机器人技术概论讲义.doc

《机器人技术概论》讲义 一、机器人概论 1. 机器人定义 机器人是一种能够自主或在人类控制下执行复杂任务的机械设备。它通常包含传感器、控制器、执行机构和一套程序，能够感知环境、做出决策并采取行动。根据不同的应用场景，机器人可以是物理实体，也可以是虚拟存在的智能系统。 2. 机器人的发展历程 机器人技术的发展可以分为三个阶段： - 第一阶段：自动化设备阶段，主要以简单的机械臂为主，用于重复性作业。 - 第二阶段：计算机控制的机器人，引入了更复杂的控制系统和编程能力。 - 第三阶段：智能化机器人，具备学习、适应和与环境交互的能力，如人工智能机器人。 3. 发展机器人的原因 - 提高生产效率：机器人可以在高强度、高精度的工作环境中替代人力，提高生产力。 - 安全性：在危险环境（如核能、化工、深海探索）中，机器人可以保护人类免受伤害。 - 服务领域拓展：随着技术进步，机器人在医疗、教育、家庭服务等领域有广泛的应用前景。 二、机器人的数学基础 1. 位置和姿态的表示 在机器人学中，位置和姿态是描述机器人关节或末端执行器在空间中的状态。通常使用笛卡尔坐标系或极坐标系来表达，有时也会使用球坐标系或柱坐标系。 2. 坐标变换 坐标变换是机器人学中的关键概念，用于将一个坐标系中的坐标转换到另一个坐标系。这对于描述机器人在不同参考框架下的运动至关重要。 3. 齐次变换 齐次变换是一种矩阵表示方法，结合了平移和旋转，简化了坐标变换的计算。它是机器人学中描述位置和姿态变换的标准工具。 三、机器人运动学 1. 机器人运动方程的表示 机器人运动学研究的是机器人各关节运动如何影响其末端执行器的位置和姿态。通过动力学方程，可以分析机器人的动态行为。 2. 连杆变换矩阵及其乘积 连杆变换矩阵描述了机器人关节运动如何转化为末端执行器的运动。通过连杆变换矩阵的乘积，可以得到从基坐标到末端执行器坐标的全局变换。 四、后续章节 机器人技术还包括动力学、控制策略、传感器技术、路径规划等多个方面。深入理解这些内容，有助于设计、开发和优化具有智能和自主性的机器人系统。 总结：机器人技术是多学科交叉的领域，涵盖了机械工程、电子工程、计算机科学和人工智能等多个方面。从基本的机器人定义、发展历程，到数学基础和运动学原理，每个环节都对机器人的功能和性能起着至关重要的作用。随着技术的不断进步，机器人将在更多领域发挥重要作用，改变我们的生活和工作方式。