机器人绪论课件

机器人探秘,宁先雄 手机邮箱：,课程目标：掌握机器人运动学静力学基础知识，理解了解机器人控制技术，了解机器人发展历史和特种机器人技术特点；具备机器人研究的基本能力。,名称：BigDog 研制：由波士顿动力公 司于2005年研发。 动力：单缸 汽油发动机 驱动方式：液压系统 身高：0.7m 体长：1m、 体重：约75kg 负重：154 kg,量子理论 相对论 原子能技术 信息技术 DNA技术 机器人技术,1. 二十世纪的伟大发明,2.机器人发展史,人类的梦想 1920年捷克作家卡雷尔卡佩克（Karel Capek）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。,人类的梦想,阿西莫夫机器人三定律 （1942年） （1）机器人不应伤害人，也不得见人受到伤害而袖手旁观 ； （2）机器人应遵守一切命令，但不得违反第一定律 ； （3）机器人应保护自身的安全，但不得违反第一、第二定律。,艾萨克阿西莫夫 (Isaac Asimov，1920-1992) 美国著名科幻小说家、科普作家、文学评论家，美国科幻小说黄金时代的代表人物之一。 阿西莫夫一生著述近500本。其作品中以基地系列银河帝国三部曲和机器人系列三大系列被誉为“科幻圣经 ”。他提出的“机器人学三定律“被称为“现代机器人学的基石“。,人类的梦想 1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟。,2.机器人发展史,背景 计算机和自动化的发展； 原子能的开发利用。,成长,1965年：MIT演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。, 1967年：日本引进了美国的工业机器人，成立了人工手研究会（现改名为仿生机构研究会），同年召开了日本首届机器人学术会。,1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。, 1970年：在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。1970年以后，机器人的研究迅速普及。, 1973年：辛辛那提米拉克隆公司制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人。,壮大,1980年：工业机器人在日本普及，日本被称为 “机器人王国” ，1980年为“机器人元年”。, 1984年英格伯格再推机器人机器人护士助手。, 1998年丹麦乐高公司推出机器人(Mind-storms)套件。, 1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)。, 2002年美国iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba。, 2006年6月，微软公司推出Microsoft Robotics Studio平台，比尔盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。,发展,发展,2.机器人发展史,ABB、发那科、库卡、安川电机四家企业是全球主要的工业机器人供货商，2013年50亿美元。,3.工业机器人应用,冲压搬运机器人,机器人椅脚自动抛光,不锈钢架氩弧焊,全自动焊接生产线,汽车： 39% 电子电气 ：20% 金属和机械： 9% 橡胶和化工： 7% 食品和饮料 ：4% 其他： 21%,2013年全球机器人销量在行业中的份额,工业机器人玻璃包边,工业机器人码垛,机器人双机搬运,4.机器人分类,（1）工业机器人：面向工业领域机器人。,（2）特种机器人：其他机器人。,服务机器人、水下机器人 娱乐机器人、军用机器人 农业机器人,按应用领域分,4.机器人分类,按年代分,另一说机器人分四代 第一代机器人：示教再现型机器人。 第二代机器人：感觉型机器人。 第三代机器人：情感识别与表达型机器人。 第四代机器人：情感理解型机器人。,一说机器人分三代 第一代的机器人：遥控操作器。 第二代机器人：可编程机器人。 第三代机器人：智能机器人。,（1）极坐标操作机,（2）圆柱坐标操作机,（4）平行关节操作机/SCARA,（5）关节型操作机,（3）直角坐标操作机,工业机器人按位置机构分类,4.机器人分类,5.我国机器人发展,90年代：研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等用途的工业机器人实施了一批机器人应用工程；形成了一批机器人产业化基地。,1972年：开始研制自己的工业机器人。 80年代：对工业机器人及其零部件进行攻关；完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发；研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人；863计划成功地研制出了一批特种机器人。,大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期；80年代的开发期；90年代的适用化期。,排爆机器人上海未来伙伴机器人有限公司,旋翼无人机 沈阳自动化研究所研,医疗机器人 第三军医大学,水陆两栖蛇形机器人 沈阳自动化所,水下6000米无缆自治机器人 沈阳自动化研究所，蒋新松院士,点焊机器人哈尔滨工业大学沈阳自动化所,搬运机器人 海尔机器人公司,弧焊机器人沈阳新松公司,机器人应用工程 一汽集团 沈阳自动化所 哈工大,自动化高压水切割工作站 北京机械工业自动化所,6.特种机器人最新进展集锦,(1)仿人形机器人ASIMO（2010）,日本本田公司（http:/www.honda.co.jp/ASIMO/） 1986-1993年陆续推出E0E6机器人 1993-2000年陆续升级为P1、P2、P3机器人 2000年开始升级为ASIMO（Advanced Step Innovative Mobility）机器人。,6.特种机器人最新进展集锦,2014版，每只手有13个自由度，能表演手语。,(1)仿人形机器人ASIMO（2010）,2014版，改进了下肢，拥有更好平衡性，能够更快、更平稳的攀爬楼梯。,9.机器人学的研究领域 机械手设计；机器人运动学和动力学；机器人轨迹规划； 机器人驱动技术；机器人传感器；机器人视觉；机器人控制；机器人本体结构；机器人智能等。,6.特种机器人最新进展集锦,村田小女孩 独轮车 机器人,美女机器人,美国军用爬壁侦查机器人,2010日本机器人研发进展,机器人外骨骼,（2）其他特种机器人,折纸(哈佛微型机器人实验),美国超灵活机械手演示（2013）,化学实验室7关节双臂机器人,美国“猎豹”机器人室外奔跑纪录,7. 工业机器人制造,8.机器人技术发展方向, 缩短实时系统响应的总时间； 具有先进的人工智能以增强自主决策能力； 传感器和执行器更为小巧和轻便以减小机器人的体积并提高能效； 具有能量监测和发电能力以延长自主工作时间。,10 机器人的基本结构,机械手或移动车：这是机器人的主体部分，由连杆、活动关节以及其它结构部件构成。如果没有其它部件，仅机械手本身并不是机器人。 末端执行器：这就是连接在机械手最后一个关节上的部件，它一般用来抓取物体，与其它机构连接并执行需要的任务。机器人制造商一般不设计或出售末端执行器，多数情况下，他们只提供一个简单的抓持器。一般来说，机器人手部都备有能连接专用末端执行器大接口，这些末端执行器是为某种用途专门设计的。 驱动器：驱动器是机械手的“肌肉”。常见的驱动器有伺服电机、步进电机、气缸及液压缸等，也还有一些用于某些特殊场合的新型驱动器。驱动器受控制器的控制。,传感器：传感器用来收集机器人内部状态的信息或用来与外部环境进行通信。 控制器：机器人控制器与人的小脑十分相似，虽然小脑的功能没有人的大脑功能强大，但它却控制着人的运动。机器人控制器从计算机获取数据，控制驱动器的动作，并与传感器反馈信息一起协调机器人的运动。 处理器：处理器是机器人的大脑，用来计算机器人关节的运动，并且监督控制器与传感器协调动作。处理器通常就是一台计算机，只不过是一种专用计算机。它也需要拥有操作系统、程序和像监视器那样的外部设备等，同时它在许多方面也具有与PC处理器同样的功能和局限性。,软件：用于机器人的软件大致有三块。第一块是操作系统，用来操作计算机；第二块是机器人软件，它根据机器人的运动方程计算每一个关节的必要动作，然后将这些信息传送到控制器，这种软件有多种级别，即从机器语言到现代机器人使用的复杂高级语言不等；第三块是例行程序集合和应用程序，它们是为了使用机器人外部设备而开发的（例如视觉通用程序），或者是为了执行特定任务而开发的。,目前最有影响的国际会议是IEEE每年举行的机器人学与自动化国际会议（ICRA），此外还有国际工业机器人会议（ISIR）和国际工业机器人技术会议（CIRT）等。出版的相关刊物有“IEEE Transactions on Robotics”、“Robotics Research”、“Robotics and Automation”等多种。,11 机器人学的国内外研究现状,目前，机器人的发展已经由单纯的工业机器人走向多样化、高智能方向。机器人技术正逐步向着具有行走能力、多种感觉能力以及对作业环境的较强自适应能力的方面发展。对全球机器