机器人课件Word文档下载推荐.docx

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达·

芬奇　　设计了一种发条骑士，试图让它能够坐直身子、挥动手臂以及移动头部和下巴。

这个机器人是否曾被造出来并不能确定，但根据其设计或许能够造出第一个人形机器人。

　　1966年，斯坦福大学人工智能研究中心开始了谢克机器人的研发工作，这是第一台移动机器人，它被赋予了有限的观察和环境建模能力，控制它的计算机要填满整个房间。

　　1997年，小个头的“旅居者”探测器开　　始了自己的火星科研任务，它的最高行走时速为英里，这台机器人探索了自己着陆点附近的区域，并在之后三个月中拍摄了550张照片。

　　　　　　　　　　2000年，本田汽车公司出品的人形机器人阿西莫走上了舞台，它身高米，能够以接近人类的姿态走路和奔跑。

　　　　　　　　做一做：

　　你希望自己拥有什么样的机器人呢？

完成你的愿望！

发挥你的想象，写出你希望拥有机器人的名字机器功能，完成下表。

　　机器人名字　　机器人功能　　　　

　　　　　　　　前沿快车：

　　机器人来了！

这不是入侵而是变革，这些机器　　人很快就会成为我们生活的一部分。

我们已经窥探了未来，这便是未来，让我们一起来了解认识最好的仿人机器人吧！

　　　　有一个新品种正在世界各地不断进化中，这个品种是外形与我们相似的物体组成，但它们的身体却非血肉，它们的身体是金属、发动机和硅树脂组成。

很快，他们便会在我们身边开始生活。

这正是一个令人着迷的机器人技术研究方向所得出的结果——仿人机器人！

　　他们其中有一个看起来　　十分可爱，像小孩一般，它的名字叫做儿童机器人，是在热那亚的意大利科学技术研究院发明的。

现在应用于全球超过20家科研机构内。

　　　　　　儿童机器人被作为教育平台应用于仿人机器人的开发，从工程设计到行为举止，几个方面的研究都得益于其多重视别力及学习能力，儿童机器人能和人类互动，响应语音指令并识别出不同的物体。

　　　　儿童机器人是一个完整的平台，有可用于观看和感受的传感器，所以当他们和周围环境交互时能感受到触摸和力量。

手经过了精妙的　　设计，这就意味着手有着很多关节可以移动去探索周遭的环境。

　　　　　　儿童机器人身上的结合传感器和精妙的活动能力能够形成智能行为。

这些智能行为让机器人能够对物体做出反应，例如跟人类进行互动、自动学习周遭的环境等　　思考：

为什么这个机器人的外形要塑造成三四岁的样子呢？

　　　　　　这是有很重要的原因，这是能够让科学家在其学习方面的问题进行研究时，与其建立一个已经知道该怎么行动的机器人，不如建造出能和周遭环境进行互动的机器人。

　　　　让仿人机器人更像人类，这是一个复杂任务，需要工程学、机械学和认知研究的完美平衡。

　　　　人类一直都对于创造出人造生物作为工作伙伴和进行社交互动这个概念十分着迷。

儿童机器人为在未来分享我们日常生活空间的机器人打下基础。

为此，他们不仅仅要长得像我们，也要以安全的方式和我们进行互动。

我们需要可信任的机器人——上半身仿人机器人。

　　　　他可以创造出一个能在共享空间内与人类互动的机器，这样我　　　　　　们就不会发生冲突或误解。

　　　　机器人并非单单依靠许多的传感器来形成一个反应，更多的是依靠一个模拟我们大脑思维和运作模式的更为复杂的系统。

　　　　　　　　　　　　第二单元机器人大家庭　　同学们，我们前面简单介绍了一下机器人的前世今生，那么这　　单元我们继续来走进机器人大家庭。

在机器人大家庭里，主要分为两类机器人：

工业机器人和服务机器人。

这两类机器人又是怎样服务于人类的呢？

让我们一起来看看。

　　　　工业机器人　　工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自度的机　　器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

如图，是一个焊接机器人。

　　　　　　　　　　服务机器人　　服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，可以分为专业领域　　服务机器人和个人/家庭服务机器人，服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。

随着人们对生活质量的不断提高，服务机器人愈加成为我们生活中不可缺少的好帮手、　　好伙伴。

　　为了更好的和人进行互动，机器人必须安全、坚定和美观。

就在几十年前，机器人这个词是源于捷克语中“苦工”一词。

传统上是指工厂内为工业生产所采用的巨臂型机器。

现在这个曾经是贬义的词语，如今却代表着更多的像服务机器人这样的机器，　　但是我们让这些机器人安全的融入我们的世界之前还需要克服很多的困难。

而这些困难并非都是技术方面的。

　　　　　　有人说：

阿西莫夫著名的机器人三大定律与在人们身边的真实世界环境下投放一个机器人所碰到的问题相比根本不算什么。

因为很多地区要求当人们出现在机器人身边时要完全停止行动，但服务机器人的目的正是要面向人们，和人们互动并试着按原本设定那样去帮助他们。

　　上图这个被叫做“雷姆”的机器人是用来作为博物馆、购物商场和另外一些公众场所的向导。

它能通过其触摸屏为人们提供信息和进　　行导航，能过理解指令并用语音回答询问者。

这些工作都需要软件和硬件的完美结合。

　　　　　　　　　　在科幻小说领域，机器人三定律是科幻小说家艾萨克·

阿西莫夫在他的大量机器人相关作品中为机器人设定的行为准则:

第一定律机器人不得伤害人，或任人受到伤害而无所作为；

第二定律机器人应服从人的一切命令，但命令与第一定律相抵触时例外；

第三定律机器人必须保护自己的存在，但不得与第一、第二定律相抵触。

那么什么是机器人三大定律呢？

　　　　下图是一个清扫机器人，他可以自动探测垃圾，测试房间大小，不会　　放过任何一个角落，不会卡在某个角落里不出来，有自救解围系统。

他还配有超级活性炭，在清扫过程中能顺便净化空气。

　　　　　　科幻电影中的机器人有着酷炫的外形和强大的本领，它们也因　　此而赫赫有名。

他们大多只是虚构出来的，而现实生活中却真实存在一些默默无闻的机器人，它们安静的在我们身边工作，如楼道自动感应灯、自动感应水龙头等。

可见，机器人的外形可以是千差万别的，并不是非要像人形。

　　　　　　思考：

机器人与普通的机器有什么区别？

　　机器人与普通机器的不同之处在于：

机器人是自动化、智能化的机器，它们具备一些与人相似的能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力。

　　　　　　　　　　机器人的广泛应用　　随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断的向人类活动的各个领域渗透。

结合这些领域的应用特点，人们开发了各式各样的机器人，如工业机器人、服务机器人、水下机　　器人、娱乐机器人、农业机器人、军用机器人、太　　空机器人、教育机器人等。

　　　　猜一猜，下面是双胞胎还是模仿秀呢？

　　　　　　　　第三单元机器人的组成及工作原理　　同学们，前面我们已经进入机器人大家庭，认识了许多各式各样的机器人。

但这些机器人都是怎么组成？

怎么工作的呢？

是不是像电影中那样酷炫百变呢？

让我们进一步认识一下真实的机器人。

　　　　机器人有哪些部分组成？

　　机器人系统的结构机器人的机械结构部分、传感器组、控制部分及信息处理部分组成。

机器人的外貌有的像人，有的却并不具有人的模样，但其组成与人很相似。

机构部分包括机械手和移动机构，机械手相当于人手一样，可完成各种工作；

移动机构相当于人的脚，机器人靠它来\走路\。

感知机器人自身或外部环境变化信息的传感器是它的感觉器官，相当于人的眼、耳、皮肤等，它包括内传感器和外传感器。

电脑是机器人的　　指挥中心，相当于人脑或中枢神经，它能控制机器人各部位协调动　　　　　　作；

信息处理装置，是人与机器人沟通的工具，可根据外界的环境变化、灵活变更机器人的动作。

　　机器人运动机构　　机器人的运动机构就像是人类的手脚一样，不一样的是它们中有些机器人的脚是轮子或履带等代替，如图为机器人乐队。

　　　　　　当我们见到某人时，我们会用握手的方式来打招呼，这也是人们愿意在机器人身上运用的人类互动基本形式。

但机械手臂和手通常是僵硬的机械零件所组成的。

　　　　　　　　　　传统机器人一般都具有非常僵硬的关节和手臂，很有可能会给人类造成危险。

而人类则不同，虽然我门具有着坚硬的骨骼，但肌肉却非常柔软，肌肉可以像弹簧一样移动。

他们不仅仅是驱动金属的　　变速箱，这就促使科学家们想出了一个全新的人造肢体设计模型，其　　灵感就是直接人体。

　　　　这个机器人虽然像人类，但是没有皮肤而且仅仅只有一只大眼，它主要精妙的模拟了人类的骨骼结构，他甚至需要放松后背。

　　　　　　　　　　他是迄今为止最为逼真的骨骼，甚至关节盘之间有胶状软垫的水平，这正是骨骼活动的关键所在。

　　　　　　机器人在人类骨骼上有很多值得借鉴的地方，特别是手臂和手，这是仿人机器人身上最复杂的零件之一，也是跟人类接触最频繁的部位　　　　　　　　如下图，为便携式履带机器人，具有良好的机动性，在越障、跨沟、攀爬等方面具有明显优势。

　　　　　　思考：

双足机器人行走过程中怎么样保持平衡呢？

　　重心是双足机器人直立行走的重点问题，主要在于保持重心平衡。

机器人行走的过程中，能让重心可以在安全范围内变化，使机器人可以保持平衡，稳步前进。

　　　　　　　　有时候对于人类来说这很简单，但是对机器人却并非如此。

建造一个能行走的机器人的最大挑战就在于如何保持平衡。

因为仅仅用两腿来保持平衡要比类似四肢着地要困难的多　　我们平常玩的不倒翁为什么总是直立的，这和重心有什么关系呢？

原来，它的重心比较低。

当你将它倾斜以后，它的重力与它的着地点之间就产生了一个力矩，于这个力矩的作用，使不倒翁要恢复原来的状态，所以不倒翁就不停地摇摆起来，就是不会倒下去。

所以，重心一低，稳度也就大大地提高了。

想一想：

物体的重心怎么找　　　　对于质地均匀、外形规则的物体，其重心位于它的几何中心上。

但对于形状不规则的物体怎么办呢？

我们可以用悬挂法。

来确定物体重心。

如图，物体的重心就在C点上。

　　温馨提示：

从单位符合可以看出重力和质量是两个不同的概念，他们之间的关系服从公式：

G=m*g，通常我们所说的重量是指物体的质量。

　　机器人在人类骨骼上有很多值得借鉴的地方，特别是手臂和手，这是仿人机器人身上最复杂的零件之一，也是跟人类接触最频繁的部位。

在德国航空航天中心开发出来了一种机器人手臂在重量和大小尺寸方面和人类相似，即使其峰能消耗也跟人类手臂近似。

这种机器人　　　　手部甚至有19自度。

：

什么是自度？

机器人的自度自度是机器人的一个重要技术指标，它是机器人的结构决定的，并直接影响到机器人的机动性。

1.刚体的自度物体上任何一点都与坐标轴的正交集合有关。

物体能够对坐标系进行独立运动的数目称为自度。

　　机器人机械手的手臂一般具有三个自度，其他的自度数为末端执行装置所具有。

　　　　　　机器人自度举例　　当要求某一机器人钻孔时，其钻头必须转动。

不过，这一转动总是外部的马达带动的。

因此，不把它看做机器人的一个自度。

这同样适用于机器人的机械手。

机械手的夹手应能开闭。

不过，也不能把夹手的这个开闭所用的自度当做机器人的自度之一，因为这个自度只对夹手的操作起作用，这一点是很重要的，必须记住。

　　　　　　　　实验：

　　在我们日常生活和工业生产过程中，很多地方需要搬运并码垛好一些货物，对于这种重复度高，又繁重的动作，我们需要码垛机器人来帮忙。

如图在物流行业中，码垛机器人在工作。

但码垛机器人需要克服多大的力才能把货物抓起来呢？

让我们做个简单的实验来认识一下什么叫重力。

　　　　实验器材：

　　支架，钩码，弹簧测力计。

实验步骤：

1、检查弹簧测力计　　2、把钩码逐个悬挂在弹簧测力计上，并记录每一次的读数；

3、整理器材，把器材放回原位；

　　4、根据记录的数据做出质量与重力的关系图像；

　　从质量与重力的关系图像中我们能否得出重力与质量成正比呢？

　　　　　　第四单元机器人传动机构　　机器人的传动机构是工业机器人的核心所在。

用户要求机器人速　　度高、加速度特性好、运动平稳、精度高、承载能力大。

这在很大程度上决定于传动部件设计的合理性和优劣。

这单元我们一起来认识一下机器人的传动机构。

　　机器人中常用的传动机构　　在工业机器人中，常用的传动机构主要有：

齿轮传动、涡轮蜗杆传动、带传动、链传动、连杆传动等。

　　平常我们常见的是直齿轮传动，直齿轮传动的旋转轴是平行的。

还有一种圆锥齿轮传动可以实现传动轴相互垂直的传动。

如图：

　　　　　　　　涡轮蜗杆如图所示，其中轮状零件叫蜗轮，虽然看起来像齿轮，但是其齿形跟齿轮是不一样的，杆状的零件叫蜗杆。

这种传动的特点是能够获得很大的减速比，即蜗杆旋转很多圈才能带动蜗轮旋转一圈。

并且只能单向传动，即运动只能蜗杆传递到蜗轮而不能反过来，这种单向传动的特性一般也称为自锁，即当外力想驱使蜗轮转动时，会被蜗杆锁住而无法转动。

　　　　带传动主要分两类，一类是靠带和带轮之间的摩擦力传动的，比如平带传动，V带传动等，于主要是靠摩擦力带动，所以载荷较大时可能会打滑。

还有一种同步带，带轮和带上都有齿，通过齿啮合消除打滑的存在，可以实现较高精度的传动。

　　　　V带传动　　　　同步带　　　　　　想一想：

我们日常生活中都在什么地方见到过带传动装置？

　　链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。

这是我们最常见的一种传动装置，自行车、大型挖掘机，甚至坦克都少不了这种传动方式。

　　连杆传动利用连杆可以将旋转运动转化为直线运动，往复运动，指定轨迹运动，甚至还可以指定经过轨迹上某点时的速度，连杆传动需要非常巧妙的设计。

如图为一个二连杆传动装置。

　　　　　　　　前沿快车　　仿人机器人需要达到手工灵巧的熟练程度，为此在不莱梅的德国人工智能研究中心开发了一种叫“艾拉”的服务机器人。

它能够穿着外甲的工程师从远处操控，因此很适合在艰苦和高强度的环境下工作，比如太空，适用于人类难以开展的工作或太危险的环境。

它的手不仅灵巧而且精准度高。

　　在工业生产中，机器人常代替人类完成材料或零件的搬运、加工、装配等操作，这些操作很多都要用到机器人的传动系统。

相信很多同学和父母都去过大商场购物，当人们逛累的时候还要上下楼，这时候自动扶梯就帮了很大忙，自动扶梯是匀速运动的，下面让我们做一个简单的自动扶梯，来感受一下机械的魅力。

　　实验器材：

　　小车，细绳，钩码，一端附有定滑轮的长木板，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，米尺。

　　1、把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，　　　　　　把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路，如图所示；

　　　　2、把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，试放手后，小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面；

3、把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带，换上新纸带，重复实验三次；

　　4、选择一条比较理想的纸带，舍掉开头的比较密集的点子，确定好计数始点0，标明计数点，正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离，用逐差法求出加速度值，最后求其平均值。

也可求出各计数点对应的速度，作v-t图线，求得直线的斜率即为物体运动的加速度。

　　　　　　　　科学家在大自然、生物学和工程学之中寻找三者的交集点。

从植物、动物和昆虫中获得灵感，打造出一类心的高效多能机器人系统。

用机器人来建造生命可成为科学发现方面的绝佳工具，机器人建造可从大自然动学到很多东西，比如成群移动系统，它能够让开发方向转向更为灵活和更具适应性的机器人系统。

让我们来认识一下世界最好的仿生机器人吧！

　　人类一直在大自然中寻找解决复杂问题的方法，从生物系统经过物竞天择的千锤百炼所得出的绝佳解决方案中寻找线索。

这个过程则称之为仿生学。

曾被用于开发创造几项关键的科技，比如飞行。

这并不是要复制大自然的特性，而是要重现其内在一些运作和机械的原理来建造新的一类人造系统——仿生机器人！