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1、Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,第二讲 机器人学基本概念,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,第二讲 机器人学基本概念,机器人学机器人偿还期理论机器人系统结构工业机器人的主要技术参数机器人自由度、图形符号与典型机器人的自由度布置形式机械误差、精度、定位精度（空间分辨度）与重复定位精度主从控制与示教再现机器人机械系统与其它机械系统的区别
2、机器人的控制系统与一般自动化控制系统的区别人工智能的争论及其对机器人学的影响,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-机器人学,机器人学是一个多学科的交叉的高技术领域,包含机器人理论和和机器人技术。机器人理论：（1）机器人基础理论与方法：机构分析与综合、运动学和动力学建模、作业与运动规划、优化设计、控制和智能。（2）机器人仿生学：仿生运动和动力学、仿生机构学、仿生感知和控制理论、仿生器件设计和制造。（3）机器人系统理论：多机器人系统理论（例如）、机器人
3、人融合、系统协调和交互。（）微机器人学：微机器人分析、设计和控制理论等。（）移动操作机器人理论：复杂多链空间机器人机构学、步态规划与稳定性、多链协调与控制。机器人技术：（1）机器人结构设计与制造技术。（）操作和执行技术；（）检测与传感技术；（）智能技术；（）实验和评价技术；（）人机交互和融合技术；（）技术规范和标准。,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-机器人偿还期理论,以机器人及其辅助设备的初期总投资为一方面，以每年所节省的劳动费（包括工资和津贴
4、）加上材料费再减去年维修费为另一方面，计算出应用机器人能够在多少年内收回成本。简化公式：（）偿还期（年）机器人及其辅助设备的初期总投资每年所节省的劳动费（包括工资和津贴）全年维修费,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-机器人偿还期理论,详细计算公式：（）（）（）机器人售价附属设备费用工程及安装费用税务信贷材料费用操作维修费用年运行小时数（天，单班）公司税率年折旧对于单班、双班和三班，一般时间是年，年，年与国别区域有关,Research Instit
5、ute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-机器人系统结构,三大部分六个子系统组成,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-机器人系统结构,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-工业机器人的主要技术参
6、数,工业机器人的技术参数是各工业机器人制造商在产品供货时所提供的技术数据。尽管各厂商提供的技术参数不完全一样，工业机器人的结构、用途等有所不同，且用户的要求也不同，但工业机器人的主要技术参数一般包括：自由度（Degrees of Freedom）精度（Accuracy）工作范围（Work Space）速度（Speed）承载能力（Payload）,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-工业机器人的主要技术参数,Kawasaki Robotics(USA
7、),Inc:FS06L,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-工业机器人的主要技术参数,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-机器人自由度、图形符号与典型机器人的自由度布置形式,机器人的自由度是指机器人所具有的独立坐标轴的运动数目，一般不包括手爪的开合。（独立驱动数目）一般个，多了叫冗余,Research
8、Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-机械误差、精度、定位精度（空间分辨度）与重复定位精度,定位精度（Positioning Accuracy）：是指机器人的手部实际指定位置与目标位置之差。重复定位精度（Repeatability Accuracy）：是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示，它是衡量一列误差值的密集度（重复度）,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),
9、Hebei University of Technology,机器人学基本概念-机械误差、精度、定位精度（空间分辨度）与重复定位精度,5分,5分,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-主从控制与示教再现,主计算机负责管理和运动解算，从计算机负责驱动控制的系统。“示教再现”方式：它通过“示教盒”或人“手把手”两种方式教机械手如何动作，控制器将示教过程记忆下来，然后机器人就按照记忆周而复始地重复示教动作，如喷涂机器人。eachand layback示教再
10、现 即分为示教存储再现-操作四步进行。示教：方式有两种：(1)直接示教手把手；(2)间接示教示教盒控制。存储：保存示教信息。再现：根据需要，读出存储的示教信息向机器人发出重复动作的命令。,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-机器人机械系统与其它机械系统的区别,机器人速度高、精度高、控制范围广，一般速度控制比在：以上。工业机器人不仅高速运动中突然停止时位置精度高，而且还要精密跟踪时变的速度与空间轨迹，对加速度和力也要进行高精度的控制。机构多为串联结构
11、，因此刚性差且具有多个固有振动频率。负载以及各构件对各个回转轴的转动惯量，随着机器人的位形而变，其变化幅度很大，一般可达倍。摩擦、传动间隙、检测精度等对机器人的高速、高精度的运动制约严重。传统的单体控制方式不能满足要求。,Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-机器人的控制系统与一般自动化控制系统的区别,(1)机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。经常要求正向运动学和反向运动学的解,还要考虑惯性力、外力(包括重力)、哥氏力及向心力的影响。(2)简单
12、机器人至少要有35个自由度,比较复杂的机器人有十几个甚至几十个自由度。每个自由度包含一个伺服机构,它们必须协调 组成一个多变量控制系统。(3)机器人的协调控制以及“智能”,只能由计算机来完成。因此,机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。(4)描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型,随着状态的变化,参数也在变化,变量间存在耦合。因此还要利用速度甚至加速度闭环。(5)机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成,因此存在一个“最优”的问题。根据传感器和模式识别的方法获得的工况,自动选择最佳的控制规律。,Research Institute of Robotics and Automat
13、ion(RIRA),Hebei University of Technology,机器人学基本概念-人工智能的争论及其对机器人学的影响,人工智能的主要学派：符号主义（symbolicism),又称逻辑主义，心理学派或计算机学派：物理符号系统假设和有限合理性原理。（数理逻辑，认知基元是符号，功能模拟）联结主义（connectionism),又称仿生学派或生理学派：神经网络和学习算法。（仿生和人脑的研究，认知基元是神经元，结构模拟）行为主义（actionism),又称进化主义或控制论学派：控制论和感知动作型控制系统。（控制论，感知动作的进化，行为模拟）争论一直存在，研究并存，无明确定义。携手共存的时期。（也许本质是一样的，只是从不同角度观察和表达不同而已）,
