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第0章 机器人技术 绪论Introduction of Robotics 0. 1 机器人学的由来与发展 0．2 机器人的特点、结构与分类 0．3 机器人的应用 0．4 如何学好机器人技术 第0章 Robotics 绪论 0.1机器人学的发展 0.1.1机器人的由来 1）我国著名的木匠鲁班在机械方面也是一位发明家，据《墨经》记载，他曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日而不下”，体现了我国劳动人民的聪明才智。 东汉、张衡发明的指南车1800年前的东汉时代，著名科学家张衡不仅发明了地动仪、计里鼓车，而且发明了指南车，这些发明都是具有机器人构想的装置。计里鼓车每行进l里，车上的木人击鼓一下，每行10里，击钟一下；具有复杂轮系装置的指南车若车上木人运动起始指向南方，则该车无论左转右转、上坡下坡，指向始终不变，可谓精巧绝伦。 2）公元1768—1774年间，瑞士钟表匠德罗斯父子三人合作制造出三个像真人一样大小的机器人——写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人，其中的写字偶人如图0.1所示。它们是靠弹簧驱动，由凸轮控制的自动机器，至今还作为国宝保存在瑞士纳切尔市艺术和历史博物馆内。 3）1920机器人一词最早出现于 1920年捷克作家Karel Capek的剧本《罗萨姆的万能机器人》 首次提出Robota一词这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳力。 4）1950美国科幻作家Assimov,提出机器人三守则 5）1954美国人设计了第一台电子可编程机器人 MIT（麻省理工学院）； RPI（伦斯勒理工学院 RENSSELAER POLYTECHNIC INSTITUTE ）； Stanford（斯坦福大学）； Carnegie-Mellon（卡内基 - 梅隆大学）； Connell（康奈尔）； Purdue（普渡大学）； Univ of California（美国加州大学）。 Robotics 绪论 0.1.2机器人的定义 美国机器人协会（RIA）定义 日本机器人协会（JIRA）定义 中国机器人定义 国际标准化组织（ISO）定义 美国机器人协会（RIA-Robot Institute of America） A reprogrammable multifunctional manipulator designed to move materials, parts, tools or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks. 机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过可编程序动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。这个定义实际上指的是工业机器人。 世界标准化组织ISO A robot is a machine which can be programmed to perform some tasks which involve manipulative or locomotive actions under automatic control. (1) 机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官(肢体、感官等)的功能。 (2) 机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。 (3) 机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。 (4) 机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的 干预。 机器人的定义 机器人是一种在计算机控制下的可编程自动机器，根据所处的环境和所要完成的工作或任务，具有一项或多项拟人功能，如抓取功能、移动功能、感知功能、语音功能、服务功能乃至逻辑思维、判断功能等，从而使之在一定程度上代替人工作或完成作业任务。 机器人基本机能 ①对外界产生作用：相当于人身体上的手和腿 ②获取外界信息：相当于人的感觉器官 ③规划和控制作业：相当于人的大脑 共同属性：1）象人或人的一部分，并模仿人的动作 2）具有智能或感觉与识别能力 3）是人制造的机器或机械电子装置 机器人的本质 机器人是一种机器，本质上不可能超越人类； 机器人在结构上有一定的仿生特性，通常具有多自由度的结构； 是一种机电一体化的自动装置，受微机控制，具有重复编程控制功能 0.1.3 机器人技术的研究领域与学科范围 一、研究领域 经过数十年的发展，机器人技术已经发展成为一门新的综合性交叉科学——机器人学(robotics) 它包括基础研究与应用研究两方面的内容，其主要研究领域有：①机械手设计；②机器人运动学与动力学；③机器人轨迹规划；④机器人