机器人工程专业导论

作者简介

孟昭军,IEEE member，中国电工技术学会高级会员，信息技术新工科产学研联盟机器人专业工作委员会委员，辽宁省电工技术学会理事，辽宁省自动化类专业教学指导委员会委员。辽宁省“百千万人才工程”千层次入选者；辽宁省高等学校杰出青年学者。近年来发表论文20多篇，主持省部级纵向课题7项，参与国家科技支撑计划项目等省部级科研项目7项，完成横向课题9项。拥有发明专利6项、实用新型5项，软件著作权1项。

内容简介

第3章机器人的组成与结构 本章主要介绍机器人的组成，包括机器人的机械结 构、机器人的传感器系统、机器人的驱动系统、机器人 控制系统等子系统，能够使读者了解机器人机械系统的 总体组成，机器人传感器的选择与要求，工业机器人传 感器分类，机器人的液压驱动系统、气压驱动和电气驱 动系统，工业机器人控制系统的特点、组成及分类和机 器人智能控制技术等。 3.1机器人的组成 机器人的种类很多，不同结构和用途的机器人其组 成当然也不完全一样。这里以工业机器人为例，介绍其 组成。工业机器人由机械部分、传感部分、控制部分三 大部分组成。这三大部分可分成驱动系统、机械结构系 统、传感系统、机器人与环境交互系统、人机交互系统 、控制系统六个子系统。工业机械臂的组成如图31所 示。 图31工业机械臂组成 3.1.1驱动系统 要使机器人运行起来，需给各个关节即每个运动自 由度安置传动装置，这就是驱动系统。工业机器人的驱 动系统，按动力源分为液压、气动和电动三大类。根据 需要也可由这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。 这三类基本驱动系统各有自己的特点。 3.1.2机械结构系统 机器人的机械结构系统由机身、手臂、末端操作器 三大件组成。每一大件都有若干自由度构成一个多自由 度的机械系统。若机身具备行走机构便构成行走机器人 。若机身不具备行走及旋转机构，则构成机器人臂。手 臂一般由大臂、小臂和手腕组成。末端操作器是直接装 在手腕上的一个重要部件，它可以是两手指或多手指的 手爪，也可以是喷漆枪、焊枪等作业工具。 3.1.3传感系统 传感系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成 ，获取内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感 器的使用提高了机器人的机动性的水准。人类的感受系 统对感知外部世界信息是极其灵巧的。然而，对于一些 特殊的信息，机器人比人类的感受系统更有效。 3.1.4机器人与环境交互系统 机器人与环境交互系统是实现机器人与外部环境中 的设备相互联系和协调的系统，机器人与外部设备集成 为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配单 元等。当然，也可以是多台机器人、多台机床或设备、 多个零件存储装置等集成为一个执行复杂任务的功能单 元。 3.1.5人机交互系统 人机交互系统(humancomputer interaction system)是人与机器人进行联系和参与机器人控制的装 置。人机交互技术是指通过计算机输入、输出设备，以 有效的方式实现人与机器人对话的技术。它包括机器人 通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示 本书根据应用型高校培养学生的目标和特点，结合全国新工科机器人联盟对机器人工程专业的建设方案要求，为加强应用型本科教材的建设，特编写了这本机器人工程专业导论教材。本书作为机器人工程专业学生的学科专业认知课程，基本上是在新生入学的第一学期学习，学生不具备高等数学等机器人专业的基础。所以本书编写过程中对机器人设计等理论全部舍去，只保留简单的概念性介绍，理论知识等在以后专业基础和专业课程中学习。