機(jī)器人導(dǎo)論第一章 緒論

1、課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 總學(xué)時(shí)數(shù)：32 ；授課起止周數(shù)：1 16 本門課程主要講授機(jī)器人學(xué)的基本理論和相關(guān)技術(shù)，介紹機(jī)器人技術(shù)的現(xiàn)狀、應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)；系統(tǒng)地講述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器人靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人的軌跡規(guī)劃等方面的基礎(chǔ)理論和方法，簡(jiǎn)要講述機(jī)器人的傳感與反饋、機(jī)器人控制、機(jī)器人智能等方面的基本原理和應(yīng)用技術(shù)。 主要參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn) （1）機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論 美 John J. Craig著，贠超等譯，機(jī)械工業(yè)出版社，2006；（2）機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論分析、系統(tǒng)及應(yīng)用， 美 Saeed B. Niku著，孫福春等譯，電子工業(yè)出版社，2004；（3）機(jī)器人學(xué) 美 付京遜等著，中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1989；（

2、4）機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)， 龔振邦等，電子工業(yè)出版社，1995；（5）機(jī)器人學(xué) 蔡自興，清華大學(xué)出版社，2000；（6）并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論及控制 黃真等著，機(jī)械工業(yè)出版社，1997。 第一章第一章 緒論緒論1.1.1 機(jī)器人的定義機(jī)器人的定義 機(jī)器人問世已有幾十年，但沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見。原因之一是機(jī)器人還在發(fā)展，另一原因主要是因?yàn)闄C(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問題。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。 美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA)：一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動(dòng)作來執(zhí)行各種任務(wù)，并具有編程能力的多功能操作機(jī)。 美國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局：一種能夠進(jìn)

3、行編程并在自動(dòng)控制下完成某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)或動(dòng)作的機(jī)械裝置。 1.1 機(jī)器人的定義、發(fā)展歷史及分類機(jī)器人的定義、發(fā)展歷史及分類 1987年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)局：一種機(jī)械裝置，在自動(dòng)控制下，能夠完成某些操作或者動(dòng)作功能。英國(guó)：貌似人的自動(dòng)機(jī)，具有智力的和順從于人的但不具有人格的機(jī)器。 中國(guó)：我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。 盡管各國(guó)定義

4、不同，但基本上指明了作為“機(jī)器人”所具有的二個(gè)共同點(diǎn)：1) 是一種自動(dòng)機(jī)械裝置，可以在無人參與下，自動(dòng)完成多種操作或動(dòng)作功能，即具有通用性。 2) 可以再編程，程序流程可變，即具有柔性(適應(yīng)性）。 機(jī)器人是20世紀(jì)人類偉大的發(fā)明。比爾蓋茨預(yù)言：機(jī)器人即將重復(fù)PC機(jī)崛起的道路，徹底改變這個(gè)時(shí)代的生活方式。 機(jī)器人學(xué)集中了機(jī)械工程、材料科學(xué)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制理論及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，代表了機(jī)電一體化的最高成就，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。1.1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的發(fā)展歷史 1920年，捷克作家卡雷爾卡佩克發(fā)表了科幻劇本羅薩姆的萬能機(jī)器人?？ㄅ蹇嗽趧”局邪?/p>

5、捷克語 “Robota” 寫成了“Robot”，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。 1950年,美國(guó)作家埃薩克阿西莫夫在科幻小說I，Robot中首次使用了“Robotics” ，即“機(jī)器人學(xué)”。阿西莫夫提出了“機(jī)器人三原則”：1、機(jī)器人不應(yīng)傷害人類,且在人類受到傷害時(shí)不可袖手旁觀； 2、機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外； 3、機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。 機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則，阿西莫夫因此被稱為“機(jī)器人學(xué)之父”。 1954年，美國(guó)人George C. Devol 提出了第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人 方案并在1956年獲得美國(guó)專利。 196

6、0年，Conder公司購買專利并制造了樣機(jī)。 1961年，Unimation公司（通用機(jī)械公司）成立，生產(chǎn)和銷 售了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器“Unimate”，即萬能自動(dòng)之意。 1962年，A.M.F.（機(jī)械與鑄造）公司，研制出一臺(tái)數(shù)控自動(dòng)通用機(jī) ， 取 名 “ Ve r s a t r a n ” ， 即 多 用 途 搬 運(yùn) 之 意 ， 并 以 “Industrial Robot”為商品廣告投入市場(chǎng)。 1967年， Unimation公司第一臺(tái)噴涂用機(jī)器人出口到日本川 崎重工業(yè)公司。 1968年，第一臺(tái)智能機(jī)器人Shakey在斯坦福研究所誕生。 1972年，IBM公司開發(fā)出直角坐標(biāo)機(jī)器人。 1973年

7、，Cincinnati Milacron公司推出T3型機(jī)器人。 1977年，日本學(xué)者Okada 研制出了首臺(tái)多指靈巧手樣機(jī)。 1978年，第一臺(tái)PUMA機(jī)器人在Unimation公司誕生； Hunt將6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于機(jī)器人操作器。 1981年，日本山梨大學(xué)牧野洋開發(fā)出了SCARA型機(jī)器人。 1982年，Westinghouse公司兼并Unimation公司，隨后又賣 給了瑞士的Staubli公司。 1988年，CMU大學(xué)研制出可重構(gòu)模塊化機(jī)械手系統(tǒng)RMMS。 1990年，Cincinnati Milacron公司被瑞士ABB公司兼并。 1996年，本田公司研制出P2仿人機(jī)器人，2000年推

8、出ASIMO。 2008年，美國(guó)波士頓動(dòng)力公司研制出“大狗”(BigDog)機(jī)器人； 英國(guó)科學(xué)家研制了首個(gè)有生物腦的機(jī)器人 “米特戈登 ”(Meet Gordon)。 6070年代，是機(jī)器技術(shù)獲得巨大發(fā)展的階段，這一時(shí)期的機(jī)器人以示教再現(xiàn)型為主，稱為第一代機(jī)器人。80年代，機(jī)器人在發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)中大量普及應(yīng)用，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配。日本的機(jī)器人總裝機(jī)量占世界第一，被稱為“機(jī)器人王國(guó)”。日本的“Motorman”、 “SCARA”， 德國(guó)的“KUKA”，瑞士的“Ansia”等工業(yè)機(jī)器人都是國(guó)際知名品牌。同時(shí)，機(jī)器人技術(shù)迅速向各個(gè)領(lǐng)域拓展，機(jī)器人的感知技術(shù)得到相應(yīng)的發(fā)展，產(chǎn)生第二代機(jī)器人（感知

9、型機(jī)器人）。90年代，機(jī)器人技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用更為廣泛，如軍用、醫(yī)療、服務(wù)、娛樂等領(lǐng)域，并開始向智能型（第三代）機(jī)器人發(fā)展，仿生機(jī)器人也得到了快速發(fā)展?？偟目磥?，機(jī)器人的發(fā)展呈現(xiàn)出以下的一些特點(diǎn)： 進(jìn)入二十一世紀(jì)后，機(jī)器人技術(shù)由量向質(zhì)發(fā)展，軍用、醫(yī)療、服務(wù)、助老助殘、娛樂等成為機(jī)器人技術(shù)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，產(chǎn)生了一些有市場(chǎng)影響力的產(chǎn)品，如，“Aibo”機(jī)器狗，“達(dá)芬奇”醫(yī)療機(jī)器人，Roomba清掃機(jī)器人的銷量已超過250萬個(gè)。 智能型機(jī)器人成為學(xué)術(shù)研究的重點(diǎn)方向。如，已研制出由人或動(dòng)物意識(shí)控制的機(jī)械手等。 當(dāng)然，目前各個(gè)時(shí)期的機(jī)器人產(chǎn)品仍占有一定的市場(chǎng)。 隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展形成了新學(xué)科 機(jī)器人學(xué)

10、。建立了相應(yīng)學(xué)術(shù)組織，定期舉辦各種學(xué)術(shù)交流和產(chǎn)品展示活動(dòng)。 國(guó)際雜志： Robtics Research 、 Robotica 、 IEEE transaction on Robotics and Automation 等。 我國(guó)機(jī)器人技術(shù)起步較晚，20世紀(jì)70年代末，一些院校和企業(yè)，開始研制專用機(jī)械手，80年代初，開發(fā)小型的教育機(jī)器人。1985年哈工大研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)弧焊機(jī)器人（華宇號(hào)），之后，又研制出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人（華宇號(hào)）。 進(jìn)入90年代后，國(guó)家“863”計(jì)劃把機(jī)器人技術(shù)作為重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)來支持。建立了“機(jī)器人示范工程中心”和機(jī)器人國(guó)家開放實(shí)驗(yàn)室（沈陽自動(dòng)化所、哈工大）。并由此衍生出機(jī)

11、器人產(chǎn)業(yè)化基地： 哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備公司、沈陽新松機(jī)器人公司、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所機(jī)器人工程中心等。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)研究也在緊跟世界發(fā)展步伐，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用市場(chǎng)也在逐步形成。1.1.3 機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類機(jī)器人的種類很多?？梢园打?qū)動(dòng)形式、用途、結(jié)構(gòu)和智能水平等觀點(diǎn)劃分 、按驅(qū)動(dòng)形式 氣壓驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng) 電驅(qū)動(dòng) 交流伺服驅(qū)動(dòng) 直流伺服驅(qū)動(dòng) 2、按用途劃分 （應(yīng)用領(lǐng)域）（1）工業(yè)機(jī)器人弧焊機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人裝配機(jī)器人噴涂機(jī)器人拋光機(jī)器人（2）特種機(jī)器人空間機(jī)器人 水下機(jī)器人軍用機(jī)器人教學(xué)機(jī)器人 服務(wù)機(jī)器人 醫(yī)用機(jī)器人 排險(xiǎn)救災(zāi)機(jī)器人 固定式移動(dòng)式輪式履帶式足式蛇行

12、3、按智能水平劃分分分 類類 名名 稱稱簡(jiǎn)簡(jiǎn) 要要 解解 釋釋人工操作裝置人工操作裝置有幾個(gè)自由度，有操作員操縱，能實(shí)現(xiàn)若干預(yù)定的功能。固定順序機(jī)器人固定順序機(jī)器人按預(yù)定的不變順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。可變順序機(jī)器人可變順序機(jī)器人按預(yù)定的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。但順序和條件可作適當(dāng)改變。示教再現(xiàn)型機(jī)器人示教再現(xiàn)型機(jī)器人通過手動(dòng)或其它方式，先引導(dǎo)機(jī)器人動(dòng)作，記錄下工作程序，機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。數(shù)控型機(jī)器人數(shù)控型機(jī)器人不必使機(jī)器人動(dòng)作，通過數(shù)值、語言等為機(jī)器人提供運(yùn)動(dòng)程序，能進(jìn)行可變程伺服控制。感知型機(jī)器人感知型機(jī)器人利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作。機(jī)器人對(duì)環(huán)

13、境有一定的適應(yīng)性。智能機(jī)器人智能機(jī)器人機(jī)器人具有感知和理解外部環(huán)境的能力，即使環(huán)境發(fā)生變化，也能夠成功的完成任務(wù)。第一代第一代第二代第二代第三代第三代1.2 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 進(jìn)入90年代后,機(jī)器人數(shù)量增長(zhǎng)速度下降,但由于人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳感器技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，使機(jī)器人技術(shù)研究在高水平上進(jìn)行。機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、旅游業(yè)、醫(yī)療、公共安全、空間和海洋以及國(guó)防等諸多領(lǐng)域獲得越來越普遍的應(yīng)用。未來機(jī)器人技術(shù)將有待于在以下方面發(fā)展。一、機(jī)器人機(jī)構(gòu) 新型機(jī)器人機(jī)構(gòu)：新型驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)，新型材料，柔性臂，冗 余自由度臂，并聯(lián)機(jī)器人。 仿人與仿生機(jī)構(gòu)：緊湊型多自由度機(jī)構(gòu)，非結(jié)構(gòu)環(huán)

14、境的特殊 移動(dòng)機(jī)構(gòu)； 極限環(huán)境下的機(jī)器人機(jī)構(gòu)：如空間、水下等。 微型機(jī)構(gòu)：驅(qū)動(dòng)、元器件、零部件、制造工藝等。二、感覺技術(shù) 各種新型傳感器的開發(fā)及其小型化； 主動(dòng)視覺與高速運(yùn)動(dòng)視覺； 多傳感器系統(tǒng)與多信息融合； 惡劣工況下的傳感技術(shù)；三、控制技術(shù) 先進(jìn)控制理論； 分組協(xié)調(diào)控制與群控； 人機(jī)交互 （虛擬現(xiàn)實(shí)、遙操作和人機(jī)合作） ； 基于傳感信息的規(guī)劃與導(dǎo)航； 機(jī)器智能（自主操作、自主控制、自我學(xué)習(xí)）； 多智能體系統(tǒng)。1.3 機(jī)器人的組成、構(gòu)型及性能要素機(jī)器人的組成、構(gòu)型及性能要素1.3.1 機(jī)器人的組成機(jī)器人的組成 機(jī)器人是一個(gè)高度自動(dòng)化的機(jī)電一體化設(shè)備。從控制觀點(diǎn)來看，機(jī)器人系統(tǒng)可以分成四大部分

15、：機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)、感知反饋系統(tǒng)。 內(nèi)部傳感器（位形檢測(cè)）內(nèi)部傳感器（位形檢測(cè)）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置裝置外部傳感器（環(huán)境檢測(cè)）外部傳感器（環(huán)境檢測(cè)）處理器處理器關(guān)節(jié)控制器關(guān)節(jié)控制器感知反饋系統(tǒng)感知反饋系統(tǒng)執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)工作對(duì)象工作對(duì)象u 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)預(yù)期的動(dòng)作或操作；相當(dāng)于人的肢體。u 驅(qū)動(dòng)裝置 為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力；相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。u 感知反饋系統(tǒng) 檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置、速度等信息以及機(jī)器人 所處的環(huán)境信息；相當(dāng)于人的感官和神經(jīng)。u 控制系統(tǒng) 進(jìn)行任務(wù)及信息處理，并給出控制信號(hào)；相當(dāng)于 人的大腦和小腦。機(jī)機(jī) 器器 人人執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)控制

16、系統(tǒng)感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)手部手部腕部腕部臂部臂部腰部腰部電驅(qū)動(dòng)裝置電驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置處理器處理器關(guān)節(jié)伺服控制器關(guān)節(jié)伺服控制器內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器外部傳感器外部傳感器 基基 座座（固定或移動(dòng)固定或移動(dòng)）1.3.2 機(jī)器人的構(gòu)型機(jī)器人的構(gòu)型 機(jī)器人的機(jī)械配置形式即構(gòu)型多種多樣。最常見的構(gòu)型是用其坐標(biāo)特性來描述的。 一、工業(yè)機(jī)器人一、工業(yè)機(jī)器人 1、直角坐標(biāo)型 (3P) 其運(yùn)動(dòng)是解耦的，控制簡(jiǎn)單。但運(yùn)動(dòng)靈活性較差，自身占據(jù)空間最大。工作空間為矩形。2、圓柱坐標(biāo)型 (R2P) 其運(yùn)動(dòng)耦合性較弱，控制也較簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)靈活性稍好。但自身占據(jù)空間也較大。工作空間為圓柱形。圓

17、柱坐標(biāo)型機(jī)器人模型圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人模型Verstran 機(jī)器人機(jī)器人Verstran 機(jī)器人機(jī)器人3、極坐標(biāo)型（也稱球面坐標(biāo)型）(2RP) 其運(yùn)動(dòng)耦合性較強(qiáng)，控制也較復(fù)雜。但運(yùn)動(dòng)靈活性好。占自身據(jù)空間也較小。工作空間為球形。極坐標(biāo)型機(jī)器人模型極坐標(biāo)型機(jī)器人模型Unimate 機(jī)器人機(jī)器人4、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型 (3R) 其運(yùn)動(dòng)耦合性強(qiáng)，控制較復(fù)雜。但運(yùn)動(dòng)靈活性最好，自身占據(jù)空間最小。工作空間為復(fù)雜曲面體。關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人關(guān)節(jié)型焊接機(jī)器人關(guān)節(jié)型焊接機(jī)器人關(guān)節(jié)型機(jī)器人模型關(guān)節(jié)型機(jī)器人模型5、平面關(guān)節(jié)型 (SCARA) 僅平面運(yùn)動(dòng)有耦合性，控制較通用關(guān)節(jié)型簡(jiǎn)單。但運(yùn)動(dòng)靈活性更好，鉛垂平面剛性

18、好。SCARA型裝配機(jī)器人型裝配機(jī)器人1、二自由度移動(dòng)機(jī)器人 具有一個(gè)移動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)向自由度的移動(dòng)機(jī)器人。 二、移動(dòng)機(jī)器人二、移動(dòng)機(jī)器人 B 21 robot2、三自由度移動(dòng)機(jī)器人 具有二個(gè)方向移動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)向自由度的移動(dòng)機(jī)器人，也稱為全方位移動(dòng)機(jī)器人。XR 4000 robot 二自由度輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)二自由度輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 三自由度輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)三自由度輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)靈活性比較3、多自由度移動(dòng)機(jī)器人 形式多種多樣，基本都具有全方位移動(dòng)能力，同時(shí)具有很強(qiáng)的地形適應(yīng)能力。1、仿生型 根據(jù)所仿對(duì)象的運(yùn)動(dòng)特征而定。自由度一般較多，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，但控制更復(fù)雜，成本更高，剛性較差。類人

19、型機(jī)器人類人型機(jī)器人仿狗機(jī)器人仿狗機(jī)器人蛇形機(jī)器人蛇形機(jī)器人 三、特種機(jī)器人三、特種機(jī)器人 仿禽機(jī)器人仿禽機(jī)器人仿魚機(jī)器人仿魚機(jī)器人仿鳥機(jī)器人仿鳥機(jī)器人六足漫游機(jī)器人六足漫游機(jī)器人2、機(jī)器人化工程機(jī)械 高度自動(dòng)化的工程機(jī)械。大型噴漿大型噴漿機(jī)器人機(jī)器人機(jī)器人機(jī)器人碼垛機(jī)碼垛機(jī)1.3.3 機(jī)器人的性能要素機(jī)器人的性能要素 自由度數(shù) 衡量機(jī)器人適應(yīng)性和靈活性的重要指標(biāo)，一般等于機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)。機(jī)器人所需要的自由度數(shù)決定與其作業(yè)任務(wù)。 負(fù)荷能力 機(jī)器人在滿足其它性能要求的前提下，能夠承載的負(fù)荷重量。 運(yùn)動(dòng)范圍 機(jī)器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達(dá)到的最大距離。它是機(jī)器人關(guān)節(jié)長(zhǎng)度和其構(gòu)型的函數(shù)。 運(yùn)動(dòng)速度 單關(guān)

20、節(jié)速度；合成速度。 精度 指機(jī)器人到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度。它與機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的分辨率及反饋裝置有關(guān)。必要時(shí)可進(jìn)行補(bǔ)償。 控制模式 引導(dǎo)或點(diǎn)到點(diǎn)示教模式；連續(xù)軌跡示教模式；軟件編程模式；自主模式。 其它動(dòng)態(tài)特性 如穩(wěn)定性、柔順性等。 重復(fù)精度 指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)同樣位置的精確程度。它不僅與機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的分辨率及反饋裝置有關(guān)，還與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度及機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能有關(guān)。重復(fù)精度比精度更重要。思考題：1、機(jī)器人的定義、特點(diǎn)2、機(jī)器人的類型3、工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)型及特點(diǎn)4、機(jī)器人的組成5、機(jī)器人的性能指標(biāo)（要素）早期的機(jī)器人（與人相像嗎？）20公斤點(diǎn)焊機(jī)器人公斤點(diǎn)焊機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人在工作中點(diǎn)焊機(jī)器人在工作中6公斤

21、弧焊機(jī)器人公斤弧焊機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人（一）工業(yè)機(jī)器人（一）弧焊機(jī)器人在工作中弧焊機(jī)器人在工作中涂膠機(jī)器人涂膠機(jī)器人龍門式噴漆機(jī)器人龍門式噴漆機(jī)器人SCARA型裝配機(jī)器人型裝配機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人（二）工業(yè)機(jī)器人（二）搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人碼垛機(jī)器人碼垛機(jī)器人噴漆機(jī)器人噴漆機(jī)器人“雙鷹雙鷹”水下機(jī)器人水下機(jī)器人水下水下掃雷掃雷機(jī)器人機(jī)器人“探索者號(hào)探索者號(hào)”水下機(jī)器人水下機(jī)器人MER 火星漫游車火星漫游車 Marshod 火星漫游車火星漫游車Canada Arm 太空機(jī)械臂太空機(jī)械臂特種機(jī)器人（一）特種機(jī)器人（一）空間機(jī)器人空間機(jī)器人水下機(jī)器人水下機(jī)器人美國(guó)美國(guó)“別動(dòng)隊(duì)別動(dòng)隊(duì)”無人無人機(jī)機(jī)法國(guó)法國(guó)“紅隼

22、紅隼”無人機(jī)無人機(jī)微型無人機(jī)微型無人機(jī)特種機(jī)器人（二）特種機(jī)器人（二）豹式豹式排雷機(jī)器人排雷機(jī)器人（德）（德）“徘徊者徘徊者”偵察機(jī)器人偵察機(jī)器人（美）（美）“手推車手推車”排爆排爆機(jī)器機(jī)器人人（英（英 ）機(jī)器人助手機(jī)器人助手（美）（美）軍用機(jī)器人軍用機(jī)器人特種機(jī)器人（三）特種機(jī)器人（三）足球機(jī)器人足球機(jī)器人AIBO機(jī)器狗機(jī)器狗指揮機(jī)器人指揮機(jī)器人迎賓機(jī)器人迎賓機(jī)器人導(dǎo)盲機(jī)器人導(dǎo)盲機(jī)器人跳舞機(jī)器人跳舞機(jī)器人醫(yī)療機(jī)器人醫(yī)療機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人娛樂機(jī)器人娛樂機(jī)器人室外保安室外保安機(jī)器人機(jī)器人排爆機(jī)器人（德）排爆機(jī)器人（德）消防消防機(jī)器人機(jī)器人防暴防暴機(jī)器人（中）機(jī)器人（中）排險(xiǎn)救災(zāi)機(jī)器人排險(xiǎn)

23、救災(zāi)機(jī)器人特種機(jī)器人（四）特種機(jī)器人（四）工程用機(jī)器人工程用機(jī)器人管內(nèi)機(jī)器人管內(nèi)機(jī)器人隧道鑿巖隧道鑿巖機(jī)器人機(jī)器人大型噴漿大型噴漿機(jī)器人機(jī)器人1.2 操作臂的機(jī)構(gòu)與控制操作臂的機(jī)構(gòu)與控制位姿描述：位置和姿態(tài)操作臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)：計(jì)算工具坐標(biāo)系相對(duì)于基坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)。一般情況下，將這個(gè)過程稱為從關(guān)節(jié)空間描述到笛卡爾空間描述的操作臂位置表示。運(yùn)動(dòng)學(xué)研究物體的運(yùn)動(dòng)，而不考慮引起這種運(yùn)動(dòng)的力。在運(yùn)動(dòng)學(xué)中，我們研究位置、速度、加速度和位置變量對(duì)于時(shí)間或者其他變量的高階微分。操作臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)：給定操作臂末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，計(jì)算所有可達(dá)給定位置和姿態(tài)的關(guān)節(jié)角。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)不像正運(yùn)動(dòng)學(xué)那樣簡(jiǎn)單。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)學(xué)方程是非線性的，因此很難得到封閉解，有時(shí)甚至無解。同時(shí)提出了解的存在性和多解問題。速度，靜力，奇異性：除了分析靜態(tài)定位問題之外，還希望分析運(yùn)動(dòng)中的操作臂。雅克比矩陣：從關(guān)節(jié)空間速度向笛卡爾空間速度的映射。在奇異點(diǎn)雅克比矩陣是不可逆的當(dāng)機(jī)構(gòu)處于這種位姿時(shí)，例如機(jī)槍豎直向上射擊的情況，機(jī)槍的方向與方位角轉(zhuǎn)軸共線。也就是說，當(dāng)處于