robot机器人概论1

机器人概论,华南农业大学工程学院贾瑞昌rcjia课件地址：,课程简介,本课程介绍了机器人在工农业生产过程以及生活中的具体应用，机器人技术的设计思想和发展趋势。机器人驱动、操作手关节、手臂、手腕、手，以及进一步完整发展机器人需要的关于腿、动力源、计算机和人工智能等方面的知识，概述了机器人本体机械结构、驱动方法、运动学分析、控制及感觉系统、机器人语言等多个方面的研究成果和发展趋势。,机器人交叉的边缘学科,机器人是一门多学科综合交叉的边缘学科，它涉及机械、电子、运动学、动力学、控制理论、传感检测、计算机技术和人机工程，机器人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的有机融合通过这门课的学习，掌握机器人的发展、应用和未来的发展方向，了解机器人机构设计、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。,教学内容,序论机器人类型及其应用机器人本体的机械结构机器人驱动方法机器人的控制、感觉和语言机器人实例讨论,参考教材,教材：机器人学.张铁，谢存禧编.华南理工大学出版社，2003参考书：机器人学.蔡自兴等.清华大学出版社，2000年自行购买、图书馆、互联网等,考核方式,考试范围和分数比例考察方式：考查、论文和试验报告学生平时成绩30%综述报告70%课程学习结束后，学生需交付：专题综述报告。,平时成绩,出勤每次1分，总共10分，点名一次不到扣1分课堂提问主动参与课堂讨论酌情加分小作业1次,期末论文,要求完成一片交流论文，加强对课程所学知识的理解和具体运用，结合课程讲解的理论知识和应用例子，独立完成查阅相关资料、方案设计、优化改进、论文写作的工作，提交一篇较为完整的学术论文，作为课程的考核材料。,重要,课程论文要求,题目自定，最好结合自己本专业相关素材，在自己所学专业的知识专业领域内选择，也可以选择一些通用的题目，比如“小型足球机器人设计”，“西瓜采摘机器人设计”等等。要充分查阅相关资料，深入分析设计内容，制定出完整的机器人设计思路，论文中特别要说出设计的特点和独创性，做到设计合理、思路清晰、叙述流畅，具有一定的创新性。在内容上写出论文设计的框架即可，具体的结构设计、机械电路、程序编制等受专业知识限制不做严格要求。可参考中国科学技术大学，RoboCup小型足球机器人结构设计与分析。论文内容应该不少于3000字，包括图片、图表等不少于打印稿三页纸，写作格式严格按照论文写作格式，可参考附例。,重要,注意事项,严禁抄袭，否则按照零分处理，引用资料必须给相关参考文献，在文中标出出处。论文应该在学期结束的第18周，提交一份书面文稿，交到老师手中或者工程学院北楼105。,重要,建议,认真听讲阅读课外参考资料独立完成相关工作做好考察论文,序论,什么是机器人机器人的发展历史机器人发展现状和趋势,什么是机器人?,机器人,关于机器人有各种不同的定义，比较统一的定义是联合国标准化组织(ISO)采纳的美国机器人协会的“机器人”定义：“一种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程的动作的专门系统”Arepro-grammableandmultifunctionalmanipulator,devisedforthetransportofmaterials,parts,toolsorspecializedsystems,withvariedandprogrammedmovements,withtheaimofcarringoutvariedtashs.,机器人的定义,1984年12月在巴黎召开了“工业机器人学会”，提出了下述机器人定义的提案，并基本上得到了各国代表的承认：ROBOT：Arobotisamachinewhichcanbeprogrammedtoperformsometaskswhichinvolvemanipulativeorlocomotiveactionsunderautomaticcontrol.即机器人是一种可编程的，能执行某些操作或移动动作的自动控制机械。,机器人名字的由来,1920年捷克斯洛伐克剧作家KarelCapek在其科幻作品RossumsUniversalRobots中第一次使用了单词Robot。这个词来源与捷克语中的Robota，本意为奴隶这部科幻剧作讲述了第一次世界大战后，工厂向自动化发展的情景。在工厂里制造出机器人，取代了工厂中工人的位置。可随两者矛盾的激化，机器人发动叛乱造了它们的主人人类的反。机器人为了自己生命的延续逼迫人类对机器人进行解剖，以获取制造机器人的方法。当人类被迫要解剖机器人时，却面临着一对互相爱恋的机器人，它们都乐于为对方作出牺牲这使人类感到了爱情、正义和希望所在。,古代的机器人,列子汤问:记载，周穆王在位时工匠偃师制造出了一个逼真的机器人，它能做和人一模一样的动作。被斩首的机器人,木牛流马,三国时，又出现了能替人搬东西的“机器人”。它是由蜀汉丞相诸葛亮发明的，能替代人运输物资的机器“木牛流马”，也就是现代的机器人步行机。它在结构和功能上相当于今天运输用的工业机器人。,端茶玩偶,1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪演出。18世纪末通过改进，制造出了端茶玩偶。它是木质的，发条和弹簧则是用鲸鱼须制成的。它双手捧着茶盘，如果把茶杯放在茶盘上，它便会向前走，把茶端给客人，客人取茶杯时，它会自动停止行走，客人喝完茶把放回茶盘上时，它就又转回原来的地方。,Mechanicalman-Boilerplate,BuiltinasmallChicagolaboratory.ItwasdevelopedbyProfessorArchibaldCampionduringthe1880sandunveiledatthe1893WorldsColumbianExposition.,迎接新世纪,Itcircumnavigatedtheglobein1901tocelebratethenewcenturyItisatechnologicalmilestonethatremainslargelyunknown.Eveninanagethatgavebirthtotheautomobileandaeroplane,afunctioningmechanicalmanshouldhaveaccordedmoresignificance,AntarcticaLaboratory,有人说机器人是自动化时代的宏儿，这的确是一个恰如其分的比喻。因为机器人就是以控制论和信息论为指夺，综合了机械学、微电子技术、计算机、传感技术等学科的成果而诞生的。,Unimate,1959年美国英格伯格和德沃尔(Devol)制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。这种机器人外形有点像坦克炮塔，基座上有一个大机械臂，大臂可绕轴在基座上转动，大臂上又伸出一个小机械臂，它相对大臂可以伸出或缩回。小臂顶有一个腕，可绕小臂转动，进行俯仰和侧摇。腕前端是手，即操作器。这个机器人的功能和人手臂功能相似,Unimated的发展,Unimate初期生产线,Unimate后来产品,2003汉诺威工业博览会上展出的机械手臂,两台KUKA机器人在悬吊式传送带上给汽车安装车轮,农民？,大树的医生,艺术家？,世界杯,“赫耳墨斯”在阿富汗用于实战,牵牛星无人机,火星漫游者,福兮祸兮？,1978年，日本广岛一家钢铁厂里的机器人焊枪手在切割钢板时，竞把一名值班工人当作钢板勿割肢解。1989年，前苏联举行一场特别的国际象棋大师比赛，由国际象棋冠军古德柯夫对机器人，古德柯夫连胜三局，机器人恼羞成怒，突然向全局棋盘释放强电流在众目曙醉之下将国际象棋冠军当场击毙。,现代机器人的成长阶段,第一代（示教再现型机器人）：由人操纵机械手做一遍应当完成的动作或通过控制器发出指令让机械手臂动作，在动作过程中机器人会自动将这一过程存入记忆装置。当机器人工作时，能再现人教给它的动作，并能自动重复的执行,第二代（有感觉机器人）,对外界环境有一定感知能力。工作时，根据感觉器官（传感器）获得的信息，灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作,第三代（智能机器人）,不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作。智能机器人的“智能”特征就在于它具有与外部世界对象、环境和人相适应、相协调的工作机能。从控制方式看是以一种“认知适应”的方式自律地进行操作,发展方向,智能化微型化仿生,智能,人工智能是关于人造物的智能行为，它包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中的行为，人工智能的一个长期目标是发明出可以像人类一样或更好地完成以上行为的机器；另一个目标是理解这种智能行为是否存在于机器或者是人类和动物中。,全球最轻微型飞行机器人FR-,微型化的机器人,1至10毫米为小型机械10微米至1毫米为微型机械10纳米至10微米为超微型机械体积可以缩小到微米级甚至亚微米级重量轻至纳克加工精度为微米级或纳米级,全球最轻飞行机器人FR-”。,小得能放到手掌上的机器人轻巧地从现场设置的桌子上起飞后，能在3m左右的高度盘旋飞行。在现场设置的投影机上投出了安装在机器人上的CMOS摄像头拍摄到的图像。尽管仅仅飞行了1分钟左右，但却让孩子们看得如痴如醉。,仿生机器人,鸟,机器人的数量,国际机器人联合会于1998年对世界上机器人的应用情况进行了调研，截止到1997年底，历年来世界上共销售工业机器人95万台，现役工业机器人总数为71.1万台。截止到1999年约83万台，中国大约4000台,机器人的分布,现在世界上机器人总数最多的国家是日本，占世界总数的一半以上。其次是西欧，约占20，美国约占10。在制造业中，包括汽车的焊接、机器加工、电子产品装配，日本每1万个雇员员中就拥有325台机器人，也就是30个工人就拥有1台机器人。除日本外每万名雇员拥有的机器人数的国家，依次为新加坡109台、意大利79台、瑞典73台。,中国机器人的开发与应用,中国工业机器人研究开始于70年代80年代中期，中国工业机器人研究开发进入了一个新阶段，形成了中国工业机器人发展的一次高潮。工业机器人，机器人本体设计制造技术、控制技术、系统集成技术和应用技术都取得显著成果。从80年代末到90年代，国家863计划把机器人列为自动化领域的重要研究课题，系统地开展了机器人基础科学、关键技术与机器人元部件、目标产品、先进机器人系统集成技术的研究及机器人在自动化工程上的应用。,中国机器人发展的困难,面对国外机器人技术的不断发展和国际市场的激烈竞争，我国工业机器人进展步履艰难。首先国内企业的现状对机器人的需求明显不足，其次国产机器人在性能、价格、系列化、规模化生产上与国外同类产品相比还有一定差距。以上出自中国科学院自动化所王全福,中国机器人发展前景,第一，制造业仍占我国国民经济发展的重要位置，随着改革开放的深入及与国际市场的接轨，新产品、新工艺的要求需要有新的装备来武装制造业，尤其在汽车、电子、家电、机械、轻工等行业尤为必须。工业机器人不仅在制造业中担负简单、重复的体力劳动，更重要的是在保证产品质量，提高生产效率，把人从恶劣、危险作业环境中替换出来等方面显示优越性。第二，经过多年的研究与实践