ISO):机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手。这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。我国科学家起初对机器人的定义是：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。4醒第1章绪论我国的机器人之父蒋新松院士也给出过机器人的一种定义：“一种拟人功能的机械电子装置(amechatroicdevicetoimitateomehumafuctio)”。以上机器人定义多在以下功能之间取舍变化：①像生物或生物的某部分，并能模仿生物的动作；②具有智力、感觉与识别能力；③是人造的机械电子装置；④可进行编程，实现功能变化。其实，机器人的范畴不但要包括“由人制造的像人一样”的机器，是否还应包括“由人控制的生物”，甚至“由人制造的生物”等。尽管目前的伦理道德可能还不赞成某些方面的研究。机器人也不一定要求具有实体，具有一定的类似人思索能力的软件，像各种oftaget、搜索引擎等都可以认为是机器人。因此，现在又出现了软件机器人、网络机器人等一些新的概念。另外，光控DNA核酸分子机器人、可对近红外光响应的水凝胶软体机器人等，也都颠覆了传统机器人的概念。这样，本来就没有统一定义的机器人，现在就更难为其下一个确切的和公认的定义了。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也在不断充实和创新。不过就目前机器人发展的现状来说，是否可对机器人作如下定义：一类由人工介入的，具有仿生功能的，其行为或功能可变可控的物体或软件。1.6机器人的研究内容机器人技术集计算机技术、自动化技术、检测技术、机械设计技术、材料与加工技术、各种仿生技术、人工智能技术等学科为一体，是多学科科技发展的结果。每一款机器人都是知识密集和技术密集的高科技化身。机器人研究的知识主要集中在以下几个方面：·空间机构学空间机构在机器人上的应用体现在：机器人机身和臂部机构的设计、机器人手部机构设计、机器人行走机构的设计、机器人关节部结构的设计，包括仿生结构设计。·机器人运动学机器人执行机构实际是一个多刚体系统，研究要涉及组成这一系统的各杆件之间以及系统与对象之间的相互关系，因此需要一种有效的数学描述方法，机器人运动学可帮助解决这类问题。·机器人静力学机器人与环境之间的接触会在机器人与环境之间引起相互的作用力和力矩，而机器人的输入关节转矩由各个关节的驱动装置提供，通过手臂传至手部，使力和力矩作用在环境的接触面上。这种力和力矩的输人和输出关系在机器人控制上是十分重要的。静力学主要探讨机器人的手部端点力和驱动器输人力矩的关系。·机器人动力学机器人是一个复杂的动力学系统，要研究和控制这个系统，首先必须要先建立它的动力学方程。动力学方程是指作用于机器人各机构的力和力矩及其位置、速度、加速度关系的方程式，以利于提高高速、重载机器人的运动性能。·机器人控制技术机器人控制技术是在传统机械系统的控制技术基础上发展起来的，5圆机器人工程导论■两者之间没有根本的不同。但机器人控制技术也有许多特殊之处，例如它是有耦合的、非线性的、多变量的控制系统；其负载、惯量、重心等随着时间都可能变化，不仅要考虑运动学关系，还要考虑动力学因素；其模型为非线性而工作环境又是多变的等。其主要研究的内容有机器人控制方式和机器人控制策略。·机器人传感器人类一般具有触觉、视觉、听觉、味觉以及嗅觉等感觉，机器人的感觉主要是通过各种传感器来实现的。根据检测对象的不同，可分为内部传感器和外部传感器：内部传感器，主要是用来检测机器人本身状态的传感器，如检测手臂的位置、速度、加速度，电器元件的电压、电流、温度等的传感器。外部传感器，用来检测机器人所处环境状况的传感器。具体有物体探伤传感器、距离传感器、力觉传感器、听觉传感器、化学元素检测传感器、温度传感器，以及机器视觉装置、三维激光扫描装置等。·机器人运动规划方法的研究机器人运动规划包括序列规划（又可称为全局路径规划)、路径规划和轨迹规划3个部分。序列规划是指在一个特定的工作区域中自动生成一个从起始作业点开始，经过一系列作业点，再回到起始点的最优工作序列；路径规划是指在相邻序列点之间通过一定的算法搜索一条无碰撞的机器人运动路径；轨迹规划是指通过插补函数获得路径上的插补点，再通过求解运动学逆解转换到关节空间（若插补在关节空间进行则无需转换)，形成各关节的运动轨迹。·机器人编程语言机器人编程语言是机器人和用户的软件接口，编程语言的功能决定了机器人适应性和给用户的方便性。至今还没有完全公认的机器人编程语言，通常每个机器人制造厂都有自己的机器人语言。实际上，机器人编程与传统的计算机编程不同，机器人手部运动在一个复杂的空间的环境中，还要监视和处理传感器的各种信息。因此，其编程语言主要有两类：面向机器人的编程语言和面向任务的编程语言。面向机器人的编程语言的主要特点是描述机器人的动作序列，每一条语句大约相当于机器人的一个动作，主要有以下3种：①专用的机器人语言，如PUMA机器人的VAL语言，是专用的机器人控制语言。②在现有的计算机语言的基础上加机器人子程序库，如美国机器人公司开发的ARBASIC和Itelledex公司的RootBASIC语言，都是建立在BASIC语言基础上的。③开发一种新的通用语言加上机器人子程序库，如IBM公司开发的AML机器人语言。面向任务的机器人编程语言允许用户发出直接命令，以控制机器人去完成一个具体的任务，而不需要说明机器人需要采取的每一个动作到细节。如美国的RCCL机器人编程语言，就是利用C语言和一组C函数来控制机器人运动的任务级机器人语言。1.7机器人的应用机器人已在许多工业部门或服务部门获得广泛应用，机器人尤其适合在那些人类无法工作的环境中工作。它们可以比人类工作得更好并且成本更低。例如，因为焊接机器人能够更均匀、一致地运动，因此它可以比焊接工人焊得更好。此外，机器人无须焊接工人工作时使用的护目镜、防护服、通风设备及其他必要的防护措施。因此，只要焊接工作可以设置成由机器人自动操作而不再做其他改变，而且该焊接工作也不是太复杂，那么，由机器人来完成这类工6···试读结束···...

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