智能机器人及其应用.教学课件

1、 什么是机器人（robot） 日本： l森政弘与合田周平： 机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、 通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个 特征的柔性机器 l加藤一郎：具有如下3个条件的机器 具有脑、手、脚等三要素的个体； 具有非接触传感器（如，用眼、耳接受远方信 息）和接触传感器； 具有平衡觉和固有觉的传感器。 什么是机器人（robot） 美国： l美国机器人协会（RIA)：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 （Manipulator）。 l美国家标准局：一种能够进行编程并在自动控制下 完成某些操作和移动作业任务或

2、动作的机械装置。 什么是机器人（robot） 中国： l机器人是一种自动化的机器 l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 协同能力 什么是机器人（robot） 国际标准化组织对工业机器人的定义 （1987年） l工业机器人是一种具有自动控制的操作 和移动功能，能完成各种作业的可编程 操作机。 机器人的功能 节省劳动力 l搬运机器人、清扫机器人 进行极限作业 l喷漆机器人、空间机器人、海底机器人、救 援机器人 用于医疗、福利 l外科手术机器人、智能轮椅 与人协调作业 机器宠物，如日本的机器狗，机器猫。 机器人的发展历史 1920年，捷克作家卡雷尔卡佩克在科

3、幻剧本 罗萨姆的万能机器人中定义了“robota” 1954年，George Deval开发出第一台可编程 机器人 1962年，Unimation公司成立，出现了最早了 工业机器人，第一位用户是GM（美国通用机 械公司） 1964年，MIT，Stanford University 等成立 人工智能研究所 1965年，Carnegie Mellon University 建立 机器人研究所 机器人的发展历史 1967年，第一台 Unimation公司的喷涂 用机器人出口到日本 1968年，第一台智能 机器人Shakey在斯坦 福研究所(SRI)诞生 机器人的发展历史 1972，IBM公司开发出内

4、部使用的制 造机器人，并发展成为IBM7565商用 机器人 机器人的发展历史 1978年，第一台PUMA机器人由 Unimation装运到GM公司 机器人的发展历史 80年代开始，各种机器 人公司陆续成立，并不 断出现兼并和调整 1983年，美国开始将机 器人学列入教学计划。 1994年，CMU利用 Dante机器人探测 Alaska spurr火山采集 火山气体样本 机器人的发展历史 1995年，Intuitive Surgical 公司推出外科手术机器人。 机器人的发展历史 1997年，NASA的探险者登陆火星，并由旅行者 （Sojourner ）将所拍摄的照片发回地球 机器人的发展历史

5、1997年，Honda推出 人形机器人P3 1999年，Sony推出机 器狗Aibo 机器人的发展历史 2000年，Honda推出第二代 人形机器人Asimo, Sony推 出人形机器人Qiro。 ASIMO 会拉提琴, 曾经登台指挥交响 乐团。QRIO身高54cm，重 5kg，可以跳舞打拳。 机器人的发展历史 2001年，加拿大MD机器人公司建造的“空 间站远程操纵系统”发射进入太空轨道 机器人的发展历史 2004年，美国的“机遇号”登上火星。 机器人的发展历史 机器人发展趋势 用于制造生产线用于制造生产线 结构化环境下结构化环境下 规则工作规则工作 具有简单智能的具有简单智能的 工业机器人

6、工业机器人 工程、社会服务、人类生活工程、社会服务、人类生活 等各个领域等各个领域 适应非结构环境下的适应非结构环境下的 各种灵活需求各种灵活需求 具有综合和集成能力的具有综合和集成能力的 智能机器人智能机器人 功 能 工作 环境 智能 程度 机器人发展趋势 美国卡内基梅隆大学的科学家预测： l未来的机器人将使目前信息科技革命的 贡献相形见绌，机器人市场将超越信息 产业，成为全球最大的工业。 日本： l拥有世界上58的机器人 l大力发展机器人教育和机器人产业 机器人的分类 按所替代的人体器官分类 按智能水平分类 按机器人的应用分类 分类1按所替代的人体器官分类 操作机器人-手 移动机器人-腿

7、视觉机器人-眼 听觉机器人-耳 操作机器人 机械臂相当于手臂 机械手相当于手指 移动机器人 轮式：独轮、两轮、三轮、四轮、六轮等 腿式：两足、多足 履带式 视觉机器人 产品检测 人脸检测 人脸识别 物体识别 分类2按智能水平分类 分分 类类 名名 称称简简 要要 解解 释释 人工操作装置 有几个自由度，有操作员操纵，能实现若干预定的功能。 固定顺序机器人按预定的不变顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。 可变顺序机器人 按预定的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。但顺 序和条件可作适当改变。 示教再现型机器人 通过手动或其它方式，先引导机器人动作，记录下工作程 序，机器人则自动重复进行作业。

8、 数控型机器人 不必使机器人动作，通过数值、语言等为机器人提供运动 程序，能进行可编程伺服控制。 感知型机器人 利用传感器获取的信息控制机器人的动作。机器人对环境 有一定的适应性。如拣蛋机器人。 智能机器人 机器人具有感知和理解外部环境的能力，即使环境发生变 化，也能够成功的完成任务。如火星探测车。 第一代第一代 第二代第二代 第三代第三代 分类3按机器人的应用分类 工业机器人 特种机器人 l服务机器人 l娱乐机器人 l军用机器人 l水下机器人 l农业机器人 l 机器人的组成 机械臂或移动车（运动平台） 末端执行器 驱动器 传感器 控制器 软件 驱动器 电动机 l伺服电机 l步进电机 l直流电

9、机 液压驱动器 气动驱动器 形状记忆金属驱动 器 磁致伸缩驱动器 传感器 位置传感器 速度/加速度传感器 力/力矩传感器 触觉传感器 接近觉传感器 测距仪 嗅觉传感器 视觉系统 语音识别和语音合成编码器 所涉及的研究领域 机械设计与制造 运动学与动力学 传感器 人工智能 通讯 材料 能源 人工智能 规划和配置 l机器人动作规划、路径规划 机器感知 l计算机视觉 l语义识别 l信息融合 机器学习和知识发现（深蓝机器人） 分布式人工智能 l分布式问题求解 l多智能体行为协调 新型智能机器人 护士助手 智能轮椅 家用及办公机器人 水下机器人 空间机器人 军用机器人 类人机器人 护士助手 它可以完成以

10、下各项任务：运送医疗器材和设 备，为病人送饭，送病历、报表及信件，运送 药品，运送试验样品及试验结果，在医院内部 送邮件及包裹。 智能轮椅 奈良先端科学技术大学院大学的电动轮椅“WATSON”。摄像头安装在轮椅前面，可以捕捉坐在椅 子上的人的表情。一点头轮椅就开始活动，向左右看的话轮椅就向看的方向转弯，摇头就停下来， 这样不用手足仅靠头部的运动与视线就能控制轮椅。 中国科学院自动化研究所研制的一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅。 美国公司开发一种iBot自动平衡轮椅 家用伙伴型机器人 家用清洁机器人 办公/商务服务机器人 清洗机器人 清洗机器人 清洗机器人 水下机器人

11、水下机器人 空间机器人 军用机器人 微型飞行机器人 类人机器人 在跌倒后还 可以站起来 机器人竞赛 主要的机器人竞赛 足球机器人比赛 机器人竞赛的意义 为相关理论和技术提供一个实践平台和检 验标准，有效促进相关领域的发展。 培养多学科交叉的综合性人才、机器人工 业发展的后备人才 培养学生的创新能力、理论与实践相结合 能力、动手能力和协作精神 主要的机器人竞赛 机器人足球赛 机器人相扑赛 空中机器人比赛 灭火机器人比赛 创新性机器人大赛 机器人足球比赛 1992年，加拿大不列颠哥伦比亚大学的 教授Alan Mackworth在论文On Seeing Robots中提出设想 由硬件或仿真机器人进行的足球赛，比 赛规则与人类正规的足球比赛规则类似 最终目标：到2050年，一支全自主的 类人型机器人足球队，战胜人类的足球 世界杯冠军队 足球机器人系统基本框架 机