机器人技术第2讲
机器人基础知识
智能机器人系统典型方框图
●可见其控制部分主要由两部分组成：
1.以知识为基础的知识决策系统
2．信号识别与处理系统
环境的两种状态（初始状态和目标状态）间的差 别；
基本结构图
简化结构图
2.3 机器人自由度DOF(degree of freedom)
自由度是机器人的一个重要技 术指标，由机器人的结构决定，直 接影响机器人的机动性。
（1）刚体的自由度
一个简单物体有六个自由度。 物体能进行的运动有三个平移，三 个旋转。
综上所述，机器人的构造与人类相比，目前机器人没有呼吸 系统，尚不具备生殖系统、没有类人的肌肉和皮肤，其余，从 功能方面讲，都可以互相对应起来。据机器人专家预测，未来 的机器人可能会与生物人难以区别。
第2章 机器人基础知识
（5）环境 一般将机器人所处的周围环境、工作对象、障碍
等（外传感器感知的对象）称为环境； （6）任务
机器人系统的结构，通常由以下几部分组成，即执行机构、 驱动与传动系统、控制系统、智能系统、环境、任务等。
第2章 机器人基础知识
（1）机器人的执行机构 众所周知，人的功能活动（劳动）分为脑力劳动和体力劳动
两种，两者往往又不能截然分开。从执行器官讲，就是在大脑 支配下的嘴巴和四肢。单从体力劳动来讲，可以靠脚力、肩扛， 但最为主要的是人的手臂和手，所谓“双手创造世界”。而手 的动作，离不开胳臂、腰身的支持与配合。手部的动作和其他 部位的动作是靠肌肉收缩和张弛，并由骨骼作为杠杆支持而完 成的。
mobility）。
人工智能技术概述2
2. 人工智能的起源与发展—形成期
形成期 （1956-1970）
迅速发展，过于乐观
1956年，塞缪尔在IBM计算机上研制成功了具有 自学习、自组织和自适应能力的西洋跳棋程序。 1957年，纽厄尔、肖(Shaw)和西蒙等研制了一个 称为逻辑理论机（LT)的数学定理证明程序。 1958年，麦卡锡建立了行动规划咨询系统。 1960年纽厄尔等研制了通用问题求解(GPS)程序。 麦卡锡研制了人工智能语言LISP。 1961年，明斯基发表了“走向人工智能的步骤” 的论文，推动了人工智能的发展。 1965年，鲁宾逊提出了归结（消解）原理。
你认为人工智能是否 能够超过人类智能？
智能科学与技术
人工智能与人类智能
由于人类对机器人 “不信任感” 担心使用机器人带来失业的恐惧， 担心“机器人的智能将要超过人 类，从而反客为主，要统治人 类”，给人类造成心理威胁。 机器智能不是生命现象，而是一 种人为的机械模仿。 未来的高智能机器人的某些功能， 很可能会超过人，但从总体上看， 机器人智不能超过人类智能。
智能科学与技术
2. 人工智能的起源与发展—中国
破土而出
据不完全统计，现在全国已编著出版了50多部人工智 能、40多部智能控制和近50部机器人学的教材/专著。 从1987年到1999年
智能科学与技术
2. 人工智能的起源与发展—中国
从 2000年到 2006年
智能科学与技术
从 2007年到 2010年
智能科学与技术
人工智能的时代已经到来
• “尤金” 在2012年图灵诞辰100周年的比赛上， 以29.2%的成绩，险些通过图灵测试。
•
库兹韦尔预言,在2045年跨越人工智能超过人
类智能的“奇点”。
工业机器人分类及应用2讲课文档
现在二页，总共四十一页。
章节目录
2.1 工业机器人的系统组成
2.1.1 操作机 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器
2.2 工业机器人的技术指标
学习目标 导入案例 课堂认知 扩展与提高 本章小结
2.3 工业机器人的运动控制
2.3.1 机器人运动学问题 2.3.2 机器人的点位运动 … 2.3.3 机器人的位置控制
【 度以及较长的寿命，回差精度稳定，高精度机器人传动多采用 RV 减速器。
课
堂
针齿
认
知 】
2 级减速
1 级减速 行星轮
太阳轮
Z2
Z4
输出
Z3
Z1
输入
摆线轮
转臂
输出轴
针齿壳
RV 减速器原理图
现在三十三页，总共四十一页。
2.1 工业机器人的系统组成
所
处 控制器
位
置
———
机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定动作或作
工业机器人分类及应用
现在一页，总共四十一页。
按机器人结构坐标系特点方式通分过类沿三个互相垂
直的轴线的移动来
1）直角坐标型机器人
实现机器人手部空
间位置的改变
2）圆柱坐标型机器人 3）极坐标型机器人 4）关节型机器人
通过两个移动和 一个转动实现位 置的改变
运动由一个直线运动和 两个转动组成
运动由前后的俯仰 及立柱的回转组成
置 统。分布式系统中常采用两级控制方式，由上位机和下位机组成。
维修方便，液 体对温度变化 敏感，油液泄 漏易着火
可高速，冲击较 严重，精确定位 维修简单，能 困难。气体压缩 在高温、粉尘 性大，阻尼效果 等恶劣环境中 差，低速不易控 使用，泄露无 制，不易与 CPU 连 影响 接
2024年度-机器人教学课件(共26张PPT)pptx
介绍了机器人常用传感器类型、 工作原理及在机器人感知中的应 用。
机器人自主导航与定位
阐述了机器人自主导航的基本原 理、定位方法及SLAM技术。
机器人基本概念与分类
机器人操作系统与编程
介绍了机器人的定义、发展历程 、分类及应用领域。
介绍了ROS的基本概念、功能特 点、常用命令及编程实践。
32
学生自我评价报告分享
第三代机器人
智能型机器人，具备自主 学习和决策能力，能够适 应复杂环境和任务。
5
未来趋势展望
人机协作
随着人工智能技术的发展，未来 机器人将更加注重与人类的协作 ，共同完成任务。
应用领域拓展
随着技术进步和应用需求增加， 机器人将在更多领域得到应用， 如医疗、教育、娱乐等。
自主化
机器人将具备更高的自主性和智 能化水平，能够独立完成复杂任 务。
以促进课程的不断完善和提高。
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下一步学习计划和资源推荐
深入学习机器人相关领域知识
鼓励学生继续深入学习机器人相关领域知识，如机器视觉、深度学习在机器人中的应用等 。
参加机器人竞赛和项目实践
推荐学生参加各类机器人竞赛和项目实践，锻炼自己的实践能力和团队协作能力。
利用在线资源进行自主学习
推荐学生利用MOOCs、在线实验室等资源进行自主学习和实践操作，提高自己的学习效 果和兴趣。
01
学习成果展示
通过课程学习，学生能够掌握机器人基本概念、运动学与控制、传感器
与感知、自主导航与定位等关键知识点，并具备一定的实践操作能力。
02
学习方法分享
学生可以采用多种学习方法，如课前预习、课后复习、小组讨论、实践
操作等，以提高学习效果和兴趣。
机器人课程介绍讲解
机器⼈课程介绍讲解第1课机器⼈简介⽬的意义概述：本课以科普的形式介绍机器⼈的发展及应⽤，并在此基础上初步给出机器⼈的定义；机器⼈的分类和机器⼈的基本组成；最后向学⽣介绍了款教学机器⼈。
1．1什么是机器⼈？本节以科普的形式机器⼈的诞⽣及其⼴泛应⽤，并简单地给出了“机器⼈的定义”。
教学中让学⽣在⾃学的基础上，通过上⽹了解更多的机器⼈诞⽣的背景，⽬前的应⽤范围以及科学家⽬前的努⼒⽅向。
关于机器⼈的定义⽬前国际上还没有准确的定义，因此让学⽣理解什么是机器⼈，机器⼈与普通机器⼈的主要区别是什么就可以了。
1．2 机器⼈的分类与计算机的分类⼀样，机器⼈按照不同的分类⽅式有着多种不同类别的机器⼈，教材中介绍了多种分类机器⼈。
同样建议在教学中采⽤⾃学和上⽹探究的学习⽅式，主要是了解各种不同类型的机器⼈的应⽤情况，以及在我国现阶段机器⼈⼯业机器⼈、服务机器⼈以及仿⼈型机器⼈主要有哪些⽅⾯的应⽤。
1．3常见教学机器⼈简介教材在介绍各种教学机器⼈的基础上，主要介绍了乐⾼机器⼈和纳英特机器⼈的特点。
有条件的情况下，⼀定要向学⽣展⽰和演⽰教学机器⼈完成任务的过程，以提⾼学⽣的感性认识，激发学⽣的学习兴趣。
1．4机器⼈的基本组成本节教学中应让学⽣明⽩，机器⼈系统与计算机系统⼀样，包括硬件和软件两部份。
机器⼈硬件包括思维器官、动作器官和感应器官，⽽软件系统包括操作系统和⾼级计算机语⾔编程系统。
同时应让学⽣明⽩机器⼈学习中，主要是学习科学家是如何分析问题，并针对问题设计和搭建机器⼈来解决问题的。
重点应落实到分析问题和解决问题的⽅法上。
上学⽣树⽴信⼼：随着机器⼈的技术的不断提⾼，设计和制作⾃⼰的机器⼈是完全可⾏的。
第2课机器⼈的编程系统⽬的意义概述：本课通过实际操作纳英特机器⼈和乐⾼机器⼈了解和学习机器⼈的编程系统。
教学时可根据学校的实际，选⽤⼀种类型的教学机器⼈实施教学，教师应尽可能的创造条件让学⽣有机会亲⾃操作，⾄少应能给同学演⽰。
全国青少年机器人技术等级考试实操答案(二级)-课件
实操答案（二级）
第一部分：简答答案（20分）
1.本作品中用于实现模型动作特点的机械结构是？它由哪四部分组成？(8分)（1）棘轮机构/棘轮（2分）
（2）主动摆杆、主动棘爪、棘轮、止回棘爪（每个得2分，最多得6分）
2.本作品功能的实现过程是怎样的？（6分）
（1）带有机械名称关键字如：电机带动，齿轮或皮带传动，带动曲柄，带动连杆，带动运动，棘轮组织向后运动等关键字每词1分，每个环节的运行方式介绍1分，最多得6分。
（2）棘轮、曲柄、连杆三个关键词均无的酌情扣2到3分。
3.你在生活中还见过哪些类似结构原理的物品？（6分）
带有棘轮或曲柄连杆的的机械皆可一个2分最多6分。
第二部分：整体框架（40分）
1.作品零件结构是否和样例模型基本一致、结构完整（20分）
2.作品相应部件的固定可靠程度（10分）
3.作品的整体协调性和美观性（10分）
第三部分动力传递/表现形式（30分）
1.动力传递/表现结果符合预期效果（15分）
2.作品整体动作顺利流畅（15分）
第四部分完成时间（10分）
在规定时间内完成，每超1分钟扣1分。
2024版《幼儿园机器人讲》PPT课件
社会参与
鼓励企业、社会组织等参与幼 儿园机器人教育，形成政府、 市场、社会协同推进的局面。
国际合作
加强与国际机器人教育领域的 交流合作，引进先进教育理念
和技术成果。
2024/1/29
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06
总结与展望：构建幼儿园特色机器人教育 体系
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回顾本次课程重点内容
机器人基础知识
介绍了机器人的定义、分类、发 展历程等基本概念，帮助幼儿了 解机器人的基本知识和应用领域。
趣味性提升
通过设计有趣的机器人角色、场景和故事情节，增加活动的趣味性和吸引力，激发 幼儿的好奇心和探索欲望。
2024/1/29
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活动实施过程及效果评估
2024/1/29
实施过程
在活动前进行充分的准备工作，包括场地布置、器材准备、人 员安排等；在活动中引导幼儿积极参与、互动交流，注意观察 幼儿的反应和表现；在活动后进行总结和反思，为下次活动提 供改进建议。
合作研发课程 企业与幼儿园合作，共同研发适合幼儿学习的机 器人课程，确保课程内容的科学性和趣味性。
3
教师培训与企业实践 组织教师参加机器人技术培训，并安排教师到企 业实践，提升教师的专业素养和实践能力。
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家长参与支持体系建设
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家长培训与指导
01
通过家长会、讲座等形式，对家长进行机器人教育的培训和指
结合幼儿园的实际需求和幼 儿的认知特点，构建科学、 系统、有趣的机器人课程体 系。
充分利用高校、企业等社会 鼓励家长参与幼儿园的机器 资源，为幼儿园提供丰富的 人教育活动，促进家园共育 机器人教育资源和技术支持。 模式的形成和发展。
机器人技术 二、齐次坐标变换
齐次变换矩阵
相对动坐标系的变换－例题
坐标系B绕x轴旋转90度，然后沿当前坐标系a轴做了3英寸 的平移，然后再绕z轴旋转90度，最后沿当前坐标系o轴做5 英寸的平移。 1、写出描述该运动的方程； 2、求坐标系中的点P（1，5，4）相对于参考坐标系的最终 位置。
提示：先求 U TB ，再求 U PU TB B P
Px d x Py d y Pz d z 1
注：相对固定坐标系的平移，变换矩阵 左乘，公式为
Fnew Trans(d x , d y , d z ) Fold
第二章 绕参考坐标X轴）
Px P n
Py l1 l 2 P o cos P a sin
? 0.707 F ? 0
0 ? ? 0
? ? 0 0
5 3 2 1
i j ny oy k nz a xi a y j a z k oz
注：三个点积约束条件可以用叉积代替，即：
n o a
进一步有
nx ox
第二章 机器人运动学
齐次变换矩阵
• 变换定义为空间的一个运动； • 当空间的一个坐标系（向量、刚体、运动坐 标系）相对于固定的参考坐标系运动时，这 一运动可以用类似于表示坐标系的方式来表 示； • 变换有如下几种形式： 纯平移， 纯旋转， 平移和旋转的结合。
a 1 o 1 n 1
a o 0
n a 0 n o 0
已知两个向量 a = ax i + ay j + az k b = bx i + by j + bz k 向量的点积是标量。用“ ·”来定义向量点积，即 a ·b = ax bx + ay by + az bz
《工业机器人技术基础》课程教学大纲
《工业机器人技术基础》课程教学大纲一、课程地位与作用工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。
这一技术在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用。
工业机器人在提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进制造业的柔性化、增强企业和国家的竞争力等诸方面具有举足轻重的地位。
本课程是以工业机器人概述、基本组成及技术参数、本体与控制器连接、末端操作器、工业机器人的环境感觉技术、编程语言介绍、工业机器人系统集成项目流程等为研究对象的一门专业基础课。
二、教学目标学生通过对本课程的学习，熟知工业机器人使用及搬运安全事项；了解工业机器人常见国际品牌与国内品牌；掌握工业机器人的三大组成部分和六个子系统；工业机器人的主要技术参数和常用软件，工业机器人末端操作器种类与应用等，让学生对工业机器人的定义、发展历史及前景、运用领域、基本组成、主要技术参数有一个初步的认识，为后面的专业核心课程打下理论基础，培养学生的学习兴趣，建立长期的学习计划。
同时树立示教器、专用设备、教具使用的安全意识及保养意识，使学生初步具备分析和解决基础技术问题的能力。
三、课程教学内容与方法设计第一章绪论【教学目标】1.掌握工业机器人行业典型应用、市场前景；2.熟知工业机器人品牌认识及行业应用前景；3.熟知使用机器人安全注意事项以及机器人的分类。
【重点难点】1.工业机器人的应用环境；2.工业机器人的使用安全；【教学内容】1.机器人的分类；2.工业机器人的应用环境，工业机器人的历史发展；3.工业机器人家族介绍；4.工业机器人应用安全注意事项。
【教学方法与设计】1.本章主要采用哪些教学方法？通过实际工程案例的讲解来引导知识点的学习和应用。
通过讲授和多媒体教学的方式,并结合板书进行教学，在讲解过程中注重与学生互动。
2.如何组织教学？运用哪些教学手段？在课堂中针对重难点内容不仅要通过多媒体展示，还要进行关键词组的板书。
机器人科普类演讲稿范文
大家好！今天，我非常荣幸能够站在这里，与大家分享一个激动人心的主题——机器人科普。
在这个科技飞速发展的时代，机器人已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
今天，就让我们一起来探索机器人的奥秘，感受科技的魅力。
首先，让我们来了解一下什么是机器人。
机器人，顾名思义，是“人工”和“智能”的结合体。
它是通过计算机技术、控制技术、传感器技术等多种高科技手段，使机器具备一定程度的智能，能够模拟人类的行为和思考方式的装置。
一、机器人的起源与发展1. 机器人的起源机器人的概念最早可以追溯到古希腊神话中的“铁人”。
在我国，早在春秋战国时期，就有了关于机器人的传说。
但真正意义上的机器人出现在20世纪50年代，由美国发明家乔治·德沃尔发明了世界上第一台工业机器人。
2. 机器人的发展自20世纪50年代以来，机器人技术得到了迅猛发展。
从早期的工业机器人，到现在的服务机器人、特种机器人、无人机等，机器人的应用领域越来越广泛。
二、机器人的分类及应用1. 工业机器人工业机器人主要应用于制造业，如汽车、电子、食品等行业。
它们可以替代人工完成重复、危险、高强度的工作，提高生产效率，降低生产成本。
2. 服务机器人服务机器人主要应用于家庭、医疗、教育、养老等领域。
如家庭机器人可以协助老人、照顾儿童，医疗机器人可以辅助医生进行手术，教育机器人可以提供个性化教学。
3. 特种机器人特种机器人主要应用于救援、探测、军事等领域。
如救援机器人可以进入危险区域进行搜救，探测机器人可以探测地下的未知区域，军事机器人可以执行侦察、攻击等任务。
4. 无人机无人机是一种无人驾驶的飞行器，广泛应用于航拍、遥感、军事等领域。
无人机可以替代人进入危险区域进行作业，提高工作效率。
三、机器人的技术特点1. 智能化机器人通过计算机技术、人工智能等技术，使机器具备一定程度的智能，能够自主感知、判断、决策和执行任务。
2. 自主化机器人可以自主完成一定范围内的任务，无需人工干预。
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角度。 位姿精度（Pose Accuracy）：指令设定位姿与实际到达位姿的一致程度。 轨迹精度（Path Accuracy）：机器人机械接口中心跟指令轨迹的一致程度。 点位控制（Point to Point Control，PTP）：控制机器人从一个位姿转到另
一个位姿，其路径不限。 连续轨迹控制（Continuous Path Control，CP）：机械接口在指定的轨迹上
，按照编程规定的位姿和速度移动。它适于对两个以上的运动环节进行控制。
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3
协调控制（Cooperative Control）：协调多个手臂或多台机器人同时进行某 种作业的控制。
人工智能（Artificial Intelligence，AI）：机器人能执行一些类似人类智力 活动的能力。如推理、规划、图像识别、理解和学习等。
模式识别（Pattern Recognition）：通过类似人类感觉器官的传感器所检测 的信息来分析、描述和区分各个物体特征的方法。
触觉（Tactile Sense）：机器人与物体之间接触时所得到的感觉信息。 压觉（Sense of Contact Force）：机器人与物体某个表面接触时，沿法线方
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1
末端执行器（End-effector）：位于机器人腕部的末端，直接执行工作要求的装置。 手腕（Wrist）：位于执行器与手臂之间，具有支撑和调整末端执行器姿态功能的机构。 手臂（Arm）：位于基座和手腕之间，由操作手的动力关节和连杆等组成的组件。能支撑手腕和末端执行器， 并具有调整末端执行器位置的功能。 自然坐标系、世界坐标系（World Coordinate System）：参照地球的直角坐标系。 机座坐标系、基坐标系（Base reference coordinate system）：参照机器人基座的坐标系。
向受到的力的信息感觉。 视觉（Visual Sense）：机器人对光等外界信息的感觉。利用这种感觉可以
识别物体的轮廓、方位、背景等环境状态。 接近觉（Proximity Sense）：机器人能感受到与物体接近程度的能力。
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4
自由度计算
1)物自体由能度够(D对eg坐re标e系of进F行re独ed立om运,动DO的F)数：目。
刚体在三维空间中有6个自由度，显然机器人要完成任一空间作业，也需要6个自由 度。机器人的运动是由手臂和手腕的运动组合而成的。通常手臂有3个关节，用以 改变手腕的位置，称为定位机构；手腕也有3个关节，通常这3个关节轴线相交，用 来改变末端件（手爪）的姿态，称为定向机构。机器人可以看成是定位机构连接定 向机构
of
Freedom,
Stewart平台有18个关节，14
个连杆，18个关节有36个自由
度，代入上式得
F 6 (1 1 4 1 8 ) 3 6 6
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8
机器人的图形符号
1 移动副
2 转动副
3 球副 4 圆柱副 5 末端执行器
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6 机座
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第二章 机器人运动学
2-1概 述
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5
自由度计算
1)对自于由6度自(由De度gr并ee联o机f器Fr人ee，do其m,结D构OF是)闭：环结构，主要优点是结构刚度大，
由6个油缸驱动，决定末端执行器的位置和姿态。油缸的1端与基座相连 （2自由度虎克铰），另1端与末端执行器相连（3自由度球铰），该机 器人将手臂和手腕的自由度集成在一起。主要特点为：刚度大，但运动 范围十分有限，运动学反解特别简单，而运动方程的建立特别复杂，有 时还不具备封闭的形式
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6
自由度计算
1)其自自由由度度(D的eg计re算e不of如F开re式ed链om明,显DO，F)根：据机构自由度公式可以确定并联机
器人的自由度
n
F6(ln1)fi i1
l——连杆数，包括基座；n——关节总数；fi——第i个关节的自由度数
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自由度计算
1)
自由度(Degree DOF) ：
当已知所有的关节变量时，可以用正运动学来确定机器人末端手的位姿；如果要使机 器人的末端手放在特定的点上并且具有特定的姿态，可用逆运动学来计算出每一关节 变量的值。
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2
坐标变换（Coordinate Transformation）：将一个点的坐标从一个坐标系换 到另一个坐标系的过程。
位姿（Pose）：机器人末端执行器在指定坐标系中的位置和姿态。 工作空间（Working Space）：机器人在执行任务时，其腕轴交点能在空间
活动的范围。 负载（Load）：作用于末端执行器上的质量和力矩。 额定负载（Rated Load）：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能够承
机器人运动学是研究机器人各关节运动的
几何关系。
•
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
机器人可以看成开式运动链，由一系列连杆通过转动 或移动关节串联而成。
•
机器人关节由驱动器驱动，关节的相对运动导致连杆 的运动，使手爪到达所需的位姿
• 机器人的执行机构是一个多刚体系统
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2-2 研究的问题和方法
本章研究的问题：
机器人的正逆运动学
伺服系统（Servo System）：控制机器人的位姿、速度和力等，使其跟随目标 值变化的控制系统。
离线编程（Off-line Programming）：机器人作业方式信息的记忆过程，与 作业对象不发生直接关系的编程方式。
在线编程（On-line Programming）：通过人的示教来完成操作信息记忆 过程的编程方式。
机器人基本概念
1. 名词术语 自由度（Degree of Freedom, DOF）：指一个点
或一个物体运动的方式，或一个动态系统的变化方式。 每个自由度可表示一个独立的变量，而利用所有 的自由度，就可完全规定所研究的一个物体或一个系 统的姿态。 操作手（Manipulator）：具有和人手臂相似的功 能、可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。