机器人基础知识

设置一个直角坐标系{o}与此刚体固接。用{o}的三个单位 主矢量相对于参考坐标系{o’}的方向余弦组成的3×3矩阵， 来表示刚体o相对于{o’}的方位。

也称为旋转矩阵，用来表示刚体O相对于{O’}的 方位，其中上标O表示{O}，下标O表示{O’}。
二 机器人分类：
我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器 人和特种机器人。 所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机 器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务 于人类的各种先进机器人，包括：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。在特种机器人中， 有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器 人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从 应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制 造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。
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（3）机器人的控制系统 机器人的控制系统是由控制计算机及相应的控制软件和 伺服控制器组成，它相当于人的神经系统，是机器人的指挥 系统，是“机器人”的脑子。 通常，机器人的控制系统接受来自传感器的信号，对其 进行数据处理，并按照预存信息、机器人的状态及环境情况 等，产生控制信号去驱动机器人的各个关节。 对简单机器人：一般只含有固定的程序。 对先进机器人：一般采用程序可编的小型计算机，微型 计算机或微处理器，作为“机器人”的脑子。 机器人的控制系统对其执行机构发出如何动作的命令。
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一
机器人的基本结构
人体的组织结构是一个非常严密、非常复杂的统一体， 细胞是构成人体最基本的形态结构单位和机能单位。各系统 之间互相关联、影响和依存，在神经系统统一支配下，各系 统协调一致，共同完成人的生命活动和功能活动。 机器人系统的结构，通常由以下几部分组成，即执行机构、 驱动与传动系统、控制系统、智能系统、环境、任务等。
★二向量的点乘积为：
A B a xbx a Nhomakorabeab y a zbz
★二向量的矢量积：
i j ay by k az bz
R A B ax bx
2. 方位描述：（姿态描述）

研究机器人，不仅要表示空间某点的位置，而且需要表示 物体的方位。物体的方位可由某个固接于此物体的坐标系 来描述。
刚体的自由度
（2）机器人的自由度： 表示机器人动作灵活的尺度。 一般以轴的直线移动、摆动或旋 转动作的数目来表示。 ●要求：机器人能以准确的方位 （位置与方向）把它的端部执行 装置或与它连接的工具移动到给 定点。 ●如事先不知机器人的用途，机 器人最少应有6个自由度。 ●有时可以减少部分自由度如a图, 只要求对小球定位。局部自由度 不记入机器人的自由度。
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机器人的分析-决策智能系统，主要是靠计算机专用或通用 软件来完成。
（5）环境 一般将机器人所处的周围环境、工作对象、障碍 等（外传感器感知的对象）称为环境； （6）任务 环境的两种状态（初始状态和目标状态）间的差 别；
3 机器人自由度 DOF(degree of freedom)
自由度是机器人的一个 重要技术指标，由机器人的 结构决定，直接影响机器人 的机动性。 （1）刚体的自由度 一个简单物体有六个自由 度。物体能进行的运动有三 个平移，三个旋转。 当两个物体间确定了某种 关系时，一物体就对另一物 体失去一些自由度。
(a)
3 机器人位置与姿态的表示： 1.位置描述： 可用3×1位置矢量来确定空间内任一点的位置。 对直角坐标系{A}，空间任一点P的位置可用3×1的列矢量表 示： P
A
P
Py Pz
x
Px i P y j Pz k
矢量空间表示
P 是位置矢量，它的上标A代表相对于参考坐标系{A}。
谢谢
不知之处， 请老师和同学指正
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（1）机器人的执行机构 众所周知，对于我们人类来说，从执行器官讲，就是在大脑 支配下的嘴巴和四肢。单从体力劳动来讲，可以靠脚力、肩扛， 但最为主要的是人的手臂和手。而手的动作，离不开胳臂、腰 身的支持与配合。手部的动作和其他部位的动作是靠肌肉收缩 和张弛，并由骨骼作为杠杆支持而完成的。 机器人的执行机构，一般包括手臂、关节、末端执行器和基 座，它与人身结构基本上相对应，其中： 手臂对应人的手臂； 机器人的关节，有滑动关节、转动关节、圆柱关节和球关节 等类型，在何部位采用何种关节，则由要求它作何种运动而决 定。机器人的关节，保证了机器人各部位的可动性；
A
Px , Py , Pz
是点 A P 在坐标系中的三个坐标分量。
●矢量的性质： 矢量一般写成：
v ai b j ck
表达方式以及其性质有： ★不同矢量的表示：
A , B 为不同的矢量，α 为标量。则矢量
A a xi a y j a zk B bxi by j bzk
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末端执行器又称机器人的手部，对应于人手和握持的工具，它 是工业机器人和多数服务型机器人直接从事工作的部分，根据工 作性质（机器人的类型），其手部可以设计成夹持型的夹爪，用 以夹持东西；也可以是某种工具，如焊枪、喷嘴等；也可以是非 夹持类的，如真空吸盘、电磁吸盘等；在仿人形机器人中，手部 可能是仿人形多指手； 机器人的基座，是整个机器人的支撑部件，它相当于人的两条 腿，要具备有足够的稳定性和刚度，有固定式和移动式两种类型， 在移动式的类型中，有轮式、履带式和仿人形机器人的步行式等。
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（2）机器人的驱动与传动系统 机器人的驱动与传动系统，是将能源的动力传送到执行机构 的装置。其中，驱动装置有电机（直流伺服电机、交流伺服电 机和同步进电机）、气动和液动装置；而传动机构，最常用的 有谐波减速器、滚珠丝杠、链、带及齿轮等传动系统。 电动驱动是当前机器人使用最多的一种驱动方式，其特点是电 源方便，响应快，信息传递、检测、处理都很方便，驱动能力 较大。其缺点是因为电机转速较高，必须采用减速机构将其转 速降低，从而增加了结构的复杂性。 机器人的驱动系统，相当于人的消化系统和循环系统，是 保证机器人运行的能量供应。
i， j， k代表X，Y，Z轴的单位向量。设
★标量乘以矢量有： A a x i a y j a z k
★二向量和为： B ( a x b x ) i ( a y b y ) j ( a z b z ) k A
一般来说，机器人的控制系统内存储的信息有： ①机器人动作模型：表示执行装置在激发信号与随之发生的机 器人运动之间的关系。 ②环境模型：描述机器人在可达空间内的每一事物。如，哪些 区域存在障碍物而不能对其起作用。 ③任务程序：使计算机能够理解其所要执行的作业任务。 ④控制算法：计算机指令的序列，它只提供对机器人的控制以 便执行所要作的工作。
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（4）机器人的智能系统 所谓智能，是指人的智慧和能力，就是人在各种复杂条件下， 为了达到某一目的，能够做出正确的决断，并且实施和成功。 在机器人控制技术方面，就是在没有人的干预下，机器人能实 现自主控制的目的。机器人智能系统由两部分组成：感知系统 和分析-决策智能系统。 感知系统主要靠具有感知不同信息的传感器构成，属于硬件 部分，包括视觉、听觉、触觉以及味觉、嗅觉等传感器。在视 觉方面，目前多是利用摄像机作为视觉传感器，它与计算机相 结合，并采用电视技术，使机器人具有视觉功能，可以“看到” 外界的景物，经过计算机对图像的处理，就可对机器人下达如 何动作的命令。这类视觉传感器在工业机器人中，多用于识别、 监视和检测。
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姓名：林德俊 学号：12721218
一、机器人系统 1 机器人的主要特点： “通用性”与“适应性”是其二主要特点。 (1)通用性（versatility）：在机械结构上允许机器人执行不同的 任务或以不同的方式完成同一工作。包括机械系统的机动性 与控制系统的灵活性。 (2)适应性（adaptivity）:能自动执行这些未经完全指定的任务， 而不管任务执行过程中所发生的没有预测到的环境变化。 ●要求机器人具有： 1) 运用传感器感测环境的能力； 2) 分析任务空间和执行操作规划的能力； 3）自动指令模式能力。 但是与人的能力相比，其十分有限。有大量的工作要做。