機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)踐-基于模塊化的機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 課件 第0章 緒論

緒

論半導(dǎo)體器件的應(yīng)用分析1243什么是機(jī)器人機(jī)器人的發(fā)展歷史如何設(shè)計(jì)制作機(jī)器人模塊化機(jī)器人的特點(diǎn)目

錄CONTENT1.什么是機(jī)器人思考：2.機(jī)器人的基本構(gòu)成3.模塊化機(jī)器的特點(diǎn)0.1什么是機(jī)器人1.機(jī)器人的由來機(jī)器人的概念誕生于3000多年前。西周時(shí)期——能歌善舞的伶人；春秋時(shí)期的魯班制造木鳥“飛行三日不下”；三國時(shí)期蜀國丞相諸葛亮成功發(fā)明了“木牛流馬”等。Robot一詞最早出現(xiàn)于1920年，是捷克作家KaralCapek在他的科幻小說《羅薩姆的萬能機(jī)器人》中首先提出。書中構(gòu)思的機(jī)器人-Robot：能夠代替人類、不知疲勞地艱苦工作后來人們對(duì)機(jī)器人共識(shí)：外觀像人，富有知識(shí)，甚至還有個(gè)性0.1什么是機(jī)器人《大英百科全書》定義：任何能夠代替人類勞動(dòng)的自動(dòng)操控機(jī)器，雖然這種機(jī)器并不一定具有人的外形，或者不按照人類的方式來實(shí)現(xiàn)某些功能。MedredinthThring教授認(rèn)為：機(jī)器人至少有一只手臂，能自行推動(dòng)和自行轉(zhuǎn)向；有配套的動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，有能容納一定數(shù)量指令的存儲(chǔ)器，有能識(shí)別環(huán)境和對(duì)象的傳感器。日本加藤一郎教授提出：機(jī)器人應(yīng)該具有腦、手、腳，有接收外界信息的各種接觸或非接觸傳感器等要素。1942年，美國作家IsaacAsimov在科幻小說《我，機(jī)器人》中提出機(jī)器人三定律，后來成為機(jī)器人研發(fā)原則：①機(jī)器人不得傷害人類，也不許見人類受傷害而袖手旁觀；②應(yīng)服從人類的一切命令，但不得違背第①條定律；③應(yīng)能保護(hù)自身安全，但不得違反①、②條定律。1988年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納美國機(jī)器人協(xié)會(huì)的定義：一種可編程、多功能、多自由度的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用計(jì)算機(jī)改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。

2.現(xiàn)代機(jī)器人的科學(xué)定義0.2機(jī)器人的發(fā)展歷史１.機(jī)器人的發(fā)展第一代機(jī)器人第二代機(jī)器人第三代機(jī)器人1954年美國戴沃爾提出了工業(yè)機(jī)器人1962年，PUMA機(jī)器人（通用示教再現(xiàn)型）20世紀(jì)70年，機(jī)器人應(yīng)用于汽車工業(yè)，正式走向應(yīng)用。具有感知功能的機(jī)器人，具有類似人的某種感覺，如力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺等應(yīng)用范圍從工業(yè)擴(kuò)展到服務(wù)行業(yè)。智能機(jī)器人，具有各種感知，還具有邏輯思維、學(xué)習(xí)、判斷、決策等功能，可以根據(jù)要求自主地完成所給的任務(wù)。如，AlphaGo0.2機(jī)器人的發(fā)展歷史2.機(jī)器人的主要用途

機(jī)器人目前正廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事科研、空間探索、醫(yī)療技術(shù)、日常生活等領(lǐng)域，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的范圍不斷擴(kuò)大，相信不遠(yuǎn)的將來我們會(huì)在更多的應(yīng)用領(lǐng)域看到機(jī)器人的身影。0.3如何設(shè)計(jì)制作機(jī)器人

1.機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)械系統(tǒng)

相當(dāng)于人的身體，常見的有機(jī)身、臂部、手腕、末端執(zhí)行器和行走機(jī)構(gòu)等部分，每一部分都有若干個(gè)自由度，從而構(gòu)成一個(gè)多自由度的機(jī)械系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)路徑規(guī)劃和電機(jī)聯(lián)動(dòng)的算法運(yùn)算控制。它接收輸入的指令信號(hào)或感知系統(tǒng)的檢測信號(hào)，根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)任務(wù)，發(fā)送控制指令，驅(qū)動(dòng)控制機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行規(guī)定運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)主要是接收并執(zhí)行控制系統(tǒng)發(fā)送的控制命令，讓機(jī)器人的肢體完成一些實(shí)際的動(dòng)作。機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是由電力驅(qū)動(dòng)、也有液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)。常用電力驅(qū)動(dòng)，如伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、真空吸盤、蜂鳴器、指示燈等。電源系統(tǒng)是機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分，也是機(jī)器人能夠穩(wěn)定工作的基本保障，分為直流電源和交流電源（如無特殊說明，本書以７～１２Ｖ直流電源供電為主）。

0.3如何設(shè)計(jì)制作機(jī)器人感知系統(tǒng)主要是獲取機(jī)器人內(nèi)部和外部環(huán)境信息，并將之反饋給控制系統(tǒng)，它由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成。內(nèi)部傳感器用于檢測各關(guān)節(jié)的位置、速度等變量。外部傳感器用于檢測機(jī)器人與周圍環(huán)境之間的一些狀態(tài)變量，如距離、接近程度和接觸情況等，作用相當(dāng)于人的五官，可以使機(jī)器人以靈活快速的方式對(duì)其所處的環(huán)境做出反應(yīng)，賦予機(jī)器人一定的智能。交互系統(tǒng)交互系統(tǒng)主要包括人機(jī)交互系統(tǒng)、機(jī)器人與環(huán)境交互系統(tǒng)。人機(jī)交互系統(tǒng)是人與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系和參與機(jī)器人控制的裝置；機(jī)器人與環(huán)境交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。

2.常見的機(jī)器人設(shè)計(jì)組件0.4模塊化機(jī)器人實(shí)踐平臺(tái)的特點(diǎn)

早在10多年前，模塊創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)已經(jīng)占據(jù)了教育界半壁江山，如各類模塊化的電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)箱，單片機(jī)模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、PLC、電力電子技術(shù)等電氣控制類、模塊化機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等等積木式的機(jī)械構(gòu)件、電子模塊；設(shè)計(jì)理念開放靈活、可自由