机器人概论-简版
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机器人学 A Basic Introduction to Robotics
战 强
北京航空航天大学机器人研究所
课 程 简 介
课程的目 的与地位
本课程为机械电子工程专业、机械设计及理论专业硕士研究 生的专业必修课。通过本课程的学习，学生可以了解机器人 的发展状况和基本概念，掌握机器人位姿的数学描述、坐标 变换、运动学建模、正运动学方程、逆运动学求解、静力学 分析、动力学建模与分析、机器人运动控制的基本原理，为 深入研究机器人的运动学和动力学控制打下基础。 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 考试 １、 吴瑞祥，机器人技术与应用， 北京航空航天大学出版社 ２、 吴广玉等，机器人工程导论，哈尔滨工大出版社 ３、 熊有伦，机器人学， 机械工业出版社 机器人概论 机器人的位姿描述与坐标变换 机器人运动学 机器人静力学 机器人动力学 机器人运动控制 3 学时 5 学时 12 学时 4 学时 4 学时 4 学时
05年北京理工大学的人形机器人
“汇童”仿人机器人表演刀术
本田的人形机器人
索尼的人形机器人
索尼的机器狗
日本模仿播音员讲话机器人
日本的打高尔夫机器人
日本的打鼓机器人
4 机器人学的研究方向
4-1 机器人学是个多学科交叉的学科
包括机械学、生物学、计算机科学与工程、控制论与控制工程
学、电子工程学、人工智能、人类学、社会学等。
★近代，机器人的定义不再是引人关注的问题，随着机器人的 种类地扩大，机器人的定义开始泛化。自动机械（Automaton）： 一个最简单的现代定义
2、机器人发展简史
我国关于机器人的传说历史悠久：
◆《列子.汤问》记载着这么一个故
事，公元前900多年西周周穆王时， 巧匠偃师制作了一个 “能唱歌、跳 舞，像真人一样 ”的人偶； 三国诸葛亮制作的木牛流马。
月球探测机器人Apollo15
3-1-4 飞行机器人：主要用于空中观测、监测、预警等
旋翼飞行机器人
固定翼飞行机器人
仿生昆虫机器人
பைடு நூலகம்
03年日本精工爱普生公司的微型飞行机器人 共轴反桨，重8.9克，室内飞行高度1米， 桨直径13厘米， 13克升力。
死神
3-2 陆地机器人简介
3-2-1 工业机器人：主要用于汽车等自动化生产线
Karel Capek (1890—1938)
★为了防止机器人伤害人类，科幻作 家阿西莫夫 (Asimov)于1940年发表的 作品《Runaround》提出了机器人的伦 理性纲领— “机器人三原则”：
1)、机器人不应伤害人类； 2)、机器人应遵守人类的命令，与1)违背的命令除外； 3)、机器人应能保护自己，与1)、2)相抵触者除外。 Isaac Asimov (1920-1992)
4-2 主要研究方向：
机构设计：双足机构、轮式行走机构、机械臂机构、灵巧手机构等； 传感技术：超声、红外、光纤、微波、结构光、电磁、视觉等； 控制：基本的电机控制、运动学动力学控制、智能控制、模糊控制等。
………
5 结束语
A Long Way to Go! Thanks
1768~1772年瑞士钟表匠德罗斯 (Jaquet Droz)父子制造的写字偶人、绘图偶人 、弹 琴偶人，赢得了世界声誉。
◆1961年美国的Unimate公司生产了 第一台商用工业机器人
美国推动了机器人技术的发展和应用
日本在机器人的产业化方面处于世界前列
目前形成了ABB、KUKA、FANUC等多个大型的机器人公司
课程主要章 节学时分配
考核方式 主要参考书
第一章 机器人概论
机器人学研究的是如何综合运用机械、传感器、驱动器和计 算机来实现人类某些方面的功能—John J. Craig
1、机器人（ROBOT）的定义 ★Robot来源于捷克作家Karel Capek 1920 年的剧本《罗沙姆的万能机器人公司》， Capek把捷克语“Robota（奴隶）”写成 了“Robot”，该剧描写了Robot从只会劳 动没有思维的奴隶发展到消灭人类，后又 进化为人类的社会悲剧。
国际空间站移动服务系统(MSS)
日本飞行机器人ET-VII
3-1-2 舱内机器人：主要用于舱内实验载荷的维修、照料等
美国的舱内服务机器人IVA 及其工作舱
德国ROTEX机器人系统
CIROS更换电路板
CIROS维修卫星
德国空间局CIROS 双臂手机器人系统
3-1-3 星球探测机器人：主要用于星球表面的探测、系统的搭建等
焊接、装配
3-2-2 移动机器人
蛇型机器人
3-3 水下机器人简介：主要用于水下观测和探测等
沈阳自动化所的6000米水下机器人
北航机器鱼
3-4 医疗康复机器人简介
“Da Vinci S” 机器人手术系统组成
成像系统
床旁器械臂系统
外科医生控制台
3-5 娱乐机器人简介
“汇童”仿人机器人表演太极拳
3、国内外机器人的分类与发展概况
太空 Space 空间 Air 地面 Ground
水下 Underwater
3-1 太空(SPACE)机器人简介
3-1-1 舱外机器人：主要用于舱外维修、飞船对接、卫星捕获等
空间站遥控机械臂系统(SSRMS) 17.6m,重936kg，负载19500kg
专用机械手(SPDM)臂长2m,有7个自由度
战 强
北京航空航天大学机器人研究所
课 程 简 介
课程的目 的与地位
本课程为机械电子工程专业、机械设计及理论专业硕士研究 生的专业必修课。通过本课程的学习，学生可以了解机器人 的发展状况和基本概念，掌握机器人位姿的数学描述、坐标 变换、运动学建模、正运动学方程、逆运动学求解、静力学 分析、动力学建模与分析、机器人运动控制的基本原理，为 深入研究机器人的运动学和动力学控制打下基础。 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 考试 １、 吴瑞祥，机器人技术与应用， 北京航空航天大学出版社 ２、 吴广玉等，机器人工程导论，哈尔滨工大出版社 ３、 熊有伦，机器人学， 机械工业出版社 机器人概论 机器人的位姿描述与坐标变换 机器人运动学 机器人静力学 机器人动力学 机器人运动控制 3 学时 5 学时 12 学时 4 学时 4 学时 4 学时
05年北京理工大学的人形机器人
“汇童”仿人机器人表演刀术
本田的人形机器人
索尼的人形机器人
索尼的机器狗
日本模仿播音员讲话机器人
日本的打高尔夫机器人
日本的打鼓机器人
4 机器人学的研究方向
4-1 机器人学是个多学科交叉的学科
包括机械学、生物学、计算机科学与工程、控制论与控制工程
学、电子工程学、人工智能、人类学、社会学等。
★近代，机器人的定义不再是引人关注的问题，随着机器人的 种类地扩大，机器人的定义开始泛化。自动机械（Automaton）： 一个最简单的现代定义
2、机器人发展简史
我国关于机器人的传说历史悠久：
◆《列子.汤问》记载着这么一个故
事，公元前900多年西周周穆王时， 巧匠偃师制作了一个 “能唱歌、跳 舞，像真人一样 ”的人偶； 三国诸葛亮制作的木牛流马。
月球探测机器人Apollo15
3-1-4 飞行机器人：主要用于空中观测、监测、预警等
旋翼飞行机器人
固定翼飞行机器人
仿生昆虫机器人
பைடு நூலகம்
03年日本精工爱普生公司的微型飞行机器人 共轴反桨，重8.9克，室内飞行高度1米， 桨直径13厘米， 13克升力。
死神
3-2 陆地机器人简介
3-2-1 工业机器人：主要用于汽车等自动化生产线
Karel Capek (1890—1938)
★为了防止机器人伤害人类，科幻作 家阿西莫夫 (Asimov)于1940年发表的 作品《Runaround》提出了机器人的伦 理性纲领— “机器人三原则”：
1)、机器人不应伤害人类； 2)、机器人应遵守人类的命令，与1)违背的命令除外； 3)、机器人应能保护自己，与1)、2)相抵触者除外。 Isaac Asimov (1920-1992)
4-2 主要研究方向：
机构设计：双足机构、轮式行走机构、机械臂机构、灵巧手机构等； 传感技术：超声、红外、光纤、微波、结构光、电磁、视觉等； 控制：基本的电机控制、运动学动力学控制、智能控制、模糊控制等。
………
5 结束语
A Long Way to Go! Thanks
1768~1772年瑞士钟表匠德罗斯 (Jaquet Droz)父子制造的写字偶人、绘图偶人 、弹 琴偶人，赢得了世界声誉。
◆1961年美国的Unimate公司生产了 第一台商用工业机器人
美国推动了机器人技术的发展和应用
日本在机器人的产业化方面处于世界前列
目前形成了ABB、KUKA、FANUC等多个大型的机器人公司
课程主要章 节学时分配
考核方式 主要参考书
第一章 机器人概论
机器人学研究的是如何综合运用机械、传感器、驱动器和计 算机来实现人类某些方面的功能—John J. Craig
1、机器人（ROBOT）的定义 ★Robot来源于捷克作家Karel Capek 1920 年的剧本《罗沙姆的万能机器人公司》， Capek把捷克语“Robota（奴隶）”写成 了“Robot”，该剧描写了Robot从只会劳 动没有思维的奴隶发展到消灭人类，后又 进化为人类的社会悲剧。
国际空间站移动服务系统(MSS)
日本飞行机器人ET-VII
3-1-2 舱内机器人：主要用于舱内实验载荷的维修、照料等
美国的舱内服务机器人IVA 及其工作舱
德国ROTEX机器人系统
CIROS更换电路板
CIROS维修卫星
德国空间局CIROS 双臂手机器人系统
3-1-3 星球探测机器人：主要用于星球表面的探测、系统的搭建等
焊接、装配
3-2-2 移动机器人
蛇型机器人
3-3 水下机器人简介：主要用于水下观测和探测等
沈阳自动化所的6000米水下机器人
北航机器鱼
3-4 医疗康复机器人简介
“Da Vinci S” 机器人手术系统组成
成像系统
床旁器械臂系统
外科医生控制台
3-5 娱乐机器人简介
“汇童”仿人机器人表演太极拳
3、国内外机器人的分类与发展概况
太空 Space 空间 Air 地面 Ground
水下 Underwater
3-1 太空(SPACE)机器人简介
3-1-1 舱外机器人：主要用于舱外维修、飞船对接、卫星捕获等
空间站遥控机械臂系统(SSRMS) 17.6m,重936kg，负载19500kg
专用机械手(SPDM)臂长2m,有7个自由度