机器人概论第十讲
第10课《认识机器人》说课稿
第10课《认识机器人》执教者：谢贤晓【教材分析】《认识机器人》是浙江摄影出版社小学信息技术六下第二单元第1课时的内容。
本单元的教学内容围绕机器人展开，共6课时,本课主要通过机器人外观和历史的视角来认识机器人,激发学生对机器人的学习热情和兴趣。
【教学目标】知识与技能：了解机器人的产生、现状和发展。
过程与方法：能从众多具体机器人中归纳出机器人最基本的特征，能判断一个物体是不是机器人。
情感态度与价值观：产生主动关注、了解机器人的兴趣。
感受科技的飞速发展，从小树立爱科学的志向.培养学生的团队合作精神。
【教学重点】机器人的发展历史。
【教学难点】机器人的特点；能较快地、有针对性地收集有关机器人的资料。
【教学方法】本课主要采用“问题-探究”式教学法。
通过提问，巧妙设计多项任务，环环相扣，落实教学知识点.学生针对教师的提问，采用小组合作的方式，借助“绿色网络教室”学生端的“组共享与交流”功能展开学习.【教学准备】机房：教师机安装“绿色网络教室”控制系统和办公端软件，学生机安装“绿色网络教室"学生端软件。
学生:在纸上绘制“我心目中的机器人”教师：课件【教学过程】一、精彩导入机器人的特征通过实物展台出示学生课前绘制的“我心目中的机器人”，观看后,让学生归纳他们绘制的机器人的共同点是什么？—-“人形”，这时教师提问:“在生活中我们看到的机器人很多都不是人形的”出示ppt中几种机器人的图片，教师再一次提问：“那么这些不像人形的机器能称之为“机器人”吗？”“机器人需要具备怎样的特性？”引出本课的课题《认识机器人》，接着布置任务一。
任务一：上网查找，了解机器人的特征，同桌进行交流。
学生汇报查找结果，总结机器人的特征：外形、大脑、动作。
判断PPT中的图片是否是机器人.本环节通过巧妙的提问,激发学生的学习积极性,进而通过上网查找和归纳,建构一个初步的机器人特征的概念.学生汇报查找结果时，教师引导学生关键字的选择，使本课的教学难点得到突破.二、看书自学机器人的种类教师提问“为何要研发各异的机器人?",教师PPT展示具有不同功能的机器人图片并进行用途上的简单说明。
甘教版信息技术六年级下册第10课常见的机器人教案设计
第 10 课常有的机器人教课目的：1、认识常有的机器人。
2、认识将来机器人及学术界开发机器人的准则。
3、查找资料，制作一个以机器人为专题的网页。
教课要点：1、机器人的分类及其用途。
2、开发机器人的准则。
教课难点：机器人的分类及其用途。
教课过程：一、激趣导入同学们，猜猜他是谁？人们不敢做的事情他敢做，人们做不来的事情他能做；他既不要吃，也不要喝，更不用休息了。
你知道他是谁吗？他就是我们的新朋友——智能机器人。
二、自学课文（一）机器人分类1、自学课文 63－ 65，达成以下作业（1）依据机器人的应用领域可分为己类？（2）每类机器人都是如何展开工作的？2、沟通学习成就。
3、从网络上搜寻资料，举例说明机器人工作特色及其应用范围。
如：自主式军用机器人车辆自主式车辆不需要操作手，而是依赖自己的人工智能来达成预约的动作和任务，主要特色是采纳了很多先从而靠谱的传感器和高速计算机系统，需要复杂的人工智能/ 专家系统程序。
在地面行驶时能选择最正确路线和地形抵达目的地。
自主式车辆的地面导向需要迅速计算机办理系统，而其察看系统需要有高水平的图像辨别能力。
b5E2RGbCAP固然自主式车辆是机器人车辆的发展方向，但当前各样自主式车辆研制都未达到适用阶段，大都是半自主式，并且达成的车型也不多，自主式工作能力有限。
p1EanqFDPw应用范围军用机器人车辆的应用范围很广，并且还在不停地扩大。
当前军用机器人车辆的主要应用有以下几个方面。
如：扫雷、清除爆炸物、标兵站岗巡逻等。
（二）将来机器人1、自学课文 66－ 67，思虑：（1）将来机器人与此刻机器人有何差别？（2）机器人开发原则是什么？为何要按照这条原则？2、学习沟通三、应用查找有关资料进行分类整理，制作一个对于机器人的专题网页。
教课反省：。
机器人 概论
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第一节 机器人的发展史
在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明 在科技界， 确的定义。 但机器人的定义仍然仁者见仁， 确的定义。 但机器人的定义仍然仁者见仁，智者见 没有一个统一的意见。 智，没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在 发展，新的机型，新的功能不断涌现， 发展，新的机型，新的功能不断涌现，领域不断扩 展。但根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概 成为一个难以回答的哲学问题。 念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一 词最早诞生于科幻小说之中一样， 词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充 满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊， 满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给 了人们充分的想象和创造空间。 了人们充分的想象和创造空间。
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第一节 机器人的发展史
1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将 年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》 年法国作家利尔亚当在他的小说 外表像人的机器起名为“安德罗丁” ），它由 外表像人的机器起名为“安德罗丁”（android），它由 部 ），它由4部 分组成： 分组成： （1）生命系统（平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表 ）生命系统（平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、 调节运动等）； 情、调节运动等）； （2）造型材料（关节能自由运动的金属覆盖体，一种盔 ）造型材料（关节能自由运动的金属覆盖体， 甲）； （3）人造肌肉（在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体 ）人造肌肉（在上述盔甲上有肉体、静脉、 的各种形态）； 的各种形态）； （4）人造皮肤（含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙 ）人造皮肤（含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、 手爪等）。 齿、手爪等）。
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第一节 机器人的发展史
一、机器人概述 机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一， 机器人技术作为 世纪人类最伟大的发明之一， 世纪人类最伟大的发明之一 世纪60年代初问世以来 自20世纪 年代初问世以来，经历了近 年的发展 世纪 年代初问世以来，经历了近50年的发展 已取得显著成果。走向成熟的工业机器人， 已取得显著成果。走向成熟的工业机器人，各种用 途的特种机器人的实用化， 途的特种机器人的实用化，昭示着机器人技术灿烂 的明天。 的明天。
机器人概论
机器人概论机器人的概念随着科技的不断进步和人类对于自身生活的需要，人类逐渐开始探索机器人的广泛应用。
机器人是一种代替人类进行工作和活动的智能化机械设备，能够接受预定指令或通过人类直接控制，按照指令执行动作，以实现一定的生产或服务功能。
机器人的使用范围与领域日益扩大，其应用领域涉及到了工业、医疗、家庭、科学、军事、探险等多个方面。
机器人的历史机器人的历史可以追溯到19世纪，最早的机械设备是用于纺织业的自动纺线机，可以代替人类完成部分生产工作。
20世纪初期，机器人开始向非工业领域渗透，建立起了起初的触手可及的应用和模型。
在20世纪中期，美国卡内基梅隆大学研究员约翰·麦卡锡教授首先提出了“机器人”一词，并定义了机器人的三个基本属性：感知、决策和动作。
随着自动化技术的不断发展和智能化技术的进步，机器人逐渐成为了走向产业化的产品。
机器人的分类传统机器人可按照不同的应用场景或操纵机制进行分类，主要分为以下六类：（1）固定机械臂机器人：机器臂固定于位置，在固定点的范围内进行运动。
可应用于工业生产线上的装配、喷涂、焊接、搬运等多种生产作业。
（2）移动机器人：移动自由度多，可沿地面或空中运行，适合于地图绘制、仓库管理、清洁作业等方面的应用。
（3）合作机器人：可以与人类共同完成任务，常见的合作机器人为机器人手臂、机器人载人工具、机器人工作平台等。
（4）模块化机器人：一种可分离、可重组的组装体，具有较高的自适应能力，可用于多种不同场合的应用。
（5）专用机器人：根据不同的工作环境或功能要求，研发出的专用机器人，如矿山机器人、医疗机器人、探险机器人等。
（6）软体机器人：以柔性的物质或组件为基础，可弯曲变形，适用于復杂狭小环境下的应用。
机器人的特点（1）减少劳动力的使用：机器人可以代替人类在繁琐、危险工作中完成任务。
（2）提高生产效率：机器人运行稳定、速度较快，可持续地完成重复性工作，从而提高生产效率。
（3）提高产品质量：机器人具有高精度、高可靠性，可以有效避免因人为原因造成的误差和浪费。
《机器人技术概论》讲义
页眉内容目录第一章机器人概论.................................................... - 1 - 《机器人概论》研究的内容......................................... - 1 - 什么是机器人？................................................... - 1 - 机器人的发展..................................................... - 2 - 为什么要发展机器人？............................................. - 3 - 机器人发展的三个阶段............................................. - 3 - 机器人学 ........................................................ - 4 -第一章机器人概论《机器人概论》研究的内容在机器人研究中，我们通常在三维空间中研究物体的位置。
这些物体可用两个非常重要的特性来描述：位置和姿态。
我们会首先研究如何用数学的方法表示和计算这些参量。
✧根据人的编程能自动的工作。
通过编程改变它的工作、动作、工作的对象和工作的一些要求。
✧是人造的机器或机械电子装置，仍然是个机器机器人的定义：机器人学是一门不断发展的科学，上世纪60年代，可实用机械机器人被称为工业机器人；上世纪80年代到现在，正越来越向智能化方向发展。
因此，对机器人的定义也随其发展而变化。
国际上对机器人的定义很多：The Webster dictionary (Webster, 1993) ：“An automatic device that performs functions normally ascribed to humans or a machine in the form of a human.”一个自动化设备，它能执行通常由人执行的任务；或一个人型的机器美国机器人学会（The Robot Institute of America，1979)：“A reprogrammable, multifunctional manipulator designed to move materials, parts, tools, or specialized devices through various programmed motions for the performance of a variety of tasks.”一个人技术已经完全成熟。
机器人概论公选课教学大纲
机器人概论公选课教学大纲课程需称：机器人概论英文名称:Introduction to Robotics总学时：28学时理论学时：26 实验学时：2 总学分：2一.课程的性质、目的及任务本课程属于公共选修课。
目前，机器人已由传统的工业应用领域向娱乐、商业零售、医疗、生物遗传、玩具、建筑、服务业及家庭应用等领域扩展，各行业和每个人的生活都可能提出对机器人的新的使用和设计要求，机器人或类机器人化产品的大规模产业化必将影响每个人的生活或工作。
让各行业的学生了解机器人技术，将有利于实现机电知识和其行业知识的融合，促进各行业的发展。
二.课程教学基本要求本课程综合介绍了机器人技术，设计思想和发展趋势。
主要介绍内容包括：机器人驱动器、操作手关节设讣、手臂、手腕、手，以及进一步完整发展机器人需要的关于腿、动力源、计算机和人工智能等方而的知识。
三•课程教学基本内容第一部分形形色色的机器人■机器人化的机器■工业机器人■服务机器人四. 水下机器人五. 农林业机器人六. 仿人形机器人七. 微型机器人和微操作机器人八. 军用机器人九. 娱乐机器人十. 探险机器人第二部分机器人结构和原理一.机器人手臂1.人臂机械模型2.直角坐标臂3.圆柱坐标臂4.球坐标臂5.SCARA 型臂6.关节式坐标臂7.蜿蜒臂&混合型机械臂设计二.机器人手腕1.人手腕机械模型2.直接驱动手腕3.机器人活动手腕类型三.机器人的手1.人的手2.机器人的手3.灵巧手结构（通用电气、Stanford/JPL、Victor日立、MIT、Jameson、贝尔格莱徳、Odctics、Sarcos、Omni 等）MOTOMAN / SV3机器人原理讲解、工业机器人演示实验四.机器人的腿1.人腿机械模型2.四足、六足腿步态3.机器腿的类型和结构（卡内基•梅隆步行器、步行卡车、伪小马、六足昆虫、“奥徳特”、ASV.双足机器人、动态步行器、HONDA双足步行机器人）＜附1：日本国际机器人展览会录像、麻省理工机器腿实验室机器人录像＞五.遥操作机器人及感觉型自主机器人1.介绍2.动力系统3.传感/反馈机构简单原理4.听力5•控制系统简单结构5.人力放大器简单结构6.遥操作机器人简单原理＜附2：机器人化自动工厂录像〉（总大利菲亚特汽车、辛辛那提•米拉克隆等机器人自动线）＜附3：各国机器人研究现状和机器人的未来发展录像1＞＜附4：各国机器人研究现状和机器人的未来发展录像2＞考核四.学时分配表五•教材及教学参考书教材：自制多媒体课件参考书：Robot Evolution , The Development of Anthrobotics Mark E.Rosheim JOHN WILEY & SONS,INC.六•有关说明1.先修课程：2.培养目标、适用专业：专业不限3.双语教学的要求与比例：4.对学生培养能力的要求，需学生自学而不占用学时部分的内容与要求，考核形式: 考查5.大纲的使用说明：6.撰稿人：李挺2004-6-30。
10_智能机器人概论
章目录
节目录
细化后的区域生长变换后的图像
灰度值曲面图像
章目录
节目录
（3）移动窗口分割
Sobel边缘检测图像
灰度值曲面图像
节目录
3. 图像处理的程序实现
章目录
节目录
智能机器人
ENTER
本章主要内容
10.1 概述 10.2 智能机器人的新型驱动元件 10.3 智能机器人的控制技术 10.4 智能机器人的视觉技术 10.5 机器人焊缝视觉跟踪技术实例
10.1 概述
10.1.1 智能机器人技术的形成 10.1.2 智能机器人的应用
章目录
10.1.1 智能机器人技术的形成
人的视觉系统 由眼球组成的 光学系统以及 视网膜和视神 经组成的视觉 信息通路两大 部分构成，它 是一个平均半 径为20 mm的 球状器官。
光线的传输与转换：
光线
透明角 膜
瞳孔
神经脉
视网膜
神经元
冲
章目录
节目录
10.4.2 图像的预处理
g(x, y) F f (x, y)
式中：f(x,y)——输入图像； F——算子，定义在某个邻域上；
种材料被称为超磁致伸缩材 料。
章目录
节目录
10.3 智能机器人的控制技术
10.3.1 智能机器人的模糊控制 10.3.2 智能机器人的人工神经网络控制
章目录
10.3.1 智能机器人的模糊控制
1. 模糊控制器的工作原理
章目录
节目录
2. 模糊控制器的组成
章目录
节目录
10.3.2 智能机器人的人工神经网络控制
灰度直方图的包络线
章目录
节目录
（2）图像分割
第10课 认识机器人 说课课件
4.教学重点和难点
重点：让学生了解机器人的特征。 难点：是能从众多具体机器人中归纳出机
器人最基本的特征，根据特征形成机器人 的概念，能判断一个物体是不是机器人。
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5.教法和学法
讲授法”、“探究法”、“合作学习”等
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二、教学过程及其理论依据
实物展示，激情导入。 按图索骥，了解由来。 欣赏图片，自主分类。 小游戏：真假机器人。 观看电影，畅想未来。
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二、教学过程及其理论依据
（3）欣赏图片，自主分类
将教师的讲授和学生的动手练习相结合，既让学生短 时间获得了大量的系统的知识，又让学生经过自己动手巩 固了所学。
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二、教学过程及其理论依据
（4）小游戏：真假机器人
单纯的讲解不能给学生留下深刻的印象，本环节通过 让学生自学机器人的特征，并用于真假机器人的判断，将 知识直接运用到实践中去，有利于学生知识的构建。
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3.教学目标
知识和技能目标：了解机器人的产生，发展，种类 和特征。
过程和方法目标：学生能够通过教师讲解、动脑思 考、交流讨论、游戏反复验证等学习过程，了解机 器人的知识。
情感态度和价值观目标：让学生在实物认识，游戏 学习等过程中初步认识机器人，产生学习机器人的 兴趣。
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第10课 认识机器人
一、说教材
教材分析 学情分析 教学目标 教学重难点 教法和学法
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1. 教材分析
开始了机器人内容的学习。
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2.学情分析
我校的六年级学生已经具备了一定的 信息搜索能力。他们对机器人这一全新的 知识有一定的好奇心，因此本课要根据这 两个特点，激发学生的学习兴趣。
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机器人控制理论与技术
4.1 机器人控制问题 4.2 机器人的轨迹控制 4.3 机器人的力控制 4.4 机器人的高级智能控制简介 4.5 机器人控制系统 4.6 机器人编程
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4.3 机器人的力控制简介
4.3.1 问题描述 为什么要进行力控制？
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4.3 机器人的力控制简介
约束描述 机器人所受的约பைடு நூலகம்可分为自然（本证）
约束和人为（人工）约束两种。 自然约束是由物体的几何特性或作业结
构特性等引起的对机器人的约束。如：玻璃 的内法向。
人为约束是一种人为施加的约束，用来 确定作业结构中期望运动的力或轨迹的形式。 如：在玻璃平面上的运动轨迹。
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4.3 机器人的力控制简介
2、实际工作对作用力的大小有要求。 机器人的力控制在工业中也得到了实
际应用，如：磨具等的打磨、去毛边。 特别是在机器人装配中，面临着工作环
境的不确定或变化，实现机器人的零件装 配对零件间的相互位置的定位精度要求非 常高，能否进行精确的位置控制成为其应 用的前提。
与螺钉的槽一致，螺
切向
丝头面为广义表面。
法向
位置 力
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4.3 机器人的力控制简介
顺应控制又叫依从控制或柔顺控制，是 一种特殊的力控制；可用于自动装配中。
顺应控制它是在机器人的操作手受到外 部环境约束的情况下，对机器人末端执行器 的位置和力的双重控制。顺应控制对机器人 在复杂环境中完成任务是很重要的，例如装 配，铸件打毛刺，旋转曲柄，开关带铰链的 门或盒盖，拧螺钉等。
实现柔顺控制的方法主要有两类：一类为阻 抗控制，另一类是力和位置混合控制。
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4.3 机器人的力控制简介
阻抗控制不是直接控制期望的力和位置，而 是通过控制力和位置之间的动态关系来实现柔顺 功能。这样的动态关系类似于电路中阻抗的概念， 因而称为阻抗控制
如果只考虑静态，力和位置关系可用刚性矩 阵来描述。如果考虑力和速度之间的关系，可用 粘滞阻尼矩阵来描述。因此，所谓阻抗控制，就 是通过适当的控制方法以使机械手末端呈现需要 的刚性和阻尼。
通常对于需要进行位置控制的自由度，则要 求在该方向上有很大的刚性，即表现出很硬的特 性；对需要力控制的自由度，则要求在该方向有 较小的刚性，即表现出较软的特性。
1、位置精度控制有限。 当机器人末端执行器与周围环境发生接触时， 再精确的位置控制也会显得不足，例如：考虑机 器人用海绵擦拭窗户玻璃，可以通过控制机器人 末端执行器相对玻璃的位置来调节作用于窗户上 的力，如果海绵是非常柔软的，或者玻璃的位置 能非常精确地定义，这是可以实现的。 但是，如果机器人末端执行器、工具 或环境 的刚性是非常高的话，完成上述任务将会变得非 常困难，如果玻璃表面的位置存在不确定性，或 者机器人的位置控制存在任何误差的话，任务将 不可能完成，甚至发生打碎玻璃的后果。
并把它安装在机械手的腕部，用来提高机械手顺应 外部环境的能力，通常称之为柔顺手腕 （Compliance Wrist）。
被动式柔顺手腕，由于不需要信息处理，而只 靠自身的机构调整，所以具有快速响应的能力，而 且结构简单，价格低廉。但它只能在诸如插轴入孔 这样一些专用场合使用，无法适应不同作业任务要 求，这些都是由于其机械结构和弹性材料决定的， 因此其通用性较差。
例如：当手与静止的刚性表面接触时， 不允许通过表面，因此，一个固有的位置约 束存在；如果表面是光滑的，就不可能对手 施加与表面相切的力。
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4.3 机器人的力控制简介
在环境的接触模型中，用沿表面法向 的位置约束和沿表面切向的力约束定义一 个广义表面（Generalized surface）,这两 类约束将末端执行器的可能运动自由度分 解为两个正交（不相关）集合，对每一组 我们可以按不同的准则进行控制。
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4.3 机器人的力控制简介
追求高精度的位置控制，无论是在技术 上还是在成本上，都是件困难的事；无论如 何，手部接触力的测量与控制提出了一种可 能的替代，结合了接触力控制后，我们就可 以放松对位置精度控制的要求。
对机器人的位置或力实施控制，相当于 对机器人施加位置或力的约束；对被施加了 约束的机器人进行控制。比对一般机器人实 施控制要复杂的多。
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4.3 机器人的力控制简介
由于刚性物体之间的接触力是作用于系 统的主要力，在建立力约束模型时，我们仅 考虑由于接触引起的作用力，忽略像重力、 某些摩擦力分量这样的静态力。
根据机器人末端执行器与工作环境的接 触情况，我们可以把机器人的任务与一组约 束相关联。
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4.3 机器人的力控制简介
为了描述约束情况，我们在与任务相关的
位置定义一个约束坐标系{C}，根据任务的不
同，它可能固定在环境中，或与末端执行器
一起运动。
例：拧螺钉：约束坐标系附着在螺丝刀刀尖
上，并且随任务的进展与它一起运动，定义
约束坐标系{C}的Y轴
顺应控制可分为两种方式: •被动式 ( Passive Compliance ) •主动式 ( Active Compliance )
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4.3 机器人的力控制简介
•被动柔顺 ( Passive Compliance ) 被动式顺应控制是设计一种柔性机械装置，
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4.3 机器人的力控制简介
主动刚度控制 ( Active Stiffness Control ) 刚度控制是阻抗控制的一个特例，它是对机
器人操作手静态力和位置的双重控制。控制的目 的是调整机器人操作手与外部环境接触时的伺服 刚度，以满足机器人顺应外部环境的能力。