机器人学第一章 (概论)VIP免费

第一章概论1.1机器人技术一、机器人的由来1920年，捷克作家卡雷尔.查培克（KarelCapek）编写了一部幻想剧：《罗莎姆万能罗博特公司》（“Rossum’sUniversalRobots”）。剧中描写一家公司发明并制造了一大批能听命于人，能劳动而且形状象人的机器，公司驱使这些人造劳动者进行各种日常劳动，甚至取代了世界各国工人的工作，而进一步的研究竟能使这些机器富有感情，于是导致了它们反抗主人的暴乱。剧中的人造劳动者取名为捷克语Robota，意为“苦力”、“劳役”，英语Robot系由此衍生而来。该剧轰动一时，很快译传国外。此后，种种“人形机器”见之于各类科学幻想作品。机器人形象的产生充分说明了人类对于先进生产工具的创造性想象和勇敢追求。人们期待着诞生一种通用、柔软、灵活的自动机械，它与单能的传统机器不同，它能模仿人的器官的功能，从事那些只有人才能很好完成的工作。于是，人们这种美好的愿望给科学技术的研究提出了一个深入的课题——用工程的方法实现人体所特有的动作机能，以及完成这些动作所必要的智能。二、机器人技术的进程机器人从幻想世界真正走向幻想世界是从自动化生产和科学研究的发展需要出发的。遥控操作器（Teleoperator）和数控机床的出现为机器人的产生准备了技术条件。二次世界大战期间，在放射性材料的生产和处理过程中应用了一种简单的遥控操纵器。操纵人员在一层很厚的混凝土防护墙外通过观察，用手操纵两个操纵杆（主动部分），操纵杆与墙内的一对机械抓手（从动部分）通过六个自由度的传动机构相连，于是机械抓手就能复现人手的动作位置和姿态，代替了操作人员的直接操作。1947年，人们对这种遥控操纵器进行改进，采用电动伺服方式，使从动部分能相对于主动部分作跟随运动。1949年，由于生产先进飞机的需要，美国麻省理工学院辐射实验室（MITRadiationLaboratory）开始研制数控铣床，把复杂伺服系统的技术与最新发展的数字计算机技术结合起来，1953年研制成功。切削模型以数字形式通过穿孔纸带输入机器，然后控制铣床的伺服轴按照模型的轨迹作切削动作。1954年，美国的GeorgeC.Devol设计并制作了世界上第一台机器人实验装置，发表了《适用于重复作业的通用性工业机器人》一文，并获得了专利。Devol巧妙地把遥控操作器的关节型连杆机构与数控机床的伺服轴连接在一起，预定的机械手动作一经编程输入后机械手就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人也可以接受示教而能完成各种简单任务。示教过程中操作者用手带动机械手依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列记录在数字存储器内，任务执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再现出那些位置序列因此，这种机器人的主要技术功能就是“可编程”以及“示教再现”。60年代，机器人产品正式问世，机器人技术开始形成。1960年，美国的ConsolidatedControl公司根据Devol的专利研制出第一台机器人样机，并成立Unimation公司，定型生产了Unimate（意为“万能自动”）机器人。同时，美国“机床与铸造公司”（AMF）设计制造了另一种可编程的机器人Versatran（意为“多才多艺”）。这两种型号的机器人以“示教再现”的方式在汽车生产线上成功地代替工人进行传送、焊接、喷漆等作业，它们在工作中表现出来的经济效益、可靠性、灵活性，使其它发达工业国家为之倾倒。于是Unimate和Versatran作为商品开始在世界市场上销售，日本、西欧也纷纷从美国引进机器人技术。在机器人崭露头角于工业生产的同时，研究领域不断地把机器人技术引向深入发展。1961年，美国麻省理工学院Lincoln实验室把一个配有接触传感器的遥控操纵器的从动部分与一台计算机连结在一起，这样形成的机器人可以凭触觉决定物体的状态。随后，用电视摄像头作为输入机理的计算机图像处理、物体辩识的研究工作也陆续取得成果。1968年，美国斯坦福人工智能实验室（SAIL）的J.McCarthy等人研究了新颖的课题：研制带有手、眼、耳的计算机系统。于是，智能机器人的研究形象逐渐丰满起来。70年代以来，机器人产业蓬勃兴起，机器人技术发展为专门的学科。1970年，第一次国际工业机器人会议在美国举行。工业机器人各种卓有成效的实用范例促成了机器人...