机器人机构拓扑学及其创建历程
(1) 拓扑结构学_第1-4章_
Part 2 应用
第 10 章 (3T-0R)并联机构拓扑结构设计 10.1 对(3T-0R)并联机构的基本要求 10.2 支路结构类型与支路组合方案 10.3 (3T-0R)并联机构拓扑结构设计过程 10.4 (3T-0R)并联机构结构类型特性分析 10.5 基于拓扑结构特征的机构分类 第 11 章 (0T-3R)并联机构拓扑结构设计 11.1 对(0T-3R)并联机构的基本要求 11.2 支路结构类型与支路组合方案 11.3 (0T-3R)并联机构拓扑结构设计过程 11.4 (0T-3R)并联机构结构类型特性分析 11.5 基于拓扑结构特征的机构分类 第 12 章 (2T-1R)并联机构拓扑结构设计 12.1 对(2T-1R)并联机构的基本要求 12.2 支路结构类型与支路组合方案 12.3 (2T-1R)并联机构的拓扑结构设计过程 12.4 (2T-1R)并联机构结构类型特性分析 12.5 基于拓扑结构特征的机构分类 第 13 章 (1T-2R)并联机构拓扑结构设计 13.1 对(1T-2R)并联机构的基本要求 13.2 支路结构类型与支路组合方案 13.3 (1T-2R)并联机构拓扑结构设计过程 13.4 (1T-2R)并联机构结构类型特性分析 13.5 基于拓扑结构特征的机构分类
●
基于单开链单元的机构组成原理(第 7 章)： (a) 基于单开链单元的机构结构分解与合成方法； (b) 单开链的约束度与机构耦合度； (c) 机构的拓扑结构特征(不变量)。
●
基于拓扑结构学基本方程的机构拓扑结构设计方法：
3
(a) 串联机构的拓扑结构设计方法(第 8 章)； (b) 并联机构的拓扑结构设计方法(第 9 章)。
第 4 章 拓扑结构学基本方程 (1) --- 串联机构方位特征方程 4.1 串联机构速度分析 4.2 串联机构速度特征方程 4.3 串联机构方位特征方程 4.4 方位特征方程的运算步骤 4.5 尺度约束类型的方位特征集 4.6 单回路机构的独立位移方程数 4.7 本章小结 第 5 章 拓扑结构学基本方程 (2) ---并联机构方位特征方程 5.1 并联机构速度特征方程 5.2 并联机构方位特征方程 5.3 并联机构支路的基本特性 5.4 方位特征方程的运算步骤 5.5 本章小结 第 6 章 拓扑结构学基本方程 (3) ---机构自由度公式 6.1 概述 6.2 具有普遍意义的自由度公式 6.3 机构独立位移方程数和过约束度 6.4 驱动副与消极运动副判定准则 6.5 本章小结
机器人技术的发展历程
机器人技术的发展历程1. 机器人的定义和起源机器人是指能够自主执行任务的智能装置。
它们可以通过感知环境、处理信息和执行动作来完成各种任务。
机器人技术的发展可以追溯到古代，但现代机器人技术的起源可以追溯到20世纪。
2. 第一阶段：早期机械机器人20世纪初，第一批早期机械机器人开始出现。
这些机器人大多数是基于简单的机械结构，如齿轮系统和杠杆系统。
早期的机械机器人被用于执行简单重复的任务，如生产线上的装配工作。
3. 第二阶段：电子计算机控制在20世纪50年代，随着电子计算机技术的发展，第二阶段的机器人技术得以实现。
这些新一代的机器人可以通过电子计算机来控制其运动和行为。
电子计算机使得对复杂运动和决策过程进行编程变得可能。
4. 第三阶段：传感器和感知能力增强到了20世纪70年代，随着传感器技术的进步，机器人开始具备更强大的感知能力。
传感器可以帮助机器人感知环境中的物体和障碍物，并根据这些信息做出相应的反应。
这使得机器人可以在不同的环境中自主导航和执行任务。
5. 第四阶段：人工智能和自主决策20世纪80年代以后，随着人工智能技术的发展，机器人开始具备更高级的认知能力和自主决策能力。
它们可以通过学习算法和模式识别来理解和适应复杂环境。
这使得机器人可以处理更加复杂和多样化的任务。
6. 当前发展趋势目前，机器人技术正处于快速发展阶段。
以下是当前机器人技术的几个重要趋势：a. 仿生机器人仿生机器人是受到生物学原理启发设计的机器人。
它们模拟了生物体结构、运动和行为，具有更高度逼真性和灵活性。
b. 协作机器人协作机器人是指与人类共同工作并互相协调完成任务的机器人。
它们可以通过传感器和视觉系统来感知人类的动作和意图，并做出相应的反应。
c. 服务机器人服务机器人是指用于提供各种服务的机器人，如家庭助理、医疗护理和客户服务等。
这些机器人可以帮助人们完成日常任务，提高生活便利性。
d. 自主无人机自主无人机是一种能够自主飞行和执行任务的无人机。
机器人发展史
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。
机器人定义
机器人的定义 欧美国家学者认为：机器人应该是由计算机控制的通
过编排程序具有可以变更的多功能的自动机械。 日本学者认为：机器人就是任何高级的自动机械。
机器人定义：具有一定柔性或者某种生物特征的机器， 统称为机器人。
创造机器人的目的
创造机器人的目的 协助或取代人类劳动，解放人类 。
机器人的评价指标
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 。
机器人的发展历史
一、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。
机器人的发展历史
二、第二阶段 机器人技术发展阶段（1954年—1978年） 1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器
评价指标 智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、
判断、决策、学习和逻辑推理等； 机能，指变通性、通用性或空间占有性等； 物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用
机器人发展史
机器人发展史1954年，美国心理学家艾伦·图灵首次提出“机器人”一词，尽管此时机器人的发展仍然停留在实验室阶段，但图灵对机器人的前景保持了极大的乐观态度。
自此以后，机器人经历了长达数十年的发展历程，并且逐渐融入到了人类的生活中。
本文将从机器人发展的三个重要阶段来讲述机器人的发展史。
第一阶段：早期机器人的发展（1950年至1960年）在这个阶段，机器人的发展还处于起步阶段，主要集中在实验室和研究机构。
1950年，马丁·米塞尔发明了世界上第一个数字控制的机器人，被命名为“UNIMATE”。
UNIMATE被应用于汽车工业，完成了诸如搬运重物和组装零件等繁重、危险的工作。
这标志着机器人开始从概念走向实用应用。
第二阶段：机器人应用的拓展（1970年至1990年）进入1970年代，机器人技术进一步发展，应用领域逐渐扩大。
一些重要的机器人公司诞生，如日本的“富士重工”和美国的“Fanuc”等。
这些公司生产的工业机器人在汽车工业、电子制造业等领域得到广泛应用，极大地提高了工作效率和生产质量。
此外，医疗机器人也成为这一时期的重要发展方向。
1985年，由美国奇堡罗布提克斯公司研制的第一个手术机器人问世，开启了机器人在医疗领域的应用先河。
医疗机器人的问世使得许多复杂、精细的手术可以更加精确地进行，大大提高了手术的成功率和患者的康复质量。
第三阶段：人工智能与机器人融合（2000年至今）随着人工智能技术的快速发展，机器人进入了智能化时代。
机器人不再是简单的工具，更具备了自主学习、感知和决策的能力。
交互式机器人，如智能助理和服务机器人，开始进入我们的生活。
它们可以识别人类语音指令、回答问题、执行任务，甚至能够与人进行简单的对话。
另外，面向消费者市场的家庭机器人也逐渐兴起。
智能扫地机器人、智能安防机器人等成为家庭生活的重要助手，极大地方便了人们的日常生活。
未来展望随着科技的迅猛发展，机器人的应用领域将进一步扩大。
机器人技术发展综述
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，能够摹拟人的某些行为、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。
机器人技术机器人分类发展趋势智能化第一次工业革命以来，随着各种自动机器、动力机械的问世，创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，设计创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，加拿大人摩尔设计创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创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之中，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之中，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况，加大了鼓励中小企业使用机器人的力度，这使日本机器人的拥有量在很短的时间内就超过了美国，一跃成为世界上的机器人大国。
此外，人工智能也开始应用于飞机器人的研发之中。
拓扑学发展史
拓扑学最初被称为位置分析（Analysis situs），它是一门研究图形（或集合）在连续变形下的不变的整体性质的一门几何学。
17世纪莱布尼茨时期，拓扑学思想的萌芽开始出现。
到了1895年，庞加莱发表了论文《位置分析》，标志着拓扑学从前期的研究阶段开始转向现代拓扑学的发展阶段。
庞加莱的工作确定了新的拓扑学的研究对象，为证明拓扑学中许多结论的合法性提供了依据。
欧拉公式是拓扑学发展过程中的一个重要里程碑。
这个公式表明了多面体的顶点数、边数和面数之间存在一种关系，而且满足这个关系所必须的条件是：在欧氏空间中，任意一个简单凸多面体（简单凸多面体指其表面是连续的平面或曲面，没有任何凹角或竖直面）的顶点数减去边数再加上面数等于2。
欧拉公式实际上是将多面体在欧氏空间中的性质转化为一个简单的公式，使得人们可以更加方便地研究多面体的几何形态和性质，以及对复杂的多面体进行分类和研究。
随着时间的推移，拓扑学已经从研究几何图形在连续变形下保持不变的性质发展成为研究连续性现象的分支。
现在，拓扑学已经成为数学的基础性学科之一，并在数学的其它领域，甚至非数学领域有着广泛且极其重要的应用。
20世纪以来，拓扑学得到了进一步的发展，并逐渐形成了几个重要的分支。
这些分支包括：1. 代数拓扑学：代数拓扑学是利用代数学的方法研究拓扑学问题的分支。
它主要关注拓扑空间的同胚分类以及相关的代数不变量，如同伦分类、同调理论等。
2. 微分拓扑学：微分拓扑学主要研究流形（包括微分流形、光滑流形等）的几何性质和结构。
它关注流形的嵌入、浸入、微分同胚等问题，以及与微分几何的联系。
3. 几何拓扑学：几何拓扑学主要研究高维空间中的几何结构和性质，如高维流形、几何群论等。
它与微分几何、代数几何等学科有密切的联系，并涉及到一些重要的数学问题，如庞加莱猜想等。
4. 泛函分析在拓扑学中的应用：泛函分析在拓扑学中的应用主要涉及无穷维拓扑空间的研究。
它包括对Banach空间、Fréchet空间等的研究，以及与调和分析的联系。
拓扑学的产生与发展
拓扑学的产生与发展拓扑学是数学的一个分支学科，研究的是空间中点、线、面等几何形体的性质，以及它们之间的关系。
拓扑学的发展可以追溯到18世纪末19世纪初，然而真正成为一个独立的学科，则是在20世纪初。
最早的拓扑学概念可以追溯到欧几里得几何学，就是研究平面和空间中的基本对象及其性质。
然而，拓扑学的真正发展起步是通过对欧拉多面体定理的研究。
欧拉在1750年提出了欧拉公式，即V-E+F=2，其中V表示顶点数，E表示边数，F表示面数。
欧拉通过研究各种多面体的顶点、边和面的数目之间的关系，发现符合这个公式的多面体只有五种。
这个发现对于拓扑学的发展起到了重要的推动作用。
19世纪初，高斯和拉普拉斯开始研究平面上的曲线，尤其是封闭曲线。
他们发现，通过曲线上一个点周围的环绕数（逆时针计数为正，顺时针计数为负），可以判断曲线是否闭合。
这个环绕数可以看作是拓扑学中的一个基本概念，即同伦。
19世纪末，庞加莱开始研究多维空间中的连通性问题。
他引入了拓扑学中的同伦和同伦不变量的概念，即两个空间通过连续变形相互等价。
庞加莱的研究对于现代拓扑学的发展起到了重要的奠基作用。
20世纪初，拓扑学逐渐成为一个独立的学科，并开始发展自己的独特理论和方法。
一个重要的里程碑是由墨菲斯提斯在1905年提出的“距离”概念。
他引入了距离空间的概念，即在空间中两个点之间的距离可以度量，而不仅仅是通过拓扑性质的相关性进行研究。
这种引入距离的方法大大推动了拓扑学的发展，使得拓扑学可以更加与实际问题相结合。
随着拓扑学的发展，许多重要的概念和定理被提出，如连通性、紧性、同调论等。
这些概念和定理使得拓扑学可以应用于更广泛的领域，如材料科学、生物学、计算机科学等。
例如，在材料科学中，拓扑学被应用于研究材料的电子结构和导电性质；在生物学中，拓扑学被应用于研究蛋白质的结构和功能；在计算机科学中，拓扑学被应用于网络拓扑和分布式计算等问题。
总的来说，拓扑学的产生和发展是一个漫长而复杂的过程，它起源于对几何形体性质的研究，经过数学家们的不断探索和推动，逐渐成为一个独立的学科，并为许多领域的科学研究提供了重要的工具和方法。
PPT- 机构拓扑学(1-4)-11-07
(3) 特殊过约束机构(paradoxical chains)
■
运动副类型 机构 3 要素 ● 尺度之间的特定函数关系 ● 构件之间的联接关系
●
运动学 研究对象
paradoxical chains
如,Bennett机构存在条件: 轴长 d i 0 ,扭角a1 a3 , a2 a4 , 杆长 a1 / sin1 a2 / sin2 .
R6 R5 R4 R1 R2 R3
(d) 4 SOC{Ri1 ( P i 2 ) // Ri 3 Ri 4 Ri 5 } 动平台: Ri4,Ri5 (i=1-4) 交于一点; 定平台: R11//R21, R31//R41, R11-R31
(e) SOC{ RRR RRR}
P副
R副
(2)结构单元之间的联接关系
● ● ●
H副
(3)尺度约束类型(构件对运动副轴线的几何约束类型 ) ● 共点 ( RRR) ● 平行 R // R // R ● 同轴 R / H
扭角 0 扭角 0 杆长 a 0
杆长 a 0 轴长 d 0
14
2. 拓扑结构及其符号表示
2.3 拓扑结构的运动过程不变性
设计 ■ 拓扑结构由 加工 实现 装配
运动过程(不包括奇异位置)不变性,
(即,与运动位置无关).
拓扑结构符号表示的运动过程不变性.
■
“不包括奇异位置”:非相邻运动副轴线之间的奇异位置
15
2. 拓扑结构及其符号表示
2.4 基于拓扑结构的机构分类
“Optimal design can be divided into two main topics: topology synthesis and dimensional synthesis, although it is unclear if topology synthesis can be separated from dimensional synthesis for PKS. Performances of PKS are highly sensitive to both type of synthesis; hence optimal design is a crucial issue for the development of efficient PKS. We propose to develop a generic method for the optimal design of PKS, based on the transformation of the requirement into a reduced set of generic problems that may be treated by an universal solver. The development of this generic method is a huge project and can only be result of a collaborative work between the researchers working in this field, mathematicians interested in this type of problems, and end-users.”
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机器人机构拓扑学及其创建历程
1. 创建历程，机器人机构拓扑学的创建历程可以追溯到20世纪60年代和70年代。
当时，人们开始研究机器人的结构和运动学特性，提出了一系列关于机器人结构和连接方式的概念和理论。
这些理论奠定了机器人机构拓扑学的基础。
2. 研究内容，机器人机构拓扑学主要研究机器人的结构和连接方式，包括机构的拓扑结构、连杆的连接方式、关节的类型等。
通过对机器人结构的研究，可以揭示机器人的运动学和动力学特性，为机器人的设计和控制提供理论基础。
3. 应用领域，机器人机构拓扑学在机器人设计、仿生学、自动化控制等领域有着广泛的应用。
通过对机器人结构和连接方式的研究，可以设计出更加灵活、高效的机器人系统，满足不同应用场景的需求。
4. 发展趋势，随着机器人技术的不断发展，机器人机构拓扑学也在不断完善和发展。
未来，随着人工智能、材料科学等领域的进步，机器人的结构和连接方式将会更加多样化和智能化，机器人机构拓扑学也将在这一过程中得到进一步的丰富和发展。
总的来说，机器人机构拓扑学是一个涉及机器人结构和连接方
式的重要学科，它的创建历程可以追溯到20世纪60年代和70年代。
通过对机器人结构和连接方式的研究，可以为机器人的设计和控制
提供理论基础，为机器人技术的发展做出重要贡献。