机器人原理及应用

篇名

機器人的原理及應用

作者

王若云。國立台南高商。資一乙班。蔡姵珊。國立台南高商。資一乙班。

壹?前言

在現今，機器人對我們的生活上已經有很大的影響，例如：在工業上，有一些較危險的事，為了避免人會受傷，因此利用機器人來完成；在宇宙的探險上，機器人因不受地形的影響，可在任何時間走任何地方??????等。可見得，機器人對我們是有很大的幫助，但是，在我們利用它們的同時，有沒有曾想過它們是為什麼而被創造出來？怎麼做出來的？其實機器人的應用還不是很普遍，除了要確保安全和自主性上的要求外，其在未知環境中導航能力仍然需要克服的問題。機器人實際上要摸仿人類的活動思考方式，實在仍有一段現實的距離，這也正是學術界中要進研究與克服的地方。

貳?正文

一. 機器人的定義：

ISO/TC184/SC2/WG1(1984年)曾對機器人定義：「機器人是可程式的機械，在自動控制下實行包括操作或移動動作之課題」。機

器人（Robot）一詞源自於捷克語"Robota"，意為「奴隸」、「工人」。

故機器人之本質應以取代工人為目的，然後應用於生產作業。但

在工廠中的機器人，大多數是屬動作自由度在特定範圍內的機械

手臂而已，由於工廠中有些危險性高或負擔繁重的工作，可由機

器手臂來取代。在一個全自動化的無人工廠中，機器人則可能取

代全部生產線上的工作，因此原料進入，產品直接包裝妥善後運

出工廠外，完全自動化。這類工業級的機器人在力量、速度、重

複性、和長時間工作的能力上都遠優於人類，因此對於工業製造

上有很大的幫助。然而，機器人的應用當不只於此。在國際上，

對於「服務性機器人」的工作已逐漸受重視。有些智慧型機器人

除工廠內使用者外，尚可協助人類和一般器具執行特定的工作，

為人類服務。

二. 機器人的原理：

機器人系統則應包括有：

1.機器人。

2.末端效應器(End Effector)。

3.相關機器人所需之裝備與感應器、以及用來操作或監控用之相關

通訊界面。

機器人可依據位置座標、速度、末端效應器之抓取姿勢等命令，透過記憶裝置，執行固定或非固定之程序控制。機器人機構中，最基本者為各致動器，透過連桿與齒輪組可執行控制次系統(控制器)所下達之各種命令。致動器可為油、氣壓，或是電動馬達等。

目前產業界機器人仍以DC或AC電動馬達為主要之致動器。電動馬達可為步進或伺服馬達，操作者可透過教導盒或是主電腦下達機器人相對於世界座標(World Coordinate)之控制指令，以完成所需之各種基本控制，或智慧型規劃動作等。機器人亦可具觸覺或視覺感應器，透過感應器界面以執行精確之控制程序或所需之安全防護機能。

三. 機器人的種類：

1. 移動式機器人

機器人可以移動後，行走變成重要的功能，其運動及應用範圍將再次擴大，各項辦識及定位功能均需另外加入。這方面的研究也就顯得格外重要，特別是具自動導航能力之機器人，必須增加機器人的智慧及判斷能力。茲就其移動方式稍作說明。

a. 輪式機器人（W h e e l e d R o b o t）

輪行式機器人操縱容易，其穩定性較好，移動距離所需的能量也較小，但此型機器人像汽車一樣，僅適用於平面行走，受地形和地質限制較大。要它在鬆軟的砂地或在崎嶇不平的地表上運動，就非常困雞。

b. 有腳的機器人( L e g g e d R o b o t )

機器人有腳時較容易跨越障礙物，安穩地上下樓梯，以及在極度崎嶇的地面上平順的運動。改良式的輪式機器人固然也能克

服一些地面不佳的問題，不過其能力仍比不上有腳機器人。穩定

性是研究有腳機器人的重要課題。三腳以上的機器人，基本上是

可形成穩態系統，但行進間如何保持穩態則更重要。有腳的機構

應較輕巧、富撓性，與多自由度（可能需多餘的自由度）。由於

機構複雜、移動面又時有變化，故設計時也變得更為複雜。為達

到動態穩定的要求，在控制上也變得更為精細。所以此型機器人

的移動速度不會很快，看起來很難像跑馬拉松那樣。

c. 水底機器人（U n d e r w a t e r R o b o t）

海洋佔地表面積的70%，然而由於深海的壓力及複雜的障礙環境，即使擁有太空科技的人類仍難以任意在海底旅行，利用水

底機器人也許可以為人走一回。近幾年來為了在深海和危險的區

域作業，遙控水底機器人（艇）的發展快速增加，不過因為操作

成本因素，這種方式始終限制在少數的應用上。操作成本主要來自於連繫繩纜的使用，不僅需要母船，拖曳繩纜也增加能源消耗。若能有自主式水底機器人，將可解決一些問題，只怕過份自主之後，它也不想回來了。自主式水底機器人和一般機器人在需求上有些不同。以定位技術而言，在陸地利用影像或全球定位系統（GPS）即可應付自如﹔在水中則沒那麼方便，因為影像模糊，視野也有限﹔而GPS 在水中的效果也被大打折扣，更何況海水中的暗流及非結構化的環境增加許多變數。

一般而言，感測器的成效是水底機器人成敗的關鍵。在導航方面，常用的感測器有聲波應答機（Acoustic Transponder）、都卜勒聲納、慣性導航系統、無線電和衛星定位等；在障礙物偵測方面有聲納和雷射；在自我診斷方面有測漏計，溫度、壓力、電壓、電流監視系統，以及制動器和感測器監視系統；在通訊方面有電纜、聲波、無線電，和雷射等方式；在取得影像方面可採用聲納、光電感測器、和磁感測器。

最近發展出來的自主式水底機器人有下列各項：

(1)英國New Hampshire 大學的EAVE。

(2)英國Woods Hole 海洋研究所的ABE。

(3)美國麻州理工學院的Odyssey。

(4)美國佛州大西洋大學的Ocean Voyager。

(5)俄羅斯海洋技術問題研究所的MT-88。

(6)日本KDD 的AEl000。

(7)美國夏威夷大學的ODlN。

d. 飛行機器人（A i r b o r n e R o b o t ）

EVAR（Extra-Vehicular Autonomous Robot）是美國太空總署在詹森太空中心發展出來的聲控智慧型自由飛行機器人。他可協助自由號太空站的太空人取得工具或其它物體以便進行維修工作。EVAR 有兩條六個自由度的機械臂，其中一臂還裝有靈巧的Jameson 機械手。感測器方面包括加速計、陀螺儀、兩個獨立的影像系統、力感測器以及近接感測器。電腦處理器則包括兩個l5MHZ 的T4l4 transputer，十二個20Mhz T800 的transputer，一個l6MHZ 的80386，以及六個68020 控制器。飛機的自動導航可算是飛行機器人的基本動作，但如何增加其它的工作能仍有待研究。另外就軍事方面而言，飛行機器人也具備成為一智慧型飛彈的潛能，因為它能正確地辨識目標物並朝其移動。這種機械人必須被訓練成為有自殺個性的軍人意志才行。

e. 微型機器人與細胞機器人

微型機器人學與細胞機器人學也是機器人學研究的一大

分支，事實上它也是小東西中之大學問。在國際電機電子工程師學會的機器人學與自動化協會中也有這樣一個技術委員會。細胞機器人學的觀念於l987年由名古屋大學的Toshio Fukuda教授提出。鑑於有些工作環境受到客觀條件的限制，如很小的出口，很大的工作空間，或很重的物體時，在工作期間會產生問題，因此針對特殊目的而建立適當大小的機器人共同合作是很需要的。微型機器人學之研究，起源在於狹小環境的工作需求。事實上這兩個研究的動機固然不同，然而它們卻也具有一些共通性與相輔相成的可能。其共通性在於分散化、模組化、與單體的有限功能，這三點對於細胞機器人學而言是很清楚的﹔對於微型機器人而言，形體要小除了製造技術的改進外，內部元件、功能也必須減少，因此前述的三項特點也就顯現出來了。

2. 微型機器人學

對於何種大小的機器人才可稱為微型機器人目前尚無嚴格的定義，通常是指在毫米以下的大小。近年來微型機器人學的發展受到很大的重視，一般認為它將是二十一世紀的一項基本技術，其應用場合很廣，包括工業上微小部位或空間的維護與檢驗，生物學上的細微操作（如基因處理或細胞融合），以及醫藥上的顯微手術、人體內部的檢驗甚至醫療等。到目前為止，真正的微型機器人尚未出現，主要原因在於欲實現此目標所需的技術種類很多，要求也高。但日本松下去年曾經發表一個僅有二、三公分大小的引擎，麻雀雖小五臟俱全，而且還可以運轉。以下說明一些微型技術之研究主題：

a. 微製造術

國人的芒刻，在一個米粒上彫刻禮運大同篇，是微製的開端﹔然積體IC 的製造亦是微製造術的極緻，此項技術亦可應用在此方面。現有的研究中也有一種名為LIGA（德文的Lithographie Galvanoformung Abformung ）的程序是引人注目的，不過在微製造術方面仍有以下幾個主題需要努力：3-D 製造法、材料與固態分析、系統設計方法。

b. 比例的問題

由於機器人本體極為輕小，摩擦力的影響程度相對的就變大，在流體力面，其黏滯效用等也必須有不同的考慮，因此在機械方面有兩個題目變得更為重要：其一是微小機構的潤滑，其二是微小世界的流體力學。

c. 量測方法

耍控制微型機器人首先要能對其自身及工作環境、對象做

量測。雖然光學顯微鏡和電子顯微鏡可量測到極細微的物體，但是針對微型機器人系統的感測器發展卻是非常不足的。

d. 控制方法

因為摩擦力和黏滯力的效用增大，微型機器人的非線性特質必須要考慮，控制方式也因此較為不同。

e. 通訊

這個主題和控制也有些關係。在微型機器人真正付諸實用時，單一微型機器人因大小和技術的限制，功能可能有限而不足以單獨完成一項應用，此時多個機器人的合作是必須的(這裡牽涉了細胞機器人學的觀念），彼此間的資訊互通也因此成為一個研究的主題，而資訊的系統架構及通訊方法為其下之重要子題。

f. 能源供給問題

考慮微型機器人的應用，電源供給不能靠電線，而內建式的電源因極小化的關係則有待研究，電磁波，高頻波、及紫外線是幾個可能的考慮。

g. 人機界面

微型機器人因機體小，其智慧可能有限，而就其應用場合而言，人類的知識可能還是極有價值的，因此人機界面是有助於工作的完成﹔其中，虛擬實境的技術也是一項考量。

3. 細胞機器人學

傳統機器人的發展是朝向增加單體的複雜度以及智慧的程度，在某些應用需整合多個機器人時，也是使這些機器人各具某種特殊的智慧以進行合作﹔有別於此的是Fukuda 教授所提的細胞機器人學。他的觀念是來自於社會性的昆蟲，即單體只具有最基本的智慧，要執行一件工作必須結合團隊的力量。對於不同的工作則可藉由新的系統組態來達成。在細胞機器人學中，所謂的細胞指的便是一個只具基本功能的單體，如何將這些單體細胞得到最佳的整合，方是重要課題。以下幾個值得研究的問題：

a. 細胞間的相互溝通。

b. 細胞間動態知識的最佳配置。

c. 系統更新組態的策略。

d. 群體間的學習與適應。

e. 群體智慧的研究

4. 遠端作業機器人

為了在太空或其他危險環境下以無人的方式作業，機器人的發展有兩種非常不同的方式，第一種是自主式的運作，第二

梗是遠端作業（Teleoperation）的方式。其實在機器智慧化的趨

勢下，自主式運作的研究是非常蓬勃的。然而考慮到當前的技

術能力與安全的因素時，以作業人員在遠端操控的方式仍是不

可避免的。遠端作業成功的要件在於作業人員必須得到充份的

資料為操作的依據，一般使用影像資料是個很直接的方法，但

是實際上卻有下列的問題：

l. 視覺和內耳訊號的不平衡易導致操作人員暈炫的現象。

2.照相機的視線可能遭受蒙蔽。

3.單純的影像資料可能不足以提供作業人員做充份的角

度判斷，例如在斜坡地時對輪式機器人的操控就有問題。

解決的方案則包括採用虛擬實境的技術，以達到遠端臨場(Tele-presence)的感覺、增加感測器的數目與不同的位置安排，

以及提升機器人之自主能力，使作業人員的工作內容可簡化，

層級也可提昇。對於遠端作業機器人而言，通訊也是一項必須

突破的關鍵。在環境上，例如，在海底聲波和電磁波的傳真度

就會產生問題，而通訊的頻寬也是一大障礙。目前美國太空總

署有一個遠端作業機器人的計畫，他們希望在西元2004年以前

藉由遠端作業機器人的技術完成太空船艙外自主運作目標的

一半。在歐洲遠端作業機器人的研究也很多，如JET的主僕式

機器人，Mascot IV。

四. 機器人的應用：

1.工業用機器人：包括工廠所需之焊接、切削、裝配、運輸，以

及各種加工等重覆性、危險性均高之粗重工作，皆可以機器人

代勞。對於重覆性高的工作，一般是以固定順序之控制來執行，

在大型工廠中，更同時以多組機器人共同分配執行有關之工作。

a. 實用的核電廠作業機器人：在核電廠核力相關設施力面，開

發出能在作業環境內移動，具遠端作業的支援，能執行核電設

備的檢驗與維修等工作的高級機器人。

b. 海底石油生產支援機器人：在海底石油開發相關設施方面，

開發出能在海中一度空閒移動，作業位置與姿勢能夠保持，具

遠端作業的支援，以及能進行檢驗與維修的等工作的高級機器

人。

c. 石油生產設施防災機器人：在石油相關設施力面產生災害

時，必須有具備遠端作業支援災害現場的移動、災害狀況的掌

握、災害擴大的防止，以及能進行救援等工作的高級機器人。

d. 建設工程機器人：已知的應用包括隧道工程中的自動鑿孔機

器人、混凝上噴著機器人、混凝土分配機器人、混凝土地板磨

平用機器人、橫孔推進機器人、大樓外壁診斷用機器人等。

2. 土木建設用機器人：土木建設為高危害度之工作，其中如混凝

土噴塗、鋼筋配置、清洗、鏟土等工作均適合以機器人執行。

但是此方面工作性質因設計獨特性高，較缺乏高度之重覆性，

因此較適合非固定順序型之機器人。

3. 環境探測用機器人：此類機器人亦為可移動式機器人，且具有

較靈活之載具或肢腳，以執行如太空探險、海底探勘等工作。

美國國家航空暨太空總署（ＮＡＳＡ）十八日表示，它已研發

完成外形像蜘蛛的「蜘蛛機器人」。

4.農業用機器人：可用於果實摘採、農藥噴灑，或是植物種植等，

以取代傳統人力。

5. 安全檢查用機器人：此類機器人一般為可移動式機器人(Mobile

Robots)，且配置影像感應器以提供機器人之視覺，可應用在化

工廠、石油廠、核電廠之安全檢查功能，未來亦可配合使用其

他各式感應器，以應用在大樓之防盜與防火方面。

6. 醫藥保健用機器人：

(1) 幫助殘障者回復止常生活的機器人。

(2) 病患運送機器人。

(3) 手術助理機器人。

(4) 用於身體內部的微型機器人。

7. 家用機器人：目前這方面的應用並不多，成本和安全是重要的

因素，未來首先可能會有的應用在於地板、窗戶、桌子、碗盤、

廚房、浴室的清潔、收、取物品、餐桌服務，以及烹調食物等。

參．結論

在本文中所提到的各種應用以及原理，你是否更加了解機器人呢？當一個機器人要做出來時，所需要注意的事項很多，包括它整體的平衡或比例問題，而且，本文提及三大服務性機器人的研究領域，我們可發現幾項技術研究的重點：在軟體方面有：感測資訊融合、知識的處理與推理、控制法則、資訊架構、群體智慧、虛擬實境等﹔在硬體方面的技術則有：感測器性能的增進與多樣化、運動機構、硬體微型化以及通訊系統等。

從各種應用看來，一個實用系統所需的技術能力大體而言即是上述所言各項的部份或整體的整合，可見上面幾項研究協助我們掌握了關鍵性的技術、隨著這些技術的漸漸成熟，未來服務性機器人工業也將逐步起飛，相信隨著這些應用的發展，人類的生活品質也將更上層樓。

肆. 引註資料

1 .https://www.docsj.com/doc/782014335.html,.tw

2.https://www.docsj.com/doc/782014335.html,.tw

3.https://www.docsj.com/doc/782014335.html,

工业机器人原理及应用实例

工业机器人原理及应用实例 一、工业机器人概念 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用 机械装置；由计算机控制，是无人参与 的自主自动化控制系统；他是可编程、 具有柔性的自动化系统，可以允许进行 人机联系。可以通俗的理解为“机器人 是技术系统的一种类别，它能以其动作 复现人的动作和职能；它与传统的自动 机的区别在于有更大的万能性和多目 的用途，可以反复调整以执行不同的功 能。” 二、组成结构 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座 和执行机构，包括臂部、腕部和手部， 有的机器人还有行走机构。大多数工业 机器人有3～6个运动自由度，其中腕 部通常有1～3个运动自由度；驱动系 统包括动力装置和传动机构，用以使执 行机构产生相应的动作；控制系统是按 照输入的程序对驱动系统和执行机构 发出指令信号，并进行控制。 三、分类 工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直 角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升 降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部 能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有 多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。 点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、 装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机 构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和 涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程 输入型是将计算机上已编好的作业程 序文件，通过RS232串口或者以太网等 通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵 盒)，将指令信号传给驱动系统，使执 行机构按要求的动作顺序和运动轨迹 操演一遍；另一种是由操作者直接领动 执行机构，按要求的动作顺序和运动轨 迹操演一遍。在示教过程的同时，工作 程序的信息即自动存入程序存储器中 在机器人自动工作时，控制系统从程序 存储器中检出相应信息，将指令信号传 给驱动机构，使执行机构再现示教的各 种动作。示教输入程序的工业机器人称 为示教再现型工业机器人。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作； 如具有识别功能或更进一步增加自适 应、自学习功能，即成为智能型工业机 器人。它能按照人给的“宏指令”自选 或自编程序去适应环境，并自动完成更 为复杂的工作。 四、主要特点 工业机器人最显著的特点有以下几个： (1)可编程。生产自动化的进一步发 展是柔性启动化。工业机器人可随其工 作环境变化的需要而再编程，因此它在 小批量多品种具有均衡高效率的柔性 制造过程中能发挥很好的功用，是柔性 制造系统中的一个重要组成部分。 (2)拟人化。工业机器人在机械结构 上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、 手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。 此外，智能化工业机器人还有许多类似 人类的“生物传感器”，如皮肤型接触 传感器、力传感器、负载传感器、视觉 传感器、声觉传感器、语言功能等。传 感器提高了工业机器人对周围环境的 自适应能力。 (3)通用性。除了专门设计的专用的 工业机器人外，一般工业机器人在执行 不同的作业任务时具有较好的通用性。

扫地机器人原理及实现

扫地机器人结构及控制系统设计 自动清扫机器人是当今服务机器人领域一个热门的研究方向。从理论和技术上讲，自动清扫机器人比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性，从市场前景角度讲，自动清扫机器人将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于宾馆、酒店、图书馆、办公场所和大众家庭。因此开发自动清扫机器人既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前景。 家用智能清扫机，包括计算机、传感器、电机与动力传动机构、电源、吸尘器、电源开关、操作电位计等，在清扫机的顶部共设有三个超声波距离传感器；清扫机底部前方边沿安装有5个接近开关，接近开关与超声波距离传感器一起，构成清扫机测距系统；清扫机装有两台直流电机；在清扫机的底部安装有吸尘器机构。自动清扫机器人的功能是自动完成房间空旷地面尤其是家居空旷地面的清扫除尘任务，打扫前，要把房间里的物体紧靠四周墙壁，腾出空旷地面。清扫机完成的主要功能：能自动走遍所以可进入的房间，可以自动清扫吸尘，可在遥控和手控状态下清扫吸尘。 本文所介绍的自动清扫机器人的总体布局方案如图1所示，前后两轮为万向轮，左右两轮为驱动轮。驱动轮设计采用两轮独立且各由两台步进电动机驱动的转向方式，通过控制左右两轮的速度差来实现转向。考虑到机器人实际应用的实用性，本驱动系统设计成一个独立的可方便替换的模块，当机器人驱动系统发生故障时，只需简单步骤就可以对驱动部分进行替换。同时为了机器人能够灵活的运动，从动轮选用万向轮。 下图为自动清扫机的三维立体图：

自动清扫机器人车箱体采用框架式结构。从下至上分隔成三个空间：第一层装配各运动部件的驱动电机、传动机构；第二层为垃圾存储空间；第三层装配机器人控制系统、接线板、

机器人技术及应用综合习题

《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种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。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错） 19. 一般认为Unimate和Versatran机器人是世界上最早的工业机器人。（对） 20. 1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，它是全电动驱动、关节式结构、多中央处理器二级微机控制，可配置视觉感受器、具有触觉的力感受器，是技术较为先进的机器人。（对） 1. 刚体的自由度是指刚体具有独立运动的数目。（对） 2. 机构自由度只取决于活动的构件数目。（错） 3. 活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度。（对） 4. 机器人运动方程的正运动学是给定机器人几何参数和关节变量，求末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。（对） 5. 机器人运动方程的逆运动学是给定机器人连杆几何参数和末端执行器相对于参考坐标系的位姿，求机器人实现此位姿的关节变量。（对） 6. 机械臂是由一系列通过关节连接起来的连杆构成。（对） 7. 对于机械臂的设计方法主要包括为2点，即机构部分的设计和内部传感器与外部传感器的设计。（错） 8. 球面坐标型机械臂主要由一个旋转关节和一个移动关节构成，旋转关节与基座相连，移动关节与末端执行器连接。（对） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 刚体在空间中只有4个独立运动。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 在机构中，每一构件都以一定的方式与其他构件相互连接，这种由两个构件直接接触的可动连接称为运动副。（错） 15. 运动副可以根据其引入约束的数目进行分类，引入一个约束的运动副称为二级副。（错） 16.通过面接触而构成的运动副，称为低副；通过点或线接触而构成的运动副称为高副。（对） 17. 两个构件之间只做相对转动的运动副称为移动副。（错） 18. 构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则称为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副。（对） 19. 在平面机构中，每个构件只有3个自由度。每个平面低副（转动副和移动副）提供1个约束，每个平面高副提供2

工业机器人应用技术课程标准

工业机器人应用技术课程标准 、课程基本信息 先修课程：机械设计基础、电气控制与PLG机电设备故障诊断与维修 后续课程：工业机器人现场编程、自动化工业生产的安装与调试 课程类型：专业选修课 二、课程性质 工业机器人技术是一种综合性的机电一体化技术，包括传动机构、伺服系统、数据处理、人机对话以及与机器人工作性质对应的控制功能等。 本门课程致力培养学生具有机器人安装、调试和维护方面等基础知识的专业选修课，课程理论和应用技术紧密结合，使学生能在较短的时间内了解生产现场最需要的工业机器人的实际应用技术。 三、课程的基本理念 以典型案例为载体，设计课程结构；以职业岗位能力要求为基础，改革课程内 容；以职业素质培养为主线，提升学生职业能力。 四、课程设计 该课程以工业机器人常用的技术原理与应用知识为载体，让学生了解工业机器人基 本原理和应用技能为目标，选取基本工业机器人的机械机构和运动控制、基本操作、搬运机器人及其操作应用、码垛机器人及其操作应用、焊接机器人及其操作应用、涂装机器人及其操作应用、装配机器人及其操作应用等内容，采用任务驱动的方式组织教学内容，以典型案例为载体讲述工业机器人的基础知识，培养学生了解和掌握工业机器人应

用能力。教学的过程是：案例导入T相关知识一案例讲解一知识拓展。 五、课程的目标 （一）总目标 通过本门学习领域课程工作任务的完成，使学生了解工业机器人的分类、特点、组成、工作原理等基本理论和技术，掌握工业机器人的使用的一般方法与流程，具备工业机器人选型、操作以及工作站设计等解决实际问题的基本技能，使学生达到理论联系实际、活学活用的基本目标，提高其实际应用技能，并使学生养成善于观察、独立思考的习惯，同时通过教学过程中的案例分析强化学生的职业道德意识和职业素质养成意识以及创新思维的能力。 （二）具体目标： 1知识: 通过本课程的学习，使学生掌握工业机器人的结构，工业机器人的环境感觉技术，工业机器人控制，工业机器人系统等方面的知识。 2、能力 （1）了解如何操作工业机器人，完成简单的动作。 （2）掌握各种工业机器人的构造原理以及特点。 （3）能分析出简单的故障所在。 （4）能设计出简单的末端操作器。 3、素质 （1）培养学生对机器人的兴趣，培养学生关心科技、热爱科学、勇于探索的精神 （2）培养科学的学习态度与作风，利用先进技术进行开拓创新的专业思维。 （3）培养良好的专业触觉。 六、课程内容与学时分配 （一）课程内容与学时分配表

一种全向移动机器人的实现

一种全向移动机器人 的实现 --------------------------------------------------------------------------作者: _____________ --------------------------------------------------------------------------日期: _____________

机械电子学 学院：机电工程学院 专业：机械设计及理论 班级：研1501 学号： 姓名：鹿昆磊 指导教师：李启光 日期： 2016年5月13日 一种全向移动机器人的设计

摘要:轮式机器人作为移动机器人中的重要分支之一,由于其承载能力强、定位精度高、能源利用率高、控制简单等优点，长久以来一直受到国内外研究人员的关注。移动机器人的研宄涉及到控制理论、计算机技术和传感器技术等多门学科。因此,对轮式移动机器人进行研宄具有一定的意义。本文对四轮独立驱动和转向移动机器人的机械结构设计、运动学以及控制程序设计进行了分析研宄。 关键词：移动机器人；四轮独立驱动和转向； As one of the important branch of mobile robotics, wheel mobile robot has long been paid attention to by the research people at home and abroad for its high load ability, positioning accuracy, high efficiency, simple control, etc. Mobile robot has close relation to many technologies such as control theory, computer technology, sensor technology, etc. Therefore, research on the mobile robot has important significance. KEYWORDS: Mobile Robot; Four Wheel Drive and Steering; 0 前言 机器人技术的发展对人类社会产生了深渊的影响。首先,机器人被使用在那控需要重复劳动的场合,它不仅能够很好的胜任人类的工作,还可以更有效、快捷地完成工作任务。其次,在一些危险、有毒等场合,机器人也被用来代替人类去完成相应的工作。最后,机器人被运用在那些人类暂时无法到达的地方,例如深海、空间狭窄等地方。 陆地移动机器人大致分为轮式移动机器人、腿式移动机器人、履带式移动机器人、跳跃式移动机器人等几种。其中轮式移动机器人以其承载能力强、驱动和控制简单、移动方便、定位精准、能源利用率高、现有研宄成果较多等良好的表现更受科研人员热捧,许多科研人员纷纷加入其中作进一步研究、探索。 本文使用45度麦克纳姆轮，四轮独立驱动形式工作，在平面内可以实现3自由度运动，它非常适合工作在空间狭窄、有限、对机器人的机动性要求高的场合中[1]。 1 工作原理 单独的麦克纳姆轮无法实现全方位移动，需要多个( 至少4个) 才能组成全方位移动平台。因此，有必要对全方位移动平进行运动学分析，以便为全方位移动平台控制算法提供理论依据。 图1是一种麦克纳姆轮，典型的采用4个麦克纳姆轮的全方位移动平台如图2所示，图中车轮斜线表示轮缘与地面接触辊子的偏置角度，滚子可以实现2自由度的运动，一个是绕车轴旋转的运动和一个绕滚子轴向的旋转运动。 以移动平台中心O点为原点建立 全局坐标系, 相对地面静止; 是车轮 i中心。在平面上，全方位移动平台具有 3 个自由度，其中心点O 速度车轮绕轮轴转动的角速度是，车轮中心的速度是，辊子速度是。 图1 麦克纳姆轮

工业机器人使用与维护

机电工程学院课程报告 课程名称：工业机器人使用与维护 专业：机械工程及自动化 年级： 2012级 班级：机械一班 姓名： 学号： 任课老师： 一、前言 机器人技术是融合了电子技术、机械技术等多种新兴技术的一种高新技术。工业机器人先后经历了从第一代示教再现机器人、第二代离线编程机器人，到现在的第三代智能机器人三个过程。焊接

作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段，焊接质量的好坏对产品质量起着决定性的影响，同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣。随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已经成为必然趋势，采用机器人焊接已经成为焊接技术自动化的主要标志。 二、焊接机器人目前的使用情况 我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早的用户。早在 20 世纪 70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所合作研制了直角坐标机械手，成功应用于上海牌轿车底盘的焊接。一汽公司是我国最早引进焊接机器人的企业， 1984 年起先后从 KUKA 公司引进了 3 台点焊机器人，用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。 1986 年成功地将焊接机器人应用于前围总成的焊接，并于 1988 年开发了机器人车身总焊线。20 世纪 80 年代末和 20 世纪 90 年代初，德国大众公司分别与上海和一汽成立合资汽车厂生产轿车，虽然是国外的二手设备，但其焊接自动化程度和装备水平让我们认识到了与国外的巨大差距。随后二汽在货车及轻型车项目中都引进了焊接机器人。可以说 20 世纪 90 年代以来的技术引进和生产设备、工艺装备的引进使我国的汽车制造水平由原来的作坊式生产提高到规模化生产，同时使国外焊接机器人大量进入中国。由于我国基础设施建设的高速发展带

仿生机器人的应用及发展

仿生机器人的应用及发展 1、仿生机器人发展概述 首先，模仿某些昆虫而制造出来的机器人并非简单。比如，国外有的科学家观察发现，蚂蚁的大脑很小，视力极差，但它的导航能力高超：当蚂蚁发现食物源后回去召唤同伴时，是把这一食物的映像始终存储在它的大脑里，并利用大脑里的映像与眼前真实的景像相匹配的方法，循原路返回。科学家认为，模仿蚂蚁这一功能，可使机器人在陌生的环境中具有高超的探路能力。 其次，不论何时，对仿生机械（器）的研究，都是多方面的，也就是既要发展模仿人的机器人，又要发展模仿其他生物的机械（器）。机器人未问世之前，人们除研究制造自动偶人外，对机械动物非常感兴趣，如传说诸葛亮制造木牛流马，现代计算机先驱巴贝吉设计的鸡与羊玩具，法国著名工程师鲍堪松制造的凫水的铁鸭子等，都非常有名。 在机器人向智能机器人发展的时程中，就有人提出“反对机器人必须先会思考才能做事”的观点，并认为，用许多简单的机器人也可以完成复杂的任务。20世纪90年代初，美国麻省理工学院的教授布鲁克斯在学生的帮助下，制造出一批蚊型机器人，取名昆虫机器人，这些小东西的习惯和蟑螂十分相近。它们不会思考，只能按照人编制的程序动作。 几年前，科技工作者为圣地亚哥市动物园制造电子机器鸟，它能模仿母兀鹰，准时给小兀鹰喂食；日本和俄罗斯制造了一种电子机器蟹，能进行深海控测，采集岩样，捕捉海底生物，进行海下电焊等作业。美国研制出一条名叫查理的机器金枪鱼，长1.32米，由2843个零件组成。通过摆动躯体和尾巴，能像真的鱼一样游动，速度为7.2千米/小时。可以利用它在海下连续工作数个月，由它测绘海洋地图和检测水下污染，也可以用它来拍摄生物，因为它模仿金枪鱼惟妙惟肖。有的科学家正在设计金枪鱼潜艇，其实就是金枪鱼机器人，行驶速度可达20节，是名副其实的水下游动机器。它的灵活性远远高于现有的潜艇，几乎可以达到水下任何区域，由人遥控，它可轻而易举地进入海底深处的海沟和洞穴，悄悄地溜进敌方的港口，进行侦察而不被发觉。作为军用侦察和科学探索工具，其发展和应用的前景十分广阔。 同样，研究制造昆虫机器人，其前景也是非常美好的。例如，有人研制一种有弹性腿的机器昆虫，大小只有一张信用卡的1/3左右，可以像蟋蟀一样轻松地跳过障碍，一小时几乎可前进37米。这种机器昆虫最特殊的地方是突破了“牵动关节必须加发动机”的观念。发明家用的新方法是：由铅、锆、钛等金属条构成一个双压电晶片调节器。当充电时，调节器弯曲，充完电了它又弹回原状，反复充电，它就成了振动条。在振动条上装有昆虫肢体，振动条振动就成了机器昆虫

《工业机器人》实验报告

北京理工大学珠海学院实验报告 实验课程：工业机器人实验名称：实验一：工业机器人认识 教师：时间：班级：姓名：学号： 一、实验目的与任务 了解6自由度工业机器人的机械结构，工作原理，性能指标、控制系统，并初步掌握操作。了解6自由度工业机器人在柔性制造系统中的作用。 二、实验设备 FMS系统（含6-DOF工业机器人） 三、实验内容与步骤 1、描述工业机器人的机械结构、工作原理及性能指标。 2、描述控制系统的组成及各部分的作用。

3、描述机器人的软件平台及记录自己在进行实际操作时的步骤及遇到的问题以及自己的想法。教师批阅:

北京理工大学珠海学院实验报告 实验课程：工业机器人实验名称：实验二：机器人坐标系的建立 教师：时间：班级：姓名：学号： 一、实验目的与任务 了解机器人建立坐标系的意义；了解机器人坐标系的类型；掌握用D-H方法建立机器人坐标系的方法与步骤。 二、实验设备 FMS系统（含6-DOF工业机器人） 三、实验内容与步骤 1、描述机器人建立坐标系的意义以及机器人坐标系的类型。 2、深入研究机器人机械结构，建立6自由度关节型机器人杆件坐标系，绘制机器人杆件坐标系图。

教师批阅:

实验课程：工业机器人实验名称：实验三：机器人示教编程与再现控制 教师：时间：班级：姓名：学号： 一、实验目的与任务 了解机器人示教编程的工作原理，掌握6自由度工业机器人的示教编程与再现控制。 二、实验设备 FMS系统（含6-DOF工业机器人） 三、实验内容与步骤 1、描述机器人示教编程的原理。 2、详细叙述示教编程与再现的操作步骤，记录每一个程序点，并谈谈实验心得体会。教师批阅:

基于 ROS 平台的移动机器人的设计与运动仿真

基于ROS 平台的移动机器人的设计与运动仿真摘要：ROS 究竟是如何工作的呢？ROS 中每一套算法是独立的一个包，包与包之间的数据交换主要采用TCP/IP 协议（对用户隐藏，用户需要发布或订阅主题以提供或取得数据），采用这种形式是由于ROS 的算法包是由全世界不同的个人，学校或实验室贡献的，这样做可以降低耦合性，如果一个node 崩溃不会影响到其他。基于ROS 这个平台，有助于提高开发设计的效率及降低成本。本论文主要阐述了基于ROS 平台移动机器人设计的基本原理和方法，并对移动机器人进行了运动仿真，得到其运动轨迹和控制方法，为后续项目的进一步研究打下了一定的基础。 0引言 ROS 被称为机器人操作系统，其实ROS 充当的是通信中间件的角色，即在已有操作系统的基础上搭建了一整套针对机器人系统的实现框架。ROS 还提供一组实用工具和软件库，用于维护、构建、编写和执行可用于多个计算平台的软件代码。 值得一提的是，ROS 的设计者考虑到各开发者使用的开发语言不同，因此ROS 的开发语言独立，支持C++，Python 等多种开发语言。因此，除了官方提供的功能包之外，ROS 还聚合了全世界开发者实现的大量开源功能包，如思岚科技（SLAMTEC）就发布了针对其 自主研发的激光雷达RPLIDAR 的ROS 功能包rplidar_ros。这些开源功能包与ROS 一起构成了强大的开源生态环境。 ROS 的系统结构设计也颇有特色，ROS 运行时是由多个松耦合的进程组成，每个进程ROS 称之为节点（Node），所有节点可以运行在一个处理器上，也可以分布式运行在多个处理器上。在实际使用时，这种松耦合的结构设计可以让开发者根据机器人所需功能灵活添加各个功能模块。 1理论分析 1.1控制电机转动 电机的控制我们分为两部分，一部分为电机转动方向的控制，另一个为电机转速的控制。电机转动的方向我们用两个MCU 引脚来控制，假如PIN_A=1，PIN_B=0 时，电机正转； PIN_A=0，PIN_B=1 时，电机反转；PIN_A=0，PIN_B=0 时，电机停止。电机速度的控制则需要一个PWM 输出引脚，我们通过控制输出不同的PWM 值来控制电机转动的速度。

机器人原理与应用

1.2机器人控制技术 工业用机器人主要的用途是完成搬运物体、焊接工件、拧扳手、操纵杆件或旋钮、装配零部件或高空擦玻璃、喷漆等高危、对人体健康有害的作业等各种操作任务。在对这些操作任务进行作业时,机械手末端执行器的工件有的不与外界环境相接触,有的则与外界环境发生接触。对于第一种情况,机器人可以在其工作空间中不受任何约束的自由运动,如喷漆、点焊、搬运等工作。相反,对于后一种情况,机器人末端执行器工件与外界发生接触,这时机器人在执行作业任务,其末端执行器就不能任意的自由运动,而只能在与外界接触环境保持一定大小接触力的一个或几个方向上做受限运动。所谓受限运动,即机器人在受限空间的运动,如机器人精密装配、擦玻璃、打毛刺、上螺钉等就是受限运动的例子。这两种不同情况下,对应机器人的控制要求也不一样。对于自由运动空间,控制的目标是完成机器人对给定期望轨迹的跟踪或点对点的定位运动,这类作业可用位置控制去完成;在受限运动空间,控制的目的不仅使机器人完成轨迹的跟踪,还必须考虑机器人与外界环境间的机械作用力。这是因为对于机器人从事与环境有接触的作业时,会与环境表面产生接触力,而接触力的大小是不确定的,如果接触力过大则会破坏接触表面甚至破坏机器人本身。此时仅采用位置控制则不能达到控制目标。为此,人们设想在位置控制的前提下增加力控制环节,这就出现了力/位置控制。 1.2.1 自适应控制

自适应控制就是根据系统要求的性能指标与实际系统的性能相比较所获得的信息来修正控制器参数或控制规律,使系统能够保持最优或次最优工作状态。也就是说,控制器能够及时修正自己的特性以适应控制对象和外部扰动的动态特性变化,使得整个控制系统始终获得满意的性能。 文献[8]利用机器人动力学模型非线性项参数化的特性得出保证系统全局渐进稳定的自适应控制方法。文献[9]采用线性近似化方法,假设机器人系统参数是慢时变的,通过对机器人动力学的线性化,结合传统模型参考自适应控制方法设计控制器。但如果考虑关节摩擦和外界随机干扰,这种方法就不能达到机器人精确跟踪的目的。文献[10]提出了基于模型的鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法,它不要求系统参数缓慢变化,只需知道机器人模型结构,不需要己知是何种未知参数,可以应用与高速运动的轨迹跟踪,给控制器实现提供了很大方便。但该控制方案同多数控制方案一样需要测量关节加速度,考虑到实际应用中大多数工业机器人并没有配置加速度传感器。 1.2.2变结构控制 变结构控制是一类特殊的非线性控制,特殊性表现在系统的“结构”并不固定,而是可以在动态过程中,根据系统当前的状态有目的的变化,迫使系统按预定的“滑动模态”的状态轨迹运动,因此又称变结构控制为滑模变结构控制。该控制方法对于系统的非线性程度、参数时变规律以及外界干扰等不需要精确的数学模型,只要知道它们的变化

机器人控制原理_百度文库概要

第二章机器人系统简介 2.1 机器人的运动机构(执行机构 机器人的运动机构是机器人实现对象操作及移动自身功能的载体,可以大体 分为操作手(包括臂和手和移动机构两类。对机器人的操作手而言,它应该象人的手臂那样,能把(抓持装工具的手依次伸到预定的操作位置,并保持相应的姿态,完成给定的操作;或者能够以一定速度,沿预定空间曲线移动并保持手的姿态,并在运动过程中完成预定的操作。移动机构应能将机器人移动到任意位置,并保持预定方位姿势。为此,它应能实现前进、后退、各方向的转弯等基本移动功能。在结构上它可以象人、兽、昆虫,具有二足、四足或六足的步行机构, 也可以象车或坦克那样采用轮或履带结构 2.1.1 机器人的臂结构 机器人的臂通常采用关节——连杆链形结构,它由连杆和连杆间的关节组 成。关节,又称运动副,是两个构件组成相对运动的联接。在关节的约束下,两连杆间只能有简单的相对运动。机器人中常用的关节主要有两类: (1 滑动关节 (Prismatic joint: 与关节相连的两连杆只能沿滑动轴做直 线位移运动,移动的距离是滑动关节的主要变量,滑动轴一般和杆的轴线重合或平行。 (2转动关节 (Revolute joint: 与关节相连的两连杆只能绕关节轴做相对 旋转运动,其转动角度是关节的主要变量,转动轴的方向通常与轴线重合或垂直。 杆件和关节的构成方法大致可分为两种:(1 杆件和手臂串联连接,开链机 械手 (2 杆件和手臂串联连接,闭链机械手。

以操作对象为理想刚体为例,物体的位置和姿态各需要 3 个独立变量来描 述。我们将确定物体在坐标系中位姿的独立坐标数目称为自由度(DOF (degree of freedom 。而机器人的自由度是由有关节数和每个关节所具有的自由度数决定的(每个关节可以有一个或多个自由度,通常为 1 个。机器人的自由度是独立的单独运动的数目,是表示机器人运动灵活性的尺度。(由驱动器能产生主动动作的自由度称为主动自由度,不能产生驱动力的自由度称为被动自由度。通常开链机构仅使用主动自由度机器人自由度的构成,取决于它应能保证完成与目标作业相适应的动作。分析可知,为使机器人能任意操纵物体的位姿,至少须 6DOF ,通常用三个自由度确定手的空间位置(手臂,三个自由度确定手的姿态 (手。比较而言,人的臂有七个自由度,手有二十个自由度,其中肩 3DOF ,肘 2 DOF ,碗 2DOF 。这种比 6 还多的自由度称为冗余自由度。人的臂由于有这样的冗余性,在固定手的位置和姿态的情况下,肘的位置不唯一。因此人的手臂能灵活回避障碍物。对机器人而言,冗余自由度的设置易于增强运动的灵活性,但由于存在多解,需要在约束条件下寻优,计算量和控制的难度相对增大。 典型的机器人臂结构有以下几种: (1直角坐标型 (Cartesian/rectanglar/gantry (3P 由三个线性滑动关节组成。 三个关节的滑动方向分别和直角坐标轴 x,y,z 平行。 工作空间是个立方体 (2圆柱坐标型 (cylindrical(R2P 由一个转动关节和两个滑动关节组成。 两个滑动关节分别对应于圆柱坐标的径向和垂直方向位置,一个旋 转关节对应关于圆柱轴线的转角。

轮式移动机器人结构设计

大学 毕业设计说明书题目：轮式移动机器人结构设计 专业：机械设计制造及其自动化学号： 姓名： 指导教师： 完成日期： 2012年5月30日

大学 毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：轮式移动机器人结构设计 学号：姓名：专业：机械设计制造及其自动化指导教师：系主任： 一、主要内容及基本要求 1：了解轮式移动机器人的原理及其设计： 2：CAD绘图设计，要求A0图纸一张，总共达到两张A0。 3：说明书，要求6000字以上，要求内容完整，计算准确： 4：外文翻译3000字以上，要求语句通顺。 二、重点研究的问题 1：轮式移动机器人转向机构的设计： 2：轮式移动机器人电机的选型

三、进度安排 四、应收集的资料及主要参考文献 [1] 吕伟文.全方位轮移动机构的原理和应用[A].无锡职业技术学院学报,2005，615-17. [2] 赵东斌,易建强等.全方位移动机器人结构和运动分析[B].机器人,2003,9. [3] 李瑞峰,孙笛生,闫国荣等.移动式作业型智能服务机器人的研制[J].机器人技术与应 用,2003,1:27-29. [4] 杨树风.带有机械臂的全方位移动机器人的研制. 哈尔滨工业大学硕士毕业论文，2006. [5] 田宇,吴镇炜,柳长春.开放式三自由度全方位移动机器人实验平台[J].机器人,2002,24 （2）:102-106. [6] 闫国荣，张海兵.一种新型轮式全方位移动机构[J].哈尔滨工业大学学报，2001,33（6）:854-857. [7] 吕伟文.全方位移动机构的机构设计[A].无锡职业技术学院学报，2006.12：03-12. [8] 高光敏,张广新,王宇等.一种新型全方位轮式移动机器人的模型研究[A].长春工程学院学 报,2006,12. [9] 吴玉香，胡跃明.轮式移动机械臂的建模与仿真研究[B].计算机仿真，2006,1（05）. [10] 付宜利,徐贺,王树国.具有新型轮式走行部的移动机器人及其特性研究.高技术通信,2004,12. [11] 付宜利,李寒,徐贺等.轮式全方位移动机器人几种转向方式的研究.制造业自动化,2005,10:5-33. [12] 滕鹏,马履中,董学哲.具有冗余自由度的新型护理机械臂研究.机械设计与研究,2004,1:3-32. [13] 孔繁群，朱方国，周骥平.一种机械手关节联接结构的改进设计[B].机械制造与研究，2005,5:2-16. [14] 蔡自兴编著.机器人原理及其应用. 中南工业大学出版社，1988. [15] 吴广玉，姜复兴编.机器人工程导论.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1988. 大学

机器人原理及应用实例

1 介绍 本手册解释ABB机器人的基本操作、运行。 你为了理解其内容不需要任何先前的机器人经验。 手册被分为章，各章分别描述一个特别的工作任务和实现的方法。 各章互相间有一定联系。因此应该按他们在书中的顺序阅读。 借助此手册学习操作操作机器人是我们的目的，但是仅仅阅读此手册也应该能帮助你理解机器人的基本的操作。 此手册依照标准的安装而写，具体根据系统的配置会有差异。 控制柜有两种型号。一种小，一种大。本手册选用小型号的控制柜表示。大的控制柜的柜橱有和大的一个同样的操作面板，但是位于另一个位置。请注意这手册仅仅描述实现通常的工作作业的某一种方法，如果你是经验丰富的用户，可以有其他的方法。 其他的方法和更详细的信息看下列手册。 《使用指南》提供全部自动操纵功能的描述并详细描述程序设计语言。此手册是操作员和程序编制员的参照手册。 《产品手册》提供安装、机器人故障定位等方面的信息。 如果你仅希望能运行程序，手动操作机器人、由软盘调入程序等，不必要读8-11章。

2 系统安全及环境保护 机器人系统复杂而且危险性大，在训练期间里，或者任何别的操作过程都必须注意安全。无论任何时间进入机器人周围的保护的空间都可能导致严重的伤害。只有经过培训认证的人员才可以进入该区域。请严格注意。 以下的安全守则必须遵守。 ?万一发生火灾，请使用二氧化炭灭火器。 ?急停开关（E-Stop）不允许被短接。 ?机器人处于自动模式时，不允许进入其运动所及的区域。 ?在任何情况下，不要使用原始盘，用复制盘。 ?搬运时，机器停止，机器人不应置物，应空机。 ?意外或不正常情况下，均可使用E-Stop键，停止运行。 在编程，测试及维修时必须注意既使在低速时，机器人仍然是非常有力的，其动量很大,必须将机器人置于手动模式。 ?气路系统中的压力可达0.6MP，任何相关检修都要断气源。 ?在不用移动机器人及运行程序时，须及时释放使能器(Enable Device)。 ?调试人员进入机器人工作区时，须随身携带示教器，以防他人无意误操作。 ?在得到停电通知时，要预先关断机器人的主电源及气源。 ?突然停电后，要赶在来电之前预先关闭机器人的主电源开关，并及时取下夹具上的工件。 ?维修人员必须保管好机器人钥匙，严禁非授权人员在手动模式下进入机器人软件系统，随意翻阅或修改程序及参数。 安全事项在《用户指南》安全一章中有详细说明。 如何处理现场作业产生的废弃物 现场服务产生的危险固体废弃物有：废工业电池、废电路板、废润滑油和废油脂、粘油回丝或抹布、废油桶。 普通固体废弃物有：损坏零件和包装材料。

工业机器人的基本工作原理,工业机器人结构系统

工业机器人的基本工作原理,工业机器人结构系统 机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值高，应用范围广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。根据发达国家产业发展与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势，到2015年中国机器人市场的容量约达十几万台套。 1工业机器人的基本工作原理 工业机器人是一种生产装备，其基本功能是提供作业所须的运动和动力．其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动．自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。因此在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有相同之处：二者的末端执行器都有位置变化要求，而且都是通过坐标运动来实现末端执行器的位置变化要求。当然机器人也有其独特的要求，是按关节形式运动为主，同时机器人的灵活性要求很高，其刚度、精度要求相对较低。 2工业机器人结构系统 2．1工业机器人构造 从功能角度分析可将机器人分解成四个部分：操作机、末端执行器、传感系统、控制器。操作机：是由机座、手臂和手腕、传动机构、驱动系统等组成．其功能是使手腕具有某种工作空间，并调整手腕使末端执行器实现作业任务要求的动作。末端执行器：也叫工业机器人的手部，它是安装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。感器系统：是指要机器人与人一样有效的完成工作。必须对外界状况进行判断的感觉功能。与机器人控制最紧密相关的是触觉。视觉适合于检测对象是否存在，检测其大概的位置、姿势等状态。相比之下，触觉协助视觉．能够检测出对象更细微的状态。控制器：机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。主要是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。在机器人中采

智能式移动机器人设计说明书

智能移动式送料机器人机械系统设计 摘要：智能移动式送料机器人以电动机作为驱动系统，运用单片机传感器等技术达到其智能移动的目的，实现行走、刹车、伸缩、回转等多种动作的操作。因此它具有机械化、程序化、可控化、适应性、灵活性强的特点。 前言：工业机器人是一种典型的机电一体化产品在现代生产中应用日益广泛，作用越来越重要，机器人技术是综合了计算机、控制、机构学、传感技术等多学科而形成的高新技术是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。

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。”我国研制的排爆机器人不仅可以排除炸弹，利用它的侦察传感器还可监视犯罪分子的活动。监视人员可以在远处对犯罪分子昼夜进行观察，监听他们的谈话，不必暴露自己就可对情况了如指掌。 智能小车，又称轮式机器人，可以在人类无法

适应的恶劣和危险环境中代替人工作。它是一个集环境感知，规划决策，自动驾驶等功能于一体的智能系统。现如今已在诸多领域有广泛的应用。对于快要毕业的大学生来说也是一个实时、富有意义和挑战的设计课题。 正文： 设计方案： 一课题名称：智能移动式送料机器人设计 二机器人工作过程及设计要求 自主设计智能移动小车，设计一个取料 手爪装配到小车上，完成取料机器人的机械系统设计，并进行机器人运动规划和取料虚拟仿真，使机

器人完成如下动作：沿规定路径行驶——工件夹取——车体旋转——手爪张开，将工件从储存处送到运料车上。 三机器人设计的内容 一机械手的设计：

三轮全向机器人原理及matlab仿真解读

计算机辅助设计报告 三轮全向移动机器人 运动控制仿真 2 余杨广 2 沈阳 2 陈斌 人员分工： 余杨广：总体负责，系统理解及控制器设计，PPT制作，后期报告审查及修改 陈斌：PPT制作，报告撰写 沈阳：资料收集，辅助其余两人完成任务

目录 一、实验目的 (3) 二、实验原理 (3) 2.1控制对象——三轮全向机器人 (3) 2.2 控制系统结构 (4) 三、实验内容 (5) 3.1电机模型 (5) 3.1.1物理建模 (5) 3.1.2 Simulink模块搭建 (6) 3.1.3无刷直流电机仿真模型的验证 (9) 3.2运动学模型 (10) 3.2.1物理建模 (10) 3.2.2 Simulink模块搭建 (11) 3.3 路径规划 (12) 3.4. 传感器设计 (13) 3.5.控制器设计 (13) 3.5.1 电机控制器设计 (13) 3.5.2 运动控制器设计 (15) 3.6 观测器 (19) 四、结果验收 (20) 4.1 x轴方向的误差 (20) 4.2 y轴方向的误差 (20) 4.3 前进方向偏角 (21) 4.4 速度误差 (21) 五、致谢 (22) 六、附录（路径规划函数） (22)

一、实验目的 （一）建立三轮全向机器人系统的数学模型，然后基于simulink建立该系统的仿真模型并设计控制器，最终满足控制要求； （二）控制的最终目的是使该机器人能够良好跟踪预期的运动轨迹； （三）通过对复杂系统的分析、建模、仿真、验证，全面提高利用计算机对复杂系统进行辅助设计的能力； （四）通过集体作业、分工完成任务的方式培养团队意识，提高团队集体攻关能力 二、实验原理 2.1控制对象——三轮全向机器人 三轮全向移动机器人其驱动轮由三个全向轮组成，径向对称安装，各轮互成120°角，滚柱垂直于各主轮。三个全向轮的大小和质量完全相同，而且由性能相同的电机驱动。

工业机器人原理及应用实例

工业机器人原理及应用实例工业机器人概念 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用机械装置；由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；他是可编程、具有柔性的自动化系统，可以允许进行人机联系。可以通俗的理解为“机器人是技术系统的一种类别，它能以其动作复现人的动作和职能；它与传统的自动机的区别在于有更大的万能性和多目的用途，可以反复调整以执行不同的功能。” 组成结构 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3?6个运动自由度，其中腕部通常有1?3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。 分类工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232 串口或者以太网

等通信方式传送到机器人控制柜。示教输入型 的示教方法有两种：一种是由操作者用手动 控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动 系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨 迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执 行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演 一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息 即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时， 控制系统从程序存储器中检出相应信息，将 指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示 教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称 为示教再现型工业机器人。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有 识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能， 即成为智能型工业机器人。它能按照人给的 “宏指令”自选或自编程序去适应环境，并 自动完成更为复杂的工作。 四、主要特点 工业机器人最显著的特点有以下几个： (1) 可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。 (2) 拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。 (3) 通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器 (手爪、工具等)便可执行不同的作业