机器人控制技术与实践 课件 第1章 绪论

1机器人控制技术与实践2内容1绪论2机器人的机械结构系统3机器人电路设计4机器人中的传感器5机器人控制系统6轮式巡线机器人的设计与制作7仿人竞速机器人的设计与制作3第一章绪论1.1机器人的概念与发展历史1.2机器人的组成和分类1.3机器人的关键技术1.4机器人的应用1.5机器人技术的发展41.1机器人的概念1、什么是机器人？2、机器人的任务是什么？

机器人是自动执行任务的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则行动。协助或取代人类的工作。51.1机器人的概念体操机器人排爆机器人61.2机器人的组成和分类机器人执行机构驱动装置控制系统感知系统

基座（固定或移动）手部腕部臂部腰部电驱动装置液压驱动装置气压驱动装置处理器关节伺服控制器内部传感器外部传感器1.2机器人的组成和分类

机器人的执行机构主要是执行驱动装置发出的系统指令。相当于人的肢体。1、执行机构机器人底盘有固定式和移动式两种类型，在移动式的类型中，有轮式、履带式和仿人形机器人的步行式等。1.2机器人的组成和分类

驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。2、驱动装置

通常包括驱动源、传动机构等，相当于人的肌肉、筋络。

驱动系统可分为电气、液压、气压驱动系统以及它们结合起来应用的综合系统组合。1.2机器人的组成和分类

控制系统相当于人的大脑，通常包括处理器及相应的软件代码组成，用于进行任务及信息处理，并给出控制信号，控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。3、控制系统1.2机器人的组成和分类

感知系统由内部传感器和外部传感器组成，相当于人的感官。4、感知系统

内部传感器用于检测各关节的位置、速度等变量，为闭环伺服控制系统提供反馈信息。

外部传感器用于检测机器人与周围环境之间的一些状态变量。1.2机器人的组成和分类各部分之间的关系内部传感器（位形检测）控制系统驱动装置执行机构工作对象外部传感器（环境检测）处理器关节控制器1.2机器人的组成和分类1、按用途分类

国际上通常将机器人分为工业机器人和服务机器人两大类。我国按应用环境将机器人分为工业机器人和特种机器人两大类。工业机器人弧焊机器人点焊机器人搬运机器人装配机器人喷涂机器人抛光机器人1.2机器人的组成和分类2、按驱动形式分类名称特征说明气动机器人以压缩空气来驱动执行机构，动作迅速、结构简单、造价低，但工作速度的稳定性差等。液压传动机器人以液压方式驱动执行机构，其传动平稳、动作灵敏、出力大，但要求密封性较高。电动机器人采用电动方式驱动执行机构，常用的有步进电机驱动、直流电机驱动和交流驱动，其控制方法灵活、结构紧凑简单。1.2机器人的组成和分类名称

特征说明

第一代机器人（可编程及示教再现）按事先示教或编程的位置和姿态进行重复作业的机器人。（实用，主要用于搬运，喷漆，点焊等）第二代机器人（感知机器人）带有如视觉触觉等外部传感器，具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能。可完成较为复杂的作业，如装配，检查等第三代机器人（智能机器人）除具有外部感觉感知功能，还具有一定决策和规划的能力，从而可适应环境的变化而自主地工作。3、按智能水平分类1.3机器人的关键技术研究内容涉及基础研究和应用研究两个方面(1)机械设计； (2)机器人运动学、动力学和控制；(3)轨迹设计和路径规划；(4)传感器(包括内部传感器和外部传感器)；(5)机器人视觉；(6)机器人语言；(7)装置与系统结构；(8)机器人智能等。1.3机器人的关键技术1、信息感知

感知是机器人与环境、机器人与人以及机器人之间进行交互的基础。通常机器人感知外部环境的方法，就是通过传感器采集外部的信息，进行分析处理。1.3机器人的关键技术2、执行机构运动机构

机器人执行机构的任务是根据机器人的指令完成机器人的运动和作业任务，通常由运动机构和执行结构组成。执行机构1.3机器人的关键技术2、执行机构运动机构

机器人执行机构的任务是根据机器人的指令完成机器人的运动和作业任务，通常由运动机构和执行结构组成。1.3机器人的关键技术2、执行机构

机器人执行机构的任务是根据机器人的指令完成机器人的运动和作业任务，通常由运动机构和执行结构组成。执行机构1.3机器人的关键技术3、运动控制

对于一个具有高度智能的机器人，它的控制系统实际上包含了任务规划、动作规划、轨迹规划和伺服控制等多个层次。

机器人的工作方式主要包括半自动和全自动的方式。半自动的机器人需要人机接口来控制机器人的工作，全自动工作的机器人可完全根据环境情况和预置程序完成所需的任务。1.4机器人的应用1、工业机器人1.4机器人的应用2、服务机器人家庭服务机器人1.4机器人的应用2、服务机器人娱乐服务机器人1.4机器人的应用2、服务机器人医疗服务机器人1.4机器人的应用3、水下机器人

在未知的水下环境，由于机器人的承受能力大大超过载人系统，并且能完成许多载人系统无法完成的工作，所以水下机器人逐渐扮演着越来越重要的角色。

水下机器人分为两种，一种为远程遥控潜器（ROV）；另一种称为自治水下潜器（AUV）。前者是带缆操作，后者是无缆操作。1.4机器人的应用3、水下机器人“蓝鳍金枪鱼”水下机器人“探索者”号水下机器人1.4机器人的应用4、无人机1.4机器人的应用5、空间机器人“索杰纳”火星车“玉兔号”月球车1.5机器人技术的发展智能机器人技术材料感知仿生网络微型智能交互前沿技术探索多机器人协调技术人－机器人和谐共存与交互网络化与移动感知新型机构与驱动仿生运动与智能控制微纳操作技术关键技术攻关仿生与生物机器人极地科考机器人助老助残家庭服务微制造机器人装备核工业机器人油气管道检测电力检测机器人系统集成应用示范1.5机器人技术的发展1、软体机器人

软体机器人与常见的刚硬材质机器人不同，是一类由软体驱动材料构成的新型仿生连续体机器人。

气动软体机器人1.5机器人技术的发展2、感知与交互

软体机器人与常见的刚硬材质机器人不同，是一类由软体驱动材料构成的新型仿生连续体机器人。表面肌电