上海交通大学通识教育核心课程 环球科学 《科学美国人) 207. Resear tute of Robotics oLab 机器人与脑(2) NGHAI JIAO TONG UNIVERSI A。nn自 曹其新、栾楠 通 http://robolab.situ.edu.cn/home/zh-hans/node/117 上海交通大学机器人研究所
Research Institute of Robotics RoboLab 机器人与脑(2) 上海交通大学通识教育核心课程 曹其新、栾楠 http://robolab.sjtu.edu.cn/home/zh-hans/node/117 上海交通大学机器人研究所
08 4机器人学基础 http://robolab.sjtu.edu.cn 1.机器人的构成 2.机器人的机构 3.机器人的传感器 4.机器人的控制器 5.机器人的程序 6.小结 习题 2 RIR.SJTU
1. 机器人的构成 2. 机器人的机构 3. 机器人的传感器 4. 机器人的控制器 5. 机器人的程序 6. 小结 习题 2 http://robolab.sjtu.edu.cn RIR.SJTU 4 机器人学基础
4.0机器人的构成 http://robolab.sjtu.edu.cn ·机器人是模仿人或者其他生物制造出来的自动化机 ·不仅是外形上的模仿,主要是指原理上的模仿 ·人体可以抽象为三种要素:感知器、控制器和执行器 >感知器对应着我们的感觉器官,感受着外部和内部的信息,比 如光、声音、温度、位置、疼痛、平衡等; >控制器对应着我们的大脑和小脑,控制身体的动作,进行思考 和决策; >执行器对应着我们的肌体,实现身体的动作等。 3 RIR.SJTU
4.1 机器人的构成 3 http://robolab.sjtu.edu.cn RIR.SJTU • 机器人是模仿人或者其他生物制造出来的自动化机 • 不仅是外形上的模仿,主要是指原理上的模仿 • 人体可以抽象为三种要素:感知器、控制器和执行器 感知器对应着我们的感觉器官,感受着外部和内部的信息,比 如光、声音、温度、位置、疼痛、平衡等; 控制器对应着我们的大脑和小脑,控制身体的动作,进行思考 和决策; 执行器对应着我们的肌体,实现身体的动作等
08 4.1机器人的构成 http://robolab.sjtu.edu.cn 感知器、控制器和执行器 RIR.SJTU
4.1 机器人的构成 4 http://robolab.sjtu.edu.cn RIR.SJTU 感知器、控制器和执行器
4.0 机器人的构成 http://robolab.sjtu.edu.cn 机器人也是由这三部分要素构成的,机器人的各个 “器官”,有些和人体相似,有些则大大不同。 1、机器人的执行器-笨拙但有力。 例如,为了自身的移动,有些机器人也有自己的下肢, 即腿脚。 现在,双脚行走的机器人也已经研制出来,但是还很难像人类一样 自如地行走、奔跑、跳跃。本着简单实用的原则,科学家们研制出 了轮式、履带式的机器人行走机构。此外还有仿昆虫的六腿式、仿 四足动物的四腿式,而仿鱼类、鸟类、蛇类的机器人,它们的运动 方式就和我们人类完全不同了。但总的来说都不如自然生物灵活。 2、机器人的感知器灵敏多样。 机器人可以有自己的视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等,除此之 外,还可以拥有很多我们人类所不具有的感知方式,比如像蝙蝠一 样用超声波来定位,像蛇一样用红外线来定位,能感受磁场、电场、 射线等等。 3、机器人的控制器一高速、精确但呆板 在分析、推理、识别等高级智能活动方面则远远不如人脑的表现。 5 RIR.SJTU
4.1 机器人的构成 5 http://robolab.sjtu.edu.cn RIR.SJTU 机器人也是由这三部分要素构成的,机器人的各个 “器官” ,有些和人体相似,有些则大大不同。 1、机器人的执行器 --- 笨拙但有力。 例如,为了自身的移动,有些机器人也有自己的下肢,即腿脚。 现在,双脚行走的机器人也已经研制出来,但是还很难像人类一样 自如地行走、奔跑、跳跃。本着简单实用的原则,科学家们研制出 了轮式、履带式的机器人行走机构。此外还有仿昆虫的六腿式、仿 四足动物的四腿式,而仿鱼类、鸟类、蛇类的机器人,它们的运动 方式就和我们人类完全不同了。但总的来说都不如自然生物灵活。 2、机器人的感知器 --- 灵敏多样。 机器人可以有自己的视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等,除此之 外,还可以拥有很多我们人类所不具有的感知方式,比如像蝙蝠一 样用超声波来定位,像蛇一样用红外线来定位,能感受磁场、电场、 射线等等。 3、机器人的控制器 --- 高速、精确但呆板 在分析、推理、识别等高级智能活动方面则远远不如人脑的表现
0N 42 机器人的机构 http://robolab.sjtu.edu.cn 执行机构是机器人完成工作任务的机械实 体一般为“机器人本体+末端操作器” 必机器人manipulator:一般为由杆件机构 和关节机构组成的空间机构常常进一步细分为 机座腰部臂部肩和肘腕部等等 冬末端操作器end-effector: 按作业用途定 (是机器人完成特定作业的关键装置) 6 RIR.SJTU
4.2 机器人的机构 6 http://robolab.sjtu.edu.cn RIR.SJTU 执行机构是机器人完成工作任务的机械实 体一般为“机器人本体+末端操作器” 机器人manipulator: 一般为由杆件机构 和关节机构组成的空间机构常常进一步细分为 机座腰部臂部肩和肘腕部等等 末端操作器end-effector :按作业用途定 (是机器人完成特定作业的关键装置)
08 42机器人的机袍 http://robolab.sjtu.edu.cn 7 RIR.SJTU
4.2 机器人的机构 7 http://robolab.sjtu.edu.cn RIR.SJTU
42 机器人的机构 机器人的自由度 必和人体一样,机器人机构各部件之间的连接也称为关节, 通过关节各部件连成一体,彼此又可以做相对运动。其 中以转动方式相联的关节称为转动关节,以移动方式相 联的关节称为移动关节。机器人机构能独立运动的关节 (包括转动和移动)的数目,就称为机器人机构的运动自 由度,英文缩写DOF(Degree of Freedom)
机器人的自由度 和人体一样,机器人机构各部件之间的连接也称为关节, 通过关节各部件连成一体,彼此又可以做相对运动。其 中以转动方式相联的关节称为转动关节,以移动方式相 联的关节称为移动关节。机器人机构能独立运动的关节 (包括转动和移动)的数目,就称为机器人机构的运动自 由度,英文缩写DOF(Degree of Freedom)。 4.2 机器人的机构
4.2 机器人的机构 很多机器人是为了实现人体的动作功 能来设计制造的,因此机构上和人体结构 有相似之处。而人体是非常复杂的,有 206块大小、形状各异的骨头,总共有几 百个运动自由度。例如:人的手臂从肩部 到手指共有27个自由度,其中20个自由 度集中在手上,因而人手十分灵巧。众多 的肌肉支持着人体的各种运动,人的腿脚 上有62对肌肉,颈部有15条肌肉,胸部 有52条肌肉,背脊上有112条肌肉...。 要用机械来模拟人体复杂的运动系统, 其技术难度可想而知,其结构定然是既复 杂又庞大。 问题:我们是否需要机器人完全像人一样 有那么多的自由度? 5E5,71,78它球2E国
很多机器人是为了实现人体的动作功 能来设计制造的,因此机构上和人体结构 有相似之处。而人体是非常复杂的,有 206块大小、形状各异的骨头,总共有几 百个运动自由度。例如:人的手臂从肩部 到手指共有27个自由度,其中20个自由 度集中在手上,因而人手十分灵巧。众多 的肌肉支持着人体的各种运动,人的腿脚 上有62对肌肉,颈部有15条肌肉,胸部 有52条肌肉,背脊上有112条肌肉……。 要用机械来模拟人体复杂的运动系统, 其技术难度可想而知,其结构定然是既复 杂又庞大。 问题:我们是否需要机器人完全像人一样 有那么多的自由度? 4.2 机器人的机构
42机器人的机神 机器人的自由度 确定点在空间位置一三个坐标。 确定刚体(三维物体,不是一个点)在空 间位置一六个坐标(三个确定空间位置,三个 确定空间姿态)。 需要六个自由度才能将物体放到空间任意 指定位姿(即位置和姿态) 少于六个自由度,机器人的能力将受到相 应限制(自由度越少,限制越多)
机器人的自由度 确定点在空间位置—三个坐标。 确定刚体(三维物体,不是一个点)在空 间位置—六个坐标(三个确定空间位置,三个 确定空间姿态)。 需要六个自由度才能将物体放到空间任意 指定位姿(即位置和姿态)。 少于六个自由度,机器人的能力将受到相 应限制(自由度越少,限制越多)。 4.2 机器人的机构