2014机器人控制课程考查第1章绪论

哈尔滨工业大学（）Ch.1哈尔滨工业大学（） 早在我国西周时期（公元前1066年－前771年），东汉时期（公元25－220年），1800年前，著名科学家不仅发明了地动仪、记里鼓车，而且发明了三国时期，蜀国丞相成功地制造了木牛”巧胜，被后人传为佳话。木牛流马虽已国志·传》记载：“（建兴）九年，亮复进入近代之后，人类社会出现了第一次工业和科学。随着各种自动机器、动力机和动力系统的问世，机器人开始由幻想时期进入自动机械时1768－1774，钟表名匠父子三人设计制造出三个像一样大小（身高1米）的机哈尔滨工业大学（）1920年，捷克剧作家.凯佩克在幻想情节剧《的万能机器人》（Rossum’sUniversalRobots，RUR）中，第一次提出哈尔滨工业大学（） Robota”衍生而来的，意为各国对机器人的译法，几乎都从捷克语“robota”音译为“罗”（如英语robot，日语ロボットроботroboter等），只有中国译为“机器1950年 科学幻想小说巨匠

哈尔滨工业大学（）IRobot“Robotics”，即“机器人学”。提出了著名的“机器人三守则（ThreeLawsof机器人不能危害人类，不能眼看人类受机器人必须服从于人类，除非这种服从机器人应该能够保护自身不受 ，除这三条守则给机器人赋以 观。至机器人的准则 夫因此被称为“机现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利1954年，的·（George.G.Devol）设想了一种可控制的机械手，并制造出世界上第一台可编程的机器人（UniversalAutomation：万能自动化）。虽然它是一台试验的样机，然而它体现了现代工业广泛应用的机器人的主要特征。了“适用于重复作业的通用性工业机器人”一文，并于1961年获得了专利。1962年，万能自动化（Unimation）公司的第一台机器人Unimate在通用汽车公（GM）投入使用，这标志着第一代机器人的诞1962年，AMF公司生产出（意思是万能搬运）Unimation公司生产的Unimate口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人

“七五”期间（1986－1990年），完成了示教再1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始 上世纪90

哈尔滨工业大学（威海）141962年， 万能自动化公（Unimation）第一台机器人e在 通用汽车公司（M投入使用，标志着第一代机器人的诞生。1969年 田大学加藤一郎长期致力誉为“仿人机器人之

哈尔滨工业大学（威海）15专家一向以研发仿人机器人和机公司的ASIMO和索尼

哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海）人，ASIMO名字象征着Advanced（新）、Stepin（进 走、上阶、弯腰等各项“复杂”动作；并可以随着音乐翩翩人类互动协作进行握手、猜拳等动作，似乎科幻中的情节.

>自在步行:ASIMO可以在平坦的地面上顺畅行走。可调整步伐来保持上半身的平>上阶:ASIMO可在步行中预测前方情况，遇到台阶自动修正位置：ASIMO可自行识别步行路线上的标直线行走：ASIMO在双脚均离地时可积极地控制 的新技术使ASIMO的最制，保持稳定的旋回奔全身协调运动：ASIMO可配合步行来控制手腕的动作，还会跳舞。2005年末Honda的新技术提高了提高全身平衡性的同时实现

力度传感器，ASIMO可根据实际情况交接实物。比如，ASIMO可推车前进：运用手腕的传感器，ASIMO可调整左右手腕的推力，保持与推车之间的合适距离，一边前进一边推车。当推车遇到障碍时，ASIMO还会自行并改变行进方向，直线或者转弯推

识别声音和来源：ASIMO可识别人以及其它响动，可ASIMO还可以识别声音的来源，当你叫它时，它还会把头转向你的方向，看着说话的人面部识别：检测出由头部装载 机提供的影像信息中的多个移动物体，能识别 中的面部，称呼 、传达信息，可做向导。可识别识别移动物体：通过头部摄像头，ASIMO可辨别出多个移动体，并判断出与其的距离、方向。凭借头的信情景和的识别：从影像信息中检测出手的位置和运动，识别和动作。不仅仅可识别声音指令，也可以使别人的自然动作并作出反应。当你伸出手时，ASIMO会跟你握手。当你挥手时，握物的位置，可以避免碰撞并绕行。人或其他移动的物突然出现在面前时会停下来，离开后继续步行。2005年末Honda的新技术提高了各传感器的NewIC通信卡：根据IC通信卡提对方的属性和位置，判断与客人的距离，还会与擦身而过的人打招呼，将客人引导至预定的场所，可根据顾客的信息进行适宜哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海）1978，Unimation公司推出通用工业机器PUMA志着工业机器人技术已经完全成PUMA至今仍然工作在工厂哈尔滨工业大学（威海）252002年，iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开，自动设计行进路线，还清扫家具下方的能力很可能是机器人吸尘器最大的优点之一。/propaganda/72.html哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海）2006年6微软公司推出Robotics化、平台统一化的趋势越来越明显，.，家用机器人很快

哈尔滨工业大学（威海）27人的自动机，具有智力的和顺从于人但不具有的机器”。这是一种对理想机器人的描述，到目前为机器人(RIA)的定义：机器人是“一种用于移动各种材料、零件、工具或装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手(manipulator)”。这个定义叙述具体，更适用于对工业机哈尔滨工业大学（威海）28 “一种装备有 装置和末端执行器(endeffector)的 控制自身行为的机器”。（感觉→识别→决策）哈尔滨工业大学（威海）29局(NBS)的定义：机器人是“一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置国际标准化组织(ISO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和装置，以执哈尔滨工业大学（威海）30动化的机器，这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协哈尔滨工业大学（威海）31哈尔滨工业大学（威海）32力。通用性也意味着，机器人具有可变的几何结器人能够自我执行完全指定的任务，而不管任清扫机器人、焊缝自动

哈尔滨工业大学（威海）33图 本

内内传感 器 息

控机器人模型制环境模型器（工作任务器算机 33哈尔滨工业大学（威海）34b)

哈尔滨工业大学（威海）35图1.2哈尔滨工业大学（威海）36

哈尔滨工业大学（威海）37哈尔滨工业大学（威海）38 CALLSOLID(CUBOID,”Block”,xlen,ylen,zlen)

哈尔滨工业大学（威海）42数目称为自由度(DOF,degreeof R1R2三个平移自由度T1T2,Z Y 图1.3哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海）机器人的自由度：当确定机器人手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数目，不包图1.4

哈尔滨工业大学（威海）44 机器人的按直角坐标形式配置，即通过3个其运动是解耦的，控制简单；但运动灵活性较哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海）图1.5

哈尔滨工业大学（威海）46机器人的按圆柱坐标形式配置，即通过两个移哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海）47图1.6哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海）

哈尔滨工业大学（威海）49 的运动由一制也较复杂；但运动灵活性好，自身占据空间也较小。 哈尔滨工业大学（哈尔滨工业大学（威海）图1.7哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海）

哈尔滨工业大学（威海）52 其运动由前后臂的俯仰及立柱的回转构成；运动耦合性强，控制较复杂；但运动灵活性最好，自身占据空哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海）53图1.8哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）56(1)非伺服机器人（Non-servorobots）图1.9插销板用来预先规定机器人的工作顺序，而且往往是可调的。定序器是一种定序开关或步进装置，它能够按照预定的正确顺序接通驱动装置的能源。驱动装置接通能源后，就带动机器人的、腕部

哈尔滨工业大学（威海）58(2)伺服控制机器人（Servo-controlledrobots）

哈尔滨工业大学（威海）59 手动操作手：是一种由操作人员直接进行操作的具逐步地重复执行给定的作业任务的机械手，其预定复演式机器人：这种机器人能够按照装置存储的信息来复现原先由人示教的动作。这些示教动作智能机器人：它能够采用传感器信息来独立我决策能力，成功地进行相应的工作，而不管其有几个自由度，有操作员，能实现若干预定智能哈尔滨工业大学（威海）63 把JIRA分类法中的后四种机器：变序机器人、复演式机器人、程控机器人、智能机器人当作机器人。 D型：VI，能获取一定的环境数据，称为第二代机

哈尔滨工业大学（威海）64 一般机器人，不具有智能，只具有一般编程能力传感型机器人(SensoryRobot):具有利用传感信息（包交互型机器人(In ctiveRobot):机器人通过计算机 自主型机器人(AutonomousRobot):在设计制作之

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哈尔滨工业大学（威海）66工业机器人是指在工业中应用的一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。且这种操作机可以固定在一个地

哈尔滨工业大学（威海）67六足伐木机器人除了具有传统伐木机械的功能之外，它最大的特点就在于其巨型的昆虫造型了，因此它能够更好的适应复杂的路况，而不至于像轮胎或驱动的产品那样行动不便。采摘草莓的机器人这款机器人内置有能够感应色彩的摄像头，可以轻而易举地分辨出草莓和绿叶，利用事先设定的色彩值，再配构，它就可以判断出草莓的成熟度，并将符合要求的草

哈尔滨工业大学（威海）70RI-MAN一个由科学家的研究小组成功研制出一种新型机器人“RI-MAN”，这种机器人不仅具有RI-MAN机器人身高158厘米，重100已能背负重1270公斤的重量。RI-MAN机器人全身覆盖着厚5究，RI-MAN机器人最终用于护理老年人或从事康手术系统主要由控制台系统、操作臂系统和成像系统组成，其中控制台系统由计算机系统、手术操作监视器、操作手柄、脚踏板及其他输入输出设备组成。手术时外科医生可坐在远离手术台的控制台前，借助三维视觉，双手控制主操作手，手部动作传达到机械臂及手术器械，完成手术操作。这种主从控制的工作方式增加了操作的精确性和平稳性，其技术优势 性

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哈尔滨工业大学（威海）77 yOperatedVehicle）及自主型:AUV（Autonomous 各国都在开发各种用途的水下机器人。

哈尔滨工业大学（威海）78是指在地面上使用的机器人系统，它们不仅在和平时期可以帮助民警排除、完成要地保安任务，战场上可以代替士兵执行、扫雷、侦察和等各种任务。 参与实战的机器兵现身巴格达2007年6月，研制的“剑(“SWORDS”)式机器人被正式批准投放到战场，这是世界上第一种投入实战使用的机器人。这种全名为“特种观测侦察探测系统”的机器兵，每分钟能发射1000发，它们将成为历史上第一批参加与敌方面对面实战的机器或者7.62毫米口径的M240机枪，外加M16系列突击与 16毫米火箭弹，它能够连续向敌方发射数百发及火箭弹。此外，每个“剑”还拥有4台机、夜候与能力。此外，“剑”式机器人能轻易通过验表明，已经研制成功的2个配有的机器人狙击手，它们的电脑控制中率几乎可达到100%。在部署“剑”机器兵，则是未来机器战中的重要一步。

哈尔滨工业大学（威海）80又叫无人机，近年来在机器人中，无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域，无人机广泛应用于侦察、监视、、目标等领域。RQ-4“全球鹰”无人机用于进行空中成像（光电和）侦察和无线电技术侦察，以向地面指挥所传递并实时处理，为和其他军种在各个的行动提供保障。目前它是唯一批量生产

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宇航局开发出全地形六足星际探测器(缩写为Athlete，运动员)，频显示的那样跳舞。但是更令人惊讶的是未来人类甚至可以利用Xbox很缓慢，但即便如此，将能让宇航局的宇航员更加有效地安排任务。这也意味着科学家不需要训练就能控制Athlete。该设备拥有6条关节型腿，腿上安有，因此即便在凸凹不平的地形上，它也能行动自如。这些可以用来固定，事实上它们当脚使用，以便Athlete从软泥里爬出Athlete高13英尺(3.96米)，重357石(2268公斤)，它可携带超过2285更重，不过宇航局已经把它制成一个便携式多面手。它的腿上安装了钻和铲子等工具。这些工具由负责旋转的相同发动机提供动力。除此锚可以向不同方向旋转。几个这种螺形地锚可把机器人牢牢固定在地面上，然后按次序移动地锚，让它稳稳当当