机器人学基础_第1章_绪论1.ppt

1、，内容，课程安排，2008年机器人学十大新闻机器人学的发展机器人学和人工智能的结构、特征和分类，1，第1章引言，2，1.1机器人学的发展，1.1.1机器人学的起源人类的长期愿望：创造一个像人类一样的机器来代替人类完成各种任务；木制的牛和马？1.1机器人技术的发展，3.1.1机器人技术的历史。1920年，捷克剧作家卡雷尔克佩克在幻想剧红蜘蛛世界机器人(RUR)中首次提出了“机器人”一词。机器人(捷克语，原意为“苦役”)机器人(英文，“Robot”)，1.1机器人学的发展，4.1.1.1机器人学史，1950年，美国科幻巨匠阿西莫夫在小说我是机器人中写道。著名的“机器人三定律”:第一定律：a机器人不

2、能注射人，或者，通过行动，允许人受到伤害。第二定律机器人必须服从人类给它的命令，除非这种命令与第一定律相冲突。第三定律：机器人必须保护自己的存在，只要这种保护不与第一或第二定律相冲突，艾萨克阿西莫夫，1.1机器人技术的发展，5，1.1.1机器人技术的历史。1962年，第一个机器人Unimate在通用汽车投入使用，标志着第一代机器人的诞生。1.1机器人技术的发展，6.1.1机器人技术的历史。1969年，日本早稻田大学的加藤一郎实验室开发了第一个双足行走机器人。加藤一郎长期致力于仿人机器人的研究，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家一直擅长开发人形机器人和娱乐机器人。后来，他们更进一步，诞生了本田的

3、ASIMO和索尼的QRIO。1.1机器人技术的发展7.1.1机器人技术的历史1978年，美国Unimation公司推出了PUMA，一种通用的工业机器人，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。彪马仍然在工厂的第一线工作。1.1机器人技术的发展，8.1.1机器人技术的历史。2002年，丹麦iRobot公司推出了Roomba，这是一款真空吸尘器机器人，它可以避开障碍物，自动设计行进路线，并在电力不足时自动开到充电站。Roomba是世界上最大、最商业化的家用机器人。1.1机器人技术的发展，9.1.1机器人技术的历史2006年6月，微软公司推出了微软机器人工作室，机器人模块化和平台统一的趋势越来越明显。比

4、尔盖茨预测家用机器人将很快风靡全球。1.1机器人技术的发展，10，1.1.2机器人的定义机器人的定义1机器人是“一个看起来像人的自动机，一个有智能和服从人类但没有个性的机器”。(简明牛津词典，COD)定义2“一种可重新编程的多功能机械手，设计用于通过各种编程运动来移动材料、零件、工具或专用设备，以执行各种任务”(机器人工业协会，RIA)，1.1机器人技术的发展，11，1.1.2机器人技术的定义，定义3工业机器人是“一种配备有记忆装置和末端执行器的通用机器，它可以通过自动完成各种运动来旋转和代替人类劳动。”(日本工业机器人协会，吉拉)定义4机器人是“一种可以被编程并在自动控制下执行某些操作和移动

5、任务的机械装置。”(国家标准局，NBS)，1.1机器人技术的发展，12，1.1.2机器人技术的定义，定义5“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，它有几个轴，可以处理各种材料、零件、工具和特殊装置，并具有可编程操作以执行各种任务。”国际标准组织(ISO)定义6机器人(1)像一个人或一个人的上肢，并能模仿人的动作；(2)具有智力或感官和识别能力；(3)它是人造机器或机电设备。中国，1.1机器人技术的发展，13，1.1.3机器人技术的进步，自20世纪70年代以来，机器人技术的发展特点，机器人回收期理论，促进了对机器人产业的投资；日本后来居上，成为“机器人王国”；机器人产业在全

6、世界发展迅速。应用范围涵盖工业、科技和国防的各个领域；形成了机器人学的新学科；机器人正朝着智能化的方向发展。1.1机器人技术的发展，工业机器人的预计年出货量，14，1.1机器人技术的发展，2006-2007年按主要行业分列的世界工业机器人的预计年供应量，15，1.1机器人技术的发展，内容，课程安排，2008年十大机器人技术新闻，机器人技术的发展，机器人技术和人工智能的结构、特征和分类，16，Ch。1引言，17，1.2机器人的特征，结构和分类，1.2.1机器人的主要特征普遍性是指执行不同功能和完成各种简单任务的实际能力，这取决于其几何特征和机械能力。适应性适应性适应性是指其适应环境的能力，也就是

7、说，所设计的机器人可以执行并非完全由自身分配的任务，而不管任务执行过程中发生的意外环境变化。1.2机器人的特征、结构和分类，18，1.2.2机器人系统的结构，一个机器人系统，一般由四个交互部分组成：机械手、环境、任务和控制器。图1.1机器人系统的基本结构，机械手有一个驱动执行机构的机构，它由手臂、关节和末端执行机构(工具等)组成。)。1.2机器人的特点、结构和分类，19、一个机器人系统，一般由四个交互部分组成：机械手、环境、任务和控制器。图1.1机器人系统的基本结构，环境环境是引导机器人的周围环境。环境不仅由几何条件(可及空间)决定，还由环境及其包含的一切自然特征决定。1.2.2机器人系统的结

8、构，1.2机器人的特点、结构和分类，20、机器人系统一般由四个交互部分组成：机械手、环境、任务和控制器。图1.1机器人系统的基本结构，任务被定义为两种环境状态(初始状态和目标状态)之间的差异。这些任务必须用适当的编程语言来描述。1.2.2机器人系统的结构，1.2机器人的特征、结构和分类，21、机器人系统一般由四个交互部分组成：机械手、环境、任务和控制器。图1.1机器人系统的基本结构。控制器机器人接收来自传感器的信号，处理数据，并根据预先存储的信息、机器人的状态及其环境条件产生控制信号来驱动机器人的每个关节。控制器的存储器主要包括：(1)机器人动作模型(2)环境模型(3)任务程序(4)控制算法，

9、1.2.2机器人系统的结构，1.2机器人的特征、结构和分类，22，1.2.3机器人自由度，1.3刚体自由度，图1.3刚体六自由度，1.2机器人特征、结构和分类，23，1.2.3机器人自由度，机器人自由度，图1.4机器人自由度按几何结构分类圆柱形机器人，图1.6圆柱形机器人，1.2机器人的特征、结构和分类，25，1。按几何结构分类，球形坐标机器人，图1.7球形坐标机器人，1.2.4机器人分类，1.2特征，机器人的结构和分类，26，铰接球形机器人，图1.8铰接球形机器人，1.2.4机器人分类，1 .按几何结构分类，1.2特征，机器人的结构和分类，27，非伺服机器人根据预编程的程序序列工作，图1.9有限序列机器人框图，1.2.4机器人分类，2。按控制模式分类，1.2机器人的特征、结构和分类，28，伺服控制机器人是一个反馈控制系统，如图1.10，伺服控制机器人框图，1.2.4机器人的分类，2 .按控制模式分类，1.2机器人的特征、结构和分类，29，3所示。根据控制器的输入信息分类，日本工业机器人协会(JIRA)将手动排序机器人、排序机器人、重复机器人、程序控制机器人和智能机器人分类，美国机器人协会(RIA)将最后四种JIRA分类视为机器人。1.2.4机器