第一章 机器人技术数学基础

2020/3/51机器人技术学时：32学分：2任课教师：冯大鹏联系电话：[phone]（684042）2020/3/52机器人技术绪论IntroductionofRobotics1.1机器人学的发展1．2机器人的特点、结构与分类1．3机器人学与人工智能1．4如何学好机器人技术2020/3/53Robotics绪论1.1机器人学的发展1.1.1机器人的由来1）东汉、张衡发明的指南车2）1768-1774，瑞士钟表匠制作的木偶机器人3）1920捷克剧作家KarelCapek首次提出Robota一词4）1950美国科幻作家Assimov,提出机器人三守则1，机器人不应伤害人类；2，机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；3，机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。5）1954美国人设计了第一台电子可编程机器人6）1962美国GM公司使用全球第一台机器人Unimate2020/3/54Robotics绪论1.1机器人学的发展1.1.2机器人的定义美国机器人协会（RIA）定义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具有编程能力的多功能机械手。日本机器人协会（JIRA）定义工业机器人：一种能够执行与人体肢体类似动作的多功能机器。智能机器人：一种具有感觉和识别能力，并能控制自身行为的机器。中国机器人定义机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。2020/3/55Robotics绪论1.1机器人学的发展1.1.2机器人的定义国际标准化组织（ISO）定义1）动作机构具有类似于人或其他生物某些器官的功能；2）具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；3）具有不同程度的智能性；4）具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人。2020/3/56Robotics绪论1.1机器人学的发展1.1.3机器人学的进展•简单历史回顾•目前发展情况1）机器人投资理论2）日本成为机器人生产大国，美国为研究大国3）机器人产业迅速发展4）应用范围遍及各领域5）机器人学兴起6）机器人向智能化发展2020/3/57Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类1.2.1机器人的主要特点---通用性和适应性•通用性versatility---可执行不同功能和完成不同任务的能力取决于其结构特点和承载能力一般自由度越多，通用性越强•适应性adaptivity---主要指其对工作环境变化的适应能力需具有（1）传感与测量环境变化的能力（2）分析任务和执行操作规划的能力（3）自动执行指令能力2020/3/58Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类1.2.2机器人系统的结构机器人系统由机械部分、环境测量、任务规划、控制器等四部分组成，结构如图1.1。2020/3/59Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类2020/3/510Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类1.2.3机器人的自由度1）刚体的自由度任何空间刚体具有6个自由度，即可任意运动。2）机器人的自由度机器人靠末端执行器工作，末端执行器具有6个自由度即可保证其灵活运动。3个位置、3个姿态自由度。图1.42020/3/511Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类1.2.3机器人的自由度3）自由度与机动性一般自由度越多，机器人越灵巧。2020/3/512Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类1.2.4机器人的分类按几何结构分:柱面坐标机器人、球面坐标机器人、关节球面坐标机器人。按机器人控制分：非伺服机器人、伺服机器人（点、轨迹）按用途分：工业机器人、探索机器人、服务机器人、军事机器人（地面、海洋、空中）按机器智能分：一般机器人、智能机器人（传感机器人、交互机器人、自主机器人）按移动性分：固定机器人、移动机器人（轮式、履带、步行）2020/3/513Robotics绪论1.2.4机器人的分类按代替人器官分:操作机器人（手）、移动机器人（腿）、视觉机器人（眼）按应用分：工业机器人、极限作业机器人、娱乐机器人按基于信息进行动作分：操纵机器人、程序机器人、示教再现机器人、数值控制机器人、智能机器人2020/3/514Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类1.2.4机器人的分类2020/3/515Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类1.2.4机器人的分类2020/3/516Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类1.2.4机器人的分类2020/3/517Robotics绪论1.2机器人的特点/结构与分类著名机器人:用于点焊自动作业的工业机器人,1965年开始使用，是美国Unimation公司推出.2020/3/518Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类著名机器人:1978年美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA.2020/3/519Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类著名机器人SCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm，中文译名：选择顺应性装配机器手臂）是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人。装配印刷电路板和电子零部件2020/3/520Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类著名机器人2020/3/521Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类著名机器人2020/3/522Robotics绪论1.2机器人的特点、结构与分类著名机器人2020/3/523Robotics绪论1.3机器人学与人工智能1.3.1机器人学与人工智能的关系人工智能(ArtificialIntelligence)，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。1.传感信息处理2.机器人规划3.专家系统根据人们在某一领域内的知识、经验和技术而建立的解决问题和做决策的计算机软件系统，它能对复杂问题给出专家水平的结果。4.自然语言理解2020/3/524Robotics绪论1.3机器人学与人工智能1.3.2机器人学的研究领域1.传感器与感知系统2.驱动、建模与控制3.自动规划与调度4.计算机系统5.应用研究6.微型机器人7.自动化(RoboticsandAutomation)2020/3/525Robotics绪论1.3机器人学与人工智能1.3.3智能机器人2020/3/526Robotics绪论1.3机器人学与人工智能1.3.4人工智能的争论及其对机器人学的影响1.人工智能的主要学派2.对人工智能理论的争论3.对人工智能方法的争论4.对人工智能技术路线的争论5.人工智能争论对机器人学的影响2020/3/527Robotics绪论1.4如何学好机器人技术1.4.1课程成绩的构成考试：闭卷总成绩：(平时作业+考勤)20%+实验20%+期末考试60%考试内容：掌握部分70%；一般要求部分20%；了解部分10%2020/3/528Robotics绪论1.4如何学好机器人技术1.4.2学好机器人技术的要点课程的特点:内容丰富、覆盖面广、学科交叉明显学习方法1)仔细听讲,在书上做好注释笔记;2)阅读机器人及相关课程教材,弄懂重要内容;3)独立思考,努力独立完成作业。