机器人 第1章 绪论

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1、机器人技术概论课程指南课程名称：机器人技术概论/ReviewofRoboticsTechnology32学时，2学分行课安排：为第1周---第16周课堂学习：教师主讲+学生演讲方式。完成课外作业，整理成报告。考核及成绩评定方式：（1）出勤，占总成绩的30％；（2）课堂演讲和作业，占总成绩20％；（3）考试，占总成绩50％。教材：PPT课件、自编讲义、《机器人学基础》1参考文献蔡自兴《机器人学基础》机械工业出版社蔡自兴《机器人学》清华大学出版社熊有伦《机器人技术基础》华中科技大学出版社(美)JohnJ.Craig《机器人学导论》机械工业出版社(日)白井良明《机器人工

2、程》科学出版社秦志刚《AVR单片机与小型机器人制作》电子工业出版社2机器人的数学基础机器人运动学机器人动力学课程内容机器人的感觉机器人的控制3课程概述在机器人研究中，我们通常在三维空间中研究物体的位置。这些物体可用两个非常重要的特性来描述：位置和姿态。我们会首先研究如何用数学的方法表示和计算这些参量。这些数学知识为研究机器人的运动学、动力学和控制建模提供必备的数学工具。运动学研究物体的运动，而不考虑引起这种运动的力。主要从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系。在运动学中，我们研究位置r、速度、加速度和位置变量对于时间和其它变量的高阶微分。其中，正运动学方程描

3、述各个关节变量在工具坐标系与基坐标系间的函数关系；逆运动学通过给定工具坐标系的位置和姿态，计算各个关节变量。4机器人与外界环境相互作用时，在接触的地方要产生力和力矩，统称为操作力矢量F。n个关节的驱动力（或力矩）组成的n维矢量，称为关节力矢量τ。静力学研究在静态平衡状态下，操作力向关节力映射存在着的线性关系。即在机器人的手爪接触环境时，在静止状态下处理手爪力F与驱动力τ的关系动力学研究机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系，即考虑在机器人的动作中，关节驱动力τ会产生怎样的关节位置θ、关节速度、关节加速度。对于动力学来说，除了与连

4、杆长度有关之外，还与各连杆的质量，绕质量中心的惯性矩，连杆的质量中心与关节轴的距离有关。56机器人的感觉主要介绍产生机器人的力觉、视觉、触觉、接近觉等相关的传感器。机器人的控制在前面的基础上设计位置控制系统，讨论控制算法及给机器人编程等。7第一章机器人基本知识一机器人的概念二机器人的发展三机器人的应用四机器人的分类五工业机器人常用术语8一、机器人的概念什么是机器人？一般的理解：机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置或者叫自动化装置，它是个机器。特点：有类人的功能。作业功能；感知功能；行走功能；能完成各种动作.根据人的编程能自动的工作。通过编程改变它的工作、动作

5、、工作的对象和工作的一些要求。是人造的机器或机械电子装置，仍然是个机器机器人学是一门不断发展的科学，上世纪60年代，可实用机械机器人被称为工业机器人；上世纪80年代到现在，正越来越向智能化方向发展。因此，对机器人的定义也随其发展而变化。9一、机器人的概念机器人的定义：国际上对机器人的定义很多TheWebsterdictionary(Webster,1993):“Anautomaticdevicethatperformsfunctionsnormallyascribedtohumansoramachineintheformofahuman.”一个自动化设备，它能执

6、行通常由人执行的任务；或一个人型的机器美国机器人学会（TheRobotInstituteofAmerica，1979):“Areprogrammable,multifunctionalmanipulatordesignedtomovematerials,parts,tools,orspecializeddevicesthroughvariousprogrammedmotionsfortheperformanceofavarietyoftasks.”一个可再编程的多功能操作器，用来移动材料、零部件、工具等；或一个通过编程用于完成各种任务的专用设备。ISO，1987

7、：工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。10从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，因此，机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的机器。机器人是一种计算机控制的可以编程的自动机械电子装置，能感知环境，识别对象，理解指示命令，有记忆和学习功能，具有情感和逻辑判断思维，能自身进化，能计划其操作程序来完成任务。一、机器人的概念11121314机器人系统的结构一个机器人系统，一般由机械手、环境、任务和控制器四个互相作用的部分组成图机器人系统的基本结构1415机器人系统的结构机械手环境环境即

8、指机器人所