機器人緒論培訓(xùn)課件

教學(xué)要求考試課36課時總評成績=考試成績×70%+平時成績×30%平時成績包括作業(yè)和考勤?機器人技術(shù)基礎(chǔ)課程介紹?機器人課程內(nèi)容1、概論：機器人的概念、發(fā)展歷史與趨勢、分類和應(yīng)用概況2、機器人應(yīng)用實例：軍事、工業(yè)、醫(yī)用、服務(wù)等領(lǐng)域3、機械結(jié)構(gòu)：機械組成、分類、設(shè)計原則4、機器人運動學(xué)與動力學(xué)：位置描述、正逆運動方程、雅可比矩陣5、機器人控制基礎(chǔ)：控制方式、傳感器、編程語言?一、機器人的發(fā)展史二、機器人的概念三、機器人的基本結(jié)構(gòu)與分類四、機器人的研究領(lǐng)域和未來展望?人類希望制造一種像人一樣的機器，以便代替人類完成各種工作抓鼠木人《夢溪筆談》身高三尺，能左手扼鼠，右手持鐵簡斃之，動作靈活歌舞機器人《列·湯問》西周偃師送給周穆王“千變?nèi)f化，唯意所適”守衛(wèi)克里特島的青銅巨人泰洛斯《阿魯哥探險船》希臘神話傳說一、機器人的發(fā)展史1、古代機器人

?年代發(fā)明發(fā)明人春秋后期《墨經(jīng)》記載，制造木鳥，能在空中飛行三日魯班公元前2世紀(jì)自動機，它是會動和唱歌的雕像，氣壓驅(qū)動希臘人1800年前的漢代計里鼓車。車行1里/車上木人擊鼓一下，車行10里/擊鐘一下張衡1662年日本用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動機器玩偶，在大皈演出竹田近江18世紀(jì)末端茶玩偶，它可為客人端送茶水若井源大衛(wèi)門1738年法國發(fā)明會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會排泄的機器鴨杰克·戴·瓦克遜1773年瑞士利用齒輪和發(fā)條原理驅(qū)動的高級玩偶玩具，具有繪畫和演奏動作

道羅斯?指南車東漢張衡??2、近代機器人?用于壓鑄的五軸液壓驅(qū)動機器人

用于物料間的運輸

Unimation公司推出的UnimateAMF公司推出Verstran（萬能搬運）Versatile被認為是世界上最早的機器人?1965年，麻省理工學(xué)院的Robots為第一個具有視覺傳感器的，能識別與定位簡單積木的機器人1970年后機器人迅速發(fā)展與普及?????2012年6月27日，中國載人深潛器“蛟龍”號7000米級海試最大下潛深度達7062米?

“機器人”一詞的發(fā)明： 1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克的科幻劇本《羅薩姆的萬能機人:羅薩姆公司把機器人作為工業(yè)產(chǎn)品推向市場,從事繁重的勞動。后來,公司使機器人具有了感情,機器人成了人類生活中必不可少的成員。該劇預(yù)告了機器人的發(fā)展對社會的影響。劇中把捷克語“Robota”(農(nóng)奴)寫成“Robot”(機器人)。

二、機器人的概念?1950年美國科幻小說家阿西莫夫的《我是機器人》中提出著名的機器人三原則：機器人必須不危害人類，也不能看人類受害而袖手旁觀機器人必須服從與第一條不矛盾的指令在與第一二條原則不矛盾的前提下，機器人應(yīng)維護自己不受傷害。??日本工業(yè)機器人協(xié)會(JIRA)的定義：工業(yè)機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。?中國(原機械工業(yè)部)：工業(yè)機器人是一種能自動定位控制、可重復(fù)編程、多功能多自由度的操作機，它能搬運材料零件或夾持工具，用以完成各種作業(yè)．??三、機器人的基本結(jié)構(gòu)與分類?1、機器人的組成

機器人的機械結(jié)構(gòu)、控制方式、驅(qū)動方式或傳感器千差萬別，但多數(shù)機器人由4個主要部件：機械部分，傳感器，控制器，液壓/氣壓/電力驅(qū)動裝置機械系統(tǒng)是具有傳動執(zhí)行裝置的機械，由臂、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行裝置組成驅(qū)動系統(tǒng)為個部分提供動力，有4種感知系統(tǒng)收集機器人內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境信息控制系統(tǒng)從計算機接收指令，控制驅(qū)動器的動作，并與傳感器反饋信息協(xié)調(diào)機器人運動工業(yè)機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)實現(xiàn)工業(yè)機器人與外部環(huán)境的設(shè)備互相連接和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)?2、機器人的分類人機交互系統(tǒng)是使操作人員參與計算機控制并與機器人進行聯(lián)系的裝置、指令給定裝置和信息顯示裝置?按照從低級→高級的發(fā)展程度可分為三類可編程機器人感知機器人智能機器人按照結(jié)構(gòu)形態(tài)、負載能力分超大型機器人：負載能力1000kg以上大型機器人：100-1000kg之間中型機器人：10-100kg之間小型機器人：0.1-10kg之間超小型機器人：0.1kg以下?按照應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)機器人、農(nóng)業(yè)機器人、軍事機器人、醫(yī)用機器人、空間機器人、水下機器人按照驅(qū)動方式液壓驅(qū)動：機構(gòu)緊湊、力大、運行平穩(wěn)，密封要求高氣壓驅(qū)動：結(jié)構(gòu)簡單造價低，負荷能力小電動驅(qū)動：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，控制靈活新型：記憶合金、人工肌肉、壓電?按控制方式分類(4種)

伺服控制機器人：用伺服手段，包括位置、力等伺服方法進行控制的機人非伺服控制機器人：采用伺服以外的手段，如順序控制、定位開關(guān)控制等進行控制的機器人，機器人無法確定自身位置?

CP控制機器人（連續(xù)軌跡伺服控制機器人）除了對起點和終點的要求以外，還對運動軌跡的中間各點有要求的控制方式，如弧焊機器人就是典型的CP控制機器人。PTP控制機器人（點位控制機器人）只對手部末端的起點和終點位置有要求，而對起點和終點的中間過程無要求的控制方式，如點焊機器人就是典型的PTP控制機器人．?程序機器人操縱機器人示教再現(xiàn)機器人智能機器人按機器人控制器的信息輸入方式來分?遙控操作機器人視覺機器人移動機器人按代替人的器官方式來分?按坐標(biāo)形式分?????四、機器人的研究領(lǐng)域與發(fā)展?

機器人學(xué)具有極其廣泛的研究領(lǐng)域，這些領(lǐng)域體現(xiàn)出廣泛的學(xué)科交叉．涉及到機器人的體系結(jié)構(gòu)、機構(gòu)理論、控制理論與策略、人工智能、傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、機器人語言等。機器人學(xué)研究的目的是開發(fā)適用各種工作要求的機器人。傳感器與感知系統(tǒng)傳感器與感知系統(tǒng)包括視覺、觸覺、聽覺、接近感、力覺、臨場感等各種新型傳感器的開發(fā)；多傳感系統(tǒng)與傳感器融合；傳感數(shù)據(jù)集成：主動視覺與高速運動視覺的研發(fā)；傳感器硬件模塊化；惡劣工況下的傳感技術(shù)；連傳感系統(tǒng)軟件：虛擬現(xiàn)實技術(shù)等驅(qū)動、建模與控制自動規(guī)劃與調(diào)度

自動規(guī)劃與調(diào)度包括環(huán)境模型的描述；控制知識的表示；路徑規(guī)劃；任務(wù)規(guī)劃；非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的規(guī)劃；合有不確定性時的規(guī)劃；協(xié)調(diào)操作(運動)規(guī)劃：裝配規(guī)劃；基于傳感信息的規(guī)劃；任務(wù)協(xié)商與調(diào)度；制造系統(tǒng)中機器人的調(diào)度等計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)包括智能機器人控制計算機系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)；通用與專用計算機語言；標(biāo)準(zhǔn)化接口；神經(jīng)計算機與并行處理；人機通迅；多智能體系統(tǒng)等?1機器人研究的基礎(chǔ)內(nèi)容空間機構(gòu)學(xué)機器人運動學(xué)機器人動力學(xué)機器人靜力學(xué)機器人控制機器人傳感器機器人語言?2、機器人的發(fā)展趨勢?技術(shù)上的發(fā)展趨勢?生物及微機器人??人類的更高追求1）社會進步的需求 社會的現(xiàn)代發(fā)展不在滿足于僅要求機器人適應(yīng)自動化的工業(yè)生產(chǎn)場所和無人的環(huán)境，而是需要“她”具有人的運動方式和更強大的能力，能更好的融入到人類的生活，在與一般人（不僅是專家）的交互和合作的各種活動中，替代人完成一些需要人來完成的工作，而不會給人的生活帶來突兀的感覺。?2）發(fā)展中的不足 目前的機器人，特別是已實用化的工業(yè)機器人，完全不具有人的形狀和結(jié)構(gòu)，其智能水平與人類相比僅在嬰幼兒階段，還沒有擺脫“機器”的“陰影”，走近“人”的世界，它們與人之間的相似性太小。3）更高的追求 機器人的智能化、機動性、高度的可靠和安全性、以及與人類環(huán)境的完美的融入性和協(xié)調(diào)性是人類的更高追求。因此，無論在科幻小說還是人們對機器人的第一意識中，都把像人一樣的機器人作為機器人研究的最高境界，機器人研究者也一直把實現(xiàn)類人的行為作為夢寐以求的目標(biāo)。

??類人機器人ASIMO日本本田公司研制的仿人機器人ASIMO，是目前最先進的仿人行走機器人。ASIMO身高1.3米，體重48公

斤，它的行走速度是0-9km/h。

早期的機器人如果直線行走時突然轉(zhuǎn)向，必須先停下來，看起來比較笨拙。而ASIMO就靈活得多，它可以實時預(yù)測下一個動作并提前改變重心，因此可以行走自如，進行諸如“8”字形行走、下臺階、彎腰等各項“復(fù)雜”動作。此外，ASIMO還可以握手、揮手，甚至可以隨著音樂翩翩起舞。?目前全球唯一具備人類雙足行走能力的類人型機器人阿西莫(ASIMO，AdvancedStepInnovativeMobility，高級步行創(chuàng)新移動機器人)，ASIMO利用其身上安裝的傳感器，擁有360度全方位感應(yīng)，可以辨識出附近的人和物體。配合特別的視覺感應(yīng)器，他可以閱讀人類身上的識別卡片，甚至認出從背后走過來的人，真正做到眼觀六路。當(dāng)他識別出合法人員后，還可以自動轉(zhuǎn)身，與之并肩牽手前進。在行進中，ASIMO還能自動調(diào)節(jié)步行速度配合同