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···...

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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···...

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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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图书名称：《水下机器人控制技术》【作者】曾庆军编著【丛书名】“十三五”江苏省高等学校重点教材【页数】118【出版社】北京：机械工业出版社,2020.03【ISBN号】978-7-111-65150-5【分类】水下作业机器人-控制系统-高等学校-教材【参考文献】曾庆军编著.水下机器人控制技术.北京：机械工业出版社,2020.03.图书封面：图书目录：《水下机器人控制技术》内容提要：本书是为了使学生掌握水下机器人控制的基础知识，具备从事水下机器人应用和开发的基本技能而编写的。教材主要介绍两款水下机器人控制系统的设计与实现，全书共分为10章，内容涵盖水下机器人控制系统原理、组成、总体方案设计、控制系统硬件设计、控制系统软件设计、控制算法仿真、水下机器人湖试实验等，并利用MATLAB仿真软件实现相关控制技术的仿真和应用。《水下机器人控制技术》内容试读1章第绪论1.1水下机器人研究背景及意义地球提供了人类赖以生存的环境，长期以来，人类无节制地开采应用陆地上的自然资源，导致陆地资源短缺，因此人类急需开发新的自然资源。海洋面积约占地球总面积的2/3，它是人类生存和发展的巨大矿藏，在这广阔的海洋中蕴含着极其丰富的资源，对海洋的合理利用、开发必然会对人类社会的进一步发展起到巨大的推动作用。海洋蕴含着丰富的资源，是人类生存的第二空间，合理利用、开发和监测海洋资源对于人类社会的可持续发展将起到巨大的作用。水下机器人的出现为人类进行深海资源的研究与开发提供了强有力的工具。目前，人类在深海打捞、资源勘探、生物种群调查、深海基因获取等方面所取得的突破性进展均与水下机器人密切相关。水下机器人技术的发展对于海洋科学研究起到了巨大的推动作用。与此同时，水下机器人也常用于船坞码头、大坝等水下设备维护检查，海上救助打捞、近海搜索、海洋生物的观测等，为人类进一步探索海洋、对海洋资源开发与研究提供了巨大的帮助。海洋环境对船体及海洋钻井平台等有着巨大的危害，漆膜锈蚀、脱落会导致水下结构体的寿命下降，如图1-1所示。恶劣的海洋环境还会使其形成损伤，如果在早期阶段未能及时发现，就可能发展成为危险的事故，因此对于水下结构体的安全检测与维护是非常重要的。水下机器人使得水下检测变得更加安全、快捷，水下机器人代替人工作业，提高了安全系数，减少了人工成本。图1-1水下结构体漆膜锈蚀水下机器人控制技术水下机器人是一种可工作于水下或深海区域的机器人，它能够轻松下潜至水中帮助人们完成一定的工作任务，又被人们称为水下潜航器。如图1-2所示，世界多数的水下机器人可以分为3种：载人水下机器人(HumaOccuiedVehicle,HOV)、自主水下机器人[2(AutoomouUderwaterVehicle,.AUV)和遥控水下机器人3-)(RemotelyOeratedVehicle,ROV)。载人水下机器人能够乘载操控人员、科学家以及各种电子传感器装备等潜入深海科学考察人员可以在海洋中进行精准的勘探、考察及水下作业，但是由于人自身的生理原因，很难长时间在深海中工作，因此这限制了载人水下机器人的发展。AUV是一种不带有缆绳的水下机器人，因为在它本体内装有电池包，并且可以通过AUV本身的控制算法实现自身的运动控制，从而完成水下监测任务，AUV一般分为两种形式，即智能式和预编程式：由于没有足够的动力来源，所以AUV也不可以长期工作：AUV在深海中按照预编程的路径行驶，很难进行定点作业。ROV是一种带缆远程遥控水下机器人，它有一个操控台，工程人员可以通过操控台对水下机器人进行运动控制，通过脐带缆上传传感器信号以及下传控制信号，同时通过脐带缆向ROV本体传输动力，因此ROV不受动力源的影响，续航能力强，但是脐带缆的长度会限制ROV的活动范围。图1-2水下机器人分类a)HOV)AUVc)ROV随着对海洋的不断开发，水下机器人得到了越来越广泛的应用。控制系统的设计是水下机器人研究中一个至关重要的方面，稳定可靠的运动控制系统也是水下机器人完成预期任务和水下作业的前提和保证。水下机器人控制系统设计的好与坏直接影响到使命的成功与否。无论是水下结构检测还是水下作业，都需要水下机器人具有稳定、可靠、精确的运动控制能力。完善的运动控制系统能够使水下机器人具有完善的运动控制能力，能够通过传感器及其信息的处理，获取自身的运动状态和外部环境信息，能够协助上层智能规划系统做出合理的规划，选择合适的控制算法。2第1章绪1.2遥控水下机器人(R0V)国内外研究现状1.2.1R0V的研究现状国外对R0V的研制开始于20世纪50年代，最初水下机器人的雏形是将摄像机使用透明材料密封起来，送到海底，人们通过视觉来观测广阔而神秘的海洋，这是几个美国人制作的浮游式缆控水下机器人，此后人们开始了对水下机器人的研制及开发。一直到1960年，世界上第一台安全检测及作业型ROV一CURV1在美国问世6)，如图1-3所示，由于它在海底进行安全检测时找到一颗氢弹，因此声名大振，从此R0V得到了人们重视，技术也迅速发展起来。此后美国又在CURV1的研发基础上不断改进，从而产生了功能更加完善的ROV-CURV2和CURV3。目前，有上千个作业型水下机器人在运行，主要用于石油和天然气等矿产资源的开采，其作业深度可达1O000m以上。如美国生产的大型水下机器人SUPERSCORPIO、SUPERPHANTOM、TRITON等都成功地用于海上石油钻井平台设备的安装、检测、辅助及维护水下生产和常规作业。法国国家海洋开发中心与一家公司合作，共同建造“埃里特”声学遥控潜水器，该潜水器用于水下钻井机检查、油管铺设、锚缆加固等复杂作业。英国从20世纪90年代初开始，开展了用于海洋石油开发水下检测的ARM(自动远程操纵系统)的项目研究。ARM系统布于近海现场，用于检测Moile公司的BerylBravo平台8)。挪威开发的REMO是一种基于遥控潜水器的水下检测机器人，用于复杂钢管节点焊缝的清洁与检测。在小型ROV方面，图1-4所示的LBV200-4MiiROV是美国SeaBotix公司研制的水下机器人，该系统配备有2个纵向推进器，一个垂直推进器，一个横向推进器，采用无刷直流电动机作为驱动，速度可达3节，采用220V交流电供电，下潜深度可达150m,安全方面带有隔离输入、断路器、泄漏监视等功能。图1-3CURV1图1-4LBV200-4MiiR0V水下机器人产品越来越成系列化、模块化生产，例如SeaBotix公司生产的一种LB型多功能水下爬行机器人，就是一种双模的ROV,它除了可以在水中自由航行外，还可以在水3水下机器人控制技术底行驶。图1-5所示是水下机器人LBV300-5的实物图，它质量约为13kg,可以工作在300m水深，配备水下本体、综合控制箱、脐带缆、运输箱等，具有5个大推力无刷直流推进器，即前后方向安装2个、垂直方向2个、横向1个，最大速度可达到1.44m/,可以实现摄像、激光测距、机械手等功能。加拿大SeamorMarie公司研发的专用于水下勘察和轻量级作业的Seamor3O0系列ROV,是一种较先进的浅海水下机器人。以Seamor3.00F为例，如图1-6所示，其机身尺寸为355mm×472mm×355mm,重约23kg,最大下潜300m,最大速度为3km1o。英国科学家研制的“小贾森”ROV,采用计算机控制，潜水器与母船之间通过光纤进行联系)，如图1-7所示。图1-5LBV300-5R0V图1-6Seamor3.00F大型工作级水下机器人可用于海洋石油、天然气作业辅助支持、科学考察、打捞搜救等领域。图1-8所示是H2000型水下机器人，是大中型工作型R0V,是法国海军2000m水深进行沉船和失事飞机调查和打捞指定用的R0V。该R0V长2000mm,宽1240mm,高1150mm,总重量900kg,海水中负载80kg,有6路视频通道、1个7功能机械手和1个5功能机械手，可选液压工具2。图1-7“小贾森”R0V图1-8H2000R0V大型ROV还有一种是深海作业型水下机器人，可以在大水深和高危险环境中完成高强度、大负荷的工作，比如海底资源调查、海底地貌绘制、海底管道铺设等工作。伍兹霍尔海第1章绪洋研究所研制的JASONROV是一种双体结构的水下机器人，它由ROV本体和中继站两个部分组成)。第一代JASON型ROV于20世纪80年代投人使用，最大下潜深度6000m,在太平洋、大西洋海域完成几百次试验，一般作业时间可达20多小时。2000年新一代JAS0N水A.SON下机器人完成研制，图1-9所示的JASONⅡR0V,最大下潜深度达到6500m,各项性能指标更加优异，技术也更加先进，已经完成了大量的科研工作4。OceaOe是美国斯坦福大学的最新ROV图1-9JASONⅡROV项目之一。OceaOe水下本体包括上部和下部两部分，下部是实现高效水下运动的水下航行器，上部是具有两条人形机械臂的拟人化结构。0cea0e采用了许多最新的智能控制技术与方法。0ceaOe具有24个自由度和26个执行器，重量在200kg以内，体积和人体相等。搭载的视觉和触觉传感器使其具备智能的环境感知功能。丰富的用户界面使其具有优良的人机交互能力。OceaOe能够完成潜水员的常见操作，包括结构组装以及对样品、工件和其他不规则物体的精细处理。OceaOe的处女航是2016年在地中海对路易十四的LaLue沉船遗骸的水下考察，这次探险展示了机器人和人类在恶劣环境中执行严峻作业任务的协同合作，从而为人类在不适宜的环境中完成具有挑战性的作业任务提供了条件4。图1-l0描述了OceaOe的机械臂操作情景，用户和OceaOe水下本体的视觉、触觉和手臂动作都保持同步。板载计算机定制电池刚性浮体数据界面手腕压力补偿器图像界面推进器肩膀时前臂用户操纵图1-10OceaOe机械臂操作我国对水下机器人的研究要从20世纪六七十年代开始算起，那时我国还处于理论研究阶段，还达不到设计研制水平。到20世纪70年代末，中国科学院沈阳自动化研究所联合上海交通大学开始对水下机器人进行深入开发及设计，并共同设计研发了“海人一号”0V,如图1-11所示。“海人一号”水下机器人是我国完全自主研发的第一款ROV,标志着我国今后完全可以凭借自身知识进行水下机器人的独立研制，对我国机器人的设计与开发起到了推动作用。水下机器人在我国发展飞速，到2008年，我国研制了一款深海水下机器人一“海龙号”[16，如图1-12所示，它是上海交通大学水下工程研究所自主研发的3500m无人遥控潜水器(ROV),它主要用于深海安全观测和样品采取，这标志着我国ROV技术在性能和控水下机器人控制技术制方式上有了飞快的提升。2014年2月，“海马号”ROV研制成功)，并在我国南海进行海上测试，如图1-13所示，“海马号”是我国自主研制的第一台下潜深度高达4500m的水下机器人。我国863计划明确提出提高我国的自主创新能力，要重点发展前沿技术，“海马号”是海洋研究范畴的前沿科技，它的海上试验成功标志着我国掌握了深海机器人的技术前沿，同时为我国继续研发全海深机器人技术提供了科学基础。目前，我国有相当数量的水下机器人用于海洋钻井平台水下结构检修、水下大坝结构安图1-11“海人一号”ROV全检测以及水质安全检测等，如青岛罗博飞海洋技术有限公司的小型框架式水下机器人和大力金刚机器人、威海有限公司的金刚2号观测机器人等。460粥握温塘能业系捉图1-12“海龙号”R0V图1-13“海马号”R0V不同种类的ROV具有不同的作业能力，一台机器人不可能同时具备多种作业的能力。观测型ROV主要用于水下结构物的观测及水下环境数据的采集。目前国内外对小型观测机器人的研究也开始注重起来，因为小型水下机器人可以面向更多的客户，并且可以做更多的运动控制算法，如定横滚、抬艏等运动姿态。国内的深圳鳍源科技有限公司是一家专注水下机器人领域的公司，该公司于2017年推出了消费级水下拍摄机器人FiFih(飞行鱼)8)，如图1-14所示，主要针对水下高清拍摄的消费需求，FiFih水下机器人具有出色的外观设计。它的设计下潜深度为1O0m,操纵性好，在水下能够稳定地做姿态运动，实时采集图像信息，清晰度极高，让人仿佛置身于水下环境。此款产品广泛应用于水下摄像、海洋生物研究、私人娱乐、大坝结构物安全检测及水6···试读结束···...

2022-10-21

图书名称：《小机械师与机器人》【作者】（英）乔纳森·利顿文；（阿根廷）玛加利·曼西莱图；唐兰兰译【页数】23【出版社】北京：朝华出版社,2020.06【ISBN号】978-7-5054-4638-0【价格】19.80【分类】机械-儿童读物；机器人-制作-儿童读物【参考文献】（英）乔纳森·利顿文；（阿根廷）玛加利·曼西莱图；唐兰兰译.小机械师与机器人.北京：朝华出版社,2020.06.《小机械师与机器人》内容提要：《小机械师与机器人》是《我的第一套S.T.E.A.M.启蒙书》系列中的一册，适合4-7岁孩子的学习水平。故事讲的是：机器人罗比坏啦！在尤里卡老师的帮助下，苏西和麦克斯学习了电路，工具和电池方面的知识。他们学到的技术诀窍能拯救罗比吗这个S.T.E.A.M故事介绍了电力的概念，马达与工具。小读者将和麦克斯与苏西一道，发现技术的魅力。《小机械师与机器人》内容试读答案如果没有提示你就无法回答这些问使用工具：麦克斯把罗比的头拧回题，那么建议你再读一遍这个故事。原位，然后又用扳手把机器人的耳朵拧紧固定。解决问题：有两个马达是大的，还有这些工具是螺丝刀、锤子和扳手。两个是小的。苏西和麦克斯发现，大马达是驱动腿电力提供：苏西把电池放进罗比的部的，小马达是驱动手臂的。胸膛，然后打开了电源开关。图书在版编目(C丨P)数据我的第一套S.T.E.A.M.启蒙书小机械师与机器人小机械师与机器人/（英）乔纳森·利顿文；(阿根廷)玛加利·曼西莱图：唐兰兰译.-一北京：朝文字[英]乔纳森·利顿华出版社，2020.6插画[阿根廷]玛加利·曼西莱(我的第一套S.T.E.A.M.启蒙书)翻译唐兰兰ISBN978-7-5054-4638-0责任编辑赵星I,①小…Ⅱ.①乔…②玛·③唐…Ⅲ.①机械一特约编辑梁品逸儿童读物②机器人一制作一儿童读物V.①TH49责任印制张文东陆竞赢②TP242-49出版发行朝华出版社中国版本图书馆CIP数据核字(2020)第042302号社址北京市西城区百万庄大街24号邮政编码100037订购电话(010)6899605068413840著作权合同登记号01-2020-0750传真(010)88415258(发行部)ROBOTREPAIRS联系版权zhq@cig.org.c2018QuartoPulihiglc网址htt://zhc.cig.org.cSimlifiedChieetralatiocoyright2020yBloom印刷中华商务联合印刷（广东）有限公司PreCo.,Ltd.经销全国新华书店Allrightreerved.本889mm×1320mm1/24字数15千字本书简体中文版由TheQuartoGrou授权朝华出版社在中华人印张1民共和国境内（不包括香港、澳门特别行政区及台湾地区）出2020年6月第1版2020年6月第1次印刷版发行。装别平号1SBN978-7-5054-4638-0定价19.80元麦克斯和苏西正在帮忙打扫启迪老师的工作室。“嘿，苏西，看！”麦克斯说，“那是罗比，学校里的那个老式机器人！”II●@●Q●●QQQ●Q“他还能动吗？”苏西说，“盒子里有电池。我们放进去试试，好吗？2●Q●Q●Q●Q●Q●1088Q□麦克斯伸手去拿电池，但是…000我图图Q●Q●Q●Q●@●Q●Qe3这下惨了！8@麦克斯被扫帚绊了一跤，摔倒在地，把机器人罗比摔得四分五裂。4“哎呀！”苏西咯咯笑了起来，“你没事吧，麦克斯？”麦克斯坐了起来，身边都是机器人部件。到处散落着胳膊和腿，齿轮和轮子，弹簧和开关！000“我很好，”麦克斯笑着说，“我们现在需要的可不只是电池啦，苏西。”5···试读结束···...

2022-10-21 机械师2 机械师笔记本怎么样

图书名称：《工业机器人技术》【作者】荆学东【丛书名】创新应用型数字交互规划教材·机械工程【页数】244【出版社】上海：上海科学技术出版社,2018.06【ISBN号】978-7-5478-3892-1【价格】59【分类】工业机器人-教材【参考文献】荆学东.工业机器人技术.上海：上海科学技术出版社,2018.06.图书封面：图书目录：《工业机器人技术》内容提要：本书是面向工业机器人技术现场应用的教材，包括机器人技术基础知识和工业机器人技术应用两部分。基础知识包括第1-5章，内容涉及机器人的运动学、动力学、控制技术，以及机器人末端执行器设计，构成相对完整的工业机器人技术知识体系，是研究和应用机器人技术解决实际问题的基础。应用部分包括第6-10章，主要在工业机器人涉及的关键技术基础上，突出应用工业机器人技术解决工程实际问题的方法。本书邀请长期从事工业机器人应用开发的企业技术人员参与工程案例的撰写，指导学生应用总线技术以及PLC技术，将工业机器人与生产系统相集成，从而完成既定目标。教材力争做到入门内容浅显易懂，利用实例和实验将与工业机器人相关的知识点有机串联起来。本书依托增强现实（AR）技术，将视频等数字资源与纸质教材交互，为读者带来更丰富有效的阅读体验。本书还在出版社网站（www.t.c）“课件配套资源”栏目提供免费电子教学资源，供读者参考。本书可作为高等院校机器人技术相关专业的本科生和研究生教材，也可为学习和掌握工业机器人技术及应用的工程技术人员提供参考。《工业机器人技术》内容试读第1章绪论⊙学习成果达成要求学生应达成的能力要求包括：1,了解工业机器人的概念，了解机器人的结构组成、分类及关键技术。2.熟悉工业机器人的关健技术指标。3.了解工业机器人编程语言的作用和工业机器人的主要应用领域。4.熟悉应用机器人解决工程问题面临的基本任务。机器人的出现，既是科幻作家梦想的实现，也是科学家和工程技术人员的执着追求、灵感和智慧的结晶，揭示了技术“服务于人类”，同时也在“向人类学习”的过程中不断进步这一客观规律。最初的机器人外形上更像“机器”，动作比较“机械”，而当今的机器人在外形和功能上越来越接近“人”。这是机器人技术发展的脉络。机器人首先是机器，离不开运动和控制，因而，机器人技术离不开伺服驱动和控制技术的支撑，也伴随着不同时期新技术的发展而发展，特别是计算机技术和信息技术对机器人向智能化发展起到了关键作用。机器人技术不是一种单一的技术，它涉及机械工程、电气工程、计算机科学与工程学科以及高等数学、工程数学和工程力学等。在研究和应用工业机器人技术解决工程问题时，掌握这些学科的基础知识是需要的。1.1工业机器人简介按照国际标准化组织(ISO)的定义：机器人是一种具有多功能、可编程的操作机，用于搬运材料、零件和工具等：或者是为了执行不同的任务而具有运动可改变或可编程（控制）的专门系统。机器人按照用途可以分为工业机器人和服务机器人两大类。工业机器人是面向工业生产领域的机器人，主要指机械手。本质上工业机器人是一种安装有记忆装置和末端执行装置，能够完成各种运动来代替人类劳动的通用机器。自1961年Uimatio公司生产出世界上第一台工业机器人以来，工业机器人的发展已有近60年的历史，其间主要经历了四个典型阶段：20世纪50一60年代，工业机器人萌芽阶段，液压伺服驱动技术日臻成熟；70一80年代，液压伺服驱动的工业机器人在汽车制造业开始批量应用；90年代至21世纪初，电气伺服驱动技术发展成熟，工业机器人应用快速增长；21世纪10年代，信息技术和网络技术引领机器人技术，工业机器人进入普及及智能化时代在上述过程中，先后有示教机器人、感觉机器人和智能机器人三代工业机器人出现。工业2·工业机器人技术机器人技术的发展和应用一直依赖于伺服驱动技术、伺服控制技术和传感器技术的发展。工业机器人发展从2轴到6轴、从重量级到轻量级，驱动方式从液压驱动到电机驱动，应用领域从汽车工业到其他行业，工业机器人新的功能和应用领域不断增加。目前有110多万台工业机器人在世界各地的工厂投入运行。机器人作为一种具有高度柔性的自动化设备，广泛应用于制造业的各个领域，它对提高生产线的柔性具有特别重要的意义。工业机器人及其自动化成套设备的拥有数量和水平是衡量一个国家制造业综合实力的重要标志之一。目前工业机器人的产业链也日臻完善。产业链的上游是机器人制造商，下游是机器人系统集成商。然而只有机器人本身是无法完成任何具体工作的，需要将机器人与外围设备集成之后才能为终端客户所用。系统集成商为终端客户提供解决方案，负责工业机器人的系统集成和应用软件开发。在我国，机器人系统集成商一般购买商用机器人整机，然后根据不同行业或客户的需求，制订出符合生产需求的整体解决方案。1.2工业机器人的组成、分类及关键技术1.2.1工业机器人的组成工业机器人一般由控制柜，机器人本体、示教盘和编程器组成。机器人本体是机器人机械系统的总称，它包括机体结构和机械传动系统，一般包括传动部件、机身及行走机构、臂部、腕部和手部五个部分典型的工业机器人本体具体结构如图1-1所示。/4、510913、141817/16.2012112、31921、22.23图1-1工业机器人本体结构1一腰部伺服电机（轴1）：2一肩部同服电机（轴2）：3一支撑轴承：4一肘部同服电机（轴3）：5一支撑轴承（轴3）：6一腰部减速器（一般为RV诚速器）：7一肩部减速器（一般为RV减速器）：8一肘部减速器（一般为RV减速器）：9一手腕轴4同服电机总成：10一手腕轴5同服电机总成：11一手腕轴6伺服电机总成：12一手腕轴4减速器（一般为谐波减速器）：13一手腕轴5旋转接头总成：14一手腕轴6旋转接头总成：15一手腕传动带组：16一阀组总成：17一手腕1/O接口：18一手腕总线接口：19一电缆组：20一仪表盒；21一旋转变压器数字转换器(RIDC):22—1/0模块：23一接线端子第1章绪论·31.2.2工业机器人的分类工业机器人按坐标形式分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人和关节机器人，如图1-2所示(a)直角坐标机器人()圆柱坐标机器人()球坐标机器人(d)关节机器人图1-2工业机器人的坐标形式不同坐标形式工业机器人的特点及应用见表1一-1。表1-1不同坐标形式工业机器人的特点及应用坐标作业空间惯性定位定向结构应用形式特点及应用范围大小形状精度特征特点情况机器人末端宜做直线运动，适用于直角坐标较小立方体较大容易控制好简单较多长方体形作业空间机器人末端易做圆弧形轨迹运动，适圆柱坐标较大空间柱体较大容易控制较好较简单较多用于圆弧形及圆柱体作业空间，能改变工件一个轴向的方位，不宜做直线运动能改变工件两个轴向的方位，适用球坐标扇形截面旋转体较小不易控制差较复杂较少于扇形截面的回转体作业空间，不宜做直线运动臂能折叠，并传送工件到任意方关节型大球体较小不易控制差复杂较多向，宜做复杂动作，能改变工件三个轴向的方位能扩大作业范围，并具有相关运动复合坐标柱体较大不易控制较复杂较少坐标形式的部分特点，适用于多工位的移动式作业·工业机器人技术工业机器人按照几何结构特点可分为串联机器人和并联机器人。串联机器人(erialroot)是一种具有开式运动链的机器人，机器人的各个连杆通过转动关节或移动关节按照一定的顺序依次连接，形成一条开链，如图1-1所示。并联机器人(arallelroot)是指机器人的末端执行器（动平台）和基座（定平台）之间通过两个或两个以上完全相同的独立的运动链相连接，以并联方式驱动的一种具有闭链机构的机器人。与串联机器人相比，并联机器人有以下特点：①机器人刚度大，结构稳定：②承载能力强：③微动精度高；④在位置求解上，并联机器人反解容易，但正解困难，串联机器人则相反，其正解容易，反解困难基于上述特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域得到了广泛应用机器人中常用驱动方式的特点见表1-2表1-2不同驱动方式的特点对比驱动方式比较内容电机驱动气压驱动液压驱动伺服电机驱动步进电机驱动输出力输出力较小，过载能输出力较小，一般无气体压力小，输出液压压力大，可获力强过载能力力较小得较大的输出力速度快，冲击大油液不可压缩，流定位准确，但精度没精确定位难，气体困控制控制性能好，可精确量易精确控制，可实有伺服电机高；低频控性能定位，但控制系统复杂缩性大，阻尼效果现无级调速，可实现制性能差差，位移和速度不易控制连续轨迹控制体积体积较小体积小体积较大在输出力相同的条件下体积小维修方便，能在高维护维修使用较复杂相对于伺服电机维修方便，液体对维修温、粉尘等恶劣环境简单温度变化敏感，油液中使用，泄漏影响小泄漏影响大，易着火中小型专用，通用可实现复杂运动轨可实现复杂运动轨应用迹控制的中小型通用中小型专用，通用范围迹控制的中小型通用机械手也有应用，重机械手控制机械手也有应用机械手的开环控制型机械手多为液压驱动成本成本较高成本高，相对伺服电结构简单，气源供液压元件成本较机低给方便，成本低高，油路系统复杂1.2.3工业机器人的关键技术工业机器人有四大关键技术，包括机器人用减速器技术、多轴伺服控制技术、伺服电机及其驱动技术和传感器技术。1)机器人用减速器技术机器人的关节一般采用电机驱动，腰部以上的电机分别安装在肩部、肘部和腕部，它们的第1章绪论·5重量影响末端执行器的有效负载和运动速度大小。目前每个关节的驱动电机由于受到尺寸和重量的约束，难以输出能满足负载所需的力和力矩。为此，需要通过减速器降低输出速度而增大输出力或力矩。目前应用于工业机器人领域的减速器主要有RV(rot-vector)减速器和谐波减速器RV减速器采用两级减速，如图1-3所示，具有传动比大、传动效率高、运动精度高、回差小、振动低、疲劳强度大和刚度大以及工作寿命长等优点，故一般用于机器人大臂、肘部和肩部的传动，以承受较大负载外壳针轮输人轴RV齿轮输出直齿轮轴曲轴第二级减速第一级诚迪(摆线齿轮)(直齿轮)图1-3RV减速器谐波减速器由固定的内齿刚轮、柔轮和使柔轮发生径向变形的波发生器组成，具有结构简单、体积小、重量轻、传动比范围大、承载能力强、运动平稳、传动效率高等优点，一般用于机器人的小臂、腕部和手部的传动，如图1一4所示。波发生器图1-4谐波减速器目前市场上主流的工业机器人用减速器主要包括帝人减速器(Nateco)、住友减速器(Sumitomo)、HlarmoicDrive谐波减速器、利罗尔西(Roi)减速器、Dyaox减速器和SEW减速器等2)多轴伺服控制技术机器人的伺服系统包括伺服控制器、伺服电机驱动器和伺服电机，如图1-5所示。6·工业机器人技术电源伺服驱动器指今位置接CNIA接触器接CNIB中继端子。接CNL11@@@@@L21-接上电机驱动电缆编码器电缆图1-5伺服控制系统组成机器人作业前需要进行运动规划，即根据作业对象的要求，确定机器人末端执行器的运动轨迹和姿态变化。该运动轨迹和姿态变化要分解成机器人每个关节的运动。机器人末端的运动轨迹一般需要多个关节轴联动才能实现。所谓联动，是指机器人各个坐标轴之间的位移、速度和加速度保持严格的定量关系。因而，如何保证相关的关节联动，且保证多关节的合成运动精度，是机器人控制的核心问题。市场上主流品牌的工业机器人都使用专用的多轴伺服控制器，这是机器人核心技术之一。3)伺服电机及其驱动技术伺服电机不仅能实现位置精确控制，而且可以实现速度和加速度精确控制。伺服电机转子的角位移和转速受输入信号控制，并能快速反应，且具有时间常数小、线性度高等特点。同服电机分为直流和交流伺服电机两大类。机器人用伺服电机要求功率变化率[电机连续（额定)力矩和转子转动惯量之比]及惯量体积比大。伺服系统除了可以进行位置控制外，还可以进行转矩控制。对于工业机器人关节驱动电机，要求其最大功率质量比和扭矩惯量比大，启动转矩大，电机惯量小，调速范围宽，调速平滑等。从腰部到腕部，机器人所使用的伺服电机差异较大，对于腕部驱动电机，应采用体积小、质量尽可能小的电机，要求响应速度快；而腰部和肩部电机，则要求输出力矩大、响应速度快。机器人用伺服电机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力，这是伺服电···试读结束···...

2022-10-21 工业机器人技术主要学什么 工业机器人技术专业就业前景

图书名称：《工业机器人技术基础》【作者】姚屏编著【页数】215【出版社】北京：机械工业出版社,2020.08【ISBN号】978-7-111-65964-8【价格】49.80【分类】工业机器人【参考文献】姚屏编著.工业机器人技术基础.北京：机械工业出版社,2020.08.图书封面：图书目录：《工业机器人技术基础》内容提要：本书系统介绍了工业机器人的基础理论、关键技术，主要内容包括工业机器人的机械结构、工业机器人运动学和动力学，工业机器人的传感系统、工业机器人的控制系统、典型工业机器人的操作与编程、工业机器人的离线编程与仿真、工业机器人的典型行业应用。为提升读者的机器人操作应用水平，本书还介绍了ABB、广州数控等典型机器人的编程操作基础、常见离线编程仿真系统，同时以焊接工作站、喷涂工作站等为典型实例，详细说明了不同机器人工作站的设计方法与应用准则。本书还配有教学课件、操作视频、思维导图、练习题等教学资源。本书内容系统全面、选材典型、案例丰富、深入浅出、可读性强，可作为本科和高职院校机器人、智能制造及相关专业的教学用书，也可供从事工业机器人研究、开发及应用的科研工作者和工程技术人员参考。本书还配备有精美的教学课件、视频、思维导图、习题库、教学大纲、进度表等各类教学资源供教师使用，非常适合职业学校、高等院校相关专业作为教材使用。《工业机器人技术基础》内容试读第章工业机器人概述1.1工业机器人的发展史和定义本节导入近年来，随着劳动力成本不断上涨，工业领域“机器换人”现象普遍，工业机器人市场与产业也因此逐浙发展起来。工业机器人是机器人中的一种，它们多用于工业生产。那么，世界上第一台机器人是谁？它诞生于哪一年？机器人经历多少年的发展才到现在的程度？工业机器人又是如何定义的？1.1.1工业机器人的发展史机器人的英文名字root(罗伯特)源于捷克语roota,意思是劳役、苦工。这个词第一次出现是在捷克剧作家卡▣▣本节思维导图微课视频尔·查别克的作品《罗萨姆的万能机器人》（见图1-1）中，后来变得家喻户晓。起初，人们印象中的机器人并非现实的东西，要么出现在科幻文学作品中，要么出现在玩具商店中。图11《罗萨姆的万能机器人》副照20世纪50年代，约瑟夫·恩格尔伯格（美）与他的合作伙伴乔治·德沃尔（美）（见图1-2)设计发明出世界上第一台工业机器人Uimate(尤尼梅特)（见图1-3），意思为万能工业机器人技术基础自动机。它是一台用于压铸的5轴液压驱动机器人，手臂的控制由一台计算机完成，能够记忆完成180个工作步骤。作为世界上第一台工业机器人的设计者和第一家机器人企业的联合开创者，约瑟夫·恩格尔伯格也从此被称为“机器人之父”图1-2Uimatio公司创始人乔治·德沃尔图1-3Uimate投入到通用汽车公司(GM)(右)与约瑟夫·恩格尔伯格（左）的一条汽车装配生产线工作1962年，美国机械与铸造公司(AMF)试制出Veratra(沃萨特兰)工业机器人，意思为多用途搬运机器人，如图1-4所示。它主要用于机器之间的物料运输。它的手臂可以绕底座回转，沿垂直方向升降，也可以沿半径方向伸缩。在工业机器人问世的最初十年，机器人技术的发展较为缓慢，主要停留在大学和研究所的实验室里。虽然在这一阶段也取得了一些研究成果，但没有形成生产力且应用较少，代表性的机器人就是上文提到的美国Uimatio公司的Uimate机器人和美国AFM公司的Veratra机器人。20世纪70年代，随着人工智能、自动控制理论、电子计算机等技术的发展，机器人技术进入了一个新的发展阶段，机器人进人工业生产的图1,4工程师在检查Veratra工业机器人实用化时代，最具代表性的机器人是美国Uima-tio公司的PUMA系列工业机器人和日本山梨大学牧野洋研制的SCARA机器人1973年，第一台机电驱动的6轴机器人面世。德国KUKA(库卡)公司将其使用的Uimate机器人改造成一种新型的机器人，命名为Famulu(见图1-5)，这是世界上第一台机电驱动的6轴机器人。1974年，瑞典通用电机公司(ASEA,ABB公司的前身)开发出世界上第一台全电力驱动的工业机器人IRB6。IRB6采用仿人化设计，其手臂动作模仿人类的手臂。l978年，美国Uimatio公司推出通用工业机器人(ProgrammaleUiveralMachiefor第1章工业机器人概述Aemly,PUMA),应用于通用汽车装配线，这标志着工业机器人技术已经成熟。PUMA机器人如图1-6所示。PUMA至今仍然工作在工厂第一线，不仅如此，有些大学还用PUMA系列的工业机器人作为教具。图1-5Famulu机器人图16PUMA机器人1978年，日本山梨大学的牧野洋发明了SCARA(SelectiveComliaceAemlyRootArm),意为选择顺应性装配机器手臂。它具有四个轴和四个运动自由度(包括沿X、Y、Z轴方向的平移和绕Z轴的旋转自由度)，是世界上第一台SCARA工业机器人，如图1-7所示。20世纪80年代，机器人开始在汽车、电子等行业中大量使用，从而推动了机器人产业的发展。机器人的研究开发，无论水平和规模都得到迅速发展，工业机器人进人普及时代。然而，到了20世纪80年代后期，由于工业机器人的应用没有得到充分挖掘，不少机器人厂家倒闭，机器人的研究跌入低谷。图1-7SCARA工业机器人20世纪90年代中后期，机器人产业出现复苏，世界上机器人的数量以较大增长率逐年增加，并以较好的发展势头进入21世纪。近年来，机器人产业发展迅猛。▣好美国是最早研发机器人的国家，也是机器人应用最广泛的国家之扫码了解最新全球一。近年来，美国为了强化其产业在全球的市场份额以及保护美国国内机器人发展情况制造业持续增长的趋势，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划，增加机器人科研经费，把机器人看成美国再次工业化的象征，迅速发展机器人产业。美国机器人发展道路虽然有些曲折，但是其在性能可靠性、机器人语言、智能技术等方面一直处于领先水平。日本的机器人产业虽然发展晚于美国，但是日本善于引进和消化国内外的先进技术，自1967年日本川崎重工率先从美国引进工业机器人技术后，日本政府在技术、政策和经济上3工业机器人技术基础都采取措施加以扶持，日本的工业机器人迅速走出了试验应用阶段，并进人到成熟产品大量应用的阶段，20世纪80年代成立了日本机器人协会，在汽车与电子等行业大量使用机器人，实现工业机器人的普及。如今，无论机器人的数量还是机器人的密度、日本都位居世界第一，有“机器人王国”之称。德国引进机器人的时间比较晚，但是由于战争导致劳动力短缺以及国民的技术水平比较高等因素，促进了其工业机器人的快速发展。20世纪70年代德国就开始了“机器换人”的过程。同时，德国政府通过长期资助和产学研结合扶植了一批机器人产业和人才梯队，如德系机器人厂商KUKA机器人公司。随着德国工业迈向以智能生产为代表的“工业4.0”时代，德国企业对工业机器人的需求将继续增加。目前，德国工业机器人的总数位居世界第位，仅次于日本法国政府一直比较重视机器人技术，通过大力支持一系列研究计划，建立了一套完整的科学技术体系，使法国机器人发展比较顺利。在政府组织项目中，特别注重机器人基础技术方面的研究，把重点放在开展机器人基础研究上，应用和开发方面的工作则由工业界支持开展。两者相辅相成，使机器人在法国企业界得以迅速发展和普及，从而使法国在国际工业机器人界拥有不可或缺的一席之地。英国从20世纪70年代末开始，推行并实施了一系列支持机器人发展的政策，使英国工业机器人起步比当今的机器人大国日本还要早，并取得了早期的辉煌。然而，这时候政府对工业机器人实行了限制发展的错误措施，导致英国的机器人工业一蹶不振，在西欧几乎处于末位。近些年，意大利、瑞典、西班牙、芬兰、丹麦等国家由于国内对机器人的大量需求，机器人产业发展也非常迅速。我国工业机器人的起步比较晚，开始于20世纪70年代，大体可以分为四个阶段，即理论研究阶段、样机研发阶段、示范应用阶段和产业化阶段。理论研究阶段开始于20世纪70年代。这一阶段主要由高校对机器人基础理论进行研究，在机器人机构学、运动学、动力学、控制理论等方面均取得了可喜的进展。样机研发阶段开始于20世纪80年代中期，随着工业机器人在发达国家的大量使用和普及，我国工业机器人的研究得到政府的重视与支持机器人步入了跨越式发展时期。20世纪90年代是我国工业机器人示范应用阶段。为了促进高技术发展与国民经济发展的密切衔接，国家确定了特种机器人与工业机器人及其应用工程并重、以应用带动关键技术和基础研究的发展方针。这一阶段共研制出7种工业机器人系列产品，并实施了100余项机器人应用工程。同时，为了促进国产机器人的产业化，到20世纪90年代末期共建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地。进入21世纪，我国工业机器人进入了产业化阶段。在这一阶段涌现出以新松机器人为代表的多家从事工业机器人生产的企业，自主研制了多种工业机器人系列，并成功应用于汽车点焊、货物搬运等工作。经过40多年的发展，我国在工业机器人基础技术和工程应用上取得了快速发展，奠定了独立自主发展机器人产业的基础。在外企纷纷通过合资企业使得自己更加适合我国市场生态的同时，国内企业也在纷纷抢滩。我国机器人也出现了不少自主和合资品牌，如沈阳新松、广州数控、南京埃斯顿、安徽埃夫特、安川首钢等。机器人技术的发展，一方面表现在机器人应用领域的扩大和机器扫码了解最新我国机人种类的增多，另一方面表现在机器人的督能化趋势。进入21世纪器人市场结构与应用第1章工业机器人概选以来，各个国家在机器人的智能化和拟人机器人上投入了大量的人力和财力。新一代工业机器人正在向智能化、柔性化、网络化、人性化和编程图形化方向发展。1.1.2工业机器人的定义如图1-8所示，工业机器人多种多样，不仅仅是用途多样、驱动方式多样，还有智能化程度不同、控制方式多样等。那么，如何定义工业机器人？图18多种多样的工业机器人至今为止，国际上还没有工业机器人的统一定义。如果要给工业机器人下一个合适的并为人们普遍接受的定义是困难的。专家们会采用不同的方法来定义这个术语。为了制订技术标准、开发机器人新的工作能力，比较不同国家和公司的产品，就需要对工业机器人这一术语有某些共同的理解。现在，虽然对工业机器人还没有统一的定义，但是各国有自己的定义。关于机器人的定义，国际上主要有如下几种。(1)英国《简明牛津词典》的定义工业机器人是“貌似人的自动机，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。这是理想的机器人。(2)美国机器人协会(A)的定义工业机器人是“一种用于移动各种材料、零件工具或专用装置，通过可编程序的动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能机械”。尽管这一定义较实用，但并不全面。(3)日本工业机器人协会(JRA)的定义工业机器人是“一种具有记忆装置和末端执行器，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”。(4)美国国家标准局(、BS)的定义工业机器人是“一种能够进行编程并在自动控工业机器人技术基础制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。这也是一种比较广义的工业机器人定义。(5)国际标准组织(S0)的定义工业机器人是“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的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”。显然，这一定义与美国机器人协会的定义相似。而S08373对工业机器人给出了更具体的解释：“机器人具备自动控制及可再编程序、多用途功能，机器人操作机具有三个或三个以上可编程序的轴，在工业自动化应用中，机器人的底座可固定也可移动。”(6)我国对工业机器人的定义《中国大百科全书》对工业机器人的定义为：“能灵活地完成特定的操作和运动任务，并可再编程序的多功能操作器。”对机械手的定义为：“一种模拟人手操作的自动机械，它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。”我国科学家对工业机器人的定义是：“工业机器人是一种自动化的机器，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。”由于机器人一直在随科技的进步而发展出新的功能，因此工业机器人的定义还是一个未确定的问题，目前国际上大都遵循IS0所下的定义。由以上定义不难发现，工业机器人具有四个显著特点：1)具有特定的机械机构，其动作具有类似于人或其他生物的某些器官（肢体、感受等)的功能2)具有通用性，可完成多种工作、任务，可灵活改变动作程序3)具有不同程度的智能，如记亿、感知、推理、决策、学习等4)具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖人的干预1.2工业机器人的分本节导入工业机器人的分类方法很多，本节分别按机器人的坐标特性、控制方式、拓扑结构、智能程度、驱动方式和应用领域分类。1.2.1按工业机器人的坐标特性分类工业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性是用其坐标特性来描述的。根据坐标特性的不同，工业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。本节思维导图▣▣扫码观看扫码观看扫码观看扫码观看相关动画相关动画相关动画相关动画···试读结束···...

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图书名称：《智能机器人》【作者】王亚平编著【丛书名】前沿科技早知道普及读本【页数】138【出版社】天津：天津科学技术出版社,2018.12【ISBN号】978-7-5576-5843-4【分类】智能机器人-普及读物【参考文献】王亚平编著.智能机器人.天津：天津科学技术出版社,2018.12.图书封面：图书目录：《智能机器人》内容提要：本书介绍了人工智能各个领域的技术，研究它们之间的关系。现代智能机器人基本能按人的指令完成各种比较复杂的工作，可以在有害环境中代替人从事危险工作，如深海探测、作战、搜集情报、抢险、服务等工作，模拟完成人类不能或不愿完成的任务，不仅能自主完成工作，而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务，在不同领域有着广泛的应用。本书介绍了智能机器人的分类、现状和未来展望，智能机器人的应用领域，国内外仿人机器人、工业机器人和军用机器人的发展概况，是一本难得的了解当今智能机器人全面发展的参考用书。《智能机器人》内容试读第一章认识智能机器人玲《《第一章》认识智能机器人第一节机器人的概述所谓机器人，并不是一定具有类似人类的形状和结构，而是一种工具。其实机器人这个名字是作家罗伯特首创的，英文就是root,.意为奴隶，即人类的仆人，所以我们更适合把机器人理解为一种帮助人类进行生产的高级工具。联合国下属的国际标准化组织对于机器人进行了如下的定义：“机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业、可编程操作的，能够实现自动化作业的生产服务机械。”中国的科学家们对于机器人所给出的定义为：“机器人是一种自动化的机器，和其他人类所使用的机器不同的是，通过现代发达的科学技术，机器人这种高级工具已经可以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，是一种帮助人类进行生产生活及各种作业的具有高度灵活性的自动化机器。”“福娃”机器人智能机器人》人类利用机器人这种高级工具已经有着很长的历史。早在中国西周时期，工匠偃师所创造的能唱歌的人偶，经过漫长的历史时期，一直发展到现在像北京奥运会时所使用的“福娃”机器人，这种高科技条件下所创造的多种多样的先进机器人，从三国时期需要人类操纵的木牛流马，到现在可以在工业生产流水线中自主、准确、快速地完成生产作业的工业生产机器人。这些从古到今，从简单到复杂，从人力驱动到自主驱动的机器人，其实都是人类科技发展的结果。如果没有人类科技的发展，就没有现在我们所看到的多种多样的机器人世界。机器人是人类智慧的高度结晶。现代社会中的机器人不仅仅是依靠一门科技就能够被创造出来的，而是将人类科学之中的（比如控制论、机械学、电子信息学、材料学、仿生学等)很多学科整合在一起，并且在这些复杂学科之间进行高度协调和有机统一，才能够被创造出来的。作为这些人类先进科技的结晶，机器人不仅仅能够根据人类预先所编好的程序进行作业，而且还能随时接受人类的指令来进行人类所要求其进行的作业，甚至目前人类所制造出的最高级的机器人，可以通过感知周围环境变化和任务进程来独立进行作业任务的判断。工业生产机器人人类之所以花费如此大的心血来创造发展机器人，最重要的是要利用它们来做到人类做不到的事情，比如，人类无法力拔千斤。但是所制造的机器人却能做到“力拔山兮气盖世”；人类也无法在枪林弹雨之中生存，但是所制造出来的机器人却能够“刀枪不入”；人类无法进入那最深的海沟，但是所制造出来的机器人却可以“踏平江湖如履平地”。●2第一章认识智能机器人《与人类早期所盼望的能够代替自己进行生产活动的愿望相比较而言，现代社会机器人的技术发展早就已经超越了人类原先最为乐观的期望，现在的机器人不仅仅可以取代人们进行很多生产劳动，而且还能代替人们进行那些对于人类而言极具危害性的工作。目前。机器人在人类社会的工业生产、医药制造、农业种植、建筑业、军事战争等很多领域内都发挥着越来越重要的作用。前面已经有所叙述，人类创造、制造以及使用机器人需要把很多的学科融合到一起，那么即使把这些学科成果融合到了一起，机器人也不过是同一个大型机器一样，那么人们究竟怎么解决让机器人从“笨”到“聪明”的转变呢？这就在制造机器人的过程中需要一项关键性的技术一人工智能。智能，通俗地讲，就是生物所具有的智慧。具体来说，智能中的“智”就是“智慧”，是指从感觉到记忆以及进行思维这一过程；而智能中的“能”是指“能力”，也就是将行为的表达过程称为能力，当一种生物具有智慧和这种能力的时候，我们就称其具有智能。我们知道，机械等无生命物质是绝对不会拥有天生的智能的。但是，对于机器人这种无生命的机器工具来说，要想其能够更好地为人类服务，就必须使其具有智能，而人类使用科学技术让机器人这种无生命的机械具有的智能，就叫作人工智能。机器人正是借助于人工智能的发明和利用，才能实现从“笨”到“聪明”的重要转变。智能服务型机器人(3月智能机器人》现在所谓的人工智能，是在20世纪50年代才被科学家们所提出来的，是人类社会一个新兴的科学学科。在当时的科技条件下，人工智能主要应用于电子计算机的研究和发展。但是，随着机器人科技的不断前进，人工智能在机器人领域也发挥出了重要的作用，甚至我们可以说，人工智能给机器人的发展和制造带来了革命性的进步。具体来说，所谓人工智能，是指研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。在当今社会中，利用人工智能来研发和制作机器人，已经成为一个主流方向，日本科学家通过先进的处理芯片所制作的智能服务型机器人的智力，可以达到人类5岁小孩的平均智力水平。这种由人类所创造出的智能不是人类的智能，更不会超过人类的智能，其虽然具有智能，但是和人类智能还有着巨大的差距。首先，就意识来讲，人工智能纯属人类所制造的一种无意识的机械的物理过程，而人类以及生物智能主要是靠着生理和心理的过程，具有主观能动性，而人工智能就不会有这种主观能动性，更不会有这种主观能动性所带来的创造力。其次，马克思曾经说过，人是一切社会关系的总和，人类的智能都是具有社会性的，但是人工智能就没有也永远不会具有社会性。最后，不论人工智能将会有怎样的发展，在人类智能和人工智能两者之间总是人脑的思维在前，电脑的功能在后对于机器人这种特定的高级生产工具来说，没有人就没有机器人的诞生。我们也可以说，在现代大规模的工业化生产中，如果没有了机器人，那么人类就将变为机器。但是，有了机器人，人类仍然是人类，永远都会是机器人的主人。现代科学界对于机器人普遍分为两大类，即通过应用范围的不同将其分为工业机器人和特种机器人这两大类。第一章认识智能机器人沙《工业机器人所谓工业机器人，就是经常呈现手臂状的机械手，现在，在全世界的工业生产领域已经得到了巨大的应用。而特种机器人指的是像服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人等用于非工业制造业的各种机器人。值得一提的是，随着科学技术和人类生活水平的不断提高，越来越多的领域开始应用特种机器人来为人类进行服务。在目前机器人研究界，像以军事机器人、服务机器人等为代表的那些被广泛应用的特种机器人，得到了快速的发展，其分支发展极为迅速，已经有了成为独立体系的发展前景。另外，把机器人分为特种机器人和工业机器人的分类方法，也是根据这两种机器人制造环境和制造工艺的不同进行分类的。特种机器人人类自从诞生的那一天就开始了生产，从而维持自己的生存以及发展，人类生5智能机器人》》产的方式从起初刀耕火种式的生产到近代利用大规模机器机械进行工业化的生产，这是人类进步的体现，同时也是人类社会发展的必然。在人类生产发展的历史演变之中，尤其是进入现代大规模的工业化生产之后，各行各业乃至同行业中不同工作状态的分工也开始越来越明细。人类进入20世纪初期，就开始了流水线作业，有的人工作一天只负责拧流水线中一批产品的一个螺栓，有的人一天内只负责一直接一个个小线头。这种极为枯燥和机械的劳动生产使人类感觉到自身在不断地异化，长期重复一个动作使得人类的职业病也不断增加，于是人类极为迫切地希望寻找，或者创造出一种生产工具来代替自己。这种源于人类对于高效先进生产工具的追求和渴望，就是现代高科技下机器人产生的最直接的动力。因此，人们就研制出机器人，用以代替人们去完成那些单调、枯燥或是危险的工作。此外，出乎人类意料的是，大规模使用先进机器人作为生产工具不仅仅极大地提高了生产效率并且解放了人类，更重要的是人类对于机器人在生产中的使用还直接推动了一个国家的工业乃至整个科技的快速发展日本的工业机器人比如，当今世界第一机器人强国日本，其能从20世纪70年代开始大规模深入研究利用机器人，并且能在20年内超越美国和欧洲等科技大国的原因是多方面的，比○6···试读结束···...

2022-10-21