移動機(jī)器人學(xué) 課件 第一章 緒論

華南理工大學(xué)自動化科學(xué)與工程學(xué)院《移動機(jī)器人學(xué)》

華南理工大學(xué)自動化科學(xué)與工程學(xué)院第一章

緒論

1.1移動機(jī)器人概述機(jī)器器人技術(shù)不僅僅是只涉及傳統(tǒng)的機(jī)器人控制，而是集成了計算機(jī)科學(xué)、自動化、車輛工程、電氣工程、機(jī)械電子工程等多學(xué)科技術(shù)的跨學(xué)科技術(shù)。移動機(jī)器人又稱為智能移動機(jī)器人，它集了環(huán)境識別感知、實時動態(tài)決策與自主規(guī)劃、運(yùn)動控制等為一體，具有自主組織、自主運(yùn)營和自主規(guī)劃的功能。應(yīng)用領(lǐng)域多元化：工廠制造的工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)院和養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人、搶險救災(zāi)的特種機(jī)器人、商業(yè)中心的服務(wù)向?qū)C(jī)器人以及自動導(dǎo)航的移動機(jī)器人等快倉AGV服務(wù)機(jī)器人水下機(jī)器人空中機(jī)器人移動機(jī)器人應(yīng)用1.1移動機(jī)器人概述1.2移動機(jī)器人的發(fā)展分類方式移動方式：輪式移動機(jī)器人、步行移動機(jī)器人(單腿式、雙腿式和多腿式)、履帶式移動機(jī)器人、爬行機(jī)器人、蠕動式機(jī)器人和游動式機(jī)器人工作環(huán)境：室內(nèi)移動機(jī)器人和室外移動機(jī)器人控制體系結(jié)構(gòu)：能式(水平式)結(jié)構(gòu)機(jī)器人、行為式(垂直式)結(jié)構(gòu)機(jī)器人和混合式機(jī)器人功能和用途：醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、助殘機(jī)器人、清潔機(jī)器人等1.2移動機(jī)器人的發(fā)展1、20世紀(jì)60年代：全球第一臺智能移動機(jī)器人Shakey在美國斯坦福研究所的人工智能中心研發(fā)成功

2、20世紀(jì)70年代：斯坦福大學(xué)再一次成功開發(fā)了一種基于視覺傳感器的移動機(jī)器人Cart3、1997年：日本名古屋，舉辦了第一屆的機(jī)器人足球世界杯4、2003年：美國宇航局已經(jīng)能夠開發(fā)航天級移動機(jī)器人火星漫游者(MER)登陸火星執(zhí)行任務(wù)Shakey機(jī)器人Cart機(jī)器人機(jī)器人世界杯美國“漫游者”號國外移動機(jī)器人1.2移動機(jī)器人的發(fā)展玉兔”一號機(jī)器人“玉兔”二號機(jī)器人中國航天機(jī)器人1.2移動機(jī)器人的發(fā)展2013年，中國航天中心在西昌發(fā)射“嫦娥三號”成功將“玉兔一號”送上月球，并超額服役到2016年，完成月球的無人探測任務(wù)。在2019年“玉兔二號”成功著陸月球背面，首次實現(xiàn)月球背面的著陸探測，對月球背面進(jìn)行環(huán)境感知、路徑規(guī)劃導(dǎo)航，準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)探測地點。視覺SLAM點云圖1.2移動機(jī)器人的發(fā)展移動機(jī)器人的自主定位建圖和導(dǎo)航（SLAM）是指機(jī)器人在未知的環(huán)境中根據(jù)傳感器信息實現(xiàn)定位、建圖和導(dǎo)航功能視覺SLAM點云圖1.2移動機(jī)器人的發(fā)展路徑規(guī)劃功能是智能移動機(jī)器人自主導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一。其目標(biāo)是在已經(jīng)建立的地圖環(huán)境中，基于一定路徑評價指標(biāo)，如最短路徑、最短時間等，規(guī)劃出從起始地點到目標(biāo)地點的評價分?jǐn)?shù)最高的無碰撞可行路徑。路徑規(guī)劃可由：全局路徑規(guī)劃、局部路徑規(guī)劃兩部分組成輪式AGV履帶機(jī)器人輪式機(jī)器人1.3移動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)（輪式）輪式機(jī)構(gòu)的效率是最好的，但相應(yīng)的適應(yīng)能力就比較差六足機(jī)器人波士頓動力機(jī)器人足式機(jī)器人1.3移動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)（足式）移動適應(yīng)能力最好的莫過于足式機(jī)構(gòu)，但其低下的效率卻讓人不得不好好考慮是否采用管道機(jī)器人1.4移動機(jī)器人的分類（管道）空間多輪結(jié)構(gòu)的管內(nèi)機(jī)器人的輪子與壁面接觸時，接觸點與輪心的連線在柱面的半徑方向上，并且輪子的行駛方向與柱面的母線平行，這是單個輪子在管道曲面上位姿的一種特殊情況。水下機(jī)器人1.4移動機(jī)器人的分類（水下）水下機(jī)器人也稱無人遙控潛水器，是一種工作于水下的極限作業(yè)機(jī)器人。水下環(huán)境惡劣危險，人的潛水深度有限，所以水下機(jī)器人已成為開發(fā)海洋的重要工具?？罩袡C(jī)器人1.4移動機(jī)器人的分類（空中）無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”（“UAV”），是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。無人機(jī)實際上是無人駕駛飛行器的統(tǒng)稱。從技術(shù)角度定義可以分為：無人固定翼飛機(jī)、無人垂直起降飛機(jī)、無人飛艇、無人直升機(jī)、無人多旋翼飛行器、無人傘翼機(jī)等。陸地?zé)o人軍事機(jī)器人水下無人軍事機(jī)器人空中無人軍事機(jī)器人1.4移動機(jī)器人的分類（軍事）軍用機(jī)器人（militaryrobot）是一種用于軍事領(lǐng)域的具有某種仿人功能的自動機(jī)。從物資運(yùn)輸?shù)剿褜た碧揭约皩崙?zhàn)進(jìn)攻，軍用機(jī)器人的使用范圍廣泛。服務(wù)機(jī)器人1.4移動機(jī)器人的分類（服務(wù)）服務(wù)機(jī)器人集成人臉識別、語音識別、NLU語義理解、SLAM激光導(dǎo)航、超聲波感應(yīng)、紅外感應(yīng)、麥克風(fēng)降噪等先進(jìn)技術(shù)，具有人臉識別、語音識別、聲源定位、回聲消除、人臉識別、自動避障、智能導(dǎo)航、智能巡航、自動充電等功能。廣泛應(yīng)用于政務(wù)服務(wù)大廳、展廳等場景，為群眾、客戶提供迎賓接待、業(yè)務(wù)引導(dǎo)、地圖導(dǎo)航、聊天娛樂、信息宣傳等服務(wù)。服務(wù)機(jī)器人1.4移動機(jī)器人的分類（服務(wù)）智能服務(wù)機(jī)器人是在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的智能化裝備，主要以服務(wù)機(jī)器人和