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机器人基础知识（可编辑）

机器人基础知识

第二章机器人基础知识一、机器人系统2.1.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。一般来说，机器人的控制系统内存储的信息有:?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。?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。?任务程序:使计算机能够理解其所要执行的作业任务。?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。(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;2.3机器人自由度DOFdegreeoffreedom

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。(4)按驱动方式分:?液压传动机器人:力大，性能稳定，易于控制，精度高，但要求高。?气压传动机器人:反

应快，设备少，要求低，但精度，力量和稳定性差。?电动机器人:制动简单，易于控制，但体积大，精度一般。?机械传动机器人:是一种操作机械手，由普通电机驱动，通过机械传动实现机械手的各种动作。结构简单，传动可靠，节拍快，动力与控制简单。?可见其控制部分主要由两部分组成:1.以知识为

2(信号识别与处理系统?智能机器人已在自主系统和柔基础的知识决策系统

性加工系统中得到应用自主机器人可以设定自己的目标，规划并执行自己的动作，使自己不断适应环境的变化。(如火星探险)柔性加工系统由机器人工段(roboticworkcell)或柔性工段(flexibleworkcell)组成。每个机器人工段都自动地完成一系列操作，装卸运输或加工等任务。多个机器人工段连起来就构成一个柔性加工系统。(flexiblesystem)6按用途分:?工业式产业机器人:工农业生产的过程中?探索机器人:太空、海洋、地下等?服务机器人:医疗、引导、家庭料理?军事机器人:空中、海洋、地下、进攻、防御7按移动性分:?固定式机器人:?移动式机器人:(轮、履带、步行、单、双、四、六、八足等)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。二、机器人位置与姿态的表示:对机器人的位移、速度、加速度及运动学问题，要有一种数学描述方法。这种描述方法不是唯一的，不同的人可以采用不同的方法。我们将采用齐次坐标变换矩阵法来描述机器人的运动学与动力学问题。齐次坐标变换能表达机器人的运动学，动力

学问题，而且能表达机器人控制算法，计算机图形学等问题。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。设置一个直角坐标系B与此刚体固接。用B的三个单位主矢量相对于参考坐标系A的方向余弦

×3矩阵，来表示刚体B相对于A的方位。如果B相对于A组成的3

的x，y，z分别旋转θ角时，其旋转矩阵分别为:(令cθ,cosθ，sθ,sinθ)只表示位置时，,I(单位矩阵)只表示方位时，,02(旋转坐标变换设B与A有共同的原点，但方位不同。可用描述B相对A的方位。他们的关系是:?显然，齐次坐标:(0,0,0，1T表示坐标轴的原点;(0,0,0