机器人2(第二章1)
[Crazy Machines II-疯狂机器2-CDKEY and 攻略]
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安装所需序列号：RGYRT-RGYRT-RGYRT-RGYRT-RGYRT《疯狂机器2》(Crazy Machines 2)心得及图文攻略每一关通关后会有评分总结，如果全部任务完成则是金质勋章，如果奖励任务没有全部完成（例如有2个，只完成1个），主要任务完成则得银质勋章，铜质勋章不太清楚，好像是扣分太多，例如使用帮助过多。
说一下游戏里的奖励，在游戏中完成某些特定的组合会有不同的奖励，这些奖励好像就是成就，在游戏菜单界面那个书架上陈列的就是成就。
还有一些成就取得比较特殊，比如，在游戏菜单界面使用飞镖击中靶心就会有奖励，这个是我无意间发现的。
先说一下游戏里心得和比较通用的小技巧吧。
1、有些时候你会遇到这种情况，就是所有东西放的位置都对，但就是不能完美通关，老是差一点，这种情况的原因就是某些道具放的位置不够精确，比较典型的例子就是弹簧、弹射器、轨道板、平面镜、分光镜等等。
遇到这种情况的时候就需要慢慢微调了，建议放大之后近距离调整。
2、一般情况下主任务要比奖励的额外任务容易很多，如果额外任务实在无法完成就不要强求了，完成主要任务通关吧，然后就可以看游戏里给的参考方案。
如果你对任务要求比较完美，那么就退到菜单界面重设这一章吧，清空这一章的所有成绩，然后重新来过。
3、一些道具摆放的小技巧：有些关卡的道具非常多，让人一开始比较迷茫，不知道哪个道具放在什么位置，其实这里是有一些小技巧的。
例如：如果看到有好几个木桩集中在一起，且这一关需要用到弩箭，那么这几个木桩组合的位置很有可能就是放弩箭的地方；另外轨道板很多时候也是跟木桩相配套的，我很多时候板子的摆放就是直接找对应的木桩的，或者找弧线对应的板子；如果看到有预设的蒸汽管道，那么蒸汽机的位置也将放到这里，跟蒸汽机对应的加热设备就是汽灯、蜡烛、火把或者激光，激光来加热的关卡比较靠后，有个特征就是没有其他加热设备且附近有镜子，只有一关比较特殊，那关是蜡烛预加热然后激光来持续加热。
机器人等级考试二级知识点串讲
• 古代机器。机器人一词的出现和 世界上第一台工业机器人的问世 都是近几十年的事。然而人们对 机器人的幻想与追求却已有3000 多年的历史。人类希望制造一种 像人一样的机器，以便代替人类 完成各种工作。
• 西周时期，中国的能工巧匠偃师 用动物皮、木头、树脂制出了能 歌善舞的伶人，这是中国最早记 载的木头机器人雏形。
智能育人 非凡
• 1942 年，美国科幻巨匠阿西莫夫在的科幻小说中提 出“机器人三大定律”：
• 1.机器人不应伤害人类；
• 2.机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除 外；
• 3.机器人应能保护自己，与前两条条相抵触者除外。 这是给机器人赋予的智伦能理育性人 纲非领凡。机器人学术界一直
• 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。
• (一)实践部分
• 1. 熟练连接独立的电池盒、开关以及电机
• 2. 了解凸轮、滑杆、棘轮、曲柄、连杆等特殊结 构
• 3. 掌握电机的应用，能够连接电机完成一定任务，
完成旋转、往
智能育人 非凡
• (二)理论部分 • 1. 了解中国及世界机器人领域的重要历史事件 • 2. 了解机器人领域重要的科学家 • 3. 了解重要的机器人理论及相关人物 • 4. 掌握凸轮、滑杆、棘轮、曲柄、蜗轮蜗杆等特
智能育人 非凡
• 两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或者具有相 对运动趋势时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力， 这种力叫做摩擦力。摩擦力的产生需要两个条件：第一是 至少需要两个相互接触的物体，第二是物体之间要发生相 对的运动或者是相对运动趋势。而摩擦力的方向是阻碍物 体相对运动的方向， 根据物体的运动状态又分为静摩擦力、 滑动摩擦力以及滚动摩智擦能育力人。 非凡
第二章_机器人的机械结构分析
关节型搬运机器人
关节型焊接机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
5、平面关节型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，简称SCARA) 仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。运动灵活 性更好，速度快，定位精度高，铅垂平面刚性好，适于装 配作业。
SCARA型装配机器人
有较大的作业空间，结构紧凑较复杂，定位精度较低。
极坐标型机器人模型
2018/11/2
Unimate
机器人
第二章
机ห้องสมุดไป่ตู้人的机械结构
机器人的构型
4、关节坐标型 (3R) 对作业的适应性好，工作空间大，工作灵活，结构紧凑， 通用性强，但坐标计算和控制较复杂，难以达到高精度。
2018/11/2
关节型机器人模型
2、圆柱坐标型 (R2P)
结构简单紧凑，运动直观，其运动耦合性较弱，控制也较 简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大，但转动 惯量较大，定位精度相对较低。
圆柱坐标型机器人模型
2018/11/2
Verstran 机器人
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第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)
• 电动式
电源方便，响应快，驱动力较大，可以采用多种灵活的控制方案。
2018/11/2
第二章
机器人的机械结构
二、机器人的分类
1.按机器人的控制方式分类 （1）非伺服机器人 非伺服机器人按照预先编好的程序顺序进行工作， 使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器 人的运动。 （2）伺服控制机器人 通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信 号比较后，得到误差信号，经放大后用以激发机器人 的驱动装置，进而带动手部执行装置以一定规律运动， 到达规定的位置或速度等，这是一个反馈控制系统。
机器人技术第二章
图2-3所示的机器人， 臂部在xO1y面内有三 个独立运——升降(L1)、 伸缩(L2)、和转动(Φ1)， 腕部在xO1y面内有一 个独立的运动——转 动(Φ2)。机器人手部 位置需要一个独立变 量——手部绕自身轴 线O3C的旋转Φ3。
机器人自由度的选择
• 一般自由度的选择：机器人自由度都是根 据机器人的用途来设计的，在三维空间中 描述一个物体的位姿（位置和姿态）需要6 个自由度。工业机器人的自由度是根据其 用途而设计的，可能小于6个自由度，也可 能大于6个自由度。
指机器人重复到达某一目标位置 的差异程度。 的差异程度 。 或 在相同的位置指令
下 ， 机器人连续重复若干次其位置的 分散情况。 分散情况 。 它是衡量一列误差值的密 集程度，即重复度。 集程度，即重复度。
o
o
机器人的分辨率和精度
• 分辨率：机器人的分辨率由系统设计参数 决定，并受到位置检测反馈元件的影响。 可分为编程分辨率和控制分辨率，编程分 辨率是指程序中可以设定的最小移动单位， 又称基准分辨率；控制分辨率是指位置反 馈回路能检测到的最小位移量。当它们相 等时，系统性能达到最佳。
1、驱动系统 、 概念： 概念：要使机器人运行起来, 需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置 作用：提供机器人各部位、各关节动作的原动力 驱动系统可以是液压传动、 气动传 动、电动传动, 或者把它们结合起来应 用的综合系统; 可以是直接驱动或者是 通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等 机械传动机构进行间接驱动。
表2-3为不同作业机器人要求的重复 精度。
工作空间（ ）：机器人 工作空间（Working space）：机器人 ）： 手腕参考点或末端操作器安装点（ 手腕参考点或末端操作器安装点（不 包括末端操作器） 包括末端操作器）所能到达的所有空 间区域， 间区域，一般不包括末端操作器本身 所能到达的区域。 所能到达的区域。
机器人学第二章(数学基础)
第二章数学基础2.1 引言机器人操作手的研究涉及物体之间以及物体与操作手之间的关系。
在这一章中，我们将研究描述这些关系所需的表示方法。
在同样必须描述物体之间关系的计算机制图学领域中，已经解决了类似的表示方法问题。
在该领域以及计算机视觉方面使用了齐次变换。
这些变换以前Denavit用来描述连杆机构。
而现在我们用这些变换来描述操作手。
我们将首先建立向量和平面的符号，再在这些符号基础上引入变换。
这些变换主要由移动和转动所组成。
接着将表明，这些变换也可以作为表示包括操作手在内的物体的坐标架。
然后将引入逆变换。
后一节叙述绕任一向量旋转的一般旋转变换。
再介绍一种算法，以用来找出用任何已知变换表示的等效旋转轴和等效旋转角。
伸张和缩放变换的一小节，连同透视变换一节也包含在本章中。
这一章用一节关于变换方程的内容来作为结尾。
2.2 符号在描述物体间关系时，我们将利用点向量、平面和坐标架。
点向量用小写黑体印刷符号表示，平面用手写体印刷符号表示，坐标架则用大写黑体印刷符号表示。
例如：向量v, xl, x平面∏， Θ坐标架I, A, CONV我们将把点向量、平面和坐标架作为具有关联数值的变量使用。
例如，一个点向量就具有三个笛卡尔坐标分量。
如果希望相对于坐标架E来描述空间一个称为p的点我们将用一个称为ｖ的向量，并将这一向量写成EV前置的上标表示所定义的坐标架。
我们也可以利用向量w相对于例如H这样的不同坐标架，来描述相同的点p为HWv和w是两个很可能具有不同分量的向量，虽然两个向量描述相同的点p，但v≠w。
也可能存在这种情况，用一个向量a来描述在任一坐标架上面3英寸地方的一个点F2a1aF在这一情况中，向量是完全相同的，但是描述了不同的点，通常文中定义的坐标架是明显的，这时上标就不用。
在许多情况中，向量的名称将与被描述的物体的名称相同，例如，销的末端可以用相对于坐标架BASE的向量tip来描述B A SEtip如果文中相对于BASE描述向量是明显的，则我们可以简单地写为tip如果还希望相对于另一坐标架HAND 来描述这一点，则我们必须用另一向量来描述这一关系，例如tv HANDtv HAND和tip 两者描述相同的物件，但有着不同的值。
机器人学第二章(数学基础)
微分的几何意义：切线的 纵坐标。
ABCD
计算方法：通过微分公式 或链式法则求得微分。
微分的运算性质：包括线 性性质、乘积性质、商的 微分性质等。
积分
定义
积分是微分的逆运算，即求函数与坐 标轴所夹的面积。
计算方法
通过不定积分和定积分的计算公式求 得积分。
定积分的几何意义
曲线与坐标轴所夹的面积。
定积分的性质
正运动学
正运动学是根据已知的关节参数，计算出机器人末端执行器的位置和 姿态。
逆运动学
逆运动学则是根据目标的位置和姿态，反推出机器人各关节的参数。
雅可比矩阵
雅可比矩阵描述了机器人末端执行器的微小位移与关节角度的微小变 化之间的关系。
动力学
动力学定义
动力学主要研究机器人在运动过程中受 到的力与力矩，以及这些力与力矩如何
随机变量
离散随机变量
随机变量可以取有限或可数无 穷多的值，这种情况下我们称
随机变量为离散随机变量。
连续随机变量
如果随机变量可以取任何实数 值，则称为连续随机变量。
期望值
对于离散随机变量，期望值定 义为E(X)=∑XP(X)，对于连续
随机变量，期望值定义为 E(X)=∫XP(X)dX。
统计推断
参数估计04 优化理论 Nhomakorabea线性规划
线性规划是一种数学优化技术，用于找到一组变量的最优值，这些变量受到一组线性等式或不等式的 约束。
线性规划的数学模型通常由目标函数和约束条件组成，目标函数是要求最大或最小的线性函数，约束条 件也是线性等式或不等式。
线性规划问题可以通过使用单纯形法、内点法等算法求解，这些算法可以在有限步内找到最优解或近似 最优解。
机器人技术基础教学课件第2章
Ti ——输入力矩（N·m）；
To ——输出力矩（N·m）；
i ——输入齿轮角位移；
o ——输出齿轮角位移；
机器人技术基础
第二节 机器人的驱动机构
1．齿轮机构
Ti ,i
啮合齿轮转过的总的圆周距离相等，可以 得到齿轮半径与角位移之间的关系：
Rii Roo
TO ,O
Ri ——输入轴上的齿轮半径（m）； R0 ——输出轴上的齿轮半径（m）。
第一节 工业机器人的结构
（3）连杆杠杆式回转型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fpc
2b tan a
连杆杠杆式回转型夹持器 1—杆；2—-连杆；3—-摆动钳爪；4—-调整垫片
机器人技术基础
第一节 工业机器人的结构
（4）齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fp R
Fp c
2b sin
楔块杠杆式回转型夹持器 1—-杠杆；2—弹簧；3—滚子；4—楔块；5—气缸
机器人技术基础
第一节 工业机器人的结构
（2）滑槽杠杆式回转型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fp a 2b cos2
a
滑槽杠杆式回转型夹持器 1—支架；2—杆；3—圆柱销；4—-杠杆；
机器人技术基础
1．液压驱动
液压隧道凿岩机器人 机器人技术基础
液压混凝土破碎切割机器人
第二节 机器人的驱动机构
2．气压驱动
优点：
缺点：
（1）容易达到高速（1m/s）；
（1）压缩空气压力低；
（2）对环境无污染，使用安全；
（2）实现精确位置控制难度大；
第二章 2.3工业机器人运动学(一)
第二章机器人基础知识2.3工业机器人运动学(一)【内容提要】本课主要学习工业机器人技术的运动学基础知识，涉及机器人正逆运动学的概念、平面二连杆机器人的运动学、以及机器人一般运动学的数学基础（位姿描述、齐次变换及运算）。
知识要点：✓机器人正逆运动学概念✓平面二连杆机器人的正逆运动学✓机器人的位姿描述✓齐次变换及运算重点：✓掌握机器人正逆运动学概念✓掌握平面二连杆机器人的正逆运动学✓理解机器人的位姿描述和齐次变换✓掌握齐次变换及运算难点：✓机器人的位姿描述、齐次变换及运算关键字：✓机器人正逆运动学、平面二连杆机器人、位姿描述、齐次变换及运算【本课内容相关资料】2.3机器人运动学从机构学的角度看，机器人可以看成开式运动链结构，由一系列连杆通转动或移动关节串联而成。
机器人运动学研究的是机器人各关节运动的几何关系，具体而言是各连杆之间的位移关系、速度关系和加速度关系。
本节仅研究位移关系，重点是研究手部相对于机座的位姿与各连杆之间的相互关系。
“位姿”是“位置和姿态”的简称。
工业机器人手部相对于机座的位姿与工业机器人各连杆之间的相互关系直接相关。
为了便于数学上的分析，一般将连杆和关节按空间顺序进行编号。
同时，选定一个与机座固联的坐标系，称为固定坐标系，并为每一个连杆（包括手部）选定一个与之固联的坐标系，称为连杆坐标系。
一般把机座也视为一个连杆，即零号连杆。
这样，连杆之间的相互关系可以用连杆坐标系之间的相互关系来描述。
工业机器人手部相对机座的位姿就是固联在手部的坐标系相对固定坐标系的位姿。
这样，就可以将“手部相对于机座的位姿”这样一个物理问题转化为一个数学问题，即，得到了工业机器人的运动学数学模型，便于用计算机进行分析计算。
工业机器人运动学主要包括正向运动学和反向运动学两类问题。
正向运动学是在已知各个关节变量的前提下，解决如何建立工业机器人运动学方程，以及如何求解手部相对固定坐标系位姿的问题。
反向运动学则是在已知手部要到达目标位姿的前提下，解决如何求出关节变量的问题。
工业机器人 第二章自由度
例2.2 计算图示并联机构的自由度 由图可知，该机构总的 构件数n=8，关节数g=9, 其中关节1－3为转动副， 关节4－6为移动副，关 节7－9为球面副，所以
9
fi 15
i 1
则有
g
M 6(ng1 ) fi6(891 )1 5 3 i 1
对于只有一个运动平台与几个分支连接 的多环机构，还可以通过直接观察法来 计算自由度，运动平台在无约束的情况 下有六个自由度，通过观察可以知道每 一分支对运动平台的约束数，则机构的 自由度为6减去所有的约束数。
5）球面关节：用字母S表示 ，允许两连 杆之间有三个独立的相对转动。这种 关节具有三许两连杆之 间有三个相对运动，即两个沿平面的移动 和一个垂直于该平面的转动。这种关节具 有三个自由度；
7）虎克铰：用字母T表示 ，允许两连杆之 间有二个相对转动。这种关节具有二个 自由度；
对于多环的空间机构，计算自由度公式还可 以写成更简单的形式
g
M fi 6l i1
式中，l 为独立的环路数目，
或 l 分支数－ 1
例2.3计算Stewart平台的自由度
计算3TPT机构的自由度
无效自由度：机构中某一部分的运动自 由度对运动平台的自由度不产生影响， 称为无效自由度。
重复约束：机构中某些分支对运动平台 的某个自由度产生了重复限制（重复约 束），应在机构自由度中加上重复约束 的次数。
2) 移动关节：用字母P表示，它允许两 相邻连杆沿关节轴线作相对移动，移动 距离为d，这种关节具有一个自由度；
3）螺旋关节：用字母H表示 ，允许两连 杆绕轴线转动的同时按螺旋规则沿轴 线移动，可以有左旋和右旋。这种关 节具有一个自由度；
4）圆柱关节：用字母C表示 ，允许两连 杆绕轴线转动的同时独立地沿轴线移 动。这种关节具有二个自由度；
机器人学导论课后答案第二章
机器人学导论课后答案第二章1、在户外进行空投包实验时，我们可以通过记录数据来帮助改进实验。
下面数据中，不需要记录的是（）。
[单选题] *A.是否顺利着陆B.物资是否完好C.外形是否美观(正确答案)2、小苏打和白醋混合后的反应十分剧烈。
[判断题] *对(正确答案)错3、北极星是( )星座的主要标志。
[单选题] *A.大熊B.小熊(正确答案)C.猎户4、我们说要安全用电，下列做法合适的是( ) [单选题] *A.在户外活动时，不靠近高压线(正确答案)B.遇到电器着火，要用手去拔插头C用湿布擦带电设备5、洋葱表皮是由细胞构成的。
( ) [单选题]对(正确答案)错6、通过处理后的污水，虽然清激、但依然有可能存在一些有害物质。
[单选题] *A.对(正确答案)B.错7、工人师傅搬运杂乱的废钢铁很麻烦，用电磁起重机就省事多了。
电磁起重机搬运废钢铁时，主要是利用电磁铁（）这一性质来工作的。
[单选题] *A.承重力强B.同性排斥，异性吸引C.通电产生磁性，断电磁性消失(正确答案)8、下列城市，在同一天中最先迎来黎明的是（）。
[单选题] *A.位于中国中部的南阳B.位于中国东部的上海(正确答案)C.位于中国西部的乌鲁木齐9、宇宙中每时每刻都有许多恒星在诞生,同时也有许多恒星在消亡,宇宙充满着活力。
[判断题] *对(正确答案)错10、“神舟11号”返回时要打开一个降落伞，这个降落伞的作用是( )。
[单选题] *A.减小飞船的速度(正确答案)B.使飞船着陆点准确C.让地面的人容易发现11、大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，这就是一条完整的食物链。
[判断题] *对错(正确答案)12、父母双方都是双眼皮，子女是单眼皮，这属于由环境引起的变异。
[判断题] *对错(正确答案)13、宇宙有银河系和河外星系两个星系。
[判断题] *对错(正确答案)14、太阳系中，体积最大的行星是( )。
[单选题] *A.地球B.金星C.木星(正确答案)15、人类历史上第一架飞机“飞行者一号”是由（）制造的。
第二章第一讲认识工业机器人示教器
编号：授课时间：授课班级：工业机器人应用班任课教师：项目名称第二章第一节认识工业机器人示教器学时：2教学目标知识目标1．能够掌握工业机器人示教器的作用2．能够掌握工业机器人示教器的主菜单及子菜单的操作方法技能目标能操作工业机器人示教器设置示教器的显示语言能操作工业机器人示教器进行示教器预留按键的设置能操作工业机器人示教器进行机器人系统的备份与恢复情感态度培养学生热爱学习的良好习惯，通过知识的收集和总结，提高学生理解能力，通过实际操作，提高学生的操作技能。
教学内容认识机器人示教器主要学习机器人示教器的基本结构与主菜单及子菜单的操作，能够使用示教器进行工业机器人常见的相关操作。
重点工业机器人示教器的主菜单及子菜单设置示教器的显示语言示教器预留按键的设置机器人系统的备份与恢复难点示教器预留按键的设置教学策略利用现有ABB工业机器人进行操作，采用现场教学的方式，按照一体化教学的步骤实施教学计划，强调学生的实际操作能力，在做中学，同时充分利用学校现有的教学资源库，最大限度的收集更多更好的网络资源，使课堂教学更生动。
教学资源准备一、认识机器人示教器的正反面示教器的正面。
通常我们用左手手持示教器，右手手持示教笔，示教器整体放在左手小臂内侧。
占据整个示教器绝大部分的是触摸屏。
示教器上红色的大按钮是急停键。
操纵杆可以多方位控制机器人移动。
示教器的按键区，有许多控制机器人的按键。
USB接口，可以用来拷贝文件。
示教器的背面。
使能按钮——用来控制机器人本体中电机的伺服使能。
它分为两档，在机器人手动状态下，第一档按下以后，机器人将处于电动机开机状态，只有使能按钮被按下，并保持在“电机开启”状态，才可以对机器人进行手动操作和程序调试，第二档按下时，机器人会处以“防护装置停止”状态。
当发生危险时，人本能地将使能按钮松开或按紧，在这两种情况下机器人都会立刻停止，保证人身与设备的安全。
抽出触摸笔即可在触摸屏上使用。
重置按钮可实现示教器重置功能。
机器人第二章作业
第二章：作业1:设计一个带象限的反正切函数，要求其取值为π2),(2tan A 0≤≤x y（提示可参照课件的函数设计思路） 2：用MTLAB 计算课件例2.1。
3：用MTLAB 计算课件例2.2。
4:写出绕Z 轴旋转θ所形成的旋转矩 阵，并计算4πθ=时的旋转矩阵。
5：用MTLAB 计算课件课件例2.3。
6:设计函数当输入为γβα，，时，输出为旋转矩阵R 。
并用4/6/3/πγπβπα===，，进行调试。
（提示：利用课件中的有关Euler 角的旋转矩阵公式）7:设计函数当输入旋转矩阵为R 时，输出为γβα，，。
并用上题求解的旋转矩阵反解出的γβα，，和4/6/3/πππ，，进行比较。
（提示：Matlab 允许输入参数为矩阵。
利用课件中带象限的反正切函数以及有关求解Euler 角的公式进行求解）8：利用符号计算求解绕固定轴旋转的公式)()()()()()(Z αβθβαθ--=Z Y Z Y K R R R R R R （提示：利用课件中列出的公式进行求解）笛卡尔与解析几何1647年深秋的一个夜晚，在巴黎近郊，两辆马车疾驰而过。
马车在教堂高大的铁栅栏门前停了下来。
一批身佩利剑的兵士押着一个面容憔悴、瘦小枯槁的老头儿走进了教堂。
他就是近代著名的学者、大数学家笛卡尔。
教堂里白色的蜡烛无声地燃烧着，苍白的烛光照射在圣母玛利亚的塑像上。
一个挂着稀稀落落的长胡子的神父，戴着一只单眼镜，用沙哑的声音宣读了教会的判决：“……笛卡尔散布异端邪说，违背教规，亵渎上帝。
为纯洁教义，荡涤谬误，本庭特宣判笛卡尔所著之书全为禁书，并由本人当庭焚毁。
”笛卡尔一下子愣住了。
笛卡尔被推到教堂中央的火盆旁，火盆正熊熊地燃烧着，像是要把他那细小的身躯全部吞噬下去。
伽利略被罗马教皇迫害致死的事蓦地在笛卡尔的脑海中闪现，他终于屈服了，用颤抖的手拿起一本本凝结了他毕生心血的著作，无可奈何地投入了火中……17世纪初的欧洲还处于教会势力的控制之下，但科学的发展已经开始显示出一些和宗教教义离经叛道的倾向。
FOXBOT初级培训教材
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第一章 機器人技朮簡介 1.3 工業機器人
• 1.3.1工業機器人的發展歷程﹕
1920年 1959年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克(Karel Capek)在他的科幻小 說創造出“機器人”這個詞 德沃爾(Devol)與美國發明家約瑟夫·英格伯格(Joe Engelberger)聯手製造出第一台能按照不同的程式從事不同工 作的機器人 Stanford研究開發AL機器人編程語言 美國Unimation公司推出通用工業機器人PUMA,這標誌著工業機 器人技術已經完全成熟 美國通用汽車與日本Fanuc合作成立GM-Fanuc機器人公司,開發 各類汽車業用工業機器人 隨著生產制造能力的提升﹐需求日益增加。
弧焊(Arc welding)
切割(Cutting)
檢測(Measurement)
激光焊接 打標
打磨 去毛刺
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第一章 機器人技朮簡介 1.3 工業機器人 •
1. 2.
1.3.4工業機器人的特點﹕
負載（Payload）：機器人負載從0.5kg到500kg 控制軸數：2-6軸﹔最常用的為6軸垂直多關節型，4軸水平多關節型SCARA，XYZ-R 直交型，XYZ-R桌上型，平行軸特殊型。
◆ABB ROBOT(ABB機器人)
1.4.3德國
◆KUKA ROBOT(庫卡機器人)
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第一章 機器人技朮簡介
1.4 全球各品牌機器人的介紹 • 1.4.4 FOXBOT機器人
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第二章 認識FOXBOT機器人
• • • • • • • •
2.1 FOXBOT系列機器人 2.2 FOXBOT機器人的系統組成 2.3 認識FOXBOT機器人本體 2.4 認識FOXBOT機器人電控箱 2.5 認識FOXBOT機器人示教器 2.6 FOXBOT機器人示教器的基本操作 2.7 FOXBOT機器人的外部I/O 2.8 FOXBOT機器人的通信
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§2.1 直角坐标 物体在空间所处 位置用直角坐标描 述，坐标可以是二 维或三维系统。在 机器人学中，所选 择的坐标系符合右 手定则，如图所示。
为计算物体上任何一点相对于参考坐标系的 位置，使用该物体相对物体坐标系原点的矢量 和物体坐标系相对于参考坐标系描述。该描述 的实质就类似于牵连运动和相似运动的描述。 为了计算物体上任意一点相对参考坐标系的位置， 引入相对参考坐标系描述的概念： (2.1) q =r+q
点
r r 即： r cos ϕ 0 i + r sin ϕ 0 j
变换后：
r r x0 i + y 0 j
c(ϕ ) − s (ϕ ) 0 r cos ϕ 0 r cos(ϕ 0 + ϕ ) s (ϕ ) c(ϕ ) 0 r sin ϕ = r sin(ϕ + ϕ ) 0 0 0 0 1 1 1
0 C 90 o 1 0 0 0 I 0 0 0 1 0 1 0 0 0 I 0 0 0 1 0
0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 2a 0 −1 0 X = 0 0 0 0 0 1
绝对变换（相对参考坐标系）
相对变换（相对新坐标系）
Trans( x, a) Rot ( z,45 o )
Trans ( x, a) Rot ( z ′,45 o )
先绕Z轴转45°，再沿X轴移动a；先沿X轴移动a，再绕Z＇转45°
例题：用相对新坐标系的变换方法求 坐标系变换中例题的变换。
px py pz 1
• 三个向量N、O、A相互垂直； • 每个单位向量的长度为一
n ⋅ o = 0 n ⋅ a = 0 a ⋅ o = 0 n =1 o =1 a =1
n ×o = a
? 0.707 F= ? 0
0.707 0.707 F= 0 0 0
如果有一点q，在原坐标系中的表示为(0, 0, b)，求经过 上述变换后，q点在原坐标系中的表示。
I R q1 = R TN N q1 = R TN 0 0 0 0 0 = b − 1 1 0 1 2a 0 − 1 − b 0 0 0 0 0 1 0
0 ? 5 ? ? 3 ? 0 2 0 0 1
0.707
0.707 0.707 F= 0 0 0 − 0.707 5 0 0.707 3 1 0 2 0 0 1
5 0 − 0.707 3 1 0 2 0 0 1
− 0.707 0.707 F= 0 0
Rot 图a变换矩阵表达为： ( y,90)Trans(0,0,2a ) Rot ( x,90)Trans(0, a,0)
图b变换矩阵表达为：
Trans (0, a,0) Rot ( x,90)Trans (0,0, a )
§2.4 坐标系的变换
空间物体的三维变换同样可以应用于坐标系的变换。 例：一个新的坐标系，按如下序列运动：1）首先沿 Y轴移动a；2）绕X轴转90°；3）沿Z向移动a；4）绕 Y轴转90°。 求：新的坐标系与原坐标系的关系。
(2) 绕x轴转动 Rot ( X , φ ) 角
r r y′ = (cos ϕj + sin ϕk ) y r r z′ = (− sin ϕj + cos ϕk ) z
0 0 1 Rot ( x, ϕ ) = 0 c(ϕ ) − s (ϕ ) 0 s(ϕ ) c(ϕ )
显然，使用这种变换关系，如果已知 一个点在旧坐标系的空间位置和两个坐 标系之间的关系，可以很方便地计算出 该点在新坐标系中的表示。同样，可以 使用这种变换关系，通过一个点在新坐 标系中的位置，求出其在原坐标系中的 位置。
刚体的表示
一个物体在空间的 n x o x a x 表示：通过在它上面固 n o a y y F= y 连一个坐标系，再将该 nz oz a z 固连的坐标系在空间表 0 0 0 示出来，由于这个坐标 系一直固连在该物体上， 所以该物体相对于坐标 系的位姿是已知的。
§2.3 点的三维变换
一、齐次坐标 齐次坐标是首先被介绍进计算机图形 学用来解决矩阵计算中涉及到的问题。 其结果是一个n维空间用n+1维来表示。 ( 例如，x, y, z ) ⇒ (hx, hy , hz , h) ，h可以是任意数， 其实质是一个比例因子。 r r r r r r r ( 对于一个空间矢量点 v = ai + bj + ck ，i , j , k ) 是沿 ( x, y, z ) 轴的单7 3 1 0 2 0 0 1
− 0.707 0.707 F= 0 0
0 − 0.707 5 0 − 0.707 3 1 0 2 0 0 1
0.707 0.707 0 0.707 0 − 0.707 F= 0 −1 0 0 0 0
r r r 已知点 u = 7i + 3 j + 2k
若再将该点绕Y轴转90°，求其变换。
cos 90 o 0 − sin 90 o 0 0 sin 90 o 1 0 0 cos 90 o 0 0 0 − 3 0 7 0 2 1 1
如下列公式，后两个列矢量在三维空 间中实质上代表同一个点。
x aw a y bw b r v= = = z cw c w w 1
二、机器人的三维变换矩阵 在机器人学中，人们通常关注的是物 体在三维空间中的定位，这样，就要求 将二维空间的研究拓展到三维空间中。 按齐次坐标的研究方法，直接引用矩 阵变换方程：
5 3 2 1
0.707 0 − 0.707 0.707 0 0.707 F= 0 −1 0 0 0 0
5 3 2 1
− 0.707 0 0.707 5 0.707 0 0.707 3 F= 0 −1 0 2 0 0 0 1
c(ϕ ) 0 s (ϕ ) Rot ( y, ϕ ) = 0 1 0 − s (ϕ ) 0 c(ϕ )
c(ϕ ) − s(ϕ ) 0 Rot ( z, ϕ ) = s (ϕ ) c(ϕ ) 0 0 0 1
例2.1 点的旋转变换
R
TN = Rot ( y,90 o )Trans ( z , a ) Rot ( x,90 o )Trans ( y, a ) C 90 o 0 = − S 90 o 0 0 0 0 1 = − 1 0 0 0 0 0 0 1 = − 1 0 0 0 0 0 = − 1 0 0 0 = − 1 0 0 1 0 S 90 o 0 0 0 0 I 0 1 0 0 1 0 0 a 0 1 0 0 1 0 0 a 0 1 0 0 0 0 1 o 0 0 C 90 o a 0 S 90 1 0 0 0 0 − 1 0 I 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 − S 90 o C 90 o 0 0 a 0 1 0 0 I 0 1 0 0 a 0 1
0 0 − 1 0 1 0 a 0 0 1 0 0 −1 0 0 2a 0 1 Y 0 Z p 1
几何解释：
r r r r x 4 = 0i + 0 j − k r r r r y 4 = i + 0 j + 0k r r r r + z 4 = 0ir − j r 0k r r p = 2ai + 0 j + 0k 4
第二章 物体空间位置描述及其变换
本章是机器人各杆件在空间坐标中建模 的工具，主要包含以下几个方面： (1) 二维和齐次坐标 (2) 三维坐标及变换矩阵 (3) 相对变换 (4) 绝对位置及绝对变换 (5) 正变换、逆变换
对于操作一个物体的机器人: (1) 必须将它的手指移动到物体上； (2) 为了抓起这个物体，手爪必须要放 置在该物体附近； (3) 为了使用一个工具操作这个物体， 必须移动操作工具使其与该物体进行接 触，操作器沿着这个物体移动以便保持 两者间的接触状态。 (4) 在对机器人编程执行这些任务前， 必须要确认物体与机器人手爪间的相对 位置关系和手爪运动控制方式。
1
R
q1 = R r + R q
(2.1)
用这种方法，计算物体运动的问题就转化为 计算两个坐标系之间的关系。所以，计算物体 的运动就可以使用两个坐标系之间的关系表示。 需要注意的是，这种方法只适用于坐标系的平 动，对于具有相对转动的，需用四个矢量表示， 一个代表位置，三个代表方向。
§2.2 点的二维变换 为了描述物体的运动，必须要描述一 个坐标系相对另一个坐标系的变换。 一个新的坐标系可用4×4矩阵描述旧 坐标系变化，一列代表原点的变化，另 三列代表各轴的方向。此外，必须要注 意旋转和移动变化的次序。
− 0.707 0 − 0.707 0.707 0 − 0.707 F= 0 −1 0 0 0 0
5 3 2 1
§2.5 相对变换
前面各节所讨论的运动变换均是相对参考坐标系进 行的，定义为正变换。其转换矩阵实质上是由多个变 换矩阵乘积得到的，计算时，所有的变换均是使用新 的坐标变换矩阵左乘前面各步计算的结果矩阵得到。 但如果一个变换是相对于前面变换后得到的新坐标 系进行，则必须（且只有）采用右乘的计算方法才能 够得到正确的结果。所以，在右乘变换计算时，每一 个变换是相对于前面变换后得到的新坐标系进行。 要特别注意： 1）相对参考坐标系进行变换时，要用左乘； 2）相对于新坐标系进行变换时，要用右乘。