《机器人技术的应用与研究》徐红丽著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《机器人技术的应用与研究》

【作　者】徐红丽著

【页 数】 133

【出版社】 镇江：江苏大学出版社 , 2019.12

【ISBN号】978-7-5684-0642-0

【价 格】28.00

【分 类】工业机器人-研究

【参考文献】 徐红丽著. 机器人技术的应用与研究. 镇江：江苏大学出版社, 2019.12.

图书封面：

图书目录：

《机器人技术的应用与研究》内容提要：

本书分二篇，串联机器人技术的应用与研究、并联机器人技术的应用与研究-以新型激光切割并联机床为例。内容包括:基于动态视觉引导的焊接机器人;外科手术机器人等。

《机器人技术的应用与研究》内容试读

第一篇串联机器人技术的应用与研究

串联机械手是最早应用于工业生产的机器人，是由刚度很高的杆通过转动或移动关节联接，从而形成的开式链，因此称为串联机器人。随着现代计算机技术、传感技术、控制技术和人工智能的飞速发展，串联机器人也得到了突飞猛进的发展。

将机器视觉应用到工业机器人上，各种视觉图像为机器人提供了十分需要的外界信息，明显推动了机器人在自主移动和机械臂准确定位技术方面的实质性提高，使工业机器人在高智能、高柔性生产线上的应用得到了保证，是当今机器人研究的一个热点。将计算机视觉和图像处理技术应用于机器人本体系统，可以提高机器人的工作效率和对环境的适应能力，并进一步拓展机器人的应用范围。

本篇第1章为自主研发的焊接机器人，有6个自由度，便于灵活地接近焊接，点，同时可防止奇异点的产生，保证机构的稳定性。

利用工业高精度镜头将工件的光学特征反映到相机的CCD镜头

上，通过图像识别算法对焊缝进行识别和定位。在智能机器视觉系统基础上，实现高速视觉采集、图像预处理、特征提取与识别、目标定位一体化，提升硬件处理能力。实际测试表明，该焊接装配机器人性能稳定、执行效率高，在焊接，点位置随机和工件轮廓不规则的情况下均能高精度地完成焊接过程，保证其高精度、高效率和高稳定性。

机器人分为工业机器人和服务机器人，其中服务机器人中最为广泛应用的是手术机器人。外科手术机器人始于20世纪80年代中期。1985年4月11日，在美国加州纪念医疗中心，第一个记

录在案的用于医疗过程的机器人是PUMA200,在计算机的指导下

进行神经外科活检。机器人被用来帮助外科医生定位钻头和活检探头。与当时使用的传统立体定向脑外科技术相比，该手术达到

了更高的精确度，持续时间也更短。但是由于PUMA200本身是一

台工业机器人，未能满足外科医生对手术机器人的要求，因而并未得到广泛应用。

随着科学技术的不断发展，专门为外科医生设计的手术机器人逐渐出现。由于手术机器人引起的创伤小、精度高、恢复快，因此其深得医生和患者的喜爱，且在外科手术中的应用越来越普遍。

机器人辅助手术作为一种先进的外科技术，给临床带来了一场彻底的变革。它首次应用于几乎所有腹部区域，并很快在妇产科、泌尿系统、消化系统、脾脏、肾上腺等方面显示出明显的优势。微创手术和机器人辅助微创手术在腹部手术中的应用都是最早和最广泛的，因此腹部手术机器人是目前研究的主要领域。随着腹部机器人手术的成功，外科机器人开始被广泛应用于临床。

目前，机器人辅助手术系统在世界范围内广泛应用，包括腹腔镜、胃肠、神经、心血管、耳鼻喉科、玻璃体视网膜、泌尿外科、骨科等各种外科手术中。它将计算机技术与信息、控制、传感器、三维视觉技术融为一体，提高了手术的灵活性、准确性和微创性，同时减少了患者的创伤，提高了临床效果。

根据Winter Green Research数据统计，全球手术机器人的市场在2014年达到32亿美元左右，2018手术机器人市场在90亿美元左右，每年的复合增长率为30%左右，预计到2021年全球机器人市场将达到200亿美元左右。面对世界各国蓬勃发展的手术机器人产业，我们也不甘落后。2015年5月，国务院正式发布“中国制造2025”，提出重点发展医用机器人等高性能诊疗设备，积极研发新产品，促进医疗机器人标准化、模块化发展，大力扩展市场应用。

随着5G技术和人工智能技术的到来，外科手术机器人必将朝

着更加智能化、轻量化、个性化和实时远程化方向进一步发展。

第1章基于动态视觉引导的焊接机器人

1.1绪论

将机器视觉应用到工业机器人上后，各种各样的视觉图像为机器人提供了十分重要的外界信息，明显推动了机器人在自主移动和机械臂准确定位技术方面的实质性提高，使工业机器人在高智能、高柔性生产线上的应用得到了保证，是当今机器人研究的一个热点。

为了提高机器人所做的一系列动作的智能水平，使其具备智能化移动和焊接的功能，关键是使机器人对环境目标具备一定的认知能力，通过感知环境目标确定自身的行动，使其不需运动接触即可对环境目标实现焊接等动作，因此视觉图像系统已成为提高机器人智能化的一个较为热门的方向。将计算机视觉和图像处理技术应用于机器人本体系统，可以提高机器人的工作效率和对环境的适应能力，并进一步拓展机器人的应用范围。

该自主研发的焊接机器人有六个自由度，便于灵活地接近焊接点，同时可防止奇异点的产生，保证机构的稳定性。利用工业高

精度镜头将工件的光学特征反映到相机的CCD镜头上，通过图像

识别算法对焊缝进行识别和定位。在智能机器视觉系统基础上，实现高速视觉采集、图像预处理、特征提取与识别、目标定位一体

化，提升硬件处理能力。控制系统以DMC54O0为核心，用MFC来

开发软件，完成了多轴运动轨迹优化与伺服控制关键，并实现了自动控制及手动控制两种模式。实际测试表明，该焊接装配机器人

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机器人技术的应用与研究

性能稳定、执行效率高，在装配点位置随机和工件轮廓不规则的情况下均能高精度地完成装配过程，保证了其高精度、高效率和高稳定性。

机器视觉是一门涉及人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科。近年来，随着人工智能、计算机科学和信息技术的不断发展，机器视觉在工农业生产和人民生活中得到了广泛的应用。尤其在工业生产中，机器视觉广泛应用于汽车、电子、纺织等领域。在我国，随着劳动力成本的逐年上升和工业自动化的需求，对于基于机器视觉的机器人的需求量必将大幅增长。

焊接机器人是工业机器人中使用最早和应用最多的类型之

一。从其发展过程来看，可以分为三个阶段：第一阶段，示教再现阶段。机器人将人工示教所获得的轨迹存储在寄存器中，在焊接过程中，焊接机器人按照该轨迹运行。该阶段焊接机器人采用的是开环控制系统，没有反馈控制，所以柔顺性和鲁棒性差，但是结构简单，操作方便，不受工厂恶劣环境的影响，因此得到了广泛的应用。第二阶段，传感器机器人阶段。随着传感器技术的发展，焊接机器人具有了一定的感知能力，实现了一定的反馈控制，其柔顺性和鲁棒性得到了一定的改善，但是缺乏自适应跟踪。第三阶段，智能型焊接机器人阶段。随着机器视觉理论的发展，焊接机器人拥有了像人类一样的视觉，通过视觉不仅能够快速感知外部信息，而且能够自动适应环境变化，选择不同的算法，判断焊缝的位置，不断调整焊枪，以保证最佳的焊缝质量。因此，开发一款基于机器视觉的焊接机器人具有广泛的市场前景。

从实际需要看，随着我国工业高速发展，如汽车、电子产品、航空航天领域等对焊接机器人需求迫切，同时也对其智能性和精确度提出更高的要求。综上所述，本章内容对建立我国高端机器人关键技术的自主知识产权、提升工业自动化水平具有重要意义，可为社会经济和企业的发展带来显著的经济效益。

004

第一篇串联机器人技术的应用与研究

1.2焊接机器人的本体结构

机器人技术是一门集机械机构学、计算机控制技术、传感器技术等于一体的综合性学科。自20世纪50年代末工业机器人诞生以来，机器人技术得到了飞速发展。在国外，如日本、德国、美国等发达国家，工业机器人广泛应用于汽车、航空、电子、食品等领域。随着我国劳动力成本的不断增加，工业机器人也开始大量使用在劳动密集型企业，其中焊接机器人在汽车、船舶等行业得到广泛应用。

为适应工件在空间的六个自由度，该机器人采用六自由度结构，以保证可以在任何方向都能达到工件的任意一点，从而保证焊接质量。如图1-1-1所示，六自由度焊接机器人由底座、腰部、肩部、肘部、前臂、手腕、手部、焊枪夹持器和焊枪组成。机器人全部

采用转动关节连接，腰部在底座上绕底座的垂直坐标轴Z。转动，

肩部在腰部上绕水平坐标轴Z2转动，肘部在肩部上绕肩部的水平

0一底座；1一腰部：2一肩部：3一肘部；4一前臂：5一手腕；6一手部：7一焊枪夹持器：8一焊枪

图1-1-19焊接机器人原型

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机器人技术的应用与研究

坐标轴Z,转动，前臂在肘部上绕水平坐标轴Z,转动，手腕绕垂直

坐标轴Z,转动，手部绕水平坐标轴Z。转动，焊枪支架固定在手部

的前端，焊枪固定在支架上。该焊接机器人的6个转动关节全部由交流伺服电机驱动，可以根据指令到达指定工作空间中的任意

一点，动作准确、迅速，稳定性好，消除了人类因紧张和疲劳而产生的抖动现象，降低了工人的劳动强度，提高了劳动安全性和生产率，重复定位精度高，为提高焊接质量提供了有力的保障。

根据D-H法可确定图1-1-1所示六自由度焊接机器人各关

节的初始位置参数及关节变量，并列入表1-1-1中。

表111六自由度焊接机器人的D-H表

序号

名称

关节变量0

d

a;-1

a-1

腰部

01

0

0

0

2

肩部

02(m/2)

d

al

T/2

3

肘部

03(π)

d

a2

4

前臂

0,(m/2)

da

T/2

5

手腕

0s

0

0

T/2

6

手部

0s(T/2)

0

0

T/2

将表1-1-1中所列的连杆参数代入如下连杆变换矩阵通式：

cos 0;

sin 0

0

ai-1

i-1T=sin 0:cos ai cos 0;cos ai-1

sin ai-1

-d;sin ai-1

sin 0:sin a cos ;sin i-1

cos Qi-1

d cos ai

0

0

0

(1-1-1)

即得到各个连杆变换矩阵：

000

0

-10

0100

0

0

-1

0T1=

1T2=

-d2

0010

1

0

0

0

0001

0

0

0

006

···试读结束···