学科前沿讲座—空中机器人_ppt课件
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机器人介绍ppt课件
机器人介绍
1
内容提要
• 机器人定义 • 机器人的发展历程 • 机器人的特点 • 机器人的分类 • 机器人系统的基本结构 • 机器人学的研究领域 • 机器人的发展方向
2
机器人定义
国际标准化组织(ISO)的定义：“机器人是一种自动的、 位置可控的、具有编程能力的多功能机器，这种机器具 有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、 零件、工具和专用装置，以执行种种任务。”
务机器人，特种机器人。
9
机器人的分类
按智能程度分类： 一般机器人：只有一般编程能力和操作功能 智能机器人：根据智能程度分为： 传感型、交互型、自主型智能机器人
按机器人的移动性分类： 固定式机器人：固定在底座上，如工业机器人。 移动机器人：根据移动方式分为：轮式、履带式、 足式等。如足式机器人中的人形机器人等。
16
17
7பைடு நூலகம்
机器人的分类
按几何结构分类：利用机构特性分类。 串联机器人：各连杆为串联 并联机器人：各连杆为并联
按几何结构分类：利用尺寸分类。 大型机器人、一般机器人、微机器人
8
机器人的分类
按应用领域分类： 工业机器人：应用于工农业生产，主要应用于制 造业，如弧焊机器人、喷漆机器人、装配机器人 等。 服务机器人：一种自主或半自主工作，为人们提 供服务的机器人，如导游机器人、家用机器人等。 探索机器人：用于太空、海洋、地下探险和探索。 军事机器人：用于军事目的。可分为陆、海、空 军用机器人。如无人战机、机器人战士等。 我国按照应用领域将机器人分为：工业机器人，服
14
机器人学的研究领域
应用研究 机器人在工业、农业、建筑中的应用 机器人在服务业的应用 机器人在核能、高空、水下等危险环境中的应用 机器人军事领域的应用 机器人在医疗领域的应用 机器人在CMIS和FMS中的应用 机器人在微观领域的应用 以机器人为单元的可重构加工制造系统（无人化 工厂）
1
内容提要
• 机器人定义 • 机器人的发展历程 • 机器人的特点 • 机器人的分类 • 机器人系统的基本结构 • 机器人学的研究领域 • 机器人的发展方向
2
机器人定义
国际标准化组织(ISO)的定义：“机器人是一种自动的、 位置可控的、具有编程能力的多功能机器，这种机器具 有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、 零件、工具和专用装置，以执行种种任务。”
务机器人，特种机器人。
9
机器人的分类
按智能程度分类： 一般机器人：只有一般编程能力和操作功能 智能机器人：根据智能程度分为： 传感型、交互型、自主型智能机器人
按机器人的移动性分类： 固定式机器人：固定在底座上，如工业机器人。 移动机器人：根据移动方式分为：轮式、履带式、 足式等。如足式机器人中的人形机器人等。
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7பைடு நூலகம்
机器人的分类
按几何结构分类：利用机构特性分类。 串联机器人：各连杆为串联 并联机器人：各连杆为并联
按几何结构分类：利用尺寸分类。 大型机器人、一般机器人、微机器人
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机器人的分类
按应用领域分类： 工业机器人：应用于工农业生产，主要应用于制 造业，如弧焊机器人、喷漆机器人、装配机器人 等。 服务机器人：一种自主或半自主工作，为人们提 供服务的机器人，如导游机器人、家用机器人等。 探索机器人：用于太空、海洋、地下探险和探索。 军事机器人：用于军事目的。可分为陆、海、空 军用机器人。如无人战机、机器人战士等。 我国按照应用领域将机器人分为：工业机器人，服
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机器人学的研究领域
应用研究 机器人在工业、农业、建筑中的应用 机器人在服务业的应用 机器人在核能、高空、水下等危险环境中的应用 机器人军事领域的应用 机器人在医疗领域的应用 机器人在CMIS和FMS中的应用 机器人在微观领域的应用 以机器人为单元的可重构加工制造系统（无人化 工厂）
机器人课程PPT课件
•
医疗方面发挥作用。
43
微型飞行器：被认为是未来战场上的重要侦察和攻击武器，能以可接受的成本执行某一有价值的任务。这种飞行器必须能够传输实时图像或执行其它功能，有足够小的尺寸（小于20厘米）、足够的巡航范围（如不小于5公里）和飞行时间（不小于15分钟）。
微型战术无人机：可用于战争危险估计、目标搜索、通信中继，监测化学、核或 生物武器，侦察建筑物内部情况。可适 用于城市、丛林等多种战争环境。因为 其便于携带，操作简单，安全性好的优
62
•
应用领域的进一步扩大
机器人在制造业中的发展是成功的，正逐步涉足非制造业。随着人类改造大自然要求的提高，以及机器人适应特殊环境能力的增强，农业、林 业、军事、海洋勘探、太空探索、生物医学工程 等行业将是机器人崭露头角的新领域。深入日常生活在人们的日常生活中，各种服务机器人也将向我们走来，娱乐机器人将给我们的生活增添无限乐趣。清洁机器人将减轻我们繁重的家务。保健机器人可为老人和残疾人提供保健帮助，是人
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即分为示教－存储－再现-操作四
•
示教－再现步进行。
示教：方式有两种：(1) 直接示教－手把手；(2) 间接示教－示教盒控制。存储：保存示教信息。再现：根据需要，读出存储的示教信息向机器人发出重复动作的命令。
7.12.13 控制
顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备）按动作先后顺序的设定、检测等。位置信息：作业之间各点的坐标值，包括手爪在该点上的姿态，通常总称为位姿（ POSE）。时间信息：各顺序动作所需时间，即机器人完成各个动作的速度。
•
执4 行机构：机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等，它是机器人运动和完成某项任务所必不可少的组成部分。
5 控制器：是机器人的核心，它负责对机器人的运动和各种动作控制及对环境的识别。现代工业机器人的控制器都是由计算机控制系统组成，控制方式主要有示教再现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。
科学机械机器人AI项目汇报展示教育讲课PPT课件
书房的角落，挺立着一株虎尾兰。它 没有牡 丹的高 贵，没 有百合 花的幽 香，更 没有玫 瑰花那 样高傲 ，它除 了平凡 ，还是 平凡。 以至于 客人来 访，也 无一夸 赞过它 ，更没 有谁欣 赏它。 书房的角落，挺立着一株虎尾兰。它 没有牡 丹的高 贵，没 有百合 花的幽 香，更 没有玫 瑰花那 样高傲 ，它除 了平凡 ，还是 平凡。 以至于 客人来 访，也 无一夸 赞过它 ，更没 有谁欣 赏它。
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科学机械机器人AI项目汇报展示教育PPT授课资料课件
驻足远看那绿意葱葱的樱桃树，十分 美丽啦 ，绿叶 绿的亮 ，绿得 发黑绿 的出奇 ，那盛 开的樱 桃花在 风中摇 摆着， 微风一 拂，像 一扇扇 漂亮的 五彩的 扇子， 在空中 飞舞着 。
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学科前沿讲座-空中机器人
政策与法规建议
提出了针对空中机器人 发展的政策支持和法规 调整建议，以促进其健 康、有序发展。
THANK YOU
感谢聆听
深度强化学习应用
结合深度学习和强化学习，利用神经网络强大的表征学习能力，解 决复杂环境下的空中机器人自主飞行问题。
多智能体协同控制策略探讨
分布式协同控制
01
通过设计分布式控制算法，实现多个空中机器人之间的协同控
制和任务分配。
基于图论的协同控制方法
02
利用图论工具对多智能体系统进行建模和分析，设计相应的协
技术挑战与研究方向
技术挑战
空中机器人在续航能力、载重能力、飞行稳定性、自主导航等方面仍面临诸多 技术挑战。
研究方向
针对以上技术挑战，未来空中机器人的研究方向将包括新型能源技术、高性能 材料技术、先进控制技术等。同时，随着人工智能技术的不断发展，空中机器 人的智能化水平也将得到进一步提升。
02
空中机器人核心技术
边缘计算在实时性要求高的任务中应用
通过将部分计算任务卸载到边缘节点进行处理，减少数据传输延迟和带宽占用，提高空 中机器人实时决策能力。
云边协同优化方法
结合云计算和边缘计算的优势，设计云边协同的空中机器人智能算法优化框架，实现计 算资源的合理分配和高效利用。
05
空中机器人应用场景展示
农业植保领域应用案例分享
先进传感器类型及其作用
IMU（惯性测量单元）
用于测量机器人的加速度和角速度，实现姿态控 制和导航。
激光雷达
通过发射激光并接收反射光来测量距离和角度， 实现环境感知和障碍物检测。
GPS（全球定位系统）
提供全球范围内的定位和时间信息，用于机器人 导航和地图构建。
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THANK YOU
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深度强化学习应用
结合深度学习和强化学习，利用神经网络强大的表征学习能力，解 决复杂环境下的空中机器人自主飞行问题。
多智能体协同控制策略探讨
分布式协同控制
01
通过设计分布式控制算法，实现多个空中机器人之间的协同控
制和任务分配。
基于图论的协同控制方法
02
利用图论工具对多智能体系统进行建模和分析，设计相应的协
技术挑战与研究方向
技术挑战
空中机器人在续航能力、载重能力、飞行稳定性、自主导航等方面仍面临诸多 技术挑战。
研究方向
针对以上技术挑战，未来空中机器人的研究方向将包括新型能源技术、高性能 材料技术、先进控制技术等。同时，随着人工智能技术的不断发展，空中机器 人的智能化水平也将得到进一步提升。
02
空中机器人核心技术
边缘计算在实时性要求高的任务中应用
通过将部分计算任务卸载到边缘节点进行处理，减少数据传输延迟和带宽占用，提高空 中机器人实时决策能力。
云边协同优化方法
结合云计算和边缘计算的优势，设计云边协同的空中机器人智能算法优化框架，实现计 算资源的合理分配和高效利用。
05
空中机器人应用场景展示
农业植保领域应用案例分享
先进传感器类型及其作用
IMU（惯性测量单元）
用于测量机器人的加速度和角速度，实现姿态控 制和导航。
激光雷达
通过发射激光并接收反射光来测量距离和角度， 实现环境感知和障碍物检测。
GPS（全球定位系统）
提供全球范围内的定位和时间信息，用于机器人 导航和地图构建。
机器人知识【共50张PPT】
现在让我们一起来了解一下机器人的社会
发展史，这是一个有关机器人 的时间轴：
ROSSUM
‘Liar’
Universal Three Principless Bilateral
Unimation 100,000 AIBO ASMIO SDR-
4X
Robots
of robot
Master/Slave ‘PUMA’
大型喷漆机器人
推出全球最大的工业机器 人
服务机器人
除了工业，用于服务领域的 机器人已经开始开拓市场！1999 年末，世界全部服务机器人至少 为6600台，其中家用机器人有 3000台，约占50%。
法国公共汽车加油机器人
机器人为来宾斟酒
家庭服务机器人
家里很多琐碎的工作都可以交给它来做，如端茶、做饭、照看小孩、打 扫卫生等，它都能够胜任！
《返回
极限操作机器人
代替人类在核反应堆、空间、 深海、灾区等危险地带工作， 从事许多人所不能及的工作！
处理 核事 故的 机器 人
研
制的一种 用于极限 作业的机 器人
防灾机器人
《返回
娱乐机器人
娱乐机器人以供人观赏、 娱乐为目的，可以行走或 完成动作，可以有语言能 力，会唱歌，有一定的感 知能力。
机器人乐队
机器狗“爱宝”正在踢球
索尼公司开发的机器 狗“爱宝”具有喜、怒、哀、 乐、吃惊、讨厌等六种情绪， 并有瞌睡、饥饿、运动、贪 玩等五种本能。
NEC公司开发的新型机器人
PaPeRo具有"散步模式"和"交
谈模式"，能根据谈话对象的 不同表现出好恶情绪。
新力公司最新发明的机器人 SDR-4X
5台SDR-4X机器人并排站在 展台上表演舞蹈。
无人机课程ppt课件
飞行与向前飞行正好相反。
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24
在图f中，由于结构对称，所以侧向飞行的工作原理与前后运动完全一 样。
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25
在图f中，由于结构对称，所以侧向飞行的工作原理与前后运动 完全一样。
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26
第三单元 遥控器操作及原理
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27
单元目标（Unit objectives）
课程目标 1.遥控通道的定义 2.遥控通道的微调 3.飞行模拟器-进阶飞行训练
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28
通道是指遥控器的功能，也就是 说该机有前后左右、悬停、定点 降落的功能。简单举个例子，比 如我的遥控飞机是三通道的，能 够上下、左右、前后飞翔，也就 是说，一个通道就是指一个“功 能”，通道是指一个方向，指的 是可控制动作数量的多少，和内 存的通道是完全不同的。
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit , sed do eiusmod
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30
美国手与日本手
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua.
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14
第二单元 四轴飞行器设计原理
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15
单元目标（Unit objectives）
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24
在图f中，由于结构对称，所以侧向飞行的工作原理与前后运动完全一 样。
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在图f中，由于结构对称，所以侧向飞行的工作原理与前后运动 完全一样。
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第三单元 遥控器操作及原理
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27
单元目标（Unit objectives）
课程目标 1.遥控通道的定义 2.遥控通道的微调 3.飞行模拟器-进阶飞行训练
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28
通道是指遥控器的功能，也就是 说该机有前后左右、悬停、定点 降落的功能。简单举个例子，比 如我的遥控飞机是三通道的，能 够上下、左右、前后飞翔，也就 是说，一个通道就是指一个“功 能”，通道是指一个方向，指的 是可控制动作数量的多少，和内 存的通道是完全不同的。
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美国手与日本手
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14
第二单元 四轴飞行器设计原理
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15
单元目标（Unit objectives）
空中机器人
对于目前多旋翼产品，一般分半自主控制方式和全自主控 制方式。半自主控制方式是指自动驾驶仪的控制算法能够 保持多旋翼飞行器的姿态稳定（或定点）等，但飞行器还 是需要通过人员遥控操纵。在这种控制方式下，多旋翼属 于航模。全自主控制方式是指自动驾驶仪的控制算法能够 完成多旋翼飞行器航路点到航路点的位置控制以及自动起 降等。在这种控制方式下，多旋翼属于无人机，而地面人 员此时进行任务级的规划。作为无人机，多旋翼飞行器可 以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和搭载各种 负载任务，可以被看作是“空中机器人”。 相比其他类别的无人机，多旋翼无人机具有灵活、简单的 操控性，它不需要跑道便可以垂直起降，起飞后可在空中 悬停。它的操控原理简单，操控器四个遥感操作对应飞行 器的前后、左右、上下和偏航方向的运动。
3、无人机受天气影响较大，结冰的飞行高度比过去预计的 要低，在海拔3000-4500m的高度上，连续飞行10-15min 后会使飞机受损。 4、无人机的应变能力不强，不能应付意外事件，当有强信 号干扰时，易造成接收机与地面工作站失去联系。 5、无人机机械部分也有出现故障的可能，一旦出现电子设 备失灵现象，那对无人机以及机载设备将是致命的。 随着现代自动化技术、计算机技术、机器人技术等高新科 技水平的不断提高，无人机即空中机器人将会得到更广泛
四旋翼无人飞行器飞行器能够完成悬停、低速飞行、垂直 起降和室内飞行等固定翼无法完成的任务，与传统意义上 的直升机相比，又具有结构和控制简单、制造精度低、稳 定性好、较弱的陀螺效应等优势，在无人侦察、空中航拍、 交通管理、森林防火、城市巡逻、空中快递等领域有着广 泛的应用前景，迅速成为新的国际研究热点，但是在国内 还处于初级研究阶段，因此研究四旋翼飞行器有着极其重 要的意义。 四旋翼飞行器是通过调节四个电机转速来改变旋翼转速， 实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。由于飞 行器是通过改变旋翼转速实现升力变化，这样会导致其动 力部稳定，所以需要一种能够长期保稳定的控制方法。四 旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，因此非常适合 静态和准静态条件下飞行。但是四旋翼飞行器只有四个输 入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系 统。
科学机械机器人AI项目汇报展示教育PPT专题讲座
我们高兴地回到家，仔细端详起仓鼠 来。我 一共买 了三只 仓鼠， 一只白 ，一只 灰，一 只黄。 它们有 乌黑发 亮、水 灵灵、 圆溜溜 的小眼 睛，又 尖又小 的耳朵 ，小小 的鼻子 ，小小 的牙齿 ，小小 的舌头 我们高兴地回到家，仔细端详起仓鼠 来。我 一共买 了三只 仓鼠， 一只白 ，一只 灰，一 只黄。 它们有 乌黑发 亮、水 灵灵、 圆溜溜 的小眼 睛，又 尖又小 的耳朵 ，小小 的鼻子 ，小小 的牙齿 ，小小 的舌头
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我们高兴地回到家，仔细端详起仓鼠 来。我 一共买 了三只 仓鼠， 一只白 ，一只 灰，一 只黄。 它们有 乌黑发 亮、水 灵灵、 圆溜溜 的小眼 睛，又 尖又小 的耳朵 ，小小 的鼻子 ，小小 的牙齿 ，小小 的舌头 我们高兴地回到家，仔细端详起仓鼠 来。我 一共买 了三只 仓鼠， 一只白 ，一只 灰，一 只黄。 它们有 乌黑发 亮、水 灵灵、 圆溜溜 的小眼 睛，又 尖又小 的耳朵 ，小小 的鼻子 ，小小 的牙齿 ，小小 的舌头
机器人ppt(共21张PPT)
后果十分严重。瓦斯和冲击地压在形成突发事 故之前都会表现出种种迹象，如岩石破裂等。 采用带有专用新型传感器的移动式机器人连 续监视采矿状态，可以及早发现突发事故的 先兆，采取相应的预防措施。
此外，在食品工业、核工业等行业中也已 经开始广泛使用机器人来代替一些手工作业。
机器人
(a) 搬运机器人；(b) 涂料机器人；(c) 焊接机器人
工业机器人的组成 工业机器人一般由执行机构、控制系统、
驱动系统以及位置检测机构等几个局部组成。
工业机器人的分类
这种机器人可以利用传感器来确定巷道的上缘，这样就可以自动瞄准巷道缝，然后把钻头按规定的间隔布置好，钻孔过程用微机控制，
(2) 通用机器人：
具有独立控制系统，通过改变控制程序能完 成多种作业的机器人。其结构复杂，工作范 围大，定位精度高，通用性强，适用于不断 变换生产品种的柔性示教操作后，能
按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复 重现示教作业。 ▪ (4) 智能机器人： ▪ 采用计算机控制，具有视觉、听觉、触觉等 多种感觉功能和识别功能机器人，通过比较 和识别，能自主作出决策和规划，自动进行 信息反响，完成预定的动作。
送给操作人员。 (2) 凿岩机器人。这种机器人可以利用传感器 来确定巷道的上缘，这样就可以自动瞄准巷 道缝，然后把钻头按规定的间隔布置好，钻 孔过程用微机控制，随时根据岩石硬度调整 钻头的转速、力的大小以及钻孔的形状，这 样可以大大提高生产率，人只要在平安的地 方监视整个作业过程就行了。
(3) 井下喷浆机器人。井下喷浆作业是一项繁 重且危害人体健康的作业，目前这种作业主 要由人操作机械装置来完成，缺陷很多。采 用喷浆机器人不仅可以提高喷涂质量，也可 以将人从恶劣和繁重的作业环境中解放出来。 (4) 瓦斯、地压检测机器人。瓦斯和冲击地压 是井下作业中的两个不平安的自然因素，一 旦发生突然事故，那么相当危险，
科学机械机器人AI项目汇报展示培训讲座课件PPT模板
就作文教学而言，注重激发写作兴趣 和自信 心，养 成良好 的写作 习惯； 为学生 提供广 阔的写 作空间 ，减少 对写作 的束缚 ，发展 个性， 培养创 新精神 ；注重 语言能 力和思 维能力 同步发 展。
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就作文教学而言，注重激发写作兴趣 和自信 心，养 成良好 的写作 习惯； 为学生 提供广 阔的写 作空间 ，减少 对写作 的束缚 ，发展 个性， 培养创 新精神 ；注重 语言能 力和思 维能力 同步发 展。
就作文教学而言，注重激发写作兴趣 和自信 心，养 成良好 的写作 习惯； 为学生 提供广 阔的写 作空间 ，减少 对写作 的束缚 ，发展 个性， 培养创 新精神 ；注重 语言能 力和思 维能力 同步发 展。
就作文教学而言，注重激发写作兴趣 和自信 心，养 成良好 的写作 习惯； 为学生 提供广 阔的写 作空间 ，减少 对写作 的束缚 ，发展 个性， 培养创 新精神 ；注重 语言能 力和思 维能力 同步发 展。
就作文教学而言，注重激发写作兴趣 和自信 心，养 成良好 的写作 习惯； 为学生 提供广 阔的写 作空间 ，减少 对写作 的束缚 ，发展 个性， 培养创 新精神 ；注重 语言能 力和思 维能力 同步发 展。 就作文教学而言，注重激发写作兴趣 和自信 心，养 成良好 的写作 习惯； 为学生 提供广 阔的写 作空间 ，减少 对写作 的束缚 ，发展 个性， 培养创 新精神 ；注重 语言能 力和思 维能力 同步发 展。
就作文教学而言，注重激发写作兴趣 和自信 心，养 成良好 的写作 习惯； 为学生 提供广 阔的写 作空间 ，减少 对写作 的束缚 ，发展 个性， 培养创 新精神 ；注重 语言能 力和思 维能力 同步发 展。
就作文教学而言，注重激发写作兴趣 和自信 心，养 成良好 的写作 习惯； 为学生 提供广 阔的写 作空间 ，减少 对写作 的束缚 ，发展 个性， 培养创 新精神 ；注重 语言能 力和思 维能力 同步发 展。
2024版幼儿园大班科学《机器人》PPT课件
幼儿园大班科学《机器人》PPT课件目录CONTENCT •机器人概述•机器人结构与工作原理•机器人技术应用领域•幼儿园教育中机器人技术应用•孩子们如何学习制作简易机器人•总结与展望01机器人概述定义与发展历程定义机器人是一种能够自动执行任务的机器系统。
它们可以通过传感器感知环境，并通过控制器进行决策和行动。
发展历程机器人的发展经历了从简单到复杂、从单一到多样的过程。
早期的机器人主要用于工业生产线上，执行重复性的劳动任务。
随着技术的进步，机器人逐渐具备了更多的智能和自主能力，可以应用于更广泛的领域。
种类与功能特点种类根据应用领域和功能特点，机器人可以分为工业机器人、服务机器人、特种机器人等。
工业机器人主要用于生产线上的自动化生产，服务机器人则用于提供各种服务，如家政、医疗、教育等。
特种机器人则针对特定环境和任务进行设计，如水下机器人、空中机器人等。
功能特点机器人具有多种功能特点，如感知能力、决策能力、行动能力等。
它们可以通过传感器感知环境信息，通过控制器进行决策和规划，并通过执行器实现各种动作和任务。
此外，机器人还具有自主学习和适应环境的能力，可以不断提高自身的智能水平。
在现代社会中应用工业领域01机器人在工业领域的应用已经非常广泛，可以实现自动化生产、提高生产效率和质量。
例如，在汽车制造、电子制造等行业中，机器人可以完成焊接、装配、检测等任务。
服务领域02随着人口老龄化和劳动力短缺问题的加剧，服务机器人的需求越来越大。
服务机器人可以提供家政服务、医疗服务、教育服务等，为人们的生活带来便利和舒适。
特种领域03特种机器人在军事、救援等领域发挥着重要作用。
例如，无人机可以用于侦察和打击敌人目标；水下机器人可以用于海洋资源开发和海底救援等任务。
02机器人结构与工作原理01020304控制器传感器执行器电源主要组成部分根据控制器发出的指令，驱动机器人完成各种动作。
感知外部环境，将环境信息转换为电信号传递给控制器。
空中机器人PPT课件
系庞大，分支众多，可以从机身结构、体积重 量、飞行高度、航程、航时、用途等多个维度对其进行分 类。当前，无人机市场以固定翼和旋翼无人机为主：固定 翼无人机的优势是续航能力强、飞行半径大、巡航速度快 、载重能力强，适用于高速、大范围、重负载、长航时、 长航程的任务类型，例如靶机、战略侦察和打击、战术侦 察和打击、航拍测绘等；旋翼无人机的特点是操控性强， 可垂直起降和悬停，主要适用于低空、低速、有垂直起降 和悬停要求的任务类型，例如舰载、影视剧或大型活动航 拍、搜救等。
在1903年，美国的莱特兄弟制造出第一架依靠自身动力进 行载人飞行的飞机“飞行者一号”，取得了试飞成功，为 全世界的飞机发展史上做出了重大的贡献。自从飞机被发 明后，逐渐成为人类现代文明不可缺少的交通工具，它深 刻的改变和影响了人们的生活，并开启了人们征服蓝天的 历史。
1910年，在莱特兄弟所取得的成功的鼓舞下，来自俄亥俄 州的年轻军事工程师查尔斯•科特林建议使用没有人驾驶的 飞行器，就是用钟表机械装置控制飞机，使它在预定地点 抛掉机翼并象炸弹一样落向敌人。在美国陆军的支持和资 助下，他制成并试验了几个模型，取名为“科特林空中鱼 雷”、“科特林虫子”。
二战期间，美国海军首先将无人机作为空面武器使用。 1944年，美国海军为了对德国潜艇基地进行打击，使用了 由B-17轰炸机改装的遥控舰载机。美国特里达因•瑞安公司 生产的“火蜂”系列无人机是当时设计独一无二、产量最 大的无人机。美国空军、陆军和海军多年来一直在使用以 BQM-34А“火蜂”靶机为原型研制的多型无人机。
追溯无人机的发展历史，可以说现代战争是推动无人机发 展的动力，而无人机对现代战争的影响也越来越大。近年 来在军用机器人家族中，无人机是科研活动最活跃、技术 进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的 领域。80多年来，世界无人机的发展基本上是以美国为主 线向前推进的，无论从技术水平还是无人机的种类和数量 来看，美国均居世界之首位。
在1903年，美国的莱特兄弟制造出第一架依靠自身动力进 行载人飞行的飞机“飞行者一号”，取得了试飞成功，为 全世界的飞机发展史上做出了重大的贡献。自从飞机被发 明后，逐渐成为人类现代文明不可缺少的交通工具，它深 刻的改变和影响了人们的生活，并开启了人们征服蓝天的 历史。
1910年，在莱特兄弟所取得的成功的鼓舞下，来自俄亥俄 州的年轻军事工程师查尔斯•科特林建议使用没有人驾驶的 飞行器，就是用钟表机械装置控制飞机，使它在预定地点 抛掉机翼并象炸弹一样落向敌人。在美国陆军的支持和资 助下，他制成并试验了几个模型，取名为“科特林空中鱼 雷”、“科特林虫子”。
二战期间，美国海军首先将无人机作为空面武器使用。 1944年，美国海军为了对德国潜艇基地进行打击，使用了 由B-17轰炸机改装的遥控舰载机。美国特里达因•瑞安公司 生产的“火蜂”系列无人机是当时设计独一无二、产量最 大的无人机。美国空军、陆军和海军多年来一直在使用以 BQM-34А“火蜂”靶机为原型研制的多型无人机。
追溯无人机的发展历史，可以说现代战争是推动无人机发 展的动力，而无人机对现代战争的影响也越来越大。近年 来在军用机器人家族中，无人机是科研活动最活跃、技术 进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的 领域。80多年来，世界无人机的发展基本上是以美国为主 线向前推进的，无论从技术水平还是无人机的种类和数量 来看，美国均居世界之首位。
《机器人》课件ppt
教学内容
机器人机械结构
介绍机器人的机械结构、特点和应用等。
机器人基础知识
包括机器人的定义、分类、组成和原理等。
机器人控制系统
讲解机器人的控制系统、传感器和控制器等。
机器人实际应用
介绍机器人在企业、医疗和家庭等领域的应用案例，并进行分析和讨论。
机器人编程语言
教授主流的机器人编程语言和方法，如ROS、MoveIt等。
医疗机器人是一种高精度、高灵活性和高洁净度的机器人，包括手术、康复、护理等多种类型。
军事机器人是一种具有高度自主性和智能性的机器人，用于执行侦查、攻击和防御等多种任务。
服务机器人是一种具有人机交互功能的机器人，用于提供咨询、教育、清洁和娱乐等多种服务。
机器人的种类
机器人的应用场景
04
机器人可以用于自动化生产线，负责组装、加工、检测等环节，提高生产效率和产品质量。
自动化生产线
机器人可以用于自动化仓库的搬运、装卸、运输等工作，提高物流效率和准确性。
物流运输
在高温、低温、辐射等危险环境下，机器人可以代替人类进行作业，保障生产安全。
危险环境作业
工业生产领域
机器人在手术中具有精准度高、操作稳定、对手术医生的疲劳程度低等优点，可用于协助手术操作。
手术协助操作
医疗服务领域
社会影响
伦理挑战
课程总结
07
Robot发展概况
Robot的构成
编程语言和开发环境
主要教学内容回顾
Robot的构成和分类，各种机器人的特点和应用场合。
机器人程序开发的流程和编程语言，图形化编程软件的使用方法。
利用传感器实现机器人的简单自适应能力，实现简单机器人的制作和调试。
学生需要掌握的主要知识点
《机器人课程介绍》PPT课件
务。
机器人应用领域
医疗服务
手术协助、康复训 练、护理等。
家庭服务
清洁、陪伴、教育 等。
工业制造
自动化生产线、焊 接、装配等。
军事应用
侦察、排雷、作战 等。
其他领域
农业、航空航天、 水下探测等。
03
核心技术与应用实例
传感器技术及应用
03
传感器类型
传感器原理
应用实例
介绍常见的机器人传感器，如红外传感器 、超声波传感器、陀螺仪等。
及时记录
详细记录实验过程和结果，便于分 析和总结
基础实验项目举例
实验目的
掌握机器人基本运动控制方法
实验内容
编写程序实现机器人前进、后退、转弯等基本动作
基础实验项目举例
实验目的
了解并掌握机器人常用传感器的使用 方法
实验内容
利用传感器采集环境信息，如温度、 湿度、距离等
基础实验项目举例
实验目的
实现机器人自主定位和导航功能
控机等），并考虑其处理速度、存储容量、通信接口等性能指标。
02 03
驱动器选型
根据执行机构的类型和需求，选择合适的驱动器类型（如伺服驱动器、 步进驱动器、直流驱动器等），并考虑其驱动能力、控制精度、调速范 围等性能指标。
传感器选型
根据机器人需要感知的环境信息类型，选择合适的传感器类型（如红外 传感器、超声波传感器、摄像头等），并考虑其测量范围、精度、稳定 性等性能指标。
系统架构设计
设计机器人的整体架构，包括硬件组成、软件框架和通 信协议等
项目总结与展望
对项目成果进行总结评价，提出改进意见和未来发展方 向
07
课程总结与展望
回顾本次课程重点内容
机器人应用领域
医疗服务
手术协助、康复训 练、护理等。
家庭服务
清洁、陪伴、教育 等。
工业制造
自动化生产线、焊 接、装配等。
军事应用
侦察、排雷、作战 等。
其他领域
农业、航空航天、 水下探测等。
03
核心技术与应用实例
传感器技术及应用
03
传感器类型
传感器原理
应用实例
介绍常见的机器人传感器，如红外传感器 、超声波传感器、陀螺仪等。
及时记录
详细记录实验过程和结果，便于分 析和总结
基础实验项目举例
实验目的
掌握机器人基本运动控制方法
实验内容
编写程序实现机器人前进、后退、转弯等基本动作
基础实验项目举例
实验目的
了解并掌握机器人常用传感器的使用 方法
实验内容
利用传感器采集环境信息，如温度、 湿度、距离等
基础实验项目举例
实验目的
实现机器人自主定位和导航功能
控机等），并考虑其处理速度、存储容量、通信接口等性能指标。
02 03
驱动器选型
根据执行机构的类型和需求，选择合适的驱动器类型（如伺服驱动器、 步进驱动器、直流驱动器等），并考虑其驱动能力、控制精度、调速范 围等性能指标。
传感器选型
根据机器人需要感知的环境信息类型，选择合适的传感器类型（如红外 传感器、超声波传感器、摄像头等），并考虑其测量范围、精度、稳定 性等性能指标。
系统架构设计
设计机器人的整体架构，包括硬件组成、软件框架和通 信协议等
项目总结与展望
对项目成果进行总结评价，提出改进意见和未来发展方 向
07
课程总结与展望
回顾本次课程重点内容
aerial_robotics_week2 宾夕法尼亚大学公开课 空中机器人 动力学 运动学
a3
Q Q’
{A}
P
a1
a2
! P Q = q1 a1 + q2 a2 + q3 a3 ! 0 0 0 P Q0 = q1 a1 + q2 a2 + q3 a3
Verify
2 3 2 q1 R11 4q2 5 = 4R21 q3 R31
R12 R22 R32
rotation mR23 5 4q2 0 R33 q3
8
Euler Angles
Any rotation can be described by three successive rotations about linearly independent axes.
3 × 3 rotation matrix
Image from wikipedia
ξ3 3 Euler angles ξ2
11
g is a rigid body displacement
g
a3
mutually orthogonal, unit vectors
a2 a1
b3 b1
mutually orthogonal, unit vectors
{A}
{B}
b2
b1 = R11 a1 + R12 a2 + R13 a3 b2 = R21 a1 + R22 a2 + R23 a3 b3 = R31 a1 + R32 a2 + R33 a3
! P Q = q1 a1 + q2 a2 + q3 a3
! P Q = q1 b1 + q2 b2 + q3 b3
14
g is a rigid body displacement
Q Q’
{A}
P
a1
a2
! P Q = q1 a1 + q2 a2 + q3 a3 ! 0 0 0 P Q0 = q1 a1 + q2 a2 + q3 a3
Verify
2 3 2 q1 R11 4q2 5 = 4R21 q3 R31
R12 R22 R32
rotation mR23 5 4q2 0 R33 q3
8
Euler Angles
Any rotation can be described by three successive rotations about linearly independent axes.
3 × 3 rotation matrix
Image from wikipedia
ξ3 3 Euler angles ξ2
11
g is a rigid body displacement
g
a3
mutually orthogonal, unit vectors
a2 a1
b3 b1
mutually orthogonal, unit vectors
{A}
{B}
b2
b1 = R11 a1 + R12 a2 + R13 a3 b2 = R21 a1 + R22 a2 + R23 a3 b3 = R31 a1 + R32 a2 + R33 a3
! P Q = q1 a1 + q2 a2 + q3 a3
! P Q = q1 b1 + q2 b2 + q3 b3
14
g is a rigid body displacement
学科前沿讲座—空中机器人_ppt课件
0.4
0.997
0.2
0 虚轴 -0.2
4
3
2
1
-0.4
0.997
-0.6
0.99
-0.8 0.974 -1 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 0.945 -2.5 实轴 0.9 -2 0.82 -1.5 -1 0.66 0.4 -0.5 0
26
Automatic Flight Control Law
机载计算机系统
PC – 104计算机堆栈： 1）主处理板 2）串行通信板
3）数据采集板
4）直流到直流转换器电路板
10
惯性测量单元
•
IMU (Inertial Measurement Unit 惯性测量单元): HeLion中最重要的传感器， 收集的飞行数据包括： 1). 加速度 & 速度 2). 转角 3). 方向角 4). 3D-GPS 信号
在线数据显示
仪表视窗
命令窗口
15
地面站 – 3D 视窗
3D
视窗
真实飞行
16
动态建模
数据采集步骤 :
1). 单通道发出的仿虫鸣信号
2). 多通道发出的仿虫鸣信号
3).用于验证的阶跃和随机信号
仿虫鸣信号和对应的响应
17
建模– 飞行测试
建模目标的飞行测试
18
建模 – 模型结构
盘旋时的模型结构
19
模型辨识
27
Hardware-in-the-loop Simulation System
静止 UAV 自治飞行控制模型
地面站
软件模型
28
Simulation Result in Frequency Domain
机器人技术应用-空中机器人
combines lightweight electric engines with wing-mounted solar panels
With aninert,low-density at mosphereon Mars,such a vehicle relies on a rocket engine for propulsion
Image acquisition
Remote sensing
Search and rescue
Transportation
Communications
Payload delivery
7
Current Applications
Aerial Observations
➢Military Operations.
10
Current Applications
General Characteristics of Current Applications: Level of Autonomy
higher levels of autonomy, such as path planning, object detection, and recognition and mission management involve human operators
Current Challenges
Basic Concepts and control
Basic Concepts and control
Active Research Areas
Active Research Areas
2
Background
The term aerial robotics is often attributed to Robert Michelson--- highly intelligent, small flying machines
With aninert,low-density at mosphereon Mars,such a vehicle relies on a rocket engine for propulsion
Image acquisition
Remote sensing
Search and rescue
Transportation
Communications
Payload delivery
7
Current Applications
Aerial Observations
➢Military Operations.
10
Current Applications
General Characteristics of Current Applications: Level of Autonomy
higher levels of autonomy, such as path planning, object detection, and recognition and mission management involve human operators
Current Challenges
Basic Concepts and control
Basic Concepts and control
Active Research Areas
Active Research Areas
2
Background
The term aerial robotics is often attributed to Robert Michelson--- highly intelligent, small flying machines
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0.4
0.997
0.2
0 虚轴 -0.2
4
3
2
1
-0.4
0.997
-0.6
0.99
-0.8 0.974 -1 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 0.945 -2.5 实轴 0.9 -2 0.82 -1.5 -1 0.66 0.4 -0.5 0
26
Automatic Flight Control Law
用户交互 (前面板)
> command 1 > command 2
position velocity attitude angular rate acceleration servo rotor rpm ...
...
曲线视窗
3D 视窗
>,,,
命令窗口
状态视窗
13
板上软件结构 – 执行周期
主要部分 – 主任务, 任务管理
机载计算机系统
PC – 104计算机堆栈： 1）主处理板 2）串行通信板
3）数据采集板
4）直流到直流转换器电路板
10
惯性测量单元
•
IMU (Inertial Measurement Unit 惯性测量单元): HeLion中最重要的传感器， 收集的飞行数据包括： 1). 加速度 & 速度 2). 转角 3). 方向角 4). 3D-GPS 信号
Inner Loop Control
对于内环, 将进入系统的强风当做可能的干扰，把总体问题归结为 H∞ 的控制 问题,即设计一个控制准则，使得对于给定的系统能够得到稳定的的闭环控制系统， 并使干扰对输出的影响被控制在H∞灵敏度的最小值。
闭环系统的幅值 H -标准值
H 的最优值 一般与健全的控制方案密切相关…
学科前沿讲座—空中机器人
提纲…
1. 2.
介绍…
无人驾驶飞机的发展 • • • • • 硬件结构 软件系统 通信系统 飞行控制系统的建模和设计 实际飞行测试示范
3.
当前和未来的研究方向 • • • • 其他类型的无人机平台 基于视觉的地面目标探测和跟踪 多无人机编队飞行 GPS较少的城市和室内的导航
Response with a large damping ratio
无超调
0.5
CNF 控制
0
0
1
2
3
4
5 Time
6
7
8
9
10
25
Illustration of Closed-loop Poles of CNF Control
根轨迹 1 0.974 0.8 0.99 0.6 0.945 0.9 0.82 0.66 0.4
24
Outer Loop Control
新提出的CNF (composite nonlinear feedback)控制技术能够实现快速稳定并 在微小或零超调情况下跟踪目标。与传统方法相比，它有很多优势…
1.5
Response with a small damping ratio
1
快速上升 时间
Magnitude
1). 角度比率动力学; 3). 偏航动力学;
2). 水平速度动力学; 4). 飞机升起动力学.
* 我们获得了UAV 的相当完美的非线性模型…
20
模型基本性能
特征值和对应的物理描述
It is an open-loop unon
22
Flight Control System Structure
在线数据显示
仪表视窗
命令窗口
15
地面站 – 3D 视窗
3D
视窗
真实飞行
16
动态建模
数据采集步骤 :
1). 单通道发出的仿虫鸣信号
2). 多通道发出的仿虫鸣信号
3).用于验证的阶跃和随机信号
仿虫鸣信号和对应的响应
17
建模– 飞行测试
建模目标的飞行测试
18
建模 – 模型结构
盘旋时的模型结构
19
模型辨识
11
无线通讯系统 & 伺服控制
2.4 GHz无线宽带调制解调器
伺服控制
12
软件系统结构
板上
板上CMM 任务
命令数据
数据转换 (后面板)
命令 (发送) 命令
接听
(接收)
数据
...
( x, y, z ) (u, v, w ) ( a , b , c) ( p, q, r ) ( acx , acy , acz ) ( aileron , elevator , …) …
27
Hardware-in-the-loop Simulation System
•
•自动飞行控制系统的设计 在上一阶段所确定的模型是用来设计的飞行器自动控制系统。新型非线性控制技 术得到了发展，如H2和H∞控制的现代控制技术也适用于设计无人驾驶直升机的 先进控制系统。
•
实际执行情况和飞行测试
该控制系统设计和集成，将在无人驾驶飞机上得到实施和验证。我们的目标是实 现一个工作良好并能提供良好性的完整系统。
直升机状态 直升机状态
( x, y, z,) ( x, y, z,)
(u, v, w, r ) (u, v, w, r )
(a , e , u , r ) (a , e , u , r )
飞行时间表 飞行时间表
外环控制 外环控制
内环控制 内环控制
23
Prepared by Ben M. Chen
IMU: 惯性测量单元驱动
IMU
PC104 嵌入式计算机
DAQ: 数据采集
DAQ
惯性测量单元
DLG: 数据载入
main
数据采集板
DLG
记忆卡
CTL: 自动控制
CTL
CMM
SVO
无线调制解调器
CMM: 通信 SVO: 伺服驱动和读数
伺服控制系统
14
地面站交互
练接按钮 图形显示 可选的 数据显示
3D 视窗
2
4.
结束语…
介绍
•
测试平台的搭建 一个无线电遥控直升机经过将必要数据处理，传感器和由机载、地面软件系统组 成的通信组建整合，升级到一个无人机。无人机被用于开发建模方法和新的控制 系统。
•
无人机的动态建模 这项分支工作的重点任务是对飞行数据和对飞行器参数识别的系统方法进行建模 的相关技术
4
介绍…
5
无人驾驶直升机（UAV）系统的发展
7
硬件系统结构
直升机
控制信号 命令
实时数据
测量
手动操作
机载系统
地面站
遥控手柄
8
直升机
猛禽 90 SE 雷虎生产 长 - 1.41 m (55.50") 宽 - 0.19 m (7.50") 高 - 0.465 m (18.25") 重量 - 4.8 kg (10.5 lbs) 主旋翼直径- 1.64 m (64.75") 尾旋翼直径- 0.26 m (10.25")