机器人的系统设计介绍.doc

第一章 绪论 1.1 机器人的发展及分类 1.1.1 机器人的发展 机器人的发展通常可规划分为三代： 第一代机器人：通常是指目前国际上商品化与使用化的“可编程的机器人”，又称“示教再现机器人”，即为了让机器人完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需要的各种知识，通过直接或间接手段，对机器人进行“示教”，机器人将这些知识记忆下来后，即可根据“再现”指令，在一定精度范围内，忠实的重复再现各种被示教的动作。1962年美国万能自动化公司的第一台Unimate机器人在美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代机器人的诞生。 第二代机器人：通常是指具有某种智能功能的“智能机器人”。即有传感器得到触觉、力觉和视觉等信息计算机处理后，控制机器人的操作机完成相应的适当操作。1982年美国通用汽车在装配线上为机器人装备了视觉系统，从而宣布了新一代智能机器人的问世。 第三代机器人：即所谓的“只治式机器人”。它不仅具有感知功能，而且还有一定的决策及规划能力。第一代机器人目前仍处在实验室研究阶段。机器人经历了诞生---成长---成熟期后，已成为制造业中不可缺少的核心装备，世界上有约75万台机器人正与工人朋友并肩战斗在个条生产线上，特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途发特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。 我国的机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人的操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术、生产了部分机器人的关键元器件，开发出喷漆、焊弧、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台配套喷漆机器人在二十与家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的机器人技术及其工程应用水平和国外比还有一定的距离，因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。 1.1.2 机器人的分类 机器人按不同的方法可分下述类型 机器人按操作机坐标形式分以下几类：（坐标形式是指操作机的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式。） （1） 直角坐标型机器人 其运动部分由三个相互垂直的直线移动（即PPP）组成，其工作空间图形为长方形。它在各个轴向的移动距离，可在各个坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，控制无耦合，结构简单，但机体所占空间体积大，动作范围小，灵活性差，难与其他机器人协调工作。 （2） 圆柱坐标型机器人 其运动形式是通过一个转动和两个移动组成的运动系统来实现的，其工作空间图形为圆柱，与直角坐标型机器人相比，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大，其位置精度仅次于直角坐标型机器人，难与其他机器人协调工作。 （3） 球坐标型机器人 又称极坐标型机器人，其手臂的运动由两个转动和一个直线移动（即RRP）所组成，其工作空间为一球体，它可以作上下俯仰动作并能抓取地面上或教低位置的协调工件，其位置精度高，位置误差与臂长成正比。 （4） 多关节型机器人 又称回转坐标型机器人，这种机器人的手臂与人一体上肢类似，其前三个关节是回转副（即RRR），该机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂见形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂做回转运动和俯仰摆动，小臂做仰俯摆动。其结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，能与其他机器人协调工作，但位置精度教低，有平衡问题，控制耦合，这种机器人应用越来越广泛。 （5） 平面关节型机器人 它采用一个移动关节和两个回转关节（即PRR），移动关节实现上下运动，而两个回转关节则控制前后、左右运动。这种形式的机器人又称SCARA装配机器人。在水平方向则具有柔顺性，而在垂直方向则有教大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配。 机器人按驱动方式分以下几类： （1）气动式机器人 这类机器人以压缩空气来驱动操作机，其优点是空气来源方便，动作迅速，结构简单造价低，无污染，缺点是空气具有可压缩性，导致工作速度的稳定性较差，又因气源压力一般只有6kPa左右，所以这类机器人抓举力较小，一般只有几十牛顿，最大百余牛顿。 （2）液压式机器人 液压压力比气压压力高得多，一般为70kPa左右，故液压传动机器人具有较大的抓举能力，可达上千牛顿。这类机器人结构紧凑，传动平稳，动作灵敏，但对密封要求较高，且不宜在高温或低温环境下工作。 （3） 电动式机器