图书名称：《工业机器人技术应用》【作者】邓三鹏许怡赦吕世霞主编【丛书名】智能制造领域高级应用型人才培养系列教材【页数】252【出版社】北京：机械工业出版社,2020.04【ISBN号】978-7-111-65290-8【分类】工业机器人-高等学校-教材【参考文献】邓三鹏许怡赦吕世霞主编.工业机器人技术应用.北京：机械工业出版社,2020.04.图书封面：图书目录：《工业机器人技术应用》内容提要：本书由长期从事工业机器人技术教学的一线教师依据其在工业机器人教学、科研、技能鉴定和竞赛方面的丰富经验编撰而成。结合全国职业院校技能大赛“工业机器人技术应用”赛项任务，基于竞赛平台从码垛机器人编程与调试、AGV编程与调试、智能视觉系统编程与调试、自动流水线编程与调试、六轴工业机器人编程与调试、工业机器人系统集成编程与调试六个项目进行讲述，按照“项目导入、任务驱动”的理念精选教学内容，内容系统、综合、实操性强，每个项目均含有典型案例的讲解，兼顾自动化成套装备中工业机器人应用的实际情况和发展趋势。编写中力求做到“理论先进，内容实用、操作性强”，突出实践能力和创新素质的培养，是一本从理论到实践，再从实践到理论全面介绍工业机器人系统技术应用的书。本书可作为高等院校工业机器人相关专业、机电类、自动化类、机械制造类专业用教材；也可作为工业机器人技术的培训教材；还可作为从事工业机器人操作、编程、设计和维修等工程技术人员的参考书。《工业机器人技术应用》内容试读项目一码垛机器人的编程与调试学习目标1.掌握码垛机器人立体仓库系统的基本知识。2.能正确连接立体仓库与码垛机器人的机械电气系统。3.能按照要求进行立体仓库与码垛机器人的编程与调试。工作任务一、任务描述编写立体仓库系统调试程序，能够实现立体仓库的基本运动和状态显示，包括手动控制码垛机器人每一个运动轴、码垛机器人复位功能、码垛机器人停止功能，显示码垛机器人各个轴的限位、定位和原点传感器状态，显示立体仓库中有无托盘信息。码垛机器人具有出库和人库两种模式：出库模式：码垛机器人从指定库位取出托盘并放置于自动引导运输车(AutomatedGuidedVehicle,AGV)上部输送线上。入库模式：码垛机器人能从AGV上部输送线上取回托盘并送入指定的立体仓库仓位。立体仓库码垛机器人调试界面如图1-1所示。设备状器○特机●上电●复位中起点位置：+0行+0终点位置：+0+0列●复位完成@运行复位启动停止当前位置手动命令+0行+0列1轴前进2轴上升3轴外伸模式选择联机模式出库横式入库横式门手动横式1轴后遇2轴下降3轴里伸仓库状速1/0状态马经机器人复位●急停3轴正限位上电3轴负限位○1轴正限位3轴原点1机器人自动1轴负限位货叉工件1轴定位13轴原点31轴定位2三色灯红机器人停止1轴定位3三色灯黄2轴正限位三色灯绿2轴负限位超限解除V到达码托器2轴定位1心整告灯第7列第6列第5列第4列第3列第2列第1列2轴定位2⊙急停灯2轴定位3已该00已出库00重新择抛销选择图1-】立体仓库码垛机器人调试界面1工业机器人技术应用二、所需设备和材料码垛机器人立体仓库系统(BNRT-ISW-28)如图1-2所示。基础底板由型材和钢板组成。码垛机器人和货架都直接安装在底板上。码垛机器人、立体仓库和底板组成了一个相对独立的整体。底板用8个避振脚支撑在地面上。立体仓库包含28个仓位，每个仓位具有空位检测开关。码垛机器人X轴方向的运动采用蜗轮减速装置，具有一定的自锁性。X、Z轴方向留有工业级定位系统接口。X、Z轴驱动电动机带有制动装置，保证机器断电后立即停车。X、Z轴运动都带有防撞装置。X、Y、Z轴均采用变频控制。7列6列5列4列3列2列1列一Z轴电动机Z轴上行硬限位4行Z轴上行软限位X轴电动机3行Z轴下行软限位Z轴下行硬限位2行1行Y轴电动机Y轴右行软限位Y轴左行软限位Y轴右行硬限位Y轴左行硬限位立体仓库码垜机器人列图1-2码垛机器人立体仓库系统三、技术要求编写码垛机器人立体仓库系统调试程序，要求如下：1)手动控制码垛机器人1轴、2轴和3轴正反向运动。2)实现码垛机器人复位。3)手动放置2个托盘于立体仓库，在调试界面显示仓位信息，码垛机器人正确从立体仓库取托盘放置到AGV上部输送线上。4)手动放置托盘到码垛机器人端AGV上部输送线上，码垛机器人正确从AGV上部输送线上取回托盘并送入立体仓库仓位。5)码垛机器人与立体仓库、AGV无碰撞干涉，码垛机器人X轴、Y轴和Z轴无超程。6)码垛机器人上托盘无跌落现象。实践操作一、知识储备1.三相异步电动机三相异步电动机是同时接入380V三相交流电源（相位差120°）供电的一类电动机，由2■项目一|码垛机器人的编程与调试于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转，存在转差率，所以叫三相异步电动机。当电动机的三相定子绕组通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场的作用下将产生电磁力，从而在电动机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电动机旋转方向与旋转磁场方向相同。当导体在磁场内切割磁力线时，在导体内产生感应电流，“感应电动机”的名称由此而来。感应电流和磁场的联合作用向电动机转子施加驱动力。电动机的外形如图1-3所示，1轴、2轴和3轴的电动机参数见表1-1和表1-2。图1-3电动机的外形表1-11轴、2轴电动机参数项目参数项目参数项目参数额定功率200W工作电压380V相位3工作频率50Hz额定电流0.86A转速1300r/mi工作制20mi绝缘等级B表1-23轴电动机参数项目参数项目参数额定功率120W工作电压AC220/380V转速1200/1500r/mi工作频率50/60Hz2.SINAMICSG120型变频器(1)变频器简介通常把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作变频器。一般逆变器是把直流电源逆变为一定频率和一定电压的交流电源。交流电源频率和电压可调的逆变器称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要用于三相异步电动机调速，因此又叫变频调速器。变频器主要采用交-直交方式(VVV℉方式或矢量控制方式)，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再将直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源供给电动机。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理单元等组成。变频器单元介绍如图1-4所示。(2)模块拆装模块拆装如图1-5所示。(3)拆装B0P-2B0P-2的拆装如图1-6所示。3工业机器人技术应用RS485插头，用于和现场总线系统通信●09SUB-D插座，用于PROFIBUSDP通信a)c)图1-4变频器单元介绍a)变颜器1一存储卡插槽2一操作面板接口3一端子排4一用于设置AI0和AI1(端子3/4和10/11的DIP开关)5一用于连接STARTER的USB接口6一用于显示状态的LED7一用于设置现场总线地址的DIP开关8一端子名称9一取决于现场总线：CU240B-2,CU240E-2,CU240E-2F,CU240B-2DP,CU240E-2DPCU240E-2DP-F)RS485插头1一0V参考电位2一RS485P,接收和发送(+)3一RS485N,接收和发送(-)4一电线屏蔽5一未连接c)SUB-D插座mi)】图1-5模块拆装a)装上控制单元)取下控制单元4■项目一|码垛机器人的编程与调试3.传感器基本知识(1)传感器的定义传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。(2)传感器的组成1)敏感元件是传感器中直接感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。其作用是检测感应被测物体信息。2)转换元件是只感受由敏感元件输出的与被测量)成确定关系的其他量并将其转换成电量输出的元件。其作用是把被测物体信息转换为可用输出信号（电量）。图1-6B0P-2的拆装3)辅助元件：包括辅助电源，固定和支撑件等。a)插人B0P-2)取出B0P-2(3)光电传感器光电传感器（图1-7）发射出来自其发光元件的光线（可见光或红外线）。反射式光电传感器被用于探测来自目标物的反射光线，而透射式光电传感器被用于测量目标物穿过光轴引起的光通量的变化。(4)滚动式行程开关滚动式行程开关如图1-8所示。当运动机械的撞块（挡铁）压到行程开关的滚轮上时，传动杠连同转轴一同转动，使凸轮推动撞块；当撞块碰压到一定位置时，推动微动开关快速动作；当滚轮上的撞块移开后，复位弹簧就使行程开关复位。这种是单轮自动恢复式行程开关。双轮旋转式行程开关不能自动复原，它依靠运动机械反向移动时撞块碰撞另一滚轮将其复原。图1-7光电传感器图1-8滚动式行程开关(5)检测开关当托盘置于仓位中间时，托盘自身重力会压动检测开关，使之为1，否则为0。检测开关如图1-9所示。5工业机器人技术应用(6)反射式光电传感器反射式光电传感器通过被检测物体反射光大小判别信号有无。常用的形式有漫反射式和镜反射式。对于漫反射式传感器，被检测物体经过传感器的对面。被检测物体的反射光信号与背景反差要大，被检测物体有关部位的表面反射率要高。黑色物体或透明物体（如玻璃）不宜作为被测物体。对于镜反射式传感器，传感器对面设置一个表面反射率高的镜反a))射面。被检测物体经过传感器和镜图1-9检测开关反射面之间。透明物体不宜作为被a)仓位托盘检测开关)货叉内部检测开关测物体。若接收端接收到反射光信号：对输出特性为PNP型的，则输出一个电平“1”信号；对输出特性为NPN型的，则输出一个电平“0”信号。输出信号可作为PLC的输入信号。有效工作距离与发射端（发光器件）发射的光强度大小有关。注意：工作距离越大，受外部光线干扰越大，一般工作距离≤1m。4.S7-1200PLC简介(1)S7-1200PLC的特点S7-1200PLC设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。PLC将中央处理器(CPU)、集成电源、输人和输出电路、内置基于工业以太网的现场总线(PROFINET)、高速运动控制I/O以及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中来，形成功能强大的控制器。下载用户程序后，CPU模块将包含监控应用中的设备所需的逻辑。CPU模块根据用户程序逻辑监视输入并更改输出，用户程序可以包含布尔逻辑、计数、定时、复杂数学运算以及与其他智能设备的通信。CPU模块提供一个PROFINET端口用于PROFINET网络通信，也可使用附加模块通过过程现场总线(ProceFieldBu,PROFIBUS)、通用分组无线服务技术(GeeralPacketRadioService,GPRS)、RS485、RS232、国际电工委员会(IteratioalElectrotechicalCom-miio,IEC)标准、分布式网络协议(DitriutedNetworkProtocol,DNP)和网络数据中心(WeDataCeter,.WDC)进行通信。(2)CPU扩展功能S7-1200系列提供了各种模块和插入式板，用于通过附加I/0或其他通信协议来扩展CPU的功能。S7-1200控制器的外形如图1-10a所示，其扩展模块如图1-10所示。(3)OB、FC、FB、DB介绍这些块的类型及简要描述见表1-3。6···试读结束···...

2022-10-21 工业机器人技术应用国赛 工业机器人技术应用竞赛

图书名称：《全天候机器人视觉》【作者】田建东著【丛书名】智能制造与机器人理论及技术研究丛书【页数】259【出版社】武汉：华中科技大学出版社,2020.07【ISBN号】978-7-5680-6131-5【分类】机器人视觉【参考文献】田建东著.全天候机器人视觉.武汉：华中科技大学出版社,2020.07.图书封面：图书目录：《全天候机器人视觉》内容提要：本书依托国家自然科学基金“共融机器人基础理论与关键技术研究”重大研究计划培育项目-面向室外复杂光照与气象条件的共融机器人多模感知系统撰写而成。复杂多变的光照环境与气象条件给机器人的自主作业及主动安全带来了诸多问题，降低了其算法的鲁棒性及环境自适应性。寻求该问题的有效解决方案一直是机器人视觉及相关学科的重要研究方向。不同于目前单纯基于图像数据处理的研究方式，我们从大气物理与光学成像的角度去研究和解决问题，形成了研究特色及理论体系，取得了一系列原创性成果。本书将以这些理论成果为基础，详细系统地论述复杂光照与恶劣环境下机器人视觉系统的环境感知、建模及图像预处理技术。这些技术将图像与环境相关联，为研究机器人环境智能感知提供了理论基础，对于提高机器人的自主环境感知能力研究具有积极的科学意义。《全天候机器人视觉》内容试读滋第1章绪论1.1机器人视觉简述机器人视觉系统指为机器人提供视觉感知的系统，它广泛应用于海陆空天各种机器人，如图1-1所示。机器人视觉系统通常以相机为工具，以图像为媒介，兼备视觉信息输入和对输入的视觉信息进行处理的功能，能够提取出有用的信息提供给机器人，使之实现定位导航、路径规划、避障、理解环境与检测目标等功能，进而具有自主适应环境和作业的能力。就像眼睛对于人的意义一样，机器人视觉系统在机器人系统组成中占有非常重要的地位。图1-1机器人视觉系统应用领域示例·1全天候机器人视觉机器人视觉技术经过几十年的发展已经取得了卓越的成果，但其所面临的问题也是不容忽视的，其中一个重要的问题就是如何在复杂的光照和气象条件下提高机器人视觉系统的稳定性及可靠性在室外复杂的自然光照与气象条件下，图像质量不稳定。光照和天气的变化将改变图像的像素值分布，影响机器人视觉算法的根基，进而影响机器人的一些基本能力，如VSLAM(视觉即时定位与地图构建)、自主导航、环境理解及作业能力。机器人视觉系统往往不能人工控制光照环境，通过好的照明条件获取清晰的图像，并克服阴影和反光等问题，而需要面对动态非结构化的自然环境，面对各种复杂的自然光照和天气状况。这些也是本书主要关注的内容。1.2复杂光照及恶劣天气对机器人视觉的影响光是地球上万物生长之源，光的存在给人类带来了丰富多彩的世界和五彩斑斓的图像。不同天气不同时刻下光照将会呈现不同颜色，如光在晴天中午的时候接近白色，而在日出或者日落的时候呈现金黄色。这些光源或光照的变化给人类世界带来了形态各异的图像，如图1-2所示。一些光照现象，如阴影和高光等，也是由不同的光照条件或光源所引起的。这些复杂的光照变化会极大影响场景中物体的外观，给计算机视觉的研究与应用带来许多负面影响。以人脸为例，Adii等人(1997)曾用实验证明，不同光照下同一人脸的差异有时比同一光照下不同人脸的差异还大。图1-3所示为同一场景在不同光照和气象条件下的拍摄图像示例。可以看出，同一场景在不同光照和气象条件下的拍摄图像差异也非常大。图1-2不同光照下拍摄的一系列图像·2第1章绪论图1-3同一场景在不同光照和气象条件下的拍摄图像示例光照和天气变化会影响图像质量，改变图像的像素值，进而影响后续的特征提取、目标分割与识别、场景理解等算法的鲁棒性和环境自适应能力，将会极大影响基于图像特征的目标识别、跟踪等算法的鲁棒性(Cucchiaraetal.,2003Nadimietal..,2004)。目前，虽然图像处理和机器人视觉的研究在面向具体任务（如识别和导航等）的上层算法方面取得了长足进步，但是在光照、天气变化等条件下及特殊环境下的作业问题仍然没有得到很好的解决。比如，在目标表面存在阴影、反光，光照变化及恶劣天气等条件下，现有的方法仍缺乏鲁棒性和自适应性。目前，尚没有一种通用的视觉算法能够适用于所有场景光照条件，这使得视觉任务的可靠性难以满足复杂多变的光照变化。因此，不同光照和天气条件下的图像变化的建模与处理仍是计算机视觉领域亟需解决的关键问题。该问题的解决将会促进计算机视觉和相关学科的发展，使之具有广阔的应用前景。根据作用范围的不同，图像上的光照变化可以分为全局光照变化和局部光照变化。全局光照变化处理方法主要包括颜色恒常和本征图像分解。局部光照变化的处理对象主要是阴影和反光。在实际应用中，尤其是室外环境作业中，因场景中光照稳定（如室外日光），故图像中较少出现偏色等现象。与全局光照变化相比，现实应用中更为常见和棘手的是图像上的局部光照变化（如阴影和反光等)。这就有必要对室外光源（日光和天空光）进行建模与计算，以分析它们的光谱分布特性。除了光源变化，图像中的光照现象还与反射光谱及相机响应特性有关。本书对光照处理的研究从室外光照建模、反射光谱计算和相机响应特性三个方面入手，提出了新的室外光源光谱计算方法及图像光照处理·3·全天候机器人视觉算法。对于机器人视觉系统，人们还要求其在坏天气下也能正常工作。坏天气一般分为两类：静态坏天气（雾霾天气）和动态坏天气（雨雪天气）。静态坏天气通常由飘浮于空中的小颗粒造成，它们主要会降低图像的清晰度，如图1-4()所示。动态坏天气下图像清晰度的降低通常由运动的大颗粒造成，它们使图像部分被遮挡，如图1-4()所示。所以静态坏天气条件下图像的复原工作主要是提高图像的清晰度，而动态坏天气条件下图像的复原工作主要是补全被颗粒遮挡的部分。(a)()图1-4坏天气降低了图像质量(a)雾霾天气：()雨雪天气室外场景图像的分析与处理一直是机器人视觉及其相关领域（如图像分割、特征提取、目标识别、目标跟踪、场景理解等领域)的研究重点之一。图像是视觉算法的基础，图像的颜色和亮度等像素信息，以及在此基础上衍生的各种图像特征（如角点、边缘、梯度、纹理等）是机器人视觉领域处理问题的根本。光照和天气的变化将改变图像的像素值分布（见图1-5()和1-5(c)对比），从而影响机器人视觉算法的根基。因此，如何提高复杂光照和恶劣天气下的机器人视觉能力是一个亟待解决的科学问题，也是实际应用中的一个瓶颈问题，许多视觉算法都要涉及对光照和天气的分析与处理。对此，学术界和工业界已有共识，如著名机器人专家HerikI.Chritee教授及其团队20l5年发表在机器人领域著名刊物IEEERooticadAutomatioMagazie上的关于机器人视觉的评述性文章Whereareweafterfiveeditio?:RootViioChallege,aCometitiothatEvaluatefortheViualPlaceClaificatioProlem多次强调，光照和天气条件是机器人视觉中的挑战性问题。近年来，随着深度学习技术的飞速发展，视觉中面向具体任务（如视觉伺4第1章绪论服、目标识别、跟踪、图像理解等)的研究已经取得了显著进展。然而，需要注意的是这些视觉算法都是针对质量好、光照条件稳定的图像（见图1-5(c)开发的。实际上，机器人经常需要工作在复杂、动态、非结构化的环境中，在室外复杂的自然光照与气象条件下，图像质量不稳定（见图1-5())。在这种情况下，机器人视觉系统的表现往往难以尽如人意，缺乏对环境的自适应能力及鲁棒性。因此针对该问题的图像预处理（如图1-5()经预处理得到图1-5(c)对机器人视觉具有重要意义。M-H(a环境(c)图像处理(得到光照均匀、能见度高的理想图像)()图1-5机器人视觉系统对复杂图像的处理()机器人：()复杂光照与恶劣天气下的场景图像；(c)理想的机器人视觉输入图像笔者认为，光照及气象条件作为一种自然条件，其成因和特性与光源、反射、传输、成像等物理因素有关。如果仅从图像数据的角度去考虑问题，则不易抓住问题的本质，因此本书从大气物理与光学成像的角度去研究和解决机器人视觉中的光照和气象问题。本书中的主要模型与算法均建立在物理光学理论基础之上，有着明确的物理解释，并且图像特征也将具有物理意义，这是本书的主要特色。·5全天候机器人视觉1.3颜色匹配函数与场景复现基础本书从大气物理与光学成像的角度分析复杂光照和天气变化如何影响图像，并在此基础上开发相应的图像处理算法，这些算法涉及场景复现计算和成像要素分析。本节首先对颜色匹配函数和场景复现的基本原理进行简要说明。颜色是人脑对进入人眼的光线形成的知觉，它不是物理量，涉及视觉生理学与视觉心理学，较为复杂。为了能够对颜色进行度量与计算，科研人员做了大量的工作。在颜色科学中，最为著名的是格拉斯曼(Grama)颜色相加定律与国际照明委员会(CommiioIteratioaledel'Eclairage,CIE)颜色匹配实验。它们为近代颜色科学提供了理论基础，奠定了以三刺激值为基础的颜色科学体系。格拉斯曼颜色相加定律可表述为：若(A)=(B)及(A)=(B),那么(A)十(A1)=(B)十(B,)。其中“=”表示视觉效果相等。颜色匹配实验是利用三原色光的混合达到与被匹配光的颜色视觉感知相同的实验。如图1-6所示，最左面是一块白色屏幕，红、绿、蓝三原色光（波长分别为700m、546.1m、435.8m)照射在白色屏幕的上半部分，待匹配色光源照射在白色屏幕的下半部分，人眼视场角约为2°。若用(R)、(G)、(B)代表产生混合色光的红、绿、蓝三原色光的单位量，R、G、B代表匹配出待匹配色光所需要的红、绿、蓝三原色光的单位数（又称为三刺激值），当混合色光与C个单位的待匹配色光(C)颜色感知相同时，则有下式成立：C(C)=R(R)+G(G)+B(B)(1-1)颜色匹配实验的结果就是得到颜色匹配函数(colormatchigfuctio,CMF),如图1-7所示，图中“1931”表示对应的颜色空间建立于1931年。颜色匹配函数代表匹配出水平刻度标示的波长的单色光的颜色所需要的三原色光单位数。匹配函数出现负值表示在被匹配颜色色度饱和的情况下，用三原色无法实现匹配，需要在被匹配颜色处加色。需要指出的是，颜色匹配实验和颜色匹配函数依赖于三原色的选取。三原色的选取原则除了每种原色不能由其他两种原色混合产生之外并无其他。原色的不同会造成匹配函数的不同，进而产生不同的颜色系统。仅RGB颜色系统就有多种，比如CIERGB、AdoeRGB、RGB、AleRGB等。·6····试读结束···...

2022-10-21

图书名称：《机器人智能感知与控制》【作者】卢金燕著【页数】100【出版社】郑州：黄河水利出版社,2020.08【ISBN号】978-7-5509-2768-1【分类】智能机器人-感知-研究【参考文献】卢金燕著.机器人智能感知与控制.郑州：黄河水利出版社,2020.08.图书封面：图书目录：《机器人智能感知与控制》内容提要：机器人是力学、机构学、材料学、仿生学、自动控制、计算机、人工智能、光电、通信、传感等多学科交叉和技术综合的结晶。智能的感知和控制方法使机器人能够获取、处理、识别各种传感信息，并自主完成各种复杂的操作任务，是提高机器人的环境自适应性、决策自主性和智能化水平的关键。本书紧密围绕机器人智能感知与控制的主题开展研究，主要内容包括机器人的特点及发展趋势、机器人感知系统、机器人位姿测量，机器人视觉伺服，以及基于多传感器的机器人控制应用示例等。《机器人智能感知与控制》内容试读第1章绪论。1第1章绪论自1959年世界上第一台工业机器人问世以来，机器人研究取得了巨大进展，已在制造业、服务业、国防安全和太空探测等领域得到了广泛应用。2013年，《美国机器人发展路线图一从互联网到机器人》预言机器人是一项能像网络技术一样对人类未来产生革命性影响的新技术，有望像计算机一样在未来几十年里遍布世界的各个角落。机器人是力学、机构学、材料学、仿生学、自动控制、计算机、人工智能、光电、通信、传感等多学科交叉和技术综合的结晶。作为人类体能、智能和感知的延伸，利用智能感知技术，机器人有望拥有类似人眼和人耳等感官的功能，使得机器人和人之间、机器人和环境之间的沟通能够像人和人及人和环境一样自然。在可以预见的将来，机器人将成为人类的得力助手，提高人类的生活质量，成为人类朝夕相处的可靠伙伴。1.1机器人的概念及发展历程1.1.1机器人的概念机器人一词最早出现在科幻作品和文学作品中。1920年，捷克作家KarelCaek发表了一部名为《Roum'UiverialRoot》的科幻剧本，把捷克语“Roota'”(农奴)写成“Root'”。科幻作家阿西莫夫在1942年提出了著名的“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，违背第一条原则的命令除外；③机器人应能保护自己，与第一条原则相抵触者除外。虽然这只是科幻小说里的原则，但后来成为学术界默认的研发原则。1954年，在达特茅斯会议上，马文·明斯基提出了他对智能机器的看法：智能机器能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法。这个定义影响了之后30年智能机器人的研究方向。1956年，美国人乔治·。2。机器人智能感知与控制德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。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，随后成立了世界上第一家机器人制造工厂一Uimatio公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。1962年，美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运)，与Uimatio公司生产的Uimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人研究的热潮。目前，机器人还没有统一的定义。国际标准化组织(S0)认为：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，这种机械手具有若干个轴，能够借助可编程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。日本工业机器人协会(JRA)给出如下定义：工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器的、能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。上述定义跟当时机器人的发展状况密切相关。随着相关学科的快速发展，机器人已不再局限于工业机器人，无论在个体结构、功能，还是在工作环境、群体组织形式等方面都发生了深刻的变化，被赋予的内涵越来越多，智能化程度也越来越高。根据美国机器人协会给出的定义：机器人是一种可编程和多功能的操作机：或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。从应用环境的角度划分，机器人分为工业机器人(idutryroot)和服务机器人(erviceroot)两大类。工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力实现各种功能的一种机器，它接受人类发出的指令后，将按照设定的程序执行运动路径和作业，包括焊接、喷涂、组装、采集和放置（包装和码垛等）、产品检测和测试等(IS0定义)。根据国际机器人联合会(iteratioalfederatioofrootic,IFR)的定义，服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人（不包括从事生产的设备)，它能完成有益于人类的服务工作。服务机器人又可分为两类：专用服务机器人(rofeioalerviceroot)和家用服务机器人第1章绪论。3·(dometicueroot)。其中，专用服务机器人是在特殊环境下作业的机器人，如水下作业机器人、空间探测机器人、抢险救援机器人、反恐防爆机器人、军用机器人、农业机器人、医疗机器人及其他特殊用途机器人；家用服务机器人是服务于人的机器人，如助老助残机器人、康复机器人、清洁机器人、护理机器人、教育娱乐机器人等。1.1.2机器人的发展历程机器人以服务于人、服务于社会为宗旨，灵巧操作、适应多变环境人工智能及互联网的人机融合友好共存是未来机器人发展的规律与必然趋势。2011年，为配合制造业回归和再工业化国家战略，美国开始推行“先进制造伙伴计划”，投资开发下一代机器人技术。2012年，韩国发布了“机器人未来战略展望2022”，支持扩大韩国机器人产业并推动机器人企业进军海外市场。2013年，德国提出“工业4.0”，支持发展基于机器人技术的智能制造系统。2014年，日本发布“新经济增长战略”，将机器人产业列入七大重点扶持产业之一，5年内力争实现机器人普及、提高生产效率、解决劳动力短缺等问题。习近平主席在2014年的“两院院士大会”上指出：机器人是制造业皇冠顶端的明珠，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。机器人已被列为中国“十三五期间”计划实施的100个重大工程及项目之一。自20世纪60年代初研制出尤尼梅特和沃莎特兰这两种机器人以来，机器人的研究已经从低级到高级经历了三代的发展历程。1.1.2.1程序控制机器人（第一代）第一代机器人是程序控制机器人，它完全按照事先装人到机器人存储器中的程序安排的步骤进行工作。程序的生成及装入有两种方式：一种是由人根据工作流程编制程序并将它输入到机器人的存储器中；另一种是“示教-再现”方式，所谓“示教”是指在机器人第一次执行任务之前，由人引导机器人去执行操作，即教机器人去做应做的工作，机器人将其所有动作一步步地记录下来，并将每一步表示为一条指·4·机器人智能感知与控制令，“示教”结束后，机器人通过执行这些指令以同样的方式和步骤完成同样的工作（即再现）。如果任务或环境发生了变化，则要重新进行程序设计。这一代机器人能成功地模拟人的运动功能，它们会拿取和安放、拆卸和安装、翻转和抖动，能尽心尽职地看管机床、熔炉、焊机、生产线等，能有效地从事安装、搬运、包装、机械加工等工作。目前，国际上商品化、实用化的机器人大都属于这一类。这一代机器人的最大缺点是它只能刻板地完成程序规定的动作，不能适应变化了的情况，一旦环境情况略有变化（如装配线上的物品略有倾斜），就会出现问题。更糟糕的是它会对现场的人员造成危害，由于它没有感觉功能，有时会出现机器人伤人的情况。日本就曾经出现机器人把现场的一个工人抓起来塞到刀具下面的情况。1.1.2.2自适应机器人（第二代）第二代机器人的主要标志是自身配备有相应的感觉传感器，如视觉传感器、触觉传感器、听觉传感器等，并用计算机对其进行控制。这种机器人通过传感器获取作业环境、操作对象的简单信息，然后由计算机对获得的信息进行分析、处理，并以此控制机器人的动作。由于它能随着环境的变化而改变自己的行为，故称为自适应机器人。目前，这一代机器人也已进入商品化阶段，主要从事焊接、装配、搬运等工作。第二代机器人虽然具有一些初级的智能，但还没有达到完全“自治”的程度，有时也称这类机器人为人眼协调型机器人。1.1.2.3智能机器人（第三代）第三代机器人是指具有类似于人的智能的机器人，即它具有感知环境的能力，配备有视觉、听觉、触觉、嗅觉等感觉器官，能从外部环境中获取有关信息，具有思维能力，能对感知到的信息进行处理，以控制自己的行为，具有作用于环境的行为能力，能通过传动机构使自己的“手”“脚”等肢体行动起来，正确、灵巧地执行思维机构下达的命令。目前，研制的机器人大多都只具有部分智能，真正的智能机器人还处于研究之中，但现在已经迅速发展为新兴的高技术产业。第1章绪论·5·1.2机器人的特点及基本结构随着机器人技术的不断进步，人们对机器人的要求也越来越高，设计出了各种各样的机器人以满足不同应用场合的需求。一般说来，机器人应当具备以下特点：(1)运动性：机器人应当具有运动能力，便于在环境中执行任务。(2)自动性：机器人应当具有自动控制的能力，是一种典型的机电一体化的自动化机械。(3)个体性：机器人作为一个个体，是相对独立的。(4)可编程性：控制程序可以修改，以满足不同环境和任务的要求。(5)作业性：每种机器人应是面向一种或多种作业而设计的。(6)智能性：机器人应能够利用传感器感知周围环境的变化，并根据这些传感信息做出相对合理的决策。一个机器人系统通常由机器人本体、工作环境及需要执行的任务等三部分组成。当任务下达给机器人之后，高层的上位控制计算机可以根据环境信息和机器人的状态做出决策，给出机器人的动作指令；机器人也可以根据任务及获取的传感信息自主决策，驱动执行系统运动，以适应环境的变化。环境和任务的复杂程度不同，决定了机器人所需要的感知能力、控制决策能力的不同。在未知动态环境下，较高的信息获取能力及自主决策能力是机器人系统顺利完成任务的保障。按照机器人各连杆的串并联关系不同，机器人可分为串联机器人和并联机器人。1.2.1串联机器人串联机器人由臂、关节和末端执行装置构成，已经大量应用于工业生产线，按照不同任务要求，其末端执行装置也不一样。根据几何结构来分，可以分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人和关节式球面坐标机器人等（见表1-1）。图1-1给出了两种串联机器人。·6.机器人智能感知与控制表1-1串联机器人的分类与特点分类运动特点工作空间般为2~3轴，各轴主要做直线直角坐标机器人平面或立方面运动，且运动方向通常相互垂直柱面坐标机器人运动机械臂安装在立柱上，可转段圆柱面动和升降机械臂（可伸缩）安放在一个可旋球面坐标机器人部分球面转和俯仰的云台上关节式球面坐标机械臂在通过底座的垂直平面上大部分球面机器人运动，在水平平面上可旋转运动(a)ABB公司串联机器人)SCARA公司串联机器人图1-1串联机器人···试读结束···...

2022-10-21 感知押题 感知是什么意思

图书名称：《工业机器人视觉应用》【作者】邓奕主编【丛书名】普通高等学校新工科校企共建智能制造相关专业系列教材【页数】202【出版社】武汉：华中科学技术大学出版社,2020.10【ISBN号】978-7-5680-6692-1【价格】39.00【分类】工业机器人-机器人视觉【参考文献】邓奕主编.工业机器人视觉应用.武汉：华中科学技术大学出版社,2020.10.图书封面：图书目录：《工业机器人视觉应用》内容提要：本书在讲述图像处理技术的基本原理和方法的基础上，全面、系统地介绍了HALCON软件在图像处理技术方面的应用，以HALCON作为编程工具，介绍了各种图像处理方法的理论和应用实例，使读者能更好地学习和掌握数字图像处理的HALCON程序实现方法。全书分为10章，内容包括:视觉硬件系统介绍、HALCON介绍、HALCON的开发环境、图像处理基础及HALCON入门基础、HALCON图像处理实例、HALCON模板匹配实例等。《工业机器人视觉应用》内容试读第1章机器视觉概述随着信号处理理论和计算机技术的发展，人们试图用摄像机获取环境图像并将其转换成数字信号，用计算机实现对视觉信息处理的全过程，这样就形成了一门新兴的学科—计算机视觉。计算机视觉的研究目标是使计算机具有通过一幅或多幅图像认知周围环境信息的能力。这使计算机不仅能模拟人眼的功能，更重要的是使计算机完成人眼所不能胜任的工作。机器视觉则是建立在计算机视觉理论基础上，偏重于计算机视觉技术工程化应用。与计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容不同，机器视觉重点在于感知环境中物体的形状、位置、姿态、运动等几何信息。本章首先介绍机器视觉的基本概念及系统构成，然后讲解机器视觉常见的软件开发工具，最后对机器视觉的应用领域和面临的问题进行了介绍。(工业机器人视觉应用《1.1什么是机器视觉视觉是我们最强大的感知方式，它为我们提供了关于周围环境的大量信息：从而使得我们可以在不需要进行身体接触的情况下，直接和周围环境进行智能交互。离开视觉，我们将丧许多有利条件，因为通过视觉，我们可以了解到：物体的位置和一些其他的属性，以及，物体之间的相对位置关系。因此，不难理解为什么几乎自从数字计算机出现以后，人们就不断地尝试将视觉感知赋予机器。机器视觉技术是通过计算机模拟生物外显或宏观视觉功能的技术，它包含传感器技术、图像处理技术、智能控制技术、机器工程技术、电光学成像技术等，因此它是一项综合性的技术。只有将这些技术进行协调组合运用才能构成一个工业机器视觉应用系统。人类视觉系统的识别能力是有限的，而机器视觉技术则能精确定量感知，并且在不可见物体和危险场景的感知方面体现了其优越性。机器视觉系统是基于机器视觉技术为机器或自动化生产线建立的一套视觉系统。机器视觉是一门新兴的发展迅速的学科，20世纪80年代以来，机器视觉的研究已经历了从实验室走向实际应用的发展阶段。从简单的二值图像处理到高分辨率多灰度的图像处理，从一般的二维信息处理到三维视觉机理以及模型和算法的研究都取得了很大的进展。随着计算机工业水平的凯苏提高以及人工智能、并行处理和神经元网络等学科的发展，进一步促进了工业机器人视觉系统的实用化和许多复杂视觉问题的研究。机器视觉技术主要有三大功能应用：第一是定位功能，能够判断物体的位置信息，用于全自动装配和生产；第二是测量功能，能够自动测量产品的外观尺寸：第三是缺陷检测功能，能够检测产品表面的相关信息。目前机器人视觉技术和视觉系统正越来越广泛地应用于视觉检测、视觉引导和自动化装备领域中。特别跟读者说明一下，在很多文献中，计算机视觉(comuterviio)和机器视觉(machieviio)两个术语是不加以区分的，但其实这两个术语是既有区别又有联系的计算机视觉是采用图像处理、模式识别、人工智能技术相结合的手段，着重于一幅或多幅图像的计算机分析。图像可以由单个或多个传感器获取，也可以是单个传感器在不同时刻获取的图像序列。分析是对目标物体的识别，确定目标物体的位置和姿态，对三维景物进行符号描述和解释。在计算机视觉研究中，经常使用几何模型、复杂的知识表达，采用基于模型的匹配和搜索技术，搜索的策略常使用自底向上、自顶向下、分层和启发式控制策略。机器视觉则偏重于计算机视觉技术工程化，能够自动获取和分析特定的图像，以控制相应的行为具体地说，计算机视觉为机器视觉提供图像和景物分析的理论及算法基础，机器视觉为计算机视觉的实现提供传感器模型、系统构造和实现手段。因此可以认为，一个机器视觉系统就是一个能自动获取一幅或多幅目标物体图像，对所获取图像的各种特征量进行处理、分析和测量，并对测量结果做出定性分析和定量解释，从而得到有关目标物体的某种认识并做出相应决策的系统。机器视觉系统的功能包括物体定位、特征检测、缺陷判断、目标识别、计数和运动跟踪。第1章机器视觉概述《1.2机器视觉的工作原理机器视觉系统的目的就是给机器或自动生产线添加一套视觉系统，其原理是由计算机或图像处理器以及相关设备来模拟人的视觉行为，完成得到人的视觉系统所得到的信息机器视觉工作原理如图1-1所示。机器视觉系统采用工业相机将被检测的目标转换成图像信号，然后将图像信号传送给图像采集卡，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取被检测目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格/不合格、有/无等，实现自动识别功能，进而根据识别的结果通过控制器控制现场的执行机构动作。工业图像采相机集卡控制器执行机构图1-1机器视觉系统工作原理框图1.3机器视觉常见软件开发工具◆机器视觉常用的软件包括：Halco、Oecv、Pytho、Laview以及Matla等等。其中Halco在工业机器人方面应用的比例是相当高的，所以本书以Halco为平台来讲解机器视觉的相关应用Halco其实就是一个算法开发包，里面集成了很多丰富的算子，包括二维的和三维的，方便开发人员可以快速进行设计，而且它有自己的开发环境和语言，用户可以在开发环境下进行程序设计，它所支持的算子也是很丰富的，包括了数组操作、一维码二维码识别、模板匹配、相机标定、三维重建，or字符识别、光度立体、特征检测提取、测量、通信、文件操作、形态学处理等，所涉及的领域也是非常广的，包括了半导体、机械、化工、医疗、航空、监控安防、食品、印刷、制药等各大行业，在实际项目开发中，Halco可以导出丰富的语言方便用户项目集成，如导出C+,C#、VB等各种编程语言，然后在用户的开发环境下进行集成开发以及U1设计，同时Halco也支持多种操作系统，如widow、Liux等，同时对于相机设备接口这块也提供了丰富的支持，对以太网接口、USB接口，Gige接口相机都有良好的支持，另外在Halco开发环境下提供了很多助手工具，可以方便开发人员进行快速仿真，如测量工具、相机标定工具、相机图像实时采集工具、OCR训练工具等。Halco在实际应用中涉及以下六个方面。(1)连通城1o分析，这块可以说是很多处理中经常使用的，主要是确定阈值大小以及特征的选取，从而从图像中分割出感兴趣的区域(2)模板匹配，主要是基于在图像中选取的模板进行灰度、轮廓、相关性等多种方式的全局或者局部匹配定位，从而得到目标的位置坐标以及角度值。(3)一维码、二维码以及ocr光学字符识别系列。(4)机器人双目以及多目立体视觉的标定、三维重建、三维匹配等系列。3《工业机器人视觉应用(5)基于Halco在工业上的通信、并行处理、错误处理等。(6)激光三角测量以及光度立体法。41.4工业机器人视觉系统的应用机器视觉在国民经济、科学研究及国防建设等领域都有着广泛的应用。视觉的最大优点是与被观测的对象无接触，因此对观测与被观测者都不会产生任何损伤，这是其他感觉方式无法比拟的。另外，视觉方式所能检测的对象十分广泛，人眼观察不到的范围，机器视觉也可以观察，例如，红外线、微波、超声波等人类就观察不到，而机器视觉则可以利用这方面的敏感器件形成红外线、微波、超声波等图像。因此可以说是扩展了人类的视觉范围。另外，人无法长时间地观察对象，机器视觉则不知疲劳，始终如一-地观测，所以机器视觉可以广泛地用于长时间恶劣的工作环境。机器视觉技术正处于一个快速发展的阶段。1.4.1机器视觉的应用领域机器视觉的应用领域非常广泛，下面只列举一些机器视觉的主要应用领域。(1)工业自动化生产线应用。产品检测、工业探伤、自动流水线生产和装配、自动焊接PCB印制板检查，以及各种危险场合工作的机器人等。将图像和视觉技术用于生产自动化，可以加快生产速度，保证质量的一致性，还可以避免人的疲劳、注意力不集中等带来的误判。例如：在制药行业，如图1-2所示，机器视觉可以用于药品的漏装以及药品的误装的检测。NotOKyePreRu(F5)tocotiue图1-2药品检测应用(2)各类检验和监视应用。标签文字标记检查，邮政自动化，计算机辅助外科手术，显微医学操作，石油、煤矿等钻探中数据流自动监测和滤波，在纺织、印染业进行自动分色、配色，重要场所门廊自动巡视，自动跟踪报警等。例如：在颜色检测方面，机器视觉可以用于区别不同颜色的模块，从而对模块进行分类以及搬运等操作，如图1-3所示。(3)视觉导航应用。巡航导弹制导、无人驾驶飞机飞行、自动行驶车辆、移动机器人、精确制导及自动巡航捕获目标和确定距离。既可避免人的参与及由此带来的危险，也可提高精度和速度。例如：在运动检测方面，机器视觉可以用于对移动物体的标定以及追踪，如图1-4所示。//4第1章机器视觉概述》Red10APreRu(F5)tocotiue图13颜色检测应用图1-4运动检测应用(4)图像自动解释应用。对放射图像、显微图像、医学图像、遥感多波段图像、合成孔径雷达图像、航天航测图像等的自动判读理解。由于近年来技术的发展，图像的种类和数量飞速增长，图像的自动理解已成为解决信息膨胀问题的重要手段。例如：在医学行业，机器视觉可以用于对药品的液位检测，自动判断药品是否用完，如图1-5所示。(5)人机交互应用。人脸识别、智能代理等。同时让计算机可借助人的手势动作（手语）、嘴唇动作（唇读）、躯干运动（步态）、表情测定等了解人的愿望要求而执行指令，这既符合人类的交互习惯，也可增加交互方便性和临场感等。(6)虚拟现实应用。飞机驾驶员训练、医学手术模拟、场景建模、战场环境表示等，它可帮助人们超越人的生理极限、“亲临其境”、提高工作效率。1.4.2机器视觉面临的问题对于人的视觉来说，由于人的大脑和神经的高度发展，其目标识别能力很强。但是人的视觉也同样存在障碍，例如，即使具有敏锐视觉和高度发达头脑的人，一旦置身于某种特殊环境(即使曾经具备一定的先验知识)，其目标识别能力也会急剧下降。事实上，人们在这种环境下面对简单物体时，仍然可以有效而简便地识别；而在这种情况下面对复杂目标或特殊背景时，则5《工业机器人视觉应用2BADNGPreRu(F5)tocotiue图1-5药品液位检测应用在视觉功能上发生障碍。两者共同的结果是导致目标识别的有效性和可靠性的大幅度下降将人的视觉引人机器视觉中，机器视觉也存在着这样的障碍。它主要表现在三个方面：一是如何准确、高速（实时）地识别出目标；二是如何有效地增大存储容量，以便容纳下足够细节的目标图像；三是如何有效地构造和组织出可靠的识别算法，并且顺利地实现。前两者相当于人的大脑这样的物质基础，这期待着高速的阵列处理单元，以及算法（如神经网络、分维算法、小波变换等算法)的新突破，用极少的计算量及高度的并行性实现功能。另外，由于当前对人类视觉系统和机理、人脑心理和生理的研究还不够，目前人们所建立的各种视觉系统绝大多数是只适用于某一特定环境或应用场合的专用系统，而要建立一个可与人类的视觉系统相比拟的通用视觉系统是非常困难的。/M6···试读结束···...

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图书名称：《机器人综合实验教程》【作者】李大寨主编【丛书名】“十三五”国家重点出版物出版规划项目现代机械工程系列精品教材【页数】178【出版社】北京：机械工业出版社,2020.03【ISBN号】978-7-111-64824-6【价格】26.00【分类】工业机器人-高等学校-教材【参考文献】李大寨主编.机器人综合实验教程.北京：机械工业出版社,2020.03.图书封面：图书目录：《机器人综合实验教程》内容提要：本书以机器人双臂协调装配实验台和并联机器人自动化分拣实验台的操作内容为载体，系统介绍了实验台的设备组成、运动控制方法、实验理论基础、机器人编程控制与仿真和机器人综合实验，使读者对机器人自动化生产线形成比较清晰的认知。全书分为7章。第1章总体描述机器人实验系统的组成，第2章介绍实验系统的基本操作，第3章介绍与本书实验内容相关的机器人理论基础，第4章介绍机器人编程的相关知识，第5章介绍机器人仿真软件的应用及实践，第6章介绍机器人双臂协调装配实验系统，第7章介绍并联机器人自动化分拣实验系统。本书的特点是按照类型、层次来介绍实验体系，注重理论与实际相结合，使读者在巩固理论知识的同时，培养动手实践能力和创新设计能力。本书通俗易懂，实用性强，既可作为普通高校及中高职院校的专业或实训教材，又可作为工业机器人培训机构用书，也可作为相关行业技术人员的参考书籍。《机器人综合实验教程》内容试读第1章机器人实验系统的组成□本章目标1.掌握串、并联机器人的结构特点。2.认识机器人实验系统的组成。3.了解机器人在工业中的应用。本章介绍了串联机器人和并联机器人的结构特点，实验系统的组成，以及机器人在工业自动化领域中的应用，使读者对串、并联机器人有初步认知。1.1双臂协调串联机器人系统串联机器人系统所采用的机械臂为ABB公司的型号为RB120的6自由度工业机器人，与轴3轴4轴5其配套的机器人控制器的型号为RC5。串联机器人系统由6自由度工业机器人、机器人控制器、动力驱动以及电源管理等部分组成。1.1.1机器人的结构与规格参数轴6RB120型机器人是ABB公司推出的新一代6轴工业机器人中的一员，其有效载荷为轴13kg。该型机器人为开放式结构，适合于柔性自动化的应用场合，并且可与外部控制系统通过轴以太网进行信息交互。其结构如图1-1所示。由图1-1可知，IRB120型机器人是典型的6自由度串联结构，关节之间由连杆互连，每个关节可以独立运动。6自由度关节式机器人的结构特点决定了它动作的灵活性高、工作空间范图1-1RB120型机器人结构机器人综合实验教程围大，可以很灵活地绕过障碍物，而且结构紧凑，占地面积小，关节上相对运动部件容易密封防尘。这种机器人广泛应用于机床上下料、取件、弧焊、喷漆等行业。IRB120型机器人的规格参数见表1-1。表1-1RB120型机器人的规格参数轴运动类型工作范围最大速度轴1旋转-165°-165°250°/轴2手臂-110°-1109250°/和轴3手臂-90°-70°250°/作范围轴4手腕-160°-160°320°/轴5弯曲-120°-120°320°/轴6翻转-400°-4009420°/参电源电压200-600V额定功率3kW数机器人底座尺寸180mmx180mm机器人质量25kg与重复定位精度0.01mm防护等级IP30性机器人安装任意角度控制器IRC5能TCP①最大加速度28m/2TCP最大速度6.2m/①工具中心点(ToolCeterPoit,TCP),下同。1.1.2控制系统的功能模块机器人除了包括机械本体外，还包含机器人控制系统。本书将对机器人的控制系统进行简单介绍。双臂协调机器人控制系统的整体结构如图1-2所示。右臂机器人运动关节控制系统完成机器人的运动控制，与上位机的交换命令和反馈信息，控制电动机关IRC5右臂机器人节运动、机器人末端执行器动作，以及气阀夹具的开闭等动作。本书所介绍的RB-120型机器人采用的是IRC5紧凑型控制器。这类控上位机左臂机器人夹具制器浓缩了RC5的各项功能，体积小、重IRC5量轻，还配有外置式信号接头及内置式可扩展16路/0系统。左臂机器人运动关节动力驱动部分由机械臂的12个伺服电动机驱动，夹具的气压驱动，以及驱动电磁阀的可编程控制器(PLC)组成。动力驱动电源模块部分主要负责驱动各个电动机和气缸的运动，从而实现机械臂姿态的调整以及装配功图1-2双臂协调机器人控制系统的整体结构能的实现。安全稳定的电源供给是保证控制系统各模块能够顺利运动的必要前提。在机器人双臂协调控制系统中，需要用到交流220V电源。为防止用电设备在使用过程中出现过载、短路以第1章机器人实验系统的组成及欠电压等异常情况，在电源的进线处应设置断路器等电器保护装置。当设备发生电路异常3时，电源管理部分会第一时间采取断电措施，最大限度地避免安全事故。1.1.3双臂协调机器人系统了解双臂协调机器人控制系统的各个功能模块之后，本小节将介绍双臂协调机器人系统的组成以及各组成部分的功能和工作原理。图1-3是一种双臂协调机器人实验平台，该平台由两个RB120型机器人、6个工件台、控制器、气动系统、示教盒以及与之配套的控制软件组成。该平台可以实现快速装配一个机械鼠标外壳的功能。实验平台控制柜所配置的/O模块的型号为DSQC652,用来控制外部设备。I/0模块具有16路数字输入信号和16路数字输出接口。I/0模块接口的说明如图1-4所示。图1-4中，A部分是数字输出信号指示灯；B部分是X1、X2数字输出接口；C部分为DeviceNet接口；D部分为模块状态指图1-3双臂协调机器人实验平台示灯；E部分为X3、X4数字输入接口；F部分为数字输入信号指示灯。各模块接口连接说明见表1-2~表1-6。与与与且日表1-2X1端子接口连接说明X1端子编号使用定义地址分配OUTPUTCHILDX22OUTPUTCH2合分o分3HAC025917-001/00OUTPUTCH3DSQC6524OUTPUTCH43送5OUTPUTCH5OGT人UHABBOUTPUTCH6gtOUTPUTCH768OUTPUTCH879OV图1-4DSQC652接口示意图o24V机器人综合实验教程表13X2端子接口连接说明表1-4X3端子接口连接说明X2端子编号使用定义地址分配X3端子编号使用定义地址分配1OUTPUTCH981INPUTCHI02OUTPUTCHIO92INPUTCH213OUTPUTCHI110INPUTCH324OUTPUTCH12114INPUTCH43OUTPUTCH1312INPUTCH546OUTPUTCH14136INPUTCH657OUTPUTCH1514INPUTCH768OUTPUTCH1615INPUTCH879ov9Ov1024V10未使用表1-5X4端子接口连接说明表1-6X5端子接口连接说明X4端子编号使用定义地址分配X5端子编号使用定义1INPUTCH981OV(黑色线)22CAN信号线(Low,蓝色线)INPUTCH1093屏蔽线3INPUTCHI110CAN信号线(Hgh,白色线)INPUTCH1211524V(红色线)5INPUTCH13126GND地址选择公共端6INPUTCH1413gt模块Dit0(LSB)87INPUTCH1514模块IDit1(LSB)9模块Dit2(LSB)8INPUTCH161510模块Dit3(LSB)9Ov11模块Dit4(LSB)10未使用12模块IDit5(LSB)在编程软件界面创建控制系统时，已经将/0口的功能配置好，所以在编程过程中，只需要知道控制工具动作所对应的/0口编号即可。在编程中将会使用到的/0信号定义见表1-7。表17/0信号定义表信号定义D09机器人的输出信号为1时，夹具加紧，为0时松开DI9机器人的输入信号为1时，传送带光电检测到物料DI11机器人的输入信号为1时，旋转开关到流水线模式DI12机器人的输入信号为1时，旋转开关到写字模式机器人末端夹具的动作通过对/0口的编程实现，由气压驱动。气压驱动系统由动力元件、辅助元件、执行元件、控制元件这四部分组成。动力元件的主体部分是空气压缩机，它把电动机输出的机械能转化为压力输送给气动系统。辅助元件主要有冷却器、油水分离器、空气干燥器、空气过滤器、气罐、油雾器、消声器等。第1章机器人实验系统的组成冷却器的作用是将140~170℃的高温压缩空气降至40~50℃，使水和油变成凝结的油滴和水滴，易于排出。油水分离器将经冷却器降温析出的水和油等杂质从压缩空气中分离出来，使空气得到初步净化。空气干燥器将初步净化的湿压缩空气进一步脱水去杂质，成为干燥的压缩空气，以提高压缩空气的质量。空气过滤器根据固体物质和空气分子的大小和质量不同，利用惯性、阻隔和吸附的方法滤除压缩空气中的水分、油滴及杂质微粒，以实现空气净化的要求。气罐的主要作用是消除压力波动，保证输出气流的连续性；同时还能储存一定体积的压缩空气，调节用气量以备发生故障和临时应急使用，并进一步分离压缩空气中的水分和油分。油雾器的主要作用是以压缩空气为动力，将润滑油喷射成雾状并混合于压缩空气中，使该压缩空气具有润滑气动元件的能力，以减轻其对运动零件的表面磨损，改善其工作性能。消声器是指能阻止声音传播而允许气流通过的一种气动元件，其工作原理是通过阻尼或加大排气面积，以降低排气的速度和功率（能量）。气动执行元件是把压缩空气的压力转化为机械能的能量转换装置，可分为气缸和气马达。气动控制元件的功能是用来控制和调节压缩空气的压力、流量和流动方向，保证气动执行元件具有一定的力（力矩）和速度，按预定的方向与程序正常工作。本书所用到的控制元件主要是手滑阀、调压阀和电磁阀。手滑阀和调压阀是手动阀，电磁阀是电动阀。调压阀把来自气源的较高输入压力减小至设备或分支系统所需的较低的输出压力，可调节并保持输出压力值的稳定，使输出压力不受系统流量、负载和压力值波动的影响。当手滑阀滑到右侧时（正面面对调压阀气压表为方向基准），气路打开，滑到左侧时，气路关闭。利用调压阀调整气压操作时需要先将旋钮向上拔起，然后顺时针旋转旋钮降低气压，逆时针旋转旋钮升高气压。若旋钮未向上拔起，则不能调节气压大小。电磁阀用来自动控制气路开合，通过继电器控制，或由PLC的/0口直接驱动。机器人所用控制器为RC5型控制器（图1-5），内置有机器人控制模块和驱动模块。控制模块包含控制面板与机器人控制相关的所有控制装线缆面板置，包括主机、运动控制器、/O电路板和内存等，控制器内运行操作机器人所需软件(RootWare系电源输入面板统)；驱动模块包含驱动机器人关ABB节电动机的电动机驱动器。RC5图1-5机器人控制器控制器最多可驱动9个伺服电动机。在RootWare软件中，以内置的动态控制模型为基础，使机器人在运动中具有较高的运动效率和定位精度；同时还具有安全监测和紧急停机功能，可以在运动过程中对运行状态进行监控，保障操作人员的安全。工业机器人的末端轨迹规划一般采用示教再现方式，即先通过示教盒示教机器人运动轨迹点并记录存储，然后让机器人在实际工作中再现这些轨迹点。示教盒是工业机器人的必备装置（图1-6），通过示教盒能够实现对机器人的手动控制，也能直接在示教盒上编写程序，控制机器人关节运动，还能在示教盒上设置程序参数、夹具参数、/0口信号参数等。机器人综合实验教程在操作示教盒时，绝大多数操作都是在触摸6屏(B)上进行的，但示教盒上仍有一些按钮来执行特定的操作。示教盒各部分功能和使用方法将在第2章介绍。RootStudio(以下简称RS)软件是与ABB机器人配套使用的仿真软件，可用于机器人的建模、离线编程和运动仿真。RS软件允许使用离图1-6示教盒外形线控制器，即在计算机上本地运行虚拟的IRC5控制器。当RS软件随实际RC5控制器一起使用时，称它处于在线模式；未连接到真实控制器或在连接到虚拟控制器的情况下使用时，称RS软件处于离线模式。S软件有7个功能选项卡，分别是“文件”“基本”“建模”“仿真”“控制器”“RAPID”和“Add-”。其中，“基本”功能选项卡的功能如下：①导入ABB机器人模型库。在模型库中包含了大量的机器人三维模型和工具模型，它们都可以直接使用，这样简化了建模过程。②创建机器人系统。S软件在建立好三维模型后，还可以创建机器人系统，并给每个关节配置模拟驱动器。③编程路径。建立好机器人系统后，可以通过选择位置点来生成路径，进行路径轨迹仿真。RS软件也能创建工作台、导轨等模型库里并不存在的实体。建模完成后，可以生成机器人运动路径，通过仿真来模拟机器人的轨迹，降低实验的成本和风险，提高效率。“控制器”功能选项卡的功能：只要建立外接设备与机器人控制器的联系，并在控制器授予外接设备控制机器人的权限后，外接设备就可以修改控制器内部程序。1.2基于并联机器人的自动化分拣系统分拣系统所要完成的任务是对流水线上多类型、散乱的工件进行识别与定位，从而实现零件的有序分拣。本书以ABB公司的Delta型并联机器人为基础，搭建了基于双目视觉的机器人分拣系统，如图1-7所示。该系统中，上料盘将多种形状、颜色的工件随机散落在传送带上，通过双目视觉平台对工件进行识别和定位，机器人系统完成工件的跟踪和拾起，并将工件分类放入对应的工件槽中。该机器人分拣系统由如下几个单元组成：上下料与工件传输单元、工件平台单元、双目视觉单元、机器人及其控制系统单元、上位机单元。系统中的各个单元由上位机协调控制以完成分拣作业。图1-7双目视觉的机器人分拣系统···试读结束···...

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图书名称：《机器人的秘密》【作者】耿雨【页数】26【出版社】中国民族文化出版社,2022.01【ISBN号】978-7-5122-1504-7【价格】39.80【分类】儿童故事-图画故事-中国-当代【参考文献】耿雨.机器人的秘密.中国民族文化出版社,2022.01.图书封面：《机器人的秘密》内容提要：《机器人的秘密》内容试读在一个古堡里面，住着一位科学怪人，他制造了各种各样奇怪的机器：会唱歌的面包机、能说话的大门、可以发出笑声的机器狗…但这些都不是最厉害的发明。嗯，看吧，在科学怪人的工作台上马上就要诞生一个最伟大的发明创造。没有人知道这个发明是什么东西，白天科学怪人在床上睡觉，晚上夜深人静科学怪人才开着一盏灯在工作台前制造他的“秘密”。这样不辞辛苦地工作了一个月，这个“秘密”终于要研制成功了。2这天晚上，科学怪人的“秘密”诞生在古堡的工作台上。那是一个机器人吗？看起来就像一个真正的小男孩儿一样，有着美丽的眼睛、卷卷的头发，还有双手、双脚，每只手、脚上都有五根指头，真是一个无与伦比的杰作。科学怪人把机器男孩儿拥抱在怀里，他把机器男孩儿当做自己的孩子，说：“孩子，你是我留给这个世界最后的礼物。记住，你的名字叫作贝贝。”086UUU说完，科学怪人就倒下去死了。他太累了，需要休息！机器人男孩儿看着死掉的主人一，点儿义义也不伤心，虽然科学怪人给了他人类的外形，却没有办法给他人类的心。贝贝是个空心男孩儿，他不会哭，不会笑，也没有感觉。在这个陌生的世界里，贝贝需要学习的东西太多了。004很快，贝贝就学会了和会说话的大门交谈，他从大门那里学到了基本的交流方式，学会了“你好”“谢谢”这些礼貌用语和“哥哥”“姐姐”“叔叔”“阿姨”这些尊称；然后又跟会笑的狗学会了微笑和大笑；最后，贝贝从会唱歌的面包机那里学了一千首世界上最著名的歌曲。5···试读结束···...

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图书名称：《工业机器人入门实用教程配天机器人》【作者】张明文，索利洋【丛书名】工业机器人技术专业“十三五”规划教材【页数】174【出版社】哈尔滨市：哈尔滨工业大学出版社有限公司,2020.06【ISBN号】978-7-5603-8769-7【分类】工业机器人-教材【参考文献】张明文，索利洋.工业机器人入门实用教程配天机器人.哈尔滨市：哈尔滨工业大学出版社有限公司,2020.06.图书封面：图书目录：《工业机器人入门实用教程配天机器人》内容提要：本书基于配天工业机器人,从机器人应用过程中需要掌握的技能出发,主要包括配天工业机器人首次拆箱安装、示教器和机器人示教、手动操纵机器人、工具及用户坐标系的定义及建立、I/O及配置、指令与编程等内容。《工业机器人入门实用教程配天机器人》内容试读第1章工业机器人概述1.1工业机器人行业概况当前，新科技革命和产业变革正在兴起，全球制造业正处于巨大的变革之中，《中国制造2025》《机器人产业发展规划(2016一2020年)》《智能制造发展规划(2016一2020年)》等强国战略规划，引导着中国制造业向着智能制造的方向发展。工业机器人行业概况《中国制造2025》提出了大力推进重点领域突破发展，而机器人作为十大重点领域之一，其产业已经上升到国家战略层面。工业机器人作为智能制造领域最具代表性的产品，“快速成长”和“进口替代”是现阶段我国工业机器人产业最重要的两个特征。我国正处于制造业升级的重要时间窗口，智能化改造需求空间巨大且增长迅速，工业机器人行业迎来重要发展机遇。根据国际机器人联合会(IFR)和中国机器人产业联盟(CRIA)统计，2018年中国工业机器人市场累计销售工业机器人15.6万台，同比下降1.73%，市场销量首次出现同比下降。其中，自主品牌机器人销售4.36万台，同比增长16.2%：外资机器人销售11.3万台，同比下降7.2%。截止到2018年10月底，全国机器人企业的总数为8399家。中国机器人密度的发展在全球也最具活力。由于机器人设备的大幅增加，特别是2013年至2018年间，我国机器人密度从2013年的25台/万人增加至2018年的140台万人，位居世界第20名，高于全球平均水平，如图11所示。83177433832724724022121720018818217514099长岩爱横于图1.12018年全球机器人密度（单位：台/万人）(数据来源：国际机器人联合会FR)。1…工业机器人入门实用教程（配天机器人）EduBot据CRIA统计，从应用行业看，电气电子设备和器材制造连续第三年成为中国工业机器人市场的首要应用行业，2018年在这两个行业销售工业机器人4.6万台，同比下降6.6%，占中国市场总销量的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，销量同比下降8.1%，在中国市场总销量的比重回落至25.5%。此外金属加工业（含机械设备制造业）工业机器人购置量同比明显下降23.4%，而应用于食品制造业的工业机器人销量增长33.1%。从应用领域看，搬运和上下料依然是中国工业机器人市场的首要应用领域，2018年在这两个领域销售工业机器人6.4万台，同比增长1.55%，在总销量中的比重与2017年持平，其中自主品牌销量增长5.7%。焊接与钎焊机器人销售接近4万台，同比增长12.5%，其中自主品牌销量实现20%的增长。装配及拆卸机器人销售2.3万台，同比下降17.2%。总体而言，搬运与焊接依然是工业机器人的主要应用领域，自主品牌机器人在搬运、焊接加工、装配、涂层等应用领域的市场占有率均有所提升。从机械结构看，2018年多关节机器人在中国市场中的销量位居各类型机器人销量的首位，全年销售9.72万台，同比增长6.53%。其中，自主品牌多关节机器人销售保持稳定的增长态势，销量连续两年位居各机型之首，全年累计销售1.88万台，同比增长18.1%：自主品牌多关节机器人市场占有率为19.4%，较上年提高了1.9%。SCARA机器人销售3.3万台，实现了52%的较高增速，其中自主品牌机器人销售增长63.9%。坐标机器人销售总量不足2万台，同比下降17%，其中自主品牌坐标机器人销售同比增长4.7%。并联机器人在上年低基数的基础上实现增长。国内机器人产业所表现出来的爆发性发展态势带来对工业机器人行业人才的大量需求，而行业人才严重的供需失衡又大大制约着国内机器人产业的发展，培养工业机器人行业人才迫在眉睫。工业机器人行业的多品牌竞争局面，迫使学习者需要根据行业特点和市场需求，合理选择学习和使用某品牌的工业机器人，从而提高自身职业技能和个人竞争力。1.2工业机器人定义和特点工业机器人虽然是技术上最成熟、应用最广泛的机器人，但对其具体的定义，科学界尚未统一，目前公认的是国际标准化组织(ISO)的定义。国际标准化组织的定义为：“工业机器人是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能够搬运材料、工件或者操持工具来完成各种作业。”我国国家标准将工业机器人定义为：“自动控制的、可重复编程、多用途的操作机，可对三个或三个以上的轴进行编程。它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。”工业机器人最显著的特点有：gt拟人化：在机械结构上类似于人的手臂或者其他组织结构。gt通用性：可执行不同的作业任务，动作程序可按需求改变。gt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。·2·EduBot第1章工业机器人概述gt智能性：具有不同程度的智能功能，如感知系统、记忆系统等，提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。1.3工业机器人构型按照结构运动形式的不同，工业机器人主要有5种构型：回最回直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人、多关节型机器人和并联机器人。1.直角坐标机器人睾工业机器人构型直角坐标机器人在空间上具有多个相互垂直的移动轴，常用的是3个轴，即X、Y、Z轴，如图1.2所示。其末端的空间位置是通过沿X、Y、Z轴来回移动形成的，是一个长方体。(a)示意图()哈工海渡-直角坐标机器人图1.2直角坐标机器人2.柱面坐标机器人柱面坐标机器人的运动空间位置是由基座回转、水平移动和竖直移动形成的，其作业空间呈圆柱体，如图1.3所示。(a)示意图()Veratra-柱面坐标机器人图1.3柱面坐标机器人。3·工业机器人入门实用教程（配天机器人）EduBot3.球面坐标机器人球面坐标机器人的空间位置机构主要由回转基座、摆动轴和平移轴构成，具有2个转动自由度和1个移动自由度，其作业空间是球面的一部分，如图1.4所示。B(a)示意图()Uimate-球面坐标机器人图1.4球面坐标机器人4.多关节型机器人多关节型机器人由多个回转和摆动（或移动）机构组成，按旋转方向可分为水平多关节机器人和垂直多关节机器人。gt水平多关节机器人：是由多个竖直回转机构构成的，没有摆动或平移机构，手臂均在水平面内转动，其作业空间为圆柱体，如图1.5所示。仍三OU白OT(a)示意图()哈工海渡-水平多关节机器人图1.5水平多关节机器人4.工业机器人入门实用教程（配天机器人）EduBot,4工业机器人主要技术参数选用什么样的工业机器人，首先要了解机器人的主要技术参数，然后根据生产和工艺的实际要求，通过机器人的技▣总▣术参数来选择机器人的机械结构、坐标形式和传动装置等。机器人的技术参数反映了机器人的适用范围和工作性工业机器人主要技术参数能，主要包括自由度、额定负载、工作空间、工作精度，其他参数还有：工作速度、控制方式、驱动方式、安装方式、动力源容量、本体质量和环境参数等。1.自由度自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。空间直角坐标系又称笛卡尔直角坐标系，它是以空间中一点O为原点，建立3条两两相互垂直的数轴，即X轴、Y轴和Z轴。3个轴的正方向符合右手规则，如图1.8所示，即右手大拇指指向Z轴正方向，食指指向X轴正方向，中指指向Y轴正方向。在三维空间中描述一个物体的位姿（即位置和姿态）需要6个自由度，如图1.9所示，即沿空间直角坐标系OXYZ的X、Y、Z3个轴的平移运动Tx、T、T,和绕空间直角坐标系OXYZ的X、Y、Z3个轴的旋转运动Rx、R,、R2。Z图1.8右手规则图1.9刚体的6个自由度机器人的自由度是指工业机器人相对坐标系能够进行独立运动的数目，不包括末端执行器的动作，如焊接、喷涂等。通常，垂直多关节机器人以6自由度为主，SCARA机器人为4自由度，如图1.10所示。机器人的自由度反映机器人动作的灵活性，自由度越多，机器人就越能接近人手的动作机能，通用性越好：但是自由度越多，结构就越复杂，对机器人的整体要求就越高。因此，工业机器人的自由度是根据其用途进行设计的。。6···试读结束···...

2022-10-21 工业机器人张明文 工业机器人 张明文简历

图书名称：《机器人机构学基础》【作者】朱大昌，张春良，吴文强主编；张铁，苏发，龙迎春，朱劲松副主编；陈首彦，赵志甲，欧阳海滨，马鸽，罗欣，黎文博参编【丛书名】“十三五”国家重点出版物出版规划项目；现代机械工程系列精品教材；普通高等教育新工科机器人工程系列教材【页数】276【出版社】北京：机械工业出版社,2020.04【ISBN号】978-7-111-65060-7【分类】机器人结构-高等学校-教材【参考文献】朱大昌，张春良，吴文强主编；张铁，苏发，龙迎春，朱劲松副主编；陈首彦，赵志甲，欧阳海滨，马鸽，罗欣，黎文博参编.机器人机构学基础.北京：机械工业出版社,2020.04.图书封面：图书目录：《机器人机构学基础》内容提要：本书全面介绍了机器人机构学基础理论知识，包括机器人位姿描述和齐次变换、机器人运动学、机器人速度运动学与雅可比矩阵、机器人动力学、关节空间和直角坐标空间的机器人路径和轨迹规划、机器人工具箱的应用等内容与方法。全书共7章，第1章介绍必要的基础知识，如机器人的发展历史、机器人系统的组成、机器人机械结构、控制系统、机器人学研究前沿等。第2章和第3章分析机器人的运动学，包括坐标系的建立、坐标变换、连杆参数和坐标系的建立、机器人运动学等。第4章分析了雅可比矩阵与速度运动学。第5章介绍了机器人动力学建模方法。第6章讨论机器人在关节空间和操作空间的路径和轨迹规划。第7章介绍了机器人工具箱的应用。《机器人机构学基础》内容试读第1章绪论机器人学(Rootic)是对一类能代替人类完成体力活动和决策的机器所包含的机构组成原理、控制、视觉、传感与通信等交叉技术领域开展研究的学科。因此，机器人学是一门涉及机械、控制、计算机、电子通信等领域的交叉学科。本书侧重于机器人机构的基本原理，包括机器人机构学、运动学、动力学、轨迹规划等。本章主要介绍机器人学所涉及的共性基础理论及先进机器人学(AdvacedRootic)中的多学科交叉融合所带来的发展趋势与应用前景。并以机器人核心技术为主线，介绍了机器人机构组成原理、传感器、控制体系与控制方法、机器人应用与发展现状以及相关专业领域的研究热点。1.1机器人概述多少世纪以来，人类坚持不懈地寻求自己的替身，这些替身可以在各种情况下模仿人类与周围环境进行互动。哲学、经济学、社会学以及科学定律等是激发并维持这种研究热情的几大动因。1.1.1机器人发展历程普罗米修斯用黏土造人、赫费斯托斯铸造青铜奴隶巨人泰拉斯的传说，说明古希腊神话深受幻想已久的制造与人类自身功能相似的机器和装置的影响。我国早在很久之前就有关于机器人的传说。据《列子·汤问》记载，公元前900多年的西周时期，有一位巧匠偃师，造出了“千变万化，惟意所适”的机器人。据考证，618年至907年间，四川能工巧匠杨行廉制作的能走会动的“木僧”、江苏神匠马待封制作的“酒山”等都是早期的机器人。在我国广为流传的诸葛亮制作的木牛流马，是一种能够负载奔走于崎岖山路的移动机器人。在国外，1768年至1774年间，瑞士钟表匠德罗斯父子制造了三种拟人机器人：写字偶人、绘图偶人、弹风琴偶人。“机器人”一词最早由捷克作家卡雷尔·恰佩克(KarelCaek)在1920年创作的剧本《罗素姆万能机器人》(Roum'UiveralRoot)中首次引入，root这个词在捷克语中是工作的意思。从此以后，机器人这个词被广泛应用到各种机械设备中，如水下机器人、服务机器人、焊接机器人等。基本上任何具备自主操作能力的东西（通常是在计算机控制下）都可被称作是机器人。在本书中，“机器人”一词特指工业机器人，即由计算机控制的工业·2·机器人机构学基础操作臂。“机器人学”这一概念在1950年由科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫(IaacAimov)提出。他将机器人设想为徒有人类外形而完全不具备人类情感的机器，其行为完全听从于一个“正电子”大脑，该大脑由人类输人的程序控制，使机器人的行为能够遵从一定的伦理规则。阿西莫夫还提出了“机器人三原则”。后来，人们不断对机器人三原则进行补充、修正和发展，最终形成了以下机器人原则：第一原则：机器人不得伤害人类，也不能坐视人类受到伤害而无所作为。第二原则：机器人必须服从人类的命令，但不得违背第一原则。第三原则：机器人必须保护自己，但不得违背第一原则和第二原则第四原则：机器人必须执行内置程序赋予的职能，但不得违反高阶原则。繁殖原则：机器人不得参与机器人的设计和制造，除非新机器人行为符合机器人原则。基于这些原则形成的行为规则后来成为机器人设计的规范，并成为工程师或技术专家设计制造产品的隐性规则。从工程角度而言，机器人是一个复杂的通用装置，所涉及的技术领域涵盖了力学、电气科学、自动控制、数字和计算机科学等。美国机器人学会(RootIti-.tuteofAmerica,RIA)给出了机器人的定义：机器人是一个可重复编程的多功能操纵器，为了执行不同的任务，通过不同的程序驱动可以用于移动材料、工具或者专业化装置。20世纪60年代，恩格尔伯格(Egelerger)所制造的通用机械手成为第一个现代工业机器人，它是机器人市场中第一款机器人。因此，恩格尔伯格被称为机器人之父。这个机器人共有4个自由度，外形有点像坦克，基座上有一个大操作臂，大臂可绕轴在基座上转动，大臂上伸出一个小操作臂，它相对大臂可以伸出或缩回。小臂顶部有一个手腕，可绕小臂转动。这个机器人的功能和人手臂功能相似，手腕前侧是手，即机器人末端操作器。此后，恩格尔伯格和德沃尔(Devol)成立了Uimatio公司，兴办了世界上第一家机器人制造工厂，第一批工业机器人被称为“UNIMATE”,意思是“万能自动”。20世纪70年代，随着计算机、现代控制、传感技术、人工智能技术的发展，机器人得到了迅速发展。1979年，Uimatio公司推出了PUMA机器人，它有6个自由度、全电动驱动、多CPU控制，可配置视觉、触觉、力觉传感器，是当时一种非常先进的工业机器人现在的工业机器人结构基本上都是以此为基础的。但是，这一时期的机器人属于“示教再现”型机器人，即只具有记忆、存储能力，仅能按相应的程序重复作业，对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。这种机器人被称作第一代机器人。进入20世纪80年代，随着传感技术以及信息处理技术的发展，出现了第二代机器人，即具有感知能力的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分信息，并进行一定的实时处理，引导机器人进行作业。第二代机器人现已成熟并进入了实用化，以工业机器人为主要代表，在汽车、飞机、电子、通信等工业生产中发挥了重要作用。第三代机器人是目前正在研究与发展的“智能机器人”，以达·芬奇“内窥镜手术器械控制系统”手术机器人和Rot扫地机器人等为代表，在医疗、康复、家庭服务等领域得到了成功应用。随着人工智能理论与技术的发展，第三代机器人具有比第二代机器人更加完善的环境感知能力，而且还具有逻辑思维、判断、学习、推理和决策能力，可根据作业要求与环境信息进行自主工作。以Bigdog、仿生机器人Atla等为代表的智能机器人系统，可提升人类的生活质量，并能够在复杂危险的环境中代替人类进行作业。第1章绪论·3·1.1.2机器人系统组成机器人作为一种典型的机电一体化系统，集机械工程、电气工程、系统设计工程、计算机工程、自动控制理论、传感器技术、人工智能、仿生学等众多学科于一体。其中，机械工程用来设计机械零部件、操作臂、末端执行器（夹具），也负责机器人的运动学、动力学和控制系统建模分析等；电气工程主要负责机器人的驱动器、传感器、动力源和控制系统的实现等；系统设计工程负责机器人的感知和控制算法；计算机工程负责机器人的逻辑、智能、通信和联网。机器人系统(Rooticytem)是一个复杂系统，其功能由多个子系统来实人机交互系统控制部分现，一般具备机械本体、控制系统、传感器、驱动器四个组成部分，如图1-1所控制系统示。为对本体进行精确控制，传感器应传感部分统驱动系统提供机器人本体或其所处环境的信息，机械部分控制系统依据控制程序产生指令信号，机械系统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、速度和加机器人-环境交互系统速度，以一定的姿态达到空间指定位置。驱动器将控制系统输出的信号变换成大图1-1机器人系统结构图功率的信号，以驱动执行器工作。1.机械系统机器人系统最基本的组成部分是机械系统。机械系统(Mechaicalytem)通常是由一套运动装置（轮系、履带、机械腿）和操作装置[操作臂、末端执行器（夹具）、人工手]构成。典型工业机器人的机械本体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（姿态）。操作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.驱动系统驱动系统是机器人的动力系统，可提供作用于机械上的动力，使机器人实现移动和操作行为。因此，驱动系统使机器人的机械组件具有运动能力。驱动系统一般由驱动装置和传动装置两部分组成。(1)驱动装置依据驱动方式的不同，驱动装置可以分为电动、液压、气动三种类型。一般而言，对于高精度机器人多采用电动，如交流伺服驱动；对于重载低速机器人多采用液压驱动；对精度要求不高、又要满足快速的场合则采用气动方式。驱动装置（液压缸、气缸、电动机)可以与操作机直接相连，也可以通过传动装置与操作机相连。1)液压缸结构相对紧凑，能产生足够的力来驱动关节而无须减速系统，且液压系统的位置控制原理相对直观，因此早期工业机器人以及现代大型机器人一般采用液压系统驱动，液压系统主要存在泄漏、摩擦等不足之处。2)气缸具有液压的各种优点，而且由于泄漏出的是气体而不是液体，所以比液压干净。然而，由于气体的可压缩性以及密封造成的高摩擦，使得气压驱动器很难实现精确·4·机器人机构学基础控制。3)电动机是操作臂上最常用的驱动。尽管它们不具有液压或气动那么好的功率-重量比特性，但电动机的可控性好而且接口简单，所以广泛用于中小型操作臂上。现在的工业机器人主要采用交流伺服电动机作为驱动器。(2)传动装置如果驱动器能够产生足够的力和力矩，那么可以把驱动器放在所驱动关节上或者其附近。然而，很多驱动器转速高、转矩低，所以需要安装减速系统。很多时候是把减速系统与传动系统的功能集成在一起。传动装置通常有齿轮传动、链传动、谐波齿轮传动、螺旋传动、带传动等几种类型。3.传感系统机器人的感知能力由传感系统(Seorytem)实现，可用于检测和收集内外环境状况信息，包括内部传感器和外部传感器两大类。集成在机器人中的传感器通过通信协议将每个连杆和关节的信息发送至控制单元，控制单元再决定机器人的运动状况。(1)内部传感器主要用来检测机器人本体的状态，可以为机器人的运动控制提供必要的本体状态信息，常见内部传感器有位置传感器、速度传感器等。(2)外部传感器用来感知机器人所处的工作环境或工作状况信息，又可分为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、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传感器、触觉传感器、视觉传感器等。4.控制系统由感知到行为是由控制系统(Cotrolytem)实现的，控制系统能够在机器人自身及其环境因素约束下，根据任务规划技术设定的目标来指挥动作的执行。控制系统负责对指令信息、内外环境信息进行处理，并依据设定的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，从而完成特定的作业。由此可见，控制器或控制单元有3个作用：①信息作用，即收集和处理由机器人传感器所提供的信息；②决策作用，即规划机器人机构的几何运动；③通信作用，即组织机器人及其环境之间的信息。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。1.2机器人机械结构机器人四大系统组成中，机械结构是最基础的部分。机械结构的类型、布局、传动方式、驱动方式直接影响机器人的性能。由连杆、关节和其他结构零部件所构成的机器人主体称之为操作臂。当一个操作臂上装有传感器、夹具和控制系统时，该操作臂就变成了一个机器人。1.2.1连杆与运动副机器人机械结构的基本元素为连杆和关节。连杆是机械系统中能够进行独立运动的单元体，机器人中的连杆多为刚性。两个连杆既保持接触又有相对运动的活动连接称之为关节，第1章绪论，5·又称运动副或铰链，运动副决定了两相邻连杆之间的连接关系。若多个连杆通过运动副以串联的形式连接成首尾不封闭的机构，称为串联机构：若多个连杆连接成首尾封闭的机构则称为并联机构。1.连杆连杆机构机械系统中能够进行独立运动的单竖直导轨元体称为构件，机器人中的构件多为刚性连杆，如图1-2所示。机器人连杆是一刚性构件，连杆与水平导轨连杆之间通过运动副（关节）连接可伺服电动机底座产生相对运动。前盘法兰盘2.运动副多的运动副又称关节，它决定了两相邻好个连杆之间的连接关系。刚体在三维空间图1-2机器人连杆示意图有6个运动自由度，运动副通过不同形式对刚体运动进行约束。通常把运动副分为两类：高副和低副。两连杆之间通过面接触相对运动时，接触面的压强低，这样的运动副称为低副；连杆之间通过线接触或点接触相对运动时，接触面的压强高，则称为高副。19世纪末期，Reuleaux发现并描述了6种运动低副：旋转（转动）副、移动副、螺旋副、圆柱副、平面副和球面副，如图1-3所示。其中，旋转副、移动副和螺旋副具有1个自由度；圆柱副具有2个自由度；平面副和球面副具有3个自由度。机器人的关节只选用低副，其中最常用的低副是旋转副和移动副。a)旋转副)移动副c)螺旋副d圆柱副e)平面副f)球面副图1-3六种Reuleaux运动低副(I)旋转副(Revolutejoit,符号R)也称为转动副，是一种使两个连杆仅发生相对转动的连接结构，它约束了连杆的5个自由度，仅具有1个转动自由度，并使得两个连杆在·6·机器人机构学基础同一平面内运动。常用的胡克铰(Uiveraljoit,.符号U)是一种特殊的低副机构，它是由2个轴线正交的旋转副连接而成的，具有2个相对转动的自由度，约束了刚体的其他4个运动，可使得两个连杆在空间内运动。(2)移动副(Primaticjoit,.符号P)移动副也称为平动副，是一种能使两个连杆仅发生相对移动的连接结构，它约束了连杆的5个自由度，仅具有1个移动自由度，并使得两个连杆在同一平面内运动。(3)螺旋副(Helicaljoit,符号H)螺旋副是一种能使两个连杆发生螺旋运动的连接结构，它约束了连杆的5个自由度，仅具有1个自由度，并使得两个连杆在空间某一范围内运动。(4)圆柱副(Cylidricaljoit,.符号C)圆柱副是一种能使两连杆发生同轴转动和移动的连接结构，通常由同轴的旋转副和移动副组合而成，它约束了连杆的4个自由度，具有2个独立的自由度，并使得连杆在空间内运动。(5)平面副(Plaarjoit,符号E)平面副是一种允许两连杆在平面内任意移动和转动的连接结构，可以看成由2个独立的移动副和1个旋转副组成。它约束了连杆的3个自由度，只允许两个连杆在平面内运动。由于缺乏物理结构与之相对应，它在工程中并不常用。(6)球面副(Shericaljoit,符号S)球面副是一种能使两个连杆在三维空间内绕同一点做任意相对转动的运动副，可以看成由轴线汇交于一点的3个旋转副组成。它约束了刚体的三维移动，具有3个自由度。运动副还可以有其他不同的分类方式，如根据运动副在机构运动过程中的作用可分为主动副[或称积极副(Activejoit)、驱动副(Actuatedjoit)]和被动副(Paivejoit)。根据运动副的结构组成还可分为简单副(Simlejoit)和复杂副(Comlexjoit)。1.2.2操作臂机器人操作臂是由一系列刚性连杆通过运动副（关节）连接组成的一个运动链(Kiematicchai)。操作臂的运动能力由关节保证，最常用的关节为旋转副(R)和移动副(P)。一个带有三个转动关节的三连杆操作臂可称为RRR型操作臂。1.基本概念(1)位形与位形空间操作臂的位形是指操作臂上各点位置，所有位形的集合称为位形空间(Cofiguratioace)。如果已知转动关节的转角或平动关节的移动距离，就可以推断操作臂上任何一点的位置，这是因为我们假定操作臂的各连杆均为刚性，且底座是固定的。所以，通常采用关节变量值的集合来表示机器人的位形。(2)自由度如果一个物体的位形最少可以由个参数来确定，则称这个物体具有个自由度(DegreeofFreedom,DOF)。因此，自由度的数目等于位形空间的维度。对于一个操作臂，它的关节数目决定了自由度的数目。一个处于三维空间的物体具有6个自由度：3个对应位置(Poitioig)的自由度（用于实现对目标点的定位）和3个对应姿态(Orieta-tio)的自由度（用于实现在空间坐标系中对目标点的定向）。所以，一个操作臂通常最少具有6个独立的自由度。如果自由度小于6，操作臂将无法以任意姿态到达工作空间中的每一点。如果系统可用的自由度超过任务中的变量个数，则从运动学角度而言，操作臂是冗余(Redudat)的。但冗余机器人可在实现预定轨迹的前提下，具有最佳的灵活性和避障能···试读结束···...

2022-10-21

图书名称：《工业机器人入门实用教程COMAU机器人》【作者】张明文【丛书名】工业机器人技术专业“十三五”规划教材【页数】228【出版社】哈尔滨市：哈尔滨工业大学出版社有限公司,2020.06【ISBN号】978-7-5603-8768-0【分类】工业机器人-教材【参考文献】张明文.工业机器人入门实用教程COMAU机器人.哈尔滨市：哈尔滨工业大学出版社有限公司,2020.06.图书封面：图书目录：《工业机器人入门实用教程COMAU机器人》内容提要：本书基于COMAU工业机器人,从机器人应用过程中需要掌握的技能出发,由浅入深、循序渐进地介绍了COMAU机器人入门实用知识,主要包括COMAU工业机器人首次拆箱安装、示教器和机器人示教、手动操纵机器人、工具及用户坐标系的定义及建立、I/O及配置、指令与编程等内容。《工业机器人入门实用教程COMAU机器人》内容试读第1章工业机器人概述本章主要介绍工业机器人定义及特点、工业机器人主要技术参数和工业机器人应用。通过本章的学习，读者将初步认知工业机器人，熟悉工业机器人应用中的常用概念1.1工业机器人定义和特点工业机器人虽是技术上最成熟、应用最广泛的机器人，但对其具体的定义，科学界尚未达成统一，目前普遍采用的是国际标准化组织(ISO)的定义。国际标准化组织(ISO)的定义为：“工业机器人是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能够搬运材料、工件或者操持工具来完成各种作业。”我国国家标准将工业机器人定义为：“自动控制的、可重复编程、多用途的操作机，并可对三个或三个以上的轴进行编程。它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。”工业机器人最显著的特点有：gt拟人化：在机械结构上类似于人的手臂或其他组织结构。gt通用性：可执行不同的作业任务，动作程序可按需求改变。gt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。gt智能性：有不同程度的智能功能，如感知系统等，提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。1.2工业机器人主要技术参数选用什么样的工业机器人，首先要了解机器人的主要技术参数，然后根据生产和工艺的实际要求，通过机器人的技术参数来选择机器人的机械结构、坐标形式和传动装置等。机器人的技术参数反映了机器人的适用范围和工作性能，主要包括：自由度、额定负载、工作空间、工作精度。其他参数还有：工作速度、控制方式、驱动方式、安装方式、动力源容量、本体质量、环境参数等。1.自由度自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。。1工业机器人入门实用教程(COMAU机器人)EduBot空间直角坐标系又称笛卡尔直角坐标系，它是以空间一点O为原点，建立三条两两相互垂直的数轴，即X轴、Y轴和Z轴。机器人系统中常用的坐标系为右手坐标系，即三个轴的正方向符合右手规则，如图1.1所示，即右手大拇指指向Z轴正方向，食指指向X轴正方向，中指指向Y轴正方向。在三维空间中描述一个物体的位姿（即位置和姿态）需要6个自由度，如图1.2所示：gt沿空间直角坐标系O-YZ的X、Y、Z三个轴平移运动Tx、T,、Tgt绕空间直角坐标系O-YZ的X、Y、Z三个轴旋转运动Rx、R,、R2。T图1.1右手规则图1.2刚体的6个自由度机器人的自由度是指工业机器人相对坐标系能够进行独立运动的数目，不包括末端执行器的动作，如图1.3所示。机器人的自由度反映机器人动作的灵活性，自由度越多，机器人就越接近人手的动作机能，通用性越好；但是自由度越多，结构就越复杂，对机器人的整体要求就越高。因此，工业机器人的自由度是根据其用途设计的。J4J2(a)Racer3机器人()ReelS6机器人图1.3机器人的自由度…2EduBot第1章工业机器人概述采用空间开链连杆机构的机器人，因为每个关节运动副仅有一个自由度，所以机器人的自由度数就等于它的关节数。2.额定负载额定负载也称有效负荷，是指正常作业条件下，工业机器人在规定性能范围内，手腕末端所能承受的最大载荷。目前使用的工业机器人额定负载范围一般为0.5~2500kg,具体数值见表1.1。表1.1主流品牌工业机器人的额定负载COMAUCOMAUCOMAUCOAMU型号Racer3SIX6-1.4NS12-1.85NJ60-2.2实物图额定负载3kg6kg12kg60kgFANUCABBKUKAYASKAWA型号LRMate200iD/4SIRB120KR16MC200011实物图额定负载4kg3kg16kg50kg额定负载通常用载荷图表示，如图1.4所示。在图1.4中，“纵轴Lmm”表示负载重心与连接法兰端面的距离：“横轴Lgmm”表示负载重心在连接法兰所处平面上的投影与连接法兰中心的距离。图中负载重心落在2kg载荷线上，表示此时负载质量不能超过2kg。。3·工业机器人入门实用教程(COMAU机器人)EduBotL:/mm6001kg5001.5kg400负载重心3002kg2002.5kg3kg100连接法兰中心Lxv/mm100200300400500机器人末端图1.4Racer3机器人的载荷图3.工作空间工作空间又称工作范围、工作行程，是指工业机器人作业时，手腕参考中心（即手腕旋转中心)所能到达的空间区域，不包括手部本身所能达到的区域，常用图形表示，如图l.5所示，P点为手腕参考中心，COMAURacer3机器人的工作空间为630mm。R155P点630530(a)主视图()俯视图图1.5Racer3机器人的工作空间（图中的数字单位为mm)·4·EduBot第1章工业机器人概述工作空间的形状和大小反映了机器人工作能力的强弱，它不仅与机器人各连杆的尺寸有关，还与机器人的总体结构有关，工业机器人在作业时可能会因存在手部不能到达的作业死区而不能完成规定任务。由于末端执行器的形状和尺寸是多种多样的，为真实反映机器人的特征参数，工作范围一般是指不安装末端执行器时，可以达到的区域。注意：在装上末端执行器后，需要同时保证工具姿态，实际的可达空间会和生产商给出的有差距，因此需要通过比例做图或模型核算，来判断是否满足实际需求。4.工作精度工业机器人的工作精度包括定位精度和重复定位精度。gt定位精度又称绝对精度，是指机器人的末端执行器实际到达位置与目标位置之间的差距。gt重复定位精度简称重复精度，是指在相同的运动位置命令下，机器人重复定位其末端执行器于同一目标位置的能力，以实际位置值的分散程度来表示。实际上机器人重复执行某位置给定指令时，它每次走过的距离并不相同，都是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，变化的幅值代表重复精度，如图1.6和图1.7所示。机器人具有定位精度低、重复定位精度高的特点。实际位置目标位置实际位置目标位置图1.6定位精度图图1.7重复定位精度图1.3工业机器人应用工业机器人可以替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作：还可以替代人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量，主要用于汽车、3C产品、医疗、食品、通用机械制造、金属加工、船舶等领域，用以完成搬运、焊接、喷涂、装配、码垛和打磨等复杂作业。工业机器人与数控加工中心、自动引导车及自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS),实现生产自动化。·5工业机器人入门实用教程(COMAU机器人)EduBot1.搬运搬运作业是指用一种设备握持工件，从一个加工位置移动到另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器（如机械手爪、真空吸盘等）以完成各种不同形状和状态的工件搬运，大大减轻了人类繁重的体力劳动。通过编程控制，配合各个工序不同设备实现流水线作业。搬运机器人广泛应用于机床上下料、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等自动搬运工作中，如图1.8所示2.焊接机器人焊接目前在工业领域应用最广，如工程机械、汽车制造、电力建设等，焊接机器人能在恶劣的环境下连续工作并能保障稳定的焊接质量，提高工作效率，减轻工人的劳动强度。采用机器人焊接是焊接自动化的革命性进步，突破了焊接专机的传统方式，如图1.9所示。图1.8搬运机器人图1.9焊接机器人3.折弯折弯机器人准确对多种规格的产品进行折弯作业，在加工更高效的同时，保证折弯生产质量和稳定性，如图1.10所示。4.装配装配是一个比较复杂的作业过程，装配机器人不仅要检测装配过程中的误差，而且试图纠正这种误差。装配机器人是柔性自动化系统的核心设备，末端执行器种类多，以适应不同的装配对象：传感系统用于获取装配机器人与环境和装配对象之间相互作用的信息。装配机器人主要应用于各种电器的制造业及流水线产品的组装作业，具有高效、精确、持续工作的特点，如图1.11所示。6···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：《机器人崛起改变世界的50种机器人》【作者】（英）大卫·汉布林（DavidHamig）著【页数】219【出版社】北京：机械工业出版社,2020.04【ISBN号】978-7-111-64253-4【价格】139.00【分类】机器人-普及读物【参考文献】（英）大卫·汉布林（DavidHamig）著.机器人崛起改变世界的50种机器人.北京：机械工业出版社,2020.04.图书封面：图书目录：《机器人崛起改变世界的50种机器人》内容提要：本书揭开了机器人的面纱，这些曾经只存在于科幻文学中的形象如今已经比比皆是.从迪拜街头的机器人警察ＲＥＥＭ到运送包裹的无人机，作者大卫.汉布林介绍了来自各行各业的５０种各具特色的机器人-它们怎样嵌入我们的文化，怎样工作，有什么社会意义，又预示着怎样的社会发展趋势。本书用专业的笔触、全尺寸照片和精美的绘图，阐述了每种机器人的工作原理、独特功能和广泛用途，是引领读者进入机器人世界的精彩指南。《机器人崛起改变世界的50种机器人》内容试读引言机器人正在改变世界，可是在探讨机器人之前，首先要定义什么是机器人。机器人与其他机器的区别是什么？人们脑海中的机器人形象，往往是个会说话、会走路的类人机器。然而，这种机器人目前还只存在于科幻文学中。真实世界中的绝大多数机器人既不会走路，也不会说话，长得也不像人类。找到机器人的词源也没什么帮助。“oot”这个词最早出现于捷克作家卡雷尔·恰佩克(KarelCaek)1920年的戏剧《万能机器人》(R.U.R.)。剧中他描绘了一群名为“罗素姆万能机器人”的人造工人，“roo”一词在捷克语中是“强迫劳动”的意思。更让人困惑的是，剧中的机器人是用合成有机物制造的，概念上更类似于克隆。《牛津英语词典》将机器人解释为“能够自动执行一系列复杂任务的机器”。按这个标准，洗碗机、洗衣机一类的机器也属于机器人，但这与人们通常的认知不同。国际机器人联合会将机器人定义为“自动控制且可编程的多用途操纵器，可固定位置或移动”。这个定义在工业领域适用，在其他领域则不准确，比如，手术机器人就不可编程。早期机器人开发者沿用了科幻文学中典型的机器人形象，进一步加深了机器人就是“机械人类”的印象。1939年纽约世界博览会上，身高2m(6.5f)、由金属制成的“移动人”(Elektro）亮相，参观者蜂拥而至。Elektr0能够响应话语指令，会用典型的机器人声音回答问题，会伸出手指数○1i=0.3048m1机器人崛数，还会吸烟。西屋电气公司通过制造Elektro来展示其顶尖技术，如光电起池和电气继电器。Elektro其实是假的机器人，它回答问题的文本是事先写好的，也只能表演预先设定的把戏，但Elektro所采用的技术在当时已经用于制造真正的工作机器人。人们通常把代替人类工作的机器称为机器人。1868年，英国国会大厦前安装了世界上第一组交通灯，由警察手动切换红色、绿色和琥珀色煤气灯，根据铁路信号规则，引导夜间交通。于是，到20世纪20年代自动交通灯出现时，人们将它称为“机器人警察”。20世纪40年代，德国研制出外形似飞机但无人驾驶的新型武器一巡航飞弹V-1,当时英语国家称之为“机器人飞机”(rootaircraft),或者就叫“机器人”(root),较少见的说法还有“嗡嗡弹”(doodleug或uzzom)。如今，无人驾驶飞机一般被叫作“无人机”(droe),而无人机与机器人的定义也有部分重合。本书对机器人的定义比较宽泛，包含手术机器人和拆弹机器人一尽管有人认为这两种是遥控机器，不属于真正意义上机器人的范畴，但大多数人还是将它们视为机器人。书中也包含多种机器人车辆，海陆空、水下、地下作业的都有；还包含一些需要人类操纵、但无疑具有机器人性质的机器，如假肢手和外骨骼。不过，一直以来最让人们着迷的还是人形机器人。真正制造类人机器人的历史至少可以追溯到1495年，当年列奥纳多·达·芬奇创作的机械骑士设计手稿可以被视为现代机器人的鼻祖。达·芬奇熟知人体关节和肌肉的构造机理，因而利用杠杆和滑轮，在一套盔甲的基础上设计了一具人造人体。该设计不仅能够移动手臂和腿，抬起面罩，还可以通过改变钟表形状的“控制器”中的齿轮设置，让机器人做出不同动作，可以说这是一种非常早期的编程形式了。我们并不知道达·芬奇设计的机械骑士是否真的存在，但这一设计体现了他对机器人学中一些问题的深刻理解，以及人们从自然界中发现解决方案的可行性。现代机械臂的腕关节和肘关节设计，与达·芬奇机械骑士的相似性绝非偶然。现代工程师在解决关节运动和机械手在三维空间中移动的问题时，选择了与达·芬奇相似的设计方案。2引机器人已经存在了几个世纪，但最新一代机器人在功能和性能上取得的突破性进展，以往机器人已不可同日而语。我们曾经认为人类的能力不可超越，而今则不得不面对现实一机器人尽管在行走、开车的时候尚显笨拙，捡苹果也不如人类灵巧，但它们学习的速度很快，机器人在各个领域比肩人类甚至超越人类的时代即将来临，它们已经在一步一步地改变人类世界，未来几十年，改变还会更多。3⊙⊙第一章职业机器人○○o00机器人崛直到今天，多数机器人还藏身在工厂里。它们诚然是高效而可靠的工起人，强壮有力、速度惊人，但另一方面，它们又是半盲的，没法自如地前进，所以它们能够完成的任务类型也十分有限。不过，新研制的机器人正在迅速突破这一局限。早期工业机器人很危险，必须与人类工人隔离开来。而最新的机器人，例如日本发那科(FANUC)公司推出的装有大量传感器的工业生产线机器人CR-35iA,能够安全地与人类一起工作，能够同时展现出机器的蛮力与人类的灵巧。另一个相似却小巧得多的机器臂是优傲机器人(UiveralRoot)公司推出的UR-10,这一产品使人机协同的理念更进一步，制造商称它可以自动化地完成任何任务。几十年来，农业生产已经在很大程度上实现了机械化，但距离将所有工作交给机器这一愿景还差了“最后一公里”。比如，全地形车(ATV)可以代替马背上的牛仔，将牛群围在一起，但还是需要司机来操纵车辆：可以用机器给奶牛挤奶，但还是需要操作员来操控机器；水果类作物也还需要手工采摘。不过，有着奇思妙想的发明家们已经在着手解决这些问题了：莱利宇航员(LelyAtroaut)是一套自动挤奶的机器人系统，SwagBot是机器人牛仔，机械臂机器人Agroot则能够快速、小心地采摘最柔软娇嫩的水果尽管机器人擅长从事无聊的重复劳动，但还是有些看似不复杂的工作，它们一时难以掌握。现在这种情况已不复存在了，擦窗机器人GEKKOFacadeRoot会清洁摩天大楼的玻璃窗，AlhaBurger--Bot会烹制并打包美味的汉堡。如果你是在网上购买的这本书，很可能是亚马逊公司的Kiva机器人为你在仓库拣的货。再看看头顶上的蓝天，飞机也在经历一场变革一只要乘客们同意，PBOT机器人随时可以代替人类飞行员并非所有的工作都需要人类手工完成或者指挥操作。如果是检查类工作，机器人完全可以抵达人类无法进入的危险环境，检查并汇报结果。例如PureRootic管道检测系统，它能够进入城市管道内部，检测并远程发送结果。无人机可实时勘测地形，以色列空中机器人(Airootic)公司推出的Otimu一体化无人机系统，无须人类操作就可进行精细的三维地形勘测。在捷克作家卡雷尔·恰佩克(KarelCaek)1920年的戏剧《万能机器6···试读结束···...

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图书名称：《机器人控制方法与理论》【作者】周宏甫，魏百申著【丛书名】智能制造与机器人理论及技术研究丛书【出版社】华中科学技术大学出版社,2020.08【ISBN号】978-7-5680-6110-0【价格】98.00【分类】机器人控制-研究【参考文献】周宏甫，魏百申著.机器人控制方法与理论.华中科学技术大学出版社,2020.08.图书封面：图书目录：《机器人控制方法与理论》内容提要：本书详细分析了机器人常用的控制方法与理论，其内容覆盖多种机器人。包括：机器人的力控制与阻抗控制；移动机器人的Mecaum全向轮移动控制；机器人视角识别与控制，包括机器人单目视觉、双目视觉、结构光视觉和机器人Kiect视觉；机器人导航方法与控制，包括磁标导航、激光扫描导航、视觉图像导航、惯性、陀螺仪IMU导航、GPS导航和SLAM即时定位与地图构建导航；机器人的步态控制，包括双腿行走机器人、四腿行走机器人、六腿行走机器人的步态控制；扑翼飞行机器人的运动与控制；鱼机器人的运动与控制。《机器人控制方法与理论》内容试读第1章绪论1.1机器人的定义与分类机器人一词来源于一个科幻形象，它出自I920年捷克作家KarelCaek发表的一个科幻剧Roum'UiveralRoot,root一词是由捷克文roata衍生而来的。机器人有多种定义，原因在于当今世界机器人还处在不断发展的过程中，新的机型、新的功能一直在不断涌现。美国机器人协会(RootItituteofAmerica)定义：机器人是一种可编程的多功能机械手，是一种通过可编程的位置运动来移动材料、部件，以完成各种任务的工具或特定设备。日本的森政弘与合田周平提出：“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7个特征的柔性机器。”森政弘又提出了：机器人具有自动性、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10个特性。日本的加藤一郎提出：机器人是具有脑、手、脚等三要素的个体：具有类似人眼、耳等感觉器官的非接触传感器和接触传感器的个体，科幻作家IaacAimov于1940年提出机器人学三原则：(1)机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸：(2)机器人应执行人们下达的命令，除非这些命令与第一原则相矛盾；(3)机器人应能保护自己的生存，只要这种保护行为不与第一或第二原则相矛盾。机器人主要分为：①工业机器人(idutrialroot)②军事机器人(militaryroot)③医疗机器人(medicalroot)。1机器人控制方法与理论④移动机器人(moileroot):⑤服务机器人(erviceroot)⑥纳米机器人(aoroot)。1.2机器人的发展Uimate和Veratra建立了世界上最早的工业机器人。自世界上第一台机器人于1954年在美国诞生以来，机器人的发展，经历了三个阶段第一代机器人，示教再现型机器人。它是通过一个计算机，控制一个多自由度的机械，通过示教存储信息，在工作时把信息读取出来，然后发出指令。机器人可以重复地根据示教指令，再展现出这种动作。这类机器人存在一种缺陷，就是它对于外界的环境没有感知。第二代机器人，具有感觉的机器人。第二代机器人的研究始于20世纪70年代。这种具有感觉的机器人拥有类似于人的某种感觉，如视觉、听觉、力觉、触觉、滑觉。第三代机器人，智能机器人。智能机器人具有思维感知和人机通信功能。在机器人的控制方面，目前有通用机器人操作系统(rootoeratigytem,ROS)。ROS最初由斯坦福大学人工智能实验室(StafordArtificialItelligeceLaoratory,SAIL)在斯坦福AI机器人项目(StafordAlrootroject)的支持下开发。如今已经有许多的研究机构，通过增加ROS支持的硬件或者软件源代码的方式，加入ROS的开发中。ROS是如今广泛应用的机器人系统的软件框架，其基本原理是不需要改动便可在不同的机器人设备上使用复用代码。研究者可以在不同的机器人上复用已经研究实现的ROS代码功能。ROS可以为研究者提供标准的机器人操作系统环境。它是基于一个集中式的拓扑图结构，利用不同的节点去接收传感器、控制、状态、规划执行器数据，并进行处理发送。在工业机器人方面，工业机器人已经得到了更加广泛的使用，很多人工不方便完成的任务都可以由工业机器人代替完成。1962年，第一台实用的工业机器人在美国诞生，这一事件在工业机器人生产控制史上具有里程碑式的意义。紧接着，日本在20世纪60年代末也开始了对工业机器人的开发和应用，成为“工业机器人王国”。德国把对工业机器人的研究重点放在智能化方面，其开发出来的工业机器人产品在技术上是比较先进的。瑞典、意大利等国也开发了很多工业机器人。·2第1章绪论中国的工业机器人取得了重大成就，中国制造的工业机器人在工业、建筑、航天、海洋等各个领域中得到推广和运用。20世纪80年代，中国对工业机器人的研究工作刚刚起步，那时候，研究工作主要是在某些大学和研究院进行的。到了2010年末，中国已经基本实现工业机器人产业化，但也遇到瓶颈问题，如减速机方面仍然受到国外的限制。在国内有多家企业和研究机构已经掌握工业机器人的各方面技术要点，能够独立生产出自己的工业机器人，并能够作出不同的优化方案。目前，中国独立开发的工业机器人已经被应用到工业生产的各个领域，包括弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等，除了在中国本土，中国的工业机器人在世界上也占据了一定的市场。图1-1是2011一2015年中国市场工业机器人销售量条形图，中国已经是工业机器人的销售大国，但中国企业中工业机器人的覆盖率还不高，中国每万人平均拥有工业机器人的数量比较少，很多小企业根本还没开始投入使用工业机器人。7.565.5血543.6932.692.2622011年2012年2013年2014年2015年图1-12011一2015年中国工业机器人销售量条形图1.3机器人的应用机器人技术是集机械工程、控制工程、电子技术、传感器技术、计算机科学、人工智能、仿生学等学科于一体的综合技术。每一台机器人，都是一个知识密集和技术密集的高科技机电一体化产品。机器人的基础内容包括：空间机构学、机器人运动学、机器人静力学、机器人动力学、机器人控制技术、机器人传感技术和机器人语言等。机器人大量应用在工业生产的搬运、喷涂、焊接等方面。机器人应用主要3机器人控制方法与理论包括：(1)机器人在工业、建筑、农业中的应用：(2)机器人在服务业中的应用；(3)机器人在核能、水下、高空、肮脏、危险和枯燥环境中的应用；(4)采矿机器人；(5)军用机器人；(6)灾难救援机器人；(7)康复机器人；(8)排险机器人。在工业机器人方面，工业机器人的主要应用领域是汽车产业、重金属加工行业、家用电器行业、医疗等方面，在这些行业当中，汽车产业的工业机器人应用最广。从汽车零部件的生产，到零部件表面的加工处理，再到整车的装配，这一系列过程几乎都用到了工业机器人，因此，汽车制造业是工业机器人的重要应用产业。除了汽车产业之外，一些重工企业也用到了具有特定功能的工业机器人来实施特殊作业，如高温环境作业、高负载作业等一些危险性较大、不适合人工现场操作的工作。在很多涉及搬运作业的场景，码垛机器人的使用已经逐渐代替人工搬运。在医疗方面，一些特殊精密机器人得到使用，国外某些医院甚至已经将机器人应用到手术当中。从工业机器人在各个生产领域的工作投入中可以发现，它大大提高了制造自动化水平和生产效率，而且降低了人工生产活动的疲劳度，工业机器人在生产上的使用有着很大的改善作用。由机器人来代替人工工作会获得更大的经济效益。近些年，工业机器人领域的方向是模块重组化、柔性化和智能系统化，其发展趋势包括以下几个方面：操控技术的简便化、开放化；伺服电动机驱动技术的精确化和稳定化；传感器技术的实用化：作业的柔性化；工作环境适应性的优化，以及结构的模块化和可重构化等方面。参考文献1]OREF.Humaidutrialrootcollaoratio:imulatio,viualiatioadotimiatiooffutureaemlyworktatioD.Vatera:Ma-lardaleUiverity,2015.。4第1章绪论[2]FASTHA,PROVOSTJ,FABIANM,etal.Fromtakallocatioto-wardreourceallocatiowheotimiigaemlyytem[C].45thCIRPCofereceoMaufacturigSytem.ProcediaCIRP,2012,3:400-405.3]TSAROUCHIP,MATTHAIAKISA-S,MAKRISS,etal.Oahumarootcollaoratioiaaemlycell[J].IteratioalJouralofCom-uterItegratedMaufacturig,2016,30(6):1-10.[4]SCIAVICCOL,SICILIANOB.Modelligadcotrolofrootmaiula-tor[M].SecodEditio.Lodo:Sriger-Verlag,2000.[5]SICILIANOB.SCIAVICCOL,VILLANIL,etal.Rootic:modelliglaigadcotrol[M].Lodo:Sriger-Verlag,2008.[6]CRAIGJJ.机器人学导论[M].贠超，等译.北京：机械工业出版社，2006.5第2章机器人的运动学机器人是一个复杂的空间运动机构。通过运动学分析，机器人能够完成指定的运动。.2.1世界坐标系与局部坐标系世界坐标系是一个固定的基础坐标系，机器人的每个关节的坐标值以这个固定的坐标系为基础。世界坐标系也称基坐标系或笛卡儿坐标系，图2-1中的OXYZ坐标系是世界坐标系。局部坐标系是每个机器人关节的相对坐标系或关节坐标系，图2-1中的o.xy之坐标系是局部坐标系。Z图2-1机器人世界坐标系与局部坐标系2.2齐次矩阵齐次矩阵(homogeeoumatrice)用来描述坐标的平移、旋转、平移与旋转的混合。·6···试读结束···...

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图书名称：《工业机器人应用实践》【作者】李文慧主编【页数】159【出版社】武汉：华中科学技术大学出版社,2020.08【ISBN号】978-7-5680-6480-4【分类】工业机器人【参考文献】李文慧主编.工业机器人应用实践.武汉：华中科学技术大学出版社,2020.08.图书封面：图书目录：《工业机器人应用实践》内容提要：本书内容以实践操作过程为主线，采用以图为主的编写形式，通俗易懂，适合作为普通高校和高等职业院校的工业机器人在线编程与调试相关课程的教材。有以下特点：循序渐近，系统性强。学会工业机器人本体与控制柜之间的连接、手动操纵工业机器人、IO信号监控与现场通信配置、建立工具坐标系、工件坐标系和有效载荷。掌握RAPID程序编程的框架、指令和功能，用在线编程的方法解决实际问题，训练学生的逻辑思维能力，培养其严谨的思维方式和良好的设计风格。《工业机器人应用实践》内容试读实践一工业机器人轨迹示教《工业机器人应用实践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，可在三维空间完成各种作业。工业机器人在执行作业任务前，用户需示教手部的目标位姿和特定路径，使机器人控制器根据程序要求计算出到达该目标的路径点、持续时间、运动速度等轨迹参数，并对各关节的驱动元件发出控制命令，驱动关节运动，使手部到达目标位置。《1.1工程现场1.1.1工程应用点焊机器人(otweldigroot)是用于点焊自动作业的工业机器人。世界上第一台点焊机器人于1965年开始使用，是美国Uimatio公司推出的Uimate机器人。1987年，中国第一台自主研制的点焊机器人一一华宇I型点焊机器人通过鉴定。点焊是一种用焊枪电极对要接合的材料进行加压，在短时间内加以强大电流，利用电阻发热来熔化、接合材料的焊接方法，具有工作效率高、节约劳动力、成品整体性好、成本较低等优点。在汽车制造业中，白车身的大部分拼接工作都是通过点焊来完成的，一辆整车大概有几千个焊点。在点焊的预压阶段，电极对结合部位加压，使焊件之间有良好的接触。为了使电极与车身接触良好，应尽量使电极帽与车身保持垂直，如图1-1所示。在整个焊接过程中，机器人需要不断调整焊枪的姿态和位置，使焊枪在各个焊点工作，如图1-2所示。图1-1点焊车身图1-2车身上的焊点1.1.2工程案例图1-3所示的工业机器人点焊工作站的工作任务是完成车身门框处的点焊工作。车身门框材料是镀锡碳钢板，厚度为3mm。工业机器人点焊工作站由机器人系统、伺服机器人焊钳、冷却水系统、电阻焊接控制装置焊接工作台等组成，采用双面单点焊方式。点焊机器人系统如图1-4所示，图中各设备的名称如表1-1所示。表1-1点焊机器人系统中各设备名称设备序号设备名称设备序号设备名称(1)机器人本体(ES165D)(12)机器人变压器1EEIE2实践一工业机器人轨迹示教续表设备序号设备名称设备序号设备名称(2)伺服焊钳(13)焊钳供电电缆(3)电极修磨机(14)机器人控制柜DX100(4)手首部集合电缆(GISO)(15)点焊指令电缆(I/F)(5)焊钳伺服控制电缆S1(16)机器人供电电缆2BC(6)气/水管路组合体(17)机器人供电电缆3BC(7)焊钳冷水管(18)机器人控制电缆1BC(8)焊钳回水管(19)焊钳进气管(9)点焊控制箱冷水管(20)机器人示教器(PP)(10)冷水阀组(21)冷却水流量开关(11)点焊控制箱(22)电源提供图1-3工业机器人点焊工作站(12)11)(15)4(14)田0(10)21(13)(20)(8(2(193(5)气源(16)(17)(18)图1-4点焊机器人系统下面以点焊机器人在一块折弯板上加工焊点来说明工业机器人是怎样进行轨迹示教的（见图1-5)。点焊焊枪前端由固定电极臂和活动电极臂组成，两个电极将焊件夹紧，然后加压、通3。工业机器人应用实践电、熔合，形成焊点。为了方便调整焊枪的姿态和位置，需要在固定电极臂的电极端定义一个工具坐标系，如图1-6所示。点焊机器人焊接过程如图1-7所示。图1-5点焊机器人图1-6焊枪工具坐标系a一机器人；一点焊焊枪：c一折弯板a一固定电极臂：一活动电极臂：c一工具坐标系(a)(c)(d)(e)(f)图1-7点焊机器人焊接过程图1-7(a)在A点焊接完毕；图1-7()活动电极臂打开；图1-7(c)焊枪沿着工具坐标系Z轴做负向线性运动，两极之间留出空间以便调整焊枪姿态；图1-7()固定电极臂顶点不动，焊枪绕工具坐标系X轴旋转，做重定位运动，使焊枪电极垂直于折弯板；图1-7()焊枪沿工具坐标系Z轴线性运动，靠近折弯板焊点；图1-7(f)活动电极臂闭合，在此处焊接。实践二工业机器人轨迹示教《1.2知识储备1.2.1工程理论手动操作工业机器人有三种模式：单轴运动、线性运动和重定位运动。1.单轴运动模式+J4轴一般而言，工业机器人本体的每个关节轴处有一个伺服电机，图1-8为六轴关节机器人，由六个伺服电J5轴机分别驱动机器人的六个关节轴，每次手动操纵一个J3轴关节轴运动，就称为单轴运动。当工业机器人处于奇异点位置或需要精准校准机器人、机器人做大幅度动J6轴作时，需要采用单轴运动模式。2.线性运动模式工业机器人的线性运动是指机器人第六轴法兰盘1轴上的中心点too0或安装在法兰盘上的工具的中心点(即自定义TCP)在空间中作直线移动，即“从A点移动到B点”。工具中心点按选定的坐标轴的方向移动。图1-8六轴关节机器人3.重定位运动模式工业机器人的重定位运动是指机器人第六轴法兰盘上的中心点tool0或安装在法兰盘上的工具的中心点（即自定义TCP)不动，工业机器人在空间绕着坐标轴旋转的运动，也可以理解为工业机器人绕着工具的TCP点作姿态调整的运动。弧焊、打磨和喷涂时，必须将工具调整到特定的方位以获得最佳工艺效果，钻孔、拧螺母时也需要将工具设置在某一角度，以上都要用到重定位运动来操作工业机器人。1.2.2工程技能1.选择运动模式有三种选择运动模式的方式：(1)在示教器操作界面，使用Togglemotiomode(切换动作模式)按钮，如图1-9所示。(2)使用ABB菜单上的Joggig(手动操作)窗口。(3)使用Quicket(快速设置)菜单下的Mechaicaluit(机械装置)。2.在微动控制窗口中选择动作模式在微动控制窗口中选择动作模式的步骤如表1-2所示。表1-2在微动控制窗口中选择动作模式序号操作信息在菜单中点击Joggig(手动操作)2点击Motiomode(动作模式)做出该选择后，Joytickdirectio点击所需模式，然后点击确定(控制杆方向)将显示控制杆方向的含义《工亚机器人应用实践(a)重定位运动和线性运动的切换)轴组1~3和4~6的切换图1-9切换动作模式按钮1.2.3工程素养1.奇异点管理假设机械手在笛卡尔坐标系运动，当经过奇点时，某些轴的速度会突然变得很快，导致失控，无法求逆运算，使得机械手失去了一些运动自由。当遇到奇点时，可能有无限种方式到达机器人的同一位置。六轴工业机器人存在三种类型的奇点。(1)腕关节奇点：它通常发生在机器人的两个腕关节轴（关节轴4和关节轴6）成一条直线时，如图1-10所示。这可能会导致这些关节瞬间旋转180度。(2)肩关节奇点：它发生在机器人中心的腕关节轴和关节轴1对齐时，如图1-11所示。(3)肘关节奇点：它发生在机器人中心的腕关节轴跟关节轴2和关节轴3处于同一平面时。肘关节奇点看起来就像机器人“伸得太远”，导致肘关节被锁在某个位置，如图1-12所示。igularityattheiterectiooftheaxi5withaagleof0degreewritceteradaxi1axi6arallelrotaioceterofaxi1toaxi4图1-10腕关节奇点图1-11肩关节奇点图1-12肘关节奇点示意图示意图示意图2.如何避开奇点制造商通常都通过编程避开奇点，以免机器人受损。在过去，如果某个关节被命令以过快的速度运动，机器人将以错误信息的方式完全停止工作。这并不是一个完美的解决方案。这些年来，许多机器人制造商都在改进奇点规避技术，通过编程限制了机器人每个关节的最大运动速度。当腕关节被命令以“无限大”的速度运动时，软件就会降低此速度。当腕关节到达线的中间时，机器人的速度会降下来。一旦腕关节通过奇点，机器人将继续以正确的速度完成剩余的运动。虽然画线的工作仍然会被破坏，但机器人能保持功能正常，不会被卡住。另一种避开奇点的方法是把任务移动到没有奇点的区域。当机器人连接成直线或关节接近0度时，通过工具增加一个很小的角度，可以减少机器人进入奇点的机会。腕关节以一个非常小的角度(5~15度)安装工具，通常可以使机器人避免奇点。6···试读结束···...

2022-10-21 机器人应用领域 机器人应用工程师

图书名称：《智能机器人》【作者】王喜文著【丛书名】新一代人工智能2030全景科普丛书【页数】101【出版社】北京：科学技术文献出版社,2019.07【ISBN号】978-7-5189-5770-5【分类】智能机器人【参考文献】王喜文著.智能机器人.北京：科学技术文献出版社,2019.07.图书封面：图书目录：《智能机器人》内容提要：智能机器人已成为促进制造业转型升级的重要手段之一，甚至决定着产业的未来走向。本书从智能机器人是什么、为什么需要智能机器人、如何才能实现智能机器人及展望未来的智能机器人等几方面进行了阐述，结构合理，重点突出，精华集中，具有很好的指导和借鉴作用。《智能机器人》内容试读售提路世始。。第一章智能机器人是什么近年来，机器人再度受到极大关注。电视、电影中出现的机器人通常拥有超强的本事、超高的智能，人类将会对与机器人共同生活习以为常。同时，还有一些一直以来在工厂里默默无闻工作的工业机器人，也将实现“智能化”并成为代表未来制造业发展水平的标志。第一节机器人的起源自1954年世界上第一台机器人诞生以来，世界工业发达国家已经建立起完善的工业机器人产业体系，机器人已经成为先进制造业中不可替代的重要装备。机器人的研发、制造、应用衡量着一个国家的科技创新和高端制造业水平。是义京的大格以华一、机器人的定义百度百科的解释：机器人(root)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作，002,·。智能机器人如生产业、建筑业，或是危险工种。实际上，机器人这个词的诞生最早可以追溯到20世纪初。1920年，捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Roota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Rootik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“机器人”这个词。1斯坦福大学对机器人的定义是：“机器人是指与人或者其他动物，其他机械一起工作的一种机械，分为自动和半自动两种类型。”也就是说，一直以来，机器人主要是在“工业”中替代“工人”。所以，也有了很多对工业机器人的定义。日本工业规格(JIS)对工业机器人的定义是：“通过自动控制，具备操作功能或者移动功能，通过各种软件程序能够实现各种作业，可用于工业领域的机械。”美国机器人协会将工业机器人定义为：“工业机器人是用来进行搬运材料、零件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特种装置。”国际标准化(S0)也曾于1987年对工业机器人给出了定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能够完成各种作业的可编程操作机。”ISO8373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、多用途功能，机器人操作机具有3个或3个以上的可编程轴，在工业自动化应用中，机器人的底座可固定也可移动。”而我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，是一种具有高级灵活性的自动化机器。”其实，工业机器人由机械本体、控制器、驱动系统和检测传感装第一章智能机器人是什么。。·003置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程的机电一体化自动化生产设备。它对提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。工业机器人是自动化的产物，是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用机械装置；由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；它是可编程、具有柔性的自动化系统，可以允许进行人机联系。当前，主流的工业机器人为六轴垂直多关节机器人。其能够向人类手腕那样灵活运转，“手”可以通过替换满足各种用途，定位精度达到0.1mm,以高精度定位重复相同的工作动作（图1-1）。使轴部R轴旋转轴T轴使轴部上下转动轴使手部旋转轴编程器L轴设计规划机器人工使身体前后转动轴B轴作路径和方式方法使手部上下移动轴机器人本体控制器综合控制机器人实现S轴各种复杂的工作动作使身体转动轴图1-1六轴工业机器人注：6个轴中都采用同服电机。武对得二、工业机器人的历史工业机器人最初来自美国人乔治·德沃尔(GeorgC.Devol)1954年注册的专利“ProgrammedArticleTrafer”。其中描述了示教再现机器人的概念一通过示教(teachig)与再现(layack)004··。。智能机器人行得意一能够取放物品(utadtake)的机械。这种机械能按照不同的程序从事不同的工作，因此，具有通用性和灵活性。根据这一专利，1958年，美国CoolidetedCotrol公司研制出第一台数控工业机器人原型机一AutomaticProgrammedAaratu,随后l962年，美国Uimatio公司和AMF公司都推出了示教再现机器人的试作机（图1一2）。20世纪60年代正是日本经济高速增长的阶段，劳动力人口出现了严重不足，迫切需要工业机器人来弥补。于是，1967年，日本首次从美国进口了示教再现机器人，并自此开始了工业机器人的自主研发和量产。工业机器人主要是替代工人的一些危险性作业、污染环境中工作或者简单重复性工作，目的在于提升生产安全性和提高产品质量，从而提升生产效率，因此，得以在制造业领域广泛被采用。通常认为，工业机器人是在20世纪70年代开始“量产”的，80年代是“普及元年”，80年代也因此诞生了柔性制造系统(flexilemaufacturigytem,FMS)、工厂自a动化(factoryautomatio,FA)等新型生产系统。于是，传统的大规模生产时代，开始向中批量中种类、小批量多种类生产时代变迁。正是因为机器人相对于传统自动机更具广泛性，在新一代生产系统中发挥着核心作用，因此，机器人产业得以快速发展。2000年以前，应用机器人有着明确的目的，那就是在工厂车间，在危险环境下替代人来工作。随着计算处理器等许多核心零部件的小型化、低价化、高性能化、高可靠性、存储大容量化，机器人本身也实现了控制功能高级化、高可靠化、低价化。工业机器人有望在各个制造领域广泛地普及。2015年，美国媒体《机器人商业评论》(RooticBuie第一章智能机器人是什么。。·0051987国际机器人联盟(FR)成立1983日本成立机器人学会1980百本机器人真正芽始普及“机器人元住1974日本举办第一届国际机器人展1973瑞典ASEA公司开发出电动多关节机器人1973日本早稻田大学开发由类人机1972器人WABOT-1.Click日本成立工业机器人联合会19701968美国举办工业机器人峰会日本开始国产化1962美国Uimatio利AMF公可开始针1960售示教再现机器人美国0imatio公司将示教再现机器人量产化1958美国CoolidetedCotrol公司制造1954第一台数控工业机器人原型机美国大乔消·德沃东获得了示再现方式的图1-2工业机器人起步阶段大事记Review)曾经评出“机器人企业世界S0强(RBR50)”。其中，日本占据9席（表1-1）。表1-1机器人企业世界50强企业名称国家/地区主要产晶3DRootic美国无人机ABBRootic瑞士工业机器人Aetho美国软件，物流相关机器人Amazo美国物流相关机器人006··。。智能机器人赠厚摩一能续表企业名称国家/地区主要产品Autoomou美国物流相关机器人SolutioBoeig美国机器人整体技术BochGrou德国工业，物流相关机器人BraiCororatio美国软件Caterillar,Ic.美国物流相关机器人ClearathRootic加拿大物流相关机器人Dyo英国人形，物流相关机器人EkoBioic美国医疗机器人EergidTechologie美国软件FANUCRootic日本工业机器人Feto德国工业机器人，机械手FoxcoTechology中国台湾地区工业机器人GrouFutureRoot韩国服务机器人Gomtec德国工业机器人Google美国人形，工业，物流相关机器人，机械手Hocoma瑞士医疗机器人HodaRootic日本医疗机器人，软件，人形HoeyeeRootic美国机械手，物流相关机器人ItuitiveSurgical美国医疗机器人iRoot美国物流相关机器人，服务用机器人KawadaRootic日本人形KiovaRootic加拿大医疗机器人Komatu日本物流相关机器人KUKARootic德国工业机器人LiquidRootic美国海上机器人LockheedMarti美国软件，物流相关机器人···试读结束···...

2022-10-21

图书名称：《机器人系统建模与仿真》【作者】李艳生编著【丛书名】机器人和人工智能技术丛书【页数】212【出版社】北京：北京邮电大学出版社,2020.05【ISBN号】978-7-5635-6048-6【分类】机器人-系统建模-教材-机器人-系统仿真-教材【参考文献】李艳生编著.机器人系统建模与仿真.北京：北京邮电大学出版社,2020.05.图书封面：图书目录：《机器人系统建模与仿真》内容提要：本教材以六自由度机器人和差速驱动的移动机器人做为主线进行引导，将《机器人系统建模与仿真》教材知识点串联起来，将机器人系统拆解为机械和控制两大部分，结合课程内容进行重点分析，使学生更加透彻的理解机器人这个大系统。教材前部分中理论建模课程覆盖机械臂和移动机器人知识，后期部分中根据学生的兴趣可以划分为机械系统设计仿真，机器人控制自动化系统设计仿真等方向，在每一个方向都要给予足够的学习实例。《机器人系统建模与仿真》内容试读第1章绪论机器人的完美形象在现在的影视作品中不断呈现，其实机器人一词最早来源于科幻小说中。随着机器人技术的发展，机器人的定义也在不断变化，机器人的内涵也在不断充实和创新。近几十年机器人在工业上的广泛应用，使得机器人技术得到了高速发展，具有一定智能的机器人开始渗透人类活动的各个领域。1.1机器人概述1.1.1机器人的定义机器人是典型的机电一体化产品，被称为“制造业皇冠上的明珠”。如图1-1所示，机器人技术涉及多个学科的知识综合，如机械设计与制造技术、计算机技术、信息处理技术、传感器技术、软件技术、电子技术、驱动技术、自动控制技术、系统技术和人工智能技术等。因此，机器人技术水平代表着一个国家的工业制造实力和科技创新能力。机电力学电子技术机械设计与械子电气工程学制造技术微电子生产工艺机器人技术计算机技术测试技术信息处理技术信控传感器技术通信工程息制系统技术软件技术驱动技术人工智能技术自动控制技术图1-1机器人技术涉及的学科领域机器人作为20世纪人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，经历了60多年的发展，已取得了显著成果。目前机器人的定义仍然没有统一，因为机器人技术还在发展，新的机型、新的功能不断涌现，领域不断扩展，并且涉及人的概念，成为一个哲学问题。机器人一词源于人们的幻想，最早诞生于科幻小说中，随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人的内容越来越丰富，机器人的内涵也在不断充实和创新。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”，它由4部分组成：·1·机器人系统建模与仿真(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)造型材料（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）。捷克作家卡雷尔·卡佩克发表的科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》中，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。科幻作家阿西莫夫为了防止机器人伤害人类，提出了“机器人三原则”，给机器人赋予了伦理性纲领。(1)机器人不应伤害人类。(2)机器人应服从人类的命令，与第一条相矛盾的命令除外。(3)在不违反第一原则和第二原则的情况下，机器人应能保护自己。日本的森政弘与合田周平提出：“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7个特征的柔性机器”。法国的埃斯皮奥将机器人学定义为：“机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统，并以此系统的使用方法作为研究对象”国际标准化组织对工业机器人进行了定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机”。美国机器人学会(RIA)提出：“机器人是一种可编程的多功能操作机，用于移动材料、零件、工具等，或者是一个通过各种编程动作来完成各种任务的专用装置”。我国科学家对机器人的定义：“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”。蒋新松院士的定义：“机器人是一种拟人功能的机械电子装置”近几年随着人工智能技术的兴起，人们在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中，逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合，智能机器人开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透，人们对机器人技术智能化本质的认识也在不断地加深。1,1.2机器人的发展人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史，人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作▣西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。春秋后期，我国著名的木匠鲁班，在机械方面也是一位发明家，据《墨经》记载，他曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”，体现了我国劳动人民的聪明智慧公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了自动机，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。汉代大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了如图1-2所示的指南车和如图1-3所示的计里鼓车。计里鼓车每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。·2·第1章绪论图1-2指南车图1-3计里鼓车后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”，并用其运送军粮，支援前方战争。18世纪法国天才技师杰克·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。19世纪摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。20世纪初捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说中，根据Roota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Rootik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“Root'”这个词。1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人（即世界上第一台真正的机器人)，并注册了专利。这个机器人的机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。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，随后，成立了世界上第一家机器人制造公司Uimatio。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。1962年美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运)，与Uimatio公司生产的Uimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界机器人研究的热潮。1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。1978年美国Uimatio公司推出通用工业机器人PUMA,这标志着工业机器人技术已经完全成熟，图1-4所示的PUMA机器人至今仍然工作在工厂第一线。1979年日本山梨大学牧野洋发明了水平多关节型SCARA机器人，此机器人在此后的装配作业中得到了广泛应用。2002年美国Root公司推出了吸尘器Rooma机器人，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。吸尘器Rooma机器人是一款成功商业化的家用机器人的代表。2009年丹麦优傲机器人(UiveralRoot)公司推出第一台如图1-5所示的轻量型UR5系列工业机器人，该机器人的特点是无须安全围栏即可直接与人协同工作，一旦人与机器人接触产生了150N的力，机器人就自动停止工作。·3·机器人系统建模与仿真图1-4PUMA机器人图1-5优傲公司的机器人2016年李艳生等人研制出了球形水下机器人BYSQ3,可作为水下观测平台，该机器人从陆地滚动机器人发展而来，姿态控制灵活，具有两栖运动能力。近几年，美国波士顿动力公司研制的如图1-6所示的Atla机器人可以实现三跳，SotMii机器人能够热舞，Hadle机器人能跑、能跳、能搬箱子，而且美军已经开始测试如图1-7所示的仿生四足机器人Bigdog与士兵协同作战的性能。图1-6Atla机器人图1-7Bigdog机器人近几年机器人应用产品不断更新，机器人研究机构日益增多，机器人技术的发展趋势可归纳为以下几个方面。1)向微小型机器人发展目前，机器人由于内部需安装传感器等必要软件，所以体积和质量一般较大，而一般科学探索往往要求体小、质轻，这样有利于节省能源，降低不必要的能耗，延长机器人的服役时间。2)结构设计结合仿生学仿生学主要从结构仿生、材料仿生、控制仿生等方面来研究机器人。虽然目前人类已经研究出部分仿生机器人，但其行走速度与准确性与人类相比还有很大的差距。3)性能更加可靠机器人种类多样，其面临的环境也十分复杂，可能是海洋、沙漠乃至外星，因此必须对机器人的针对性、适应性、可靠性等进行设计与规划。。4第1章绪论4)控制技术趋于自主机器人面对的是动态的外部环境，外部环境中环境信息是实时变化的，自主控制避开障碍和危险，安全完成任务是人类制造机器人的初衷，因此控制技术应向更高要求（完全自主）发展。此外，控制技术还将与脑科学、神经科学等学科相结合，以此提高机器人的智能化水平。5)高智能情感机器人随着科学技术的发展，具有人类智能的情感移动机器人是机器人未来的发展趋势之一。目前机器人具有部分智能，正处于类人智能机器人研制阶段。类人智能机器人的核心技术是机器人对智能的理解，因而只有人工智能的突破，才能真正实现类人智能机器人。6)多机器人分散系统目前多机器人分散系统的研究尚处于理论实验阶段，多机器人系统结构和协作机制、信息交互以及导航等方面是多机器人分散系统的研究重点。7)基于视觉导航机器人导航与定位始终是移动机器人的核心技术之一，基于非结构化环境视觉导航是移动机器人导航研究的趋势。8)特种移动机器人在不同应用领域，研制各种各样的特种机器人是未来的发展方向，如纳米机器人、手术机器人、助残机器人、军用机器人、服务机器人、娱乐机器人等。1.2建模与仿真▣数学模型是人们对自然世界的一种抽象理解，它与自然现象具有性能相似的特点，实验、归纳和推演是建立系统模型的重要手段，把物理现象上升到数学模型的理论高度是现代科学发现与技术创新的基础。机器人研究中建立模型在理论上通常使用解析法，它是应用数学推导、演绎去求解数学模型的方法，运用已掌握的理论知识，对所研究的对象进行理论方面的分析、计算及综合。在机器人运动分析中，可应用牛顿第二定律中力与质量和加速度的关系建立机器人的动力学模型，以数学方程来表示运动规律。在机器人控制分析中，建立控制系统模型利用控制理论进行分析，如劳斯提出的稳定性判据，不必求解方程，只需判定一个多项式方程中是否存在位于复平面右半部的正根。仿真过程主要是指建立仿真模型和进行仿真实验，可分为连续系统的仿真和离散事件系统的仿真两大类。有时也将建立数学模型的方法列入仿真方法，这是因为对于连续系统虽已有一套理论建模和实验建模的方法，但在进行系统仿真时，通常先用经过假设获得的近似模型来检验假设是否正确，必要时修改模型，使它更接近于真实系统。仿真实验得到的数据可信度高于理论模型的分析结果，但低于物理模型实验的测试。随着计算机技术的发展，仿真实验的精度在逐渐提高，已在机器人研究中得到广泛应用。理论、实验和计算已经成为当今科学研究的三大主要活动，而建模与仿真技术与这三大活动密切相关，从图1-8所示的建模与仿真的流程图可以看出，这三者是相互交叉和融合在一起的。建模与仿真技术在机器人的研究活动中占有重要地位，建立机器人模型需要遵循机器人物理理论规律，能够通过实验数据来验证，在建模的基础上又可通过仿真计算分析，输出机器人问题研究的结果。现在机器人的虚拟仿真通常需要在计算机上进行，科学计算·5.机器人系统建模与仿真中产生的算法效率、数据存储、误差和稳定性等问题，在仿真中依然存在。实验活动可分为物理实验和数字实验，其中数字实验就是利用计算机对虚拟样机进行仿真测量，图1-9为球形机器人的虚拟样机的仿真测量。仿真实验NO研究目的OK先验知识理建验建合建分析、归纳、推演、类比、移植、综合数学模型NO模型验证OK图1-8建模与仿真的流程图150.0750150.00.01.02.03.04.05.06.07.08.090100图1-9球形机器人虚拟样机和测量曲线目前，利用商业化的软件进行仿真计算是机器人仿真实验中的主要方法，在机器人的运动和控制建模与仿真方面，最常用的软件主要有两个：一个软件是Adam(AutomaticDyamicAalyiofMechaicalSytem).,擅长机器人运动学和动力学仿真；另一个软件是MATLAB,源于matrix和laoratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室），是种以科学计算见长的多用途仿真软件，可用于对机器人控制系统进行仿真。·6····试读结束···...

2022-10-21 EP机器人 机器人大师 epub

图书名称：《工业机器人技术及应用》【作者】赵光哲，李鸿志，唐冬冬编著【丛书名】普通高等教育智能制造系列教材【页数】119【出版社】北京：机械工业出版社,2020.11【ISBN号】7-111-66468-0【分类】工业机器人-高等学校-教材【参考文献】赵光哲，李鸿志，唐冬冬编著.工业机器人技术及应用.北京：机械工业出版社,2020.11.图书目录：《工业机器人技术及应用》内容提要：本书为理论与实用技术兼顾的工业机器人技术入门教材。全书共7章，包括工业机器人基础知识、组成与性能、核心部件、运动学、轨迹规划、编程语言及编程开发。理论内容循序渐进，书中第2章到第7章的实训或案例以AUBO机器人为例，力图使读者全面掌握工业机器人的结构原理、特点、控制方法、核心技术和开发应用，书中的例题和习题为学生提供理解和巩固的途径，注重培养学习者的实践技能及应用能力。《工业机器人技术及应用》内容试读第1章工业机器人的基础知识合知识目标√掌握工业机器人的定义和特点。√了解工业机器人的发展历史和未来趋势。√熟知工业机器人的典型应用。1.1工业机器人的定义与特点机器人(Root)一词来源于1920年捷克作家KarelCaek的科幻话剧《Roum'Ui-veralRoot》,剧中有一批听命于人并能从事各项劳动的机器，名叫Root。因此，用机器人(Rot)来称呼能代替人从事工作的自动化机械。由于通常所用的机器人与人类手臂比较相似，因此机器人也常被称为机械手、机械臂或操作臂(Maiulator)。目前，机器人尚无统一、准确的定义，不同标准化机构和专门组织均给出了各自的机器人定义。国际标准化组织(IteratioalOrgaizatioforStadardizatio,ISO)给机器人的定义为：“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，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，执行各种任务”。美国机器人协会(RootItituteofAmerica,RIA)给出的定义为：“机器人是一种用来移动材料、零件、工具或特定装置的可重新编程的多功能操作器，可以通过改变编程运动来执行不同的任务”。日本机器人协会(JaaeeRootAociatio,JRA)则将机器人分为工业机器人和智能机器人两大类：工业机器人强调作业能力，是一种“能够执行人体上肢(手和臂)类似动作的多功能机器”；智能机器人强调感知和自主能力，是一种“具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器”。我国国家标准(GB/T12643)给机器人的定义为：“工业机器人是一种能够自动定位控制，可重复编程的，多功能的、多自由度的操作机，能搬运材料、零件或操持工具，用于完成各种作业”。从机器人的定义可看出，机器人是自动化设备的一种。与传统工业自动化相比，机器人具有三个特点：1)可编程。工业机器人能够随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量、多品种、具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。2)灵活性高。工业机器人一般由多个关节组成，运动灵活性很高，工作空间很大，因此布置方便，能满足复杂任务的需求。3)通用性强。除了专门设计的专用工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业(1)工业机器人技术及应用任务时具有较好的通用性，通过更换工业机器人手部末端操作器（如手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。机器人虽是代替人完成各种任务，但与人相比，机器人具有明显的优点：1)对环境的适应性强。机器人能在恶劣环境下工作，如核辐射、粉尘等恶劣环境，这些环境对人体有较大伤害。另外，对于洁净度要求很高的场景，如晶体制造领域，机器人能够很好地保持生产车间的洁净度。2)负载大。不同型号的工业机器人具有不同的负载，负载能力强的能举起1t以上的物体，并且能长时间进行高负载工作。3)精准度高、稳定性好。目前，工业机器人的重复定位精度一般能达到±0.02mm,高精度的能达到±0.005mm,并且稳定性要明显好于人类，能满足高精度操作任务的要求。4)一致性好。工业机器人完成任务的一致性好，产品质量的波动较小。5)综合成本较低。工业机器人虽然一次性支出较大，但是后续仅需要支出电费和一定的维护费用，一般能够保证在2年内综合成本低于采用人工的支出费用。1.2工业机器人的应用领域工业机器人的应用领域非常广泛，典型的有码垛、焊接、打磨、检测、分拣等，并且还在不断拓展中。总体来说，机器人的应用领域是与其特点密切相关的。1.2.1码垛机器人码垛（图1-1）在现代物流行业有着广泛的应用，能为现代生产提供更高的生产效率。其优势有：①码垛机器人能够大大节省劳动力，节省空间，降低工人的作业强度；②运作灵活精准、快速高效，稳定性高，作业效率高；③工作时间长，能够提高产量、降低成本。1.2.2焊接·图1-2所示为机器人焊接。相对于传统人工焊接，工业机器人进行焊接具有以下优点：①稳定且焊接质量高，能将焊接质量以数值的形式反映出来；②提高劳动生产率；③改善工人劳动强度，并可在有害环境下工作；④降低了对工人操作技术的要求；⑤缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。图1-1机器人码垛图1-2。机器人焊接2第1章工业机器人的基础知识1.2.3打磨通过集成末端力/力矩传感器，机器人可进行打磨作业，如图1-3所示。采用工业机器人进行打磨具有以下优点：①能将高噪声和粉尘与外部隔离，减少环境污染；②操作工人不直接接触危险的加工设备，可避免工伤事故的发生；③能保证产品加工精度的稳定性，提高良品率；④能代替熟练工人，降低人力成本；⑤能降低管理成本，不会因员工流动而影响交货期；⑥可再开发，能根据不同的样件进行重新编程，缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。1.2.4检测图1-4所示为检测机器人。将检测设备安装在工业机器人末端，可充分利用工业机器人的灵活性，完成大范围、多角度的检测；可降低人为因素对检测结果的影响，提高检测的可靠性。图1-3机器人打磨叶片图1-4机器人检测1.2.5分拣结合视觉系统，工业机器人可完成自动化分拣，如图1-5所示。分拣任务一般对作业效率要求很高，如对糖果的分拣，需要快速地进行装箱。工人的速度没有那么快，难以满足工厂的节拍，并且长时间进行重复性的动作容易疲劳。与人相比，工业机器人的运动速度非常快，并且可24小时连续作业，能大幅提高生产效率，同时降低人力成本。1.2.6机床上下料工业机器人还可应用于数控机床的自动上下料（图1-6）。上下料机器人运行平稳、结构简单更易于维护，机床的控制器与机械人的控制模块独立，互不影响，可实现对圆盘类、长轴类、金属板类、不规则形状等工件的自动上料/下料、工件翻转、工件转序等工作，在汽车、机械制造、军事工业、航空航天和食品药品生产等行业的应用很广泛。(3)工业机器人技术及应用图1-5机器人分拣图1-6汽车发动机凸轮轴加工机床上下料机器人1.3工业机器人的发展概况1.3.1工业机器人的历史工业机器人起源于第二次世界大战时期，由于军事、核工业的发展，需要有操作机械来代替人对放射性物质进行处理。在操作放射性材料和精密加工的数控技术这两种需求的推动下，美国阿贡国家实验室(ArgoeNatioalLaoratory,ANL)设计了连杆关节型的遥控操作手。为了提高操作精度，1947年其又研制了电动伺服控制的遥控操作手。这些研究为机器人的产生奠定了技术基础。1954年，美国人GeorgeDevol巧妙地将遥控操作手的连杆机构与数控铣床的伺服轴连接起来，设计制成了世界上第一台可编程的通用工业机器人，并获得了专利。这种机器人可事先将要完成的任务用编程输入的方式或用手带动机器人末端执行器顺序通过工作位置的方式将数据依次存入记忆装置，工作时机器人即可按所记忆的程序完成指定的任务。通过改变所记忆的程序，就可使同一机器人完成不同的工作任务，具有“示教一再现”和“可编程”的功能。1956年，JoehEgelerger购买了Devol的专利并成立了Uimatio公司。1961年，该公司制成了第一台Uimate机器人，如图1-7所示。1978年，Uimatio公司推出了性能优良的PUMA(ProgrammaleUiveralMaiula-torforAemly）机器人，如图1-8所示。PUMA是一种经典的6轴机器人，每个关节均是旋转副，其中腕关节3个关节的轴线相交于一点，能灵活地调整末端工具的姿态。1979年，日本推出了SCARA(SelectiveComliatArticulatedRootArm)机器人，如图1-9所示。SCARA是一种4轴机器人，包图1-7Uimate机器人用于汽车生产线(4)第]章工业机器人的基础知识含3个轴线平行的旋转关节及1个Z轴方向运动的平移关节。它适用于垂直装配的任务，具有很高的速度和运动精度，至今仍广泛应用于各种领域，尤其是3C（Comuter,.Commui--catio,Coumer)电子领域。图1-8PUMA机器人图1-9SCARA机器人1一腰320°（关节1）2一肩250°（关节2）3一肘270°（关节3）4一手腕旋转300°（关节4）5一手腕弯曲200°（关节5）6一法兰532°（关节6）20世纪80年代，随着传感技术（包括视觉传感器、非视觉传感器（力觉、触觉、接近觉等))及信息处理技术的发展，出现了第二阶段机器人一有感觉的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分有关信息，进行一定的实时处理，引导机器人进行作业。第二阶段机器人进入了使用阶段，并在工业生产中得到了广泛应用。第三阶段机器人是目前正在研究的“智能机器人”。它不仅具有比第二阶段机器人更加完善的环境感知能力，而且还具有逻辑思维、判断和决策能力，可根据作业要求与环境信息自主地进行工作。在第三阶段机器人的基础上，开发出更加智能的第四代情感机器人。该类机器人能够表达、识别和理解喜、怒、哀、乐，具有模仿、延伸和扩展人的情感的能力。情感机器人也是社会发展的结果。我国机器人的发展也很迅速。古代的中国就可找到机器人的影子，如周朝的“歌舞艺人”、三国时期的“木牛流马”。我国在“七五”期间实施了“863”计划，只经过了短短的二十年，中国的机器人技术在世界已占有一席之地。在制造业中陆续出现了喷涂、搬运、装配等机器人。但受市场和资金等因素的制约，目前装机数量规模比较小，与发达国家相比还存在很大差距。今后，走产业化道路是推动中国工业机器人发展的动力。另外，特种机器人有“瑞康一号”和“探索者一号”，核工业中还成功研制出壁面爬行、遥控检查和排险机器人。最近，2毫米微电机的成功研制和第一台“导游小姐”服务机器人的诞生，进一步推动了中国机器人的发展与应用。机器人的广泛应用极大地促进了机器人应用领域的扩大，机器人的类型、产量也得到不断扩充和提升。(5)工业机器人技术及应用1.3.2工业机器人的现状经过六十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用，如在毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人已逐步取代了人工作业。随着工业机器人向更深、更广方向的发展，以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范围还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。根据国际机器人联合会(IteratioalFederatioofRootic,IFR)的报告，从20l0年开始，随着自动化需求的提升，工业机器人的销售量不断攀升，如图1-10所示。20112016年的年平均增长率为16%，2017年的增长率为18%，预计未来几年还会以年平均增长率15%的速度继续增长。从2013年起，中国已经连续四年成为全球最大的工业机器人市场。2016年，中国工业机器人销量达9万台，同比增长31%，约占全球销量的1/3。目前，中国的机器人制造商正在扩大其在国内市场的份额，2018一2020年，中国机器人的年销售量预计每年平均增长15%~20%。估计全球机器人的年供应量2008—2016及2017*—2020*600平均每年+15%500521400+18%433+16%37834629425.42211661591781001131216002008200920102011201220132014201520162017*2018*2019*2020*图1-10世界机器人市场的年销售量统计和预估1.3.3工业机器人的发展趋势目前，工业机器人已经能够完全替代人完成简单的任务，如码垛、喷涂等；对于一些涉及工艺的复杂任务，也能实现相当一部分的替代，如焊接、打磨等，相关技术也逐渐成熟。在未来，工业机器人将继续保持高速发展，将在智能化、规模化、工业大数据等方面重点发展。(1)智能化工业机器人将融合多种传感器，增强工业机器人对环境的感知能力，提升工业机器人操作能力、作业效果和智能性。如，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器来进行协调和决策控制。而喷涂机器人集成视觉系统，通过对喷涂效果的感知实现机器人姿态的反馈控制，从而保证喷涂的均匀，提高喷涂质量。(2)规模化目前，工业机器人能对单条或部分生产线进行替换。随着用人成本的逐6···试读结束···...

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