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工业机器人课件资料.doc
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工业机器人课件资料
1. 经历了 40 多年的发展,机器人技术逐步形成
了一门新的综合性学科 — 机器人学(Robotics)
它包括有基础研究和应用研究两个方面
主要研究内容有:
(1) 机械手设计;(2) 机器人运动学、动力学和控制;
(3) 轨迹设计和路径规划;(4) 传感器(包括内部传感
器和外部传感器);(5) 机器人视觉; (6) 机器人语
言;(7) 装置与系统结构;(8) 机器人智能等。
2. 机器人的定义
国际和国外相关组织的定义
国际标准化组织(ISO)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。
美国国家标准局(NBS)的定义:机器人是一种能
够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作
业任务的机械装置。
美国机器人协会(RIA)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。
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。
有关学者的定义
在 1967 年日本召开的第一届机器人学术会议上提出
了两个有代表性的定义。
森政弘与合田周平提出的定义:“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”。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 10 个特性来表示机器人的形
象。
日本早稻田大学加藤一朗(日本机器人之父) 教授
认为:机器人是由能工作的手,能行动的脚和有意
识的头脑组成的个体,同时具有非接触传感器(相
当于耳、目)、接触传感器(相当于皮肤)、固有感
及平衡感等感觉器官的能力。
也有一些组织和学者针对不同形式的机器人
分别给出具体的解释和定义,而机器人则只作
为一种总称。例如,日本工业机器人协会(JIRA)
列举了 6 种型式的机器人:
(1) 手动操纵器:人操纵的机械手,缺乏独立性;
(2) 固定程序机器人:缺乏通用性;
(3) 可编程机器人:非伺服控制;
(4) 示教再现机器人:通用工业机器人;
(5) 数控机器人:由计算机控制的机器人;
(6) 智能机器人:具有智能行为的自律型机器人。
3.机器人的结构
简单地说,机器人主要由执行机构、驱动和传动
装置、传感器和控制器四大部分构成。
执行机构:机器人的足、腿、手、臂、腰及
关节等,它是机器人运动和完成某项任务所
必不可少的组成部分。
驱动和传动装置:用来有效地驱动执行机构
的装置,通常采用液压、电动和汽动,有直
接驱动和间接驱动二种方式。
传感器:是机器人获取环境信息的工具,如
视觉、听觉、嗅觉、触觉、力觉、滑觉和接
近觉传感器等,它们的功能相当于人的眼、
耳、鼻、皮肤及筋骨。
控制器:是机器人的核心,它负责对机器人
的运动和各种动作控制及对环境的识别。
现代工业机器人的控制器都是由计算机控
制系统组成,控制方式主要有示教再现、可编程
控制、遥控和自主控制等多种方式。
4.工业机器人几种常用的控制方式
“示教再现”方式:它通过“示教盒”或人“手把手”
两种方式教机械手如何动作,控制器将示教过程
记忆下来,然后机器人就按照记忆周而复始地重
复示教动作,如喷涂机器人。
“可编程控制”方式:工作人员事先根据机器人的
工作任务和运动轨迹编制控制程序,然后将控制
程序输入给机器人的控制器,起动控制程序,机
器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完
成,如果任务变更,只要修改或重新编写控制程
序,非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照
前两种方式工作的。
“遥控”方式:由人用有线或无线遥控器控制机器
人在人难以到达或危险的场所完成某项任务。如
防暴排险机器人、军用机器人、在有核辐射和化
学污染环境工作的机器人等。
“自主控制”方式:是机器人控制中最高级、最复
杂的控制方式,它要求机器人在复杂的非结构化
环境中具有识别环境和自主决策能力,也就是要
具有人的某些智能行为。
5.丹纳维特(Denavit)和哈顿贝格
(Hartenberg) 于 1955 年提出了一种矩阵代
数方法解决机器人的运动学问题—D-H 方法,具
有直观的几何意义能表达动力学、计算机视觉和
比例变换问题其数学基础即是齐次变换。
6. 在本课程我们将采用齐次坐标变换来描述机
械手各关节坐标之间、各物体之间以及各物体与
机械手之间的关系。
7. 齐次坐标与三维直角坐标的区别
• V 点在ΣOXYZ 坐标系中表示是唯一的(x、
y、z)
• 而在齐次坐标中表示可以是多值的。不同的
表示方法代表的 V 点在空间位置上不变。
• 几个特定意义的齐次坐标:
• [0, 0, 0, n]
T
—坐标原点矢量的齐次坐标,n 为
任意非零比例系数
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