追溯机器人的旅程机械原理毕业论文

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1、Guizhou Minzu University机械原理课程论文题目：追溯机器人的旅程 学 院：信息工程学院 学生姓名：卢勇 年 级：2013级 专 业：光电信息科学与工程学 号：201307080045 指导教师：葛一凡 职称： 完成时间：2015.10.2中国贵州贵阳目 录0 摘要11 走进机器人11.1了解机器人11.1.1什么是机器人11.2 机器人构造21.2.1.执行机构21.2.2.驱动装置21.2.3.检测装置21.2.4.控制系统31.2.5.复杂机构32机器人的时光轴32.1.机器人的起源32.2.机器人的20世纪52.3.机器人的今天62.4.机器人的未来63 机器人的工

2、业领域74 图表74.1 表74.2 图7参考文献8附 录80 摘要摘 要：机器人已有三千多年的历史。20世纪，机器人技术得到迅速的发展并在工业中得到广泛应用。机器人学已发展为综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的综合性科学，机器人在越来越多的领域发挥着越来越重要的作用。代表了机电一体化的最高成就，随着科技的发展，已经是当今世界科学技术发展最活跃的领域之一。机器人也已不是仅仅在科幻小说和科幻电影里出现，在很多领域里我们都可以看到机器人的身影。我们相信，随着科学技术的不断发展，在不远的将来，机器人会变得更加普遍。同时，它们所具有的功能也会越来越多。接下来，本

3、文将具体介绍机器人的发展历史，同时也会根据科技的最新发展分析机器人未来的发展趋势。关键词：机器人，发展，工业，智能1 走进机器人1.1了解机器人1.1.1什么是机器人机器人是自动控制机器（Robot）的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗，机器猫等）。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作。理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物，目前科学界正在向此方向研究开发。1.1.2 机器人的分代通常可将机器人分

4、为三代。第一代是可编程机器人（如图1）。这类机器人一般可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作。这一带机器人从20世纪60年代后半期开始投入使用，目前他在工业界得到了广泛应用。第二代是感知机器人（如图2），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。这类机器人在工业界已有应用。第三代机器人将具有识别、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，因此能在非特定的环境下作业，故称之为智能机器人（如图3）。目前，这类机器人处于试验阶段，将向实用化方向发展。11.2 机器人构造机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械

5、等组成。1.2.1. 执行机构执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。1.2.2. 驱动装置驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步

6、进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。1.2.3. 检测装置检测装置是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传

7、感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。1.2.4. 控制系统控制系统分为两类：一类是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成；另一类是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制。如果当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。1.2.5. 复杂机构

8、复杂机构指机构的综合型即确定机构中构件数目、运动副及其类型，以及二者可能链接的各种方式，实现机构在“任务空间”所约定的机构自由度及其类型。对于机构学研究是一类复杂的困难问题。2机器人的时光轴2.1. 机器人的起源3000多年前。“机器人”是存在于多种语言和文字的新造词，它体现了人类长期以来的一种愿望，即创造出一种像人一样的机器或人造人，以便能够代替人去进行各种工作。直到四十多年前，“机器人”才作为专业术语加以引用，然而机器人的概念在人类的想象中却已存在三千多年了。早在我国西周时代（公元前1066年前771年），就流传着有关巧匠偃师献给周穆王一个艺妓（歌舞机器人）的故事。春秋时代（公元前770前

9、467）后期，被称为木匠祖师爷的鲁班，利用竹子和木料制造出一个木鸟，它能在空中飞行，“三日不下”，这件事在古书墨经中有所记载，这可称得上世界第一个空中机器人。东汉时期（公元25220），我国大科学家张衡，不仅发明了震惊世界的“候风地动仪”，还发明了测量路程用的“计里鼓车”，车上装有木人、鼓和钟，每走1里，击鼓1次，每走10里击钟一次，奇妙无比。三国时期的蜀汉（公元221-263），丞相诸葛亮既是一位军事家，又是一位发明家。他成功地创造出“木牛流马”，可以运送军用物资，可成为最早的陆地军用机器人。在国外，也有一些国家较早进行机器人的研制。公元前3世纪，古希腊发明家戴达罗斯用青铜为克里特岛国王迈诺

10、斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯。在公元前2世纪出现的书籍中，描写过一个具有类似机器人角色的机械化剧院，这些角色能够在宫廷仪式上进行舞蹈和列队表演。公元前2世纪，古希腊人发明了一个机器人，它是用水、空气和蒸汽压力作为动力，能够动作，会自己开门，可以借助蒸汽唱歌。 1662年，日本人竹田近江，利用中标技术发明了能进行表演的自动机器玩偶；到了18世纪，日本人若井源大卫门和源信，对该玩偶进行了改进，制造出了端茶玩偶，该玩偶双手端着茶盘，当讲茶杯放到茶盘上后，它就会走向客人将茶送上，客人取茶杯时，它会自动停止走动，带客人喝完茶姜茶被放回茶盘之后，他就会转回原来的地方，煞是可爱。法国的天才冀师杰克戴

11、瓦克逊，于1738年发明了一直机器鸭，他会游泳。喝水、吃东西和排泄，还会嘎嘎叫。瑞士钟表名匠德罗斯父子三人于公元17681774年间，设计制造出三个像真人一样大小的机器人写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人。它们是由凸轮控制和弹簧驱动的自动机器，至今还作为国宝保存在瑞士纳切特尔市艺术和历史博物馆内。同时，还有德国梅林制造的巨型泥塑偶人“巨龙哥雷姆”，日本物理学家细川半藏设计的各种自动机械图形，法国杰夸特设计的机械式可编程织造机等。21770年，美国科学家发明了一种报时鸟，一到整点，这种鸟的翅膀、头和喙便开始运动，同时发出叫声，他的主弹簧驱动齿轮转动，是活塞压缩空气而发出叫声，同时齿轮转动时带动凸轮转

12、动，从而驱动翅膀、头运动。1893年，加拿大摩尔设计的能行走的机器人“安德罗丁”，是以蒸汽为动力的。这些机器人工艺珍品，标志着人类在机器人从梦想到现实这一漫长道路上，前进了一大步。2.2. 机器人的20世纪1、第一阶段 理论发展阶段（1920年1948年） 1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔恰佩克在科幻小说罗萨姆的机器人万能公司 中首次提到Robota（捷克文“苦工，劳役”）Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。 1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro ，功能很简单。 1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。 1948

13、年诺伯特维纳出版控制论，提出以计算机为核心的自动化工厂 。2、第二阶段 机器人技术发展阶段（1954年1978年） 1954年美国人乔治德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。 1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫英格伯格联手制造出第一台工业机器人。 成立了机器人公司-Unimation公司。 1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。 1965年约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。 1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。 1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。 1973年世界上第一次机器人

14、和小型计算机携手合作 ，诞生了美国辛辛那提米拉克龙（Cincinnati Milacron）公司的机器人T3。 1978年美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。3、第三阶段 智能机器人技术发展阶段（1984年至今） 1984年英格伯格再推机器人Helpmate 。 1998年丹麦乐高公司推出机器人（Mind-storms）套件。 1997年本田公司展示的阿西莫ASIMO。 1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝（AIBO）。2.3. 机器人的今天1、2002年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba 。2、2006年 6月，微软公

15、司推出Microsoft Robotics Studio。3、在我国，用来为骨折患者接骨的外科机器人医生已经研制成功。经临床实验，其手术成功率不仅高达百分之百，且比传统人工方法缩短近一半时间。 这项名为“矫形外科双平面导航技术与机器人系统”是国家863计划的研究成果4、在很多大学举行了机器人大赛，很多比赛活动如同人一样。2.4. 机器人的未来望未来，对机器人的需求是多面的。在制造工业由于多数工业产品的商品寿命逐渐缩短，品种需求加多，这就促使产品的生产就要从传统的单一品种成批大量生产逐步向多品种小批量柔性生产过渡。有各种加工装备、机器人、物料传送装置和自动化仓库组成的柔性制造系统，以及由计算机统

16、一调度的更大规模的集成制造系统将逐步成为制造工业的主要生产手段之一。3 现在工业上运行的90%以上的机器人，都不具有智能。随着工业机器人数量的快速增长和工业生产的发展，对机器人的工作能力也提出了更高的要求，特别是需要各种具有不同程度智能的机器人和特种机器人。这些智能机器人，有的能够模拟人类用两条腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移动；有的具有视觉和触觉功能，能够进行独立操作、自动装配和产品检验；有的具有自主控制和决策能力。这些智能机器人，不仅应用各种反馈传感器，而且还运用人工智能中各种学习、推理和决策技术。智能机器人还应用许多最新的智能技术，如临场感技术、虚拟现实技术、多真体技术、人工神经网络技

17、术、遗传算法和遗传编程、放声技术、多传感器集成和融合技术以及纳米技术等。可以说，智能机器人将是未来机器人技术发展的方向。3 机器人的工业领域机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有：1）工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。2）机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；有关节模块、连杆模块用重

18、组方式构造机器人。3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化，网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。4）机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。4 图表4.1 表表2-1 文献类型和标志代码文献类型普通图书会议录汇编报纸期刊学位论文科技报告标准专利数据库计算机程序电子公告标志代码MCGNJDRSPDBCPEB4.2 图 （图1 第一代机器人） （图2第二代机器人）（图3第三代机器人）参考文献1 张铁,谢存禧

19、 机器人学M 华南理工大学出版社2005.12 蔡自兴 机器人学M 清华大学出版社2009.6 3 张明鹏,张昆,徐家球 机器人工程基础M 机械工业出版 1989.3附 录1专著中的析出文献（包括普通图书、会议录、汇编中的析出文献）【1】钟毅芳，杨家军，程德云 机械设计原理与方法M 华中科技大学出版社 2000.9【2】田士勇 机械与制造科学M 科学出版社 2006.2【3】 李瑞琴，郭为忠等 现代机构学理论与应用研究发展M 高等教育出版社 2014.10【4】 (美)付京逊,R.C.冈萨雷斯,C.S.G.李 著 机器人学 : 控制、传感技术、视觉、智能M 中国科学技术出版社 1989年【5】 张铁,谢存禧 机器人学M 华南理工大学出版社2005.1【6】蔡自兴 机器人学M 清华大学出版社2009.6 【7】 张明鹏,张昆,徐家球 机器人工程基础M 机械工业出版 1989.32连续出版物中的析出文献（包括期刊、报纸中的析出文献）【1】 机器人改变未来N 北京晚报 2012-10-17