机器人工程导论课件
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目录
第一章
机器人工程概述
第二章
机器人基本结构
第四章
机器人运动学
第三章
机器人编程基础
第六章
机器人工程实践
第五章
机器人感知与决策
机器人工程概述
第一章
机器人工程定义
机器人工程是一门跨学科领域，涉及机械、电子、计算机科学等多个学科，旨在设计和制造机器人。
机器人工程的学科范畴
机器人工程的应用广泛，包括工业自动化、医疗辅助、探索太空、家庭服务等多个领域。
机器人工程的应用领域
该领域致力于开发能够执行复杂任务的自动化系统，以提高生产效率和生活质量。
机器人工程的核心目标
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发展历程
早期机器人原型
协作机器人的发展
服务机器人的普及
人工智能的兴起
从19世纪末的自动机械人到20世纪中叶的工业机器人，早期原型奠定了机器人工程的基础。
20世纪80年代，随着人工智能技术的发展，机器人开始具备学习和决策能力。
21世纪初，服务机器人如扫地机器人和医疗辅助机器人开始进入家庭和专业领域。
近年来，协作机器人（Cobot）的出现，使得机器人与人类工作者能够安全地共同工作。
应用领域
机器人在汽车制造、电子产品组装等领域的应用提高了生产效率和精度。
制造业自动化
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机器人技术在微创手术、远程医疗等领域为患者提供更精准、安全的医疗服务。
医疗手术辅助
家用机器人如清洁机器人、护理机器人等，正逐渐成为家庭日常生活中不可或缺的助手。
家庭服务
在极端环境下，如深海、太空或灾难现场，机器人能够执行危险任务，保障人类安全。
探索与救援
机器人基本结构
第二章
机械结构组成
机器人通过电机、液压或气动系统驱动，实现精确的运动控制和力量输出。
驱动系统
执行机构负责完成机器人的具体任务，如抓取、移动、组装等，是机器人的“手”和“脚”。
执行机构
传感器是机器人感知环境的重要组件，包括触觉、视觉、听觉等多种类型。
传感器网络
传感器与执行器
传感器收集数据后，通过控制系统传递给执行器，实现精确的运动控制和环境交互。
传感器与执行器的协同
执行器相当于机器人的“肌肉”，负责根据传感器收集的数据执行动作，如电机和液压系统。
执行器的作用
传感器是机器人感知环境的“感官”，如温度、压力、视觉和听觉传感器，它们帮助机器人获取信息。
传感器的功能与分类
控制系统
反馈机制
传感器集成
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反馈机制允许机器人根据执行动作的结果调整其行为，确保动作的准确性和适应性。
机器人通过集成各种传感器来感知环境，如视觉、触觉和听觉传感器，实现与环境的交互。
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中央处理单元（CPU）是机器人的大脑，负责处理传感器数据并作出决策，控制机器人的行动。
中央处理单元
机器人编程基础
第三章
编程语言选择
选择编程语言时需考虑其适用性，如Python因其易学易用在初学者中广受欢迎。
适用性与易用性
C++因其高性能和运行效率，常用于需要快速处理和硬件交互的机器人编程。
性能与效率
Java有着庞大的开发者社区和丰富的库资源，适合需要大量第三方支持的机器人项目。
社区支持与资源
基本编程概念
变量和数据类型
在编程中，变量是存储信息的容器，数据类型定义了变量可以存储的数据种类，如整数、浮点数等。
控制结构
控制结构决定了程序的执行流程，包括顺序执行、条件判断（if-else）和循环（for,while）。
函数和模块
函数是执行特定任务的代码块，模块是包含多个函数和变量的文件，它们可以被其他程序调用和重用。
实例演示
机器人编程语言选择
选择合适的编程语言是机器人编程的基础，如Python、C++等，它们各有优势和应用场景。
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编写简单的移动指令
通过实例演示如何编写让机器人前进、后退、左转、右转等基本移动指令，展示编程逻辑。
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传感器数据处理
介绍如何通过编程读取和处理传感器数据，例如距离传感器、温度传感器等，以实现环境感知。
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实现基本的交互功能
演示如何编写代码让机器人响应外部指令或触摸，实现与人类或其他机器人的基本交互。
机器人运动学
第四章
运动学基础理论
解释如何通过运动学方程描述机器人各关节和连杆的运动关系，以及它们如何影响机器人的整体运动。
运动学方程
区分正运动学和逆运动学的概念，阐述它们在机器人运动控制中的不同应用和计算方法。
正运动学与逆运动学
介绍机器人在运动过程中位移、速度和加速度的基本概念及其在运动学中的重要性。
位移、速度和加速度
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正运动学与逆运动学
逆运动学的应用
逆运动学用于计算机器人关节角度，以达到期望的末端执行器位置和姿态。
解决实际问题的案例
例如，工业机器人在装配线上精确抓取零件，就需要逆运动学的精确计算。
正运动学概念
正运动学关注机器人各关节角度与末端执行器位置、姿态之间的关系。
正逆