授課老師：連國云項目1：認識智能機器人《智能機器人技術》課程任務要求知識導入任務實施任務評價認識智能機器人親身感受智能機器人的操作任務要求知識導入任務實施任務評價什么是機器人任務要求知識導入任務實施任務評價機器人的基本概念機器人的概念自古代就有，真正現代意義的機器人問世已有幾十年，但對于機器人的定義還沒有形成一個統(tǒng)一的意見。這其中的根本原因是機器人涉及人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。任務要求知識導入任務實施任務評價機器人的基本概念美國機器人協會(RIA)的定義：機器人是一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，通過可編程序動作來執(zhí)行各種任務，并具有編程能力的多功能機械手(manipulator)。日本工業(yè)機器人協會(JRA)的定義：工業(yè)機器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器(endeffector)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。我國對機器人的定義：機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。任務要求知識導入任務實施任務評價機器人的分類工業(yè)機器人服務機器人特種機器人任務要求知識導入任務實施任務評價工業(yè)機器人工業(yè)機器人指應用于生產過程與環(huán)境的機器人，在工業(yè)

生產加工過程中通過自動控制來代替人類執(zhí)行某些單調、頻繁和重復的長時間作業(yè)，主要包括焊接機器人、搬運機器人、

碼垛機器人、包裝機器人、噴涂機器人、切割機器人和

凈室機器人等。任務要求知識導入任務實施任務評價服務機器人人類的活動領城不斷擴大，機器人的應用也從制造領域向非制造領域發(fā)展。像海洋開發(fā)、宇宙探測、采掘、建筑、

醫(yī)療、農林業(yè)、服務和娛樂等行業(yè)都提出了自動化和機器人化的要求，服務機器人由此應運而生。服務機器人主要包括家用服務機器人、醫(yī)療服務機器人、娛樂陪伴機器人已經專業(yè)服務機器人等。任務要求知識導入任務實施任務評價特種機器人特種機器人從本質上來講，也屬于服務機器人。但特種機器人主要是代替人類從事高危環(huán)境和特殊工況的機器人。主要包括軍事作戰(zhàn)機器人、極限作業(yè)機器人和應急救援機器人等

。任務要求知識導入任務實施任務評價執(zhí)行系統(tǒng)驅動系統(tǒng)感知系統(tǒng)控制系統(tǒng)任務要求知識導入任務實施任務評價執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)包括移動機構和操作機構。一般而言，智能機器人的移動機構主要有車輪式移動機構、履帶式移動機構和足式移動機構。此外，還有步進式移動機構、蠕動式移動機構、混合式移動機構和蛇行式移動機構等，以適應各種特殊的場合。操作機構主要為機械臂。任務要求知識導入任務實施任務評價車輪式移動機構是機器人中應用最多的一種，在相對平坦的地面上，用車輪移動的方式行走是相當優(yōu)越的。目前智能機器人中采用的車輪結構主要有橡膠輪、麥克納姆輪、全向輪、正交輪以及越障輪。根據車輪的數量可以分為單輪式、兩輪式、三輪式、四輪式以及多輪式移動機構。移動機構任務要求知識導入任務實施任務評價移動機構履帶式移動機構適合在各種路面

以及未經鋪設的野外條件下行動，它是輪式移動機構的拓展，履帶起給車輪連續(xù)鋪路的作用。履帶式移動機構由履帶、驅動鏈輪、支承輪、托帶輪和張緊輪組成。履帶式行走機構的形狀有很多種，主要為“一”字形或倒梯形。任務要求知識導入任務實施任務評價移動機構足式行走機構有很大的適應性，尤其在有障礙物的通道（如管道、臺階或樓梯）或很難接近的工作場地更有優(yōu)越性；足式運動方式還具有主動隔振能力，盡管地面高低不平，機身的運動仍然可以相當平穩(wěn)；足式移動機構在不平地面和松軟地面上的運動速度較高，能耗較少。任務要求知識導入任務實施任務評價操作機構機械臂是機器人的主要操作機構，根據不同的功能要求安裝不同結構形式的末端執(zhí)行器，實現抓取、搬運等功能需求。機械臂的結構、工作范圍、靈活性、抓重大小和定位精度都直接影響機器人的工作性能。因此，機械臂的結構型式必須根據機器人的運動形式、抓取重量、動作自由度和運動精度等因素來確定。直角坐標型圓柱坐標型關節(jié)坐標型球坐標型任務要求知識導入任務實施任務評價驅動器在機器人中的作用相當于人體的肌肉。驅動器必須有足夠的功率帶動機器人自身和負載運動。驅動器必須輕便、經濟、精確、靈敏、可靠且便于維護。根據能量轉換方式，可將機器人驅動器劃分為液壓驅動系統(tǒng)、氣壓驅動系統(tǒng)、電氣驅動系統(tǒng)和新型驅動器。驅動系統(tǒng)任務要求知識導入任務實施任務評價電氣驅動一般利用各種電動機產生力和力矩。因為省去了中間能量轉換的過程，所以比液壓驅動和氣動驅動效率高，使用方便且成本低，其應用最廣泛。液壓驅動是指以液體為工作介質進行能量傳遞和控制的一種驅動方式。一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成：動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。驅動系統(tǒng)任務要求知識導入任務實施任務評價氣動驅動是以壓縮空氣為動力源，帶動機械完成伸縮或旋轉動作。因為是利用空氣具有壓縮性的特點，吸入空氣壓縮儲存，用控制元件控制其方向，帶動執(zhí)行元件的旋轉與伸縮。隨著技術的發(fā)展，出現了利用新工作原理制造的新型驅動器，如磁致伸縮驅動器、壓電驅動器、靜電驅動器、形狀記憶合金驅動器。驅動系統(tǒng)任務要求知識導入任務實施任務評價普通電機驅動普通電動機包括交流電動機、直流電動機及伺服電動機。交流電動機主要由一個用以產生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉電樞或轉子組成。交流電動機一般不能進行調速或難以進行無級調速，即使是多速電動機，也只能進行有限的有級調速。任務要求知識導入任務實施任務評價直流電動機主要包括定子和轉子2個大部分，直流電動機能夠實現無級調速，由于直流電源價格較高，限制了它在大功率機器人上的應用。伺服電動機可以控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。普通電機驅動任務要求知識導入任務實施任務評價感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)，即是傳感器，在機器人的發(fā)展過程中起到了舉足輕重的作用。參照人類的感知能力，機器人的感知系統(tǒng)可以分為視覺、聽覺、觸覺、壓覺、接近覺、力覺和滑覺共七類。任務要求知識導入任務實施任務評價與人類視覺系統(tǒng)的作用一樣，機器人視覺系統(tǒng)賦予機器人一種高級感覺機構，使機器人能以“智能”和靈活的方式對其周圍環(huán)境做出反應。機器人的視覺信息系統(tǒng)包括圖像傳感器、數據傳遞系統(tǒng)以及計算機和處理系統(tǒng)。機器人視覺系統(tǒng)主要利用顏色、形狀等信息來識別環(huán)境

目標。視覺感知任務要求知識導入任務實施任務評價自主導航與定位是智能機器人最顯著的特點之一，要實現自主導航與定位，機器人必須對周圍環(huán)境中的物體進行探測，機器人對距離的感知就成為自主導航技術的先決條件。機器人對距離的感知是測距傳感器實現的，測距傳感器可分為超聲波測距傳感器、紅外線測距傳感器和激光測距傳感器等。距離感知任務要求知識導入任務實施任務評價超聲波測距傳感器超聲波對液體、固體的穿透能力很強超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射回波超聲波碰到活動物體能產生多普勒效應因此，超聲波的檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波，完成這種功能的裝置就是超聲波測距傳感器。

任務要求知識導入任務實施任務評價紅外線測距傳感器紅外線測距傳感器是利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器。紅外線又稱為紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉及吸收等性質。任何物質，只要它本身具有一定的溫度，都能輻射紅外線。紅外線測距傳感器測量時，不與被測物體直接接觸，因此其具有靈敏度高、反應快等優(yōu)點。任務要求知識導入任務實施任務評價激光測距傳感器激光測距傳感器是利用激光技術進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光測距傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)點是能實現無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。

任務要求知識導入任務實施任務評價控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是機器人的指揮中樞，相當于人的大腦，負責對作業(yè)指令信息、內外環(huán)境信息進行處理，并依據預定的本體模型、環(huán)境模型和控制程序做出決策，產生相應的控制信號，通過驅動器驅動執(zhí)行機構的各個關節(jié)按所需的順序、沿確定的位置或軌跡運動，完成特定的作業(yè)。任務要求知識導入任務實施任務評價控制系統(tǒng)從控制系統(tǒng)的構成看，有開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)之分；從控制方式看，有程序控制系統(tǒng)、適應性控制系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)之分。任務要求知識導入任務實施任務評價機器人的運動方式決定了機器人的控制方式，而不同的控制方式需要不同的控制原理來實現。控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)組成示意圖任務要求知識導入任務實施任務評價點位控制方式軌跡控制式程序控制方式自適應控制方式人工智能控制方式控制系統(tǒng)機器人常見的控制方式有五種。任務要求知識導入任務實施任務評價(1)認