外骨骼机器人负重机理研究及动力学分析
工业机器人研究综述
工业机器人研究综述 ） 摘要：介绍了工业机器人的三个组成部分——主体，控制系统，驱动系统。探讨了目前工业机器人技术的驱动系统，并且分析了工业机器人控制策略的种类 以及目前工业机器人控制系统的特点。同时，基于工业机器人的三个组成部分，提出了工业机器人的技术发展展望，最后总结了目前工业机器人技术的发展。 关键词：工业机器人控制系统驱动系统 Review of industrial robots Abstract:Three components of industrial robots - body, control systems and drive systems are introduced. Explores the current industrial robot technology drive system,and analyzed the type of industrial robot control strategies and the current industrial robot control system characteristics.At the same time, Based on the three components of industrial robots, Proposed Technical Development Prospect of industrial robots, and finally summarizes the current industrial robot technology. 1、工业机器人体系结构 工业机器人一般由主体、控制系统和驱动系统三个部分构成，如图1.1所示。 主体即工业机器人的执行机构，包括手部、腕部和臂部，有的机器人甚至还有
工业机器人静力及动力学分析
注：1）2008年春季讲课用；2）带下划线的黑体字为板书内容；3）公式及带波浪线的部分为必讲内容第3章工业机器人静力学及动力学分析 3.1 引言 在第2章中，我们只讨论了工业机器人的位移关系，还未涉及到力、速度、加速度。由理论力学的知识我们知道，动力学研究的是物体的运动和受力之间的关系。要对工业机器人进行合理的设计与性能分析，在使用中实现动态性能良好的实时控制，就需要对工业机器人的动力学进行分析。在本章中，我们将介绍工业机器人在实际作业中遇到的静力学和动力学问题，为以后“工业机器人控制”等章的学习打下一个基础。 在后面的叙述中，我们所说的力或力矩都是“广义的”，包括力和力矩。 工业机器人作业时，在工业机器人与环境之间存在着相互作用力。外界对手部（或末端操作器）的作用力将导致各关节产生相应的作用力。假定工业机器人各关节“锁住”，关节的“锁定用”力与外界环境施加给手部的作用力取得静力学平衡。工业机器人静力学就是分析手部上的作用力与各关节“锁定用”力之间的平衡关系，从而根据外界环境在手部上的作用力求出各关节的“锁定用”力，或者根据已知的关节驱动力求解出手部的输出力。 关节的驱动力与手部施加的力之间的关系是工业机器人操作臂力控制的基础，也是利用达朗贝尔原理解决工业机器人动力学问题的基础。 工业机器人动力学问题有两类：(1)动力学正问题——已知关节的驱动力，求工业机器人系统相应的运动参数，包括关节位移、速度和加速度。(2)动力学逆问题——已知运动轨迹点上的关节位移、速度和加速度，求出相应的关节力矩。 研究工业机器人动力学的目的是多方面的。动力学正问题对工业机器人运动仿真是非常有用的。动力学逆问题对实现工业机器人实时控制是相当有用的。利用动力学模型，实现最优控制，以期达到良好的动态性能和最优指标。 工业机器人动力学模型主要用于工业机器人的设计和离线编程。在设计中需根据连杆质量、运动学和动力学参数，传动机构特征和负载大小进行动态仿真，对其性能进行分析，从而决定工业机器人的结构参数和传动方案，验算设计方案的合理性和可行性。在离线编程时，为了估计工业机器人高速运动引起的动载荷和路径偏差，要进行路径控制仿真和动态模型的仿真。这些都必须以工业机器人动力学模型为基础。 工业机器人是一个非线性的复杂的动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间。因此，简化求解过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 在这一章里，我们将首先讨论与工业机器人速度和静力学有关的雅可比矩阵，然后介绍工业机器人的静力学问题和动力学问题。
机械手文献综述汇总
燕山大学 本科毕业设计（论文）文献综述 课题名称：顺序动作机械手 学院 （系）： 机械工程学院年级专 业： 机电控制 学生姓 名： 杨忠合 指导教 师： 郑晓军 完成日 期： 2014.03.25
一、课题国内外现状 目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量新产品达到6轴，负载2KG 的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。 二、研究主要成果 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 搬运机械手仿真设计和制作，机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的气缸来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个
第3章 工业机器人静力计算及动力学分析
第3章 工业机器人静力计算及动力学分析 章节题目：第3章 工业机器人静力计算及动力学分析 [教学内容] 3.1 工业机器人速度雅可比与速度分析 3.2 工业机器人力雅可比与静力计算 3.3 工业机器人动力学分析 [教学安排] 第3章安排6学时，其中介绍工业机器人速度雅可比45分钟，工业机器人速度分析45分钟，操作臂中的静力30分钟，机器人力雅可比30分钟，机器人静力计算的两类问题10分钟，拉格朗日方程20分钟，二自由度平面关节机器人动力学方程60分钟，关节空间和操作空间动力学30分钟。 通过多媒体课件结合板书的方式，采用课堂讲授和课堂讨论相结合的方法，首先讨论与机器人速度和静力有关的雅可比矩阵，然后介绍工业机器人的静力学问题和动力学问题。 [知识点及其基本要求] 1、工业机器人速度雅可比（掌握） 2、速度分析（掌握） 3、操作臂中的静力（掌握） 4、机器人力雅可比（掌握） 5、机器人静力计算的两类问题（了解） 6、拉格朗日方程（熟悉） 7、二自由度平面关节机器人动力学方程（理解） 8、关节空间和操作空间动力学（了解） [重点和难点] 重点：1、速度雅可比及速度分析 2、力雅可比 3、拉格朗日方程 4、二自由度平面关节机器人动力学方程 难点：1、关节空间和操作空间动力学 [教学法设计] 引入新课： 至今我们对工业机器人运动学方程还只局限于静态位置问题的讨论，还没有涉及力、速度、加速度等。机器人是一个多刚体系统，像刚体静力学平衡一样，整个机器人系统在外载荷和关节驱动力矩（驱动力）作用下将取得静力平衡；也像刚体在外力作用下发生运动变化一样，整个机器人系统在关节驱动力矩（驱动力）作用下将发生运动变化。 新课讲解： 第一次课 第三章 工业机器人静力计算及动力学分析 3-1 工业机器人速度雅可比与速度分析 一、工业机器人速度雅可比 假设有六个函数，每个函数有六个变量，即： ??? ???? ===),,,,,(),,,,,(),,,,,(654321666543212265432111x x x x x x f y x x x x x x f y x x x x x x f y ，可写成Y=F(X)，
仿生机器人的研究现状及其发展方向
第36卷第6期 上海师范大学学报(自然科学版)Vol.36,No.6 2007年12月 Journal of Shanghai Nor mal University(Natural Sciences)2007,Dec. 仿生机器人的研究现状及其发展方向 王丽慧,周 华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘 要:随着机器人智能化技术的进步,机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注.主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望. 关键词:仿生机器人;研究现状;发展方向 中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:100025137(2007)0620058205 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史,人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作.1959年,第一台工业机器人在美国诞生,近几十年,各种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变成了现实.随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求.在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天,仿人及仿生物机器人相继被研制出来,仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员. 1 仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人.仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类.仿生机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动. 2 仿生机器人的国内外研究现状 2.1 水下仿生机器人 水下机器人由于其所处的特殊环境,在机构设计上比陆地机器人难度大.在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑.以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形,用涡轮机驱动,具有坚硬的外壳以抵抗水压.由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展.鱼类在水下的行进速度很快,金枪鱼速度可达105k m/h,而人类最快的潜艇速度只有84km/h.所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的,鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象.仿鱼推进器效率可达到70%～ 收稿日期:2007209222 基金项目:上海师范大学理工科校级项目(SK200733). 作者简介:王丽慧(1972-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
连续机器人的研究现状与展望
连续机器人的研究现状与展望 摘要：本文首先针对连续机器人的研究价值进行了阐述，接着从驱动方式、支撑结构和运动能力三个方面归纳了连续体操作单元的设计特点，然后总结了连续机器人的应用现状以及存在的问题，最后，从建模与控制理论、自主化运动以及信息融合技术三个方面对连续体机器人的未来研究的研究工作进行了展望。 1.引言 传统机器人通常由少数连杆和驱动关节串联而成，尽管这些机器人被证明对许多任务非常有效，但它们并非没有限制，主要表现在缺乏可操作性与总体自由度低两个方面。在作业空间狭窄或工作空间存在众多非结构化障碍物时，传统的由刚性构件组成的机器人难以灵活运作，该类应用领域己成为机械手臂发展的一个技术瓶颈，迫切需要研究新型的机械手臂的运动机理和操作方式用于该问题。 与传统的工业机器人相比，连续体机器人的机械部件不包含刚性连杆和可识别的旋转关节，能够依靠连续弯曲的核心结构或骨架使机器人主体弯曲成光滑连续曲线。连续机器人的设计灵感来自天然动物的柔顺运动，如象鼻[1]、章鱼臂[2]和舌头[3]等，其优异的柔顺性和灵活性使之在杂乱或非结构化的环境中也能成功完成任务。连续体机器人对工作空间狭小的环境和非结构化的现实环境具有独特的适应能力，除了末端可以安装执行器完成操作外，机器人本体也可以作为执行器完成抓取动作，并且其尺寸可做到比传统机器人更小，是对传统关节式机器人应用场景的良好补充。 2. 研究现状 基于动物柔顺器官的仿生设计，连续机器人不存在明显的关节，但通常是由单一操作单元或多段操作单元串联而成的，其操作单元按不同的分类方式可以归纳如下： 2.1按驱动方式分类 连续体机器人根据机械驱动方法和位置的不同，可以大致分为“内部驱动方式”、“外部驱动方式”和“混合驱动方式”。内部驱动方式的驱动器位于机构表层或者内部，对机器人直接驱动，常见的有气压和液压驱动；外部驱动方式是将驱动器置于机器人本体之外，通过拉丝等方式进行驱动，，有利于小型化的发展，是目前常见的设计方式；混合驱动方式为内部驱动与外部驱动的组合如图1所示。 2.2按支撑结构分类 为了保持整个机器人的整体形状并实现机器人的弯转，连续体机器人通常采用如下三种支撑形式：（1）流体支撑。向连续体机器人密封内腔注入一定压力的流体可以起到支撑与驱动的双重作用。（2）表面层支撑。在机器人圆柱形内表面或外表面通常覆盖弹性树脂层、硅胶层或其他具有一定弯曲刚度的弹性层来实现支撑作用。（3）轴心支撑。在机器人轴心固结弹性复合材料，例如弹簧、柔性管类和万向节支架等。对于不同的支撑方式，同样可以组合应用，如图2展示的是表层支撑和轴心支撑的混合应用形式。 2.3按运动能力分类 根据连续体机器人的运动能力，可以将其分为3种类型：（1）单自由度型。此类型操作单元主要实现单一指定平面内的弯曲运动，多节该类“仿生柔性手指”
四足步行机器人文献综述
四足步行机器人文献综述 移动机器人按移动方式大体分为两大类；一是由现代车辆技术延伸进展成轮式移动机 器人（包括履带式）；二是基于仿生技术的运动仿生气器人。运动仿生气器人按移动方式分 为足式移动、蠕动、蛇行、游动及扑翼飞行等形式,其中足式机器人是研究最多的一类运动 仿生气器人。 自然环境中有约50％的地势，轮式或履带式车辆到达不了，而这些地点如森林，草地 湿地，山林地等地域中拥有庞大的资源，要探测和利用且要尽可能少的破坏环境，足式机器 人以其固有的移动优势成为野外探测工作的首选，另外，如海底和极地的科学考察和探究， 足式机器人也具有明显的优势，因而足式机器人的研究得到世界各国的广泛重视。现研制成 功的足式机器人有1足，2足，4足，6足，8足等系列，大于8足的研究专门少。曾长期作为人类要紧交通工具的马，牛，驴，骆驼等四足动物因其优越的野外行走能 力和负载能力自然是人们研究足式机器人的重点仿生对象。因而四足机器人在足式机器人中 占有专门大的比例。长期从事足式机器人研究的日本东京工业大学的広濑茂男等学者认为：从 稳固性和操纵难易程度及制造成本等方面综合考虑，四足机是最佳的足式机器人形式[1]，四 足机器人的研究深具社会意义和有用价值。
四足机器人的研究可分为早期探究和现代自主机器人研究两个 时期。中国古代的“木牛流马”以及国外十九世纪由Rygg 设计的“机械马”，是人类对足式行走行机器的早期探究。而Muybridge 在1899 年用连续摄影的方法研究动物的行走步态，则是人们研究足式机器人的开端。20世纪60年代，机器人进入了以机械和液压操纵实现运动的进展时期。美国学者Shigley（1960）和Baldwin（1966）都使用凸轮连杆机构设计了机动的步行车[2]。这一时期的研究成果最具代表性的是美国的Mosher于19 68 年设计的四足车“Walking Truck”[3]（图1）。 80年代，随着运算机技术和机器人操纵技术的广泛研究和应用，真正进入了具有自主行为的现代足式机器人的广泛研究时期。 2、现代自主机器人的研究状况 以微型运算机技术广泛应用为标志的现代四足机器人的研究和应用受到世界广泛的关 注。现代四足机器人研究最系统和取得研究成果最多的是日本东京工业大学的広濑茂男等领 导的広癞·福田机器人研究室（HIROSE·FUKUSHIMA ROBTICS L AB），该实验室从80年代 开始四足机的研究，连续研究20多年，共试制成功3个系列、12款四足机器人。发表有关研 究论文172篇[4]。其它如美国的 MIT,卡耐基梅隆大学，加拿大，德国，法国，新加坡，韩国 等国家均有四足机器人样机研制成功。国内也进行了四足机器人的基础研究和试验研究，如 吉林工业大学，北京航空航天大学、上海交通大学，哈尔滨工业大学，中国科技大学等单位。 表1列出了国内外要紧从事研究四足机的单位和其研制的典型样机型。
二自由度机械臂动力学分析培训资料
二自由度机械臂动力 学分析
平面二自由度机械臂动力学分析 姓名：黄辉龙 专业年级：13级机电 单位：汕头大学 摘要：机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过分析，得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 关键字：平面二自由度 动力学方程 拉格朗日方程 相关介绍 机器人动力学的研究有牛顿-欧拉（Newton-Euler ）法、拉格朗日 (Langrange)法、高斯（Gauss ）法等，但一般在构建机器人动力学方程中，多采用牛顿-欧拉法及拉格朗日法。 欧拉方程又称牛顿-欧拉方程，应用欧拉方程建立机器人机构的动力学方程是指研究构件质心的运动使用牛顿方程，研究相对于构件质心的转动使用欧拉方程，欧拉方程表征了力、力矩、惯性张量和加速度之间的关系。 在机器人的动力学研究中，主要应用拉格朗日方程建立机器人的动力学方程，这类方程可直接表示为系统控制输入的函数，若采用齐次坐标，递推的拉格朗日方程也可以建立比较方便且有效的动力学方程。 在求解机器人动力学方程过程中，其问题有两类： 1)给出已知轨迹点上? ??θθθ、及、 ，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩矢量τ。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 2)已知关节驱动力矩，求机器人系统相应各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩矢量τ，求机器人所产生的运动? ??θθθ、及、 。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 平面二自由度机械臂动力学方程分析及推导过程 1、机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： 1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量n r ,,2,1,r ???=θ。 2) 选定相应关节上的广义力r F ：当r θ是位移变量时，r F 为力；当r θ是角度变量时，r F 为力矩。 3)求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 2、下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。
仿生机器人的研究综述
仿生机器人的研究综述 华明亚 （上海大学机电工程与自动化学院，上海200072） 摘要：在人类认识世界和改造世界的过程中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如星球探测、深海探测、减灾救援和反恐活动等，而仿生机器人为解决上述问题提供了一条有效途径。随着机器人技术和仿生学的发展，仿生机器人的研究正受到学者们的普遍关注。在对仿生机器人进行分类的基础上，从地面仿生机器人、水下仿生机器人以及空中仿生机器人3个方而简要介绍了国内外典型仿生机器人的研究进展，并介绍其发展趋势。 关键词：仿生机器人；机器人运动；发展趋势； Research review on bionic robot Hua Mingya (School of mechanical engineering and automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China) Abstract:: In the human understanding and transforming the world in the process, the existence of human beings can not reach the place and special occasions may endanger human life, such as planetary exploration, deep sea exploration,disaster relief and anti terrorist activities, and bionic robot provides an effective way for solving the above problems. With the development of robot technology and bionic, bionic robot research has received wide attention of scholars. In the classification based on bionic robot, bionic robot, bionic robot from air groundbionic robot, underwater 3 party and briefly introduced the research progress oftypical bionic robot at home and abroad, and introduces its development trend. Key words: Bionic robot; robot movement; development trend; 1 机器人的研究现状 1.1 机器人国外研究现状 由于仿生机器人所具有的灵巧动作对于人类的生产和科学研究活动有着极大的帮助，所以，自80年代中期以来，机器人科学家们就开始了有关仿生机器人的研究。 自1983年以来，美国Robotics Research Corporation以拟人臂组合化为设想，基于系列关节研制出K-1607等系列7自由度拟人单臂和K/ B 2017双臂一体机器人，其单臂K/ B 2017已用于空间站实验。
机器人文献综述
文献综述 摘要目前有关并联机器人精度方面的研究工作还比较薄弱,为采取有效措施提高并联机构的精度,通过对3-RRR并联机器人机构的分析,针对传统D-H参数法的局限性,采用微分理论,建立了该并联机器人机构的精度模型,通过计算机仿真,针对单条支链多个结构参数误差,比较全面的分析了结构参数对输出位姿误差以及位姿变化对机器人机构精度的影响。分析结果为:机构中所有结构误差随着X轴正向增大而单调增大;运动支链在关节转角处的误差单调上升的比其他结构快。为该机器人机构实际误差补偿与控制提供了理论依据。 关键词3-RRR 并联机器人精度 一、发展趋势 由于20世纪70年代机电一体化技术的不断发展和广泛应用，使传统意义上的机器和机构的概念已有很大的发展。“现代机械”概念的形成成为机构学发展的一个新的里程碑，可以毫不夸张地说，现代机构学正在逐步形成。机构学中不断新内容、新方法、新理论正有待于我们去研究。现代机构的类型综合和设计方法将会不断展开，逐步深入。将机构扩大为驱动元件与机构的集合将会大大有利于机构的创新和机构运动控制的研究和应用。对驱动元件进行可编程控制即可实现复杂多变的输出运动，使原来“刚性化”的输出发展成“柔性化”输出，从而使机构有了质的变化，有利于设计现代机械。现代机构已经在实际中得到应用，但对它的类型综合、运动学、动力学的研究才刚刚起步，有待深入。可以预期，现代机构学将会深入研究和广泛应用。机械系统的动力特性及动态稳定性将提高，现代机械向高速、高精度、高可控方向发展，通过机械系统的动力学建模及解法的研究、动力分析和综合的研究，它将大大提高现代机械的设计水平的工作性能。 二、并联机器人构型设计准则 1、在进行机构形式设计时，除了要满足规定的运动形式、运动规律或运动轨迹外，还应该 遵循下面几项准则： （1）机构的运动链要尽可能的短。完成同样的动作要求，应该优先选用机构构件数和运动副数少的机构，以简化其结构从而减轻重量、降低成本、减少由于零件的制造误差而形成的运动链的积累误差，运动链短有利于提高机构的刚度，减少振动。 （2）在运动副的选择上，优先选用低副。低副机构的运动元素加工方便，容易保证配合的精度以及有较高的承载能力。 （3）适当选用原动机，使机构有好的动力学性能。 2、并联机器人的尺度设计原则 以往，我们在设计阶段为了确定机器人操作手机构的尺寸和确定机器人操作手在工作空间内部的位置和姿态时多数是靠经验和直觉。现在，为了开发出高精度、高速度和高效率的并联机器人，我们在机构的综合设计时要考虑到它的工作空间的体积和形状、奇异位形、输出的各向同性等条件。但是，在全局最优的机构尺度综合设计中，顾全到上述的所有条件是十分困难的。国内外的学者提出了许多机构综合的标准，以便在满足指定的设计指标下，机
机器人技术发展综述
机器人技术发展综述 摘要：机器人是一种由主体结构、控制器、指挥系统和监测传感器组成的，能够模拟人的某些行为、能够自行控制、能够重复编程、能在二维空间内完成一定工作的机电一体化的生产设备。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息传感技术、人工智能、仿生学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.也是一个国家工业自动化水平的重要标志。针对20世纪国内外机器人技术的发展历程和21世纪知识经济的兴起，对21世纪机器人技术的发展趋势作了预测。 关键词：机器人技术机器人分类发展趋势智能化 一、机器人的发展历程： 第一次工业革命以来，随着各种自动机器、动力机械的问世，制造机器人开始由梦想转入现实，许多机械式控制的机器人，主要是各种箱巧的机器人玩具和工艺品应运而生。1768—1774年间，瑞士钟表匠德罗斯父子，设计制造了三个像其人一样大小的写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人。它们是由凸轮控制和弹箕驱动的自动机器，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。1893年，加拿大人摩尔设计制造了以蒸汽为动力的能行走的机器偶人“安德罗丁”。这些事例标志着人类对于制造机器人从梦想到现实这一漫长道路上前进了一大步。 1958年，美国联合控制公司的研究人员研制出第一台机器人原型。1959年，美国的UNIMATION公司推出了第一台工业机器人。随着工业自动化技术和传感技术的不断发展，工业机器人在上世纪60年代进入了成氏期，并逐渐被应用于喷涂和焊接作业当中，开始向实用化的方向迈进。 随着工业自动化技术和传感技术的不断发展，工业机器人在上世纪60年代进入了成长期，并逐渐被应用于喷涂和焊接作业当中，开始向实用化的方向迈进。到了上世纪70年代，工业机器人已经实现了实用化，当时的日本根据自身实际情
机器人动力学汇总
机器人动力学研究的典型方法和应用 （燕山大学 机械工程学院） 摘 要：本文介绍了动力学分析的基础知识，总结了机器人动力学分析过程中比较常用的动力学分析的方法：牛顿—欧拉法、拉格朗日法、凯恩法、虚功原理法、微分几何原理法、旋量对偶数法、高斯方法等，并且介绍了各个方法的特点。并通过对PTl300型码垛机器人弹簧平衡机构动力学方法研究，详细分析了各个研究方法的优越性和方法的选择。 前 言：机器人动力学的目的是多方面的。机器人动力学主要是研究机器人机构的动力学。机器人机构包括机械结构和驱动装置，它是机器人的本体，也是机器人实现各种功能运动和操作任务的执行机构，同时也是机器人系统中被控制的对象。目前用计算机辅助方法建立和求解机器人机构的动力学模型是研究机器人动力学的主要方法。动力学研究的主要途径是建立和求解机器人的动力学模型。所谓动力学模指的是一组动力学方程（运动微分方程），把这样的模型作为研究力学和模拟运动的有效工具。 报告正文： （1）机器人动力学研究的方法 1）牛顿—欧拉法 应用牛顿—欧拉法来建立机器人机构的动力学方程，是指对质心的运动和转动分别用牛顿方程和欧拉方程。把机器人每个连杆（或称构件）看做一个刚体。如果已知连杆的表征质量分布和质心位置的惯量张量，那么，为了使连杆运动，必须使其加速或减速，这时所需的力和力矩是期望加速度和连杆质量及其分布的函数。牛顿—欧拉方程就表明力、力矩、惯性和加速度之间的相互关系。 若刚体的质量为m ，为使质心得到加速度a 所必须的作用在质心的力为F ，则按牛顿方程有：ma F = 为使刚体得到角速度ω、角加速度εω= 的转动，必须在刚体上作用一力矩M ， 则按欧拉方程有：εωI I M += 式中，F 、a 、M 、ω、ε都是三维矢量；I 为刚体相对于原点通过质心并与刚
仿生机器人概述
仿生机器人概述 一、仿生机器人的定义 简单来说，仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状或某些机能的机器人系统。从本质上来讲,所谓“仿生机器人”就是指利用各种机、电、液、光等各种无机元器件和有机功能体相配合所组建起来的在运动机理和行为方式、感知模式和信息处理、控制协调和计算推理、能量代谢和材料结构等多方面具有高级生命形态特征从而可以在未知的非结构化环境下精确地、灵活地、可靠地、高效地完成各种复杂任务的机器人系统.（摘自《仿生机器人的研究》许宏岩,付宜利,王树国,刘建国著） 二、对仿生机器人的理解 仿生机器人是一个很宏大的概念，字面上讲任何模仿自然界生物的机器都可以称之为仿生机器人。但是根据诸多文献的定义，现在人们倾向于将第四代及之后的机器人称之为仿生机器人，也就是2000年之后产生的机器人。我认为这样界定的根据在于第四代机器人具有了完备的感知能力和面对简单问题时的处理能力，如现在的两足机器人能够根据地形的变化自行调整行走模式，从容的绕开障碍物并且保持重心平衡，而这是以前的机器人所无法实现的。所以我们认为这时的机器人初步具有了人的智力，可以与生物的智能相比拟，是仿生机器人。 三、仿生机器人的产生前提与发展动力 生物在经过了千百万年的进化之后,由于遗传和变异的原因,已经形成了从执行方式、感知方式、控制方式,一直到信息加工处理方式、组织方式等诸多方面的优势和长处.仿生机器人这门学科产生和存在的前提就在于,生物经过了长期的自然选择进化而来,在结构、功能执行、信息处理、环境适应、自主学习等多方面具有高度的合理性、科学性和进步性.而非结构化的、未知的工作环境、复杂的精巧的高难度的工作任务和对于高精确度、高灵活性、高可靠性、高鲁棒性、高智能性的目标需求则是仿生机器人提出和发展的客观动力.（摘自《仿生机器人的研究》许宏岩,付宜利,王树国,刘建国著） 生物在漫长的进化过程中演变出的无比精巧、合理的结构，是目前人类所有的理论和技术都无法达到的。任何由人类设计的堪称完美的结构，放到自然界的生物面前，都相形见绌。因此，研究现成的最优化、最完美的生物体就成为人类设计机械最廉价、最可靠的范本，由此诞生了仿生学这一专门的学科，而仿生机器人则是机械与仿生学两者结合的最佳产物。这也是仿生机器人产生的前提与发展的动力。 四、仿生机器人的现状
工业机器人综述
工业机器人 一、技术概述 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学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。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，从某种意义上说它是机器的进化过程产物，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 二、现状及国内外发展趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 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） 2．机械结构向模块化、可重构化发展。 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。 4．机器人中的传感器作用日益重要。焊接机器人应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制。 5．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。 6．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。7．机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。 我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智
仿生机器人的研究现状及其发展方向
学号1210111188 论文题目仿生机器人的研究进展及发展趋势学生姓名颛孙鹏 院别机械工程学院 专业班级12机自（3）班 指导教师周妍
仿生机器人的研究进展及其发展趋势 摘要：随着机器人智能化技术的进步，机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注。主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望。 关键词：仿生机器人；研究现状；发展方向 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史，人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。1959年,第一台工业机器人在美国诞生，近几十年，各种用途的机器人相继问世，使人类的许多梦想变成了现实。随着机器人工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性，机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天，仿人及仿生物机器人相继被研制出来，仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员。 1 仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人。仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类。仿生机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动。 2 仿生机器人的国内外研究现状 2.1 水下仿生机器人 水下机器人由于其所处的特殊环境，在机构设计上比陆地机器人难度大。在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑。以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形，用涡轮机驱动，具有坚硬的外壳以抵抗水压。由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展。鱼类在水下的行进速度很快，金枪鱼速度可达105km/h，而人类最快的潜艇速度只有84km/h。所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的，鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象。仿鱼推进器效率可达到70%～90%，与水的相对速度比螺旋桨推进器小得多，有效地解决了噪音问题。美国麻省理工学院和日本都研制出了仿鱼机器人。在国内，中科院沈阳自动化研究所和北京航空航天大学机器人研究所已研制了机器鱼样机。
连续机器人概述
机械动力学大作业2016年5月 连续机器人概述 天津大学机械工程学院机械工程专业2015级硕士生 摘要：连续型机器人是一种柔顺、灵活性高的新型仿生机器人。与串并联机器人等传统的离散型机器人由离散的关节和连杆组成的结构不同，这种柔性的“无脊椎”机器人由柔性支柱构成，而没有任何刚性关节和连杆，其弯曲性能优良，对障碍物众多的非结构环境和工作空间狭小的受限工作环境适应能力强。本文对连续型机器人的仿生原理与结构特点进行了分析，介绍了连续型机器人的研究现状，并对其潜在应用领域和未来研究工作进行了探讨和展望。 关键词：连续机器人仿生机器人气动肌肉 0 前言 1962年，由美国Unimation公司设计生产的第 一台工业机器人Unimate在通用汽车公司投入使用， 标志着第一代机器人的诞生。 现今，应用最为广泛的工业机器人大多由机械 臂与机械手两部分组成。常用机械臂拥有6个自由 度，其设计灵感来源于人类手臂，可实现大范围的 轨迹规划、避障、定位等运动。而机械手主要负责 与环境交互，实现目标抓持等任务。机器人的作业 水平常常取决于末端执行器的精确度、灵活性以及柔顺性。 连续型机器人是一种新型的仿生机器人。ROBINSON等在1999年提出将连续型机器人、离散型机器人以及蜿蜒型机器人作为机器人的3大类型。连续型机器人以其优异的柔顺性受到了国内外广大学者的关注。连续机器人灵感来源于大象鼻子、章鱼触手等动物器官。该类动物器官没有特定骨架或软骨结构，但拥有惊人的操作能力。相对于传统离散型机器人，连续型机器人在缺乏刚性关节的基础上，可模仿上述动物器官操作。由于连续型机器人的外形可以灵活改变，因此具有根据环境障碍物的状况而改变自身形状的能力，对工作空间受限的环境具有独特的适应能力。其应用前景广阔，可以应用于多障碍物工业环境内的作业、弯曲管道和塌陷建筑物内的侦查和搜救、核电站内部管路的维护、人体消化道疾病的诊疗等场合。 图1连续型机器人原理样机机械结构 1 连续机器人的结构特点 1.1 基本原理介绍 连续型机器人是基于生物仿生学原理研发，其设计灵感来源于象鼻、蛇、章鱼触手等生物器官。 图2为章鱼触手的横断面组织结构示意图。在章鱼触手的轴心位置为轴向神经索，神经索外围主要有3种肌肉：横肌、纵肌和斜肌，在这3种肌肉的外围包覆有一层结缔组织。横肌的肌肉纤维与触手的长度方向垂直，并延伸至结缔组织层。其运动是基于常体积原理而实现的：触手一组肌肉组织的收缩使触手某一维度的长度变短，与此同时，其他肌肉组织伸展使触手另一维度的长度变长，而总体积保持不变。
仿生机器人现状
仿生机器人现状
仿生机器人现状 1.仿生学Bionics 研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生学一词是1960年由美国JE斯蒂尔根据拉丁字“bios”(“生命方式”的意思)和字尾“nic”(“具有……的性质”的意思)构成的。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学”。尽管人类在文明进化中不断从生物界受到新的启示，但仿生学的诞生，一般以1960年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志。 仿生学的研究范围主要包括﹕ 1.力学仿生，研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体 各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如，建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。 2.分子仿生，研究与模拟生物体中脢的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生 物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的化学结构后，合成了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀雄虫。 3.能量仿生，研究与模仿生物电器官、生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械 能等生物体中的能量转换过程。 4.信息与控制仿生，研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的 智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理，研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的一些装置。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人-机系统的仿生学方面。 5.某些文献中，把分子仿生与能量仿生的部分内容称为化学仿生，而把信息和控 制仿生的部分内容称为神经仿生。 仿生学的范围很广，信息与控制仿生是一个主要领域。一方面由于自动化向智能控制发展的需要，另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段，使研究大脑已成为对神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面──生物模式识别的研究，大
工业机器人剖析
总评成绩：《机器人应用技术》实验报告 专业：机电一体化 班级：机电141班 学号：140212107 姓名：刘宗成 河南工学院 机电工程系
实验一工业机器人机械结构 实验目的：1、认识机器人的基本结构和组成 2、熟悉工业机器人基本工作原理 3、了解工业机器人技术参数 实验原理： 六自由度机械手本体结构图 实验器材：1、FANUC M-6i六自由度机械手二台 2、FANUC M-6iB六自由度机械手一台 3、ABB IRB-2400六自由度机械手一台 4、实验设备使用说明书各一本 实验步骤：1、学习ABB和FANUC六自由度机械手基本构成控制柜与机械本体 2、学习六自由度机械手本体各关节的作用 3、学习六自由度机械手本体中定位关节与姿态关节 4、学习六自由度机械手本体各关节驱动机构与传动机构 5、学习典型工业机器人机械本体质量分布，以及各关节中质量平衡和力矩平衡 6、学习六自由度机械手各关节运动范围及运动速度控制 7、学习工业机器人重复定位精度的定义，并且了解相应机器人的重复定位精度 8、学习工业机器人最大负载 9、学习工业机器人最大运动范围 实验报告：课后每位同学按照要求完成实验报告。 思考题：1、画出六自由度机械手的结构简图 2、分析各关节机械手臂的运动范围 注意事项：1、实验开始之前认真学习工业机器人机械本体结构。 2、实验过程认真阅读实验设备说明书。
实验报告
实验二 机器人运动学实验 实验目的：1、了解四自由机械臂的开链结构 2、掌握机械臂运动关节之间的坐标变换原理 3、学会机器人运动方程的正反解方法 实验原理： 机器人运动学只涉及到物体的运动规律，不考虑产生运动的力和力矩。机器人正运动学所研究的内容是：给定机器人各关节的角度或位移，求解计算机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态问题。 各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的位姿方程（正运动学方程）为 ： 432140 A A A A T ==????? ???????10 00 z z z z y y y y x x x x p a o n p a o n p a o n 其中：z 向矢量处于手爪入物体的方向上，称之为接近矢量a ，y 向矢量的方向从一个 指尖指向另一个指尖，处于规定手爪方向上，称为方向矢量o ；最后一个矢量叫法线矢量n ， 它与矢量o 和矢量a 一起构成一个右手矢量集合，并由矢量的叉乘所规定：a o n ?=。 上式表示了机器人变换矩阵40T ，它描述了末端连杆坐标系{4}相对基坐标系{0}的位姿，是机械手运动分析和综合的基础。 实验器材： 1、RBT-4T03S 机器人一台； 2、RBT-4T03S 机器人控制柜一台； 3、装有运动控制卡和控制软件的计算机一台。 实验步骤： 1、 根据机器人坐标系的建立中得出的A 矩阵，相乘后得到T 矩阵，根据一一对应的关系，写出机器人正解的运算公式，并填入表6-1中； 表6-1机器人的正运动学的参数