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：[1**********]5
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............................................................................................................................................. 1
1 走进机器人................................................................................................................................... 1
1.1了解机器人 . ....................................................................................................................... 1
1.1.1什么是机器人 . ....................................................................................................... 1
1.2 机器人构造 . ...................................................................................................................... 2
1.2.1. 执行机构 . .......................................................................................................... 2
1.2.2. 驱动装置 . .......................................................................................................... 2
1.2.3. 检测装置 . .......................................................................................................... 2
1.2.4. 控制系统 . .......................................................................................................... 3
1.2.5. 复杂机构 . .......................................................................................................... 3
2机器人的时光轴............................................................................................................................ 3
2.1. 机器人的起源 . .......................................................................................................... 3
2.2. 机器人的20世纪 . .................................................................................................... 5
2.3. 机器人的今天 . .......................................................................................................... 6
2.4. 机器人的未来 . .......................................................................................................... 6
3 机器人的工业领域..................................................................................................................... 7
4 图表 ............................................................................................................................................ 7
4.1 表 . ...................................................................................................................................... 7
4.2 图 . ...................................................................................................................................... 7
参考文献 . .......................................................................................................................................... 8
附 录 .............................................................................................................................................. 8
0 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。[1]
1.2 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
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25~220），我国大科学家张衡，不仅发明了震惊世界的
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：[1**********]5
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............................................................................................................................................. 1
1 走进机器人................................................................................................................................... 1
1.1了解机器人 . ....................................................................................................................... 1
1.1.1什么是机器人 . ....................................................................................................... 1
1.2 机器人构造 . ...................................................................................................................... 2
1.2.1. 执行机构 . .......................................................................................................... 2
1.2.2. 驱动装置 . .......................................................................................................... 2
1.2.3. 检测装置 . .......................................................................................................... 2
1.2.4. 控制系统 . .......................................................................................................... 3
1.2.5. 复杂机构 . .......................................................................................................... 3
2机器人的时光轴............................................................................................................................ 3
2.1. 机器人的起源 . .......................................................................................................... 3
2.2. 机器人的20世纪 . .................................................................................................... 5
2.3. 机器人的今天 . .......................................................................................................... 6
2.4. 机器人的未来 . .......................................................................................................... 6
3 机器人的工业领域..................................................................................................................... 7
4 图表 ............................................................................................................................................ 7
4.1 表 . ...................................................................................................................................... 7
4.2 图 . ...................................................................................................................................... 7
参考文献 . .......................................................................................................................................... 8
附 录 .............................................................................................................................................. 8
0 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。[1]
1.2 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
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25~220），我国大科学家张衡，不仅发明了震惊世界的