Introduction to Robotics
(机器人学导论)
School of Electrical Engineering and Automation
Tianjin University
Fall Semester, 2010
?Time: Monday Night
(Room 115, Section A,Building No. 26)
Week 1st to Week 8th
?Instructor: Dr. Xian, Bin (鲜斌）
?Office: Room 525, Section E, Building No.26?Office Hours: 3:00 pm to 5:00 pm, Wednesday ?E-mail : xbin@https://www.doczj.com/doc/f013272857.html,
?Text Book and Reference Books
1.John J. Craig, Introduction to Robotics: Mechanics And
Control, Third Edition, Pearson Education, 2005.
约翰J. 克拉格，机器人学导论，机械工业出版社，2006.
￥49
$73
2.Saeed B. Niku, 机器人学导论－分析、系统及应用，孙富春等
翻译，电子工业出版社，2004.
3. Mark W. Spong, M. Vidyasagar, Robotics and Control, John Wiley& Sons, 200
4.
?Grading: Homework 20%
Final exam 80%
?Course Outline
1.Background and Introduction
2.Rigid Motion and Homogeneous Transformation
3.Forward Manipulator Kinematics
4.Inverse Manipulator Kinematics
5.Velocity Kinematics
6.Manipulator Dynamics
7. Control of Manipulators
Chapter 1 Introduction
Hollywood’s Robots
R2-D2
T800
Ch1.1Background
1. What is a robot?
By general agreement, a robot is:
A programmable machine that imitates the actions or
appearance of an intelligent creature–usually a human.
A robot (industrial robot) is 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.
(definition from Robotics Institute of American)
? A Robot is controlled by a computer or similar device.
? A Robot can be easily re-programmed.
2.JIRA Standards for Robot
?Human-Controlled System
?Fixed Sequence Robot
?Alterable Sequence Robot
?Playback Robot
RIA ?Numerical Controlled Robot
?Intelligent Robot
?Type of robots
?Robot Manipulator
?Ground Mobile Robot
?Under Water Robot
?Humanoid Robot
3.What is Robotics?
?Robotics is the technology and knowledge that are used for design and application of robots.
4.Robotics is a interdisciplinary research area:
?Mechanical Engineering: methodologies for the study of machine in static and dynamic situation …
?Electrical Engineering: design of sensor, actuator, interface, control algorithms, ….
?Computer Sciences: software, vision, intelligence….
?Mathematics
?Biology
Ch1.2History of Robotics
1.1922, Karel Capkef’s novel “Rossum’s Universal Robots”,--
Rabota
2.1952, First Numerical Control Machine Tool by MIT
3.1954, First Re-programmable Robot by George Devol
4.1955, Homogeneous Transformation by Denavit &
Hartenberg
5.1962, First Industry Robot by Unimation
6.1968, First Intelligent Robot (Shakey)by SRI
7.1972, Cartesian Space Robot by IBM (to IBM7565 Robot)
8.1973, T3 Robot by Cincinnati Mialcron
9.1978, PUMA Robot by Unimation
10.1983, Robotics course were provided in many universities
Stanford Research Institute ---Shakey
Unimation-Puma Robot
Ch1.3Components of Robot ?What a robot will contain?
1.Manipulator or Mobile Vehicle
2.End-effector
3.Actuator: Servo Motor, Stepper Motor, Hydraulic
Cylinder…
4.Sensor: Resolvers/Potentiometers, Tachometer, Strain
Gauge, Encoder…
5.Controller
6.Processor
7.Software: OS, Robot Software, Application Routines …
Ch1.4Architecture of Robot
Environmental sensors Motion
planner Controller
Mechanical
Structure
Configuration
sensor
Processor
Power Supply Communication
User Interface
对机械工程概论的认识和总结 一、机械概论 “机械工程概论”是一门技术基础课，是非机械类各专业学生学习工程材料和机械制造的基本工艺方法，培养工程素质的重要必修课。内容包括金属材料和非金属材料的基础知识、金属材料的成形工艺及设备、金属切削加工工艺及设备、特种加工等方面。通过本学期的学习，初步了解和掌握工程材料及其加工工艺方面的基础知识和基本理论。 二、对于机械工程概论的学习和认识 就像每个人有各自独特的世界观指导自己的日常生活行为，机械工程概论就像学机械在这方面的世界观和方法论。如果说数理化是将先辈得出的正确的理性化的数字化的世界观授予我们，那么机械工程概论就是将一个专业方面的总的知识体系授予我们。 在《机械工程概论》一书当中如此写道：“机械工程是关于研究、设计、制造和运用各类机器和机械设备的工程科学，涉猎范围机器广泛”学习数理化，我们得到的知识运算技巧，对于怎么将这些技巧应用到真正的机械生产制造上，我们可以很基础的先提出问题再假设再论证再实践再完工。 三、总结 机械工程概论这么课程使我们能够对未来机械专业的学习有着极其重要的指导和引导作用，激发学生对机械的学习积极性，就像一本书的目录一般，让人知道将来要学习什么，却又半现半隐，极大开发同学们的兴趣，而且工程概论使我们更了解机器以及机械设备的结构，
丰富了学生的空间思维能力，此课程极为重视学生的实际动手能力和实践操作能力，锻炼我们的个人能力打造敦厚的专业基础，在未来的世界里，全新的设计必然与计算机分不开，模拟仿真、辅助设计、制造等各方面的需求，所以我们的前景是光明的，而工程概论就像是给了我们一张上船的船票太多毒鸡汤告诉你，你想要的岁月都会给你，可它没告诉你，你想要的，岁月凭什么给你！
《我看机器人》 学院：理学院 学号：5502211005 姓名：黄志涵 班级：应用物理学111班
摘要：在21世纪，随着科学技术的发展，机器人的研究和发展也将会更进一步。机器人原本起源在美国，但其在美国的发展速度远远不如日本。这里面主要的原因，可能是因为日本劳动力短缺，大部分需要劳动力的工厂得不到劳动力，所以日本政府大力发展机器人产业，用机器人代替短缺的劳动力资源。本文通过三部分简要阐述有关机器人一些发展和应用，以及未来机器人更大的应用前景。 关键词：机器人，机器人发展史，关键技术，分类，应用 正文： 第一部分：机器人的发展史 从1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“机器人”这个词。机器人历史有了如下的发展：1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。 1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。 1948年诺伯特·维纳出版《控制论》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。 1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。 1956年在达特茅斯会议上，马文·明斯基提出了他对智能机器的看法：智能机器“能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。 1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。 1962年美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运),与Unimation 公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。 1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统. 1965年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。 1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。 1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家
2、1 solution: According to the equation of pure transition transformation,the new point after transition is as follows: 2、3 solution: According to the constraint equations: Thus,the matrix should be like this: 2、4 Solution:
= 2、7 Solution: According to the equation of pure rotation transformation , the new coordinates are as follows: 2、9 Solution: Acording to the equations for the bined transformations ,the new coordinates are as follows: 010051 05110 0030010310(,90)(5,3,6)(,90)001060 1004900 0110 00111A B P Rot z Trans Rot x P -????????????????????-? ????????? =???==?????????? ? ????????? ??????????o o
A B Transformations relative to the reference frame Transformations relative to the current frame 2、10 P=Trans(5,3,6)Rot(x,90)Rot(a,90) P 1 0 0 5 1 0 0 0 0 -1 0 0 2 = 0 1 0 3 0 0 -1 0 1 0 0 0 3
机械工程概论学习心 得
学习心得 班级：机械（卓越）1001 姓名：李俊峰学号：3100305007 机械工程概论这门课程是一门技术基础课程，是我们机械类专业的学生学习工程材料和机械制造基本工艺方法，培养我们工程素质的重要的必修课程。在机械工程概论这门课程中我学习到了包括金属材料和非金属材料的基础知识、金属材料的成形工艺及设备、金属切削加工工艺及设备、特种加工在内的各方面知识，通过这门课程的学习我初步了解和掌握了工程材料及其加工工艺方面的知识和基本理论。 通过一个学期的学习，我了解到了机械的真正内涵，其中机械工程学科的定义：机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。而关于机械工程学科的战略地位，钱学森先生曾说过：“技术科学是人类认知的一个新部门。”作为一门技术科学，机械工程学科以自然科学为基础，研究人造的机械系统与制造过程的结构、组成、能量传递与转换、构件与产品的几何与物理演变、系统与过程的调控、功能形成与运行可靠性等，并以此为基础构建机械与制造工程中共和性和核心技术的基本原理和方法。 老师深入浅出的讲解，生动形象的向我们展示了机械的原理，机械的加工，机械的设计，机械的应用以及机械的分类，让我们清楚的认识到了机械是什么。其实，机械无处不在，它可能是一个玩具，可能是一个零件，也可能是一个航天器。机械的应用之广，设计方法之丰富无疑给我们后来人在继承先辈的传统时可以借用现代的科技和方法来设计一件新的产品或零件。 在科学技术飞速发展的今天，机械的设计面临着新一轮的挑战，在这个过程中，必须迎合时代的需求和世界的变化需要，应以精益生产、敏捷制造、智能制造、绿色制造为主导方向，进一步加强与网络的结合，凸显更人性化、智能化、方便化的特点。 在21世纪的世界里，全新的设计必然与计算机分不开，模拟仿真、辅助设
9．神奇的机器人 普陀区长征中心小学侯奕佩 学校地址：吉镇路259号邮编：200333 [教学目标] 1、能在阅读中自主识字。掌握“骋”“弋”的字形，读准字音，理解、积累“大显身手、用武之地、才华横溢、披星戴月、能歌善舞、驰骋万里、耕云播雨”等词语。 2、能正确流利地朗读课文，认识机器人，并理解、感悟机器人的神奇，科学的神奇，激发学生的创造精神。 3、展开想象，模仿课文写一段话。 [教学重点和难点] 了解机器人的功能，并通过重点词语的理解，感悟机器人的神奇，科学的神奇，激发学生的创造精神。 [教学准备] 教师：机器人的图片。 学生：预习课文，能借助字典学习生字，圈出不理解的词语，读不懂的地方打上问号，并尝试解决问题。 [教学设计] 一、激趣导入，揭示课题 1、示机器人的图片，大家看，这是什么？ 2、师：看过星球大战的小朋友对机器人更不会陌生了，这个机器人能维修战舰，翻译各国语言，本领可大着呢。或许有人会说，这只是科幻片中人类美好的想象，可事实上，随着科学技术不断进步，一个个的机器人从科学家们的手中诞生了。 3、机器人到底是什么呢？出示句子，生齐读。 （机器人是具有一定智能的机器，它能模仿人的眼、耳、口、鼻、手等感觉器官，按照人的指令做出各种各样的动作，因而被人们誉为“千里眼”“顺风耳”“飞毛腿”“铁胳膊”。） 4、揭题：机器人又到底有些什么样的本领呢？“神奇的机器人”这一课，将带领我们走进机器人的世界，感受机器人的神奇。 （说明：对于机器人，学生并不陌生，观看图片，教师的导语都是为了焕发学生已有的认知体验，激发学生的阅读兴趣。）
二、初读课文，了解内容 1、检测预习情况 1）形近字组词： 弋（）骋（） 戈（）聘（） 2）找出文中的四字词语读一读 2、边读边思考，机器人在哪些地方能发挥作用，能否用上“大显身手”或者“用武之地”来说一说。 3、交流： （说明：这一练习的设计，有两个用意。第一，检测学生在预习的过程中是否已真正理解了这两个词语，在理解的基础上是否能正确使用这两个词语。如发现学生在使用词语时，语句不够规范，应注重随机指导。第二，这篇课文条理清楚、结构严谨，通过这一练习，检测学生是否已读懂本文的写作顺序，如果学生没有抓住文章的线索，对于“茫茫的宇宙、浩瀚的海洋、工厂、农村、社会”这几个关键的词语有遗漏，教师应注重当堂的点拨，帮助学生掌握这类体裁课文的的写作规律。） 三、再读课文，体会机器人的神奇 1、师：机器人在各个地方大显身手，再仔细读读课文的2——6小节，机器人为人类做什么事情，让你觉得它是那样的神奇，谈谈你的感受。 2、生自读课文。 3、交流并指导朗读： （说明：课文举了许多例子来说明机器人在不同的领域发挥了巨大的作用，但是，这些例子并没有具体的展开，学生在交流时，如果能穿插有关的资料来表示机器人的神奇，教师应给与肯定。学生在交流的时候不一定会按照课文的写作顺序来，此时，教师要及时引导，帮助学生归类，渗透说明文的特点、表达方法，并引导学生通过重点词语的理解、感悟，体会到机器人的神奇。） 1）在茫茫宇宙…… （在学生交流的基础上，引导学生理解“先驱”，感受到作者用举例的方法来表现机器人能代替人类进行探险，为人类不断揭开宇宙的奥秘的神奇之处。） 2）在浩瀚的海洋…… （通过学生的交流，明白什么是“探宝藏、擒油龙、找黑匣”，如学生对此有疑
关于智能机器人的学习报告 姓名：XXX 学号：XXXXXXXXXXXX 专业：自动化 班级：2012-4
【摘要】人类社会发展至今，经历了蒸汽机，电气，信息3大工业革命，这三次巨大的变革彻底改变了人类社会的发展与进程。而如今，机器人技术的发展可以视为第四次工业革命。从世界上第一个机器人诞生到现在，机器人技术经历了一个长期而缓慢的发展过程。随着计算机技术、微电子技术、网络技术等一系列相关的飞速发展，机器人技术也得到了长足的发展。不仅工业机器人水平不断提高，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了很大的进展。机器人技术代表了机电一体化技术的最高研究成果，涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多门学科，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。机器人的研究、制造和应用程度，在一定程度上代表了一个国家或公司科技水平和经济实力。目前，国际上各大公司都在竞相研制各类先进机器人，以向世人展示其强大的工业实力。 【关键字】分类结构硬件组成研究热点发展趋势 一、机器人分类 机器人按其智能程度可分为一般机器人和智能机器人。 一般机器人是指不具有智能，只具有一般编程能力和操作功能的机器人。到目前为止，在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态；二是运动要素，对外界做出反应性动作；三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考采用什么样的动作。感觉要素包括能感知视觉、接近、距离的非接触型传感器和能感知力、压觉、触觉的接触型传感器。这些要素实质上就相当于人的眼、鼻、耳等五官，它们的功能可以利用诸如摄像机、图像传感器、超声波传感器、激光器、导电橡胶、压电元件、气动元件、行程开关等机电元器件来实现。对运动要素来说，智能机器人需要有一个无轨道型移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。在运动过程中要对移动机构进行实时控制，这种控制不仅要包括位置控制，而且还要有力度控制、位置与力度混合控制及伸缩率控制等。智能机器人的思考要素是三个要素中的关键，也是应赋予机器人的必备要素。思考要素包括判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。
1. 自由度：指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2. 机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。 3. 柔性手：可对不同外形物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。 4. 制动器失效抱闸：指要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。 5. 机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。 6. 机器人动力学：机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的 关系，即机器人机械系统的运动方程。 7. 虚功原理：约束力不作功的力学系统实现平衡的必要且充分条件是对结构上允许的任意位移（虚位 移）施力所作功之和为零。 8. PWM 驱动：脉冲宽度调制驱动。 9. 电机无自转：控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转。 10. 直流伺服电机的调节特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。 11. 直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之 差，与给定转速之比。 12. PID 控制：指按照偏差的比例、积分、微分进行控制。 13. 压电元件：指某种物质上施加压力就会产生电信号，即产生压电现象的元件。 14. 图像锐化：突出图像中的高频成分，使轮廓增强。 15. 隶属函数：表示论域U 中的元素u 属于模糊子集A 的程度，在[0, 1]闭区间内可连续取值。 16. 脱机编程：指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。 17. AUV ：无缆自治水下机器人，或自动海底车。 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 5.直流电机的额定值有哪些？ 6.常见的机器人外部传感器有哪些？ 7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。 8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？ 9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？ 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？ 12.仿人机器人的关键技术有哪些？ 1.答：机器人研究的基础内容有以下几方面：(1) 空间机构学；(2) 机器人运动学；(3) 机器人静力学；(4)机器人动力学；(5)机器人控制技术；(6)机器人传感器；(7)机器人语言。 2.答：目前常用的有如下几种形式：(1)横梁式。(2)立柱式。(3)机座式。(4)屈伸式。 4.答：构成机器人控制系统的基本要素包括： (1) 电动机，(2) 减速器，(3) 驱动电路，(4) 运动特性检测传感器，(5) 控制系统的硬件，(6) 控制系统的软件， 5.答：直流电动机的额定值有以下几项：(1)额定功率，(2)额定电压，(3)额定电流，(4)额定转速， 6.答常见的外部传感器包括 触觉传感器，分为；接触觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器和力觉传感器。距离传感器，包括超声波传感器，接近觉传感器，以及视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器等。 7.答：在脉冲回波式中，先将超声波用脉冲调制后发射，根据经被测物体反射回来的回波延迟时间Δt ，计算出被测物体的距离R ，假设空气中的声速为v ，则被测物与传感器间的距离R 为： /2R v t =?? 如果空气温度为T （℃)，则声速v 可由下式求得： ()331.50.607m/s v T =+ 8.答：(1) 景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD 图像传感器、超声波传感器和结构光设备等；(2) 视频信号数字化设备，其任务是把摄像机或者CCD 输出的信号转换成方便计算和分析的数字信号；(3)
班级: 姓名：学号： 机械设计及其自动化导论心得 作为一名大二的学生，却在完成有一份早在大一就该完成的作业。这似乎让我显得很另类。作为一名从法学院转入的学生，我同样认同机械的专业文化，认同作为其中一员的自己。 我在大一期间并不是“机械设计及其自动化专业”的学生，但我却一直很喜欢机械。或许只是如此，我才有勇气完成了一次从“法学”到“机械”，从一门连数学都不用学习的纯文科性质的专业到完全的工科性质专业的完整蜕变。 现在，就在我写这份导论心的之时，或许可以稍作总结。我的蜕变已经完成了一大半。在这忙碌的学期里，我同时扮演了大一学生，和大二学生。我在学习大学物理和概率论和数理统计的同时又在老区学习高等数学，线性代数等基础学科。我在别人正深入的探讨专业知识的时候，还在问一起关于积分学的基本知识。但现在终于有些改变了，至少我也可与参与其中了，我也可以对这一些问题道出自己的分析了。这个过程很长，但我终于一点点走过了。 ...........机械现状 其实我应该是第二次作为老师您的学生了，我也是第二次去学习老师你的导论课。在我大一决定了要转入“机械”专业以后。就更当时的机械专业同学打听到了你讲导论课的时间。然后是很认真的学习并做了记录。对于我来所，作为一门完全的工科性质的专业自然地引起了我的重视，或许当时还有一些恐惧。想象着下一年繁重的课程，面对着你生动而细致的专业分析。我一直都谨慎而专注的学习，我担心如果我落下了什么要点，就将给我的大学生涯更多的遗憾。 听到老师说，分析我们专业在西南科技大学的现状。我既欣慰又感受到了莫大的压力。
从学校派发的资料以及你生动的讲解中，我了解到了“机械设计及其自动化”在学校的有源历史中扮演的重要地位。机械专业是学校最先开设的一批专业之一，他有着较为深厚的文化和科技积累，而且在学院的历史中他为学校赢得了很多的荣誉。作为四川省本科人才培养基地和西南科技大学2006年授牌的品牌专业，我们拥有机械制造及自动化和机械电子工程2个硕士点，目前，还建设机械设计及理论硕士点。特别是近年来，机械设计制造及自动化专业非常重视以质量求生存，以特色求发展的专业办学思想，积极开展面向21世纪人才培养方案、教学内容和体系以及教学方法的改革。 一点点，一件件娓娓道来。无不让我们热血沸腾，作为一门老牌专业。“机械设计及其自动化”有着成熟的专业定义。但又因为是放在了21世纪改革创新的大环境里，我们要做的却还有很多。 “卓越工程师试点班”的推出正式机械人创新和发展的美好愿望，也是我们机械学子的良好机遇。参与其中，沉浸其中，必为之奋斗。 但之后，当听到学院学生人数是学校各学院中最多的那一批之一。便隐约有些压力。身处其中，同时起点又要第一步，如不努力，如何才能成功，若不奋发向上何时才能追上同龄人的脚步。 我的机械梦 对于机械我是充满热爱的，因为这样的爱。我乐得去消受专业跨度带来的阵痛。在学习老师你的导论课之前，我的专业热爱是很抽象的。或许可以这样总结，我喜欢的只是我所理解的那个专业。从奔驰的汽车到翱翔的飞机，从家庭作坊里简单的机床到科幻小说里神秘的诺亚方舟。一点一滴，我开始了对机械的感性认识。 直到这堂导论课，我才开始对于机械有了真正的认识。
机器人导论课后学习 13301084-钟奎 （1）ARM的发展简史 ARM最早于1990年由Acorn改组而来，之前Acorn时期开发出自己第一代32位、6MHz、3.0μm处理器，即ARM1，并用它做出一台 RISC指令集的计算机，也就是说当时还是在沿袭传统的方式，自己设计芯片出售芯片，早期使用Acorn 芯片产品的包括苹果的Newton pad等。RISC 即精简指令集计算机，起初为达到降低售价把面积设计的小，功耗低是顺带的优势，而价格低廉功耗少天然适合移动设备，1990年11月，从苹果获得150万英镑投资，从VLSI获25万英镑投资，Acorn则是12个工程师和作价150万英镑的IP，外加一个办公的谷仓，重组后的Acorn开启世界标准之旅。 初创时期的ARM没有商业经验没有管理经验，当然也没有世界标准这种愿景，运营资金紧张，工程师人心惶惶，最后ARM决定自己不生产芯片，转而以授权的方式将芯片设计方案转让给其他公司，即“Partnership”开放模式，公司在1993年实现盈利，1998年纳斯达克和伦敦证券交易所两地上市，同年基于ARM 架构芯片出货达5000万片。 进入2000年，开始受益于手机以及其他电子产品的迅速普及，ARM系列芯片呈爆炸性增长，2001年11月出货量累积突破十亿片，2011年基于ARM系列芯片单年出货79亿片，年营收4.92亿英镑（合7.85亿美元）,净利润1.13亿英镑。 ARM 的发展代表了半导体行业某种趋势，即从完全的垂直整合到深度的专业化分工，70年代半导体行业普遍采用上中下游的垂直整合封闭式生产体系，80年代开始半导体行业开始分化，出现垂直整合和分工化的系统制造、定制集成等两个体系，台积电的晶圆代工模式进一步推动了专业分工的发展，半导体行业分工进一步细化，形成IP、设计、晶圆、封装价上下游体系，ARM处于价值链顶端。 （2）STM32系列微控制器的特点 STM32系列给MCU用户带来了前所未有的自由空间，提供了全新的32位产品选项，结合了高性能、实时、低功耗、低电压等特性，同时保持了高集成度和易于开发的优势。 STM32控制器的主要优点： 使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核。哈佛结构。 1.25 DMIPS/MHz和0.19 mW/MHz。 Thumb-2指令集以16位的代码密度带来了32位的性能。单周期乘法指令和硬件除法指令。 内置了快速的中断控制器，提供了优越的实时特性，中断间的延迟时间降到只需6个 CPU周期，从低功耗模式唤醒的时间也只需6个CPU周期。
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案 机器人学导论 一、名词解释题： 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1.已知点u 的坐标为[7,3,2]T ，对点u 依次进行如下的变换：（1）绕z 轴旋转90°得到点v ；（2）绕y 轴旋转90°得到点w ；（3）沿x 轴平移4个单位，再沿y 轴平移-3个单位，最后沿z 轴平移7个单位得到点t 。求u , v , w , t 各点的齐次坐标。 x y z O u v w t 2.如图所示为具有三个旋转关节的3R 机械手，求末端机械手在基坐标系{x 0,y 0}下的运动学方程。 θ1 θ2 θ3 L 2 L 1 L 3 x 0 y 0 O 3.如图所示为平面内的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值{x ,y }，试求其关节旋转变量θ1 和θ2.
θ1 θ2 L 2 L 1 x y P 4.如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1= 0 , θ2=π/2），生成手爪力 F A = [ f x 0 ]T 或F B = [ 0 f y ]T 。求对应的驱动力 τ A 和τ B 。 τ1 L 2 x y P L 1 τ2F A F B 0y f ?? ???? 0x f ?????? 5.如图所示的两自由度机械手，手部沿固定坐标系在手上X 0轴正向以 1.0m/s 的速度移动，杆长 l 1=l 2=0.5m 。设在某时刻θ1=30°，θ2=-60°，求该时刻的关节速度。已知两自由度机械手速度雅 可比矩阵为 1121221211212 212l s l s l s l c l c l c θθ---?? =? ?+?? J θ1 -θ2 l 2 l 1 x 0 y 0 O x 3 y 3v 3
机械电子工程导论心得 伴着迷茫与新奇，大一上学期匆匆而过，作为北理工新的成员的我们也开始一点点融入这所美丽而辉煌的大学，开始一点点深入了解自己的专业，开始一点点思考未来的发展。 在大一下学期，我们有幸能听到罗教授为我们带来的机械电子工程导论，虽然只有短短四周的课，但却然后我从一个新的高度来认识自己专业，也使我对我们这这个听起来就很酷的专业在自豪之余更添一份热爱。 在前几节课，罗老师着重为我们介绍了机电在机器人上的应用，而机器人也是机电专业的主要方向之一。在课上，我们看到了师兄师姐们的作品，虽然不能称得上是国际顶尖水准的科研成果，但却给我带来的不小的震撼。在此之前我从来没有想过有一天自己能制作一个机器人，总觉得这是一件太遥远的事情，是科学家才能完成的事情，但是这些师哥师姐们仅仅比我们的大一届，我们之间的距离是那么近。在课上我们除了看到他们的成果以外也知道了他们为了这些作品所付出的汗水，一份耕耘才能换来一分收获，看到他们也让我深刻反思了自己的学习状态，虽然北理工的机械电子专业在全国的排名很高，但是它是我们学长学姐们辛勤汗水后的成果，于我们而言，并不能保证什么。 老师不仅向我们展示了研究成果，还从内部构造等细节方面具体的向我们做了介绍，包括一个巧妙的弹簧装置之类的。在这样细致的教学中虽然我们还没有学习专业知识，但是 却从中体会到其实做一个自己的机器人并不是一件不可能的事，所有的作品都是从一个个的细节处累积而成的。当然，作为一名工科学生，若想要有好的作品，仅仅有专业知识还不够，更要注重日常生活中对自己创造性思维的培养，凡事多思考，而不是墨守陈规。 同时，老师也向我们介绍了大学生创新项目，一个面向大学生科研的平台。我们知道了北理工在大创中取得的优异成绩。作为北理工的学子，有幸在这样雄厚的师资力量和科研背景下学习，我希望有一天，自己也能参加大学生创新项目，不管结果怎样，都会是一次难忘的经历。 但现在的我觉得自己参加大创还为时过早，因为自己欠缺了很多专业知识，在软件的应用上也没有基础。比起在大创中逼着自己去学习很多的知识与技术，我还是比较希望在课余时间中先掌握一定的技术，然后再大创中完善自己的技术和相关知识。在大二或者大三，等自己准备好了，就参加大创，像我们的学长学姐们一样，创造自己的作品。而从现在开始，会着手学习相关软件的应用，以及机械制造方面的相关知识。
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案机器人学导论 一、名词解释题： 1.自由度： 2.机器人工作载荷： 3.柔性手： 4.制动器失效抱闸： 5.机器人运动学： 6.机器人动力学： 7.虚功原理： 8.PWM驱动： 9.电机无自转： 10.直流伺服电机的调节特性： 11.直流伺服电机的调速精度： 12.PID 控制： 13.压电元件： 14.图像锐化： 15.隶属函数： 16.BP 网络： 17.脱机编程： 18.AUV： 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？ 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？ 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？ 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？ 5.直流电机的额定值有哪些？ 6.常见的机器人外部传感器有哪些？ 7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。 8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？ 9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？ 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？ 12.仿人机器人的关键技术有哪些？ 三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？ 6.试论述工业机器人的应用准则。 四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1.已知点u的坐标为[7,3,2] T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v； （2）绕y 轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿
教案 机械设计制造与自动化专业导论学习报告 【 BJ1201 02 姜采苓】从进入学校到现在，已经快要四个月，一个学期的课程几乎也要结束了。随着专业导论课的结束，我对本专业的要求等也有了更深入的了解。 一、参观工业博览会体会 11月，经由学校的带领，我们去参观了位于龙阳路国际会展中心的第14届工业博览会。展馆极大，参展的各类工业企业也很多，带来了许多国内外先进的机器和技术。让我们体会到了机器带来的魅力。 1、参观内容 本届工博会共设置了数控机床与金属加工展、工业自动化展、新能源与电力电工展、新能源汽车展、环保技术与设备展、信息与通信技术应用展、科技创新展等7个专业展。各个不同的展馆连接在一起，方便我们穿行和参观。去的当天人头攒动，好不热闹。在惊叹于人的密度之后，更让人惊叹的莫过于各个展馆里的让人耳目一新的新科技，新机器。 参观工博会之前便通过网站对工博会有了初步的了解，本次工博会首发产品数量是历届最多的，如代表世界切割和折弯加工最高水平的瑞士百超公司将在工博会现场首发ByJin激光切割机；德国通快将在工博会现场首发TruPunch 3000+最新型冲压机床等，有不少是国家专项。除了新产品首发，本届博会上还有不少“世界之最”。工业机器人史上体积最小的速度选手，IRB120机器人在中国工博会上表演组装鼠标；上海机床厂有限公司展出的MK84300超重型精密数控轧辊磨床是目前世界上最大的顶磨型精密数控轧辊磨床；西门子将带来目前市场上最紧凑的解决方案——科里奥利流量测量技术；代表世界工业清洗设备领域最顶尖技术的四巨头，意大利的Interpump通用泵业、彗星COMET、AR公司以及来自德国的凯驰等厂家，均携带新产品亮相。 有心去参观这些机器后，许多有趣的机器也吸引了我，会打乒乓球的手脚敏捷的机器人，能模仿马匹大象走路的机器人，特别是安川电机有限公司展出的MH5型号会玩魔方的机器人能手。据说机器人面部内置照相机，在玩魔方前，它会将魔方具到“面”前，对魔方的6个面进行拍照，然后用其色彩识别功能自动生成程序，快速地将魔方复原。让我觉得科技充满了无穷的魅力，技术能改变世界。因此还忍不住拍了很多照片回去和高中同学们介绍。特别印象深刻的就是我校参展的八个项目中，“基于直线电机的地铁屏蔽门控制系统”荣获高校展区项目优秀展品二等奖。学校荣获高校展区的优秀组织奖。
人工智能机器人学导论 (1) 简介: (1) 作者简介 (2) 机器人控制器与程序设计 (3) 简介: (3) 机器人制作入门篇 (6) 简介: (6) 作者简介 (6) 机器人智能控制工程 (8) 简介: (8) 人工智能机器人学导论 作者：Ricky 文章来源：本站原创更新时间：2006年05月03日打印此文浏览数：2370 Slides for Second Edition (Beta) Chapter 1: What are Robots?. ppt slides and the pdf version (good a quick look) Chapter 2: Telesystems. the pdf version Chapter 3: Biological Foundations of the Reactive Paradigm. ppt slides and pdf version Chapter 5: The Reactive Paradigm Chapter 6: Selecting and Combining Behaviors Chapter 7: Common Sensors and Sensing Techniques Chapter 8: Designing a Behavior-Based Implementation Chapter 9: Multi-Agents Chapter 10: Navigation and the Hybrid Paradigm Chapter 11: Topological Path Planning Chapter 12: Metric Path Planning Chapter 13: Localization and Mapping Chapter 14: Affective Robots Chapter 15: Human-Robot Interaction Chapter 16: What Can Robot Do and What Will They Be Able to Do? 简介: 本书系统地介绍了人工智能机器人在感知、导航、路径规划、不确定导航等领域的主要内容。全书共分两大部分。第一部分共八章，它定义了什么是人工智能机器人，并介绍了为什么需要人工智能。重点介绍了人工智能机器人中智能组织的三个主要结构范式：慎思式、反应式及慎思/反应混合式。这部分还专门介绍了反应式行为的感知和编程技术，以及多智能体群体之间的协调和控制等问题。第二部分共四章，其中三章讲述了定性和定量导航、路径规划技术和在不确定性管理方面的工作。最后一章总结性地介绍了计算机视觉方面的最新技术在机器人中的应用，以及移动机器人在各个领域应用的发展展望。本书每章后均附有参考文献和习题。许多章节还列举了一些实例，用以说明本书讲述的概念和方法在实际机器人中的应用。本书内容丰富，反映了智能机器人学的基础和先进的理论和技术。本书可作为计算机、电子及自动化等专业本科高年级学生和研究生的教材或参考书，也可供从事智能机器人方面研究的教师和研究人员学习参考。
学习心得 班级：机械（卓越）1001 姓名：李俊峰学号：3100305007 机械工程概论这门课程是一门技术基础课程，是我们机械类专业的学生学习工程材料和机械制造基本工艺方法，培养我们工程素质的重要的必修课程。在机械工程概论这门课程中我学习到了包括金属材料和非金属材料的基础知识、金属材料的成形工艺及设备、金属切削加工工艺及设备、特种加工在内的各方面知识，通过这门课程的学习我初步了解和掌握了工程材料及其加工工艺方面的知识和基本理论。 通过一个学期的学习，我了解到了机械的真正内涵，其中机械工程学科的定义：机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。而关于机械工程学科的战略地位，钱学森先生曾说过：“技术科学是人类认知的一个新部门。”作为一门技术科学，机械工程学科以自然科学为基础，研究人造的机械系统与制造过程的结构、组成、能量传递与转换、构件与产品的几何与物理演变、系统与过程的调控、功能形成与运行可靠性等，并以此为基础构建机械与制造工程中共和性和核心技术的基本原理和方法。 老师深入浅出的讲解，生动形象的向我们展示了机械的原理，机械的加工，机械的设计，机械的应用以及机械的分类，让我们清楚的认识到了机械是什么。其实，机械无处不在，它可能是一个玩具，可能是一个零件，也可能是一个航天器。机械的应用之广，设计方法之丰富无疑给我们后来人在继承先辈的传统时可以借用现代的科技和方法来设计一件新的产品或零件。
在科学技术飞速发展的今天，机械的设计面临着新一轮的挑战，在这个过程中，必须迎合时代的需求和世界的变化需要，应以精益生产、敏捷制造、智能制造、绿色制造为主导方向，进一步加强与网络的结合，凸显更人性化、智能化、方便化的特点。 在21世纪的世界里，全新的设计必然与计算机分不开，模拟仿真、辅助设计、制造等各方面的需求加上国际间的交流越来越频繁和深入，增加彼此间的交流是发展的必然趋势，闭门造车的时代已经过去了，产品的智能化是未来的一大需求，而在未来，机器人的出现将会取代部分的劳动力，并且会得到进一步的应用。 为了让下一代能够走的更远，更前列，我们必须加强学习的广度和深度，进一步加强跨学科的学习，增强学习能力，开阔学习视野，增加自我学识，才能不断在新的21世纪里展现学习后的才华和体现新的教育效果，让中国原本落后与世界的机械领域缩短与世界的距离，早日与世界机械前列国家交轨。作为新一代机械的接班人，我们必须怀有崇高的机械人生理想，为成为一名真正的机械人不断的努力奋斗，不断地的前行。
机械工程导论论文 上完这几节精彩而生动的机械工程导论课，让我对机械行业有了更深的了解。回首四年，我充充实实地、丰丰富富地走好大学这珍贵的四年，我学到了很多关于机械工程的知识。，留下任何遗憾。我国现在已是制造大国，但不是制造强国，而我们的制造水平与世界发达国家如美国、日本等相比很大的差距。主要表现在制造工艺装备的落后，低水平生产力严重过剩，高水平生产力严重不足，产品质量和技术不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，劳动生产率低下，科技技术严重不足，技术创新能力十分薄弱，产业结构不尽合理，体制不能适应形势的发展需求等。我承认我们的劣势，但我们绝对毫无气馁，我们仍然斗志昂扬，信心百倍，改变我们的劣势，让我国的机械在质与量上都屹立于世界先进制造之林。 大家都知道，机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合在生产实践中积累的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的一门应用学科。机械工程是现代社会进行生产和服务的五大要素之一，并且能量和材料的生产还必须有机械的参与。任何现代产业和工程领域都需要应用机械。 各个工程领域的发展都要求机械工程有与之相适应的发展，都需要机械工程提供所必需的机械。某些机械的发明和完善，又导致新的工程技术和新的产业的出现和发展，例如大型动力机械的制造成功，
促成了电力系统的建立；机车的发明导致了铁路工程和铁路事业的兴起；内燃机、燃气轮机、火箭发动机等的发明和进步以及飞机和航天器的研制成功导致了航空、航天工程和航空、航天事业的兴起；高压设备（包括压缩机、反应器、密封技术等）的发展导致了许多新型合成化学工程的成功。机械工程就是在各方面不断提高的需求的压力下获得发展动力，同时又从各个学科和技术的进步中得到改进和创新的能力。 机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，无不需要机械工程的服务。不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，按其工作性质可分为六个方面。 1、建立和发展可以实际地和直接地应用于机械工程的工程理论基础。这方面主要有：研究力和运动的理论力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能及其应用的工程材料学；研究材料在外力作用下的应力、应变等的材料力学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究机械中各构件间的相对运动的机械原理；研究金属和非金属的成形和切削加工的机械制造。 2、研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。这方面包括：调研和预测社会对机械产品的新的要求；探索应用机械工程和其他工程技术中出现的新理论、新技术、新材料、新工艺，进行必要的新产品试验、试制、改进、评价、鉴定和定型；分析正在试用的和正式使用的机械存在的缺点、问题和失效情况，并寻求解决措施。 3、机械产品的生产。包括：生产设施的规划和实现；生产
“机器人概论”公共选修课思考题 开场白：机器人综述 1．开发机器人的使命是什么？延伸人类在智力、感觉、操作及运动方面的能力。 2．机器人发展经过了哪三代？主从式机器人；示教再现型机器人；智能机器人 3．经过机器人发展的螺旋式上升，现在非结构化环境下工作的实用化机器人有什么特点？ 人参与控制加局部自制结合起来 第一讲工业领域的机器人应用 一．机器人化机器的进化 1.工业生产组织上的两次革命性变革是什么？互换性技术的采用，生产流水线的采用； 2.机器人化生产设备的进化主要体现在什么设备的发展上？有哪些新设备和设计、加工方法出现？机床 和工业机器人的发展上；全自动机床，信息化机床，并联机床；堆积法加工，虚拟现实辅助产品设计，工业仿真设计 3.你能举出机器人用堆积法加工的两个应用实例吗？塑料产品成型以及房屋建造 4.由并联机器人发展而来的数控机床在结构和控制技术上具有什么特点？结构简单，刚度高，自由度好， 控制算法复杂。 二．工业机器人（机械臂）应用原理 1．机器人一般从事3D（Dirty、Dangerous、Dull）工作，请你举出工业中机器人应用最广泛的四个工种。 喷漆，焊接，装配，搬运，加工 2．美国机器人协会对工业机器人定义是什么？工业机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能操作机。 3．了解工业机器人一般组成结构和控制数据信号转换过程。输入位置（xyz..——反解——Q1Q2 Q3——伺服电机—（驱动）—机器人定位） 4．工业机器人具有基本空间直线、平面圆弧、点定位等轨迹加工能力，对于复杂轨迹（空间直线、空间曲面）如何加工？曲面变成曲线集的加工——无数直线段的加工 5．目前工业机器人技术发展趋势是什么？智能化机器人，配备丰富的传感器再加上自主决策系统 第二讲形形色色的机器人 一．请举出8种服务型机器人的应用事例吗？简单介绍它能做的工作。导盲机器人，机器护士，手术机器人，爬墙机器人，智能吸尘器，消防机器人，家用机器人，智能汽车驾驶器 二．目前水下机器人有几种运行方式？有缆型机器人和自由无缆型机器人 三．目前常用农林业机器人可从事哪些作业？摘水果，嫁接，伐木 四．仿人形机器人 1．目前进行人形机器人研究的躯体领先者是哪个国家？日本