二、机器人的结构组成
四大组成部分 • 执行机构 • 驱动单元 • 控制系统 • 智能系统
执行机构
执行机构是机器人完成工作任务的机 械实体一般为“机械手臂+末端操作器”
❖ 机械手臂manipulator： 一般为由杆件 机构和关节机构组成的空间开链机构常 常进一步细分为机座腰部臂部肩和肘腕 部
❖ 末端操作器end-effector ：按作业用途 定（是机器人完成特定作业的关键装置）
2．适应性 机器人的适应性是指其对 环境的自适应能力，即要求所设计的机 器人能够自我执行并适应未经完全指定 的任务，而不管任务执行过程中是否发 生了所没有预计到的环境变化。这一能 力要求机器人具有人工知觉，即能感知 周围环境。在这个层次上，机器人运用 它的下述能力：
(1) 使用传感器感测环境的能力；
（a）Kuhnezug车载起重机；(b)Fanuc S-500机器人在卡车上执行焊缝任务
机器人操作手与起重机进行比较：
相似之处（结构、驱动、负载、控制器）
❖ 具有许多连杆，这些连杆通过关节依次连接； ❖ 这些关节由驱动器驱动（电机）； ❖ 操作机的“手”都能在空中运动，达到工作空
间的任何位置，并承载一定的负荷； ❖ 都用一个中央控制器控制驱动器。
有关机器人重要术语
❖ 机器人（robot）：可编程的多功能操作 装置，通过可变的、预先编程的运动完 成各种任务。
❖ 遥控手（teleoperator）：远程操作控 制进行工作的机器人叫遥操作机器人。
❖ 可行走机器人（mobile robot）：机座 可运动的机器人。
❖ 机器人学（robotics）：关于设计、制 造和应用机器人的一门学科。
(2) 分析任务空间和执行操作规划的能力；
(3) 自动指令模式的能力。
根据具体作业对象不同，机器人适 应性主要考虑三种适应性：
(1) 点适应性：即如何找到点的位置。
(2) 曲线适应性：即如何利用传感器得到 的信息(或特殊结构、材料等)沿曲面工作。
(3) 速度适应性：选择最佳运动速度。 （与倒立摆类似的两轮机器人）
不同之处（控制源、名称）
❖ 起重机是由人来控制驱动器 ❖ 机器人操作手是由计算机编程控制。动作受计
算机监控的控制器所控制，该控制器本身也运 行某种类型程序。程序改变，机器人动作就会 相应改变。 ❖ 一个称为机器人，一个称为操作机。
§1.2 机器人的特点、结构及分类
一、机器人的主要特点（通用性、适应性）
机器人控制技术
机器人市场很快发展起来，很多国 家都想用成百上千的机器人士兵装备 军队，为他们卖命，即使伤亡也不足 惜。最终机器人认定自己已经比人类 优越，并试图从人类手中接管这个世 界。这个故事中出现的名字rabota， 即劳动者，一直沿用到今天。
机器人主要基于大规模生产考虑主要有以下 两个原因：
机器人的特点包括如下两方面内容：
1．通用性 机器人的通用性取决于它的几
何特性和机械能力。即指执行不同功能完成同 一任务的能力和完成多样不同简单任务的能力。 或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任 务或以不同的方式完成同一任务。
决定通用性有两方面因素：一个是机器 人自由度；另一个是末端执行器的结构和操作 能力。
❖ 1976年：Cincinncti Milacron 公司进入工业 机器人市场，广受欢迎
❖ 1983 机器人学无论是在工业生产还是在学术 上都是一门受欢迎的学科，开始列入教学计划
❖ 80年代日本机器人在世界占主要地位，占世界 总产量的一半以上
❖ 1994年底全世界工业机器人已发展到60万台
❖ 2001年底全世界实际装备工业机器人102万台
三、机器人的分类
1、按机器人结构形式
一般工业机器人为6 个自由度前三个称为手 臂机构后三个称为手腕 机构。根据手臂机构的 运动付不同形式的组合 得到不同的机器人机构 形式。
(1) 直角坐标式(Cartesian) 符号表示PPP
(2) 圆柱坐标式(Cylindrical)符号表示RPP
❖ 1953年：MIT研制成功第一台数控铣床
❖ 机械手+NC技术 —>第一台工业机器人的产生
❖ 1954年：美国人George.C.Devol 申请“可编 程序的关节型搬运装置”发明专利
❖ 1958年：约瑟夫 恩格尔伯格购买了德沃尔的 专利，创造了世界上第一个制造机器人的公 司—Unimation
驱动单元
包括驱动器、运动件和传动机构 ❖ 驱动器：电机（步进电机、伺服电机、DD
电机）、气缸、液压缸、新型驱动器。 ❖ 传动机构：谐波传动、螺旋传动、链传动、
带传动、绳传动、各种齿轮传动及液力传 动。 ❖ 运动件：机器人本体上的各运动体。
控制系统
一般由控制计算机、驱动装置和伺服控制 器（servo controller ）组成
❖ 1959年：推出了第一台示教再现式的
(Teaching- Playback)PUMA机器人
❖ 1961年：Unimation 公司生产出第一台工业 机器人定名为Unimate，62年在GM公司应用
❖ 1967年：丰田和川崎重工引进美国的Unimate 和Versatran机器人
❖ 1968年：通用汽车公司定购68台工业机器人
控制计算机：根据作业要求接受编程发出 指令控制协调运动并根据环境信息协调运动
伺服控制器：控制各关节的驱动器使其按 一定的速度加速度和轨迹要求进行运动
智能系统
正在发展中智能机器人除运动机能外还有如下三 种机能 ❖ 感知机能：获取外部环境信息以便进行自我行动决 策和监视的机能，视觉传感器是当前发展的重点 ❖ 思维机能：求解问题的认识推理和判断机能— — 人工智能 ❖ 人—机通信机能：理解指示命令输出内部状态与人 进行信息交换的机能
1、劳动强度 2、尽量使用机器人完成简单、重复作业以 降低成本。
1950 年 ， Asimov 在 其 出 版 的 《 我 ， 机 器 人》一书中，给机器人定下了三原则：
1、不伤害人类；
2、在原则一下服从人给出的命令；
3、在与上两个原则不矛盾的前提下保护自 身
• 40年代末期美国阿尔贡国家实验室遥控机械手 的发展用于操作放射性材料(遥控式、双向主从 式机械手)