機器人技術(shù)(機器人)
1.機器人基礎知識
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工業(yè)機器人應用技術(shù)1模塊二1機器人的基礎知識機器人的基本屬于與圖形符號234機器人的主要技術(shù)參數機器人的舉例分析機器人的工作原理與應用技術(shù)單元提要本模塊主要介紹機器人的基礎知識，包括機器人的基本術(shù)語(yǔ)與各類(lèi)圖形符號，機器人的主要技術(shù)參數等，并介紹了幾種實(shí)際產(chǎn)品的技術(shù)規格和機構簡(jiǎn)圖。學(xué)習要求學(xué)習完本模塊的內容后，學(xué)生應熟練掌握機器人的基本術(shù)語(yǔ)和各類(lèi)圖形符號的含義；能夠讀懂并解釋機器人技術(shù)規格書(shū)的內容，能夠熟練繪制出機器人機構簡(jiǎn)圖和各種機械結構的運動(dòng)簡(jiǎn)圖；掌握運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本問(wèn)題，理解機器人的位置與變量的關(guān)系，了解運動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的一般表示方法，能用上述所學(xué)解釋機器人的位置、姿態(tài)和運動(dòng)的關(guān)系。學(xué)習單元一機器人的基本術(shù)語(yǔ)與圖形符號一、機器人的基本術(shù)語(yǔ)1.關(guān)節關(guān)節（joint）即運動(dòng)副，是允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動(dòng)的機構，是兩構件直接接觸并能產(chǎn)生相對運動(dòng)的活動(dòng)連接，如圖2-1所示。A、B兩部件可以做互動(dòng)連接。圖1-13不同坐標結構的機器人一、機器人的基本術(shù)語(yǔ)高副（higherpair）機構簡(jiǎn)稱(chēng)高副，指的是運動(dòng)機構的兩構件通過(guò)點(diǎn)或線(xiàn)的接觸而構成的運動(dòng)副。例如，齒輪副和凸輪副就屬于高副機構。平面高副機構擁有兩個(gè)自由度，即相對接觸面切線(xiàn)方向的移動(dòng)和相對接觸點(diǎn)的轉動(dòng)。相對而言，通過(guò)面的接觸而構成的運動(dòng)副稱(chēng)為低副機構。一、機器人的基本術(shù)語(yǔ)一
2.機器人入門(mén)知識
首先了解機器人應當從機器人的定義開(kāi)始，鑒定那些是機器人：
我國科學(xué)家對機器人的定義是：“機器人是一種自動(dòng)化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機器。”在研究和開(kāi)發(fā)未知及不確定環(huán)境下作業(yè)的機器人的過(guò)程中，人們逐步認識到機器人技術(shù)的本質(zhì)是感知、決策、行動(dòng)和交互技術(shù)的結合。隨著(zhù)人們對機器人技術(shù)智能化本質(zhì)認識的加深，機器人技術(shù)開(kāi)始源源不斷地向人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透。結合這些領(lǐng)域的應用特點(diǎn)，人們發(fā)展了各式各樣的具有感知、決策、行動(dòng)和交互能力的特種機器人和各種智能機器，如移動(dòng)機器人、微機器人、水下機器人、醫療機器人、軍用機器人、空中空間機器人、娛樂(lè )機器人等。對不同任務(wù)和特殊環(huán)境的適應性，也是機器人與一般自動(dòng)化裝備的重要區別。這些機器人從外觀(guān)上已遠遠脫離了最初仿人形機器人和工業(yè)機器人所具有的形狀，更加符合各種不同應用領(lǐng)域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增強，從而為機器人技術(shù)開(kāi)辟出更加廣闊的發(fā)展空間。
中國工程院院長(cháng)宋健指出：“機器人學(xué)的進(jìn)步和應用是20世紀自動(dòng)控制最有說(shuō)服力的成就，是當代最高意義上的自動(dòng)化。”機器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表廠(chǎng)高技術(shù)的發(fā)展前沿，它在人類(lèi)生產(chǎn)生活等應用領(lǐng)域的不斷擴大正引起國際上重新認識機器人技術(shù)的作用和影響。
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3.機器人的知識
20世紀的偉大發(fā)明 隨著(zhù)2001年新年鐘聲的敲響，人們邁著(zhù)堅實(shí)的步伐跨進(jìn)了21世紀。
站在世紀之交的門(mén)檻，回顧過(guò)去，展望未來(lái)，我們心潮澎湃、思緒萬(wàn)千…… 20世紀，人類(lèi)取得了輝煌的成就，從量子理論、相對論的創(chuàng )立，原子能的應用，脫氧核糖核酸雙螺旋結構的發(fā)現，到信息技術(shù)的騰飛，人類(lèi)基因組工作草圖的繪就，世界科技發(fā)生了深刻的變革。信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、海洋技術(shù)、航空航天技術(shù)等都取得了重大突破，極大地提高了社會(huì )生產(chǎn)力。
機器人技術(shù)作為20世紀人類(lèi)最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷40年的發(fā)展已取得長(cháng)足的進(jìn)步。工業(yè)機器人在經(jīng)歷了誕生——成長(cháng)——成熟期后，已成為制造業(yè)中不可少的核心裝備，世界上有約75萬(wàn)臺工業(yè)機器人正與工人朋友并肩戰斗在各條戰線(xiàn)上。
特種機器人作為機器人家族的后起之秀，由于其用途廣泛而大有后來(lái)居上之勢，仿人形機器人、農業(yè)機器人、服務(wù)機器人、水下機器人、醫療機器人、軍用機器人、娛樂(lè )機器人等各種用途的特種機器人紛紛面世，而且正以飛快的速度向實(shí)用化邁進(jìn)。 人們常常會(huì )問(wèn)為什么要發(fā)展機器人？我們說(shuō)機器人的出現并高速發(fā)展是社會(huì )和經(jīng)濟發(fā)展的必然，是為了提高社會(huì )的生產(chǎn)水平和人類(lèi)的生活質(zhì)量，讓機器人替人們干那些人干不了、干不好的工作。
在現實(shí)生活中有些工作會(huì )對人體造成傷害，比如噴漆、重物搬運等；有些工作要求質(zhì)量很高，人難以長(cháng)時(shí)間勝任，比如汽車(chē)焊接、精密裝配等；有些工作人無(wú)法身臨其境，比如火山探險、深海探密、空間探索等；有些工作不適合人去干，比如一些惡劣的環(huán)境、一些枯燥單調的重復性勞作等；這些都是機器人大顯身手的地方。服務(wù)機器人還可以為您治病保健、保潔保安；水下機器人可以幫助打撈沉船、鋪設電纜；工程機器人可以上山入地、開(kāi)洞筑路；農業(yè)機器人可以耕耘播種、施肥除蟲(chóng)；軍用機器人可以沖鋒陷陣、排雷排彈…… 現在社會(huì )上對機器人有很多迷惑，有人認為機器人無(wú)所不能。
這些朋友是從電影、電視、小說(shuō)中認識機器人的，他們眼中的機器人是神通廣大的萬(wàn)能機器，當他們看到現實(shí)的機器人時(shí)，他們會(huì )認為現在的機器人太普通，不能稱(chēng)之為機器人。有人認為機器人是人，形狀必須像人，不像人怎么能叫機器人，然而現實(shí)中絕大多數的機器人樣子不像人，這使很多機器人愛(ài)好者大失所望。
還有人認為機器人上崗，工人就會(huì )下崗，無(wú)形中把機器人當成了競爭對手，他們沒(méi)有想到機器人會(huì )為人做許多有益的事情，會(huì )推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給人類(lèi)創(chuàng )造更多的就業(yè)機會(huì )。 機器人的定義 在科技界，科學(xué)家會(huì )給每一個(gè)科技術(shù)語(yǔ)一個(gè)明確的定義，但機器人問(wèn)世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智，沒(méi)有一個(gè)統一的意見(jiàn)。
原因之一是機器人還在發(fā)展，新的機型，新的功能不斷涌現。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問(wèn)題。
就像機器人一詞最早誕生于科幻小說(shuō)之中一樣，人們對機器人充滿(mǎn)了幻想。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng )造空間。
機器人指揮 其實(shí)并不是人們不想給機器人一個(gè)完整的定義，自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著(zhù)說(shuō)明到底什么是機器人。但隨著(zhù)機器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時(shí)代的到來(lái)，機器人所涵蓋的內容越來(lái)越豐富，機器人的定義也不斷充實(shí)和創(chuàng )新。
1886年法國作家利爾亞當在他的小說(shuō)《未來(lái)夏娃》中將外表像人的機器起名為“安德羅丁”（android），它由4部分組成： 1，生命系統（平衡、步行、發(fā)聲、身體擺動(dòng)、感覺(jué)、表情、調節運動(dòng)等）； 2，造型解質(zhì)（關(guān)節能自由運動(dòng)的金屬覆蓋體，一種盔甲）； 3，人造肌肉（在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態(tài)）； 4，人造皮膚（含有膚色、機理、輪廓、頭發(fā)、視覺(jué)、牙齒、手爪等）。 1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬(wàn)能機器人》。
在劇本中，卡佩克把捷克語(yǔ)“Robota”寫(xiě)成了“Robot”,“Robota”是奴隸的意思。該劇預告了機器人的發(fā)展對人類(lèi)社會(huì )的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當成了機器人一詞的起源。
在該劇中，機器人按照其主人的命令默默地工作，沒(méi)有感覺(jué)和感情，以呆板的方式從事繁重的勞動(dòng)。后來(lái)，羅薩姆公司取得了成功，使機器人具有了感情，導致機器人的應用部門(mén)迅速增加。
在工廠(chǎng)和家務(wù)勞動(dòng)中，機器人成了必不可少的成員。機器人發(fā)覺(jué)人類(lèi)十分自私和不公正，終于造反了，機器人的體能和智能都非常優(yōu)異，因此消滅了人類(lèi)。
但是機器人不知道如何制造它們自己，認為它們自己很快就會(huì )滅絕，所以它們開(kāi)始尋找人類(lèi)的幸存者，但沒(méi)有結果。最后，一對感知能力優(yōu)于其它機器人的男女機器人相愛(ài)了。
這時(shí)機器人進(jìn)化為人類(lèi)，世界又起死回生了。 卡佩克提出的是機器人的安全、感知和自我繁殖問(wèn)題。
科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步很可能引發(fā)人類(lèi)不希望出現的問(wèn)題。雖然科幻世界只是一種想象，但人類(lèi)社會(huì )將可能面臨這種現實(shí)。
為了防止機器人傷害人類(lèi)，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“機器人三原則”： 1，機器人不應傷害人類(lèi)； 2，機器人應遵守人類(lèi)的命令，與第一條違背的命令除外； 3，機。
4.關(guān)于機器人的知識
寫(xiě)字機器人 在當時(shí)的自動(dòng)玩偶中，最杰出的要數瑞士的鐘表匠杰克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯。
1773年，他們連續推出了自動(dòng)書(shū)寫(xiě)玩偶、自動(dòng)演奏玩偶等，他們創(chuàng )造的自動(dòng)玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理而制成的。它們有的拿著(zhù)畫(huà)筆和顏色繪畫(huà)，有的拿著(zhù)鵝毛蘸墨水寫(xiě)字，結構巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時(shí)。
由于當時(shí)技術(shù)條件的限制，這些玩偶其實(shí)是身高一米的巨型玩具。現在保留下來(lái)的最早的機器人是瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，它制作于二百年前，兩只手的十個(gè)手指可以按動(dòng)風(fēng)琴的琴鍵而彈奏音樂(lè )，現在還定期演奏供參觀(guān)者欣賞，展示了古代人的智慧。
19世紀中葉自動(dòng)玩偶分為2個(gè)流派，即科學(xué)幻想派和機械制作派，并各自在文學(xué)藝術(shù)和近代技術(shù)中找到了自己的位置。1831年歌德發(fā)表了《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克魯斯”；1870年霍夫曼出版了以自動(dòng)玩偶為主角的作品《葛蓓莉婭》；1883年科洛迪的《木偶奇遇記》問(wèn)世；1886年《未來(lái)的夏娃》問(wèn)世。
在機械實(shí)物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅動(dòng)雙腿沿圓周走動(dòng)。 進(jìn)入20世紀后，機器人的研究與開(kāi)發(fā)得到了更多人的關(guān)心與支持，一些適用化的機器人相繼問(wèn)世，1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個(gè)機器人“電報箱”，并在紐約舉行的世界博覽會(huì )上展出。
它是一個(gè)電動(dòng)機器人，裝有無(wú)線(xiàn)電發(fā)報機，可以回答一些問(wèn)題，但該機器人不能走動(dòng)。1959年第一臺工業(yè)機器人（可編程、圓坐標）在美國誕生，開(kāi)創(chuàng )了機器人發(fā)展的新紀元。
現代機器人 現代機器人的研究始于20世紀中期，其技術(shù)背景是計算機和自動(dòng)化的發(fā)展，以及原子能的開(kāi)發(fā)利用。 機器人汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn) 自1946年第一臺數字電子計算機問(wèn)世以來(lái)，計算機取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。
大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，其結果之一便是1952年數控機床的誕生。與數控機床相關(guān)的控制、機械零件的研究又為機器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎。
另一方面，原子能實(shí)驗室的惡劣環(huán)境要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國原子能委員會(huì )的阿爾貢研究所于1947年開(kāi)發(fā)了遙控機械手，1948年又開(kāi)發(fā)了機械式的主從機械手。
鉚接機器人 1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專(zhuān)利。該專(zhuān)利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機器人的關(guān)節，利用人手對機器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機器人能實(shí)現動(dòng)作的記錄和再現。
這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方式。
作為機器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機型（示教再現）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人的控制方式與數控機床大致相似，但外形特征迥異，主要由類(lèi)似人的手和臂組成。
1965年，MIT的Roborts演示了第一個(gè)具有視覺(jué)傳感器的、能識別與定位簡(jiǎn)單積木的機器人系統。 機器狗 1967年日本成立了人工手研究會(huì )（現改名為仿生機構研究會(huì )），同年召開(kāi)了日本首屆機器人學(xué)術(shù)會(huì )。
1970年在美國召開(kāi)了第一屆國際工業(yè)機器人學(xué)術(shù)會(huì )議。1970年以后，機器人的研究得到迅速廣泛的普及。
1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺由小型計算機控制的工業(yè)機器人，它是液壓驅動(dòng)的，能提升的有效負載達45公斤。 到了1980年，工業(yè)機器人才真正在日本普及，故稱(chēng)該年為“機器人元年”。
隨后，工業(yè)機器人在日本得到了巨大發(fā)展，日本也因此而贏(yíng)得了“機器人王國的美稱(chēng)”。 /z/q801485006.htm 詳情請見(jiàn)后面的。
5.機器人的核心技術(shù)有哪些
機器人可以進(jìn)行深海探測。
深海采集。深海維修。
開(kāi)發(fā)海洋是人類(lèi)在二十一世紀面臨的重大課題，而探索、考察和有效利用國際海域和海底區域是對我國發(fā)展海洋高技術(shù)和未來(lái)海洋產(chǎn)業(yè)提出的挑戰。 沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所是國內外有影響的研究與開(kāi)發(fā)水下機器人并形成產(chǎn)品的科研實(shí)體之一，首創(chuàng )我國第一臺有纜遙控和無(wú)纜自治水下機器人。
從某種意義上講，沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的水下機器人各階段的技術(shù)成果代表了我國在這一技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展水平與過(guò)程。作為中國科學(xué)院“知識創(chuàng )新”工程先進(jìn)制造基地的一部分，沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所二十年來(lái)在水下機器人研制與應用方面為國家水下裝備技術(shù)，特別是海洋重要裝備技術(shù)及海洋開(kāi)發(fā)發(fā)揮了不可替代的重要作用。
該所擁有一支理念超前，訓練有素、經(jīng)驗豐富、技術(shù)全面的設計隊伍。水下機器人實(shí)驗室配備了齊全、先進(jìn)的試驗設備和條件，3個(gè)深水模擬壓力罐可分別進(jìn)行水下1000米、1500米、7200米水深的水下模擬試驗。
長(cháng)20米、寬12米、深9米的試驗水池可做各種水下機器人整機性能試驗和調試。現已形成了大、中、小型水下機器人系列產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，并在國際、國內開(kāi)展了各種水下工程作業(yè)。
早在70年代末期，前瞻性地考慮到海洋是一個(gè)廣闊的應用領(lǐng)域，從長(cháng)遠看以海洋為背景來(lái)發(fā)展機器人科學(xué)技術(shù)，是一項具有開(kāi)拓性的工作，中國科學(xué)院又具有多學(xué)科綜合性的研究開(kāi)發(fā)能力，因此準備在全院組織力量，支持這一重大項目的實(shí)施。1977年召開(kāi)的中國科學(xué)院自然科學(xué)學(xué)科規劃會(huì )議將發(fā)展機器人項目列入規劃。
蔣新松院士在當年組團赴日考察回國后提出了發(fā)展水下機器人的設想。從此，沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所鎖定了“下海”為海洋開(kāi)發(fā)服務(wù)，搞智能機器在海洋中的應用研究的戰略目標，決心“要下五洋捉鱉”。
1983年該項課題正式列為中國科學(xué)院重點(diǎn)課題，開(kāi)創(chuàng )了智能機器人科研領(lǐng)域，為水下機器人的研究開(kāi)發(fā)奠定了基礎。 二十年來(lái)，“水下機器人”由院重點(diǎn)，進(jìn)而持續列入“六五”、“七五”、“八五”、“九五”和“十五”國家重點(diǎn)項目，成為國家863計劃自動(dòng)化領(lǐng)域智能機器人主題項目的重點(diǎn)內容。
沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所通過(guò)建立機器人示范工程基地，已開(kāi)發(fā)出多種型號的水下機器人產(chǎn)品，應用于水下觀(guān)測、海上作業(yè)以及救撈工程等。又通過(guò)國際合作，研制成功了6000米水下機器人，使我國水下機器人研究與開(kāi)發(fā)達到國際先進(jìn)水平。
RECON-IV水下機器人具有較強功能和可靠性，已成為國際知名品牌，生產(chǎn)的多臺設備出口國際市場(chǎng)，還有的長(cháng)年在為南海石油鉆井平臺提供技術(shù)服務(wù)；“海潛一號”和“金魚(yú)號”輕型水下機器人在沿海和內湖地區的水下探查、考古等作業(yè)起到重要作用；“海潛二號”水下機器人以其強作業(yè)功能為國家安全提供了有力的技術(shù)支持；用于海底光纜埋設的爬行式水下機器人“海星號”是我國第一臺海底自走式海纜埋設機，目前已完成研制工作并投入實(shí)際應用。 作為總體單位在國家“863”計劃支持下完成的潛深1000米“探索者”和潛深6000米“CR-01”、“CR-02”無(wú)纜自治水下機器人標志著(zhù)我國自治水下機器人技術(shù)在國際上處于領(lǐng)先地位。
6000米水下機器人工程項目是國家“863”計劃項目的重中之重。通過(guò)與俄羅斯合作，實(shí)施研制成功了6000米水下機器人，并于1995年8月完成了深海試驗。
6000米水下無(wú)纜自治機器人的研制，涉及到自動(dòng)化、計算機、水聲、深潛、水動(dòng)力、材料、能源等各種專(zhuān)業(yè)，需要解決水中通訊、高壓密封、自主航行控制、動(dòng)力系統、能源系統、各種信息的采集和處理、特種材料以及可靠性等高技術(shù)。“CR-01”自治水下機器人多次成功地完成了太平洋水域深海資源的調查。
為了進(jìn)一步提高水下6000米自治機器人的可靠性、實(shí)用性、后勤保障能力、機動(dòng)性和續航能力，使其由可用樣機發(fā)展為實(shí)用樣機，1996年8月起正式實(shí)施了水下6000米自治機器人的工程化項目。其目標是為中國大洋協(xié)會(huì )進(jìn)行大洋調查提供水下6000米自治機器人實(shí)用樣機。
工程化的主要工作是提高原樣機的可靠性，達到實(shí)用化的目的。試驗表明，經(jīng)過(guò)工程化改進(jìn)后的CR-02水下6000米無(wú)纜自治機器人性能卓越，可靠性高，能執行所賦予的使命，從而實(shí)現了自治水下機器人從手編程型向監控型的轉變，技術(shù)水平又上了一個(gè)臺階。
有關(guān)專(zhuān)家認為，該水下機器人是目前世界上最先進(jìn)的洋底探測設備。CR系列高性能水下機器人能進(jìn)行六千米深水錄像、拍照和海底地勢與剖面測量、水文測量、海底多金屬結核豐度測定，海底沉物目標搜索和觀(guān)察，自動(dòng)記錄各種數據包括圖像和機器人水下運動(dòng)軌跡及其坐標位置，還可按預編程航行和工作，自動(dòng)避障，具有故障自診斷和應急上浮功能，并能提供指令遙控。
這表明，中國已有圓滿(mǎn)解決這些高技術(shù)的能力和手段，而且已進(jìn)入洋底多金屬結核資源探測應用的實(shí)用階段。6000米水下機器人的研制成功，使中國一躍成為世界上具有研制這種自治水下機器人能力的少數幾個(gè)國家之一，它可到達世界上除海溝之外的全部海底區域，即全部有經(jīng)濟前景的海底，占海洋面積的98%，為中國進(jìn)軍國際海洋區域、開(kāi)發(fā)大洋資源提供了強有力的技術(shù)手段和工具。
該所目前正在研制潛深。
