第七章机器人 第一节概述 一、机器人的由来 机器人是众所周知的一种高新技术产品，然而，“机器人”一词最早并不是一个技术名 词，而且至今尚未形成统一的、严格而准确的定义。“机器人”最早出现在上个世纪20年代 初期捷克的一个科幻内容的话剧中，剧中虚构了一种称为Robota(捷克文，意为苦力、劳 役)的人形机器，可以听从主人的命令任劳任怨地从事各种劳动。实际上，真正能够代替人 类进行生产劳动的机器人，是在20世纪60年代才问世的。伴随着机械工程、电气工程、控 制技术以及信息技术等相关科技的不断发展，到20世纪80年代，机器人开始在汽车制造业、 电机制造业等工业生产中大量采用。现在，机器人不仅在工业，而且在农业、商业、医疗、 旅游、空间、海洋以及国防等诸多领域获得越来越广泛的应用。 经过几十年的发展，机器人技术已经形成了综合性的学科一一机器人学(Robotics)。 机器人学有者及其广泛的研究和应用领域，主要包括机器人本体结构系统、机械手设计，轨 迹设计和规划，运动学和动力学分析，机器视觉、机器人传感器，机器人控制系统以及机器 智能等。尽管机器人己经得到越来越广泛应用，机器人技术的发展也日趋深入、完善，然而 “机器人”尚没有一个统一的、严格而准确的定义。一方面，在技术发展过程中，不同的国 家、不同的学者给出的定义不尽相同，虽然基本原则一致，但欧美国家的定义限定多一些， 日本等给出的定义则较宽松。另一方面，随着时代的进步、技术的发展，机器人的内酒仍在 不断发展变化。国际标准化组织(ISO)定义的机器人特征如下： 仿生特征：动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能： 柔性特征：机器人作业具有广泛的适应性，适于多种工作，作业程序灵活易变： 智能特征：机器人具有一定程度的人类智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等： 自动特征：完整的机器人系统，能够独立、自动完成作业任务，不依赖于人的干预， 二、机器人的组成 机器人是典型的机电一体化产品，一般由机械本体、控制系统、传感器、和驱动器等四 部分组成。机械本体是机器人实施作业的执行机构。为对本体进行精确控制，传感器应提供 机器人本体或其所处环境的信息，控制系统依据控制程序产生指令信号，通过控制各关节运 动坐标的驱动器，使各臂杆端点按照要求的轨迹、速度和加速度，以一定的姿态达到空间指 定的位置。驱动器将控制系统输出的信号变换成大功率的信号，以驱动执行器工作 1.机械本体 机械本体，是机器人赖以完成作业任务的执行机构，一般是一台机械手，也称操作器、 或操作手，可以在确定的环境中执行控制系统指定的操作。典型工业机器人的机械本体一般 由手部（末瑞执行器）、腕部、臂部、腰部和基座构成。机械手多采用关节式机械结构，1 第七章 机器人 第一节 概述 一、机器人的由来 机器人是众所周知的一种高新技术产品，然而，“机器人”一词最早并不是一个技术名 词，而且至今尚未形成统一的、严格而准确的定义。“机器人”最早出现在上个世纪 20 年代 初期捷克的一个科幻内容的话剧中，剧中虚构了一种称为 Robota（捷克文，意为苦力、劳 役）的人形机器，可以听从主人的命令任劳任怨地从事各种劳动。实际上，真正能够代替人 类进行生产劳动的机器人，是在 20 世纪 60 年代才问世的。伴随着机械工程、电气工程、控 制技术以及信息技术等相关科技的不断发展，到 20 世纪 80 年代，机器人开始在汽车制造业、 电机制造业等工业生产中大量采用。现在，机器人不仅在工业，而且在农业、商业、医疗、 旅游、空间、海洋以及国防等诸多领域获得越来越广泛的应用。 经过几十年的发展，机器人技术已经形成了综合性的学科——机器人学（Robotics）。 机器人学有着及其广泛的研究和应用领域，主要包括机器人本体结构系统、机械手设计，轨 迹设计和规划，运动学和动力学分析，机器视觉、机器人传感器，机器人控制系统以及机器 智能等。尽管机器人已经得到越来越广泛应用，机器人技术的发展也日趋深入、完善，然而 “机器人”尚没有一个统一的、严格而准确的定义。一方面，在技术发展过程中，不同的国 家、不同的学者给出的定义不尽相同，虽然基本原则一致，但欧美国家的定义限定多一些， 日本等给出的定义则较宽松。另一方面，随着时代的进步、技术的发展，机器人的内涵仍在 不断发展变化。国际标准化组织（ISO）定义的机器人特征如下： 仿生特征：动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能； 柔性特征：机器人作业具有广泛的适应性，适于多种工作，作业程序灵活易变； 智能特征：机器人具有一定程度的人类智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等； 自动特征：完整的机器人系统，能够独立、自动完成作业任务，不依赖于人的干预。 二、机器人的组成 机器人是典型的机电一体化产品，一般由机械本体、控制系统、传感器、和驱动器等四 部分组成。机械本体是机器人实施作业的执行机构。为对本体进行精确控制，传感器应提供 机器人本体或其所处环境的信息，控制系统依据控制程序产生指令信号，通过控制各关节运 动坐标的驱动器，使各臂杆端点按照要求的轨迹、速度和加速度，以一定的姿态达到空间指 定的位置。驱动器将控制系统输出的信号变换成大功率的信号，以驱动执行器工作。 1．机械本体 机械本体，是机器人赖以完成作业任务的执行机构，一般是一台机械手，也称操作器、 或操作手，可以在确定的环境中执行控制系统指定的操作。典型工业机器人的机械本体一般 由手部（末端执行器）、腕部、臂部、腰部和基座构成。机械手多采用关节式机械结构，一