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1、机器人技术22004/20052004/2005 学年春季学期教学日历学年春季学期教学日历 院系名称：院系名称： 机电工程学院机电工程学院 课程名称：课程名称：机器人技术机器人技术 总学时：总学时：36 学分：学分： 2 课程类别：课程类别：XW 授课起止周数：授课起止周数： 1 9 适用学科、专业：适用学科、专业： 机械设计及理论；机械制造及其自动化、机械电子工程机械设计及理论；机械制造及其自动化、机械电子工程 等等 时间、地点时间、地点方式方式时时数数教学教学 ( 授授 课课 或或 讨讨 论论 ) 内内 容容教材页数及参考文献范围教材页数及参考文献范围周周序序星星期期节次节次地点地点课课堂
2、堂讲讲授授课课堂堂讨讨论论1二7 8D132机器人的定义、分类及发展概况蔡自兴蒋新松1四5 6D132机器人的组成、构型及性能要素蔡自兴蒋新松2二7 8D132机器人的驱动器与传动系统， 机器人的关节结构马香峰费仁元2四5 6D132机器人的手部结构，机器人的平衡机构马香峰 费仁元3二7 8D132并联机器人的结构，机器人的移动机构柳洪义费仁元3四5 6D132机器人的数学基础：位置与姿态描述，齐次坐标变换付京孙蔡自兴4二7 8D132齐次变换矩阵及其几何意义，习题举例付京孙蔡自兴32004/20052004/2005 学年春季学期教学日历学年春季学期教学日历4四5 6D132机器人的结构参数
3、和坐标系的建立，Denavit- Hartenberg矩阵付京孙蔡自兴5二7 8D132机器人运动学正解，机器人运动学逆解付京孙蔡自兴5四5 6D132机器人的微分运动及变换，机器人雅可比矩阵付京孙蔡自兴6二7 8D132机器人运动学习题举例，并联机器人运动学简介付京孙，黄真 6四5 6D132机器人的工作空间，机器人静态力学计算付京孙蔡自兴7二7 8D132机器人动力学研究内容及建模方法，拉格朗日方程付京孙蔡自兴7四5 6D132拉格朗日方程的一般形式，牛顿欧拉方程付京孙蔡自兴8二7 8D132刚性机器人动力学方程举例，弹性机器人动力学简介付京孙蔡自兴8四5 6D132机器人规划的作用与任务
4、，机器人的轨迹规划付京孙蔡自兴9二7 8D132机器人控制与感觉技术简介付京孙蔡自兴9四5 6D132机器人控制与感觉技术简介，课程总结付京孙蔡自兴4& 第一章第一章 绪论绪论1.1 机器人的定义、分类及发展概况机器人的定义、分类及发展概况1.1.1 1.1.1 机器人的定义机器人的定义机器人问世已有几十年，但没有一个统一的意见。原因之机器人问世已有几十年，但没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，另一原因主要是因为机器人涉及到了一是机器人还在发展，另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。也许正是由于机人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。也许正是由于机器人
5、定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。美国机器人协会（美国机器人协会（RIA)RIA)：一种用于移动各种材料、零件、：一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机（编程能力的多功能操作机（Manipulator）。）。美国家标准局：一种能够进行编程并在自动控制下完成某美国家标准局：一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。些操作和移动作业任务或动作的机械装置。 519871987年国际标准化组织年国际
6、标准化组织(ISO)(ISO)对工业机器人对工业机器人的的定义：定义：“工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。种作业的可编程操作机。日本工业标准局：一种机械装置，在自动控制下，能够完日本工业标准局：一种机械装置，在自动控制下，能够完成某些操作或者动作功能。成某些操作或者动作功能。英国：貌似人的自动机，具有智力的和顺从于人的但不具英国：貌似人的自动机，具有智力的和顺从于人的但不具有人格的机器。有人格的机器。中国：我国科学家对机器人的定义是：中国：我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自机器人是一种自动
7、化的机器，这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，动化的机器，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高度灵活性的自动化机器”。 6尽管各国定义不同，但基本上指明了作为尽管各国定义不同，但基本上指明了作为“机器人机器人”所具所具有的二个共同点：有的二个共同点：1) 是是一种自动机械装置，可以在无人参与下，自动完成多种一种自动机械装置，可以在无人参与下，自动完成多种操作或动作功能，即操作或动作功能，即具有通用性。具有通用性。 2)2) 可以再编程，程序流程可变，即可以
8、再编程，程序流程可变，即具有柔性具有柔性( (适应性）。适应性）。 机器人集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机机器人集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果，技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。的领域之一。71.1.2 1.1.2 机器人的发展历史机器人的发展历史 1920 1920年，捷克作家卡雷尔年，捷克作家卡雷尔卡佩克发表了科幻剧本卡佩克发表了科幻剧本罗萨罗萨姆的万能机器人姆的万能机器人。卡佩克在剧本
9、中把捷克语。卡佩克在剧本中把捷克语“RobotaRobota”写成写成了了“RobotRobot”，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。的起源。 1950 1950年，美国作家埃萨克年，美国作家埃萨克阿西莫夫在他的科幻小说阿西莫夫在他的科幻小说I I，RobotRobot中首次使用了中首次使用了“RoboticsRobotics” ，即，即“机器人学机器人学”。阿西。阿西莫夫提出了莫夫提出了“机器人三原则机器人三原则”：1 1 机器人不应伤害人类机器人不应伤害人类, ,且在人类受到伤害时不可袖手旁观；且在人类受到伤害时不可袖手旁观； 2 2
10、 机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外； 3 3 机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。 机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则，阿机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则，阿西莫夫因此被称为西莫夫因此被称为“机器人学之父机器人学之父”。8 1954 1954年，美国人年，美国人George C. Devol George C. Devol 提出了第一个工业机提出了第一个工业机器人方案并在器人方案并在19561956年获得美国专利。年获得美国专利。 19601960年，年，Co
11、nderConder公司购买专利并制造了样机。公司购买专利并制造了样机。 19611961年，年，UnimationUnimation公司（通用机械公司）成立，生产和公司（通用机械公司）成立，生产和销售了第一台工业机器销售了第一台工业机器“UnimateUnimate”，即万能自动之意。，即万能自动之意。 1962年，年，A.M.F.（机械与铸造）公司，研制出一台数控（机械与铸造）公司，研制出一台数控自动通用机，取名自动通用机，取名“Versatran”，即多用途搬运之意，并以，即多用途搬运之意，并以“Industrial Robot”为商品广告投入市场。为商品广告投入市场。 9 1967 1
12、967年，年， UnimationUnimation公司第一台喷涂用机器人出口到日公司第一台喷涂用机器人出口到日本川崎重工业公司。本川崎重工业公司。 1968 1968年，第一台智能机器人年，第一台智能机器人ShakeyShakey在斯坦福研究所诞生。在斯坦福研究所诞生。 19721972年，年，IBMIBM公司开发出直角坐标机器人。公司开发出直角坐标机器人。 19731973年，年，Cincinnati MilacronCincinnati Milacron公司推出公司推出T3T3型机器人。型机器人。 19781978年，第一台年，第一台PUMAPUMA机器人在机器人在UnimationUn
13、imation公司诞生。公司诞生。 1982 1982年，年，WestinghouseWestinghouse公司兼并公司兼并UnimationUnimation公司，随后又公司，随后又卖给了瑞士的卖给了瑞士的StaubliStaubli公司。公司。 19901990年，年，Cincinnati MilacronCincinnati Milacron公司被瑞士公司被瑞士ABBABB公司兼并。公司兼并。10日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器人。人。6070年代是机器技术获得巨大发展的阶段。年代是机器技术获得巨大发展的阶段。8080
14、年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，如焊年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，如焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、水下、接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、水下、排险、核工业等，机器人的感知技术得到相应的发展，产生排险、核工业等，机器人的感知技术得到相应的发展，产生第二代机器人。第二代机器人。9090年代，机器人技术在发达国家应用更为广泛，如军用、年代，机器人技术在发达国家应用更为广泛，如军用、医疗、服务、娱乐等领域，并开始向智能型（第三代）机器医疗、服务、娱乐等领域，并开始向智能型（第三代）机器人发展。人发展。 随着机器人技术的发展形成了新学科随着机
15、器人技术的发展形成了新学科 机器人学。建立机器人学。建立 了相应学术组织，定期举办学术活动。了相应学术组织，定期举办学术活动。 国际会议：国际会议：ISIPISIP、IEEEIEEEIROSIROS、ICR&A ICR&A 等。等。 国际杂志：国际杂志： Robtics Research Robtics Research 、 Robotica Robotica 、 Robotics and Automation Robotics and Automation 等。等。11我国机器人技术起步较晚，我国机器人技术起步较晚，70年代末，一些院校和企业，年代末，一些院校和企业，开始研制专用机械手，开始
16、研制专用机械手，80年代初，开发小型的教育机器人。年代初，开发小型的教育机器人。1985年哈工大研制出国内第一台弧焊机器人（华宇年哈工大研制出国内第一台弧焊机器人（华宇号）。号）。 国家国家“863”计划把机器人技术作为重点发展技术来支持。计划把机器人技术作为重点发展技术来支持。建立了建立了“机器人示范工程中心机器人示范工程中心”和机器人国家开放实验室和机器人国家开放实验室（沈阳自动化所、哈工大、合肥机械所、上海交大、南开大（沈阳自动化所、哈工大、合肥机械所、上海交大、南开大学）。学）。 我国也建立了机器人学的学术组织，定期举办学术活动。我国也建立了机器人学的学术组织，定期举办学术活动。 学术会议：每两年左右去办一次大型全国性会议。学术会议：每两年左右去办一次大型全国性会议。 学术刊物：学术刊物： 机器人机器人 、机器人技术与应用机器人技术与应用 等。等。121.1.3 1.1.3 机器人的分类机器人的分类机器人的种类很多。可以按驱动形式、用途、结构和智能机器人的种类很多。可以按驱动形式、用途、结构和智能水平等观点划分水平等观点划分、按驱动形式、按驱动形式 气压驱动气压驱动液压驱动液压
