机器人学报告
课程研究项目
圆柱坐标式机器人运动学分析
学生姓名：
课程名称：机器人学
指导教师：
2017年12月
目录
1 导论 ........................................................................................................................................................... - 1 -
1.1研究背景 ........................................................................................................................................... - 1 -
1.2主要研究内容 ................................................................................................................................... - 2 -
2 圆柱坐标式机器人的位置分析................................................................................................................ -
3 -
2.1 机器人位置分析综述 ...................................................................................................................... - 3 -
2.2 建立连杆坐标系 .............................................................................................................................. - 4 -
2.3 运动学正解 ...................................................................................................................................... - 5 -
2.4 运动学反解 ...................................................................................................................................... - 6 -
2.5 工作空间求解 .................................................................................................................................. - 7 -
2.6 本章小结 .......................................................................................................................................... - 8 -
3 圆柱坐标式机器人的雅克比.................................................................................................................. - 10 -
3.1 雅克比求解综述 ............................................................................................................................ - 10 -
3.2 矢量积求解法 ................................................................................................................................ - 10 -
3.3 微分变换法 .................................................................................................................................... - 13 -
3.4 两种方法互相验证 ........................................................................................................................ - 16 -
3.5速度反解 ......................................................................................................................................... - 17 -
3.6奇异性分析 ..................................................................................................................................... - 18 -
3.7 本章小结 ........................................................................................................................................ - 18 -
4 圆柱坐标式机器人的运动仿真.............................................................................................................. - 19 -
4.1机器人运动仿真综述 ..................................................................................................................... - 19 -
4.2 三维模型的建立 ............................................................................................................................ - 19 -
4.3 Adams位置验证 ............................................................................................................................. - 21 -
4.4 Adams运动学仿真 ......................................................................................................................... - 22 -
4.5 本章小结 ........................................................................................................................................ - 24 - 5结论 .......................................................................................................................................................... - 25 - 参考文献...................................................................................................................................................... - 26 -
1 导论
1.1研究背景
机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一，人类对于机器人的研究由来已久。上世纪70年代之后，计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术迅速发展，机器人技术也随之进入高速发展阶段，成为综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。
工业机器人是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产率。机械手越来越广泛地得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统fms和柔性制造单元fmc中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。
我国工业机器人研究和应用开始于20世纪70年代。近些年来在中国制造2025的推动下，通过研制、生产、应用等多个层面的不断探索，在技术攻关和设计水平上有了长足的进步。总的来看，已经掌握了工业机器人的设计、制造、应用过程中的多项关键技术，能够生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术、运动学和轨迹规划技术等，某些关键技术已达到或接近了国际先进水平，中国工业机器人在世界工业机器人领域已占有一席之地尽管过去5年我国工业机器人销量增长迅速，但从使用密度(每万名工人拥有机器人数)和应用比例指标看，我国与国外成熟市场相比仍处于较低水平。国家统计局数据显示，2017年5月，中国工业机器人产量为10057(台/套)，同比增速达47%;今年前五个月，工业机器人产量累计达44360(台/套)，同比增长50.4%。2016年，中国工业机器人产量达7.24万台，同比增长34.3%，远高于14%的世界平均增速。
所以学习掌握并发展机器人技术是我国工业发展的一大趋势，圆柱坐标式机器人作为最早发展起来的一类机器人，有着良好的技术基础，它结构简单，应用广泛，在此作为研究对象对其运动进行分析。
图1.1 圆柱坐标式机器人
1.2主要研究内容
通过查阅国内外关于串联机器人正反解分析方法文献，通过比较分析，找到一种适合描述圆柱坐标式机器人末端姿态的欧拉角方法；建立机器人机构的连杆坐标系并列出连杆参数，利用Maple或其他数学软件减小矩阵相乘的计算量，并求解机器人机构的位置正解和求出工作空间；求解机器人机构的位置反解，深入研究位置反解的多解性与唯一性问题；基于Solidworks建立圆柱坐标式机器人的三维实体模型，并导入Adams 软件中建立其仿真模型，实现运动学仿真，从而对上述运动学分析的正确性进行验证。
图1.2 报告结构图
2 圆柱坐标式机器人的位置分析
2.1 机器人位置分析综述
机器人运动学是研究机器人学的一个重要领域，是机器人设计和控制的基础。机器人运动学的重点是研究末端的位姿和运动，其中求解机器人位置正反解是机器人设计中重要且基础的内容。运动学正解问题是根据机器人的连杆参数和各关节的转角或位移推算出机器人末端执行器的位姿；而运动学反解问题则恰好相反，是已知机器人末端位姿计算出各个关节各自的转角或位移。
机器人运动学的正解问题是，给定连杆参数和各个关节的变量，通过机器人运动方程得到机器人末端执行器的位姿，它的解是唯一的，所以正解问题求解起来相对简单。但是实际上往往需要求解机器人学的反解问题，即已知机械臂的末端位姿，求解机器人各个关节变量。而机器人逆运动学往往具有多重解，也可能不存在解，另外，对于运动学逆问题来说，仅仅用某种方法求得其解是不够的。因此，机器人逆运动学比正运动学问题复杂得多，并且随着机器人自由度的增加，对于逆运动学问题的求解越来越复杂。由于机器人逆解的准确性以及求解速度的快慢会直接影响机器人的实时控制，因此国内外研究机器人逆解的求解算法比较多。自有机器人以来,国内外的专家学者对此也进行了不断的研究,目前已经有大量专门的或者通用的位置正反解求解方法问世。
机器人运动学正解最常用的方法就是D-H矩阵法。建立各连杆D-H坐标，计算各连杆相对于前一杆的齐次变换矩阵，然后依次连乘就可得到末端执行器相对与参考坐标系的位置和姿态。
机器人运动学反解求法很多，对于不同结构机器人有不同的适用方法。但大致分为两大类：解析方法和数值方法。解析方法简单直观，运算速度快，但是只有满足以下几何条件的机器人结构其逆运动学才有解析解：即后3个关节轴相交于一点或有3个关节轴相互平行。Paul等人和Ardayfio分别给出了一些工业机器人机构的解析解，采用反变换法[1]；Doty分析了24类6自由度正交机器人结构，指出其中5类有解析解，其余各类结构是否有解析解则要进行进一步研究[2]。对于不存在解析解的机器人结构, 只能采用数值方法进行逆解. Huang 等人以雅可比矩阵为基础建立了求解关节变量的迭代算法, 该算法要进行多次矩阵求逆, 并且容易发散[3]。于是一些学者对迭代算法进行了改进:Goldenberg等人根据非线性优化的思想, 采用一种改进的牛顿法迭代算法[4]；Angeles则基于闭包方程旋转部分的不变性提出了一种迭代算法[5]；Lenaroio 采用的是共轭梯度法[5]。这些方法都是非线性优化中常用的算法, 实际应用中仍存在运算量大，收敛速度慢的缺点。数值方法基本是建立在多元变量迭代的基础上，算法的快速性和准确性很难满足实际应用的需要。为此，刘达提出一种解析与数值计算相结合的方法，解决了机器人逆运动学算法的实时性和准确性问题[6]。刘永超等人在分析以往逆解方法的基础上,提出了用遗传算法求解机器人运动学逆解的方法，给出了用于优化求解的适合度函数，并提出用二次编码法提高解的精度[7]。张伟首次实现自组织神经网络求解机器人姿态逆解，通过深入分析基于Kohonen网络原理和Widrow-Hof误差修正的M.R.S自组织神经网络及机器人运动学特性，创新了自组织神经网络训练算法并建立了一类工业机器人位姿逆解的神经网络方法[8]。
随着计算机技术的发展，如何使用计算机快速计算机器人运动学反解也是众多学者研究的方向之一。王战中等人提出了基于反变换法用MATLAB GUI编程来自动求解机器人的多组逆解，并采用最短行程的原则自动寻找机器人的最优解[9]。谢黎明等人讲ADAMS仿真软件用于机器人运动学的正反解验证，是一种具有普遍意义的手段[10]。而陈志洋直接使用ADAMS求解POWER CUBE机器人的反解，求解过程中提出了模型转化思想和驱动倒置思想[11]。丁佳洛利用一般点驱动设定机器人末端的运动轨迹,得出驱动轴的运动曲线，然后利用ADAMS/Processor对所测量得到的曲线进行拟合，从而得到运动学反解[12]。
机器人工作空间是机器人运行控制过程中的一个重要指标，是操作机构设计需要研究的基本问题之一。工作空间是机器人研究的重要内容之一，它的重要性是不言而喻的，通过工作空间的研究可以对机器人的整个系统的工作范围，可以得出操作空间中机器人能够达到的位置，即关节空间在操作空间的映射的值域，更加贴切理论与实践的距离。
文献[13]中主要描述的是三维工作空间分析方法。受限根据基座的不同控制策略，推到了基座位姿固定、自由飞行与自由漂浮三种模式的运动学方程，然后分析相应的工作空间。基座位姿固定时，采用几何
分析法；基座自由飞行时，借助虚拟机械臂分析其受限工作空间；而自由漂浮时，结合角动量守恒方程，提出计算路径相关工作空间和路径无关工作空间的分析方法。
文献[14]描述的是空间机器人工作空间求解问题。提出一种将数值仿真与图解法相结合的方法。数值仿真采用蒙特卡洛方法，同时引入碰撞检测方法和切片发，仿真的曲线通过图解法确定。该方法利用的数值仿真的方法，应用简单，使用各种机器人结构，又可以通过图解法直观准确的得到工作空间边界。
文献[15]采用蒙特克罗方法。根据机器人关节空间映射到工作空间（操作空间）的运动学映射关系得到机器人的工作空间。对于平面机构的工作空间依照按列划分的方法得到边界曲线以及对应的面积表达式。对于三维工作空间，在每层划分得到每一层边界曲线的基础上，采用包络原理得到空间曲面的形状的体积表达式。
2.2 建立连杆坐标系
首先在solidworks中作圆柱坐标式机器人的三维模型，如图1所示。
图2.1圆柱坐标式机器人的三维模型
然后按照图1所示模型位置建立坐标系，如图2所示。
图2.2各连杆坐标系
相应的连杆参数列于表1中
表1-1圆柱坐标式机器人的D-H参数
构建i αi-1a i-1d iθi变量范围
1 0°0 0 θ1（0~360°）
2 0°0 d2180°（30~270mm）
3 -90°a2（70mm）d390°（190~340mm）
4 -90°a3（68mm）0 θ4(-90°) （0~-180°）
5 90°0 d5（105mm）θ5(90°) （0~360°）
2.3运动学正解
利用连杆变换通式（2.1）：
T i i-1=
cθi-sθi
sθi cαi-1cθi cαi-1
0a i-1
-sαi-1-d i sαi-1
sθi sαi-1cθi sαi-1
00
cαi-1d i cαi-1
01
(2.1)
由上述的D-H参数表可以求得各连杆之间的变换矩阵如下所示：（1）连杆1运动坐标系与参考坐标系之间的齐次变换矩阵
T10=cθ1
sθ1
-sθ1
cθ1
1
1
(2.2)
（2）连杆2运动坐标系与连杆1运动坐标系之间的齐次变换矩阵
T21=-1
-1
1
d2
1
(2.3)
（3）连杆3运动坐标系与连杆2运动坐标系之间的齐次变换矩阵
T32=0
-1
-1
1
a2
d3
1
(2.4)
（4）连杆4运动坐标系与连杆3运动坐标系之间的齐次变换矩阵
T43=sθ4
cθ4
cθ4
-sθ4
1
a3
1
(2.5)
（5）末端执行器运动坐标系与连杆4运动坐标系之间的齐次变换矩阵
T 54= -s θ5
0s θ5
c θ5000
0-10
0?d 5
01 (2.6) 最后求出六个连杆变换之积为
T 50=T 10T 21T 32T 43T 54
(2.7)
T 50
= n x n y n z
o x
o y o z 0a x a y a z 0
p x p y
p z 1
(2.9) 矩阵中元素分别为：
n x =c θ1s θ5-s θ1c θ4s θ5 o x =s θ1c θ4c θ5 a x =s θ1s θ4
p x =-s θ1s θ4d 5-c θ1a 2+s θ1d 3 n y =c θ1c θ4s θ5+s θ1s θ5 o y =-c θ1c θ4c θ5
a y =-c θ1s θ4(2.10)
p y =c θ1s θ4d 5-s θ1a 2-c θ1d 3 n z =s θ4s θ5 o z =-s θ4c θ5 a z =c θ4
p z =-c θ4d 5-a 3+d 2
则该机械臂的运动方程为：
T 50
=T θ1 10T d 2 21T d 3 32T θ4 43T θ5 54(2.11)
2.4运动学反解
利用Paul 提出的反变换法进行求解。 首先用逆变换T -1 θ1 10
左乘运动方程2.10两边
T -1 θ1 10
T 50
=T d 2 21T d 3 32T θ4 43T θ5 5
4(2.12) 其中
T -1 θ1 1
= c θ1
-s θ100
s θ1
c θ100
0010
0001
(2.13) 可得等式右侧为
T 51
=
s θ5c θ4s θ5s θ4s θ50
0-c θ4c θ5-s θ4c θ5
0-s θ4c θ40
-a 2
s θ4d 5-d 3-c θ4d 5-a 3+d 21
(2.14)
等式左侧为
cθ1 -sθ
1 0 0sθ1
cθ1
1
1
n x
n y
n z
o x
o y
o z
a x
a y
a z
P x
P y
P z
1
=
cθ1n x+sθ1n y
-sθ1n x+cθ1n y
n z
cθ1o x+sθ1o y
-sθ1o x+cθ1o y
o z
cθ1a x+sθ1a y
-sθ1a x+cθ1a y
a z
cθ1p
x
+sθ1p
y
-sθ1p
x
+cθ1p
y
p
z
1
(2.15)
利用矩阵方程2.11两端元素对应相等进行位姿反解
（1）求解θ4
从3行3列可以看出：
cθ4=a z(2.16)则θ4可以求出为：
θ4=±arccosa z(2.17)（2）求解θ1
从1行3列可以看出：
cθ1a x+sθ1a y=0(2.18)令a x=ρsinφ,a y=ρcosφ, φ=arctan(P y
P x
)
则变为
sinθ1+φ=0(2.19)解得
θ1=π-φ或θ1=φ(2.20)但是由于d2的运动范围的限制，实际只有θ1=φ一个解。
（3）求解θ5
从1行3列可以看出：
sθ4sθ5=n z(2.21)其中θ4已经求出。
则
θ5=arcsin(n z/sθ4)(2.22)（4）求解d3
从2行4列可以看出：
sθ4d5-d3=-sθ1p
x +cθ1p
y
(2.23)
则
d3=sθ1p
x -cθ1p
y
+sθ4d5(2.24)
（5）求解d2
从3行4列可以看出：
-cθ4d5-a3+d2=p
z
(2.25)
则
d2=p
z
+cθ4d5+a3(2.26) 从机器人的结构和上述反解的过程可以看出圆柱坐标式机器人的运动反解可能存在2个解。从上面的求解过程可以看出，θ4其中存在正负号，可能得到2个解。但上面求得结果只是理论上的结果，由于每个关节工作范围的限制，机器人有可能无法达到反解的关节空间，所以机器人在轨迹规划时，应按照一定的规则进行，即如果存在多个解的情况下，一般按照最短行程规则选择一组解。
2.5工作空间求解
MATLAB中用蒙特卡洛法对机械臂的工作空间进行仿真。
matlab代码如下所示
while i< 10000
a_2 = 70;
a_3 = 68;
d_5 = 105;
q_1 = randi([-10000 10000])*pi/10000;
d_2 = randi([30 270]);
d_3 = randi([190 340]);
q_4 = randi([-5000 5000])*pi/10000;
x = -sin(q_1)*sin(q_4)*d_5-cos(q_1)*a_2+sin(q_1)*d_3;
y =cos(q_1)*sin(q_4)*d_5-sin(q_1)*a_2-cos(q_1)*d_3;
z = -cos(q_4)*a_5-cos(q_4)*a_4-a_3+d_2;
scatter3(x,y,z,3,c);
grid on;
hold on;
i=i+1;
end
c= -z*255/700;
scatter3(x,y,z,3,c);
10000个点时工作空间如下图所示
图2.3工作空间图2.4工作空间xy面图2.5工作空间yz面
40000个点工作空间如下图所示
图2.6 工作空间图2.7 工作空间xy面图2.8 工作空间yz面
可以看出圆柱坐标式机器人的工作空间为空心圆柱体。
2.6 本章小结
本章参考了大量的文献资料之后分析了圆柱坐标式机器人的位置正反解。
首先，使用Solidworks软件建立了圆柱坐标式机器人的三维实体模型，之后完成了圆柱坐标式机器人的连杆参数的确定，通过D-H法建立了连杆坐标系，再结合给出的各关节变量，求出各关节的变换矩阵来
求得运动学正解。接着就是通过反变换法，求得了运动学反解。
3 圆柱坐标式机器人的雅克比
3.1 雅克比求解综述
机器人雅可比矩阵是指从关节空间向操作空间运动速度传递的广义传动比，可用于分析机器人的运动学、动力学以及机器人的奇异性与灵活度，是描述机器人特征的重要参数之一。
机器人的运动学分析是性能分析和动力学分析的基础，所以对于一个新型机构来说，运动学分析是机构分析的前提和基础，是进行机器人机构设计的首要任务。雅可比矩阵在机器人的运动学分析中具有重要地位，机器人的分离速度控制、静力分析、灵活性和可操作度分析等都要用到机器人的雅可比矩阵。因此，机器人雅可比矩阵的准确、快速求解显得尤为重要。
目前，已有多种求解机器人雅克比矩阵的方法，其中最常用的方法有如下几种：运动学方程对时间t 求导；直接构造法，包括微分变换法和矢量积法；递推法，包括速度传播递推法和静力传播递推法；旋量理论求解法。
文献[16]利用矢量积法求得雅克比矩阵，并将其分块，得雅克比行列式为零时对应的关于关节角表达式，利用关节角表达式得其臂部内部奇异和腕部内部奇异，由关节角的极限范围得边界奇异。最后仿真得出奇异位姿所对应的关节转角及其关系式，为示教、轨迹规划及其动力学分析提供了可靠的依据。
文献[17]用微分变换法建立6R串联机器人的通用雅可比矩阵。在构建和求解其雅可比矩阵的基础上，开发一个6R串联机器人雅可比计算器。并以UP6机器人为例，通过速度仿真实现了UP6机器人数学模型和仿真模型的相互验证，为在操作空间直观地规划机器人作业路径提供了方便。
文献[18]基于旋量理论和矢量积法提出了求解雅可比矩阵的改进方法。该方法继承了旋量理论用于机器人操作的优越性，避免了采用传统D-H参数法来建立局部坐标系，简化了机器人运动学、动力学的分析方法。并针对一种三分支机器人进行了计算机仿真，结果证实了所提方法的正确性与实用性。
文献[19]采用微分变换法求得对六自由度装校机器人雅可比矩阵并对装校机器人进行了奇异性分析，为装校机器人在实际装校作业环境中的轨迹规划及实时控制提供了理论基础和重要数据。
文献[20]提出一种新型5自由度上肢康复机器人，以旋量理论为工具推导出该机器人的雅可比矩阵。并用ADAMS对该机器人进行运动学仿真分析，在给定各关节速度的条件下，确定了末端执行器速度。最后将仿真求得的末端执行器速度与通过雅可比矩阵求得的速度对比，验证了雅克比求解的正确性。
3.2矢量积求解法
雅可比矩阵将关节速度与末端笛卡尔速度联系起来，即式v
ω
=J(q)q，其中：v、ω—线速度和角速度；
q一关节速度矢量。由于速度可以看成单位时问内的微分运动，因此雅可比也可以看成关节空问的微分运动
向操作空问微分运动之问的转换矩阵，即:d
δ
=J(q)d(q)，式中：d、δ—末端的微分移动与转动；d(q)—关节
微分运动矢量。
（1）对于移动关节i，则：
v ω=
z i
q
i
J i=
z i
(3.1)
（2）对于转动关节i，则：
v ω=z i×p n0
i
z i
q
i
J i=z i×p n0
i
z i
(3.2)
p
n
i=R
i
0p
n
i
(3.3)
z i是坐标系{i}的z轴单位向量在基坐标{o}下表示
p n 0
i 表示手爪坐标系原点相对坐标系{i}的位置矢量在基坐标系中的表示
因为关节1，4，5为转动，2,3为移动 所以构造雅可比矩阵为
J(q)= z 1×p n 0
1
z 1
z 20z 30
z 4×p n 0
4
z 4
z 5×p n 0
5
z 5
(3.4) 首先求解各连杆坐标系相对于基坐标系的变换矩阵T i 0：
T 50
= n x n y n z 0o x o y o z 0a x a y a z 0p x p y p z 1
矩阵中元素分别为：
n x =c θ1s θ5-s θ1c θ4s θ5 o x =s θ1c θ4c θ5 a x =s θ1s θ4
p x =-s θ1s θ4d 5-c θ1a 2+s θ1d 3 n y =c θ1c θ4s θ5+s θ1s θ5 o y =-c θ1c θ4c θ5
a y =-c θ1s θ4
p y =c θ1s θ4d 5-s θ1a 2-c θ1d 3
n z =s θ4s θ5 o z =-s θ4c θ5 a z =c θ4
p z =-c θ4d 5-a 3+d 2 T 40
= s θ1c θ4-c θ1c θ4-s θ4
-s θ1s θ4c θ1s θ4-c θ40
c θ1s θ100
c θ1a 2+s θ1
d 3-s θ1a 2-c θ1d 3
-a 3+d 2
1
T 30=
00-10
c θ1s θ10
0s θ1-c θ100-c θ1a 2+s θ1d 3-s θ1a 2-c θ1d 3d 2
1
(3.5)
T 20
= -c θ1-s θ110s θ1
-c θ10
00
01000d 21 T 10
= c θ1s θ100-s θ1c θ10
00010
0001
然后求解末端执行器坐标系相对于各连杆坐标系之间的变换矩阵T 5i
：
T 51
= s θ5c θ4s θ5s θ4s θ5
0-c θ4c θ5-s θ4c θ5
0-s θ4c θ40
-a 2s θ4d 5-d 3
-c θ4d 5-a 3+d 2
1
T 52=
-s θ5-c θ4s θ5s θ4s θ50
0c θ4c θ5-s θ4c θ5
0s θ4c θ40
a 2
-s θ4d 5+d 3-c θ4d 5-a 31
(3.6)
T 53
= -s θ4s θ5s θ5-c θ4s θ5
s θ4c θ5c θ5c θ4c θ5
-c θ40s θ40
c θ4
d 5+a 3
0-s θ4d 51
T 54= -s θ50s θ50c θ50000
-1000-d 50
1
则可以根据式3.5可以看出坐标系{i }的z 轴单位向量在基坐标{o }下的z i ：
z 1= 001 z 2= 001 z 3= -s θ1
c θ10
z 4= c θ1s θ10 z 5= s θ1s θ4-c θ1s θ4c θ4 (3.7)
则可以根据式3.5求出坐标系{i }相对基坐标{o }的转动变换矩阵R i 0：
R 10
= c θ1s θ1
-s θ1c θ10
001
R 40
= s θ1s θ4
-c θ1s θ4
c θ4
s θ1c θ4-c θ1c θ4-s θ4
c θ1
s θ10
(3.8) R 50
= c θ1s θ5-s θ1c θ4s θ5
c θ1c θ4s θ5+s θ1s θ5
s θ4s θ5
s θ1s θ4c θ5-c θ1c θ4c θ5-s θ4c θ5s θ1s θ4-c θ1s θ4c θ4
根据式3.6可以求出末端坐标系在坐标系{i}中的位置向量：
p 1
5
= -a 2
-s θ4d 5-d 3-c θ4d 5-a 3+d 2
p 4
5
= 0
-d 50
(3.9) p 5
5
= 000
再根据式3.3手爪坐标系原点相对坐标系{i}的位置矢量在基坐标系中的表示：
p 501=R 10p 5
1= -c θ1a 2+s θ1s θ4d 5+s θ1d 3-s θ1a 2-c θ1s θ4d 5-c θ1d 3-c θ4d 5-a 3+d 2
p 504=R 40p 5
4= -s θ1c θ4d 5
c θ1c θ4
d 5-s θ4d 5
(3.10)
p 505=R 50p 5
5= 000
从而可以根据式3.4求出雅可比矩阵的各列：
J 1=
z 1×p 501z 1
= s θ1a 2+c θ1s θ4d 5+c θ1d 3-c θ1a 2+s θ1s θ4d 5+s θ1d 3
0001
J 2= z 20 = 0
01000
J 3= z 30 =
-s θ1c θ10000
(3.11)
J 4= z 4×p 50
4z 4 = -s θ1s θ4d 5c θ1s θ4d 5c θ4d 5c θ1s θ10
J 5= z 5×p 50
5z 5 = 000s θ1s θ4-c θ1s θ4c θ4
整理可得该圆柱坐标式机器人的雅可比矩阵为：
J=[J 1J 2J 3 J 4J 5](3.12)
J= s θ1a 2+c θ1s θ4d 5+c θ1d 3-c θ1a 2+s θ1s θ4d 5+s θ1d 30001001000-s θ1c θ10000-s θ1s θ4d 5
c θ1s θ4
d 5c θ4d 5c θ1s θ10
000s θ1s θ4-c θ1s θ4c θ4
(3.13) 该雅可比矩阵的上三行代表机器人各关节对末端执行器速度的影响系数，下三行代表各关节对末端执行器角速度的影响系数。
该雅可比矩阵的第i 列代表机器人第i 关节对末端执行器运动的影响。 用该雅克比矩阵求出的速度和角速度方向是基于基坐标系下的。 3.3微分变换法
对于转动关节i ，连杆i 相对于1i -绕坐标系{}i 的i Z 轴作微分转动，连杆i 的微分转动i d θ相当于微分运动矢量
000d ????=??????001i d δθ??
??=??????
(3.14) 利用坐标系的微分运动矢量转换关系可得出末端执行器相应的微分运动矢量为
()()()T x z T y z T z z i T z x T z y T
z z d P n d P o P a d d n o a θδδδ?????????????????????=???????????????????
???(3.15) 若关节i 是移动关节，连杆i 相对于连杆1i -作微分移动d i d ，即
00d 1i d d ????=??????000δ????=??????
(3.15) 末端执行器相应的微分运动矢量为
d 000T x z T y z T z z i T x T y T z d n d o a d d δδδ????????????????
??=?????????????????
?????(3.16) 利用式（3.5）和（3.16），可以得到机器人雅可比J 的各个列矢量。如果关节i 是转动关节，则J 的第
i 列按式（3.17）计算，即
()()()z x y y x T
z Li x y y x x y y x z P n n p n p P o J o p o p a p a p P a ??
?-+???????==-+????????-+?????
z T Ai z z n J o a ????=??????(3.17) 如果关节i 是移动关节，则J 的第i 列按式（3.18）计算，即
z T
Li z z n J o a ????=??????000T Ai J ??
??=??
????
(3.18) 式中，n 、o 、a 和P 是i n T 的四个列向量。i
n T 的计算可以如图2-1所示：
1
01012110102112111010
1
214
n n n
n n n n n n n n
T T T
T T T T
T T T T T
T I ---------===
=
(3.19)
上面计算机器人雅可比的方法是构造性的，只要知道机器人各连杆变化矩阵1
i i T -就可以自动生成它的
雅可比矩阵，不需要求导和解方程等手续。
0123451
J 2J 3J 4J 5J 6J
图 2-1 T i J 与i
n T 之间的关系
该方法的雅克比矩阵有五列构成
J T
=[J T 1J T 2J T 3J T 4J T 5](3.20)
对于每列雅克比矩阵而言有
对于转动关节J T i = p×n z
p×o z p×a z n z o z a z
对于移动关节J T i = n z o z a z 000 (3.21)
由式3.5和式3.21可得：
J T 1= -s θ4d 5+d 3?c θ4s θ5a 2c θ4s θ5a 2s θ4a 2
s θ4s θ5
-s θ4c θ5c θ4
(3.22) J T
2= c θ5c θ4
-c θ4s θ5s θ4000
J T
3= -c θ4s θ5c θ4c θ5s θ4000
(3.23)
J T
4= -s θ5d 5c θ5d 50s θ500
J T
5= 0001
将式3.23整理可得雅可比矩阵为：
J T
=[J T 1J T 2J T 3J T 4J T 5](3.24)
J T =
-s θ4d 5+d 3?c θ4s θ5a 2c θ4s θ5a 2s θ4a 2s θ4s θ5-s θ4c θ5
c θ4c θ5c θ4-c θ4s θ5s θ4000-c θ4s θ5c θ4c θ5s θ4000
-s θ5d 5c θ5d 50s θ500000001
该雅可比矩阵的上三行代表机器人各关节对末端执行器速度的影响系数，下三行代表各关节对末端执行器角速度的影响系数。
该雅可比矩阵的第i 列代表机器人第i 关节对末端执行器运动的影响。 用该雅克比矩阵求出的速度和角速度方向是基于末端坐标系下的。
3.4 两种方法互相验证
由于矢量积求解法求出的J(q)是基于基坐标系下的，微分变换法求出的J q T
是基于末端坐标系下的，所以上述两种构造方法得出的J(q)和J q T
之间存在以下关系：
J(q)=
R
50O O
R 5
0 J q T
(3.25) 则令：
A =
R
50
O O
R 50 J T
= a 1a 2a 3a 4a 5 (3.26)
其中
R 50= r 11
r 21
r 31
r 12r 22r 32
r 13r 23r 33 = c θ1s θ5-s θ1c θ4s θ5c θ1c θ4s θ5+s θ1s θ5s θ4s θ5
s θ1s θ4c θ5-c θ1c θ4c θ5-s θ4c θ5
s θ1s θ4
-c θ1s θ4c θ4
(3.27) 带入可得
A= r 11r 21r 31
r 12r 22r 32r 13r 23r 330 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00
r 11r 21r 31r 12r 22r 32r 13r 23r 33
j 11j 21j 31j
12
j
22
j 32j 13j 23j 33j 14j 240000j 41
00j 51
0j 610
j 4400
001
= a 1a 2a 3a 4a 5 (3.28) a 1=
s θ1a 2+c θ1s θ4d 5+c θ1d 3-c θ1a 2
+s θ1s θ4d 5+s θ1d 30001
a2=1
a3=-sθ1
cθ1
(3.29)
a4=-sθ1sθ4d5 cθ1sθ4d5 cθ4d5
cθ1
sθ1
a5=
sθ1sθ4 -cθ1sθ4 cθ4
A=a1a2a3a4a5=sθ1a2+cθ1sθ4d5+cθ1d3
-cθ1a2+sθ1sθ4d5+sθ1d3
1
1
-sθ1
cθ1
-sθ1sθ4d5
cθ1sθ4d5
cθ4d5
cθ1
sθ1
sθ1sθ4
-cθ1sθ4
cθ4
=J(3.30)
说明前面两种方法构造的雅可比矩阵符合该条件，验证了所求雅可比矩阵的正确性。
3.5速度反解
由上述计算可知工作空间速度与关节空间速度的关系为:
v x
v y
v z
ωx ωy
ωz =
sθ1a2+cθ1sθ4d5+cθ1d3
-cθ1a2+sθ1sθ4d5+sθ1d3
1
1
-sθ1
cθ1
-sθ1sθ4d5
cθ1sθ4d5
cθ4d5
cθ1
sθ1
sθ1sθ4
-cθ1sθ4
cθ4
θ1
d2
d3
θ4
θ5
(3.31)
圆柱坐标式机器人作为5自由度机器人，拥有三个平移自由度两个转动，从雅可比矩阵中也可以看出矩阵关于角速度4、5、6行只取决于θ1和θ4，说明三个方向的角速度中，只有两个是线性无关的，已知这两个角速度就可以求出另一个，因此可以只取雅克比矩阵后三行的任一两行用于计算，在此取4和6行，则上述方程化为：
v x
v y
v z ωx ωz =
sθ1a2+cθ1sθ4d5+cθ1d3
-cθ1a2+sθ1sθ4d5+sθ1d3
1
1
-sθ1
cθ1
-sθ1sθ4d5
cθ1sθ4d5
cθ4d5
cθ1
sθ1sθ4
cθ4
θ1
d2
d3
θ4
θ5
(3.32)
可以简写为：
V'=J'(q)q(3.33) 则运动反解为：
q=J'-1(q)V'(3.34) 由于该符号矩阵求逆过于复杂，在此不再赘述。具体应用时机器人位型已知，求解J’的逆即可。
3.6奇异性分析
奇异位形，也称特殊位形，是机构的固有性质也是机器人机构的一个十分重要的运动学特性，机器人的运动、受力、控制以及精度等诸方面的性能都与机构的奇异位形密切相关。奇异位形是机器人的操作臂在运动范围内会出现共线的时刻，而在这个时刻，机器人操作臂的自由度会减少，所以会出现冗余度机器人的冗余度会减少，而满自由度机器人变成欠自由度机器人。通过对奇异位形的研究可以确定机器人工作空间的坏点，通过研究奇异位形的位置，尽量避免实质工作位置在奇异位形上。但是有些机器人也会利用奇异位形，利用奇异位形的特殊性，从而可以承受很大的力，来形成一个可以传递大的力的特殊位形。
文献[21]六自由度工业机器人奇异位置奇异和位姿奇异的问题中描述了在利用矢量积方法的到雅可比矩阵之后，分块得到雅可比行列式位零的时候对应的关节角表达式，利用关节角表达式得到其臂部内部奇异和腕部奇异，有关节角的极限范围的边界奇异。最后仿真得出奇异边界。此种方法就是利用分块求出雅可比矩阵之后利用SVD函数将其分解仿真的到最小奇异值，即可得出雅可比矩阵为零的时候的关节角，即内部奇异。
文献[22] 本文针对机器人运动学反解的一般分析方法进行了介绍, 并指出了各自的优缺点, 最后指出了机器人奇异位形的研究热点。由于机器人奇异位形的存在, 使控制策略复杂化。如何寻求机器人精确解和最少计算量并完成机器人的实时控制, 是研究机器人奇异位形的最终目的。作者下一步的设想是把六自由度机器人的自运动关节舍弃掉，即放弃退化轴所在关节的控制, 把系统变成具有一个冗余度的机器人系统。并提出一种新型控制策略, 以保持机器人的精确位置精度和位形精度, 算法简单, 通用性强, 并且满足解的连续性问题。
文献[23]冗余机器人奇异位形分析的新方法中分析奇异位形的方法是建立基于虚位移原理来对冗余操作手列出平衡方程组的，通过求解方程组，可方便的解出奇异位形。针对雅克比法的不足，依照奇异位形的特点及虚位移原理推导出另一种奇异位形判断法——力平衡法，并通过举例验证此法的可行性。此法不仅克服了雅可比法的不足，而且具有一般性，它对一些复杂机构操作手的研究具有一定的参考意义。
粗略地讲，机器人的奇异位型分为两类：
(1)边界奇异形位,此时处于工作空间的边界，这种奇异点容易避免，不会带来太大麻烦。
(2)内部奇异形位，通常是由两个或多个关节轴线重合造成的。两关节角度以无穷大的速度来提供端部运动的需要，即在此位置，工业机器人失去一个自由度，使端部的运动难以实现。正好是关节型工业机器人的初始位置，即初始位置的关节型工业机器人存在奇异解，存在奇异现象，为避开奇异形位，有上述速度反解可知当J'=0时J’不可逆，此时处于奇异位型，可以求得：
J'=-c3θ1cθ4sθ4d5-s2θ1cθ1sθ4cθ4d5-c3θ1cθ4d3-s2θ1cθ1cθ4d3(3.35)解得θ1=90°或θ1=?90°，θ4=?90°。
θ1=90°或θ1=?90°并不是奇异位型，这个解得产生可能是因为忽略了原雅克比矩阵ωy这一行，导致当θ1=90°或θ1=?90°时，ωx=0，ωy≠0,无法通过J’求速度反解，另外当J’忽略ωx这一行时，会产生解θ1=0°或θ1=180°，也是因为这个原因。
当θ4=?90°，θ1和θ5轴线重合，机器人失去了一个转动自由度，只剩z轴一个转动自由度，所以属于内部奇异位型。
综上只有当θ4=?90°时存在奇异。
3.7本章小结
本章经过大量的阅读文献，了解了现有常用的集中求解雅可比矩阵的方法有：运动学方程对时间t求导；直接构造法，包括微分变换法和矢量积法；递推法，包括速度传播递推法和静力传播递推法；旋量理论求解法。本章分别使用矢量积法和微分变换法求解了圆柱坐标式机器人的雅可比矩阵，并验证了雅可比矩阵计算的正确性，然后给出了速度反解公式，最后对圆柱坐标式机器人的奇异性进行了分析，得到了奇
机器人控制技术基础实验报告
华北电力大学 实验报告 | | 实验名称:机器人控制技术基础 课程名称：机器人控制技术基础 实验人：张钰信安1601 201609040126 李童能化1601 201605040111 韩翔宇能化1601 201605040104 成绩： 指导教师：林永君、房静 实验日期： 2016年3月4日-3月26日 华北电力大学工程训练中心
第一部分：单片机开发板 实验一：流水灯实验 实验目的：通过此实验，初步掌握单片机的 IO 口的基本操作。 实验内容：控制接在 P0.0上的 8个LED L0—L8 依次点亮，如此循环。 硬件说明： 根据流水灯的硬件连接，我们发现只有单片机的IO口输出为低电平时LED灯才会被点亮，我们先给P0口设定好初值，只让其点亮一盏灯，然后用左右移函数即可依次点亮其他的灯。 源程序如下： #include
led_1=1; led_2=0; display_ms(10); led_2=1; led_3=0; display_ms(10); led_3=1; led_4=0; display_ms(10); led_4=1; led_5=0; display_ms(10); led_5=1; led_6=0; display_ms(10); led_6=1; led_7=0; display_ms(10); led_7=1; led_8=0; display_ms(10); led_8=1; } } 第二部分：机器人小车 内容简介：机器人小车完成如图规定的赛道，从规定的起点开始,记录完成赛道一圈的时间。必须在30秒之内完成，超时无效。其中当小车整体都在赛道外时停止比赛，视为犯规，小车不规定运动方向,顺时针和逆时针都可以采用，但都从规定的起点开始记录时间。 作品优点及应用前景： 单片机可靠性高，编程简单单片机执行一条指令的时间是μs级，执行一个扫描周期的时间为几ms乃至几十ms。相对于电器的动作时间而言，扫描周期是
机器人实习报告-陈晓光
实习报告 机器人组 第四组 陈晓光 通过一周对于KR C4机器人从安全、产品、基本操作、基本程序、KR C4组件、设备安全、实际操作等方面的培训，我将所学到的知识进行整理，梳理各个方面的关键点，再通过领导、老师的指导、本人的理解、小组的讨论使此实习报告形成。 安全：任何的工作必须在保证安全的前提下进行，这里的安全包含人员安全和设备安全，机器人所在黄色警戒线内除熟练操作人员，其他人员应在工作人员指导下在指定位置观看、学习，尤其在机器人通电情况下，禁止站立在机器人正前方和两侧。一旦发生紧急情况应立即按下SmartPAD前部红色紧急停止按钮。指令设定后，需先用较慢速率测试，避免直接运行导致机器人发生碰撞，损坏设备。 KUKA机器人的主要组成部件如下图所示： 1.机械手 2.连接线缆 3.机器人控制器 4.手持式编程器 主要学习内容： 1.学习使用机器人手持式编程器SmartPAD，SmartPAD?是用于工业机器人的手持编程器。?SmartPAD?具有工业机器人操作和编程所需的各种操作和显示功能。SmartPAD?配备一个触摸屏，可用手指或指示笔进行操作，6个移动键和1个6D鼠标，用于手动移动机器人，?无需外部鼠标和外部键盘。 2.与机器人相关的坐标系。在工业机器人操作、编程和投入运行时坐标系具 有重要的意义。世界坐标系（基本），在标准设置下，世界坐标系位于机器人底座中。轴坐标系。基坐标系，基坐标系可以被单个测量，并可以经常沿工件边缘、工件支座或者货盘调整姿态，可供选择的基座标系有32 个。工具坐标系，在工具坐标系中手动移动机器人时，可根据之前所测工具的坐标方向移动机器人，可供选择的工具坐标系有16个。
仿生机器人课程报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 仿生感知与先进机器人技术 课程报告(1) 报告题目：仿生机械的发展 院系：机电学院 班级： 姓名： 学号： 哈尔滨工业大学机电工程学院
仿生学及仿生机械学的由来 仿生学（Bionics）是模仿生物的特殊本领的一门科学。仿生学籍了解生物的结构和功能原理，来研制新的机械和新技术，或解决机械技术的难题。1960年由美国的J.E.Steele 首先提出。 仿生学这个名词来源于希腊文“Bio”，意思是“生命”，字尾“nic”有“具有……的技术中利用这些原理，提供新的设计思想、工作原理和系统架构的技术科学。 仿生机械学是上世纪60年代初期出现的一门综合性的新兴边缘学科，它是生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而形成的。包含着对生物现象进行力学研究，对生物的运动、动作进行工程分析，并把这些成果根据社会的要求付之实用化。 仿生学的研究方向 （1）生物材料力学和机械力学，是以骨或软组织（肌肉、皮肤等）作为对象，通过模型实验方法，测定其应力、变形特性，求出力的分布规律。还可根据骨骼、肌肉系统力学的研究，对骨和肌肉的相互作用等进行分析。另外，生物的形态研究也是一大热门。因为生物的形态经过亿万年的变化，往往已形成最佳结构，如人体骨骼系统具有最少材料、最大强度的构造形态，可以通过最优论的观点来学习模拟建造工程结构系统。 （2）生物流体力学，主要涉及生物的循环系统，关于血液动力学等的研究已有很长的历史，但仍有许许多多的问题尚未解决，特别是因为它的研究与心血管疾病关系十分密切，已成为一门倍受关注的学科。 （3）生物运动学，生物的运动十分复杂，因为它与骨骼和肌肉的力学现象、感觉反馈及中枢控制牵连在一起。虽然各种生物的运动或人体各种器官的运动测定与分析都是重要的基础研究，但在仿生机械学中，目前特别重视人体上肢运动及步行姿态的测定与分析，因为人体上肢运动机能非常复杂，而下肢运动分析对动力学研究十分典型。这对康复工程的研究也有很大的帮助。 （4）生物运动能量学，生物的形态是最优的，同样，节约能量消耗量也是生物的基本原理。从运动能量消耗最优性的特点对生物体的运动形态、结构和功能等进行分析、研究，特别是对有关能量的传递与变换的研究，是很有意义的。
最新西华大学机器人创新设计实验报告(工业机械手模拟仿真)
实验报告 （理工类） 课程名称: 机器人创新实验 课程代码: 6003199 学院(直属系): 机械学院机械设计制造系 年级/专业/班: 2010级机制3班 学生姓名: 学号: 实验总成绩: 任课教师: 李炜 开课学院: 机械工程与自动化学院 实验中心名称: 机械工程基础实验中心
一、设计题目 工业机器人设计及仿真分析 二、成员分工：（5分） 三、设计方案：（整个系统工作原理和设计）（20分） 1、功能分析 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 本次我们小组所设计的工业机器人主要用来完成以下任务： （1）、完成工业生产上主要焊接任务； （2）、能够在上产中完成油漆、染料等喷涂工作； （3）、完成加工工件的夹持、送料与转位任务； （5）、对复杂的曲线曲面类零件加工；（机械手式数控加工机床，如英国DELCAM公司所提供的风力发电机叶片加工方案，起辅助软体为powermill，本身为DELCAM公司出品）
机器人实验报告
智能机器人实验报告1 学院：化学与材料科学学院 学号： 2015100749 姓名：朱巧妤 评阅人：评阅时间：
实验1 电驱动与控制实验 （一）实验目的 熟悉和掌握机器人开发环境使用，超声传感器、碰撞传感器、温度传感器、颜色传感器等常见机器人传感器工作原理与使用方法，熟悉机器人平台使用与搭建；设计一个简单的机器人，并采用多种程序设计方法使它能动起来。 （二）仪器工具及材料 计算机、机器人实验系统、机器人软件开发平台、编程下载器等设备。 （三）内容及程序 实验内容： （1）碰撞传感器原理与应用； （2）颜色传感器原理与应用； （3）测距传感器原理与应用； （4）温度传感器原理与应用； （5）熟悉开发环境使用与操作；设计一个简单轮式移动机器人，并使用图形化编程方式实现对机器人的控制，通过该设计掌握机器人开发平台的结构设计、程序设计等基本方法。 实验步骤： 1)首先确定本次要做的机器人为货架物品颜色辨别的机器人。 2)根据模型将梁、轴、插销、螺丝等零件拼装成一个货架台 3)将货架台安装上可识别颜色的摄像头，并装在控制器上方，将两个摄像头的连接线分 别插入控制器的传感器接口，将显示器连接线插入传感器接口。 4)拼装完成后将控制器连接电脑，在电脑上运用Innobot软件对机器人进行颜色识别动 作的编程，拖动颜色传感器模块，对应选择数码管接口以及两个摄像头的接口，使机器人能将货架台上物品的颜色反应到数码管上。 5)将所编程序进行上传。测试看机器人是否能将颜色反映到显示器上完成所编动作。
（四）结果及分析 使用梁和轴以及螺钉拼装出货架台。 将拼装好的货架台装到传感器上。
机器人实训报告
一、机器人擂台赛 1、实训目的 机器人擂台赛的目的在于促进智能机器人技术（尤其是自主识别、自主决策技术）的普及。参赛队需要在规则范围内以各自组装或者自制的自主机器人互相搏击，并争取在比赛中获胜，以对抗性竞技的形式来推动相关机器人技术在大学生、青少年中的普及与发展。可以用自己设计的机器人来参加擂台赛，同时掌握这个环节所展现出来的机器人技术。 机器人擂台赛未来的发展目标是：比赛中，两个使用双腿自主行走的仿人形机器人互相搏击并将对方打倒或者打下擂台。? 2、实训要求 在指定的大小擂台上有双方机器人。?双方机器人模拟中国古代擂台搏击的规则，互相击打或者推挤。如果一方机器人整体离开擂台区域或者不能再继续行动，则另一方获胜。机器人大小要求长、宽、高分别不能超过30cm、30cm、40cm 。 比赛场地大小为长、宽分别为是 2400?mm的台，台上表面即为擂台场地。有黑色的胶布围成。?比赛开始后，?围栏内区域不得有任何障碍物或人。? 3、比赛规则分析? 我们需要吃透比赛规则，然后才能在比赛规则允许的范围内，尽量让我们的机器人具有 别人不具有的优势。对上述的比赛规则分析得到以下几个重点：? 3、1需要确保自己不掉下擂台
需要有传感器进行擂台边沿的检测，当发现机器人已经靠近边沿立刻转弯或者掉头。擂 台和地面存在比较大的高度差，我们通过测距传感器很容易发现这个高度落差，从而判断出 擂台的边沿。如图所示，在机器人上安装一个测距传感器，斜向下测量地面和机器人的 距离，机器人到达擂台边沿时，传感器的测量值会突然间变得很大。由于红外测距传感器使 用方便，并且“创意之星”控制器可以接入最多 8 个红外测距传感器，我们可以将它作为首选方案。? 擂台地面时有灰度变化的，我们可以在机器人腹部安装一些灰度传感器，来判读机器人 覆盖区域的灰度变化，从而判读机器人相对场地的方向。可以通过整体灰度值来判读机器人 的位置是不是靠近边沿，如果机器人靠近边沿就转弯后者后退。? 3、2需要及时的发现敌方 这里我们使用红外接近开关作为寻找敌方的方案并不算优秀，红外接近开关的有效测量范围是 20cm，20cm 之外的物体是察觉不到的。我们可以改成红外测距传感器，它的有效测量范围是 10‐80cm，比较适合我们当前的使用场合。? 3、3需要迅速的推动敌方，将敌方退下擂台 我们可以想象，两只斗牛相互推挤，赢的一定是力气比较大的一方。?
智能机器人课程报告
智能机器人课程报告 学院：电气工程与自动化 姓名：郭胜 班级：自动化10-06 内容提要：远古时期地球上诞生了无组织的单细胞生物，然后形成了具有一定组织结构的多细胞生物，最后形成了具有复杂系统的高等生物，而我们人类则是其中的佼佼者。人类具有复杂的神经系统，具
有超强处理能力和自我意识的大脑，以及灵活坚韧的身躯，这使得人类在长期自然竞争中生存下来。随着科技的发展的，很多问题的解决需要耗费很多人力，人们迫切需要一种机器来代替自己做事情，这就形成了机器人的雏形。随着科技的发展，以及认知心理学，神经心理学，和计算科学的发展，人们提出了制造具有判断，推理，学习，自我意识的机器人的想法，这就是人工智能。智能机器人就是基于人工智能的具有判断，思维，推理，学习的能力的新一代机器人，他们在一定程度上具有了人类的思维方式。 关键词：人工智能，智能机器人，机器视觉 一关于智能机器人的一些认识 我们从广泛意义上理解所谓的智能机器人，它给我们的最深刻的印象是一个独特的进行自我控制的“活物”。其实，这个自控“活物”
的主要器官并没有像真正的人那样微妙而复杂，他的组织结构和工作方式在一定程度上模仿了生物体的功能与控制机制。下面我们以人体的工作机制为引例，引入机器世界的组成结构。 人具有耳朵，眼睛，鼻子，舌头，等感觉器官，用于接受外界刺激，外界刺激经由这些传感器变成微电信号，经由神经传导网络送入各级处理神经系统进行处理，处理结果以神经冲动的形式传导给相应的组织和器官，从而引起人体对于外界刺激的反应。在这个过程中，我们不难发现，人类的活动机制包括宏观上的硬件和软件组成，其中硬件是各种功能形成的前提，是逻辑，抽象的基础；软件是基于硬件的高级抽象性的活动，是一种虚拟的逻辑形式，他以思维，意识的形式存在。软件硬件的结合，才能形成具有一定行为能力的个体。机器人就在以上理论基础上建立的复杂系统的集合。和人体相似，机器人需要各种传感器对外界和本体内部信息进行收集和转换，然需要各种通信网络将信息准确，高速的传输出去，之后需要具有高处理能力的处理器对传入的信号进行分析和处理，最后需要具有一定自由度的机械系统去完成处理器的指令要求。总的来说，机器人也是有两个大部分总成，一个是实现各种机械运动和逻辑活动的硬件，二是实现各种控制的程序和数据。 机器人可以根据构造他们的硬件和软件进行分类。根据硬件的不同，可以将机器人分为双足，三足，多足，类人型等，根据软件部分大体可以分为非智能机器人和智能机器人。智能机器人是基于人工智能的机器人，他们具有形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如
六轴工业机器人实验报告
六轴工业机器人模块 实验报告 姓名：张兆伟 班级：13 班 学号：2015042130 日期：2016年8月25日
六轴工业机器人模块实验报告 一、实验背景 六自由度工业机器人具有高度的灵活性和通用性，用途十分广泛。本实验是在开放的六自由度机器人系统上，采用嵌入式多轴运动控制器作为控制系统平台，实现机器人的运动控制。通过示教程序完成机器人的系统标定。学习采用C++编程设计语言编写机器人的基本控制程序，学习实现六自由度机器人的运动控制的基本方法。了解六自由度机器人在机械制造自动化系统中的应用。 在当今高度竞争的全球市场，工业实体必须快速增长才能满足其市场需求。这意味着，制造企业所承受的压力日益增大，既要应付低成本国家的对手，还要面临发达国家的劲敌，二后者为增强竞争力，往往不惜重金改良制造技术，扩大生产能力。 机器人是开源节流的得利助手，能有效降低单位制造成本。只要给定输入成值，机器人就可确保生产工艺和产品质量的恒定一致，显著提高产量。自动化将人类从枯燥繁重的重复性劳动中解放出来，让人类的聪明才智和应变能力得以释放，从而生产更大的经济回报。 二、实验过程 1、程序点0——开始位置 把机器人移动到完全离开周边物体的位置，输入程序点 0。按下手持操作示教器上的【命令一览】键，这时在右侧弹出指令列表菜单如图： 按手持操作示教器【下移】键，使{移动 1}变蓝后，按【右移】键，打开{移动 1}子列表，MOVJ 变蓝后，按下【选择】键，指令出现在命令编辑区。修改指令参数为需要的参数，设置速度，使用默认位置点 ID 为 1。（P1 必须提前示教好）。按下手持操作示教器上的【插入】键，这时插入绿色灯亮起。然后再按
哈工大研究生机器人技术报告DOC.doc
《机器人技术》大作业 （2015年秋季学期） 题目消防机器人发展与应用 姓名 学号 班级 专业机械设计制造及其自动化 报告提交日期2015.12.04 哈尔滨工业大学
内容及要求 1.以某种机器人(如搬运、焊接、喷漆、装配等工业机器人；服务机 器人；仿生鱼、蛇等仿生机器人；军用及其它机器人等)为例，撰写一篇大作业，题目自拟，以下内容仅作参考： 1) 机器人的机械结构设计(包括各部分名称、功能、传动等)； 2) 机器人的运动学及动力学分析； 3) 机器人的控制及轨迹规划； 4) 驱动及伺服系统设计； 5) 电气控制电路图及部分控制子程序。 2.题目自拟，拒绝雷同和抄袭； 3.参考文献不少于7篇，其中至少有2篇外文文献； 4.报告统一用该模板撰写，字数不少于5000字，上限不限； 5.正文为小四号宋体，1.25倍行距；图表规范，标注为五号宋体； 6.用A4纸单面打印；左侧装订，1枚钉； 7.提交打印稿及03版word电子文档，由班长收齐。 8.此页不得删除。 评语： 成绩（20分）：教师签名： 年月日
消防机器人发展与应用 一、我国消防机器人的市场需求 近年来，我国石油化工等行业有了飞速的发展和进步，生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增长，由于设备以及管理等方面的原因，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸的事故隐患越来越多。一旦事故发生，假如没有有效的方法、装备及设施，救援人员将无法进入事故现场要冒然采取行动，往往只会造成无辜生命的牺牲出惨重代价，结果仍不能达到预期目的，这方面各地消防及救援部门已有许多次血的教训。深圳清水河大爆炸、南京金陵石化火灾、北京东方化工厂罐区火灾等事件发生后，全国各地要求配备消防机器人的呼声愈来愈高。尤其是在明确公安消防部队作为处置各类化学危险品泄漏事故的主力军之后，在我国消防部门配备消防机器人的问题就显得更为迫切了。 二、国外消防机器人发展现状 国际上较早开展消防机器人研究的是美国和苏联，稍后，英国、日本、法国、德国等国家也纷纷开始研究该类技术。目前已有很多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。日本投入应用的消防机器人最多。80年代，日本研制了不少于5种型号的自动行驶灭火机器人，分别配备于大阪、东京、高石、太田、蒲田等消防部门，这类机器人以内燃机或电动机作为动力，配置驱动轮或履带式行驶机构，能爬坡、越障碍；装有较大喷射流量的消防枪炮，能作俯仰和左右回转；装有气体检测仪器和电视监视设备；通过电缆或无线控制，控制距离最大为100m。另一类机器人为侦察、抢险机器人，除装有气体检测仪器和电视监视器设备外，还装有机械手，能通过遥控处理危险物品。 美国已研制出能依靠感觉信息控制的救灾智能化机器人，如1994年用于探测阿拉斯加州斯拍活火山的“但丁2号”，抓获杀人犯的RM 1一9型遥控消防机器人等。亚利桑那州消防部门研制的消防机器人，装有破拆工具和消防水枪，能一边破拆，一边喷射灭火。 英国智能化保安公司生产的RO一VEH遥控消防车已装备于中部和西部消防部门，配置为履带式或轮式行驶机构，能爬楼梯，通过电缆供电或自携蓄电池供电。装有消防水炮、摄像机或热像仪。采用有线控制方式。1985年英国中西部消防部门和Firma SAS公司联合研制的机器人消防车，用HunterIII汽车改装而成，装有双臂、水枪、探测器(温度、化学物质、辐射等)、工业电视摄像机、红外线装置。机械手用来启闭阀门、搬移物品或开门等。 国际上对消防机器人的研究可分为三个阶段(三代)，第一代是程序控制消防
工业机器人课程报告
本科生课程报告 实验课程机器人技术基础 学院名称核技术与自动化工程学院 专业名称机械工程及自动化 学生姓名 学生学号 指导教师 实验地点JB201 实验成绩 二〇 15 年 5 月二〇 15 年 5 月
填写说明 1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）； 2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明； 3、格式要求： ①用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。 ②打印排版：正文用宋体小四号，1.5倍行距，页边距采取默认形式（上下 2.54cm，左右2.54cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm）。字符间距为默认值（缩 放100%，间距：标准）；页码用小五号字底端居中。 ③具体要求： 题目（二号黑体居中）； 摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4 号宋体）； 关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体)； 正文部分采用三级标题； 第1章××(小二号黑体居中，段前0.5行) 1.1 ×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行） 1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行） 参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T 7714－2005）》。
机器人技术基础课程报告 经过一学期的学习，对工业机器人有了自己的了解，望老师指正。 1.工业机器人的发展： 1.1 初识工业机器人 工业机器人是机器人家族中的重要一员，也是目前在技术上发展最成熟、 应用最多的一类机器人。世界各国对工业机器人的定义不尽相同，但其内涵 基本一致。国际标准化组织(ISO)曾于1987年对工业机器人给出了定义：“工 业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能够完成各种作业的可编 程操作机”。日本工业标准(JIS)采用此定义，这也与美国工业机器入学会(RIA) 的定义相近。在德国的标准(VDI)中。对工业机器人则给出了更为具体的定义： “工业机器人是具有多自由度的、能进行各种动作的自动机器。它的动作是 可以顺序控制的。轴的关节角度或轨迹可以不靠机械调节，而由程序或传感 器加以控制。工业机器人具有执行器、工具及制造用的辅助工业，可以完成 材料搬运和制造等操作”。ISO 8373对工业机器人给出了更详细、具体的意 义：“机器人具备自动控制及可再编程、多用途功能，机器人操作机具有3个 或以上的可编程轴，在工业自动化应用中，机器人的底座可固定也可移动。” 1.2国内外工业机器人的发展方向 为进一步提高工业机器人的性能，以满足现代机械高速度、高精度的要 求，世界上各个工业强国纷纷投入t大量的人力和物力来研究工业机器人， 使得机器人向养智能化和多功能化的方向发展，主要包含有以下几个方而: ①工业机器人在机械结构方而采用模块化、可重组的结构，提高自身的材料 质量，从而提高其负载能力 ②工业机器人采用开放式的控制系统，进一步加强声、机交互界而目前世界 各国主要研究机器人控制器的标准化和网络化，大大提高在线编程的可操作 性，将来主要研究离线编程 ③在工业机器人中，为t进一步提高机器人与外界的交互能力，多种传感器 的使用是其研究的关键。目前针对于机器人的传感器的研究主要是多传感器 的融合算法，将多种功能融合与一个传感器中，同时将传感器进行实用化 ④现代工业机器人在体积方而越来越小，控制系统采用集成块系列，逐步朝
机器人实验报告
一、机器人的定义 美国机器人协会（RIA）的定义: 机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用的装置，通过可编程序动作来执行种种任务的、并具有编程能力的多功能机械手。 日本工业机器人协会(JIRA—Japanese Industrial Robot Association)：一种带有存储器件和末端执行器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。(An all—purpose machine equipped with a memory device and an end—effector，and capable of rotation and of replacing human labor by automatic performance of movements．) 世界标准化组织(ISO)：机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器。(A robot is a machine which can be programmed to perform some tasks which involve manipulative or locomotive actions under automatic control．) 中国(原机械工业部)：工业机器人是一种能自动定位控制、可重复编程、多功能多自由度的操作机，它能搬运材料、零件或夹持工具，用以完成各种作业。 二、机器人定义的本质： 首先，机器人是机器而不是人，它是人类制造的替代人类从事某种作业的工具，它能是人的某些功能的延伸。在某些方面，机器人可具有超越人类的能力，但从本质上说机器人永远不可能全面超越人类。
机器人控制系统学习报告
《机器人控制系统》 学习报告 理学院光科1301班王琛 学号1130513123
《机器人控制系统》学习报告 理学院光科1301班王琛 学号：1130513123 【摘要】机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。近二十年中，因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的飞速发展，机器人的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来，成为一种综合科研能力的开发活动。 【关键词】机器人简介发展历史基本结构分类应用研究内容研究现状个人总结 【正文】 一、机器人简介 （一）机器人的由来： “机器人”一词最早出现于1920年捷克剧作家卡雷尔·凯培克（Karel Kapek）一部幻想剧《罗萨姆的万能机器人》（《Rossums Universal Robots》）中，“Robot”是由斯洛伐克语“Robota”衍生而来的。 1950年，美国科幻小说家加斯卡·阿西莫夫（Jassc Asimov）在他的小说《我是机器人》中，提出了著名的“机器人三守则”，即：
1. 机器人不能危害人类，不能眼看人类受害而袖手旁观； 2. 机器人必须服从于人类，除非这种服从有害于人类； 3. 机器人应该能够保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者人类命令 它作出牺牲。 这三条守则给机器人赋以伦理观。至今，机器人研究者都以这三个原则作为开发机器人的准则。 世界上第一台机器人于1954年诞生于美国，乔治·戴沃尔（George Devol）设想了一种可控制的机械手，并设计制作出世界上第一台机器人实验装置。 1962年，美国万能自动化公司（Unimation）制作出Unimate机器人。它是世界上第一代工业机器人，并在美国通用汽车公司（GM）投入使用。从而，机器人开始成为人类生活中的现实。 （二）机器人的定义： 目前，虽然机器人已被广泛应用，但世界上对机器人还没有一个统一、严格、准确的定义，不同国家、不同研究领域给出的定义不尽相同。尽管定义的基本原则大体一致，但仍然有较大区别。国际上主要有以下几种： 1.美国机器人协会（RIA）的定义：机器人是“一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程的动作来执行种种任务的并具有编程能力的多功能机械手”。这个定义叙述具体，更适用于对工业机器人的定义。 2.美国国家标准局（NBS）的定义：机器人是“一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。这也是一种比较广义的工业
机器人课程设计报告范例
机器人课程设计报告范例
**学校 机器人课程设计名称 院系电子信息工程系 班级10电气3 姓名谢士强 学号107301336 指导教师宋佳
目录 第一章绪论 (2) 1.1课程设计任务背景 (2) 1.2课程设计的要求 (2) 第二章硬件设计 (3) 2.1 结构设计 (3) 2.2电机驱动 (4) 2.3 传感器 (5) 2.3.1光强传感器 (5) 2.3.2光强传感器原理 (6) 2.4硬件搭建 (7) 第三章软件设计 (8) 3.1 步态设计 (8) 3.1.1步态分析： (8) 3.1.2程序逻辑图： (9) 3.2 用NorthStar设计的程序 (10) 第四章总结 (12) 第五章参考文献 (13)
第一章绪论 1.1课程设计任务背景 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人普遍用于工业自动化领域，如汽车制造，医疗领域，如远程协助机器人，微纳米机器人，军事领域，如单兵机器人，拆弹机器人，小型侦查机器人（也属于无人机吧），美国大狗这样的多用途负重机器人，科研勘探领域，如水下勘探机器人，地震废墟等的用于搜查的机器人，煤矿利用的机器人。如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明 1.2课程设计的要求 设计一个机器人系统，该机器人可以是轮式、足式、车型、人型，也可 以是仿其他生物的，但该机器人应具备的基本功能为：能够灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还应具备一项其他功能，该功能可自选（如亮灯、按钮启动、红外接近停止等）。 具体要求如下： 1、根据功能要求进行机械构型设计，并用实训套件搭建实物。 2、基于实训套件选定满足功能要求的传感器； 3、设计追光策略及运动步态； 4、用NorthStar设计完整的机器人追光程序；
六轴工业机器人实验报告
六轴工业机器人模块 实验报告
六轴工业机器人模块实验报告 一、实验背景 六自由度工业机器人具有高度得灵活性与通用性,用途十分广泛。本实验就是在开放得六自由度机器人系统上,采用嵌入式多轴运动控制器作为控制系统平台,实现机器人得运动控制。通过示教程序完成机器人得系统标定。学习采用C++编程设计语言编写机器人得基本控制程序,学习实现六自由度机器人得运动控制得基本方法。了解六自由度机器人在机械制造自动化系统中得应用。 在当今高度竞争得全球市场,工业实体必须快速增长才能满足其市场需求。这意味着,制造企业所承受得压力日益增大,既要应付低成本国家得对手,还要面临发达国家得劲敌,二后者为增强竞争力,往往不惜重金改良制造技术,扩大生产能力。 机器人就是开源节流得得利助手,能有效降低单位制造成本。只要给定输入成值,机器人就可确保生产工艺与产品质量得恒定一致,显著提高产量。自动化将人类从枯燥繁重得重复性劳动中解放出来,让人类得聪明才智与应变能力得以释放,从而生产更大得经济回报。 二、实验过程 1、程序点0——开始位置 把机器人移动到完全离开周边物体得位置,输入程序点 0。按下手持操作示教器上得【命令一览】键,这时在右侧弹出指令列表菜单如图: 按手持操作示教器【下移】键,使{移动 1}变蓝后,按【右移】键,打开{移动1}子列表,MOVJ 变蓝后,按下【选择】键,指令出现在命令编辑区。修改指令参数为需要得参数,设置速度,使用默认位置点 ID 为 1。(P1 必须提前示教好)。按下手持操作示教器上得【插入】键,这时插入绿色灯亮起。然后再按下【确认】键,指令插入程序文件记录列表中。此时列表内容显示为: MOVJ P=1 V=25 BL=0 (工作原点)
机器人实验与技术实验报告
机器人技术课程实验报告 题目：机器人灭火 专业：自动化 班级： 101 姓名及学号： 2013年10 月 成都信息工程学院控制工程学院 一、设计目的： 1、通过本课程的学习和训练，了解有关机器人技术方面的基本知识，掌握机器人学所涉及的技术的基本原理和方法，得到机器人技术开发的实践技能训练。
2、巩固相关理论知识，了解机器人技术的基本概念以及有关电工电子学、单片机、传感器等技术。 3、通过使用机器人模型，编程处理机器人运动过程，分析机器人的控制原理，通过对其具体结构的了解。 4、培养自学能力和独立解决问题的能力，熟悉MT-UROBOT图形界面的编程与调试方法，熟练掌握平台的输入输出口进行控制。 二、设计任务： 使机器人能在迷宫内自主行走，能自己编写程序，让机器人完成相应的任务。 三、设计要求： 1、认真阅读教材中第1章和第2章的内容，学会工程项目的建立，应用程序的仿真与调试。 2、利用I/O口和传感器对机器人进行控制。（实验步骤和参考程序可参照使用说明中的第3章及第四章4.3节） 四、系统设计： 1、介绍所使用的硬件情况及工作原理： MT-UROBOT是一种供教学和研究的新型移动智能机器人。开关按钮控制MT-URO MT-UROBOT结构（如下：） OT 电源开关的按钮，按此按钮可以打开或关闭机器人电源。“电源”指示灯按下 MT-UROBOT 的开关后，这个灯会发绿光，这时可以与机器人进行交流了！“充电”指示灯当你给机器人充电时，“充电”指示灯发红光。“充电口”将充电器的相应端插入此口，再将另一端插到电源上即可对机器人充电。“下载口”“充电口”旁边的“下载口”用于下载程序到机器人主板上，使用时只需将串口连接线的相应端插入下载口，另一端与计算机连接好，这样机器人与计算机就连接起来了。“复位/MTOS”按钮这是个复合按钮，用于下载操作系统和复位。当串口通信线接插在下载口上时，按击此按钮，机器人系统默认为此操作为下载操作系统；如果你想使用其复位功能则需要将通信线拔下，按击此按钮，机器人系统认为此操作为系统复位。“RUN”键打开电源后，按击“RUN”键，机器人就可以运行内部已存储的程序，按照你的“指令”行动。“通信”指示灯“通信”指示灯位于机器人主板的前方，在给 MT-UROBOT 下载程序时，这个黄灯会闪烁，
工业机器人编程技术实训课程标准
工业机器人编程技术课程标准 一、课程基本信息 先修课程：电工技术基础、电气控制与PLC、电子技术基础 后续课程：工业机器人安装与调试实训 课程类型：专业必修 二、课程性质 “工业机器人编程技术”是机电专业的一门专业核心课，是在相关专业学习课程学完后的一门综合性课程。机器人技术是一门跨多个学科的综合性技术，涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多种学科的内容。本课程的先导课程为：“电工电子技术”、“电气控制与PLC”、“机电设备故障诊断与维修”“工业机器人安装与调试”，经过这四门课程的学习，学生已具备机械部件故障诊断与维修方法、机电设备电器控制、电子产品焊装调试、软件编程和机械图和电器原理图的识读能力。已基本具备学习本课程的知识、技能基础。《工业机器人编程技术》后续课程为《自动化工业生产的安装与调试实训》，进一步学习生产自动化的能力与技能。本课程在专业教学与实践工作之间起了承前启后的桥梁作用，是工业机器人技术专业人才培养过程重要的环节。 三、课程的基本理念 以学生为主体，以工学结合为宗旨，以岗位职业能力的培养为重点，目的是强化学生的工程实践能力与创新能力。“工业机器人编程技术”课程在设计教学思路和理念时，采用基于项目教学的课程教学模式。根据专业人才培养目标及岗位群对学生岗位能力提
出的要求，明确课程目标，分析岗位工作过程，确定岗位典型工作任务，并根据典型工作任务整合教学内容，设计相应的实训项目，注重培养学生的专业能力、方法能力、创新能力和社会能力。 四、课程设计 该该课程是依据“机电一体化专业工作任务与职业能力分析表”中的职业岗位工作项目设置的。其总体设计思路是为以工作任务为中心组织课程内容，让学生在完成具体项目的过程中构建相关理论知识，发展职业能力。课程内容突出对学生职业能力的训练，并融合了相关职业资格证书对知识、技能和态度的要求。 通过对课程内容高度归纳，概括了工业机器人系统构成、机器手动操作、机器人编程控制、机器人参数设定及程序管理等，容的组织是由易到难，由浅入深，由基本理论知识到提高知识与技能训练。学生通过学习，基本掌握本课程的核心知识与技能，初步具备工业机器人现场编程能力以及有关的创新创业技能。 五、课程的目标 （一）总目标 本课程以面向就业岗位为导向，结合工业机器人技术能力目标，对本课程进行了知识体系重构。整个学习过程突出了职业性、实践性和实用性的特点。教学知识点由工业机器人的开关机操作到认识示教器，再到手动操作方法、自动运行方法，学习内容逐渐深化。通过本门学习领域课程工作任务的完成，使学生达到理论联系实际、活学活用的基本目标，提高其实际应用技能，并使学生养成善于观察、独立思考的习惯，同时通过教学过程中的案例分析强化学生的职业道德意识和职业素质养成意识以及创新思维的能力。 （二）具体目标： 1、知识：
工业机器人培训心得
竭诚为您提供优质文档/双击可除 工业机器人培训心得 篇一：机器人应用培训心得 机器人培训总结 培训已近尾声，回想学习中，多位机器人领域专家的讲座为我们的思想注入了源头活水，给我带来了心智的启迪、情感的熏陶和精神的享受，让我饱享了高规格的“机器人大餐”，我感受着新思潮、新理念的激荡，他们以鲜活的案例和丰富的知识内涵及精湛的理论阐述，给了我强烈的感染和深深的理论引领，每一天都能感受到思想火花的冲击；我分享到了收获的喜悦，接受了先进自动化机器人理论的洗礼，受益匪浅。 下面将我的学习心得小结如下： 一、机器人发展历程 科学技术是第一生产力，随着时代的进步，科技发展的日新月异，一种代替人们从事某些特殊工作的科技产品——机器人，已越来越受到人们的关注。那么什么是机器人呢？人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机
械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。但从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。机器人的起源要追溯到3000 多年前。“机器人”是存在于多种语言和文字的新造词，它 体现了人类长期以来的一种愿望，即创造出一种像人一样的机器或人造人，以便能够代替人去进行各种工作。直到四十多年前，“机器人”才作为专业术语加以引用，然而机器人 的概念在人类的想象中却已存在三千多年了。 从历史来来看真正意义上的机器人出现在1959年，经 过了五十多年的发展，机器人种类达数十种，它们在许多领域为人类的生产和生活服务。大多数工业机器人都不能走路，一般是靠轨道滑行，如汽车制造机器人等。现代工业机器人主要有四大类型： （1）顺序型——这类机器人拥有规定的程序动作控制 系统； （2）沿轨迹作业型——这类机器人执行某种移动作业，
机器人课程设计报告
机器人课程设计报 告
智能机器人课程设计 总结报告 姓名： 组员： 指导老师: 时间:
一、课程设计设计目的 了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于实践。经过学习，具体掌握智能机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。 基本要求：要求设计一个能走迷宫(迷宫为立体迷宫)的机器人。要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。要有走迷宫的策略（软件流程图）。对于走迷宫小车控制系统设计主要有几个方面：控制电路设计，传感器选择以及安放位置设计，程序设计 二、总体方案 2.1 机器人的寻路算法选择 将迷宫看成一个m*n的网络，机器人经过传感器反馈的信息感知迷宫的形状，并将各个节点的与周围节点的联通性信息存储于存储器中，再根据已经构建好的地图搜索离开迷宫的路径。这里可选择回溯算法。对每个网格从左到右，每个网格具有4个方向，分别定义。并规定机器人行进过程中不停探测前方是否有障碍物，同时探测时按左侧规则，进入新网格后优先探测当前方向的左侧方向。探测过程中记录每个网格的四个方向上的状态：通路、不通或未知，探测得到不同状态后记记录，同时记录当前网
格的四个方向是否已被探测过。若某网格四个方向全部探测过则利用标志位表示该网格已访问。为了寻找到从起点到终点的最佳路径，记录当前网格在四个方向上的邻接网格序号，由此最后可在机器人已探测过的网格中利用Dijkstra算法找到最佳路径。并为计算方便，记录网格所在迷宫中行号、列号。并机器人探索过程中设置一个回溯网格栈记录机器人经过的迷宫网格序号及方向，此方向是从一个迷宫网格到下一个迷宫网格经过的方向。设置一个方向队列记录机器人在某网格内探测方向的顺序。设置一个回溯路径数组记录需要回溯时从回溯起点到回溯终点的迷宫网格序号及方向。 考虑到迷宫比较简单，且主要为纵横方向的直线，可采用让小车在路口始终左转或者始终右转的方法走迷宫，也就是让小车沿迷宫的边沿走。这样最终也能走出迷宫。本次课程设计采用此方法。即控制策略为机器人左侧有缺口时，向左进入缺口，当机器人前方有障碍是，向右旋转180°，其余情况保持前进。 2.2 传感器的选择 由于需要检测机器人左侧和前方是否有通路，采用红外传感器对机器人行进方向和左侧进行感知。红外避障传感器是依据红外线的反射来工作的。当遇到障碍物时，发出的红外线被反射面反射回来，被传感器接收到，信号输出引脚就会给出低电平提示信号。本机器人系统的红外避障信号采用直接检测的方式进行，直接读取引脚电平。传感器感应障碍物的距离阈值能够经过调节
《工业机器人》实验报告
北京理工大学珠海学院实验报告 实验课程：工业机器人实验名称：实验一：工业机器人认识 教师：时间：班级：姓名：学号： 一、实验目的与任务 了解6自由度工业机器人的机械结构，工作原理，性能指标、控制系统，并初步掌握操作。了解6自由度工业机器人在柔性制造系统中的作用。 二、实验设备 FMS系统（含6-DOF工业机器人） 三、实验内容与步骤 1、描述工业机器人的机械结构、工作原理及性能指标。 2、描述控制系统的组成及各部分的作用。
3、描述机器人的软件平台及记录自己在进行实际操作时的步骤及遇到的问题以及自己的想法。教师批阅:
北京理工大学珠海学院实验报告 实验课程：工业机器人实验名称：实验二：机器人坐标系的建立 教师：时间：班级：姓名：学号： 一、实验目的与任务 了解机器人建立坐标系的意义；了解机器人坐标系的类型；掌握用D-H方法建立机器人坐标系的方法与步骤。 二、实验设备 FMS系统（含6-DOF工业机器人） 三、实验内容与步骤 1、描述机器人建立坐标系的意义以及机器人坐标系的类型。 2、深入研究机器人机械结构，建立6自由度关节型机器人杆件坐标系，绘制机器人杆件坐标系图。
教师批阅:
实验课程：工业机器人实验名称：实验三：机器人示教编程与再现控制 教师：时间：班级：姓名：学号： 一、实验目的与任务 了解机器人示教编程的工作原理，掌握6自由度工业机器人的示教编程与再现控制。 二、实验设备 FMS系统（含6-DOF工业机器人） 三、实验内容与步骤 1、描述机器人示教编程的原理。 2、详细叙述示教编程与再现的操作步骤，记录每一个程序点，并谈谈实验心得体会。教师批阅: