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智能机器人系统与设计 任课教师: 张浩峰 办公室:智能楼337栋 联系方式: Ph#405 Email:haofeng_njust@ 课程大纲 绪论 体系结构 机器人运动学 传感器系统介绍 图象处理 计算机视觉 摄象机标定 信息处理 运动规划 第一章 绪 论 什么是机器人 机器人的分类 按照日本机器人学会（JIRA）的标准： 第1类：人工操作装置——由操作员操纵的多自由度装置 第2类：固定顺序机器人——按预定不变方法有步骤的依次执行任务的设备，其执行顺序难以修改 第3类：可变顺序机器人——同第2类，但其顺序易于修改 第4类：示教再现（playback）机器人——操作员引导机器人手动执行任务，记录下这些动作并由机器人以后再执行 第5类：数控机器人——操作员为机器人提供运动程序，而不是手动示教执行任务 第6类：智能机器人——机器人具有感知和理解外部环境的能力，即使其工作环境发生变化，也能够成功的完成任务。 美国机器人学会（RIA）只将以上3-6类视作机器人 法国机器人学会（AFR）将机器人进行如下分类： 类型A：手动控制远程机器人的操纵装置。 类型B：具有预定周期的自动操纵装置。 类型C：具有连续轨迹或点到点轨迹的可编程伺服控制机器人。 类型D：同类型C，但能够获取环境信息。 什么是机器人学 机器人的发展历史 ● 世界 1922 捷克作家 Karel Capek，小说“ Rossum’s Universal Robots”，引入名词Robota 1946 George Devol 开发出磁盘控制器 Eckert 和 Mauchley 在UPenn建造了ENIAC 计算机 1952 第一台数控机床在MIT诞生 1954 George Devol 开发了第一台可编程机器人 1962 Unimation 公司成立，出现了最早的工业机器 人 1968 第一台智能机器人 Shakey在Standford诞生 1983 机器人学开始列入教学计划 目前 世界工业机器人累计产量约 110 余万台 世界机器人装机总量近 80 万台 机器人的发展历史 ● 中国 80年代 国家把工业机器人开发列入‘七五’计划 1986年 实施863计划，发展智能机器人 目前 工业机器人装机总量约2000台（占世界装 机总量0.25%). 其中, 国产机器人约400台. 中国的工业机器人产业正处在萌芽阶段 机器人的优缺点 提高生产率、安全性、效率、产品质量和产品一致性。 可以在危险或者不良的环境下工作。 可以不知疲倦、不知厌烦的持续工作。 (3D)Dirty, Dull, Dangerous 除了发生故障或磨损外，始终如一的保持精确度。 具有比人高很多的精确度。 具有某些人类所不具有的能力。 可以同时响应多个激励或处理多项任务。 机器人的优缺点 带来经济和社会问题。如工人失业，情绪上的不满与怨恨等 缺乏应急能力。 在很多方面具有局限性。如自由度、灵巧度、传感器能力、视觉系统、实时响应 费用开销大。如原始的设备费、安装费、需要周边设备、需要培训、需要编程。 机器人的组件 机械手或移动车： 机器人的主体部分。 末端执行器： 用来抓取物体。 驱动器： 是机械手的“肌肉”。 传感器： 收集机器人内部状态信息或 用来与外部环境进行通信。 控制器 ： 从计算机获取数据，控制驱 动器的动作，并与传感器反 馈信息一起协调机器人的运 动。 处理器： 计算机器人关节的运动。 软件： 操作系统、机器人软件、例 行程序集合和应用程序 机器人的自由度 机器人的坐标 机器人的参考坐标系 全局参考坐标系 关节参考坐标系 工具参考坐标系 机器人的编程模式 硬件逻辑结构模式 引导或示教模式 连续轨迹示教模式 软件模式 机器人的性能指标 负荷能力 运动范围 精度（正确性） 重复精度（变化性） 机器人语言 机器人语言根据其设计和应用的不同有着不同复杂性级别，其级别范围从机器级到已提出的人类智能级不等。 国外的研究机构 CMU的机器人研究所 http:// Stanford的人工智能实验室 / MIT的人工智能实验室 http:// JPL机器人实验室 /index.cfm USC的机器人实验室 / 佐治亚可移动机器人技术实验室