機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用

1、2024/3/2,1,機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院,2/54,聯(lián)系方式,3/54,課程目的,本課程介紹了機(jī)器人的前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)講述了機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)。 采用理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐并重的教學(xué)方法，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，通過(guò)熟悉機(jī)器人的開(kāi)發(fā)流程與設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生能夠簡(jiǎn)易機(jī)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(yīng)用，使得基礎(chǔ)較好的同學(xué)能夠獲得進(jìn)一步的機(jī)器人設(shè)計(jì)的實(shí)踐

2、機(jī)會(huì)。,4/54,學(xué)時(shí)分配,課程屬性： 專業(yè)選修課總學(xué)時(shí)數(shù)： 32 課內(nèi)學(xué)時(shí)： 32講課學(xué)時(shí)數(shù)：24實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)分： 2,5/54,課程大綱（約32學(xué)時(shí)）,6/54,開(kāi)放性實(shí)驗(yàn),地點(diǎn)：嘉園204內(nèi)容： 學(xué)生可以單獨(dú)或者合作（最多3人）完成一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人案例，可從下面的命題中選取，也可自己設(shè)計(jì)題目。競(jìng)步機(jī)器人；趨光機(jī)器人；避障機(jī)器人。,7/54,考

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

4、器人是指南車.2） 指南車是木頭做的.3） 指南車在我國(guó)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(yīng)用于軍事領(lǐng)域.,,12/54,機(jī)器人的概念,13/54,1 機(jī)器人的概念,1） 機(jī)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(dāng)代遙控機(jī)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(yīng)用于探索領(lǐng)域.,,14/54,機(jī)器人的概念,15/54,1 機(jī)器人的概念

5、,1） 機(jī)器人是雙足競(jìng)步機(jī)器人.2） 競(jìng)步機(jī)器人是由鋁合金等材料做成的.3） 競(jìng)步機(jī)器人是當(dāng)代類人機(jī)器人的先驅(qū).4） 競(jìng)步機(jī)器人是為了模仿人類行走設(shè)計(jì)的.5） 我院的競(jìng)步機(jī)器人國(guó)內(nèi)領(lǐng)先.,16/54,機(jī)器人的概念,17/54,1 機(jī)器人的概念,1） 機(jī)器人是機(jī)械大狗.2） 機(jī)械大狗由鎂鋁合金等材料做成的.3） 機(jī)械大狗是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的.4） 機(jī)械大狗是為了運(yùn)輸戰(zhàn)時(shí)物資用的.5） 火星車首先應(yīng)用于軍事領(lǐng)域.,,18/54

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

7、3 機(jī)器人的定義,1）美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）定義： 一種為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。”,22/54,1 機(jī)器人的概念,1.3 機(jī)器人的定義,2）日本機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）定義： “機(jī)器人就是任何高級(jí)的自動(dòng)機(jī)械”,23/54,1 機(jī)器人的概念,1.3 機(jī)器人的定義,3）中國(guó)機(jī)器人定義： 機(jī)器人是可以自動(dòng)執(zhí)行工作的復(fù)雜的機(jī)電綜合裝置。機(jī)器人可接受人類指揮，也可以執(zhí)行預(yù)

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(dòng)。,24/54,1 機(jī)器人的概念,1.3 機(jī)器人的定義,4）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義： 聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：“是一種為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)?！?。,25/54,1 機(jī)器人的概念,1.3 機(jī)器人的定義,現(xiàn)在，國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說(shuō)來(lái)，人們都可以接受這種說(shuō)法，即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控

9、制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。,26/54,1 機(jī)器人的概念,1.4 機(jī)器人的發(fā)展史,1) 古代機(jī)器人 機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的問(wèn)世都是近幾十年的事。然而人們對(duì)機(jī)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(jī)器，以便代替人類完成各種工作。,指南車,西周伶人,春秋木鳥(niǎo),希臘自動(dòng)機(jī),記里鼓車,寫字機(jī)器人,法國(guó)機(jī)器鴨,自動(dòng)機(jī)器玩偶,木牛流馬,,,,,,,,,,27/54,1 機(jī)器人的概

10、念,1.4 機(jī)器人的發(fā)展史,2) 現(xiàn)代機(jī)器人,1920,1939,1942,1948,1954,1968,1998,1999,2002,,,,,,,,,,28/54,1.5 機(jī)器人的分類,操作型機(jī)器人：能自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能，有多個(gè)自由度可固定或運(yùn)動(dòng)，用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)中。程控型機(jī)器人：按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。示教型機(jī)器人：通過(guò)引導(dǎo)或其它方式，先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作，輸入工作程序，機(jī)器

11、人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。智能機(jī)器人：以人工智能決定其行動(dòng)的人。,29/54,2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu),,,,機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置和控制系統(tǒng)等組成。,30/54,2 機(jī)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(jī)器人的全部控制由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)完成。另一種是分散（級(jí)）式控制，即采用多臺(tái)微機(jī)來(lái)分擔(dān)機(jī)器人的控制，如當(dāng)采用上、下兩級(jí)微機(jī)共同完成機(jī)器人的控制時(shí)，主機(jī)常用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、通訊、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)

12、計(jì)算，并向下級(jí)微機(jī)發(fā)送指令信息。,31/54,2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)—檢測(cè)系統(tǒng),,,,檢測(cè)系統(tǒng)的作用是實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(jìn)行比較后，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)器人的動(dòng)作符合預(yù)定的要求。,32/54,2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)—執(zhí)行機(jī)構(gòu),,,,執(zhí)行裝置就是按照電信號(hào)的指令，將來(lái)自電、液壓和氣壓等各種能源的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)等方式的機(jī)械能的裝置。按利用的能源來(lái)分類，主要可分為電動(dòng)執(zhí)行裝置、液壓執(zhí)行

13、裝置和氣動(dòng)執(zhí)行裝置。,33/54,2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)—驅(qū)動(dòng)裝置,,,,驅(qū)動(dòng)裝置是接收控制系統(tǒng)信號(hào)，并將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置運(yùn)動(dòng)電流或電壓的器件。,,,34/54,3 機(jī)器人發(fā)展方向,一、以為人服務(wù)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(biāo)。,機(jī)器人的研究從一開(kāi)始就是擬人化的，所以才有機(jī)械手、機(jī)械臂的開(kāi)發(fā)與制作，也是為了以機(jī)械來(lái)代替人去做人力所無(wú)法完成的勞作或探險(xiǎn)。但近十幾年來(lái)，機(jī)器人的開(kāi)發(fā)不僅

14、越來(lái)越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。其未來(lái)將向以下三個(gè)方面發(fā)展：,35/54,3 機(jī)器人發(fā)展方向,一、以為人服務(wù)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(hù)理保健的工作可能全由機(jī)器人取代。醫(yī)院已開(kāi)始使用機(jī)器人為病人送藥、配藥的服務(wù)。還有，家居的全自動(dòng)化，無(wú)需駕駛的自動(dòng)汽車等等將會(huì)出現(xiàn)。,36/54,3 機(jī)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(lái)制造機(jī)器狗、貓、魚(yú)等動(dòng)物。譬如日本三菱

15、重工附屬公司Ryomei Engineering研制成功的金色機(jī)械魚(yú)“金魚(yú)虎”長(zhǎng)1公尺，重25公斤，是一只不小的巨魚(yú)，能自動(dòng)暢游于水中，可協(xié)助監(jiān)察橋梁的保安和搜集魚(yú)汛的情況，監(jiān)視河水污染等。,37/54,3 機(jī)器人發(fā)展方向,三、以人性化為最大發(fā)展目標(biāo)：,在世紀(jì)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(wèn)題的爭(zhēng)議，“克隆人”能否問(wèn)世仍然是一個(gè)未知數(shù)，但機(jī)器人的研發(fā)正在取而代之，以越接近人性化為追尋目標(biāo)。,38/54,

16、4 機(jī)器人相關(guān)的競(jìng)賽,,,1）中國(guó)青少年機(jī)器人大賽2）全國(guó)職業(yè)院校技能大賽機(jī)器人項(xiàng)目3）中國(guó)機(jī)器人奧林匹克大賽4）中國(guó)機(jī)器人CCTV公開(kāi)賽5）中國(guó)機(jī)器人大賽暨RoboCup公開(kāi)賽,39/54,中國(guó)機(jī)器人大賽暨RoboCup公開(kāi)賽,40/54,41/54,42/54,43/54,44/54,我院代表隊(duì)在2010中國(guó)機(jī)器人大賽暨RoboCup公開(kāi)賽中獲雙足競(jìng)步（交叉足?。╉?xiàng)目組冠軍,45/54,46/54,,,,二,三,47/54,