机器人学基础 第1章 绪论1

第一章 绪 论
• 1.2.2 动态仿真和优化设计 1) 根据连杆质量、负载大小、传动机构特征进 行动态仿真。仿真结果可用于选择适当尺寸 的传动机构，指导机械结构设计。 2) 在上述仿真基础上进行运动参数和机构结构 的综合优化。一般指标和要求是：运动速度 高，但惯性小，结构轻便。— 广义惯性球 GIE 。
• • 1) 2) 3)
第二章 惯性参数
• 2.2 惯性参数的计算 • 2.2.1 质量 1) 对于具有 n个质点p1 , p2 KK, pn 的质点系 s， n mi 为质点 pi 的质量； 有 m = ∑ mi ， i =1 2) 对于质量均匀分布的规则物体，有 m = ∫v ρdv ρ — 密度。 • 2.2.2 质心及质心位置 Ø 质心定义— 外力作用线通过物体上的一定点 时，物体仅作平动；外力作用线不通过这个 定点时，整个物体为随这个点的平动和绕该
2 2 G = m y + z i ω x − ∑ mi xi yiω y − ∑ mi z i xiω z x ∑ i i i =1 i =1 i =1 n n n 2 2 G x = −∑ mi xi yiω x + ∑ mi zi + xi ω y − ∑ mi yi ziω z i =1 i =1 i =1 n n n G = − m z x ω − m y z ω + m x 2 + y 2 ω ∑ ∑ ∑ i i i x i i i y i i i z x i =1 i =1 i =1
第一章 绪 论
• 1.1 研究范围 • 1.1.1、机器人动力学正问题 例：单自由度弹性体振动微分方程：
m 其中， — 质量，c— 阻尼， k— 刚度系数， F— 主动力， x— 位置坐标。 Ø 基本定义：对于给定的一组关节力和力矩，求 关节位移、速度和加速度。主要用于机器人动 态仿真和动力学优化。求解微分方程组— 难。

1949-1953 美国麻省理工学院开始研制数控铣床
随 着 先 进 飞 机 制 造 的 需 要 ， 美 国 麻 省 理 工 学 院 辐 射 实 验 室 （ MIT Radiation Laboratory）开始研制数控铣床。
1953年研制成功能按照模型轨迹做切削动作的多轴数控铣床。
1954年 “可编程”“示教再现”机器人
美国国家标准局（NBS）的定义：机器人是一种能够进行编程并在自动 控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置。
美国机器人协会（RIA）的定义：机器人是一种用于移动各种材料、零 件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有 编程能力的多功能机械手。
日本工业机器人协会（JIRA）的定义：工业机器人是一种装备有记忆装 置和末端执行器的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动 的通用机器。
日本早稻田大学加藤一朗（日本机器人之父） 教授认为：机器人是由能 工作的手，能行动的脚和有意识的头脑组成的个体，同时具有非接触传 感器（相当于耳、目）、接触传感器（相当于皮肤）、固有感及平衡感 等感觉器官的能力。
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也有一些组织和学者针对不同形式的机器人分别给出具体的解释 和定义，而机器人则只作为一种总称。例如，日本工业机器人协 会（JIRA）列举了6种型式的机器人：
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80年代 开始进入智能机器人研究阶段
80年代，不同结构、不同控制方法和不同用途的工业机器人在工业发达国 家真正进入了实用化的普及阶段。
随着传感技术和智能技术的发展，开始进入智能机器人研究阶段。
机器人视觉、触觉、力觉、接近觉等项研究和应用，大大提高了机器人的 适应能力，扩大了机器人的应用范围，促进了机器人的智能化进程。

智能机器人系统绪论主讲人：郑志强国防科技大学智能科学学院机器人“制造业皇冠顶端的明珠”机器人“制造业皇冠顶端的明珠”由于大数据、云计算、移动互联网等新一代信息技术同机器人技术相互融合步伐加快，3D打印、人工智能迅猛发展，制造机器人的软硬件技术日趋成熟……军用无人机、自动驾驶汽车、家政服务机器人已经成为现实，有的人工智能机器人已具有相当程度的自主思维和学习能力……我就在想，我国将成为机器人的最大市场…….我们要审时度势、全盘考虑、抓紧谋划、扎实推进。

——习主席在2014年两院院士大会上的讲话机器人的定义机器人是一个可计算机编程的机器，能够自动地执行一系列复杂的动作。

机器人可通过外部控制设备或者内嵌的控制系统导引。

机器人可能按照人类的模样构建，但是大多数机器人是设计来执行特定任务的机器，而不考虑其模样。

机器人的定义A robot is a machine—especially one programmable bya computer—capable of carrying out a complex series ofactions automatically.Robots can be guided by an external control device or the control may be embedded within.Robots may be constructed to take on human form butmost robots are machines designed to perform a task with no regard to how they look.https:///wiki/Robot机器人的实例机器人可以是自主的、半自主的、遥控的。

机器人包括类人机器人、工业机器人、服务机器人、医疗机器人、娱乐机器人、康复机器人、群体机器人、无人机、无人车、无人艇、微纳米机器人……机器人的实例类人机器人焊接机器人四足仿生机器人机器人的实例手术机器人拟人机器人阿西莫夫-机器人三法则机器人不能伤害人类，或坐视人类受到伤害而袖手旁观除非违背第一法则，机器人必须服从人类的命令在不违背第一和第二法则前提下，机器人必须保护自己阿西莫夫-机器人三法则阿西莫夫提出的“机器人三原则”为机器人规定了伦理性纲领，一直是机器人科学家研究开发工作的准则。

本书编写的目的就是为了使社会大众，尤其是新入学的大学生了解机器人 工程本科专业的内涵特点、专业与社会经济发展的关系、专业涉及的主要学科知 识和课程体系、专业人才培养基本要求等，帮助本专业学生形成较系统的专业认 识，满足社会大众了解机器人工程专业内涵和发展趋势。
1.1本书目的与意义
1．帮助机器人工程专业的学生了解所学专业 刚刚进入大学校园的学生迫切地想要知道自己所学的专业是做什么的、需要学 些什么。这些问题看似肤浅，却影响着新生对本专业的兴趣。 通过本书的学习，不但可以帮助学生了解自己所学的专业，还能给学生留下深 刻的印象。当学生对专业性质有了足够的了解后，会更加明确自己的学习目标， 学习动力和积极性会更加充足。
1.2 机器人工程专业发展历史与 现状
近几年，机器人或机器人工程本科专业是国外大学（主要是美国）建设的 新专业，特点是依托不同的学科，发挥各自学科特点和优势并强化在机器 人工程专门领域的学科地位。
美国WPI依托计算机（Computer Science，CS）、电子与计算机工程（Electronic and Computer Engineering，ECE）、机械工程（Mechanical Engineering，ME） 等多学科，
1.2.2国内专业发展历史与现状
根据教育部有关公告，2014年以前全国有9所职业院校招收机器人工 程专业学生，120多所职业院校开设了与机器人相关的专业方向。
2015年，东南大学依托原自动化专业在机器人控制工程领域的学科优 势，并适应近年来机器人工程人才培养的特殊需求，向教育部申请备 案了机器人工程本科专业（Robotics Engineering）并获得批准，自此 机器人工程成为教育部备案专业，专业代码为080803T，为工学自动 化类，授予工学学士学位，修业年限为4年。