机器人机构学-绪论精要.ppt

家政机器人 沈阳自动化所 具备2岁儿童智商 它能陪您说话、能帮您检查室内空气质量、能诊病还能分析股票 日本松下 按计划以后还将继续推出能够布置餐桌和洗碗的家政机器人 日本东京大学 给客人倒饮料 机器人鱼 PAINT ROBOTS 涂胶机器人 助残机器人 并联机器人 生物及微机器人 微纳米机器人 单细胞机器人 仿生微机器人 机器人系统硬件的构成 机器人机构学的主要研究内容 机器人结构组成学 机器人运动学 机器人动力学 机器人控制理论 传感器与信息传输和处理 3. 现代机械系统 3.1 基本构成 机构设计创新设计的过程 3.2 机械系统创新设计过程 (1) 创新设计过程的基本模式 任务空间 解空间 解优选 (2) 创新设计的主要层次： 拓扑创新设计 参数创新设计 控制创新设计 3.3 现代机械系统的主要特点 传统机械系统向主动控制、信息化、智能化、网络化发展： 机构创新是机械产品创新的核心，而机构拓扑创新对 产品创新起着决定作用； 由子系统之间的相互联系、制约与协调，确定子系统 之间的相应特性； 4. 现代机构学 4.1 现代机构系统的主要特点 现 代 机 构 传 统 机 构 1 机构活动度≥2 2.运动输出包括： 1) 运动输出类型； 2) 位姿实现连续复杂变化； 3) 在一定范围内的可调输出。 3.可变主动输入 4.可变拓扑结构 5.可变尺度参数 6.可变惯性参数 7.可变阻尼参数 1. 机构活动度=1 2. 运动输出(函数、导向、轨迹) 为单输出，调整困难；可实现 若干精确点，但过程为近似实 现 3.主动输入基本不变 4.拓扑结构不变 5.尺度参数不变 6.惯性参数不变 7.阻尼参数不变 4.2 现代机构学的任务 最重要任务是发明新机构，应为发明机构提供系统的理论与有效的实用方法。 4.3 现代机构学理论的基本问题 结构类（非数值类）非线性问题 机构拓扑结构设计 参数类（数值类）非线性问题 非线性代数方程——机构运动学设计 非线性微分方程——机构动力学设计 4.4 拓扑结构学基本理论 拓扑结构设计的基本类型 (1) 机构集成创新： 通过对已知基本机构（元机构）及其功能（元功能）进行重组，以实现较复杂机构系统的整体功能与原理创新。已知元机构及其元功能是集成创新知识库的基础之一。 (2) 机构原始创新 发明具有特定功能的新基本机构，可直接开发为新型产品，或作为机构集成创新的新元机构。 4.5 现代机构学的主要特点 研究对象为现代机构——现代机械系统的子系统（骨架与执行器）。机构学内容涉及机械、驱动、控制、信息等多学科的交叉与融合。 机构拓扑结构学、运动学与动力学统一建模，创建三者融为一体且涉及驱动与控制技术的系统理论与方法，为创新设计方法提供理论基础。 与计算机技术很好结合，以提供创新设计的实用软件。 与其它学科协调发展，甚至拓宽、发展相关的数学、力学方法，沟通与其它学科（如结构分子生物学、分子工程学等）的内在联系等。 展望 多学科技术(机构、驱动、控制、信息、MEMS、传感、计算机等)的交叉与融合发展。 多学科理论(机构、数学、力学、微电子学、结构生物学与分子工程学)的协调发展，甚至在更高层次上(如拓扑结构层次)的一致性。 总之，以发明新机构为最重要任务的现代机构学，通过一两代我国学者群体的努力，能形成属于我国原创的现代机构学的新学派，建立起有中国特色的现代机械系统设计原创理论与方法体系，在我国经济建设、国防建设和社会发展中发挥重要作用，并为世界机械学的发展作出应有的贡献。 本书的主要研究内容 本书的主要目的就是介绍一中的机构结构设计的系统理论和方法 因此在第一章中重要介绍了几个概念 机构的结构单元类型 机构及单元的拓扑结构及数学表示 机构及单元的基本功能及数学表示 机构与单元的拓扑结构关系，建立机构与单元之间的内在联系 给出基于上述理论的机构类型综合方法。 第二章 串联机构的结构类型综合（结构的数学描述、输出的特征矩阵） 第三章 介绍单回路机构的结构类型综合（单回路机构的分类、数学描述 第四章 并联机构的结构特征（结构组成，输出特征矩阵） 第五章到十三章主要介绍并联机构的结构类型综合和分类 本书的主要研究思路 (1) 机构系统的结构组成—具有递进层次的结构单元 1) 杆副单元： 2) 基本运动链单元： 3) 回路单元： 4) 单开链单元： SOC HSOC (2) 运动输出特征方程：运动输出特征与拓扑结构