智能机器人技术 课件 项目1认识智能机器人

授课老师：连国云项目1：认识智能机器人《智能机器人技术》课程任务要求知识导入任务实施任务评价认识智能机器人亲身感受智能机器人的操作任务要求知识导入任务实施任务评价什么是机器人任务要求知识导入任务实施任务评价机器人的基本概念机器人的概念自古代就有，真正现代意义的机器人问世已有几十年，但对于机器人的定义还没有形成一个统一的意见。这其中的根本原因是机器人涉及人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。任务要求知识导入任务实施任务评价机器人的基本概念美国机器人协会(RIA)的定义：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能机械手(manipulator)。日本工业机器人协会(JRA)的定义：工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器(endeffector)的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。我国对机器人的定义：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。任务要求知识导入任务实施任务评价机器人的分类工业机器人服务机器人特种机器人任务要求知识导入任务实施任务评价工业机器人工业机器人指应用于生产过程与环境的机器人，在工业

生产加工过程中通过自动控制来代替人类执行某些单调、频繁和重复的长时间作业，主要包括焊接机器人、搬运机器人、

码垛机器人、包装机器人、喷涂机器人、切割机器人和

净室机器人等。任务要求知识导入任务实施任务评价服务机器人人类的活动领城不断扩大，机器人的应用也从制造领域向非制造领域发展。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、

医疗、农林业、服务和娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求，服务机器人由此应运而生。服务机器人主要包括家用服务机器人、医疗服务机器人、娱乐陪伴机器人已经专业服务机器人等。任务要求知识导入任务实施任务评价特种机器人特种机器人从本质上来讲，也属于服务机器人。但特种机器人主要是代替人类从事高危环境和特殊工况的机器人。主要包括军事作战机器人、极限作业机器人和应急救援机器人等

。任务要求知识导入任务实施任务评价执行系统驱动系统感知系统控制系统任务要求知识导入任务实施任务评价执行系统执行系统包括移动机构和操作机构。一般而言，智能机器人的移动机构主要有车轮式移动机构、履带式移动机构和足式移动机构。此外，还有步进式移动机构、蠕动式移动机构、混合式移动机构和蛇行式移动机构等，以适应各种特殊的场合。操作机构主要为机械臂。任务要求知识导入任务实施任务评价车轮式移动机构是机器人中应用最多的一种，在相对平坦的地面上，用车轮移动的方式行走是相当优越的。目前智能机器人中采用的车轮结构主要有橡胶轮、麦克纳姆轮、全向轮、正交轮以及越障轮。根据车轮的数量可以分为单轮式、两轮式、三轮式、四轮式以及多轮式移动机构。移动机构任务要求知识导入任务实施任务评价移动机构履带式移动机构适合在各种路面

以及未经铺设的野外条件下行动，它是轮式移动机构的拓展，履带起给车轮连续铺路的作用。履带式移动机构由履带、驱动链轮、支承轮、托带轮和张紧轮组成。履带式行走机构的形状有很多种，主要为“一”字形或倒梯形。任务要求知识导入任务实施任务评价移动机构足式行走机构有很大的适应性，尤其在有障碍物的通道（如管道、台阶或楼梯）或很难接近的工作场地更有优越性；足式运动方式还具有主动隔振能力，尽管地面高低不平，机身的运动仍然可以相当平稳；足式移动机构在不平地面和松软地面上的运动速度较高，能耗较少。任务要求知识导入任务实施任务评价操作机构机械臂是机器人的主要操作机构，根据不同的功能要求安装不同结构形式的末端执行器，实现抓取、搬运等功能需求。机械臂的结构、工作范围、灵活性、抓重大小和定位精度都直接影响机器人的工作性能。因此，机械臂的结构型式必须根据机器人的运动形式、抓取重量、动作自由度和运动精度等因素来确定。直角坐标型圆柱坐标型关节坐标型球坐标型任务要求知识导入任务实施任务评价驱动器在机器人中的作用相当于人体的肌肉。驱动器必须有足够的功率带动机器人自身和负载运动。驱动器必须轻便、经济、精确、灵敏、可靠且便于维护。根据能量转换方式，可将机器人驱动器划分为液压驱动系统、气压驱动系统、电气驱动系统和新型驱动器。驱动系统任务要求知识导入任务实施任务评价电气驱动一般利用各种电动机产生力和力矩。因为省去了中间能量转换的过程，所以比液压驱动和气动驱动效率高，使用方便且成本低，其应用最广泛。液压驱动是指以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种驱动方式。一个完整的液压系统由五个部分组成：动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。驱动系统任务要求知识导入任务实施任务评价气动驱动是以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。因为是利用空气具有压缩性的特点，吸入空气压缩储存，用控制元件控制其方向，带动执行元件的旋转与伸缩。随着技术的发展，出现了利用新工作原理制造的新型驱动器，如磁致伸缩驱动器、压电驱动器、静电驱动器、形状记忆合金驱动器。驱动系统任务要求知识导入任务实施任务评价普通电机驱动普通电动机包括交流电动机、直流电动机及伺服电动机。交流电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。交流电动机一般不能进行调速或难以进行无级调速，即使是多速电动机，也只能进行有限的有级调速。任务要求知识导入任务实施任务评价直流电动机主要包括定子和转子2个大部分，直流电动机能够实现无级调速，由于直流电源价格较高，限制了它在大功率机器人上的应用。伺服电动机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。普通电机驱动任务要求知识导入任务实施任务评价感知系统感知系统，即是传感器，在机器人的发展过程中起到了举足轻重的作用。参照人类的感知能力，机器人的感知系统可以分为视觉、听觉、触觉、压觉、接近觉、力觉和滑觉共七类。任务要求知识导入任务实施任务评价与人类视觉系统的作用一样，机器人视觉系统赋予机器人一种高级感觉机构，使机器人能以“智能”和灵活的方式对其周围环境做出反应。机器人的视觉信息系统包括图像传感器、数据传递系统以及计算机和处理系统。机器人视觉系统主要利用颜色、形状等信息来识别环境

目标。视觉感知任务要求知识导入任务实施任务评价自主导航与定位是智能机器人最显著的特点之一，要实现自主导航与定位，机器人必须对周围环境中的物体进行探测，机器人对距离的感知就成为自主导航技术的先决条件。机器人对距离的感知是测距传感器实现的，测距传感器可分为超声波测距传感器、红外线测距传感器和激光测距传感器等。距离感知任务要求知识导入任务实施任务评价超声波测距传感器超声波对液体、固体的穿透能力很强超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波超声波碰到活动物体能产生多普勒效应因此，超声波的检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波，完成这种功能的装置就是超声波测距传感器。

任务要求知识导入任务实施任务评价红外线测距传感器红外线测距传感器是利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称为红外光，它具有反射、折射、散射、干涉及吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度，都能辐射红外线。红外线测距传感器测量时，不与被测物体直接接触，因此其具有灵敏度高、反应快等优点。任务要求知识导入任务实施任务评价激光测距传感器激光测距传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光测距传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

任务要求知识导入任务实施任务评价控制系统控制系统是机器人的指挥中枢，相当于人的大脑，负责对作业指令信息、内外环境信息进行处理，并依据预定的本体模型、环境模型和控制程序做出决策，产生相应的控制信号，通过驱动器驱动执行机构的各个关节按所需的顺序、沿确定的位置或轨迹运动，完成特定的作业。任务要求知识导入任务实施任务评价控制系统从控制系统的构成看，有开环控制系统和闭环控制系统之分；从控制方式看，有程序控制系统、适应性控制系统和智能控制系统之分。任务要求知识导入任务实施任务评价机器人的运动方式决定了机器人的控制方式，而不同的控制方式需要不同的控制原理来实现。控制系统控制系统组成示意图任务要求知识导入任务实施任务评价点位控制方式轨迹控制式程序控制方式自适应控制方式人工智能控制方式控制系统机器人常见的控制方式有五种。任务要求知识导入任务实施任务评价(1)认