机器人第一章

1、 机器人技术及其应用机器人技术及其应用 绪论绪论 Introduction of Robotics1. 1 1. 1 机器人学的发展史机器人学的发展史1 12 2 机器人的研究领域和内容机器人的研究领域和内容1 13 3 机器人学与人工智能机器人学与人工智能1 14 4 如何学好机器人技术如何学好机器人技术1.1 1.1 机器人发展概述机器人发展概述 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

2、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。n然后由另一位作家Jsaac Asimov在他的小说中给机器人下了“机器人学三定机器人学三定律律”：n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 。n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；n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、几种机器人的定义二、几种机器人的定义1国际上关于机器人的几种定义（国际

3、上关于机器人的几种定义（1）：）：n美国机器协会（美国机器协会（RIA：Robotic Industries Association ）：）： n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（国际上关于机器人的几种定义（2）：）：n日本工业机器人协会：日本工业机器人协会：n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（国际上关于机器人的几种定义（3）：）：n国际标准化组织（国际标准化组织（ISO）：）：n机器人是一种自动的、位

4、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国际上关于机器人的几种定义（国际上关于机器人的几种定义（4）：）：n中国：中国：n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：类似机器人装置：n假肢：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。n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。总结总结 n机器人的动作机构具有

5、类似于人或其他生物体的某些器官（肢体、感官等 ）的功能；n机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活多变；n机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等；n机器人具有独立性，完整的机器人系统，在工作中可以不依赖于人的干预。二二 机器人工业发展史（机器人工业发展史（国外）国外） n1954年，美国推出了世界上第一台工业机器人实验样机。n1967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。n80年代以来，国际机器人的发展速度平均保持在2530年增长率，所生产的机器人主要用于改善恶劣的工作条件。n我国机器人技

6、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n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

7、称机器人王国的日本起步至少要早五六年。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n 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

8、制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机器人研究领域和内容一、机器人研究领域一、机器人研究领域n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；多传感系统与传感

9、器融合；恶劣工况下的传感技术；传感器硬件模块化。n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。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

10、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n1.空间机构学n2.机器人运动学n3.机器人静力学n4.机器人动力学n5.机器人控制技术n6.机器人传感器n7.机器人语言1按用途分：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。 三三 机器人分类机器人分类2按主要功能分：按主要功能分：n操作机器人：操作机器人：主要是模仿人的手和手臂的工作。n移动机器人：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。 n信息机器人：信息机器人：主要指以计算机系统为基础的智能行为模拟装置。n人机机器人：人机机器人：机器

11、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：按技术级别分： n第一代工业机器人：第一代工业机器人：主要是示教再现控制的操作机器人。n第二代工业机器人：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。n第三代工业机器人：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（按坐标系统来分（1）：）： n直角坐标型：直角坐标型：只具有移动关节。4按坐标系统来分（按坐标系统来分（2）：）：n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（按坐标系统来分（3）：）：n球坐标型：球坐标型：具有两个转动关节、其余为移动关节的机器人

12、。4按坐标系统来分（按坐标系统来分（4）：）：n关节型：关节型：具有三个转动关节的机器人。5按受控方式分：按受控方式分：n点位控制型、连续控制型。 6按驱动方式分：按驱动方式分：n液压驱动、气压驱动、电气驱动等。四 工业机器人应用领域 图图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年美洲地区各主要行业对工业机器人需求比例分布图 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年亚洲地区各主要行业对工业机器人需求比例分布图 五、五、机器人应用的现状与未来机器人应用的现状与未来1机器人应用的现状（机器人应用的现状（1）n焊接焊接：主要是指利用机器人进行点焊和弧焊。

13、n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，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。n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（机器人应用的现状（2）n喷漆喷漆：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（机器人应用的现状（3）n磨削磨削：利用工业机器人对焊缝或工作表面进行磨削

14、。 1.3 机器人学与人工智能机器人学与人工智能1.4.1课程成绩的构成考试：闭卷 总成绩：平时30% + 期末考试 70% 1.4如何学好机器人技术Robotics 绪论绪论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”n 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

15、深处考古的科学家们不约而同感染了一种神秘细菌，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