机器人引论 教学课件 作者 张涛 主编 第1章 绪论.ppt

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1、机器人引论第1章绪论第1章绪论1.1机器人简介1.2机器人的发展历史1.3机器人的基本结构1.4机器人的分类1.5机器人的应用1.6机器人学的研究内容1.7机器人学的国内外研究现状1.1机器人简介1.1.1机器人的由来“机器人”一词最早出现于1920年捷克剧作家卡雷尔·凯培克（KarelKapek）一部幻想剧《罗萨姆的万能机器人》（《RossumsUniversalRobots》）中，“Robot”是由斯洛伐克语“Robota”衍生而来的。1950年，美国科幻小说家加斯卡·阿西莫夫（JasscAsimov）在他

2、的小说《我是机器人》中，提出了著名的“机器人三守则”，即：1.机器人不能危害人类，不能眼看人类受害而袖手旁观；2.机器人必须服从于人类，除非这种服从有害于人类；3.机器人应该能够保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者人类命令它作出牺牲。这三条守则给机器人赋以伦理观。至今，机器人研究者都以这三个原则作为开发机器人的准则。世界上第一台机器人于1954年诞生于美国，乔治·戴沃尔（GeorgeDevol）设想了一种可控制的机械手，并设计制作出世界上第一台机器人实验装置。1962年，美国万能自动化公司（Unimation

3、）制作出Unimate机器人。它是世界上第一代工业机器人，并在美国通用汽车公司（GM）投入使用。从而，机器人开始成为人类生活中的现实。1.1.2机器人的定义目前，虽然机器人已被广泛应用，但世界上对机器人还没有一个统一、严格、准确的定义，不同国家、不同研究领域给出的定义不尽相同。尽管定义的基本原则大体一致，但仍然有较大区别。国际上主要有以下几种：美国机器人协会（RIA）的定义：机器人是“一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程的动作来执行种种任务的并具有编程能力的多功能机械手”。这个定义叙述具体，

4、更适用于对工业机器人的定义。美国国家标准局（NBS）的定义：机器人是“一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。这也是一种比较广义的工业机器人的定义。日本工业机器人协会（JIRA）的定义：它将机器人的定义分成两类。工业机器人是“一种能够执行与人体上肢（手和臂）类型动作的多功能机器”；智能机器人是“一种具有感觉和识别能力，并能控制自身行为的机器”。英国简明牛津字典的定义：机器人是“貌似人的自动机，具有智力的和顺从于人但不具有人格的机器”。这是一种对理想机器人的描述，到目前为止，尚未有与

5、人类在智能上相似的机器人。国际标准化组织（ISO）的定义：它的定义较为全面和准确，其定义涵盖如下内容：（1）机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能；（2）机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；（3）机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等；（4）机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。1.1.3机器人学的研究领域机械手设计；机器人运动学和动力学；机器人轨迹规划；机器人驱动技术；机器人传感器；机器人视觉；机器人控制；机器人本体

6、结构；机器人智能等。1.2机器人的发展历史随着第一台机器人在美国的诞生，机器人就进入了它的第一阶段的发展历程，即工业机器人时代。随着工业机器人的发展，其它类型机器人也逐步涌现出来。80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世。现代拟人机器人ASIMO犬型机器人AIBO1.3机器人的基本结构机

7、械手或移动车：这是机器人的主体部分，由连杆、活动关节以及其它结构部件构成。如果没有其它部件，仅机械手本身并不是机器人。末端执行器：这就是连接在机械手最后一个关节上的部件，它一般用来抓取物体，与其它机构连接并执行需要的任务。机器人制造商一般不设计或出售末端执行器，多数情况下，他们只提供一个简单的抓持器。一般来说，机器人手部都备有能连接专用末端执行器大接口，这些末端执行器是为某种用途专门设计的。驱动器：驱动器是机械手的“肌肉”。常见的驱动器有伺服电机、步进电机、气缸及液压缸等，也还有一些用于某些特殊场合的新型驱动器

8、。驱动器受控制器的控制。传感器：传感器用来收集机器人内部状态的信息或用来与外部环境进行通信。控制器：机器人控制器与人的小脑十分相似，虽然小脑的功能没有人的大脑功能强大，但它却控制着人的运动。机器人控制器从计算机获取数据，控制驱动器的动作，并与传感器反馈信息一起协调机器人的运动。处理器：处理器是机器人的大脑，用来计算机器人关节的运动，并且监督控制器与传感器协调动作。处理器通常就是一台计算