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plcrobots中英文翻译-本科学位论文.doc
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机器人的作用
机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工
业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。
现在,国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来,人们都可
以接受这种说法,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一
种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:“一
种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执
行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”
能力评价标准
机器人能力的评价标准包括:智能,指感觉和感知,包括记忆、运算、
比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等;机能,指变通性、通用性
或空间占有性等;物理能,指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、
寿命等。因此,可以说机器人是具有生物功能的三维空间坐标机器。
机器人的组成
机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。
执行机构即机器人本体,其臂部一般采用空间开链连杆机构,其中的运动副
(转动副或移动副)常称为关节,关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关
节配置型式和运动坐标形式的不同,机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐
标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑,常将机器人本体的有关部位分别
称为基座、腰部、臂部、腕部、手部(夹持器或末端执行器)和行走部(对于移
动机器人)等。
驱动装置是驱使执行机构运动的机构,按照控制系统发出的指令信号,借助
于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号,输出的是线、角位移量。机
器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置,此外也有采用液压、气动等驱动装置。
检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况,根据需要反馈给
控制系统,与设定信息进行比较后,对执行机构进行调整,以保证机器人
的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类:一类
是内部信息传感器,用于检测机器人各部分的内部状况,如各关节的位置、
速度、加速度等,并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器,形成闭环
控制。另一类是外部信息传感器,用于获取有关机器人的作业对象及外界
环境等方面的信息,以使机器人的动作能适应外界情况的变化,使之达到
更高层次的自动化,甚至使机器人具有某种“感觉”,向智能化发展,例
如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息,利用这
些信息构成一个大的反馈回路,从而将大大提高机器人的工作精度。
控制系统有两种方式。一种是集中式控制,即机器人的全部控制由一
台微型计算机完成。另一种是分散(级)式控制,即采用多台微机来分担
机器人的控制,如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时,主机
常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算,并向下级微机发送
指令信息;作为下级从机,各关节分别对应一个 CPU,进行插补运算和伺服
控制处理,实现给定的运动,并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同,
机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力(力矩)控制。
机器人发展史
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 Robota(捷克文,原意为“劳役、苦工”)和
Robotnik(波兰文,原意为“工人”),创造出“机器人”这个词。
1939 年 美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人
Elektro。它由电缆控制,可以行走,会说 77 个字,甚至可以抽烟,不过
离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。
1942 年 美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科
幻小说里的创造,但后来成为学术界默认的研发原则。
1948 年 诺伯特·维纳出版《控制论》,阐述了机器中的通信和控制机
能与人的神经、感觉机能的共同规律,率先提出以计算机为核心的自动化
工厂。
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,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。
1956 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”。这个定义影响到以后 30 年智能机器人的研究方向。
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——Unimation 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
Unimation 公司生产的 Unimate 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和机器人研究的热潮。
1962 年-1963 年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在
机器人上安装各种各样的传感器,包括 1961 年恩斯特采用的触觉传感器,
托莫维奇和博尼 1962 年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器,
而麦卡锡 1963 年则开始在机器人中加入视觉传感系统,并在 1965 年,帮
助 MIT 推出了世界上第一个带有视觉传感器,能识别并定位积木的机器人系
统。
1965 年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出 Beast 机器人。
Beast 已经能通过声纳系统、光电管等装置,根据环境校正自己的位置。20
世纪 60 年代中期开始,美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学
等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”
的机器人,并向人工智能进发。
1968 年 美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人 Shakey。它带有
视觉传感器,能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个
房间那么大。Shakey 可以算是世界第一台智能机器人,拉开了第三代机器
人研发的序幕。
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”。
日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长,后来更进一步,
催生出本田公司的 ASIMO 和索尼公司的 QRIO。
1973 年 世界上第一次机器人和小型计算机携手合作,就诞生了美国
Cincinnati Milacron 公司的机器人 T3。
1978 年 美国 Unimation 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。PUMA 至今仍然工作在工厂第一线。
1984 年 英格伯格再推机器人 Helpmate,这种机器人能在医院里为病人
送饭、送药、送邮件。同年,他还预言:“我要让机器人擦地板,做饭,
出去帮我洗车,检查安全”。
1998 年 丹麦乐高公司推出机器人(Mind-storms)套件,让机器人制造变
得跟搭积木一样,相对简单又能任意拼装,使机器人开始走入个人世界。
1999 年 日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO),当即销售一空,从
此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。
2002 年 美国 iRobot 公司推出了吸尘器机器人 Roomba,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。Roomba 是目前
世界上销量最大、最商业化的家用机器人。iRobot 公司北京区授权代理商:
北京微网智宏科技有限公司 http://www.micronet.net.cn。
2006 年 6 月,微软公司推出 Microsoft Robotics Studio,机器人模块化、
平台统一化的趋势越来越明显,比尔·盖茨预言,家用机器人很快将席卷
全球
机器人分类篇
诞生于科幻小说之中一样,人们对机器人充满了幻想。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。
家务型机器人:能帮助人们打理生活,做简单的家务活。
操作型机器人:能自动控制,可重复编程,多功能,有几个自由度,可
固定或运动,用于相关自动化系统中。
程控型机器人:按预先要求的顺序及条件,依次控制机器人的机械动
作。
示教再现型机器人:通过引导或其它方式,先教会机器人动作,输入
工作程序,机器人则自动重复进行作业。
数控型机器人:不必使机器人动作,通过数值、语言等对机器人进行
示教,机器人根据示教后的信息进行作业。
感觉控制型机器人:利用传感器获取的信息控制机器人的动作。
适应控制型机器人:能适应环境的变化,控制其自身的行动。
学习控制型机器人:能“体会”工作的经验,具有一定的学习功能,
并将所“学”的经验用于工作中。
智能机器人:以人工智能决定其行动的机器人。
我国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机
器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或
多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业
并服务于人类的各种先进机器人,包括:服务机器人、水下机器人、娱乐
机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中,有些分支发展
很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器人、军用机器人、
微操作机器人等。目前,国际上的机器人学者,从应用环境出发将机器人
也分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机
器人,这和我国的分类是一致的。
空中机器人又叫无人机器,近年来在军用机器人家族中,无人机是科研
活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富
的领域。80 多年来,世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的,
无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看,美国均居世界之首位.
机器人品种篇
一、无人飞机
“别动队”无人机
纵观无人机发展的历史,可以说现代战争是推动无人机发展的动力。
而无人机对现代战争的影响也越来越大。一次和二次世界大战期间,尽管
出现并使用了无人机,但由于技术水平低下,无人机并未发挥重大作用。
朝鲜战争中美国使用了无人侦察机和攻击机,不过数量有限。在随后的越
南战争、中东战争中无人机已成为必不可少的武器系统。而在海湾战争、
波黑战争及科索沃战争中无人机更成了主要的侦察机种。
法国“红隼”无人机
越南战争期间美国空军损失惨重,被击落飞机 2500 架,飞行员死亡
5000 多名,美国国内舆论哗然。为此美国空军较多地使用了无人机。如“水
牛猎手”无人机在北越上空执行任务 2500 多次,超低空拍摄照片,损伤率
仅 4%。AQM-34Q 型 147 火蜂无人机飞行 500 多次,进行电子窃听、电台干
扰、抛撒金属箔条及为有人飞机开辟通道等。
高空无人侦察机
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xinkai1688
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