第8章 智能机器人设计与开发.pptxVIP

第8章智能机器人设计与开发8.1智能机器人设计的基本步骤8.2机器人硬件设计与开发8.3机器人的软件架构8.4机器人仿真平台

8.1智能机器人设计的基本步骤1.需求分析2.前期研究和可行性分析3.方案选择4.计算与仿真5.机器人实现6.调试完善

8.1智能机器人设计的基本步骤1.需求分析在进行智能机器人设计之前，首先需要进行需求分析，即明确智能机器人需要实现哪些功能，然后收集资料进行可行性分析。在这个阶段搜集相关机器人信息，总结出需求，以及需求所针对的典型行业和典型工艺。根据需求，提出一份机器人性能指标，定量的对预期功能层面进行描述，例如使用环境、工作范围、最高速度、额定负载、实现某典型工艺轨迹的时间、IP等级、电源类型、重量限制、使用寿命、需要遵循哪些认证和标准等。

8.1智能机器人设计的基本步骤2.前期研究和可行性分析针对前一步提出的机器人性能指标，从机械、仿真、驱动、电气和软件等各技术角度对指标进行评估。主要从技术可行性和成本两个方向切入。在这个阶段重要内容是对相似机器人进行详尽的分析和测试，尽可能把已有的经验转化为自己机器人优势。3.方案选择根据分析进行原理设计，并制定方案，包括硬件方案和软件方案等。对比各方案的优缺点，需要从技术的先进性、实现的难易程度、经济性等几个方面综合考虑，确定最终的设计方案。

8.1智能机器人设计的基本步骤4.计算与仿真依靠前面设计方案给出的机器人参数，根据机器人尺寸、负载、速度和核心算法等信息已经可以对机器人进行粗略的建模和仿真计算。依照概念方案中的几何尺寸信息可以建立机器人的运动学模型。在这样的基础上，定义外部负载，根据经验估计自然质量负载和摩擦力，这样可以进一步获得准确动力学模型。5.机器人实现包括硬件实现和软件实现两部分。硬件部分实现考虑有以下几方面：1、经过仿真计算的机械部分子系统性能指标（长度、空间运动范围、重量）；2、各节点受力分析；3、驱动系统的安装要求；4、功能性能指标中对安装方式和应用环境的要求。

8.1智能机器人设计的基本步骤6.调试完善对所设计机器人进行调试、修改和完善。布置机器人和外围设备，并模拟运行。验证各功能是否满足设计要求。按技术要求，调试软硬件检验，直至符合要求。

8.1智能机器人设计的基本步骤智能机器人设计与开发基本流程

8.2机器人硬件设计与开发智能机器人的设计与开发是一个结合计算机、机械、电子、控制等领域技术的综合应用实践活动。主板、传感器、驱动器、数据采集卡、人机接口、无线网卡和其他硬件设备。智能机器人硬件主要包括：

8.2机器人硬件设计与开发机器人主板是机器人核心运算芯片，可以被称为“机器人的大脑”，它也可以叫做微控制器、微处理器、处理器或计算器等。8.2.1主板树莓派4B+NVIDIA英伟达jetsonnano

8.2机器人硬件设计与开发传感器是机器人和现实世界之间的纽带。8.2.2传感器主要内容已经在第四章第一节进行了详细的介绍，此处不作赘述。根据传感器的工作特征，可以分为光学传感器、声传感器、力传感器、位置传感器等。常见的传感器比如红外传感器、声音传感器、压敏传感器、陀螺仪等。

8.2机器人硬件设计与开发驱动器就是驱动智能机器人的核心部件。驱动器有电力、液压和气动等驱动方式，常用驱动器为电驱动的电机。8.2.3驱动器直流电机

8.2机器人硬件设计与开发除上述主要的硬件设备外，智能机器人还有很多不同的硬件设备，与智能机器人相匹配，其决定了机器人的相关功能或特点。随着人机接口技术的发展，已开发出各式各样的输入和输出设备，如触摸屏、VR眼镜、数据手套、鼠标等。8.2.4其他硬件设备数据手套5G网络模块

8.3机器人的软件架构机器人软件架构是典型的控制回路的层次集：8.3.1机器人的软件架构高端计算平台上的高级任务规划循环控制路径规划机器人轨迹障碍避让和运动控制回路等任务。机器人软件架构可认为是各组件的结构和关系，以及规范设计和后续进化的原则和指南。常见的智能机器人架构，包括SPA结构、基于行为的结构、混合结构等。

8.3机器人的软件架构典型的机器人软件包括驱动层、平台层、算法层和用户界面层组件。8.3.2机器人的软件架构范例机器人参考架构

8.3机器人的软件架构随着机器人技术的快速发展，机器人广泛应用于工业生产各个领域，任务的复杂程度不断提高，用户对产品的质量和效率追求越来越高。在这种形势下，机器人的编程方式、编程效率和质量显得越来越重要。如何让机器人快速学习相关任务，降低编程的难度和工作量，提高编程效率，实现编程的自适应性，是机器人编程技术亟待解决的问题。目前常用的机器人编程方法有示教编程、离线编程、自主编程、增强现实编程、示教学习编程。8.3.3机器人编程方式

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