機器人技術(shù)及應用

1、2024/3/2,1,機器人技術(shù)及應用,中國礦業(yè)大學徐海學院,2/54,聯(lián)系方式,3/54,課程目的,本課程介紹了機器人的前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢，重點講述了機器人的執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。 采用理論學習和實踐并重的教學方法，著重培養(yǎng)學生的實際動手能力，通過熟悉機器人的開發(fā)流程與設(shè)計方法，使學生能夠簡易機器人制作的基本方法。此外在控制系統(tǒng)中增加了人工智能和路徑規(guī)劃等算法應用，使得基礎(chǔ)較好的同學能夠獲得進一步的機器人設(shè)計的實踐

2、機會。,4/54,學時分配,課程屬性： 專業(yè)選修課總學時數(shù)： 32 課內(nèi)學時： 32講課學時數(shù)：24實驗學時數(shù)：8學分： 2,5/54,課程大綱（約32學時）,6/54,開放性實驗,地點：嘉園204內(nèi)容： 學生可以單獨或者合作（最多3人）完成一個簡單的機器人案例，可從下面的命題中選取，也可自己設(shè)計題目。競步機器人；趨光機器人；避障機器人。,7/54,考

3、核方式和評分標準,考核方式 平時作業(yè)和表現(xiàn)（30%）+考試（70%）,8/54,機器人基礎(chǔ),機器人的概念,機器人的結(jié)構(gòu),機器人發(fā)展方向,機器人相關(guān)大賽,4,1,2,3,機器人行業(yè)是二十一世紀最具有前景和挑戰(zhàn)的行業(yè).,9/54,1 機器人的概念,1.1 機器人是什么？1.2 機器人是什么樣子的？1.3 機器人誰先發(fā)明的？1.4 為什么要發(fā)明機器人？,,,10/54,機器人的概念,11/54,1 機器人的概念,1） 機

4、器人是指南車.2） 指南車是木頭做的.3） 指南車在我國黃帝期間就有了.4） 指南車是為了滿足指示方向用的.5） 指南車首先應用于軍事領(lǐng)域.,,12/54,機器人的概念,13/54,1 機器人的概念,1） 機器人是火星車.2） 火星車是由合金、橡膠等材料做成的.3） 火星車是當代遙控機器人的頂峰.4） 火星車是為了探索火星地質(zhì)用的.5） 火星車首先應用于探索領(lǐng)域.,,14/54,機器人的概念,15/54,1 機器人的概念

5、,1） 機器人是雙足競步機器人.2） 競步機器人是由鋁合金等材料做成的.3） 競步機器人是當代類人機器人的先驅(qū).4） 競步機器人是為了模仿人類行走設(shè)計的.5） 我院的競步機器人國內(nèi)領(lǐng)先.,16/54,機器人的概念,17/54,1 機器人的概念,1） 機器人是機械大狗.2） 機械大狗由鎂鋁合金等材料做成的.3） 機械大狗是柴油發(fā)動機驅(qū)動的.4） 機械大狗是為了運輸戰(zhàn)時物資用的.5） 火星車首先應用于軍事領(lǐng)域.,,18/54

6、,機器人的概念,19/54,1 機器人的概念,1） 機器人是騎車機器人.2） 騎車機器人是由合金、橡膠等材料做成的.3） 騎車機器人是當代控制領(lǐng)域的頂峰.4） 騎車機器人是為了研究控制算法用的.5） 騎車機器人首先應用于研究領(lǐng)域.,,20/54,1 機器人的概念,1.2 機器人的共同點,共同點：代替人進行工作；像人一樣使用工具；由各種各樣的復合材料制成；使用各種能源為系統(tǒng)驅(qū)動；,21/54,1 機器人的概念,1.

7、3 機器人的定義,1）美國機器人協(xié)會（RIA）定義： 一種為了執(zhí)行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)?！?22/54,1 機器人的概念,1.3 機器人的定義,2）日本機器人協(xié)會（JIRA）定義： “機器人就是任何高級的自動機械”,23/54,1 機器人的概念,1.3 機器人的定義,3）中國機器人定義： 機器人是可以自動執(zhí)行工作的復雜的機電綜合裝置。機器人可接受人類指揮，也可以執(zhí)行預

8、先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。,24/54,1 機器人的概念,1.3 機器人的定義,4）國際標準化組織（ISO）定義： 聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義：“是一種為了執(zhí)行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)?！?。,25/54,1 機器人的概念,1.3 機器人的定義,現(xiàn)在，國際上對機器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控

9、制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。,26/54,1 機器人的概念,1.4 機器人的發(fā)展史,1) 古代機器人 機器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史。人類希望制造一種像人一樣的機器，以便代替人類完成各種工作。,指南車,西周伶人,春秋木鳥,希臘自動機,記里鼓車,寫字機器人,法國機器鴨,自動機器玩偶,木牛流馬,,,,,,,,,,27/54,1 機器人的概

10、念,1.4 機器人的發(fā)展史,2) 現(xiàn)代機器人,1920,1939,1942,1948,1954,1968,1998,1999,2002,,,,,,,,,,28/54,1.5 機器人的分類,操作型機器人：能自動控制，可重復編程，多功能，有多個自由度可固定或運動，用于相關(guān)自動化系統(tǒng)中。程控型機器人：按預先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。示教型機器人：通過引導或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器

11、人則自動重復進行作業(yè)。智能機器人：以人工智能決定其行動的人。,29/54,2 機器人的結(jié)構(gòu),,,,機器人一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)等組成。,30/54,2 機器人的結(jié)構(gòu)—控制系統(tǒng),,,,控制系統(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來分擔機器人的控制，如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用于負責系統(tǒng)的管理、通訊、運動學和動力學

12、計算，并向下級微機發(fā)送指令信息。,31/54,2 機器人的結(jié)構(gòu)—檢測系統(tǒng),,,,檢測系統(tǒng)的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進行比較后，對執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)整，以保證機器人的動作符合預定的要求。,32/54,2 機器人的結(jié)構(gòu)—執(zhí)行機構(gòu),,,,執(zhí)行裝置就是按照電信號的指令，將來自電、液壓和氣壓等各種能源的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動、直線運動等方式的機械能的裝置。按利用的能源來分類，主要可分為電動執(zhí)行裝置、液壓執(zhí)行

13、裝置和氣動執(zhí)行裝置。,33/54,2 機器人的結(jié)構(gòu)—驅(qū)動裝置,,,,驅(qū)動裝置是接收控制系統(tǒng)信號，并將控制信號轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動執(zhí)行裝置運動電流或電壓的器件。,,,34/54,3 機器人發(fā)展方向,一、以為人服務作為發(fā)展要素 ；二、以仿生性，生物性的發(fā)展趨向； 三、以人性化為最大發(fā)展目標。,機器人的研究從一開始就是擬人化的，所以才有機械手、機械臂的開發(fā)與制作，也是為了以機械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險。但近十幾年來，機器人的開發(fā)不僅

14、越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應用的范疇十分廣闊。其未來將向以下三個方面發(fā)展：,35/54,3 機器人發(fā)展方向,一、以為人服務作為發(fā)展要素 ：,二十年后，家中掃除、清潔的工作或老人的護理保健的工作可能全由機器人取代。醫(yī)院已開始使用機器人為病人送藥、配藥的服務。還有，家居的全自動化，無需駕駛的自動汽車等等將會出現(xiàn)。,36/54,3 機器人發(fā)展方向,二、以仿生性，生物性為發(fā)展趨向：,以趣味性、生物性來制造機器狗、貓、魚等動物。譬如日本三菱

15、重工附屬公司Ryomei Engineering研制成功的金色機械魚“金魚虎”長1公尺，重25公斤，是一只不小的巨魚，能自動暢游于水中，可協(xié)助監(jiān)察橋梁的保安和搜集魚汛的情況，監(jiān)視河水污染等。,37/54,3 機器人發(fā)展方向,三、以人性化為最大發(fā)展目標：,在世紀之交，生物遺傳工程因“克隆人”的出現(xiàn)而引致倫理、法律及道德問題的爭議，“克隆人”能否問世仍然是一個未知數(shù)，但機器人的研發(fā)正在取而代之，以越接近人性化為追尋目標。,38/54,

16、4 機器人相關(guān)的競賽,,,1）中國青少年機器人大賽2）全國職業(yè)院校技能大賽機器人項目3）中國機器人奧林匹克大賽4）中國機器人CCTV公開賽5）中國機器人大賽暨RoboCup公開賽,39/54,中國機器人大賽暨RoboCup公開賽,40/54,41/54,42/54,43/54,44/54,我院代表隊在2010中國機器人大賽暨RoboCup公開賽中獲雙足競步（交叉足?。╉椖拷M冠軍,45/54,46/54,,,,二,三,47/54,