机器人第一章

1、,机器人技术及其应用,绪论,Introduction of Robotics,1. 1,机器人学的发展史,1,2,机器人的研究领域和内容,1,3,机器人学与人工智能,1,4,如何学好机器人技术,1.1,机器人发展概述,一,“,obot”,一词源出自捷克语,“,robota”,，意谓“强迫劳动”。,1920,年,捷克斯洛伐克作家萨佩克写了一个名为,罗萨姆的万能机器人,的剧本,他,把在,罗萨姆,万能机器人公司生产劳动的,那些家伙取名“,Robot”,汉语音译为“罗,伯特”，捷克语意为“奴隶”,萨佩,克把机器人的地位确定为只管埋头干活、,任由人类压榨的奴隶，它们存在的价值,只是服务于人类。,一个极其

2、偶然的原因,机器人开始有,了知觉,它们不堪忍受人类的统治,向人类,发动攻击,最后彻底毁灭了人类。“机器,人”的名字也正式由此而生。,?,然后由另一位作家,Jsaac Asimov,在他的,小说中给机器人下了,“机器人学三定,律”,：,?,?,?,机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不,幸；也不得见人受到伤害而袖手旁观,。,机器人应执行人们所下达的指令，除非这些,指令与第一定律相矛盾；,机器人应能保护自己的生存，只要这种防护,行为不与第一或第二定律相矛盾。,二、几种机器人的定义,1,国际上关于机器人的几种定义（,1,）：,?,美国机器协会（,RIA,：,Robotic Industries,As

3、sociation,）：,?,机器人是一种用于,移动,各种材料、零件、工具,或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，,并,具有编程能力,的多功能操作机。,1,国际上关于机器人的几种定义（,2,）：,?,日本工业机器人协会：,?,工业机器人是一种装备有,记忆装置,和,末端执行装置,的、能够完成各种移动,来代替人类劳动的通用机器。,1,国际上关于机器人的几种定义（,3,）：,?,国际标准化组织（,ISO,）：,?,机器人是一种,自动的,、,位置可控的,、,具有编程能力,的多功能操作机，这种,操作机具有几个轴，能够借助可编程,操作来处理各种材料、零件、工具和,专用装置，以执行各种任务。,1,国际上

4、关于机器人的几种定义（,4,）：,?,中国：,?,机器人是一种,拟人功能,的机械电子,装置。,几种定义的共同属性：,1,）象人或人的一部分，并模仿人的,动作,2,）具有智能或感觉与识别能力,3,）是人制造的机器或机械电子装置,2,类似机器人装置：,?,?,假肢：,由于假肢没有自己的头脑，而,是由人的大脑来控制，因而不能算作,机器人。,遥控装置：,这种装置可转动或移动离,操作人员很远的材料或工具，但整个,动作是由人来控制的。,总结,?,?,?,?,机器人的动作机构具有类似于人或,其他生物体的某些器官,（肢体、感官等,）,的功能；,机器人具有通用性，,工作种类多样，动作程,序灵活多变；,机器人具有

5、不同程度的智能性，,如记,忆、感知、推理、决策、学习等；,工作中可以不依赖于人的干预。,机器人具有独立性，,完整的机器人系统，在,二,机器人工业发展史（国外）,?,?,?,?,1954,年,，美国推出了世界上第一台工业机器人实验,样机。,1967,年,，日本引进了美国的工业机器人技术，经过,消化、仿制、改进、创新，到,1980,年，机器人技术,在日本取得了极大的成功与普及。,80,年代以来,，国际机器人的发展速度平均保持在,25,30,年增长率，所生产的机器人主要用于改善恶,劣的工作条件。,我国机器人技术起步较晚，,1987,年,，北京首届国际,机器人展览会上，我国展出了,10,余台自行研制或

6、仿,制的工业机器人。经过“七五”、“八五”攻关，,我国研制和生产的工业机器人已达到了工业应用水,平。,美国的机器人发展状况,（,1,）性能可靠，功能全面，精确度高；,（,2,）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用,广，水平高居世界之首；,（,3,）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技,术已在航天、汽车工业中广泛应用；,（,4,）高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等,发展迅速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太,空探测方面。,世界机器人的发展状况,?,世界第一台机器人的诞生,美国是机器人的诞生地，早在,1962,年就研制出世界,上第一台工业机器人，比起号称,机器人王国,的日本起,步至

7、少要早五六年。经过,30,多年的发展，美国现已成为,世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。,中国的机器人发展状况,有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动,力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。,在我国，社会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其,长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的,经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等,新兴领域的发展做出卓越的贡献。,我国已在“七五”计划中把机器人列人国家重点科研规划,内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，,全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十几年来，相,继研制

8、出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类,齐全的工业机器人及水下作业、军用和特种机器人。目前，示,教再现型机器人技术已基本成熟，并在工厂中推广应用。我国,自行生产的机器人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂,投入运行。,1986,年,3,月开始的国家,863,高科技发展规划已列入研,究、开发智能机器人的内容。就目前来看，我们应从生产和应,用的角度出发，结合我国国情，加快生产结构简单、成本低廉,的实用型机器人和某些特种机器人。,?,1.2,机器人研究领域和内容,一、机器人研究领域,?,传感器与感知系统,各种新型传感器的开发，包括视觉、触觉、,听觉、接近感、力觉、临场感等；,多传感系统与

9、传感器融合；,恶劣工况下的传感技术；,传感器硬件模块化。,?,驱动、建模与控制,控制机理（理论），包括专家控制、学习控制、,模糊控制、基于人工神经网络的控制、感知控,制以及这些控制与最优、自适应、自学习、自,校正、预测控制和反馈控制等组成混合控制；,控制算法；,在线控制和实时控制；,分组协调控制与群控；,自主操作与自主控制；,控制系统动力学分析；,声音控制与语音控制。,自动规划与调度,环境模型的描述；,协调操作（运动）规划；,控制知识的表示；,装配规划；,路径规划；,基于传感信息的规划；,任务规划；,任务协商与调度；,非结构环境下的规划；,制造（加工）系统中机器人的调度；,含有不确定性时的规划

10、。,计算机系统,智能机器人控制计算机的系,统结构；,神经计算机与并行处理；,通用与专用计算机语言；,人机通讯；,标准化接口,。,二,研究内容,?,?,?,?,?,?,?,1.,空间机构学,2.,机器人运动学,3.,机器人静力学,4.,机器人动力学,5.,机器人控制技术,6.,机器人传感器,7.,机器人语言,三,机器人分类,1,按用途分：,工业机器人、空间机器人、水下机器人、军,用机器人、排险救灾机器人、教学机器人和,娱乐机器人等。,2,按主要功能分：,操作机器人：,主要是模仿人的手和手臂的工作。,?,?,?,?,移动机器人：,工业生产中带有行走机构的机器,人完成运输，上下料等工作。,信息机器人

11、：,主要指以计算机系统为基础的智,能行为模拟装置。,人机机器人：,机器人和真人之间构成一个闭环,系统。如假肢机器人。,3,按技术级别分：,?,第一代工业机器人：,主要是示教再现控,制的操作机器人。,?,?,第二代工业机器人：,具有感受功能的工,业机器人。包括具有光觉、视觉、触觉、,声觉等。,第三代工业机器人：,指智能化的高级机,器人。,4,按坐标系统来分（,1,）：,?,直,角,坐,标,型,：,只,具,有,移,动,关,节。,4,按坐标系统来分（,2,）：,?,圆柱坐标型：具,有,一个转动关节,、,其余为移动关节,的机器人。,4,按坐标系统来分（,3,）：,?,球坐标型：,具,有,两个转动,关,

12、节、其余为移,动关节的机器,人。,4,按坐标系统来分（,4,）：,?,关节型：,具,有,三个转动,关节,的机器,人。,5,按受控方式分：,?,点位控制型、连续控制型。,6,按驱动方式分：,?,液压驱动、气压驱动、电气驱动等。,四,工业机器人应用领域,图,1,：,2005,年美洲地区各主要行业对工业机器人需求比例分布图,图,2,：,2005,年亚洲地区各主要行业对工业机器人需求比例分布图,五、机器人应用的现状与未来,1,机器人应用的现状（,1,）,?,焊接,：主要是指利用机器人进行点焊和弧焊。,?,?,点焊,时要求机器人手腕握持焊接工具准确地对准,所要求的焊点，焊枪不与部件的其它部位接触。,通常

13、，这些机器人所夹持的焊接工具大而重，同,时还要求机器人有一个比较大的活动范围。,弧焊,是对材料进行连续焊接，焊接前首先要将复,杂的运行轨迹示教给机器人，在需要处理较宽的,焊缝时，可以编程使机器人作编织状的横摆运动。,汽车工业运用这种类型的机器人最多。,1,机器人应用的现状（,2,）,?,喷漆,：喷漆易引发火灾，同时有害于,身体健康，因此，喷漆作业是机器人,特有的用途。使用喷漆机器人的另一,个优点是涂层比人工喷涂的更加均匀。,1,机器人应用的现状（,3,）,?,磨削,：利用工业机器人对焊缝或工作,表面进行磨削。,1.3,机器人学与人工智能,1.4,如何学好机器人技术,1.4.1,课程成绩的构成,

14、考试：闭卷,总成绩：平时,30% +,期末考试,70%,Robotics,绪论,1.4,如何学好机器人技术,1.4.2,学好机器人技术的要点,课程的特点,:,内容丰富、覆盖面广、学科交叉明显,学习方法,1),仔细听讲,做好笔记,;,2),认真阅读机器人及相关课程教材,弄懂重要内容,;,3),独立思考,努力认真完成作业,;,机器人,机器人分类,-,类人机器人,机器人分类,-,娱乐机器人,机器人分类,-,军用机器人,“,金字塔行者”,?,胡夫金字塔上有一段可怕的铭文：“不论是谁,骚扰了法老的安宁，死神之翼将在它的头上降,临。”,几十年来，一些进入大金字塔深处考古,的科学家们不约而同感染了一种神秘细

15、菌，有的,更于几月后不治身亡！先是发掘的领导人之,-,一,卡那公爵被蚊虫咬了一口，突然发,痈去世。接,着，参观者尤埃尔因落水溺死，参观者美日铁路,大王因肺炎瘁死，用,x,光照相机给国王木乃伊拍,照的新闻记者突然休克而死，另一名发掘者，肯,塔博士的助手麦克、皮切尔先后去世，死因不明，,皮切尔的父亲跳褛自杀，送葬汽年又压死了一名八岁儿童。在,发掘后三年零三月的时间内，先后有,22,名与发掘有关的人神秘,地去世。,开罗大学伊瑟门,.,塔亚博士认为木乃伊体内存在着,一种曲霉细菌，感粱者导致呼吸系统发炎，皮肤上出现红斑，,最后呼吸困难地死亡。,美国医学月刊曾刊登一篇调查报,告,l00,名曾经到过金字塔观光的英国游客，在末来,l0,年内死,于癌症的，竟达,40%,，而且，年龄都不大。而那些胆大妄为，,胆敢爬上金字塔顶的人，都很快出现昏睡现象，无一生还。,最近，迈阿密贝利大学的化学教授达维多凡从金字塔中检验出,衰退的幅射线，很显然，这正是英国游客致癌的主要原因。,9,月,17,日考古的一个亮点就是机器人进入胡夫金字塔。,由于密室通道的容积很小，一般人是进不去，所以动用,了微型机器人。机器人的名字叫“金字塔流浪者”。它有很,