机器人(系统)综述报告

机器人综述

1、机器人定义

机器人，20世纪人类最伟大的发明之一，它的研究对人类有很大的实用价值且其应用领域十分广泛。自机器人提出以来，由于机器人的不断发展、新的机型不断涌现且人们对机器人的认识不断深入，机器人没有统一的定义。1967年日本提了代表性的定义：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、作业性、信息性、有限性、半机械性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。1988年法国的埃斯皮奥将机器人定义为：“机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的系统，并以此系统的使用方法作为研究对象。”我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化机器，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，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”我们可以理解为机器人是用机械传动、现代微电子技术、传感器技术、自动控制技术、人工智能等高科技制造的一种能模仿人类或动物的某种技能的机械电子设备；它是在电子、机械及信息技术的基础上发展而来的，是高级整合哦、控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。机器人学研究领域主要有：感知系统、机构设计及驱动、运动控制与规划、多机器人协作与控制、应用研究等。

2、机器人的分类

以环境角度分类，有两大类：

工业机器人:面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。

●特种机器人:用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。包

括：水下机器人、空间机器人、极限作业机器人、微机器人、建筑机器人、医疗机器人、采掘机器人、服务机器人、农业机器人、个人机器人、军用机器人、娱乐机器人等。

以机器人结构形式分类：

分类名称简要解释

操作型机器人能自动控制，可重复编程，多功能，有几个

自由度，可固定或运动，用于相关自动化系

统中。

程控型机器人按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人

的机械动作。

示教型机器人通过引导或其它方式，先教会机器人动作，

输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。

数控型机器人不必使机器人动作，通过数值、语言等对机

器人进行示教，机器人根据示教后的信息进

行作业。

感觉控制型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作。

适应控制型机器人机器人能适应环境的变化，控制其自身的行

动。

学习控制型机器人机器人能“体会”工作的经验，具有一定的

学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。

智能机器人以人工智能决定其行动的机器人。

以性能指标分类有：

●超大型机器人：负载能力在107 N以上。

●大型机器人：负载能力：106--107 N，作业范围：102m2以上。

●中型机器人：负载能力：105--106N，作业范围：1--102m2。

●小型机器人：负载能力：1--105N，作业范围：0.1--1m2。

●超小型机器人：负载能力：1N以下，作业范围：0.1m2以下。

3、机器人系统结构

3.1 硬件结构

一般而言，机器人硬件由三大部分组成：信息获取与指令输出部分（各种传感器、限位开关、按钮、通信接口等把环境、机器人自身状态以及来自操作人员的命令等传入信息处理部分；信息处理部分处理的结果又通过该部分传送给驱动控制装置，使其产生相应的动作，故也称输入输出电路）、信息处理部分和驱动（把输入部分传来的信息进行处理，通过输出电路控制驱动执行部分，一般由计算机担任）、传动及执行机构部分（即就是机器人本体，体现机器人的功能，执行机构多由机械或声光器件来担任；机器人上的电动机、液压缸或液压马达、气压缸或气压马达等作为驱动部分，传动部分可以是机械传动、液压传动、气压传动或电气传动等）。

对于工业机器人，其组成主要有：执行机构（也叫操作机，由一系列连杆和关节或其他形式的运动副组成，可以实现各个方向的运动，包括基座、腰、臂、腕、手等部件）、驱动系统（主要驱动执行机构的传动装置，根据动力源的不同有电动、液压和气动三种，如电动机、汽缸、油缸可与操作机直接相连，也可通过齿轮、链条、谐波传动装置与执行机构相连）、控制系统（支配执行机构按所需的顺序，沿规定的位置或轨迹运动）及传感系统（利用各种传感器将机器人本体的信息传递给控制器）。

对于特种机器人，其主要组成有：执行机构（机器人本体，如智能轮椅由电机分别驱动四个轮子完成模仿人类走路的功能；先锋机

器人由电机分别驱动两个后轮完成预定轨迹的运动及避障）、控制部分（大多使用单片机，用于处理各种信息后发出指令给执行机构，完成各种作业）、传感部分（各种传感器，包括信息的采集和传输）、通信部分（完成人机通信及机器人各个机构之间的通信）、功能模块（如清洁机器人的清扫机构、先锋机器人的载物机构等）、人机交互部分（机器人状态信息的显示及人通过遥控器、语音、手势、肌电及脑波信号对机器人的实时控制）等。

实验室先锋机器人硬件结构：Pioneer3机器人主要由以下几个主要部分组成：顶板、用户控制面板、车身附件面板、声纳环、电机，车轮及编码器、电源和车载计算机。

3.2 软件结构

机器人的软件结构即机器人的程序设计及仿真。机器人控制器中都有控制芯片，一般就是单片机，CPU（有的带有操作系统）等，我们通过各种编程语言及编程平台的使用，根据机器人的任务和要实现的功能，写出基于相应硬件结构及各种功能算法的机器人程序，可以处理机器人的所有信息并有效的控制机器人。如室内清洁机器人的路劲规划，先锋机器人的避障及轨迹规划等。总的来说，机器人软件就是完成机器人各个硬件机构间传输信号的处理，完成信号的转变，处理为硬件能够接收并正确使用的信号，使各个硬件很好地完成相应的功能，进而整个机器人完成相应作业！这里，最重要的是算法！

实验室先锋机器人软件结构：机器人控制器软件是ARCOS （ActivMedia Robotics Control and Operating System ），机器人