第一章-绪论-机器人技术-教学课件.ppt

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1、参考书目及网站：智能机器人 方建军 何广平 编著 化学工业出版社机器人控制电子学 船仓一郎 等编 宗光华等译 科学出版社 移动机器人技术及其应用 张毅 等编 电子工业出版社 广茂达网站：智能车竞赛网站：课程内容：第一章 引论（Introduction）第二章 机器人运动（Locomotion）第三章 移动机器人运动学（Mobile Robot Kinematics）第四章 驱动（Driving Motion）第五章 感知（Perception）第六章 定位（Mobile Robot Localization）第七章 导航与规划（Planning and Navigation）第一章：引论（第一

2、章：引论（Introduction）第一节第一节 引言引言 机器人技术：综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感机器人技术：综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。一、机器人的定义一、机器人的定义 1：计算机控制的可以编程的能够完成某种工作或可以移动的自动化机械-美国工程师协会2：可重复编程的多功能操作器-美国机器人协会3：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如：感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种高度灵活性的自动化机器-中国科学家二、机器人的产生

3、及发展历史二、机器人的产生及发展历史 1 产生1920年，捷克剧作家Capek,罗萨姆万能机器人公司（Rossums Universal Robots）剧本。Robota（奴隶）以及Robotonic（劳动者）-Robot（用人手创造的劳动者-代替人干活的机器 具有“奴隶机器”、“用人手创造的劳动者”、“代替人干活的机器”含义 机器人的“生身父母”当属捷克作家卡佩克 1958年，美国Consolidated公司制作出世界上第一台工业机器人。1962年，美国公司生产出世界上第一台实用工业机器人unimate“万能自动”。20世纪80年代初期，我国第一台工业机器人问世。国内，清华大学、哈尔滨工业大

4、学、中国科技大学、中科院沈阳自动化所等高校、科研机构。三、机器人的应用三、机器人的应用1 机器人在制造业中的应用机器人在制造业中的应用焊接机器人：主要有弧焊、点焊机器人。喷涂机器人：主要有电动、液压喷涂机器人。装配机器人 检查、测量机器人 移动式搬运机器人 2 机器人在非制造中的应用机器人在非制造中的应用农、林、水产及矿业机器人 医疗康复机器人 核工业机器人 空间机器人 海洋机器人 防灾机器人 四、未来机器人的发展方向四、未来机器人的发展方向 高智能机器人：当你说：“要一杯茶”，它会自主的为你送上一杯茶，并客气地说：“请用茶”。微型机器人：设想研制一种可在人的血管中运行，识另并杀死癌细胞的微型

5、机器人，减轻病人的痛苦。网络机器人：协作、远程控制和操作变结构：创造出新的结构，可以根据环境的变化，变换结构。六、机器人赛事介绍六、机器人赛事介绍 1 机器人足球比赛RoboCup（Robot World Cup）：机器人足球世界杯，由日本主办，1997年，第一届RoboCup在日本名古屋举办。分仿真组、小型组、中型组和4足步行机器人组。赛事背景赛事背景：人工智能（从人与机器的博弈到2050年战胜人类足球冠军队）。人工智能研究交流的平台以及优秀的综合教育项目（仿真组）。MiroSot（MicroRobot World Cup Soccer Tournament）：微机器人足球世界杯锦标赛，由韩

6、国主办。通过举办夏令营、国际联队培训班等形式来普及和推广MiroSot。赛事背景：1995年发起，1997年，国际机器人足联FIRA（Federation of International RobotSoccer Association），由韩国科学技术院金钟焕教授担任执行主席。2 RobocoN（Robot Contest）：发源于日本，“亚广联（ABU）亚太地区机器人大赛”的前身是日本广播协会（NHK）的机器人比赛，该项赛事从1988年开始，于1989年成为日本NHK每年的赛事，命名为“全日本机器人大赛”。1990年第一次邀请除日本之外的国外代表队参赛，成为一项国际性比赛。2002年，中央

7、电视台举办了中国“首届全国大学生机器人电视大赛。2007年，“亚太大学生机器人大赛国内选拔活动”是中央电视台负责组织的在全国高校范围内选拔代表中国参加“亚广联亚太地区机器人大赛”的预选赛。本次预选赛在北京（首钢体育馆）举行 。3 智能车比赛全国大学生智能汽车竞赛由教育部高等自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办，该竞赛以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。光电组、摄像头组、电磁组和创意组。一 分层递阶的体系结构执行级：面向设备参数的基础级，执行确定的运动和提供明确的信息需求，通常采用常规的控制方法

8、进行设计。协调级：接受组织级的指令和子任务执行过程的反馈信息，协调下一层的执行。主要运用运筹学的方法研究。组织级：接受任务命令，解释这个命令，并根据系统其他部分的反馈信息，确定任务，表达任务，并把任务分解成系统可以执行的若干子任务。它是智能控制系统中，智能能力最强，控制精度最低的一级，需要用人工智能方法研究。该体系结构的提出主要有两个出发点：其一，一个智能机器人可能有多个被控制的分系统，而多个这样的机器人又有可能被组成一组，相互协调工作。其二，考虑到已有的单元技术和正在研究的技术可能用到这一系统中来。三列六层结构。任务分解列：负责对总命令一级一级的进行时间和空间上的分解，最后分解成若干控制执行

9、器动作的信号串。任务的接受和完成都体现在任务分解列，其他各列都是为任务分解列服务的。环境建模列：更新、修改数据库的内容；提供周围环境的预测值；提供相关的环境模型数据和被控体的状态数据；判断出按照分解列模块给出的各子目标执行的可能结果；评价任务分解列模块的分解结果。信息处理列：对系统中的各种传感器的信号进行滤波、集成、检验和度量。在不同层次上向环境建模列的各层次分别提供简单处理信号、抽取出的特征信息、物体的分割与几何尺寸度量，最后到物体的识别结果。第一层：坐标变换和伺服层。将上层送来的载体要达到的几何坐标，分解变换成各关节的坐标，并对执行器进行伺服控制。第二层：动力学计算层。该层工作于载体（单体

10、、单个机器人本体）坐标系或世界（绝对）坐标系。作用是给出一个平滑的运动轨迹，并把轨迹上各点的几何坐标位置、速度、方向，定时的向第一层发送。第三层：基本运动层。该层工作于几何空间，给出被控体运动的各关键点的坐标。上述三层是针对一个分系统的控制，是以控制被控体运动而言的，各分系统工作性质不同，各层工作也相应不同。第四层：单体任务层。该层是面向任务的，把整个单体的任务分解成若干子任务串，分配给该单体上的各分系统。第五层：成组任务层。该层的任务是把任务分解成若干子任务串，分配给组内不同的机器人单体。第六层：总任务层。它把总任务分解成由各组机器人完成的子任务并分配给各个机器人组。三 开放式体系结构OSM

11、OR开放式体系结构OSMOR（an Open System for Mobile Robot），分为任务分解、路径规划、运动学计算和伺服控制4层，分信息集成、任务分解2列，共享一个全局数据库。机器人各分系统都具有自己的下3层，分系统可以增加。第一层为伺服级，将从上层接收的关节转动要求量，转变成电压数字量送给执行部件。第二层为运动学计算层，进行运动学计算和坐标变换，依据现在的位置状态点，下一个应到达点及再下一个应到达点，进行运动学计算。给出转速、转向，并向下层传送。第三层为路径规划层。接受从现有位置状态到达指定位置状态的命令，进行路径的规划。规划在几何坐标内进行，结果是车体应经过的关键点，将结果

12、向下层输出，作为运动学计算层的命令。第四层为任务级，负责接受对整个系统的命令，把它分解给车体运动控制，与手的协调任务分配，以及多车协调等。上层向下层发送命令，即任务，下层向上层反馈命令的执行结果，不同层次加载不同功能的算法，完成本层任务。二 移动机器人的分类1 按工作环境进行分类：室内移动机器人和室外移动机器人2 按移动方式进行分类：轮式移动机器人、步行移动机器人、蛇形机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等3按功能和用途进行分类：医疗机器人、军用机器人、助残机器人、清洁机器人、服务/娱乐机器人等4 按作业空间进行分类：陆地移动机器人、水下机器人、无人飞机和空间机器人。三 移动机器人的应用及其展望工业生产宇宙、海洋和地下等未知的危险环境，未来战争，提高人类健康和生活水平，丰富人类文化生活。四 移动机器人领域的三个关键问题1我在哪？Where am I?）感知、定位2 我要去哪？（Where am I going?）3 我如何去？（How do I get there?）运动、规划和导航