《机器人技术及应用》PPT课件.ppt

2019/5/14,1,机器人技术及应用,中国矿业大学徐海学院,2/54,联系方式,3/54,课程目的,本课程介绍了机器人的前沿技术和发展趋势，重点讲述了机器人的执行机构、驱动系统、控制系统和检测系统。 采用理论学习和实践并重的教学方法，着重培养学生的实际动手能力，通过熟悉机器人的开发流程与设计方法，使学生能够简易机器人制作的基本方法。此外在控制系统中增加了人工智能和路径规划等算法应用，使得基础较好的同学能够获得进一步的机器人设计的实践机会。,4/54,学时分配,课程属性： 专业选修课 总学时数： 32 课内学时： 32 讲课学时数：24 实验学时数：8 学分： 2,5/54,课程大纲（约32学时）,6/54,开放性实验,地点：嘉园204 内容： 学生可以单独或者合作（最多3人）完成一个简单的机器人案例，可从下面的命题中选取，也可自己设计题目。 竞步机器人； 趋光机器人； 避障机器人。,7/54,考核方式和评分标准,考核方式 平时作业和表现（30%）+考试（70%）,8/54,机器人基础,机器人的概念,机器人的结构,机器人发展方向,机器人相关大赛,4,1,2,3,机器人行业是二十一世纪最具有前景和挑战的行业.,9/54,1 机器人的概念,1.1 机器人是什么？ 1.2 机器人是什么样子的？ 1.3 机器人谁先发明的？ 1.4 为什么要发明机器人？,10/54,机器人的概念,11/54,1 机器人的概念,1） 机器人是指南车. 2） 指南车是木头做的. 3） 指南车在我国黄帝期间就有了. 4） 指南车是为了满足指示方向用的. 5） 指南车首先应用于军事领域.,12/54,机器人的概念,13/54,1 机器人的概念,1） 机器人是火星车. 2） 火星车是由合金、橡胶等材料做成的. 3） 火星车是当代遥控机器人的顶峰. 4） 火星车是为了探索火星地质用的. 5） 火星车首先应用于探索领域.,14/54,机器人的概念,15/54,1 机器人的概念,1） 机器人是双足竞步机器人. 2） 竞步机器人是由铝合金等材料做成的. 3） 竞步机器人是当代类人机器人的先驱. 4） 竞步机器人是为了模仿人类行走设计的. 5） 我院的竞步机器人国内领先.,16/54,机器人的概念,17/54,1 机器人的概念,1） 机器人是机械大狗. 2） 机械大狗由镁铝合金等材料做成的. 3） 机械大狗是柴油发动机驱动的. 4） 机械大狗是为了运输战时物资用的. 5） 火星车首先应用于军事领域.,18/54,机器人的概念,19/54,1 机器人的概念,1） 机器人是骑车机器人. 2） 骑车机器人是由合金、橡胶等材料做成的. 3） 骑车机器人是当代控制领域的顶峰. 4） 骑车机器人是为了研究控制算法用的. 5） 骑车机器人首先应用于研究领域.,20/54,1 机器人的概念,1.2 机器人的共同点,共同点： 代替人进行工作； 像人一样使用工具； 由各种各样的复合材料制成； 使用各种能源为系统驱动；,21/54,1 机器人的概念,1.3 机器人的定义,1）美国机器人协会（RIA）定义： 一种为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”,22/54,1 机器人的概念,1.3 机器人的定义,2）日本机器人协会（JIRA）定义： “机器人就是任何高级的自动机械”,23/54,1 机器人的概念,1.3 机器人的定义,3）中国机器人定义： 机器人是可以自动执行工作的复杂的机电综合装置。机器人可接受人类指挥，也可以执行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。,24/54,1 机器人的概念,1.3 机器人的定义,4）国际标准化组织（ISO）定义： 联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“是一种为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。” 。,25/54,1 机器人的概念,1.3 机器人的定义,现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。,26/54,1 机器人的概念,1.4 机器人的发展史,1) 古代机器人 机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。,指南车,西周伶人,春秋木鸟,希腊自动机,记里鼓车,写字机器人,法国机器鸭,自动机器玩偶,木牛流马,27/54,1 机器人的概念,1.4 机器人的发展史,2) 现代机器人,1920,1939,1942,1948,1954,1968,1998,1999,2002,28/54,1.5 机器人的分类,操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有多个自由度 可固定或运动，用于相关自动化系统中。 程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械 动作。 示教型机器人：通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输 入工作程序，机器人则自动重复进行作业。 智能机器人： 以人工智能决定其行动的人。,29/54,2 机器人的结构,机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。,30/54,2 机器人的结构控制系统,控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息。,31/54,2 机器人的结构检测系统,检测系统的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。,32/54,2 机器人的结构执行机构,执行装置就是按照电信号的指令，将来自电、液压和气压等各种能源的能量转换成旋转运动、直线运动等方式的机械能的装置。按利用的能源来分类，主要可分为电动执行装置、液压执行装置和气动执行装置。,33/54,2 机器人的结构驱动装置,驱动装置是接收控制系统信号，并将控制信号转换成能驱动执行装置运动电流或电压的器件。,34/54,3 机器人发展方向,一、以为人服务作为发展要素 ； 二、以仿生性，生物性的发展趋向； 三、以人性化为最大发展目标。,机器人的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械手、机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。其未来将向以下三个方面发展：,35/54,3 机器人发展方向,一、以为人服务作为发展要素 ：,二十年后，家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。还有，家居的全自动化，无需驾驶的自动汽车等等将会出现。,36/54,3 机器人发展方向,二、以仿生性，生物性为发展趋向：,以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如日本三菱重工附属公司Ryomei Engineering研制成功的金色机械鱼“金鱼虎”长1公尺，重25公斤，是一只不 小的巨鱼，能自动畅游于水中， 可协助监察桥梁的保安和搜集鱼 汛的情况，监视河水污染等。,37/54,3 机器人发展方向,三、以人性化为最大发展目标：,在世纪之交，生物遗传工程因“克隆人”的出现而引致伦理、法律及道德问题的争议，“克隆人”能否问世仍然是一个未知数，但机器人的研发正在取而代之，以越接近人性化为追寻目标。,38/54,4 机器人相关的竞赛,1）中国青少年机器人大赛 2）全国职业院校技能大赛机器人项目 3）中国机器人奥林匹克大赛 4）中国机器人CCTV公开赛 5）中国机器人大赛暨RoboCup公开赛,39/54,中国机器人大赛暨RoboCup公开赛,40/54,41/54,42/54,43/54,44/54,