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机器人控制技术 第一章 绪论 §1.1 机器人的发展历史 古代人们期望生产机器替代人类劳动。 1921年，捷克作家Karel Capek在其科幻小说《罗素姆的万能劳工（Universal Robot） 》首次使用机器人词。 Capek梦想着有这样的情况，即生物过程可以创造出类人的机器，他们虽然缺乏感情和灵魂，但他们身体强壮并服从主人的命令，而且这些机器能够快速而廉价地生产出来。 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： 1、劳动强度 2、尽量使用机器人完成简单、重复的作业以降低成本。 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) 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 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 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 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。 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。 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。 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； (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