机器人学导论-JohnJCraig - v1
机器人学导论(双语)
天津大学本科课程描述（表格内容：题头为加黑小四号宋体，内容为普通小四号宋体，1.5倍行距）学院：电气与自动化工程专业名称：自动化本科课程信息课程名称：机器人学导论(双语) 课程编号：2030373学分： 2 学时：32课程描述：本课程为双语教学课程，是针对自动化专业本科生开设的专业选修课。
本课程主要学习有关机器人的基础知识、机器人运动与齐次变换、机器人正/逆运动学、机器人速度运动学、机器人动力学等内容。
通过本课程的学习，使学生对机器人学的基础知识有一个全面的理解和应用,同时能够掌握基本的机器人学英语术语。
课程名称：机器人学导论(双语) 课程编号：2030373 学分： 2 学时：32课程描述：本课程为双语教学课程，是针对自动化专业本科生开设的专业选修课。
本课程主要学习有关机器人的基础知识、机器人运动与齐次变换、机器人正/逆运动学、机器人速度运动学、机器人动力学等内容。
通过本课程的学习，使学生对机器人学的基础知识有一个全面的理解和应用,同时能够掌握基本的机器人学英语术语。
Course Description（表格内容：题头为加黑小四号Times New Roman，内容为普通小四号Times New Roman，1.5倍行距）School:School of ElectricalEngineering andAutomationMajor:Automation EngineeringInformation of undergraduate courses:Title:Introduction of Robotics Code:2030373 Credit points:32 Hours: 2Course Description: Spatial description of rigid body, homogeneous transformation; link description of robot manipulator, the derivation of D-H table; the solvability of inverse kinematics problem, examples of PUMA 560 robots' inverse kinmeatics; linear and angular velocity of rigid bodies, derivation of Jacobian matrix; using Larange and Netwon-Euler methods to calculate dynamic equations for a rigid bodyTitle:Introduction of Robotics Code:2030373 Credit points:32 Hours: 2Course Description: Spatial description of rigid body, homogeneous transformation; link description of robot manipulator, the derivation of D-H table; the solvability of inverse kinematics problem, examples of PUMA 560 robots' inverse kinmeatics; linear and angular velocity of rigid bodies, derivation of Jacobian matrix; using Larange and Netwon-Euler methods to calculate dynamic equations for a rigid body。
机器人学导论 (2)
机器人学导论1. 引言机器人学是一门跨学科领域，涉及工程学、计算机科学、电子学、心理学等多个学科。
随着科技的不断发展，机器人的应用范围越来越广，机器人学的研究也变得越来越重要。
本文将介绍机器人学的基本概念、主要应用领域以及未来发展趋势。
2. 机器人学的基本概念机器人学是研究机器人的学科，它涉及到机器人的建模、感知、控制、规划等方面。
机器人学从机器人的感知开始，通过传感器来获取环境信息，然后通过控制算法进行决策和移动，最终实现任务的执行。
机器人学还研究机器人的行为规划和学习，使机器人能够适应不同的环境和任务。
3. 机器人学的主要应用领域3.1 工业机器人工业机器人是机器人学的一个重要应用领域。
工业机器人主要用于生产线上的装配、焊接、喷涂等工作。
通过机器人的自动化操作，可以提高生产效率，减少人工劳动，同时还能降低劳动强度和工作风险。
工业机器人的研究重点在于机器人的控制和路径规划，以及机器人与人类的协作。
3.2 服务机器人服务机器人是机器人学的另一个重要应用领域。
服务机器人主要用于日常生活中的家庭、商业和医疗服务。
服务机器人可以帮助人们完成家庭清洁、物品搬运、老人照顾等任务。
同时，服务机器人还可以在商业场所提供导航、问询、点餐等服务。
服务机器人的研究重点在于机器人的交互设计和人机接口。
3.3 军事机器人军事机器人是机器人学的另一个重要应用领域。
军事机器人主要用于军事作战、侦查和救援任务。
军事机器人能够在危险环境中代替士兵执行任务，从而减少人员伤亡。
军事机器人的研究重点在于机器人的自主导航、目标识别和武器装备。
4. 机器人学的未来发展趋势随着科技的不断进步，机器人学在未来将有更广阔的发展前景。
以下是机器人学的几个未来发展趋势：4.1 智能化未来的机器人将具备更强的智能化能力。
通过人工智能、机器学习和深度学习等技术的发展，机器人将能够更好地理解和适应复杂环境，具备更强的学习、思考和决策能力。
4.2 协作性未来的机器人将更加注重与人类的协作。
机器人学基础 第1章 绪论 蔡自兴0
Robots
Robotics and AI
Ch. 1 Introduction
16
Ch. 1 Introduction
17
1 The U.S. "Big Dog"
In March 2008, the U.S. government released a video of the military robots called "Big Dog", which has amazing mobility and adaptability. Latest "Big Dog" can climb up 35 ° slopes, carry more than 40 kg equipment, representing about 30% of its weight It can move along a simple route, or by remote control.
Ch. 1 Introduction
23
7 Robot World Cup held in China for the first time
China successfully held the Robot World Cup through July 14-20, 2008 for the first time.
9 12
1
2 2
机器人学的数学基础
数学基础/机器人运动学 机器人运动学
2
2 2
讲授
讲授 讲授
3
3 3
16
19 23
3
3 4
机器人动力学
机器人控制（1） 机器人控制（2）
2
2 2
模拟电子chapter1
机器人技术导论- 2.12讲稿 - H·哈里·浅田福特公司机械工程教授2005年秋季机器人技术导论，H·哈里·浅田 1第一章前言我们所说的“机器人”，有各种各样的概念，这个词包罗万象，即可以代表简单的物料处理装置，也可以代表高级的类人机器人，而研究人员、工程师、机器人制造商制作出来的机器人，也是千变万化。
目前被大部分人所接受的机器人概念，是指乔治·C·德沃尔最先发明的工业用可编程物料处理装置。
1954年，德沃尔申请了一种新型零件传送装置的美国专利，他把这种装置的基本控制原理称为“示教再现”。
这个原理目前已经被今天的工业机器人广泛采用。
1.1 工业机器人的时代划分德沃尔的工业机器人，具备机器人技术的两个基本特征：数控和遥控。
数控是根据存储的数据，执行控制动作的一种程序，用于机械工具。
存储的数据包括控制机械运动的点坐标数据、控制操作开始/停止的时钟信号、用于分层控制序列的逻辑语句。
整个操作顺序及其可能的变化，都事先编好程序、储存在存储器里面，这样无需对主要硬件进行重大调整就可以完成各种任务。
现代制造系统面临大量的小批量生产任务，而不是长时间大量生产同一种产品，因此模具和生产计划的改变非常频繁，要求制造系统富有灵活性。
生产线适合大规格生产，但是不具备这种灵活性（图1-1）。
单一用途的生产线，不论原始投资多么巨大，在要求改变主要产品的时候往往不能适应变化，已经失去了竞争优势。
在最近几十年手工操作单位制造成本生产线转换批量图1-1 制造成本与批量的基本关系机器人技术导论，H ·哈里·浅田 2里，灵活自动化已经成为制造业改革的核心问题，而数控对提高系统的灵活性起着关键作用。
现在的工业机器人都是可编程机械，只要简单地修改存储的数据，就能实现各种操作：这就是数控的应用效果。
遥控操作器也是现代工业机器人的起源之一，这是一种能够远距离执行任务的机械装置，在操作人员无法接近、或者不安全的环境中执行任务，例如，处理放射性物质、深海作业和空间作业等等。
机器人学导论
《机器人学导论》学习中心：专业：学号：姓名：一、名词解释：1.自由度2.运动学3.动力学4.虚功原理5.脱机编程二、简答题：1.机器人学主要包含哪些研究内容？2.什么是牛顿-欧拉动力学法和拉格朗日方法？3.简述机器人力觉传感器的分类及用途。
4.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？5.仿人机器人的关键技术有哪些？三、论述题：1.试论述机器人技术的发展趋势。
2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。
3.机器人控制系统的基本单元有哪些？4.智能控制的特点有哪些？5.脱机编程方式有哪些优点？6.简述采用工业机器人的步骤。
四、计算题：1.已知点u的坐标为[7,3,2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿z轴平移7个单位得到点t。
求u, v, w, t各点的齐次坐标。
2.如图所示为具有三个旋转关节的3R 机械手，求末端机械手在基坐标系{x 0,y 0}下的运动学方程。
3.如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1= 0 , θ2=π/2），生成手爪力 F A = [ f x 0 ]T 或F B = [ 0 f y ]T 。
求对应的驱动力 τA 和τB 。
0x f ⎤⎥⎦4.如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X 0轴正向以1.0m/s 的速度移动，杆长l 1=l 2=0.5m 。
设在某时刻θ1=30°，θ2=-60°，求该时刻的关节速度。
已知两自由度机械手速度雅可比矩阵为1121221211212212l s l sl s l c l c l c θθ---⎡⎤=⎢⎥+⎣⎦J。
机器人导论绪论
机器人的优缺点
一、优点
能不知疲倦、不厌其烦的持续工作，不会有心理问 题；
具有比人更高的精确度、速度，可以同时响应多个 激励；
可以在危险环境下工作，无需考虑生命保障或安全 的需要；
无需舒适的环境，如照明、空调、噪音隔离等；
其感知系统及其附属设备具有某些人类所不具有的 能力；
二、缺点
美国是机器人的诞生地，比起号称“机 器人王国”的日本起步至少要早五六年。 经过30多年的发展，美国现已成为世界上 的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。 80年代中后期，随着各大厂家应用机器 人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术 性能越来越满足不了实际需要，美国开始 生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并 很快占领了美国60％的机器人市场。尽管 美国在机器人发展史上走过一条重视理论 研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但 是美国的机器人技术在国际上仍一直处于 领先地位。
2．适应性 机器人的适应性是指其对环 境的自适应能力，即要求所设计的机器人 能够自我执行并适应未经完全指定的任务， 而不管任务执行过程中是否发生了所没有 预计到的环境变化。这一能力要求机器人 具有人工知觉，即能感知周围环境。
1.1.4 机器人技术的发展进程
· 1920年捷克作家Karel Capek在科幻作品中引 入了机器人慨念。 · 1946年美国研制出了第一台计算机。 · 1952年美国研制出了第一台数控机床。 · 1954年麻省理工学院研制出了可编程机器人， 这种机器人的主要技术功能就是“可编程”及 “示教再现”。 · 1968年斯坦福研究所研制出了智能机器人， 由传感器组成感觉系统，可作适当决策，自主 完成一些任务。 · 智能机器人目前正处于发展阶段。
机器人学导论分析解析
Forward kinematics of manipulators (Chapter 3) Kinematics is the science of motion that treats motion without regard to the forces which cause it. e.g. position, velocity, acceleration and all higher order derivatives of the position variables.
Cartesian Spherical
Cylindrical
Articulated
SCARA
Topics： • Lectures: Description of position and orientation (Chapter 2) Forward kinematics of manipulators (Chapter 3) Inverse kinematics of manipulators (Chapter 4) Velocities, static forces, singularities (Chapter 5) Dynamics (Chapter 6) Trajectory generation (Chapter 7) Manipulator design and sensors (Chapter 8) Linear position control (Chapter 9) Nonlinear position control (Chapter 10) • Experiments: Programming robots and Off-line programming and simulation (Chapter 12 & 13)
机器人学导论
编程语言应用：机器人 操作系统、算法开发、
人机交互等
机器人的控制策略
01 控制策略类型：基于模型的控制、基于规则的控制、基于学习的控制等 02 控制策略选择：根据机器人应用场景、性能要求、技术成熟度等综合考虑 03 控制策略优化：参数调整、算法改进、系统集成等
05
机器人学的研究方法与创新
机器人学的研究方法
理论研究：数学建模、算法设计、性能分析等 实验研究：仿真实验、实验室测试、实际应用等 计算研究：计算机模拟、计算性能评估、计算优化等
机器人学的创新方向
01 技术创新：新型传感器、高性能驱动系统、先进控制算法等 02 应用创新：新兴应用领域、跨界融合、产业升级等 03 制度创新：政策支持、产学研合作、人才培养等
产业升级：传统产业的智能化改造、 新兴产业的培育与发展
技术创新：新型传感器、 高性能驱动系统、先进
控制算法等
市场需求：家庭、医疗、 教育、军事等领域的机
器人应用需求
机器人学对社会的影响
经济影响：提 高生产效率、 降低生产成本、 促进产业升级
01
社会影响：改 变生活方式、 提高生活质量、 促进社会进步
机器人学的关键技术
关键技术一：传感器技术
• 传感器的设计与制造 • 传感器的集成与融合 • 传感器的性能评估与优化
关键技术二：控制技术
• 控制算法的设计与实现 • 控制系统的稳定性与可靠性 • 控制系统的性能评估与优化
关键技术三：人工智能技术
• 机器学习与深度学习 • 自然语言处理与计算机视觉 • 智能决策与规划
机器人学的未来发展趋势
机器人技术的普及与推广：家庭机器 人、教育机器人、医疗机器人等
机器人技术的深度融合： 人工智能、物联网、大
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第2章 空间描述和变换
• 2.1 概述 • 2.2 描述：位置、姿态与坐标系 • 2.3 映射：从坐标系到坐标系的变换
• 2.4 算子：平移、旋转和变换
• 2.5 总结和说明 • 2.6 变换算法
• 2.7 变换方程
• 2.8 姿态的其他描述方法 • 2.9 自由矢量的变换
机器人学导论 （美）John.J.Craig
2.2 描述：位置、姿态与坐标系 相关知识：点积
机器人学导论 （美）John.J.Craig
2.2 描述：位置、姿态与坐标系 相关知识：点积
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2.2 描述：位置、姿态与坐标系 相关知识：点积
机器人学导论 （美）John.J.Craig
2.2 描述：位置、姿态与坐标系 相关知识：点积
机器人学导论 （美）John.J.Craig 2.1 和姿态两个特性，在数学上就需要定
义坐标系来表达相关参数。
我们定义一个世界坐标系，任何问题都能够参照这个坐标系。位置和姿态都是参照这个世界坐标系或者由世界坐 标系定义的笛卡尔坐标系。
机器人学导论 （美）John.J.Craig
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2.2 描述：位置、姿态与坐标系 相关知识：点积