機(jī)器人控制理論與技術(shù)課件

機(jī)器人控制理論與技術(shù)

（1）機(jī)器人控制理論與技術(shù)

（1）課程簡介

教學(xué)內(nèi)容：機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)組成、工作原理、控制及分析方法。

教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，了解當(dāng)前國內(nèi)外機(jī)器人控制的研究、應(yīng)用狀況以及發(fā)展趨勢(shì)，初步具備機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。教材：《自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)論》，Siegwart著，李人厚譯，西安交通大學(xué)出版社，2006年9月課程簡介教學(xué)內(nèi)容：機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)組成、工作原理、控課程主要教學(xué)內(nèi)容理論教學(xué)（24學(xué)時(shí)）移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展歷程與體系結(jié)構(gòu)（1學(xué)時(shí)）移動(dòng)機(jī)器人的感知技術(shù)（6學(xué)時(shí)）移動(dòng)機(jī)器人的定位技術(shù)（5學(xué)時(shí)）移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃（6學(xué)時(shí)）移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)（6學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)教學(xué)（8學(xué)時(shí)）機(jī)器人結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)（1學(xué)時(shí)）機(jī)器人傳感器的使用（2學(xué)時(shí)）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制（3學(xué)時(shí)）機(jī)器人避障實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）課程主要教學(xué)內(nèi)容理論教學(xué)（24學(xué)時(shí)）課程考核方法本課程采用課程論文作為主要考核方式；結(jié)合學(xué)生平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)成績；平時(shí)成績占20%實(shí)驗(yàn)成績占30%課程論文成績占50%課程考核方法本課程采用課程論文作為主要考核方式；

機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自上世紀(jì)四十、五十年代問世以來，經(jīng)歷了60年的發(fā)展已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步！在人們的生產(chǎn)生活的很多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自上世紀(jì)什么是Robot？什么是Robot？什么是Robot？amachinethatcandosometasksthatahumancandoandthatworksautomaticallyoriscontrolledbyacomputer。什么是Robot？amachinethatcando機(jī)器人的發(fā)展歷史—《列子·湯問篇》時(shí)間：（約公元前1054年—公元前949年）西周人物：周穆王，偃師，伶人機(jī)器人的發(fā)展歷史—《列子·湯問篇》時(shí)間：（約公元前1054年“Robot”一詞最早出現(xiàn)在哪位作者的著作中？NorbertWienerIsaacAsimovKarelCapekGeogeDevol“Robot”一詞最早出現(xiàn)在哪位作者的著作中？Norbert“Robot”一詞最早出現(xiàn)在哪位作家的小說中？A.Norbert.WienerB.IsaacAsimovC.KarelCapekD.GeogeDevol“Robot”一詞最早出現(xiàn)在哪位作家的小說中？A.Norb“Robot”的來源Theword`Robot'comesfromthe1920play`R.U.R.'(Rossum'sUniversalRobots)bytheCzechwriterKarelCapek.`Robot'comesfromtheCzechword`robota',meaning`forcedlabor.'Theword`robotic'alsocomesfromsciencefiction-itfirstappearedintheshortstory`Runaround'(1942)byIsaacAsimov.ThisstorywaslaterincludedinAsimov'sfamousbook`I,Robot.'“Robot”的來源Theword`Robot'comKarelCapekandhis“Rossum'sUniversalRobots”KarelCapekandhis“Rossum's機(jī)器人的發(fā)展歷史第一代機(jī)器人是一種進(jìn)行重復(fù)操作的機(jī)械，即通常所說的機(jī)械手，它雖配有電子存儲(chǔ)裝置，能記憶重復(fù)動(dòng)作，然而因未采用外部傳感器，所以沒有適應(yīng)外界環(huán)境變化的能力。第二代機(jī)器人由于采用了傳感器，已初步具有感覺-反饋控制的能力，能進(jìn)行識(shí)別、選取判斷。使機(jī)器人具有了初步的智能。因而傳感器的采用與否已成為衡量第二代機(jī)器人的重要特征。第三代機(jī)器人為高一級(jí)的智能機(jī)器人，“智能化”是這代機(jī)器人的重要標(biāo)志。機(jī)器人的發(fā)展歷史第一代機(jī)器人是一種進(jìn)行重復(fù)操作的機(jī)械，即通常第一代工業(yè)機(jī)器人的代表1961年，通用汽車公司生產(chǎn)線UnimateandJosephEngelberger

第一代工業(yè)機(jī)器人的代表1961年，通用汽車公司生產(chǎn)線機(jī)器人的發(fā)展歷史第一代機(jī)器人是一種進(jìn)行重復(fù)操作的機(jī)械、主要是通常所說的機(jī)械手，它雖配有電子存儲(chǔ)裝置，能記憶重復(fù)動(dòng)作，然而因未采用外部傳感器，所以沒有適應(yīng)外界環(huán)境變化的能力。第二代機(jī)器人由于采用了傳感器，已初步具有感覺-反饋控制的能力，能進(jìn)行識(shí)別、選取判斷。使機(jī)器人具有了初步的智能。因而傳感器的采用與否已成為衡量第二代機(jī)器人的重要特征。第三代機(jī)器人為高一級(jí)的智能機(jī)器人，“智能化”是這代機(jī)器人的重要標(biāo)志。機(jī)器人的發(fā)展歷史第一代機(jī)器人是一種進(jìn)行重復(fù)操作的機(jī)械、主要是HELPMATEHelpmate具備多種傳感器，可以利用天花板上的路標(biāo)做引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)避障等功能。HELPMATEHelpmate具備多種傳感器，可以利用天花機(jī)器人的發(fā)展歷史第一代機(jī)器人是一種進(jìn)行重復(fù)操作的機(jī)械、主要是通常所說的機(jī)械手，它雖配有電子存儲(chǔ)裝置，能記憶重復(fù)動(dòng)作，然而因未采用外部傳感器，所以沒有適應(yīng)外界環(huán)境變化的能力。第二代機(jī)器人由于采用了傳感器，已初步具有感覺-反饋控制的能力，能進(jìn)行識(shí)別、選取判斷。使機(jī)器人具有了初步的智能。因而傳感器的采用與否已成為衡量第二代機(jī)器人的重要特征。第三代機(jī)器人為高一級(jí)的智能機(jī)器人，“智能化”是這代機(jī)器人的重要標(biāo)志。機(jī)器人的發(fā)展歷史第一代機(jī)器人是一種進(jìn)行重復(fù)操作的機(jī)械、主要是自主移動(dòng)機(jī)器人Spirit&Opportunity自主移動(dòng)機(jī)器人Spirit&Opportunity機(jī)器人控制理論與技術(shù)ppt課件機(jī)器人控制理論與技術(shù)ppt課件輪式移動(dòng)機(jī)器人—Nomad大?。?.4*2.4*2.4(m)重量：725Kg速度：0.5m/sGPS定位輪式移動(dòng)機(jī)器人—Nomad大小：2.4*2.4*2.4(m)履帶式移動(dòng)機(jī)器人—PackBot510自重：19公斤負(fù)重：20公斤行進(jìn)速度：2.5m/s連續(xù)運(yùn)行時(shí)間：10h其它特性：防水履帶式移動(dòng)機(jī)器人—PackBot510自重：19公斤四腿機(jī)器人——BigDogBostonDynamicsName:BigDog自重：234lbs負(fù)重：340lbs速度：6.4km/h爬坡角：35度特點(diǎn)：可適應(yīng)絕大多數(shù)惡劣地形，如雪地、山區(qū)、沙地等。四腿機(jī)器人——BigDogBostonDynamics雙足機(jī)器人—ASIMO生產(chǎn)商：HONDA自重：54Kg身高：130cm持重：單手：0.3Kg雙手：1.0Kg速度：通常步行時(shí)0~2.7km/h持重行走時(shí)1.6km/h直線行走時(shí)6.0km/h旋回行走時(shí)5.0km/h雙足機(jī)器人—ASIMO生產(chǎn)商：HONDA自主移動(dòng)機(jī)器人學(xué)中的三個(gè)關(guān)鍵問題：我在哪里？（WhereamI?）我要去哪里？（WhereamIgoing?）我如何去那里？（HowdoIgetthere?）自主移動(dòng)機(jī)器人學(xué)中的三個(gè)關(guān)鍵問題：我在哪里？為了解決上述三個(gè)問題，機(jī)器人需要：具備一定的環(huán)境模型；具備對(duì)環(huán)境感知和分析的能力；確定它在環(huán)境中的位置；規(guī)劃和執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的能力；為了解決上述三個(gè)問題，機(jī)器人需要：具備一定的環(huán)境模型；

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，我們需要從以下四個(gè)環(huán)節(jié)研究機(jī)器人：為了實(shí)現(xiàn)上述功能，我們需要從以下四個(gè)環(huán)節(jié)研究機(jī)器自主移動(dòng)機(jī)器人的兩種體系結(jié)構(gòu)（一）分層式體系結(jié)構(gòu)：

也稱為基于知識(shí)的體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)把各模塊分為不同的層次，使不同層次上的模塊具備不同的功能和操作方式。自主移動(dòng)機(jī)器人的兩種體系結(jié)構(gòu)（一）分層式體系結(jié)構(gòu)：

也稱為典型的分層式體系結(jié)構(gòu)—NASREM結(jié)構(gòu)典型的分層式體系結(jié)構(gòu)—NASREM結(jié)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人的兩種體系結(jié)構(gòu)（二）包容式體系結(jié)構(gòu)

也稱為基于行為的體系結(jié)構(gòu)，是一種完全的反應(yīng)式體系結(jié)構(gòu)，是基于感知與行為之間映射關(guān)系的并行結(jié)構(gòu)。移動(dòng)機(jī)器人的兩種體系結(jié)構(gòu)（二）包容式體系結(jié)構(gòu)

基于行為的機(jī)器人代表（1）1949~1951GreyWalter制作的Elsie基于行為的機(jī)器人代表（1）1949~1951基于行為的機(jī)器人代表（2）1989年，MIT的RodenyBrooks教授制作了世界上第一個(gè)基于行為的機(jī)器人-Genghis.12個(gè)電機(jī)12個(gè)力傳感器6個(gè)熱電傳感器基于行為的機(jī)器人代表（2）1989年，MIT的Rodeny移動(dòng)機(jī)器人的兩種體系結(jié)構(gòu)（三）包容式體系結(jié)構(gòu)不確定模型基于行為的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)由下至上分層式體系結(jié)構(gòu)完全建模基于功能的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)由上至下移動(dòng)機(jī)器人的兩種體系結(jié)構(gòu)（三）包容式體系結(jié)構(gòu)分層式體系結(jié)構(gòu)混雜式控制結(jié)構(gòu)——更可行的方法混雜式控制結(jié)構(gòu)——更可行的方法混雜式控制結(jié)構(gòu)混雜式控制結(jié)構(gòu)問題：什么是感知？感知等于不等于感覺？問題：什么是感知？感知的概念感知的概念自主移動(dòng)機(jī)器人的傳感器

由于機(jī)器人的應(yīng)用范圍越來越廣，所以要求它對(duì)變化的環(huán)境要具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，能進(jìn)行更精確的定位和控制，并具有更高的智能。傳感器是機(jī)器人獲取信息的必備工具。自主移動(dòng)機(jī)器人的傳感器示例1—Helpmate示例1—Helpmate示例2—B21示例2—B21問題：超聲傳感器的安裝位置為何往往要高于紅外傳感器？問題：超聲傳感器的安裝位置為何往往要高于紅外傳感器？示例3—RobartII示例3—RobartII示例4—NuclearSurveillanceRobot示例4—NuclearSurveillanceRobot問題：自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有哪些？問題：自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有哪些？自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器2.超聲傳感器3.紅外傳感器4.激光測(cè)距儀5.麥克風(fēng)6.視覺傳感器7.電子羅盤8.GPS自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器2.超聲傳感器3.紅外傳感器4.激光測(cè)距儀5.麥克風(fēng)6.視覺傳感器7.電子羅盤8.GPS自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器2.超聲傳感器3.紅外傳感器4.激光測(cè)距儀5.麥克風(fēng)6.視覺傳感器7.電子羅盤8.GPS自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器2.超聲傳感器3.紅外傳感器4.激光測(cè)距儀5.麥克風(fēng)6.視覺傳感器7.電子羅盤8.GPS自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器2.超聲傳感器3.紅外傳感器4.激光測(cè)距儀5.麥克風(fēng)6.視覺傳感器7.電子羅盤8.GPS自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器2.超聲傳感器3.紅外傳感器4.激光測(cè)距儀5.麥克風(fēng)6.視覺傳感器7.電子羅盤8.GPS自主移動(dòng)機(jī)器人常用的傳感器有：1.電機(jī)編碼器自主移動(dòng)機(jī)器人常用的