機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論 課件 第一章-緒論

專業(yè)選修課機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)（32學(xué)時(shí)）第1-16周，星期二，16:40-18:15，（五）103第一章前言課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)一二課程內(nèi)容、基本要求及學(xué)時(shí)分配三考核方式及成績評定四機(jī)器人發(fā)展簡史3一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)4一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)涵蓋機(jī)器人發(fā)展史、機(jī)器人機(jī)構(gòu)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、軌跡規(guī)劃與控制等入門知識?；A(chǔ)課程專業(yè)基礎(chǔ)課程專業(yè)課程數(shù)學(xué)、材料力學(xué)、電學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)專業(yè)課、畢業(yè)設(shè)計(jì)一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)為學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)、以及掌握新的科學(xué)技術(shù)，打好理論基礎(chǔ)和工程技術(shù)基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解機(jī)器人技術(shù)發(fā)展歷程和現(xiàn)狀；2、掌握機(jī)器人系統(tǒng)基本組成和常見結(jié)構(gòu)/機(jī)構(gòu)；3、掌握坐標(biāo)變換、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃；4、了解工業(yè)機(jī)器人示教編程；5、了解機(jī)器人動(dòng)力學(xué)知識；6、了解機(jī)器人控制基本方法。5

課程內(nèi)容、基本要求及學(xué)時(shí)分配序號課程內(nèi)容學(xué)時(shí)1機(jī)器人技術(shù)發(fā)展概論22機(jī)器人組成33機(jī)器人機(jī)構(gòu)34機(jī)器人位姿的數(shù)學(xué)描述與坐標(biāo)變換55串聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型76工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人軌跡規(guī)劃37機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)及控制基礎(chǔ)38并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型29輪式機(jī)器人簡介210工業(yè)機(jī)器人示教編程（實(shí)驗(yàn)）2總共30學(xué)時(shí)（課堂授課）+2學(xué)時(shí)（實(shí)驗(yàn)）二、課程內(nèi)容、基本要求及學(xué)時(shí)分配61、典型工業(yè)機(jī)器人演示認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（1學(xué)時(shí)）2、串聯(lián)機(jī)器人正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)演示實(shí)驗(yàn)（1學(xué)時(shí)）3、并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)演示實(shí)驗(yàn)（1學(xué)時(shí)）4、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與動(dòng)力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)（1學(xué)時(shí)）7實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三、考核方式及成績評定考核方式：日常作業(yè)（30%）+實(shí)驗(yàn)成績（10%）+期末考試（60%）8平時(shí)成績（20%）+MATLAB仿真作業(yè)（10%）《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》，王偉、贠超，高等教育出版社，2023《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》（第四版），贠超、王偉譯

，機(jī)械工業(yè)出版社，2018JohnJ.Craig.IntroductiontoRobotics:MechanicsandControl(4thEdition).PersonEducation,2017.熊有倫,《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》，華中科技大學(xué)出版社，19969參考教材4.1機(jī)器人的定義1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機(jī)器人》。在劇本中，卡佩克把捷克語“Robota”寫成了“Robot”，“Robota”是奴隸的意思。四、機(jī)器人發(fā)展簡史(緒論)KarelCapek10四、機(jī)器人發(fā)展史概述(緒論)為了防止機(jī)器人傷害人類，科幻作家阿西莫夫1950年在《我是機(jī)器人》一書中提出了“機(jī)器人三原則”：機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條相違背的命令除外；機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸的命令除外。IsaacAsimov114.2機(jī)器人的歷史西周時(shí)期，我國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機(jī)器人。后漢三國時(shí)期，蜀國丞相諸葛亮制作出了“木牛流馬”，并用其運(yùn)送軍糧。1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。1738年，法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機(jī)械化而進(jìn)行醫(yī)學(xué)上的分析。四、機(jī)器人發(fā)展史概述(緒論)機(jī)器鴨達(dá)芬奇設(shè)計(jì)出的初級機(jī)器人木鳶（yuan）伶人木牛流馬12發(fā)明第一臺(tái)機(jī)器人的是享有“機(jī)器人之父”美譽(yù)的恩格爾伯格。

1958年他建立了Unimation公司，并于1959年研制出了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人1983年，恩格爾伯格和他的同事們毅然將Unimation公司賣給了西屋公司，并創(chuàng)建了TRC公司，開始研制服務(wù)機(jī)器人，如“護(hù)士助手”機(jī)器人。

第一個(gè)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品-“護(hù)士助手”機(jī)器人第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人13四、機(jī)器人發(fā)展史概述(緒論)4.3機(jī)器人的發(fā)展（三個(gè)階段）第一代是示教再現(xiàn)型機(jī)器人。這類機(jī)器人一般可以根據(jù)操作員所編的程序，完成一些簡單的重復(fù)性操作。這一帶機(jī)器人從20世紀(jì)60年代后半期開始投入使用，目前他在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用；第二代是有感覺的機(jī)器人它是在第一代機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有不同程度的“感知”能力；第三代是具有智能的機(jī)器人。具有識別、推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等智能機(jī)制，它可以把感知和行動(dòng)智能化結(jié)合起來。14四、機(jī)器人發(fā)展史概述(緒論)

機(jī)器人正成為全球高科技競爭的熱點(diǎn)如：工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域已形成四大家族：ABB、KUKA、FANUC、YASKAWA《引領(lǐng)全球經(jīng)濟(jì)變革的顛覆性技術(shù)》報(bào)告中，將先進(jìn)機(jī)器人列入12項(xiàng)技術(shù)之一，預(yù)計(jì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)每年將產(chǎn)生1.7至4.5萬億美元的經(jīng)濟(jì)效益麥肯錫全球研究所2013年達(dá)沃斯論壇2016年會(huì)主題“掌握第四次工業(yè)革命”，認(rèn)為人工智能、機(jī)器人、3D打印、物聯(lián)網(wǎng)等尖峰科技的匯集將造就一場新的工業(yè)革命。IFR：In2020,globalrobotinstallationsincreasedby±0.5%to384kunits,worthUSD16.5billion(withoutsoftwareandperipherals).1516/工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)：2020年全國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量237068臺(tái)同比增19.1%2020年，全國規(guī)模以上特殊作業(yè)機(jī)器人制造企業(yè)營業(yè)收入28.8億元，同比增長24.7%，實(shí)現(xiàn)利潤總額1.2億元，同比下降42.9%。

2020年，全國規(guī)模以上服務(wù)消費(fèi)機(jī)器人制造企業(yè)營業(yè)收入103.1億元，同比增長31.3%，實(shí)現(xiàn)利潤總額0.7億元（去年同期虧損18.1億元）。中國以每萬人員工擁有187臺(tái)機(jī)器人的密度排在世界第15位。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)美國：2013年提出了美國機(jī)器人發(fā)展路線圖，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)器人的創(chuàng)新應(yīng)用。歐盟：歐盟第7框架；Horizon2020研究計(jì)劃；火花計(jì)劃。重點(diǎn)布局機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用日本：2015年發(fā)布《機(jī)器人新戰(zhàn)略》，提出3大核心目標(biāo)：世界機(jī)器人創(chuàng)新基地；世界第一的機(jī)器人應(yīng)用國家；邁向世界領(lǐng)先的機(jī)器人新時(shí)代。中國：習(xí)總書記2014年6月兩院院士大會(huì)提出“不僅要把我國機(jī)器人水平提高上去，而且要盡可能多地占領(lǐng)市場”；中國制造20254.3機(jī)器人的發(fā)展17四、機(jī)器人發(fā)展史概述(緒論)4.4機(jī)器人的分類和應(yīng)用機(jī)器人在解決制造業(yè)升級、健康服務(wù)、國防安全、資源開發(fā)等方面發(fā)揮了重要作用。制造業(yè)升級康復(fù)醫(yī)療國防安全太空探索資源勘探老人護(hù)理18四、機(jī)器人發(fā)展史概述(緒論)19材料與機(jī)械科學(xué)；數(shù)學(xué)與力學(xué)；仿生生物學(xué)；計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)；