教學要求考試課36課時總評成績=考試成績×70%+平時成績×30%平時成績包括作業和考勤機器人技術基礎教學要求考試課36課時機器人技術基礎1課程介紹課程介紹2機器人課程內容1、概論：機器人的概念、發展歷史與趨勢、分類和應用概況2、機器人應用實例：軍事、工業、醫用、服務等領域3、機械結構：機械組成、分類、設計原則4、機器人運動學與動力學：位置描述、正逆運動方程、雅可比矩陣5、機器人控制基礎：控制方式、傳感器、編程語言機器人課程內容1、概論：機器人的概念、發展歷史與趨勢、分類和3一、機器人的發展史二、機器人的概念三、機器人的基本結構與分類四、機器人的研究領域和未來展望機器人緒論課件4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抓鼠木人《夢溪筆談》身高三尺，能左手扼鼠，右手持鐵簡斃之，動作靈活歌舞機器人《列·湯問》西周偃師送給周穆王“千變萬化，唯意所適”守衛克里特島的青銅巨人泰洛斯《阿魯哥探險船》希臘神話傳說一、機器人的發展史1、古代機器人

一、機器人的發展史1、古代機器人5年代發明發明人春秋后期《墨經》記載，制造木鳥，能在空中飛行三日魯班公元前2世紀自動機，它是會動和唱歌的雕像，氣壓驅動希臘人1800年前的漢代計里鼓車。車行1里/車上木人擊鼓一下，車行10里/擊鐘一下張衡1662年日本用鐘表技術發明了自動機器玩偶，在大皈演出竹田近江18世紀末端茶玩偶，它可為客人端送茶水若井源大衛門1738年法國發明會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會排泄的機器鴨杰克·戴·瓦克遜1773年瑞士利用齒輪和發條原理驅動的高級玩偶玩具，具有繪畫和演奏動作

道羅斯年代發明發明人春秋后期《墨經》記載，制造木鳥，能在空中飛行三6指南車東漢張衡指南車東漢張衡7機器人緒論課件82、近代機器人用于壓鑄的五軸液壓驅動機器人

2、近代機器人用于壓鑄的五軸液壓驅動機器人9用于物料間的運輸

Unimation公司推出的UnimateAMF公司推出Verstran（萬能搬運）Versatile被認為是世界上最早的機器人用于物料間的運輸Unimation公司推出的Unimate101965年，麻省理工學院的Robots為第一個具有視覺傳感器的，能識別與定位簡單積木的機器人1970年后機器人迅速發展與普及1965年，麻省理工學院的Robots為第一個具有視覺傳感器11機器人緒論課件12機器人緒論課件13機器人緒論課件14機器人緒論課件152012年6月27日，中國載人深潛器“蛟龍”號7000米級海試最大下潛深度達7062米2012年6月27日，中國載人深潛器“蛟龍”號7000米級海16

“機器人”一詞的發明： 1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克的科幻劇本《羅薩姆的萬能機人:羅薩姆公司把機器人作為工業產品推向市場,從事繁重的勞動。后來,公司使機器人具有了感情,機器人成了人類生活中必不可少的成員。該劇預告了機器人的發展對社會的影響。劇中把捷克語“Robota”(農奴)寫成“Robot”(機器人)。

二、機器人的概念“機器人”一詞的發明：二、機器人的概念171950年美國科幻小說家阿西莫夫的《我是機器人》中提出著名的機器人三原則：機器人必須不危害人類，也不能看人類受害而袖手旁觀機器人必須服從與第一條不矛盾的指令在與第一二條原則不矛盾的前提下，機器人應維護自己不受傷害。1950年美國科幻小說家阿西莫夫的《我是機器人》中提出著名的18機器人緒論課件19日本工業機器人協會(JIRA)的定義：工業機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執行器的能夠轉動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。日本工業機器人協會(JIRA)的定義：工業機器人是“一種裝備20中國(原機械工業部)：工業機器人是一種能自動定位控制、可重復編程、多功能多自由度的操作機，它能搬運材料零件或夾持工具，用以完成各種作業．中國(原機械工業部)：工業機器人是一種能自動定位控制、可重復21機器人緒論課件22三、機器人的基本結構與分類1、機器人的組成

機器人的機械結構、控制方式、驅動方式或傳感器千差萬別，但多數機器人由4個主要部件：機械部分，傳感器，控制器，液壓/氣壓/電力驅動裝置三、機器人的基本結構與分類1、機器人的組成機器人的機23機械系統是具有傳動執行裝置的機械，由臂、關節和末端執行裝置組成驅動系統為個部分提供動力，有4種感知系統收集機器人內部狀態和外部環境信息控制系統從計算機接收指令，控制驅動器的動作，并與傳感器反饋信息協調機器人運動工業機器人-環境交互系統實現工業機器人與外部環境的設備互相連接和協調的系統機械系統是具有傳動執行裝置的機械，由臂、關節和末端執行裝置組24人機交互系統是使操作人員參與計算機控制并與機器人進行聯系的裝置、指令給定裝置和信息顯示裝置2、機器人的分類按照從低級→高級的發展程度可分為三類可編程機器人感知機器人智能機器人人機交互系統是使操作人員參與計算機控制并與機器人進行聯系的裝25按照結構形態、負載能力分超大型機器人：負載能力1000kg以上大型機器人：100-1000kg之間中型機器人：10-100kg之間小型機器人：0.1-10kg之間超小型機器人：0.1kg以下按照結構形態、負載能力分超大型機器人：負載能力1000k26按照應用領域工業機器人、農業機器人、軍事機器人、醫用機器人、空間機器人、水下機器人按照驅動方式液壓驅動：機構緊湊、力大、運行平穩，密封要求高氣壓驅動：結構簡單造價低，負荷能力小電動驅動：結構簡單緊湊，控制靈活新型：記憶合金、人工肌肉、壓電按照應用領域工業機器人、農業機器人、軍事機器人、醫用機器人、27按控制方式分類(4種)

伺服控制機器人：用伺服手段，包括位置、力等伺服方法進行控制的機人非伺服控制機器人：采用伺服以外的手段，如順序控制、定位開關控制等進行控制的機器人，機器人無法確定自身位置按控制方式分類(4種)28

CP控制機器人（連續軌跡伺服控制機器人）除了對起點和終點的要求以外，還對運動軌跡的中間各點有要求的控制方式，如弧焊機器人就是典型的CP控制機器人。PTP控制機器人（點位控制機器人）只對手部末端的起點和終點位置有要求，而對起點和終點的中間過程無要求的控制方式，如點焊機器人就是典型的PTP控制機器人．CP控制機器人（連續軌跡伺服控制機器人）29程序機器人操縱機器人示教再現機器人智能機器人按機器人控制器的信息輸入方式來分程序機器人按機器人控制器的信息輸入方式來分30遙控操作機器人視覺機器人移動機器人按代替人的器官方式來分遙控操作機器人按代替人的器官方式來分31按坐標形式分按坐標形式分32機器人緒論課件33機器人緒論課件34機器人緒論課件35機器人緒論課件36四、機器人的研究領域與發展

機器人學具有極其廣泛的研究領域，這些領域體現出廣泛的學科交叉．涉及到機器人的體系結構、機構理論、控制理論與策略、人工智能、傳感技術、通訊技術、機器人語言等。機器人學研究的目的是開發適用各種工作要求的機器人。傳感器與感知系統傳感器與感知系統包括視覺、觸覺、聽覺、接近感、力覺、臨場感等各種新型傳感器的開發；多傳感系統與傳感器融合；傳感數據集成：主動視覺與高速運動視覺的研發；傳感器硬件模塊化；惡劣工況下的傳感技術；連傳感系統軟件：虛擬現實技術等四、機器人的研究領域與發展機器人學具有極其37驅動、建模與控制自動規劃與調度

自動規劃與調度包括環境模型的描述；控制知識的表示；路徑規劃；任務規劃；非結構環境下的規劃；合有不確定性時的規劃；協調操作(運動)規劃：裝配規劃；基于傳感信息的規劃；任務協商與調度；制造系統中機器人的調度等計算機系統計算機系統包括智能機器人控制計算機系統的體系結構；通用與專用計算機語言；標準化接口；神經計算機與并行處理；人機通迅；多智能體系統等驅動、建模與控制自動規劃與調度計算機系統381機器人研究的基礎內容空間機構學機器人運動學機器人動力學機器人靜力學機器人控制機器人傳感器機器人語言1機器人研究的基礎內容空間機構學392、機器人的發展趨勢2、機器人的發展趨勢40技術上的發展趨勢技術上的發展趨勢41生物及微機器人生物及微機器人42機器人緒論課件43人類的更高追求1）社會進步的需求 社會的現代發展不在滿足于僅要求機器人適應自動化的工業生產場所和無人的環境，而是需要“她”具有人的運動方式和更強大的能力，能更好的融入到人類的生活，在與一般人（不僅是專家）的交互和合作的各種活動中，替代人完成一些需要人來完成的工作，而不會給人的生活帶來突兀的感覺。人類的更高追求442）發展中的不足 目前的機器人，特別是已實用化的工業機器人，完全不具有人的形狀和結構，其智能水平與人類相比僅在嬰幼兒階段，還沒有擺脫“機器”的“陰影”，走近“人”的世界，它們與人之間的相似性太小。3）更高的追求 機器人的智能化、機動性、高度的可靠和安全性、以及與人類環境的完美的融入性和協調性是人類的更高追求。因此，無論在科幻小說還是人們對機器人的第一意識中，都把像人一樣的機器人作為機器人研究的最高境界，機器人研究者也一直把實現類人的行為作為夢寐以求的目標。

2）發展中的不足45機器人緒論課件46類人機器人ASIMO日本本田公司研制的仿人機器人ASIMO，是目前最先進的仿人行走機器人。ASIMO身高1.3米，體重48公

斤，它的行走速度是0-9km/h。

早期的機器人如果直線行走時突然轉向，必須先停下來，看起來比較笨拙。而ASIMO就靈活得多，它可以實時預測下一個動作并提前改變重心，因此可以行走自如，進行諸如“8”字形行走、下臺階、彎腰等各項“復雜”動作。此外，ASIMO還可以握手、揮手，甚至可以隨著音樂翩翩起舞。類人機器人ASIMO日本本田公司研制的仿人機器人ASIMO，47目前全球唯一具備人類雙足行走能力的類人型機器人阿西莫(ASIMO，AdvancedStepInnovativeMobility，高級步行創新移動機器人)，ASIMO利用其身上安裝的傳感器，擁有360度全方位感應，可以辨識出附近的人和物體。配合特別的視覺感應器，他可以閱讀人類身上的識別卡片，甚至認出從背后走過來的人，真正做到眼觀六路。當他識別出合法人員后，還可以自動轉身，與之并肩牽手前進。在行進中，ASIMO還能自動調節步行速度配合同行者。和人握手時，能通過手腕上的力量感應器，測試人手的力量強度和方向，隨時按照人類的動作變化作出調整，避免用力太大捏傷人類。目前全球唯一具備人類雙足行走能力的類人型機器人阿西莫(ASI48ASIMO裝載的大量傳感器，既包括傳統人類的傳感器，也擁有一些超越人類的特殊感應器，能夠迅速地了解周圍情況，在復雜的環境下也能快速順暢地移動。ASIMO現在已被投放應用，如日本的IBM等七家企業就租用了ASIMO作為接待員。ASIMO裝載的大量傳感器，既包括傳統人類的傳感器，也擁有一49機器人緒論課件50教學要求考試課36課時總評成績=考試成績×70%+平時成績×30%平時成績包括作業和考勤機器人技術基礎教學要求考試課36課時機器人技術基礎51課程介紹課程介紹52機器人課程內容1、概論：機器人的概念、發展歷史與趨勢、分類和應用概況2、機器人應用實例：軍事、工業、醫用、服務等領域3、機械結構：機械組成、分類、設計原則4、機器人運動學與動力學：位置描述、正逆運動方程、雅可比矩陣5、機器人控制基礎：控制方式、傳感器、編程語言機器人課程內容1、概論：機器人的概念、發展歷史與趨勢、分類和53一、機器人的發展史二、機器人的概念三、機器人的基本結構與分類四、機器人的研究領域和未來展望機器人緒論課件54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抓鼠木人《夢溪筆談》身高三尺，能左手扼鼠，右手持鐵簡斃之，動作靈活歌舞機器人《列·湯問》西周偃師送給周穆王“千變萬化，唯意所適”守衛克里特島的青銅巨人泰洛斯《阿魯哥探險船》希臘神話傳說一、機器人的發展史1、古代機器人

一、機器人的發展史1、古代機器人55年代發明發明人春秋后期《墨經》記載，制造木鳥，能在空中飛行三日魯班公元前2世紀自動機，它是會動和唱歌的雕像，氣壓驅動希臘人1800年前的漢代計里鼓車。車行1里/車上木人擊鼓一下，車行10里/擊鐘一下張衡1662年日本用鐘表技術發明了自動機器玩偶，在大皈演出竹田近江18世紀末端茶玩偶，它可為客人端送茶水若井源大衛門1738年法國發明會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會排泄的機器鴨杰克·戴·瓦克遜1773年瑞士利用齒輪和發條原理驅動的高級玩偶玩具，具有繪畫和演奏動作

道羅斯年代發明發明人春秋后期《墨經》記載，制造木鳥，能在空中飛行三56指南車東漢張衡指南車東漢張衡57機器人緒論課件582、近代機器人用于壓鑄的五軸液壓驅動機器人

2、近代機器人用于壓鑄的五軸液壓驅動機器人59用于物料間的運輸

Unimation公司推出的UnimateAMF公司推出Verstran（萬能搬運）Versatile被認為是世界上最早的機器人用于物料間的運輸Unimation公司推出的Unimate601965年，麻省理工學院的Robots為第一個具有視覺傳感器的，能識別與定位簡單積木的機器人1970年后機器人迅速發展與普及1965年，麻省理工學院的Robots為第一個具有視覺傳感器61機器人緒論課件62機器人緒論課件63機器人緒論課件64機器人緒論課件652012年6月27日，中國載人深潛器“蛟龍”號7000米級海試最大下潛深度達7062米2012年6月27日，中國載人深潛器“蛟龍”號7000米級海66

“機器人”一詞的發明： 1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克的科幻劇本《羅薩姆的萬能機人:羅薩姆公司把機器人作為工業產品推向市場,從事繁重的勞動。后來,公司使機器人具有了感情,機器人成了人類生活中必不可少的成員。該劇預告了機器人的發展對社會的影響。劇中把捷克語“Robota”(農奴)寫成“Robot”(機器人)。

二、機器人的概念“機器人”一詞的發明：二、機器人的概念671950年美國科幻小說家阿西莫夫的《我是機器人》中提出著名的機器人三原則：機器人必須不危害人類，也不能看人類受害而袖手旁觀機器人必須服從與第一條不矛盾的指令在與第一二條原則不矛盾的前提下，機器人應維護自己不受傷害。1950年美國科幻小說家阿西莫夫的《我是機器人》中提出著名的68機器人緒論課件69日本工業機器人協會(JIRA)的定義：工業機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執行器的能夠轉動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。日本工業機器人協會(JIRA)的定義：工業機器人是“一種裝備70中國(原機械工業部)：工業機器人是一種能自動定位控制、可重復編程、多功能多自由度的操作機，它能搬運材料零件或夾持工具，用以完成各種作業．中國(原機械工業部)：工業機器人是一種能自動定位控制、可重復71機器人緒論課件72三、機器人的基本結構與分類1、機器人的組成

機器人的機械結構、控制方式、驅動方式或傳感器千差萬別，但多數機器人由4個主要部件：機械部分，傳感器，控制器，液壓/氣壓/電力驅動裝置三、機器人的基本結構與分類1、機器人的組成機器人的機73機械系統是具有傳動執行裝置的機械，由臂、關節和末端執行裝置組成驅動系統為個部分提供動力，有4種感知系統收集機器人內部狀態和外部環境信息控制系統從計算機接收指令，控制驅動器的動作，并與傳感器反饋信息協調機器人運動工業機器人-環境交互系統實現工業機器人與外部環境的設備互相連接和協調的系統機械系統是具有傳動執行裝置的機械，由臂、關節和末端執行裝置組74人機交互系統是使操作人員參與計算機控制并與機器人進行聯系的裝置、指令給定裝置和信息顯示裝置2、機器人的分類按照從低級→高級的發展程度可分為三類可編程機器人感知機器人智能機器人人機交互系統是使操作人員參與計算機控制并與機器人進行聯系的裝75按照結構形態、負載能力分超大型機器人：負載能力1000kg以上大型機器人：100-1000kg之間中型機器人：10-100kg之間小型機器人：0.1-10kg之間超小型機器人：0.1kg以下按照結構形態、負載能力分超大型機器人：負載能力1000k76按照應用領域工業機器人、農業機器人、軍事機器人、醫用機器人、空間機器人、水下機器人按照驅動方式液壓驅動：機構緊湊、力大、運行平穩，密封要求高氣壓驅動：結構簡單造價低，負荷能力小電動驅動：結構簡單緊湊，控制靈活新型：記憶合金、人工肌肉、壓電按照應用領域工業機器人、農業機器人、軍事機器人、醫用機器人、77按控制方式分類(4種)

伺服控制機器人：用伺服手段，包括位置、力等伺服方法進行控制的機人非伺服控制機器人：采用伺服以外的手段，如順序控制、定位開關控制等進行控制的機器人，機器人無法確定自身位置按控制方式分類(4種)78

CP控制機器人（連續軌跡伺服控制機器人）除了對起點和終點的要求以外，還對運動軌跡的中間各點有要求的控制方式，如弧焊機器人就是典型的CP控制機器人。PTP控制機器人（點位控制機器人）只對手部末端的起點和終點位置有要求，而對起點和終點的中間過程無要求的控制方式，如點焊機器人就是典型的PTP控制機器人．CP控制機器人（連續軌跡伺服控制機器人）79程序機器人操縱機器人示教再現機器人智能機器人按機器人控制器的信息輸入方式來分程序機器人按機器人控制器的信息輸入方式來分80遙控操作機器人視覺機器人移動機器人按代替人的器官方式來分遙控操作機器人按代替人的器官方式來分81按坐標形式分按坐標形式分82機器人緒論課件83機器人緒論課件84機器人緒論課件85機器人緒論課件86四、機器人的研究領域與發展

機器人學具有極其廣泛的研究領域，這些領域體現出廣泛的學科交叉．涉及到機器人的體系結構、機構理論、控制理論與策略、人工智能、傳感技術、通訊技術、機器人語言等。機器人學研究的目的是開發適用各種工作要求的機器人。傳感器與感知系統傳感器與感知系統包括視覺、觸覺、聽覺、接近感、力覺、臨場感等各種新型傳感器的開發；多傳感系統與傳感器融合；傳感數據集成：主動視覺與高速運動視覺的研發；傳感器硬件模塊化；惡劣工況下的傳感技術；連傳感系統軟件：虛擬現實技術等四、機器人的研究領域與發展機器人學具有極其87驅動、建模與控制自動規劃與調度

自動規劃與調度包括環境模型的描述；控制知識的表示；路徑規劃；任務規劃；非結構環境下的規劃；合有不確定性時的規劃；協調操作(運動)規劃：裝配規劃；基于傳感信息的規劃；任務協商與調度；制造系統中機器人的調度等計算機系統計算機系統包括智能機器人控制計算機系統的體系結構；通用與專用計算機語言；標準化接口；神經計算機與并行處理；人機通迅；多智能體系統等驅動、建模與控制自動規劃與調度計算機系統881機器人研究的基礎內容空間機構學機器人運動學機器人動力學機器人靜力學機器人控制機器人傳感器機器人語言1機器人研究的基礎內容空間機構學892、機器人的發展趨勢2、機器人的發展趨勢90技術上的發展趨勢技術上的發展趨勢91生物及微機器人生物及微機器人92機器人緒論課件93人類的更高追求1）社會進步的需求 社會的現代發展不在滿足于僅要求機器人適應自動化的工業生產場所和無人的環境，而是需要“她”具有人的運動方式和更強大的能力，能更好的融入到人類的生活，在與一般人（不僅是專家）的交互和合作的各種活動中，替代人完成一些需要人來完成的工作，而不會給人的生活帶來突兀的感覺。人類的更高追求942）發展中的不足 目前的機器人，特別是已實用化的工業機器