第2课机器人传动课件

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2-4 转动矩阵
3．绕一个坐标轴旋转的转动矩阵
绕X、Y、Z坐标轴的旋转（图2－3）变换矩阵是最基本的 转动矩阵，它们是一般转动矩阵的特例，故可直接由一般 转动矩阵得到。
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2-4 转动矩阵
3．绕一个坐标轴旋转的转动矩阵 由式（2－5）可得到绕x轴旋转θ角的转动矩阵为：
cos(x j , yi ) cos( y j , yi ) cos(z j , yi )
cos(
x
j
,
zi
)
（2－7）
cos( y j , zi )
cos(z
j
,
zi
)
[r] j [iR j ]1[r]i [ jRi ][r]i
[ jRi ] [iR j ]1 [iR j ]T
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1)
自由度(Degree DOF) ：
of
Freedom,
Steห้องสมุดไป่ตู้art平台有18个关节，14
个连杆，18个关节有36个自由
度，代入上式得
F 6(14 18 1) 36 6
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第二章 机器人运动学
2-1概 述
机器人运动学是研究机器人各关节运动的
几何关系。
•
机器人可以看成开式运动链，由一系列连杆通过转动 或移动关节串联而成。
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1
自由度计算
1)对自于由6度自(由De度gr并ee联o机f器Fr人ee，do其m,结D构OF是)闭：环结构，主要优点是结构刚度大，
由6个油缸驱动，决定末端执行器的位置和姿态。油缸的1端与基座相连 （2自由度虎克铰），另1端与末端执行器相连（3自由度球铰），该机 器人将手臂和手腕的自由度集成在一起。主要特点为：刚度大，但运动 范围十分有限，运动学反解特别简单，而运动方程的建立特别复杂，有 时还不具备封闭的形式

二、 机器人的特点
二、 机器人的特点
二、 机器人的特点
二、 机器人的特点
单元3机器人分类
搬运机器人
喷涂机器人
焊接机器人
服务机器人、水下机器人
娱乐机器人、军用机器人
农业机器人、机器人化机器等
一、 按应用环境分类
装配机器人
一、 按应用环境分类
一、 按应用环境分类
一、 按应用环境分类
二、 按机械结构分类
一、 机器人的诞生
进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些实用的机器人相继问世。
1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。
一、 机器人的诞生
现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。
1773年，他们连续推出了自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，他们发明的自动玩偶是利用齿轮和发条原理制成的。如图1-1所示，它们有的拿着画笔绘画，有的拿着鹅毛蘸墨水写字，结构巧妙，服装华丽，在欧洲风靡一时。
一、 机器人的诞生
由于当时技术条件的限制，这些玩偶都是身高一米的巨型玩具。现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，它制作于二百年前，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键弹奏音乐，现在还定期演奏供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。
二、 现代机器人
20世纪80年代，人们将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。
这一概念不但指导了机器人技术的研究与应用，而且赋予了机器人技术向深、向广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。

当前面临挑战分析
01 02
技术瓶颈
机器人技术涉及多个领域，如机械、电子、计算机等，技术集成度高， 目前仍存在许多技术瓶颈，如机器视觉、语音识别等方面的准确性问题 。
法规政策
机器人产业的法规政策尚不完善，涉及安全、隐私等方面的法律法规缺 失，给产业发展带来一定的不确定性。
03
市场应用
机器人市场应用广泛，但不同领域的需求差异大，定制化程度高，如何
国外研究现状
日本、美国、欧洲等发达国家在机器人领域的研究处于领先 地位，拥有众多知名的机器人企业和研究机构。这些国家在 工业机器人、服务机器人、特种机器人等领域都有较为成熟 的应用和产业化经验。
发展历程及未来趋势
发展历程
机器人的发展历程经历了从第一代示教再现型机器人到第二代感觉型机器人，再到第三 代智能型机器人的演变。随着人工智能技术的不断发展，机器人的智能化水平不断提高
02
03
内部传感器
检测机器人自身状态，如 位置、速度、加速度等。
外部传感器
检测外部环境信息，如距 离、温度、声音、光线等 。
传感器融合技术
将多个传感器的信息进行 融合处理，提高检测精度 和鲁棒性。
控制技术
开环控制
根据预设的指令或程序， 对机器人进行精确控制。
闭环控制
通过反馈机制，实时调整 机器人的行为，以达到预 期目标。
校企合作
与企业合作，引入先进技术和资源，为学生提供更多实践机会和就业渠道
社区互动
利用社区资源，开展线上线下交流活动，拓宽学生视野和交际圈
优秀案例展示和评价标准探讨
案例一
学生自主研发智能小车，实现自动寻 迹、避障等功能
案例二
学生利用Python编程实现人脸识别系 统，应用于校园安全管理

机器人是怎么 动的？
机器人是依靠传 动系统的呀。
皮带传动
皮带传动是通过皮带将动力从主动轮传递到从动轮上的一种传动方式。
缝纫机
皮带传动
思考
在缝纫机中，脚踏板是为哪个轮子提供动力，从而带动 哪个轮子呢？
在工业生产，日常生活中，经常可以看到皮带的踪迹，皮带传 动的应用范围十分广泛。
皮带传动测试机
磁带机中皮带传动
（1）动手试一试，利用2个瓶盖和1根橡 皮筋，自制一组皮带传动的试验，感受一 下皮带传动的原理。
（2）观察自己的玩具车，找出它们运用什 么样的传动方式。
学完了本课，你有什么感受呢，总结一下 你这节课的收获吧！
在所有的机械传动中，齿轮传动在机械装置中的应用最广泛。
机床上的齿轮Βιβλιοθήκη 动齿轮传动的优势： ①传动准确，工作可靠，效 率高，不打滑。 ②功率大，过载能力强，相 同工况下的传动尺寸小。 ③能在高温、潮湿、多尘、 有污染等恶劣环境中工作。
在这个机器人中，哪些地方应用了齿轮传动？为什么 要选择齿轮来了作为传动方式，而不选择其他方式呢？
鼓风机中皮带传动
摩托车中皮带传动
链传动
链传动是通过链条将动力从主动轮传递到从动轮的一种传动方式。 链传动已经应用在摆动机构、扣紧机构、变速机构、传送带等很 多机械机构中。
自行车上的链传动
链传动
在你身边，还有哪些机械是利用链传动的方式运行的？
齿轮传动
齿轮传动是通过相互啮合的轮齿，将动力从主动轮传递给从动轮 的传动方式。

系的位置矢量 AP、BP具有如下变换关系
APB ARBPAPBO
（2-1-12）
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ZA {A}
OA XA
ZB
ZC {C}
{B}
AP
BP YB
OB(OC)
YC
P A
BO XC YA
XB
图2.1.4 平移加旋转变换 注：坐标系{C}为过渡坐标系
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2.齐次变换
一般情况下，刚体的运动是转动和平移的复合运 动，为了用同一矩阵既表示转动又表示平移，因此引 入齐次坐标变换矩阵。
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X
偏转
Z
横滚
O船
Y
俯仰
偏转
X
Z
横滚
O
夹手
Y
俯仰
（a）
(b)
图2.1.11 RPY角的定义
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§2.2 操作臂运动学
一、机械手位置和姿态的表示
图2.2.1所示为机器人的一个机械手。 描述机械手方位的坐标系置于手指尖的 中 位心置，可其以用原矢点量由矢p在量固p表定示坐。标机系械的手坐的标 表示为
H
0
1
0
b
称为平移的齐次变换矩阵，又可表示为
0 0 1 c
0
0
0
1
HTraa,b n,c)s。(矩阵中的第四列为平移参考矢量的齐次坐标。
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Z
V
U
P
O
Y
X 图2.1.5 平移的齐次变换
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例平2移.1，求向平量移U 后i得3到j的5k向沿量向V量 。P 3i7jk
解：
1 0 0 3 1 4
系，首先需要用两个参数对每个连杆进行描述。 如图2.2.2所示，对于任意一个两端带有关节i和

请同学们回答， 机器人有哪些功能和本领？
会演奏小提琴 的机器人
会做家务的 机器人
会做饭菜的 机器人
会端茶送水的 机器人
工业生产机器人
猜猜这是哪 部电影里的 机器人？
你们知道我是谁吗？
叮当猫/机器猫 铁臂阿童木
1.机器人有的外形有什么特点？
答：机器人形态各异，以拟人形象最常见。机 器人外形多数由金属物质构成，所以外形线条 比较硬朗，多以规则、立体的方形或圆形为主。 少数机器人外表也有毛绒表皮或拟人形态肌肉 制作而成，但是，所有的机器人内部是机械零 件。
•
12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人 的错儿 。2021/8/62021/8/62021/8/6Fr iday, August 06, 2021
•
13、知人者智，自知者明。胜人者有 力，自 胜者强 。2021/8/62021/8/62021/8/62021/8/68/6/2021
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14、意志坚强的人能把世界放在手中 像泥块 一样任 意揉捏 。2021年8月6日星期 五2021/8/62021/8/62021/8/6
谢谢观赏
You made my day!
我们，还在路上……
学生作品欣赏
《机器人摘苹果》 《环卫机器人》
绘画注意事项
1.绘画一定要有主要人物与环境情景相结合
2.要先用铅笔起稿，画完线稿以后要让老师查 看和修改后才能上颜色。
3.绘画必须有主题，题目要写在图画纸的上方， 要求内容与机器人有关。
例如，本课的绘画题目可以起名为《我与机器人》、 《机器人与人类》、《机器人战警》、《未来世界》、 《机器人乐园》、《机、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。2021/8/62021/8/6Fr iday, August 06, 2021

智能机器人
具备平衡的机器人
中国首个仿人机器人为北京奥运会服务
自行研制的太空机器人E先生
足球机器人
中 国 首 台 表 情 幼 教 机 器 人
先 行 者
一、想（在自己的脑中大体的描绘一
作 业 要 求
个机器人的样子）
二 、画机器人（用铅笔打草稿，构
图要完整）
三 、添背景（适当的给机器人添加
一定的背景，不要太乱）
四、上色（色彩鲜艳，对比强烈）
名言摘抄
关于读书的名人名言50条 我一生的嗜好，除了革命之外，---就是读书。我一天不读书，就不能够生活。---孙中山 读书破万卷，下笔如有神。---杜甫 读万卷书，行万里路。 ---顾炎武 读书之法无他，惟是笃志虚心，反复详玩，为有功耳。 ---朱熹 读书无嗜好，就能尽其多。不先泛览群书，则会无所适从或失之偏好，广然后深，博然后专。 ---鲁迅 读书之法，在循序渐进，熟读而精思。 ---朱煮 读书务在循序渐进；一书已熟，方读一书，勿得卤莽躐等，虽多无益。 ---胡居仁[明] 读书是学习，摘抄是整理，写作是创造。 ---吴晗 看书不能信仰而无思考，要大胆地提出问题，勤于摘录资料，分析资料，找出其中的相互关系，是做学问的一种方法。---顾颉刚 书犹药也，善读之可以医愚。 ---刘向 读书破万卷，胸中无适主，便如暴富儿，颇为用钱苦。 ---郑板桥 知古不知今，谓之落沉。知今不知古，谓之盲瞽。 ---王充 举一纲而万目张，解一卷而众篇明。 ---郑玄 知识，主要是靠主动"抓"出来的，不是靠"教"出来的。 ---钱三强 学而不厌，诲人不倦。 ---孔丘 欲速是读书第一大病，功夫中在绵密不间断，不在不速也。---陆珑[清] 不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海。 ---荀况 学而时习之，不亦悦乎！ ---孔丘 倘能生存，我当然仍要学习。 ---鲁迅 热爱书吧---这是知识的泉源！ ---高尔基 我读书越多，书籍就使我和世界越接近，生活对我也变得越加光明和有意义。 ---高尔基 书籍是在时代的波涛中航行的思想之船，它小心翼翼地把珍贵的货物运送给一代又一代。 ---弗・培根

作业范围为圆 柱形状
水平面内具有良好 的柔顺型，且动作 灵活、速度快、定 位精度高。
不能抓取靠 近立柱或地 面上的物体
灵活性差、 占地面积较
大
直角坐标型机器人
作业范围为 立方体状
位置精度高
结构庞大、 动作范围小
圆位控柱置制精简坐度单标高、型，占机运地器动 面人直 积观 小、 、
运动求作解业简范围廉为价、应用广泛 单空心球体状
工业机器人代表
结构设计
结构分类：手臂和手腕
1、手臂设计
这的由工以而整空种位于作控易体间形移三精制见尺的式，个度起的寸比的从关高来，变值手而节，也比大减圆移在结不撞臂确都因较如，小柱动工构太，是 定 是 为 为说 并 ，坐形作尺灵因通了移三简，且工标式空寸活此过机动个单其导作式的间好，一控器关关，运致速的组的计工般球节自构制人节节但动工度手合位算作应坐组身，关位来臂来最干自三焊，没其需作也臂运置，过用标成所使节姿进结说快涉身个枪故有不要空较，动，但程于式，占整式调行构，的；结互的其耦足导间慢是来这是中搬手这空体手整设。其，其构相空结合之轨与运确种操容运臂种间机臂，计关对并结体垂间构运处，结用定构作易机是构减构是这的节于且构积直位刚动也这构关腕型起和器由型小灵由种，型确在紧的方置度，是使所节部工来其人两的，活三构其的定工凑比向，大所显其占的作有他个设然性个型灵手工作，值、转速些物转计而变转方感臂作时操是动度体动方移差动案来相空手作最形较发关案动，关是自对间臂灵大式快生节使关目节运于其内几活的和，碰和其节前来用人它的乎，；一结需应实仿或构任不工虽个构要用现生类型意存作然移紧导不末学人的位在空控动凑轨多端理的手姿任间制关，结的论手臂是何与较
时更适合微调操作手腕不能到达任意位置姿态，不满足本设
计要求

图2-6 点的平移变换
第2章 工业机器人运动学
(2.8)
记为: a′=Trans(Δx, Δy, Δz)a 其中,Trans(Δx, Δy,Δz)称为平移算子,Δx、Δy、Δz分别 表示沿X、Y、Z轴的移动量。 即:
(2.9)
第2章 工业机器人运动学
注: ① 算子左乘: 表示点的平移是相对固定坐标系进行的坐 标变换。 ② 算子右乘: 表示点的平移是相对动坐标系进行的坐标 变换。 ③ 该公式亦适用于坐标系的平移变换、 物体的平移变换, 如机器人手部的平移变换。
图 2-11 连杆的关系参数连杆可以由四个参数来描述,其中两个是连杆 尺寸, 两个表示连杆与相邻连杆的连接关系。
确定连杆的运动类型, 同时根据关节变量即可设计关节 运动副,从而进行整个机器人的结构设计。
已知各个关节变量的值, 便可从基座固定坐标系通过连 杆坐标系的传递, 推导出手部坐标系的位姿形态。
图 2-12 SCARA装配机器人的坐标系
第2章 工业机器人运动学
该机器人的参数如表2.2所示。
连杆 连杆1 连杆2 连杆3
表2.2 SCARA装配机器人连杆参数
转角（变量）θ θ1
两连杆间距离d 连杆长度a
d1=0
a1=l1=100
当α=60°, β=60°, γ=45°时, 矢量为
第2章 工业机器人运动学
4. 动坐标系位姿的描述就是用位姿矩阵对动坐标系原点位
置和坐标系各坐标轴方向的描述。该位姿矩阵为(4×4)的方 阵。如上述直角坐标系可描述为:
(2.4)
第2章 工业机器人运动学
5. 机器人的每一个连杆均可视为一个刚体, 若给定了刚体
αn
扭角
连杆n两关节轴线之间的扭 角，尺寸参数