第一部分机器人概述

智能机器人机器人概述机器人结构机器人控制机器人感觉机器人应用

工业机器人

服务机器人医用机器人军用机器人空间机器人主要内容一、机器人概述主要内容机器人定义机器人发展机器人分类机器人展望机器人定义什么是机器人？机器人长什么样？1920年，捷克作家卡雷尔·卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。卡佩克在剧本中把捷克语“Robota”写成了“Robot”，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。机器人的由来1950年，美国作家埃萨克·阿西莫夫在他的科幻小说《I，Robot》中首次使用了“Robotics”

，即“机器人学”。阿西莫夫提出了“机器人三原则”：1机器人不应伤害人类,且在人类受到伤害时不可袖手旁观；2机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；3机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外

这三条守则给机器人赋以伦理观。至今，机器人研究者都以这三个原则作为开发机器人的准则。阿西莫夫因此被称为“机器人学之父”定义目前，虽然机器人已被广泛应用，但世界上对机器人还没有一个统一、严格、准确的定义，不同国家、不同研究领域给出的定义不尽相同。尽管定义的基本原则大体一致，但仍然有较大区别。国际上主要有以下几种：定义美国机器人协会：“机器人是用以搬运材料、零件、工具的可编程序的多功能操作器或是通过可改变程序动作来完成各种作业的特殊机械装置。”日本工业机器人：“工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。”

美国国家标准局：“机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。

国际标准化组织：“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，这种机械手具有几个轴，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，以执行种种任务。”定义机器人应具有的共同点：1）机器人的动作机构具有类似与人或其它生物的某些器官的功能。2）是一种自动机械装置，可以在无人参与下，自动完成多种操作或动作功能，即具有通用性。可以再编程，程序流程可变，即具有柔性。3）具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习。

发展机器人的三个理由干人不愿意干的事（有毒的、有害的、高温的或危险的环境）。干人不好干的活（如在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳,一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低）。干人干不了的活（如太空，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作）。

机器人发展1954年，美国人GeorgeC.Devol提出了第一个工业机器人方案并在1956年获得美国专利。1961年，Unimation公司（通用机械公司）成立，生产和销售了第一台工业机器“Unimate”，即万能自动之意。Unimate美国制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。其外形有点像坦克炮塔，基座上有一个大机械臂，大臂可绕轴在基座上转动，大臂上又伸出一个小机械臂，它相对大臂可以伸出或缩回。小臂顶有一个腕，可绕小臂转动，进行俯仰和侧摇。腕前端是手，即操作器。其功能和人手臂功能相似。1962年，A.M.F.（机械与铸造）公司，研制出一台数控自动通用机，取名“Versatran”，即多用途搬运之意，并以“IndustrialRobot”为商品广告投入市场。1978年，第一台计算机控制的机器人在Unimation公司诞生。机器人发展60～70年代，日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器人，是机器技术获得巨大发展的阶段。80年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，如焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、水下、排险、核工业等，机器人的感知技术得到相应的发展，产生第二代机器人。机器人发展90年代，机器人技术在发达国家应用更为广泛，如军用、医疗、服务、娱乐等领域，并开始向智能型（第三代）机器人发展。多种机器人：工业机器人、移动机器人、拟人机器人、特种机器人等，具有视觉、语音等功能，具有一定智能。1998年：日本30万台，美国8万台，德国7万台机器人发展日本机器人日本是当今世界最大的工业机器人王国，既是工业机器人的最大制造国也是最大消费国。日本拥有全球需求最大的工业机器人市场。端茶玩偶

1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪演出。18世纪末通过改进，制造出了端茶玩偶。它是木质的，发条和弹簧则是用鲸鱼须制成的。它双手捧着茶盘，如果把茶杯放在茶盘上，它便会向前走，把茶端给客人，客人取茶杯时，它会自动停止行走，客人喝完茶把放回茶盘上时，它就又转回原来的地方。

全球工业机器人各国保有量

全球工业机器人各国销售占比

日本工业机器人发展的历史阶段日本早期机器人鼓励政策日本工业机器人爆发式增长的20年

日本早期的五代机器人技术

通过不断的技术研发，日本机器人技术一直保持世界领先地位。

目前机器人技术基础是微电子技术以及“机械电子一体化技术”。日本的这两项技术始终居世界领先地位,尤以应用改良技术见长。正是这种技术使电子技术、信息技术和控制技术溶合于传统的机械技术中,形成了世界第一流的机械电子一体化技术,为日本机器人工业的发展提供了坚实的基础。

日本工业机器人保有量稳居世界第一。截止2012年底，日本工业机器人保有量为31万台，约占全球机器人保有量的30%，为世界上最大的工业机器人消费国和应用国。据统计，2012年全年日本工业机器人销售额为4290.3亿日元，日本工业机器人主要用于出口。从工业机器人出口情况看，日本堪称出口大国。2012年出口额达到3013.4亿日元，占全年销售总额的70%，这很大程度上得益于中国和其他亚洲国家对工业机器人需求的大幅增长。日本机器人中国机器人发展鲁班制造的木鸟是中国最早的机器人雏形据史料记载，某日鲁班母亲因生气而不进茶饭，为哄母亲开心，鲁班废寝忘食，花了两天时间，用木材制造了一只大鸟。《墨子》：“成而飞之，三日不下”木牛流马

木牛流马传说就是诸葛亮发明的一种自动装置。它可以不用牲畜做动力，而是使用类似弹簧的装置来提供动力，帮助蜀国的军队运送战略物资。我国工业机器人起步较晚，始于20世纪70年代初，经过近40年的发展，大致可分为三个阶段：1、70年代的萌芽期2、80年代的开发期3、90年代后的实用化期1、中国机器人起步相对晚的原因：历史背景：新中国刚成立不久，连年的战争使得当时的经济比较落后。有人认为：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。政府对此关注的力度和资金的投入不够。当时根据生产需要自行设计制造的机械手，大部分用于上下料。2、80年代的开发期80年代中期，技术革命的第三次浪潮冲击着全世界，其中机器人技术起着先锋作用。1985年，国家开始组织实施工业机器人“七五”计划，列入计划的主要项目有：主机，包括点焊、弧焊、上下料、喷漆等工业机器人；机器人关键元部件技术。“七五”计划的完成使我国机器人技术上了一个新台阶。3、90年代后的实用化期进入90年代，确定了特种机器人与工业机器人及其应用工程并重、以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，继续开拓进取，实现了高技术发展与国民经济主战场的密切连接，应用机器人技术推动企业产品更新换代，提升企业生产技术水平。80~90年代机器人的研究成果1980年—研制成功中国第一台工业机器人样机。1985年—中国第一台水下机器人首航成功。1986年—中国第一台水下机器人深海试验成功。1988年—中国第一台中型水下机器人投入使用。1989年—水下机器人首次出口美国。1990年—中国第一台工业机器人通用控制器研制成功。1992年—国产ＡＧＶ第一次应用于柔性生产线。1993年—中国唯一的机器人技术国家工程研究中心成立。1994年—第一台五自由度高压水切割机器人投入使用。1994年—第一台1000米水下机器人海试成功。

1995年—第一台6000米水下机器人海试成功。

1995年—中国首台四自由度点焊机器人开发成功，第一条点焊机器人生产线投入使用。

1995年—自主开发的机器人技术－ＡＧＶ技术出口韩国。

1997年—具有自主版权的高性能机器人控制器小批量生产。

1997年—自主开发的国内第一条机器人冲压自动化线用于一汽大众生产线。

1998年—国内首台激光加工机器人开发成功。

1998年—国内首台浇注机器人用于生产。

1998年—中国机器人领域唯一一家通过了ＩＳＯ９００１国际质量体系认证。4、21世纪的新成果医学上的应用：医疗机器人，是近五年来发展比较迅速的一个新的应用领域。当一些非常珍贵的生物需要手术时，尤其是精细的部位如：人的眼球、神经、血管进行手术，对人脑的定位和钻孔，对人的心脏瓣膜的手术和搭桥手术等都需要机器人来完成。医生来做手术的不足是：大的手术时间长，人容易疲劳；人手操作的精度还是有限的。在制造业中的应用：主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。目前，由于机器人技术以及研发的落后，工业机器人还主要应用在制造业。据统计，近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业。可见，汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。其中，焊接机器人在汽车制造业中发挥着不可替代的作用。中国机器人现状中国已成为全球最大的工业机器人市场，2013年中国购买并组装近3.7万台工业机器人，其中国产机器人9000多台，产量是2012年的3倍。其中外资机器人普遍以6轴或以上高端工业机器人为主，几乎垄断了汽车制造、焊接等高端行业领域，占比96%。而国产机器人主要应用还是以搬运和上下料机器人为主，处于行业的低端领域。中国成为工业机器人全球第一大买主。在市场普遍低迷的态势下，我国制造业中“用工荒”、“高成本”等因素交织叠加在一起，压缩了制造企业的盈利空间，凸显了当前业内中小企业的生存困境，同时也促使有潜质、有能力的企业在转型升级的阵痛中寻找新出路。中国制造业正面临着向高端转变、承接国际先进制造、参与国际分工的巨大挑战，机器人应成为推动转型的重要力量。在一些高端制造领域，对机器人的需求更加巨大。未来几年国内汽车市场仍将以每年15%左右的速度增长，汽车制造领域的工业机器人应用将保持快速发展态势。在电子信息制造领域，机器人将会大量替代人工进行芯片、贴片器件及电子产品的生产;在化工领域，以洁净机器人为代表的智能装备将会得到进一步应用。工业机器人需求年增长达到36%以上，到2015年市场销量将达到10万台，工业机器人保有量超过30万台。越来越多的中国机器人供应商将进入中国市场，外资品牌和自主品牌机器人供应商的竞争将越发激烈。国产机器人制造与日美至少差10年我国在工业机器人的相关基础零部件方面已经取得了一定的进展，但无论从质量、产品系列方面，还是批量化供给方面，与国外产品仍有较大差距，特别是在高性能交流伺服电机和高精密减速器方面的差距尤为明显。在高精度机器人用减速机方面，市场份额的80%以上被日本的帝人、Harmonic谐波减速机两家公司所垄断，售价居高不下，同时对合作外的生产商进行产品供应限制，关键核心部件一直受制于人，造成了国内机器人大多由国外企业垄断的局面。2012年工信部开始思考中国机器人产业如何应对国际竞争和压力，推动中国机器人产业的健康可持续发展。2013年底，工信部发布了关于推进机器人产业健康有序发展的指导意见，2014年3月底在江苏召开了推进机器人产业发展的峰会，目前又在制定工业机器人产业“十三五”规划。目前工信部正在制定“十三五”相关产业规划，预计到2020年中国工业机器人的产业体系要具备3至5家具有国际竞争力的企业、8至10个产业配套集群。将重点推进在汽车发动机、航天、航空、船舶、民爆等六个行业自动化车间的应用。许多地方也开始启动扶持机器人生产和使用的政策。珠三角一些地方政府、行业协会已经开始思考和应对这一问题。整体来看，一方面是国家多部委紧锣密鼓地酝酿支持政策，另一方面是地方政府层面积极组建各自的机器人产业园或产业基地方面的扶持政策。随着扶持政策的立体化、全方位推进，中国的机器人产业将被持续注入新活力，中国装备智能化进程有望加速。机器人分类机器人广泛的应用于生活生产及科研的各个领域，大致分为以下几类：工业服务医用军用空间机器人的发展趋势1传感型智能化机器人发展迅速

作为传感机器人基础的机器人传感技术有了新的发展，各种新型传感器不断出现。

多传感器集成和融合技术在智能机器人上获得应用。由于单一传感信号难以保证输入信息的准确性和可靠性，不能满足智能机器人系统获取环境信息以及系统决策能力。采用多传感器集成和融合技术，利用各种传感信息，获得对环境的正确理解，使机器人系统具有容错性，保证系统信息处理的快速性和正确性。

在多传感器集成和融合技术研究方面，人工神经网络的应用特别引人注目，成为一个研究热点。2开发新型智能技术在诸多新型智能技术当中，基于人工神经网络的识别、检测、控制和规划方法的开发和应用占着重要位置。基于专家系统的机器人规划获得新的发展，除了应用与任务规划、装配规划、搬运规划和路径规划外，又被用于自动抓取规划。3采用模块化的设计技术智能机器人和高级工业机器人的结构要力求简单紧凑，其高智能部件甚至全部机构的设计已向模块化方向发展；其驱动采用交流伺服电机，向小型和高输出方向发展；其控制装置向小型化和智能化发展，提高机器人的实时和快速相应能力。机器人软件的模块化则简化了编程，发展了离线编程技术，提高了机器人的控制系统的适应性。4微型机器人的研究有所突破

微型机器和微型机器人为21世纪的尖端技术之一。在大中型机器人和微型机器人系列之间，还有小型机器人。小型化也是机器人发展的一个趋势。一种能钻入血管的机器人想象图5应用领域向非制造业和服务业扩展太空

空间站服务机器人（装配、检查和修理），机器人卫星，飞行机器人（人员和材料运送及通讯），空间探索（星球探测等）和资源收集，太空基地建筑，卫星回收以及地面实验平台等；海洋

海底普查和采矿机器人，海上建筑的建筑与维护，海滩救援机器人，海况检测与预报系统；建筑

钢结构自动加工系统，防火层喷涂机器人，混凝土地板研磨机器人，外墙装修机器人，天花板和灯具安装机器人，外墙清洗、喷涂、检验和瓷砖铺设机器人，钢筋混凝土结构检验机器人，桥梁自动喷涂，小管道和电缆地下铺设，混凝土预制板自动安装等；采矿

金属和煤炭自动采掘机器人，