机器人资料（历史、种类、构造）

1、机器人的历史回目录简单了解机器人的开展过程，知道目前我国机器人的分类，重点理解一下机器人的物理构成。前言其实在我们身边有各式各样的机器人，已经完全融入了我们的生活，只是我们现在还不是很了解而已。你想象中的机器人是什么样子呢？你是否注意过车库的自动门或红绿灯呢？这就是机器人！你是不是以为工厂里或许有机器人，你是否注意过：街头的取款机、学校的复印机、寻呼 机、自动售票机对了，这就是机器人！看吧，机器人就在我们身边！如果你以为只有在太空探索、高科技实验室、科幻小说或电影里面才有机器人，上完这节课，你肯定会大吃一惊！现实生活中，机器人无处不在， 并在我们的生活中起着重要的作用。一.认识机器人1920年

2、捷克作家卡雷尔卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”写成了 “Robot，“Robota” 是奴隶的意思。该剧预告了机器人的开展对人类社会的悲剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。机器人通常具有三个基本特征，是不是机器人，我们只需看一看它是否具备以下三个特征：.身体：是一种物理状态，具有一定的形态。.大脑：控制机器人的程序。.动作：任何机器人都有一定的动作表现。所以机器人是具有人的一局部特点，又具有机器的一局部特点的这样一种机器。既然有机器的特点，那就是说它不具有人的一般思想。为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫于1940年提出

3、了 “机器人三原那么”：.机器人不应伤害人类；.机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；.机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原那么作为机器人开发的准那么。机器人产生的背景 1）社会需求机器人技术的开展，应该说是科学技术共同开展的一个综合性结果，同时它的开展可归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，所 以为社会经济开展产生了一个重大影响。比方说日本，战争以后开始进行汽车的工业，那么这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要一种机器人来进 行大批量的制造，提高生产效率降低人的劳动强度，这是社会开展本身的一个需求。也就是从某种意思上说

4、，机器人就是人们所设计出来替自己或 他人来服务的。（2）必然产物另一方面它也是生产力开展的需求的必然结果，也是人类自身开展的必然结果，更是科学技术开展的必然产物。随着人们逐渐对社会开展的认识， 人们连续不断的探讨自然的过程中，在改造自然的过程中，越来越需要有一种能够替代人、解放人的奴隶。这样就为机器人的产生提供了根本的社 会背景和历史根源。综上，我们可以看出，机器人是人类的需求产物，同时也是社会开展的必然产物，有着其存在的客观性。三.机器人的开展过程机器人开展大致已有三个阶段：第一代是示教再现型机器人。“尤尼梅特”和“沃尔萨特兰”这两种最早的工业机器人是示教再现型机器人的典型代表。它由人操纵机

5、械手做一遍 应当完成的动作或通过控制器发出指令让机械手臂动作，在动作过程中机器人会自动将这一过程存入记忆装置。当机器人工作时，能再现人教给它 的动作，并能自动重复的执行。这类机器人不具有外界信息的反应能力，很难适应变化的环境。第二代是有感觉的机器人。它们对外界环境有一定感知能力，并具有听觉、视觉、触觉等功能。机器人工作时，根据感觉器官（传感器） 获得的信息，灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。如：有触觉的机械手可轻松自如地抓取鸡蛋，具有嗅觉的机器人能分 辨出不同饮料和酒类。第三代是具有智能的机器人。智能机器人是靠人工智能技术决策行动的机器人，它们根据感觉到的信息，进行独立思

6、维、识别、推理，并作出判断 和决策，不用人的参与就可以完成一些复杂的工作。如“联合梦想”生产的一系列机器人，其智力水平最高已经到达10左右儿童的智力。目前， 智能机器人已在许多方面具有人类的特点，随着机器人技术不断开展与完善，机器人的智能水平将越来越接近人类。四.机器人的构成什么是机器人呢？从人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器。它有三个特点, 一个是有类似人的功能，比方说作业功能，感知功能，行走功能；它能完成各种动作；它还有一个显著特点是根据人的编程能自动的工作，就是通 过编程，可以改变它的工作、动作、工作的对象和工作的一些要求。1

7、、机器人的组成一个完整的机器人由机械局部、传感局部和控制局部三大局部组成。将这三大局部可细分为机械结构系统、驱动系统、感受系统、控制系 统、机器人一环境交互系统、人一机交互系统六个子系统。L 1、机械结构系统机器人的机械结构系统由机身、手臂、末端操作器三大件组成。每一大件都有假设干自由度，构成一个多自由度的机械系统。机器人按机械 结构划分可分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、极坐标型机器人、关节型机器人、SCARA型机器人以及移动型机器人。驱动系统驱动系统是向机械结构系统提供动力的装置。采用的动力源不同，驱动系统的传动方式也就不同。驱动系统的传动方式主要有四种：液压 式、气压式、电气式和机

8、械式。电力驱动是FI前使用最多的一种驱动方式，其特点是电源取用方便，响应快，驱动力大，信号检测、传递、处理方 便，并可以采用多种灵活的控制方式，驱动电机一般采用步进电机或伺服电机，目前也有采用直接驱动电机，但是造价较高，控制也较为更杂-感受系统它由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境中有用的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智 能化水平。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其巧妙的，然而对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效。控制系统 控制系统的任务是根据机器人的作业指令以及从传感器反应回来的信号，支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。从信息

9、反应的角度来讲 可将控制系统分为两种：如果机器人不具备信息反应特征，那么为开环控制系统；具备信息反应特征，那么为闭环控制系统。根据控制原理可分为程序 控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运动的形式可分为点位控制和连续轨迹控制。五.机器人的分类目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的 分类是一致的。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人那么是除工业机器人之外的、用于非制造业并服 务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、

10、农业机器人、机器人化机器、（家用机器人）等。在特 种机器人中，有些分支开展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。六.机器人开展前沿：（1）仿人形机器人日本的仿人形机器人以及“科戈”机器人等。（2）微型机器人和微操作系统细小工业管道机器人移动探测系统、无损伤医用微型机器人、SMA微小型机器人、微型飞行器、面向生物工程的机器人微操作系统等。（3）娱乐机器人机器人足球赛、机器人相扑赛、机器人动物园、“帕瓦罗蒂”、机器小狗、书法机器人、鱼形机器人等。（4）机器人化机器喷浆机器人、压路机器人、隧道凿岩机器人、机器人化装载机、自动摊铺机、自动多向高架无轨堆垛机、隧

11、道掘进机器人等。小知识：1920年捷克作家卡雷尔卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人。在该剧中，机器人按照其主人的命令默默地工作，没有感觉和感情，以 呆板的方式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆公司取得了成功，使机器人具有了感情，导致机器人的应用部门迅速增加。在工厂和家务劳动中，机器 人成了必不可少的成员。机器人觉察人类十分自私和不公正，终于造反了，机器人的体能和智能都非常优异，因此消灭了人类。但是机器人不知道如何制造它们自己，认为它们自己很快就会灭绝，所以它们开始寻找人类的幸存者，但没有结果。最后，一对感知能力优于其它 机器人的男女机器人相爱了。这时机器人进化为人类，世界又起死回生了。人形机器人

12、本节课重点难点：了解一下人形机器人的几大组成硬件，重点理解一下它们的工作原理和主要的功能。第一节我们主要介绍了机器人的一些基本知识，是想让同学们对机器人这个大家庭有一个大体的了解。这节主要介绍一下人形机器人，可能大家都 已经在网上或者在书上学到了很多有关的信息。对机器人有了个初步的了解，好多的同学可能还不是很清楚机器人到底是怎样的来控制或说是来实 现自己的功能的，我们看来机器人的动作是多种多样的，很复杂的，其实它也像人一样做什么事都是由自己的大脑来控制的，要问他的大脑在哪儿？ 那就得知道他的内部构造了。卜.面我们来学习一下。一硬件介绍机器人的硬件主要包括主控板、电机以及传感器。（1）电机电动机

13、也称电机（俗称马达），在电路中用字母（旧标准用D” ）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。 电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。 异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。舵机是遥控模型控制动作的动力来源，不同类型的遥控模型所需的舵机种类也随之不同。下列图是舵机KRS-788HV的结构图:舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的IC判断

14、转 动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是 可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线 圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺 服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的 u/v

15、/w三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反应信号给驱动器，驱动器根据反应值与目标值进行比拟，调整转 子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。（2）主控板要想机器人像人类一样具有思想，就得给机器人安装一个大脑，也就是主控板。如果他们有属于自己的大脑，就能够接受一些外界所反应回来的信 息，也就能够处理信息，然后去支配自己的执行机构去完成某些具体的动作。“大脑”就是机器人技术的集成，要机器人完成某一个动作，只需要 将规定的程序输入到主控板的芯片上，然后就可以操作机器人来让它完成。比方RCB-3J主控板具有24路PWM输入输出以及3路模拟输入端口:还有电源接

16、线口，USB接口。其中2 4路P W M输入输出端口是连接舵 机的接口，每一个接口对应一个舵机，就相对应机器人的一个关节，也就是机器人的一个自由度。还有3路模拟输入端口，就可以作为相应的扩展 端口，它可以加传感器或其它的设备，使机器人具有视觉、声觉以及触觉，让机器人真正的活起来。（3）传感器传感器是机器人的“感觉器官”，是一种电子元件或装置，能响应或感知被测量的物理量或化学量，并按一定规律转换成电信号，以供机器人核心 识别。它就像人的眼睛、耳朵、鼻子一样，能够感应到周围环境的信息，并把这些信息传递给机器人的“大脑”。有了传感器，机器人就变得更加 聪明了。机器人之所以有听觉、触觉、视觉，就是因为

17、传感器的种类非常多，它有声音传感器、温度传感器还有图像传感器和红外传感器等。相对应的就产 生了更加人性化的机器人，它有属于自己的耳朵、眼睛和鼻子，也有聪明的大脑。随着传感器的开展，机器人的功能也越来越全。在面对复杂的情 况时，机器人会通过传感器与主控板之间的交流自己来解决所面对的一系列难题。下列图是几种传感器的外形图：温度传感器触觉传感器视觉传感器二.软件机器人都有各自相应的软件配套，如果我们要自己进行编排动作的话就必须要有软件的支持才能进行，在硬件和软件的结合下，工作中的各个小的 细节也能完成的尽善尽美，机器人完成工作的质量就明显的提高了。机器人在具有自己独特的大脑的同时也就具有了思想，只不

18、过人的思想是自己的意识，而机器人的思想是人们给它的。要想把人类的思想嫁接给机 器人就必须借助一些辅助工具，把人类的思想转化成机器人可以接受的程序代码，在将其输入到机器人的主控板即大脑上。大脑再给执行部件一个 特定的信号，让其完成动作。本课难点重点：掌握机器人的组装步骤和组装过程，知道使用过程中所需要注意的一些基本领项，简单了解一下人形机器人的基本零件。一检查组装所需要的零件 装配前，我们得先做一些基本的准备工作。（一）工具（1）个人电脑。（2）螺丝刀。（3）剪刀。（4）其它工具。比方说钳子、手钻、镣子、锂刀等。（二）检查零件根据说明书中的内容，来仔细确实认一下自己手中的零件，看是不是和说明书上

19、的零部件列图所列的一致，其中包括产品的型号和个数。 确认完成后，同学们首先看一下说明书前面的局部，包括了平安说明、常遇到的符号说明、以及在装配过程中的考前须知等等。再仔细的阅读理解 了这局部内容后，同学们就可以开始动手组装人形机器人，可以按照指导书上面的步骤一步一步地进行。二各部件的安装（-）先来认识一下基本的符号语言表示警告。表示禁止。表示危险。表示小心破坏。表示要确认。表示诀窍。表示要点说明。（-）组装的步骤（1）给电池充电。在以后的调试或者装配舵机的时候，需要给舵机通电，来检测舵机的性能。充电时，先阅读下说明书的有关充电局部，仔细的了解相关 的考前须知，然后再去操作。（2）组装各组件。包

20、括肩部、腿部、脚部、控制等组件。也就是装配一下各个小局部。（3）框架的组装组装基本的框架，即机器人的基本外形。（4）舵机的组装包括胳膊、微部、腿部和脚踝处的舵机。安装时，先检查一下舵机的性能是不是正常。（5）装配躯体包括头部、腿部和胳膊的组装。（6）主控板的安装（7）连线将每个电机（舵机）的插口和主控板的接口相连接。在前面连接的过程中，要考虑舵机的每根线的固定，不要让其干涉到机器人的运行情 况。（8）安装电池（9）安装机器人的外壳上面的是组装机器人时的一般步骤，组装的时候可按照这个一步一步地进行。三、考前须知（1）舵机的调零安装时，要将电机调零后再进行安装。调零的过程和具体的步骤可参考说明书来

21、完成。（2 ）充电充电时，要注意一下使用电压，要不会烧毁电池.比方KONDO人形机器人是日本产的，它充电使用的电压是110V,所以必须接一个把220V电 压变成110V的变压器来使用，以防止将电池烧毁。在使用前，应该给电池充满电，为了考虑电池的寿命，我们第一次充电大概需要12个小时才能完成，如下列图所示的指示灯在刚开始充电时是 红色，而充满电后会变成灰色。在充电的过程中，如果遇见电池发热或者发出其他的怪声的情况，应该立即切断电源再查看原因。（3）当翻开电源开关时，由于电机（舵机）在通电的情况下，它就会自锁，为了防止损坏舵机，请不要随便的用力转动舵机。机器人调试本课难点重点：学会安装简单的软件，

22、重点掌握机器人的调试过程。前儿节，我们已经使我们的人形机器人具有了我们人一样的身体，现在只需要的是给它一定思想，他就能完成一定的作业任务。经过自己亲手的组 装，同学们肯定对人形机器人的构造还有部件有一定的了解，经过了好几节课的努力，我们终于把可爱的小伙伴给组装起来，现在惟一期待的就是 他能向人类一样会动起来。到底我们自己组装的有没有问题呢？我们就来检测一下。软件就是我们用来检测的工具，所以我们应该先安装一下工具，再熟练的掌握一下工具的使用，才能准确地完成检测任务。一软件的安装机器人驱动光盘配件，执行里面的安装程序，将机器人的特定软件安装到自己的计算机里面。在安装的过程中，只要根据安装界面所提供

23、的提 示信息来安装软件就可以了。安装完成后，关闭对话框。然后就可以运行该程序把机器人和电脑来连接起来，给我们的小伙伴一点人类的思想。可 以给机器人导入原先光盘所携带的动作，也可以运行自己所编写的程序，把自己的想法给机器人，让它按照你自己的意愿来做事。二连接先安装好电池，或者给机器人通电。再用数据线将机器人和电脑相连接，翻开机器人的电源开关，让电脑和机器人之间能正常地通信。在第一次使用机器人的时候，可能要求我们来安装一下驱动程序，在驱动光盘中，运行相应的程序就可以安装驱动。例如KONDO机器人的连接图：三调试完成前面两个步骤，接下来就是检测机器人。我们可以利用软件给我们的小伙伴灌入一些思想，给它

24、空白的大脑填充一点记忆。接着再进行相应的 操作，机器人就可以执行相应的程序来完成相应的动作。如果我们连接的完全正确，机器人就会执行CD里面的检测程序，它所展示的动作就会和 指导书上出现的一样。以KONDO人形机器人为例，如下图: 如果你的机器人展示的动作不是这个检测动作，那说明一定某个地方出现错误，需要我们来重新的检查一下连接情况，还有电机的安装顺序，以及后面主控板上面连线的连接情况。来确保以后动作的正常运行。人形机器人教学课程大纲2008-05-27 19:03第一节：讲解机器人开展史，及双足机器人现状的中外对照，布置思考题：机器人现状及对机器人的认识。第二节：每个学生讲讲他们对机器人的看法，介绍KHR-2HV机器人特点，介绍机器人电机、舵机、主控版、传感器等核心概念，开始接触设备。第三至四节：组装机器人。第五节：调试机器人的稳定性和基本动作，如初始位置等。第六节：软件界面的介绍和上机使用。第七节：编排机器人基本动作一：上肢动作。第八节：编排机器人基本动作二：机器人行走。第九节：编排初级舞蹈动作。第十节：专业动作一。第H一节：专业动作二。第十二节：内部舞蹈比赛，阶段总结。第十三节：为参加北京市或全国性机器人大赛作赛前准备。第十四至十八节：编排机器人太极舞或根据具体情况定。2008-05-27 19:03第一章对人形机器人的初步认识第一节：讲解机器人开展史，进行中外对照