第一章移動(dòng)機(jī)器人的定位.ppt

1、2020/6/16,1,機(jī)器人技術(shù)緒論IntroductionofRobotics,1.1機(jī)器人學(xué)的發(fā)展12機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類13機(jī)器人學(xué)與人工智能14如何學(xué)好機(jī)器人技術(shù),2020/6/16,2,Robotics緒論,1.1機(jī)器人學(xué)的發(fā)展1.1.1機(jī)器人的由來6）1738年，法國技師杰克戴瓦克遜發(fā)明機(jī)器鴨7）1768-1774，瑞士鐘表匠制作的木偶機(jī)器人8）1920捷克劇作家KarelCapek首次提出Robota一詞9）1950美國科幻作家Assimov,提出機(jī)器人三守則10）1953年研制成功多軸數(shù)控銑床11）1954美國人設(shè)計(jì)了第一臺(tái)電子可編程機(jī)器人12）1962美國GM公司使用全

2、球第一臺(tái)機(jī)器人Unimate,2020/6/16,3,Robotics緒論,1.1機(jī)器人學(xué)的發(fā)展1.1.1機(jī)器人的由來13）70年代機(jī)器人技術(shù)發(fā)展成為專門學(xué)科14）80年代開始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段,南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,4,“機(jī)器人三原則”，阿西莫夫，科幻作家，19401機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；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。,2020年6月16日,河北科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院,5,2020/6/16,6,Robotics緒論,1.1機(jī)器人學(xué)的發(fā)展1.1.2機(jī)器人的定義美國、日本機(jī)器人協(xié)會(huì)、ISO定義不同共同屬性：1）象人或人的一部

3、分，并模仿人的動(dòng)作2）具有智能或感覺與識(shí)別能力3）是人制造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置,2020年6月16日,7,國際和國外相關(guān)組織的定義,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的定義：機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置。美國機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）的定義：機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動(dòng)作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機(jī)械手。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（J

4、IRA）的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過自動(dòng)完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。,2020年6月16日,8,有關(guān)學(xué)者的定義,在1967年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上提出了兩個(gè)有代表性的定義。森政弘與合田周平提出的定義：“機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等7個(gè)特征的柔性機(jī)器”。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動(dòng)性、智能性、個(gè)體性、半機(jī)械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動(dòng)性等10個(gè)特性來表示機(jī)器人的形象。日本早稻田大學(xué)加藤一朗（日本機(jī)器人之父）教授認(rèn)為：機(jī)器人是由能工作的手，能行動(dòng)的腳和有意識(shí)的

5、頭腦組成的個(gè)體，同時(shí)具有非接觸傳感器（相當(dāng)于耳、目）、接觸傳感器（相當(dāng)于皮膚）、固有感及平衡感等感覺器官的能力。,2020年6月16日,9,也有一些組織和學(xué)者針對(duì)不同形式的機(jī)器人分別給出具體的解釋和定義，而機(jī)器人則只作為一種總稱。例如，日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）列舉了6種型式的機(jī)器人：(1)手動(dòng)操縱器：人操縱的機(jī)械手，缺乏獨(dú)立性；(2)固定程序機(jī)器人：缺乏通用性；(3)可編程機(jī)器人：非伺服控制；(4)示教再現(xiàn)機(jī)器人：通用工業(yè)機(jī)器人；(5)數(shù)控機(jī)器人：由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人；(6)智能機(jī)器人：具有智能行為的自律型機(jī)器人。,2020年6月16日,10,綜合諸家的解釋，概括各種機(jī)器人的性能，我們認(rèn)

6、為可以按以下特征來描述機(jī)器人：1.機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官(如肢體、感官等)的功能；2.機(jī)器人具有通用性，工作種類多樣，動(dòng)作程序靈活易變，是柔性加工主要組成部分；3.機(jī)器人具有不同程度的智能，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等；4.機(jī)器人具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)，在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。,2020/6/16,11,Robotics緒論,1.1機(jī)器人學(xué)的發(fā)展1.1.3機(jī)器人學(xué)的進(jìn)展簡單歷史回顧目前發(fā)展情況1）機(jī)器人投資理論2）日本成為機(jī)器人生產(chǎn)大國，美國為研究大國3）機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展4）應(yīng)用范圍遍及各領(lǐng)域5）機(jī)器人學(xué)興起6）機(jī)器人向智能化發(fā)展,2020/6/16

7、,12,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類1.2.1機(jī)器人的主要特點(diǎn)-通用性和適應(yīng)性通用性versatility-可執(zhí)行不同功能和完成不同任務(wù)的能力取決于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和承載能力一般自由度越多，通用性越強(qiáng)適應(yīng)性adaptivity-主要指其對(duì)工作環(huán)境變化的適應(yīng)能力需具有（1）傳感與測量環(huán)境變化的能力（2）分析任務(wù)和執(zhí)行操作規(guī)劃的能力（3）自動(dòng)執(zhí)行指令能力,2020/6/16,13,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類1.2.2機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)械部分、環(huán)境測量、任務(wù)規(guī)劃、控制器等四部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1.1。,2020/6/16,14,Robotics緒

8、論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類,2020/6/16,15,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類1.2.3機(jī)器人的自由度1）剛體的自由度任何空間剛體具有6個(gè)自由度，即可任意運(yùn)動(dòng)。2）機(jī)器人的自由度機(jī)器人靠末端執(zhí)行器工作，末端執(zhí)行器具有6個(gè)自由度即可保證其靈活運(yùn)動(dòng)。3個(gè)位置、3個(gè)姿態(tài)自由度。圖1.4,2020/6/16,16,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類1.2.3機(jī)器人的自由度3）自由度與機(jī)動(dòng)性一般自由度越多，機(jī)器人越靈巧。,2020/6/16,17,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類1.2.4機(jī)器人的分類按幾何結(jié)構(gòu)分:直角坐標(biāo)機(jī)器人、

9、柱面坐標(biāo)機(jī)器人、球面坐標(biāo)機(jī)器人、關(guān)節(jié)球面坐標(biāo)機(jī)器人。按機(jī)器人控制分：非伺服機(jī)器人、伺服機(jī)器人（點(diǎn)、軌跡）按用途分：工業(yè)機(jī)器人、探索機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、軍事機(jī)器人（地面、海洋、空中）按機(jī)器智能分：一般機(jī)器人、智能機(jī)器人（傳感機(jī)器人、交互機(jī)器人、自主機(jī)器人）按移動(dòng)性分：固定機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人（輪式、履帶、步行）,2020/6/16,18,Robotics緒論,它主要由垂直柱子、水平手臂（或機(jī)械手）和底座構(gòu)成。水平機(jī)械手裝在垂直柱子上，能自由伸縮，并可沿垂直柱子上下運(yùn)動(dòng)。垂直柱子安裝在底座上，并與水平機(jī)械手一起在底座上移動(dòng)。機(jī)器人的工作包跡（區(qū)間）就形成一圓柱體。,2020/6/16,19,Robo

10、tics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類1.2.4機(jī)器人的分類,2020/6/16,20,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類1.2.4機(jī)器人的分類,2020/6/16,21,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類,2020/6/16,22,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類,2020/6/16,23,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類,2020/6/16,24,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類,2020/6/16,25,Robotics緒論,1.2機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類著名機(jī)器人,2020年6月16日

11、,26,工業(yè)機(jī)器人,汽車裝配機(jī)器人,2020年6月16日,27,汽車裝配機(jī)器人,2020年6月16日,28,一汽紅旗轎車機(jī)器人焊接線,2020年6月16日,29,弧焊機(jī)器人,2020年6月16日,30,點(diǎn)焊機(jī)器人,鉚接機(jī)器人,2020年6月16日,31,海洋探測機(jī)器人,1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”纜控式無人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右）,2020年6月16日,32,CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人,1995年8月我國沈陽自動(dòng)化所機(jī)器人中心研制的CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人（上）和正在下水的情況（右）,2020年6月16日,33,空間機(jī)器人,美國航空航天局（

12、NASA）研究的月球車在月球表面時(shí)的情形,2020年6月16日,34,美國航空航天局（NASA）研究的“索杰納”火星車,2020年6月16日,35,1997年7月4日17時(shí)07分，美國航空航天局（NASA）發(fā)射的火星探路者號(hào)宇宙飛船成功地在火星（Mars）表面著陸，“索杰納”火星車在火星上成功地工作了250天。2003年6月先后升空的美國“勇氣”（Spirit）號(hào)和“機(jī)遇”（Opportunity）號(hào)火星車經(jīng)過1.2億公里和半年多的長途飛行，分別于2004年1月3日和24日先后登陸火星，向地球傳來大量清晰的火星圖片。,2020年6月16日,36,日本研究的火星探測機(jī)器人,2020年6月16日,

13、37,軍用機(jī)器人,英國研制的履帶式“手推車”（上圖）、“土撥鼠”（右圖右）和“野牛”（右圖左）排爆機(jī)器人在波黑及科索沃戰(zhàn)爭中用來探測及處理爆炸物,機(jī)器警察,2020年6月16日,38,德國的排爆機(jī)器人,我國沈陽自動(dòng)化所研制的排爆機(jī)器人,2020年6月16日,39,工兵機(jī)器人,美國將M60坦克的炮塔去掉后改裝的豹式掃雷車,2020年6月16日,40,德國研制的Minebreaker2000機(jī)器人掃雷車,2020年6月16日,41,保安機(jī)器人,美國研制的MDARS-E型室外保安機(jī)器人,MPR-800多用途機(jī)器人，可用于掃雷、滅火、核生化污染清除等多項(xiàng)危險(xiǎn)工作,2020年6月16日,42,偵察機(jī)器人

14、,美國研制的“徘徊者”偵察機(jī)器人由M113裝甲運(yùn)輸車改裝而成,美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局正在研制的只有2.54厘米大小昆蟲機(jī)器人,2020年6月16日,43,水下掃雷機(jī)器人,2020年6月16日,44,瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人,2020年6月16日,45,美國羅克威爾公司及IS機(jī)器人公司研制的一種名叫“水下自主行走裝置”（ALUV）的水下掃雷機(jī)器蟹,2020年6月16日,46,無人機(jī),“暗星”無人機(jī),“別動(dòng)隊(duì)”無人機(jī),法國“紅隼”無人機(jī),高空無人偵察機(jī),2020年6月16日,47,鬼怪式無人機(jī),發(fā)射Brevel無人機(jī),只有15厘米的微型無人機(jī),2020年6月16日,48,特種機(jī)器

15、人,復(fù)合式直徑6.14米盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī),隧道鑿巖機(jī)器人,2020年6月16日,49,自動(dòng)無軌堆垛機(jī),機(jī)器人化裝載機(jī),自動(dòng)攤鋪機(jī),2020年6月16日,50,移動(dòng)機(jī)器人,法國國家科學(xué)研究中心和系統(tǒng)分析與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室共同研制的HILARE2型移動(dòng)機(jī)械手,2020年6月16日,51,法國蒙特皮里亞（Montpellier）微電子與機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研制的LIRMM移動(dòng)機(jī)器人,2020年6月16日,52,微型機(jī)器人,工業(yè)管道機(jī)器人移動(dòng)探測系統(tǒng),SMA六足微型機(jī)器人外觀如同一只小甲蟲，外形尺寸為253030mm3，重20克，步行速度18mm/分，有12個(gè)自由度，SMA（形狀記憶合金）作為驅(qū)動(dòng)源。微小型機(jī)器人將來可能

16、在細(xì)小管道檢測及醫(yī)療方面發(fā)揮作用。,2020年6月16日,53,微型飛行器：被認(rèn)為是未來戰(zhàn)場上的重要偵察和攻擊武器，能以可接受的成本執(zhí)行某一有價(jià)值的任務(wù)。這種飛行器必須能夠傳輸實(shí)時(shí)圖像或執(zhí)行其它功能，有足夠小的尺寸（小于20厘米）、足夠的巡航范圍（如不小于5公里）和飛行時(shí)間（不小于15分鐘）。,微型戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)：可用于戰(zhàn)爭危險(xiǎn)估計(jì)、目標(biāo)搜索、通信中繼，監(jiān)測化學(xué)、核或生物武器，偵察建筑物內(nèi)部情況。可適用于城市、叢林等多種戰(zhàn)爭環(huán)境。因?yàn)槠浔阌跀y帶，操作簡單，安全性好的優(yōu)點(diǎn)，可以在部隊(duì)中大量裝備。,2020年6月16日,54,微操作機(jī)器人系統(tǒng),華中科技大學(xué)控制系智能與控制工程研究所研制的HUST-MR

17、801型雙手協(xié)調(diào)微操作機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),2020年6月16日,55,娛樂機(jī)器人,機(jī)器人足球賽,2020年6月16日,56,機(jī)器人相撲大賽,相撲機(jī)器人,2020年6月16日,57,機(jī)器狗與機(jī)器昆蟲,2020年6月16日,58,小提琴機(jī)器人和吹笛機(jī)器人,吹笛機(jī)器人,小提琴機(jī)器人,2020年6月16日,59,機(jī)器人樂隊(duì),2020年6月16日,60,舞蹈機(jī)器人和機(jī)器龜,機(jī)器人舞蹈,機(jī)器龜走迷宮,2020年6月16日,61,服務(wù)機(jī)器人,腦外科機(jī)器人輔助系統(tǒng),護(hù)士助手機(jī)器人,2020年6月16日,62,遙控操作手術(shù)（格林系統(tǒng)）,2020年6月16日,63,導(dǎo)盲機(jī)器人和智能輪椅,智能輪椅,導(dǎo)盲機(jī)器人,2020

18、年6月16日,64,爬纜索機(jī)器人和清洗巨人,爬纜索機(jī)器人:在高空纜索上自動(dòng)完成檢查、打磨、清洗、去靜電、底涂和面涂及一系列的維護(hù)工作。,清洗巨人：利用兩套計(jì)算機(jī)和一個(gè)機(jī)器人控制器來控制飛機(jī)的清洗，不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大提高了工作效率。例如，人工清洗一架波音747飛機(jī)需要95個(gè)工時(shí)，而機(jī)器人清洗僅需12個(gè)工時(shí)。,2020年6月16日,65,高樓擦窗和壁面清洗機(jī)器人,2020年6月16日,66,消防機(jī)器人和救援機(jī)器人,2020年6月16日,67,雕刻機(jī)器人和汽車加油機(jī)器人,加油機(jī)器人：汽車駛?cè)爰佑蛵u，前輪觸發(fā)一個(gè)概略定位器，給出汽車的概略位置。機(jī)器人臂抓起相應(yīng)的油槍，機(jī)器人臂伸出，機(jī)器人臂上裝有一臺(tái)微型攝像機(jī)，它找到油箱蓋，利用一個(gè)吸氣裝置將其打開，然后機(jī)器人手爪擰開加油口密封蓋，插入加油軟管。加完油后，機(jī)器人蓋上密封蓋及油箱蓋。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)已為用戶結(jié)完帳。整個(gè)過程只需兩、三分鐘。,雕刻機(jī)器人：電腦雕刻系統(tǒng)集掃描、編輯、排版、雕刻諸功能于一體，是CAD/CAM一體化的典型產(chǎn)品，能方便快捷地在各種材質(zhì)上雕刻出逼真、精致、耐久的二維圖形及三維立體浮雕。,2020年6月16日,68,導(dǎo)游機(jī)器人和禮儀機(jī)器人,2020年6月16日