第七章 补充学习资料_智能机器人及其应用

1、 主要内容什么是机器人什么是机器人机器人的发展历史机器人的发展历史机器人的发展趋势机器人的发展趋势机器人的分类机器人的分类机器人的优缺点机器人的优缺点机器人的组成机器人的组成机器人涉及的技术机器人涉及的技术机器人应用机器人应用 机器人问世已有几十年，但对 “什么是机器人”这一问题一直没有统一的意见 原因之一：机器人学科一直处在不断发展之中，机器人的内涵不断丰富 原因之二：机器人涉及到了人的概念，因此“什么是机器人”就成为一个难以回答的哲学问题 正是由于机器人定义的模糊，人们才会有充分的想象和创造空间，创造出了各种各样、各种用途的机器人挂在多用车或牵引车上的起重机常规的机器人操作手比较相同点：都

2、具有许多连杆，这些连杆通过关节依次连接，由驱动器驱动不同点：起重机由人控制驱动器。机器人操作手由计算机编程控制机器人机器人操作机操作机 在美国标准中，只有易于再编程的装置才认为是机器人。因在美国标准中，只有易于再编程的装置才认为是机器人。因此，手动装置或固定操作顺序机器装置都不认为是机器人此，手动装置或固定操作顺序机器装置都不认为是机器人日本日本（19671967年日本召开第一届机器人学术会议，提出两个观点）年日本召开第一届机器人学术会议，提出两个观点）l森政弘、合田周平森政弘、合田周平2人提出：人提出： 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

3、柔性机器l加藤一郎提出：加藤一郎提出：（长期致力于研究仿人机器人，被誉为仿人机器人之父）（长期致力于研究仿人机器人，被誉为仿人机器人之父） 具有如下3个条件的机器 具有脑、手、脚等三要素的个体手作业，脚移动，脑指挥手作业，脚移动，脑指挥 具有非接触传感器（如用眼、耳接受信息）和接触传感器五官五官 具有平衡觉和固有觉的传感器感知本身状态感知本身状态美国美国l美国机器人协会（RIA-Robot Institute of America) 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（Manipulator）l 美国国家标准局（

4、NSB-National Bureau of Standards） 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动作的机械装置中国中国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，例如: 感知能力 规划能力 动作能力 协同能力 国际标准化组织对工业机器人的定义国际标准化组织对工业机器人的定义l机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手有几个轴，能够借助于可编程序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 机器人能力的评价标准包括：智能机器人能力的评价标准包括：智能-指感觉和感知，包括记忆、运算、比指感觉和感知，包括

5、记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能-指变通性、通用性或空指变通性、通用性或空间占有性等；物理能间占有性等；物理能-指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。节省劳动力l搬运机器人、清扫机器人、喷漆机器人、 进行极限作业l空间机器人、海底机器人、救援机器人、与人协调作业，用于医疗、福利l外科手术机器人、智能轮椅供人娱乐机器宠物l机器狗、机器猫、1920年，捷克作家卡雷尔卡佩克在科幻剧本罗萨姆的万能机器人中定义了“robota”1954年，George开发出第一台可编程机器人1962年，Unimati

6、on公司成立，制造出了最早的工业机器人，第一位用户是GM（美国通用机械公司）1964年，MIT，Stanford University（麻省理工学院，斯坦福大学）等成立人工智能研究所1965年，Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）建立机器人研究所1967年， Unimation公司的第一台喷涂用机器人出口到日本1968年，第一台智能机器人Shakey（沙基）在斯坦福研究所(SRI-Stanford Research Institute)诞生lShakey能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务(如寻找木箱并将其推到指定目的位置)lShakey装备了电视摄

7、像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电机以及编码器，并通过无线通讯系统由二台计算机控制1978年，世界上第一台PUMA工业机器人由Unimation装运到GM公司PUMA机器人具有传动精度高、结构小巧紧凑、重量轻、工作范围大、适应性广等优点，广泛用于医药、食品、电子、机器等行业，从事包装、材料送，以及小型机电元件的装配、搬运、喷涂、机器加载、实验、检查等工作PUMA标志着工业机器人技术已经成熟，直到现在，工业机器人的机械传动、驱动、控制结构、编程语言均与其无本质差别 用6个自由度的并联机构控制机器人动作IBM7565在1983年制造，由IBM System/1计算机控制，用于电子、汽车、航空航

8、天、电器的灵活生产。操作者可以通过键盘/显示器或可编程控制盘（位于机械手的左上角）进行编程。7565程序用AML（制造语言）编程，AML是一个强大的、易于使用的编程语言，由IBM研究人员专门为机器人应用开发。 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（卡内基梅隆大学）利用Dante机器人探测Alaska spurr（阿拉斯加-斯珀尔）火山采集火山气体样本1995年，美国Intuitive Surgical公司（医疗器械的王牌公式）推出外科手术机器人达芬奇牌手术系统（外科手术机器人）可以极大程度地解放外科医生，通过微控

9、操作、视觉成像等多种新技术最大程度地减少病患痛苦，降低失败几率1997年， NASA（美国国家航空航天局）火星探险计划成功实施探路者（Explorer）在火星上软着陆，索杰纳(Sojourner-旅行者)火星车将所拍摄照片发回地球索杰纳是在火星上真正从事科学考察工作的第一台机器人车辆，它是一辆自主式的机器人车辆，同时又可从地面对它进行遥控。 索杰纳(Sojourner)火星车 1997年，Honda推出人形机器人P31999年，日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO),当即销售一空,从此娱乐机器人成为机器人迈进普通家庭的途径之一2000年，Honda推出第二代人形机器人Asimo, Sony

10、推出人形机器人QiroAsimo（阿西莫）会拉提琴, 曾经登台指挥交响乐团Qrio的名字源于“Quest for Curiosity”，是一款集科技与娱乐于一身的梦幻机器人。身高54cm，重5kg，可以跳舞打拳 2001年，加拿大MD机器人公司建造的“空间站远程操纵系统”（又称“加拿大手”）发射进入太空轨道在空间站的周围搬运设备和补给，帮助宇航员在太空中工作，在空间站上安装设备和其它载荷2013年，中国首辆月球车玉兔号成功登陆月球参阅百度百科-玉兔号成功着陆成功着陆模型模型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工业机器人工程、

11、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现状现状发展趋势与愿景发展趋势与愿景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，机器人市场将超越其它信息产业，成为全球最大的工业七大发展趋势l语言交流功能越来越完美 l各种动作的完美化 l外形越来越酷似人类 l复原（故障修复）功能越来越强大 l体内能量储存越来越大 l逻辑分析能力越来越强 l具备越来越多样化功能 按所替代的人体器官分类按智能水平分类按机器人的

12、应用分类常用的三种分类方法：操作机器人-手移动机器人-腿视觉机器人-眼听觉机器人-耳操作机器人操作机器人机械臂相当于手臂机械手相当于手指轮式：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视觉机器人产品检测人脸检测人脸识别物体识别分分 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数控型机器

13、人不必引导机器人动作，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医用机器人l空间机器人l水下机器人l农业机器人l提高生产率、安全性、效率、产品质量和产品一致性可以在危险或者不良的环境下工作可以不知疲倦、不知厌烦的持续工作(3D)Dirty, Dull, Dangerous（脏、枯燥、危险环境）除了发生

14、故障或磨损外，始终如一的保持精确度具有比人高很多的精确度具有某些人类所不具有的能力可以同时响应多个激励或处理多项任务带来经济和社会问题。如工人失业，情绪上的不满与怨恨等缺乏应急能力，一切按程序执行在很多方面具有局限性。如自由度、灵巧度、传感器能力、视觉系统、实时响应费用开销大。如原始的设备费、安装费、需要周边设备、需要培训、需要编程 2015.4.16，省内外媒体对佛山机器人产业报道：目前佛山开展机器人应用的企业约120家，应用机器人总数超过3500台，预计未来三年佛山企业对机器人的需求可达2万3万台机械手或移动车：机械手或移动车： 机器人的主体部分机器人的主体部分末端执行器：末端执行器： 用

15、来抓取物体用来抓取物体驱动器：驱动器： 是机械人的是机械人的“肌肉肌肉”传感器：传感器： 收集机器人内部状态信息或用来与外收集机器人内部状态信息或用来与外 部环境进行通信部环境进行通信控制器：控制器： 从计算机获取数据，控制驱动器的动从计算机获取数据，控制驱动器的动 作，并与传感器反馈信息一起协调机作，并与传感器反馈信息一起协调机 器人的运动器人的运动处理器：处理器： 计算调整机器人关节的运动计算调整机器人关节的运动软件：软件：操作系统、机器人软件、例行程序集操作系统、机器人软件、例行程序集 合和应用程序合和应用程序电动机l伺服电机l步进电机l直流电机液压驱动器气动驱动器形状记忆金属驱动器磁致

16、伸缩驱动器 某些磁性体的外部一旦加上磁场则磁性体的外形尺寸会发生变化，利用这种特性制作的驱动器称为磁致伸缩驱动器 形状记忆合金是一种特殊的合金，一旦使它记忆了任何形状，即使产生变形，但当达到某一适当温度时，它就能恢复到变形前的形状，利用这种特性制作的驱动器称为形状记忆金属驱动器位置传感器速度/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 机器人学（Robotics）是与机器人设计、制造和应用相关的科学。又称为机器人技术或机器人工程学，主要研究机器人的控制与被处理物体之间的相互关系。可以理解为：机器人学是人们设计和应用机器人的技术和知识的学科

17、机器人系统不仅由机器人组成，还需要其它装置和系统连同机器人一起来共同完成必需的任务。机器人可以用于生产制造、水下作业、空间探测、帮助残疾人甚至娱乐等方面。通过编程和控制，许多场合均可应用机器人 So，机器人学是一门交叉学科，它得益于机械工程、电气与电子工程、计算机科学、生物学以及许多其它学科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分布式人工智能l分布式问题求解l多智能体行为协调 IBM开发的机器人“深蓝”有高超的智能，在同世界国际象棋大师卡斯帕罗夫进行的棋赛中取胜护士助手智能轮椅家用

18、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（左）（左）奈良先端科学技术大学的电动轮椅“WATSON”，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）（中）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。（右）（右）美国公司开发一种iBot自动平衡轮椅 手术机器人不是真正的自动化机器人，它们不能自已进行手术，但是它们向手术提供了有用的机械

19、化帮助 手术机器人仍然需要外科医生来操作它们并对其进行控制，可远程控制或语音控制 医用机器人，是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗、教学的机器人 医用机器人种类很多，按照其用途不同，有临床医疗用机器人、护理机器人、医用教学机器人和为残疾人服务机器人等 可浏览百度图片可浏览百度图片“清洁机器人清洁机器人” 哈尔滨工业大学机器人研究所成立于1986年(本人在哈工大读研期间85-88)，是国内最早开展机器人技术方面的研究单位之一 近五年来，承担国家“863”计划、自然科学基金、国防科工委及企业等项目70多项，获省部级科技奖15项，在机器人技术的研究方向上有很大的优势 研究所十分注重科研成果的转化，19

20、97年建立了博实自动化设备有限责任公司，为我国石化、化工、冶金等行业提供先进的包装码垛设备，取得了良好的经济效益，博实公司被列为国家“863”计划“智能机器人主题机器人产业化基地”，目前年产值达亿元 2000年与海尔集团合作成立了“海尔哈工大机器人技术有限公司”，在智能服务机器人、注塑机取出机械手和工业机器人方面推出了一系列产品我国机器人的总体技术水平跻身于世界先进行列，成为世界上拥有潜深6000米自治水下机器人的少数国家之一 MH370失联客机截至2014年4月7日尚未找到 澳大利亚海事安全局联合协调中心召开发布会，搜救行动处境微妙，需要不断精确搜寻位置，不会放弃希望，搜索区域最深将达到50

21、00米，将使用水下机器人搜寻黑匣子信号 水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具 空间机器人（Space Robots）是用于代替人类在太空中进行科学试验、出舱操作、空间探测等活动的特种机器人 NASA绘制的技术路线图中，空间机器人分为遥操作机器人、自主机器人两种 点焊机器人（Spot Welding robot）用于点焊自动作业的工业机器人 世界上第一台点焊机于1965年开始使用，是美国Unimation公司推出的Unimate机器人 中国在1987年自行研制成第一台点焊机器人-华宇-型点焊机器人 弧焊机器人（Arc Welding Robot）用于进行自动

22、弧焊的工业机器人。弧焊机器人的组成和原理与点焊机器人基本相同 在20世纪80年代中期，哈尔滨工业大学的蔡鹤皋、吴林等教授研制出了中国第一台弧焊机器人-华宇-型弧焊机器人 码垛机器人可按照要求的编组方式和层数，完成对料袋、胶块、箱体等各种产品的码垛 码垛机器人被广泛应用在食品、医药、包装、仪表装配、继电器生产等众多行业 装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备，由机器人操作机、控制器、末端执行器和传感系统组成 常用的装配机器人主要有两种类型： 可编程通用装配操作手，即PUMA机器人(Programmable Universal Manipulator for Assembly) 平面双关节型机器人，即SCARA机器人(Selective Compliance Assembly Robot Arm) 与一般工业机器人相比，装配机器人具有精度高、柔顺性好、工作范围小、能与其他系统配套使用等特点，主要用于各种电器的制造行业铺路机器人装修测量机器人 农业机器人：施肥机器人、大田除草机器人、菜田除草机器人、采摘柑桔机器人、采摘蘑菇机器人、分检果实机器人、番茄收获机器人、采摘草莓机器人林业机器人-伐木畜牧业机器人-剪羊毛军用机器人军用机器人 军用机器人军用机器人侦察排爆机器人侦察排爆机器人军用机器人军用机器人 2015年4月17日，中央电视台军事频道军事报道栏目首度公开了我军自行研