機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐 課件 第1章 緒論

1機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐2內(nèi)容1緒論2機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)3機(jī)器人電路設(shè)計(jì)4機(jī)器人中的傳感器5機(jī)器人控制系統(tǒng)6輪式巡線機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作7仿人競速機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作3第一章緒論1.1機(jī)器人的概念與發(fā)展歷史1.2機(jī)器人的組成和分類1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)1.4機(jī)器人的應(yīng)用1.5機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展41.1機(jī)器人的概念1、什么是機(jī)器人？2、機(jī)器人的任務(wù)是什么？

機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則行動(dòng)。協(xié)助或取代人類的工作。51.1機(jī)器人的概念體操機(jī)器人排爆機(jī)器人61.2機(jī)器人的組成和分類機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)

基座（固定或移動(dòng)）手部腕部臂部腰部電驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置處理器關(guān)節(jié)伺服控制器內(nèi)部傳感器外部傳感器1.2機(jī)器人的組成和分類

機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出的系統(tǒng)指令。相當(dāng)于人的肢體。1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)器人底盤有固定式和移動(dòng)式兩種類型，在移動(dòng)式的類型中，有輪式、履帶式和仿人形機(jī)器人的步行式等。1.2機(jī)器人的組成和分類

驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作。2、驅(qū)動(dòng)裝置

通常包括驅(qū)動(dòng)源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為電氣、液壓、氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)組合。1.2機(jī)器人的組成和分類

控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，通常包括處理器及相應(yīng)的軟件代碼組成，用于進(jìn)行任務(wù)及信息處理，并給出控制信號，控制機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。3、控制系統(tǒng)1.2機(jī)器人的組成和分類

感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，相當(dāng)于人的感官。4、感知系統(tǒng)

內(nèi)部傳感器用于檢測各關(guān)節(jié)的位置、速度等變量，為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)提供反饋信息。

外部傳感器用于檢測機(jī)器人與周圍環(huán)境之間的一些狀態(tài)變量。1.2機(jī)器人的組成和分類各部分之間的關(guān)系內(nèi)部傳感器（位形檢測）控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作對象外部傳感器（環(huán)境檢測）處理器關(guān)節(jié)控制器1.2機(jī)器人的組成和分類1、按用途分類

國際上通常將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人兩大類。我國按應(yīng)用環(huán)境將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人兩大類。工業(yè)機(jī)器人弧焊機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人裝配機(jī)器人噴涂機(jī)器人拋光機(jī)器人1.2機(jī)器人的組成和分類2、按驅(qū)動(dòng)形式分類名稱特征說明氣動(dòng)機(jī)器人以壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低，但工作速度的穩(wěn)定性差等。液壓傳動(dòng)機(jī)器人以液壓方式驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其傳動(dòng)平穩(wěn)、動(dòng)作靈敏、出力大，但要求密封性較高。電動(dòng)機(jī)器人采用電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，常用的有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流驅(qū)動(dòng)，其控制方法靈活、結(jié)構(gòu)緊湊簡單。1.2機(jī)器人的組成和分類名稱

特征說明

第一代機(jī)器人（可編程及示教再現(xiàn)）按事先示教或編程的位置和姿態(tài)進(jìn)行重復(fù)作業(yè)的機(jī)器人。（實(shí)用，主要用于搬運(yùn)，噴漆，點(diǎn)焊等）第二代機(jī)器人（感知機(jī)器人）帶有如視覺觸覺等外部傳感器，具有不同程度感知環(huán)境并自行修正程序的功能。可完成較為復(fù)雜的作業(yè)，如裝配，檢查等第三代機(jī)器人（智能機(jī)器人）除具有外部感覺感知功能，還具有一定決策和規(guī)劃的能力，從而可適應(yīng)環(huán)境的變化而自主地工作。3、按智能水平分類1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)研究內(nèi)容涉及基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩個(gè)方面(1)機(jī)械設(shè)計(jì)； (2)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制；(3)軌跡設(shè)計(jì)和路徑規(guī)劃；(4)傳感器(包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器)；(5)機(jī)器人視覺；(6)機(jī)器人語言；(7)裝置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；(8)機(jī)器人智能等。1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)1、信息感知

感知是機(jī)器人與環(huán)境、機(jī)器人與人以及機(jī)器人之間進(jìn)行交互的基礎(chǔ)。通常機(jī)器人感知外部環(huán)境的方法，就是通過傳感器采集外部的信息，進(jìn)行分析處理。1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的指令完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)任務(wù)，通常由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的指令完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)任務(wù)，通常由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)組成。1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的指令完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)任務(wù)，通常由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)3、運(yùn)動(dòng)控制

對于一個(gè)具有高度智能的機(jī)器人，它的控制系統(tǒng)實(shí)際上包含了任務(wù)規(guī)劃、動(dòng)作規(guī)劃、軌跡規(guī)劃和伺服控制等多個(gè)層次。

機(jī)器人的工作方式主要包括半自動(dòng)和全自動(dòng)的方式。半自動(dòng)的機(jī)器人需要人機(jī)接口來控制機(jī)器人的工作，全自動(dòng)工作的機(jī)器人可完全根據(jù)環(huán)境情況和預(yù)置程序完成所需的任務(wù)。1.4機(jī)器人的應(yīng)用1、工業(yè)機(jī)器人1.4機(jī)器人的應(yīng)用2、服務(wù)機(jī)器人家庭服務(wù)機(jī)器人1.4機(jī)器人的應(yīng)用2、服務(wù)機(jī)器人娛樂服務(wù)機(jī)器人1.4機(jī)器人的應(yīng)用2、服務(wù)機(jī)器人醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人1.4機(jī)器人的應(yīng)用3、水下機(jī)器人

在未知的水下環(huán)境，由于機(jī)器人的承受能力大大超過載人系統(tǒng)，并且能完成許多載人系統(tǒng)無法完成的工作，所以水下機(jī)器人逐漸扮演著越來越重要的角色。

水下機(jī)器人分為兩種，一種為遠(yuǎn)程遙控潛器（ROV）；另一種稱為自治水下潛器（AUV）。前者是帶纜操作，后者是無纜操作。1.4機(jī)器人的應(yīng)用3、水下機(jī)器人“藍(lán)鰭金槍魚”水下機(jī)器人“探索者”號水下機(jī)器人1.4機(jī)器人的應(yīng)用4、無人機(jī)1.4機(jī)器人的應(yīng)用5、空間機(jī)器人“索杰納”火星車“玉兔號”月球車1.5機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展智能機(jī)器人技術(shù)材料感知仿生網(wǎng)絡(luò)微型智能交互前沿技術(shù)探索多機(jī)器人協(xié)調(diào)技術(shù)人－機(jī)器人和諧共存與交互網(wǎng)絡(luò)化與移動(dòng)感知新型機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)仿生運(yùn)動(dòng)與智能控制微納操作技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)仿生與生物機(jī)器人極地科考機(jī)器人助老助殘家庭服務(wù)微制造機(jī)器人裝備核工業(yè)機(jī)器人油氣管道檢測電力檢測機(jī)器人系統(tǒng)集成應(yīng)用示范1.5機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展1、軟體機(jī)器人

軟體機(jī)器人與常見的剛硬材質(zhì)機(jī)器人不同，是一類由軟體驅(qū)動(dòng)材料構(gòu)成的新型仿生連續(xù)體機(jī)器人。

氣動(dòng)軟體機(jī)器人1.5機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展2、感知與交互

軟體機(jī)器人與常見的剛硬材質(zhì)機(jī)器人不同，是一類由軟體驅(qū)動(dòng)材料構(gòu)成的新型仿生連續(xù)體機(jī)器人。表面肌電