機(jī)器人基本概念

1、1機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt第二講第二講 機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念2機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt第二講第二講 機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念u機(jī)器人學(xué)機(jī)器人學(xué)u機(jī)器人償還期理論機(jī)器人償還期理論u機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)u工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)u機(jī)器人自由度、圖形符號(hào)與典型機(jī)器人的自由度布置形式機(jī)器人自由度、圖形符號(hào)與典型機(jī)器人的自由度布置形式u機(jī)械誤差、精度、定位精度（空間分辨度）與重復(fù)定位精度機(jī)械誤差、精度、定位精度（空間分辨度）與重復(fù)定位精度

2、u主從控制與示教再現(xiàn)主從控制與示教再現(xiàn)u機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)與其它機(jī)械系統(tǒng)的區(qū)別機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)與其它機(jī)械系統(tǒng)的區(qū)別u機(jī)器人的控制系統(tǒng)與一般自動(dòng)化控制系統(tǒng)的區(qū)別機(jī)器人的控制系統(tǒng)與一般自動(dòng)化控制系統(tǒng)的區(qū)別u人工智能的爭(zhēng)論及其對(duì)機(jī)器人學(xué)的影響人工智能的爭(zhēng)論及其對(duì)機(jī)器人學(xué)的影響3機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-機(jī)器人學(xué)機(jī)器人學(xué)u機(jī)器人學(xué)是一個(gè)多學(xué)科的交叉的高技術(shù)領(lǐng)域機(jī)器人學(xué)是一個(gè)多學(xué)科的交叉的高技術(shù)領(lǐng)域, ,包含包含機(jī)器人理論和和機(jī)器人技術(shù)機(jī)器人理論和和機(jī)器人技術(shù)。u機(jī)器人理論：機(jī)器人理論： （1 1）機(jī)器人基礎(chǔ)理論與方法機(jī)

3、器人基礎(chǔ)理論與方法：機(jī)構(gòu)分析與綜合、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模、作業(yè)與：機(jī)構(gòu)分析與綜合、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模、作業(yè)與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計(jì)、控制和智能。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計(jì)、控制和智能。 （2 2）機(jī)器人仿生學(xué)機(jī)器人仿生學(xué)：仿生運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)、仿生機(jī)構(gòu)學(xué)、仿生感知和控制理：仿生運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)、仿生機(jī)構(gòu)學(xué)、仿生感知和控制理論、仿生器件設(shè)計(jì)和制造。論、仿生器件設(shè)計(jì)和制造。 （3 3）機(jī)器人系統(tǒng)理論機(jī)器人系統(tǒng)理論：多機(jī)器人系統(tǒng)理論（例如）、機(jī)器人人融合、：多機(jī)器人系統(tǒng)理論（例如）、機(jī)器人人融合、系統(tǒng)協(xié)調(diào)和交互。系統(tǒng)協(xié)調(diào)和交互。（）（）微機(jī)器人學(xué)微機(jī)器人學(xué)：微機(jī)器人分析、設(shè)計(jì)和控制理論等。：微機(jī)器人分析、設(shè)計(jì)和控制理論等

4、。（）（）移動(dòng)操作機(jī)器人理論移動(dòng)操作機(jī)器人理論：復(fù)雜多鏈空間機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)、步態(tài)規(guī)劃與穩(wěn)定性、：復(fù)雜多鏈空間機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)、步態(tài)規(guī)劃與穩(wěn)定性、多鏈協(xié)調(diào)與控制。多鏈協(xié)調(diào)與控制。u機(jī)器人技術(shù)：機(jī)器人技術(shù)：（1 1）機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。（）（）操作和執(zhí)行技術(shù)；操作和執(zhí)行技術(shù)；（）（）檢測(cè)與傳感技術(shù)；檢測(cè)與傳感技術(shù)；（）（）智能技術(shù)；智能技術(shù)；（）（）實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)技術(shù)；實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)技術(shù)；（）（）人機(jī)交互和融合技術(shù)；人機(jī)交互和融合技術(shù)；（）（）技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。4機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人

5、學(xué)基本概念-機(jī)器人償還期理論機(jī)器人償還期理論u以機(jī)器人及其輔助設(shè)備的以機(jī)器人及其輔助設(shè)備的初期總投資為一方面初期總投資為一方面，以每年所，以每年所節(jié)省節(jié)省的勞動(dòng)費(fèi)（包括工資和津貼）加上材料費(fèi)再減去年維修費(fèi)為另的勞動(dòng)費(fèi)（包括工資和津貼）加上材料費(fèi)再減去年維修費(fèi)為另一方面一方面，計(jì)算出應(yīng)用機(jī)器人能夠在多少年內(nèi)收回成本。，計(jì)算出應(yīng)用機(jī)器人能夠在多少年內(nèi)收回成本。簡(jiǎn)化公式：簡(jiǎn)化公式：（）（）u償還期（年）償還期（年）u機(jī)器人及其輔助設(shè)備的初期總投資機(jī)器人及其輔助設(shè)備的初期總投資u每年所節(jié)省的勞動(dòng)費(fèi)（包括工資和津貼）每年所節(jié)省的勞動(dòng)費(fèi)（包括工資和津貼）u全年維修費(fèi)全年維修費(fèi)5機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (

6、RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-機(jī)器人償還期理論機(jī)器人償還期理論u詳細(xì)計(jì)算公式：詳細(xì)計(jì)算公式：（）（）（）（）（）（）u機(jī)器人售價(jià)機(jī)器人售價(jià)u附屬設(shè)備費(fèi)用附屬設(shè)備費(fèi)用u工程及安裝費(fèi)用工程及安裝費(fèi)用u稅務(wù)信貸稅務(wù)信貸u材料費(fèi)用材料費(fèi)用u操作維修費(fèi)用操作維修費(fèi)用u年運(yùn)行小時(shí)數(shù)（天，單班）年運(yùn)行小時(shí)數(shù)（天，單班）u公司稅率公司稅率u年折舊年折舊u對(duì)于單班、雙班和三班，一般時(shí)間是年，年，年對(duì)于單班、雙班和三班，一般時(shí)間是年，年，年u與國(guó)別區(qū)域有關(guān)與國(guó)別區(qū)域有關(guān)6機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器

7、人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成7機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是各工業(yè)機(jī)器人制造商在產(chǎn)品供貨時(shí)所提供各工業(yè)機(jī)器人制造商在產(chǎn)品供貨時(shí)所提供的技術(shù)數(shù)據(jù)的技術(shù)數(shù)據(jù)。 盡管各廠商提供的技術(shù)參數(shù)不完全一樣，工業(yè)機(jī)器人

8、的結(jié)構(gòu)、盡管各廠商提供的技術(shù)參數(shù)不完全一樣，工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、用途等有所不同，用途等有所不同， 且用戶(hù)的要求也不同，且用戶(hù)的要求也不同， 但工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)但工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)一般包括：參數(shù)一般包括： 自由度（自由度（Degrees of Freedom） 精度（精度（Accuracy） 工作范圍（工作范圍（Work Space） 速度（速度（Speed） 承載能力（承載能力（Payload）9機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)Kawasaki Robot

9、ics(USA), Inc: FS06L10機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)11機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-機(jī)器人自由度、圖形符號(hào)與典機(jī)器人自由度、圖形符號(hào)與典型機(jī)器人的自由度布置形式型機(jī)器人的自由度布置形式u機(jī)器人的自由度是指機(jī)器人所具機(jī)器人的自由度是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)目，一有的獨(dú)立坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)目，一般不包括手爪的開(kāi)合。（獨(dú)立驅(qū)般不包括手爪的開(kāi)合。（獨(dú)立驅(qū)動(dòng)

10、數(shù)目）一般個(gè)，多了叫冗余動(dòng)數(shù)目）一般個(gè)，多了叫冗余12機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-機(jī)械誤差、精度、定位精度機(jī)械誤差、精度、定位精度（空間分辨度）與重復(fù)定位精度（空間分辨度）與重復(fù)定位精度定位精度定位精度（Positioning Accuracy）：）：是指機(jī)器人的手部實(shí)際指定位置與目標(biāo)位是指機(jī)器人的手部實(shí)際指定位置與目標(biāo)位置之差置之差。 重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度（Repeatability Accuracy）：）：是指機(jī)器人重復(fù)定位其手部于同一是指機(jī)器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力目標(biāo)位置的能力，可以

11、用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來(lái)表示，它是衡量一列誤差值的，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來(lái)表示，它是衡量一列誤差值的密集度（重復(fù)度）密集度（重復(fù)度）13機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-機(jī)械誤差、精度、定位精度機(jī)械誤差、精度、定位精度（空間分辨度）與重復(fù)定位精度（空間分辨度）與重復(fù)定位精度5分5分14機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-主從控制與示教再現(xiàn)主從控制與示教再現(xiàn)u主計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)管理和運(yùn)動(dòng)解算，從計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)控制的系統(tǒng)。主計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)管理和運(yùn)

12、動(dòng)解算，從計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)控制的系統(tǒng)。u“示教再現(xiàn)示教再現(xiàn)”方式：它通過(guò)方式：它通過(guò)“示教盒示教盒”或人或人“手把手手把手”兩種方式教機(jī)械兩種方式教機(jī)械手如何動(dòng)作，控制器將示教過(guò)程記憶下來(lái)，然后機(jī)器人就按照記憶周而手如何動(dòng)作，控制器將示教過(guò)程記憶下來(lái)，然后機(jī)器人就按照記憶周而復(fù)始地重復(fù)示教動(dòng)作，如噴涂機(jī)器人。復(fù)始地重復(fù)示教動(dòng)作，如噴涂機(jī)器人。eacheachand and laybacklayback示教再現(xiàn)示教再現(xiàn) 即分為示教存儲(chǔ)再現(xiàn)即分為示教存儲(chǔ)再現(xiàn)- -操作四步進(jìn)行。操作四步進(jìn)行。示教示教：方式有兩種：方式有兩種：(1) 直接示教手把手；直接示教手把手；(2) 間接示教示教盒控制。間接示教

13、示教盒控制。存儲(chǔ)存儲(chǔ)：保存示教信息。：保存示教信息。再現(xiàn)再現(xiàn)：根據(jù)需要，讀出存儲(chǔ)的示教信息向機(jī)器人發(fā)出重復(fù)動(dòng)作的命令。：根據(jù)需要，讀出存儲(chǔ)的示教信息向機(jī)器人發(fā)出重復(fù)動(dòng)作的命令。15機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)與其它機(jī)械系機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)與其它機(jī)械系統(tǒng)的區(qū)別統(tǒng)的區(qū)別u機(jī)器人速度高、精度高、控制范圍廣，一般速度控制比在：以上。u工業(yè)機(jī)器人不僅高速運(yùn)動(dòng)中突然停止時(shí)位置精度高，而且還要精密跟蹤時(shí)變的速度與空間軌跡，對(duì)加速度和力也要進(jìn)行高精度的控制。u機(jī)構(gòu)多為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此剛性差且具有多個(gè)固有振動(dòng)頻率。u

14、負(fù)載以及各構(gòu)件對(duì)各個(gè)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，隨著機(jī)器人的位形而變，其變化幅度很大，一般可達(dá)倍。u摩擦、傳動(dòng)間隙、檢測(cè)精度等對(duì)機(jī)器人的高速、高精度的運(yùn)動(dòng)制約嚴(yán)重。u傳統(tǒng)的單體控制方式不能滿(mǎn)足要求。16機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-機(jī)器人的控制系統(tǒng)與一般自動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)與一般自動(dòng)化控制系統(tǒng)的區(qū)別化控制系統(tǒng)的區(qū)別u(1) 機(jī)器人的控制與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)。 經(jīng)常要求正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和反向運(yùn)動(dòng)學(xué)的解, 還要考慮慣性力、 外力(包括重力)、哥氏力及向心力的影響。 u(2) 簡(jiǎn)單機(jī)器人至少要有35個(gè)自由度, 比較復(fù)雜的機(jī)

15、器人有十幾個(gè)甚至幾十個(gè)自由度。每個(gè)自由度包含一個(gè)伺服機(jī)構(gòu), 它們必須協(xié)調(diào) 組成一個(gè)多變量控制系統(tǒng)。 u(3) 機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制以及“智能”, 只能由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。 因此, 機(jī)器人控制系統(tǒng)必須是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。u(4) 描述機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非線(xiàn)性模型, 隨著狀態(tài)的變化,參數(shù)也在變化, 變量間存在耦合。因此還要利用速度甚至加速度閉環(huán)。u(5) 機(jī)器人的動(dòng)作往往可以通過(guò)不同的方式和路徑來(lái)完成, 因此存在一個(gè)“最優(yōu)”的問(wèn)題。 根據(jù)傳感器和模式識(shí)別的方法獲得的工況, 自動(dòng)選擇最佳的控制規(guī)律。 17機(jī)機(jī) 器器 人學(xué)人學(xué) ( (RoboticsRobotics ) )整理整理ppt機(jī)器人

16、學(xué)基本概念機(jī)器人學(xué)基本概念-人工智能的爭(zhēng)論及其對(duì)機(jī)器人人工智能的爭(zhēng)論及其對(duì)機(jī)器人學(xué)的影響學(xué)的影響u人工智能的主要學(xué)派：人工智能的主要學(xué)派：u符號(hào)主義（符號(hào)主義（symbolicism),symbolicism),又稱(chēng)邏輯主義，心理學(xué)派或計(jì)算機(jī)學(xué)又稱(chēng)邏輯主義，心理學(xué)派或計(jì)算機(jī)學(xué)派：物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)和有限合理性原理。派：物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)和有限合理性原理。（數(shù)理邏輯，認(rèn)知（數(shù)理邏輯，認(rèn)知基元是符號(hào)，功能模擬）基元是符號(hào)，功能模擬）u聯(lián)結(jié)主義（聯(lián)結(jié)主義（connectionism),connectionism),又稱(chēng)仿生學(xué)派或生理學(xué)派：神經(jīng)網(wǎng)又稱(chēng)仿生學(xué)派或生理學(xué)派：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和學(xué)習(xí)算法。絡(luò)和學(xué)習(xí)算法。（仿生和人腦的研究，認(rèn)知基元是神經(jīng)元，結(jié)（仿生和人腦