機器人發(fā)展史描述.ppt

探索機器人世界 2013 11 在科技界 科學(xué)家會給每一個科技術(shù)語一個明確的定義 但機器人問世已有幾十年 機器人的定義仍然仁者見仁 智者見智 沒有一個統(tǒng)一的意見 原因之一是機器人還在發(fā)展 新的機型 新的功能不斷涌現(xiàn) 什么是機器人 下面介紹幾種主流的定義 作家的描述 1886年法國作家利爾亞當(dāng)在他的小說 未來的夏娃 中將外表像人的機器定義為機器人 它由4部分組成 1 生命系統(tǒng) 平衡 步行 發(fā)聲 身體擺動 感覺 表情 調(diào)節(jié)運動等 2 造型解質(zhì) 實際上相當(dāng)于機器人的骨骼和關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)能自由運動的金屬覆蓋體 一種盔甲 3 人造肌肉 在上述盔甲上有肉體 靜脈 性別等身體的各種形態(tài) 4 人造皮膚 含有膚色 機理 輪廓 頭發(fā) 視覺 牙齒 手爪等 日本科學(xué)家定義在1967年日本召開的第一屆機器人學(xué)術(shù)會議上 加藤一郎提出的具有如下三個條件的機器稱為機器人 1 具有腦 手 腳等三要素的個體2 具有非接觸傳感器 用眼 耳接受遠方信息 和接觸傳感器3 具有平衡覺和固定覺傳感器 1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的定義機器人的動作機構(gòu)具有類似于人或其他生物的某些器官 肢體 感受等 的功能 機器人具有通用性 可從事多種工作 可靈活改變動作程序 機器人具有不同程度的智能 如記憶 感知 推理 決策 學(xué)習(xí)等 機器人具有獨立性 完整的機器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的干預(yù) 中國科學(xué)家定義機器人是一種具有高度靈活性的自動化機器 這種機器除能動作外 還具備了一些與人或生物相似的智能 如感知 規(guī)劃 動作和協(xié)同能力 機器人的發(fā)展階段 第一代機器人第一代機器人是 可編程機器人 這種機器人一般可以根據(jù)操作人員所編的程序 完成一些簡單的重復(fù)性操作 這一代機器人是從60年代后半葉開始投入實際使用的 目前在工業(yè)界已得到廣泛應(yīng)用 這種機器人不具有外界信息的反饋能力 不能適應(yīng)環(huán)境的變化 第二代機器人第二代機器人是 感知機器人 又叫做自適應(yīng)機器人 它在第一代機器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 能夠具有不同程度的 感知 周圍環(huán)境的能力 這類利用感知信息以改善機器人性能的研究開始于70年代初期 到1982年 美國通用汽車公司為其裝配線上的機器人裝配了視覺系統(tǒng) 宣告了感知機器人的誕生 在80年代得到了廣泛應(yīng)用 機器人工作時 根據(jù)感覺器官 聽覺 視覺 觸覺傳感器 獲得的信息 靈活調(diào)整自己的工作狀態(tài) 保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作 第三代機器人第三代機器人是 智能的機器人 智能機器人是靠人工智能技術(shù)決策行動的機器人 它們根據(jù)感覺到的信息 進行獨立思維 識別 推理 并作出判斷和決策 不用人的參與就可以完成一些復(fù)雜的工作任務(wù) 它能在變化的環(huán)境中 自主決定自身的行為 具有高度的適應(yīng)性和自治能力 這類機器人具有自主地解決問題的能力 也被稱為自治機器人 公認(rèn)的機器人時代開始于1954年 這一年 世界上有了第一臺可編程的自動機械臂 1959年 美國發(fā)明家英格伯格和德沃爾造出了世界上第一臺工業(yè)機器人 它可以稱為現(xiàn)代機器人的開端 隨后 成立了世界上第一家機器人制造工廠 Unimation公司 由于英格伯格對工業(yè)機器人的研發(fā)和宣傳 他也被稱為 工業(yè)機器人之父 現(xiàn)代機器人 1962年美國AMF公司生產(chǎn)出 VERSTRAN 意思是萬能搬運 與Unimation公司生產(chǎn)的Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機器人 并出口到世界各國 掀起了全世界對機器人和機器人研究的熱潮 現(xiàn)代機器人 1962年 1963年傳感器的應(yīng)用提高了機器人的可操作性 人們試著在機器人上安裝各種各樣的傳感器 包括1961年恩斯特采用的觸覺傳感器 托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的 靈巧手 上用到了壓力傳感器 而麥卡錫1963年則開始在機器人中加入視覺傳感系統(tǒng) 并在1965年 幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺傳感器 能識別并定位積木的機器人系統(tǒng) 現(xiàn)代機器人 1965年約翰 霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室研制出Beast機器人 Beast已經(jīng)能通過聲納系統(tǒng) 光電管等裝置 根據(jù)環(huán)境校正自己的位置 20世紀(jì)60年代中期開始 美國麻省理工學(xué)院 斯坦福大學(xué) 英國愛丁堡大學(xué)等陸續(xù)成立了機器人實驗室 美國興起研究第二代帶傳感器 有感覺 的機器人 并向人工智能進發(fā) 現(xiàn)代機器人 1968年 美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機器人Shakey 它帶有視覺傳感器 能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木 不過控制它的計算機有一個房間那么大 Shakey可以算是世界上第一臺智能機器人 拉開了第三代機器人研發(fā)的序幕 研究人工智能技術(shù)以及在復(fù)雜環(huán)境下機器人系統(tǒng)的自主推理 規(guī)劃和控制 現(xiàn)代機器人 1969年 日本早稻田大學(xué)加藤一郎實驗室研發(fā)出第一臺以雙腳走路的機器人 加藤一郎長期致力于研究仿人機器人 被譽為 仿人機器人之父 現(xiàn)代機器人 1973年 世界上第一次機器人和小型計算機攜手合作 就誕生了美國CincinnatiMilacron公司的機器人T3 現(xiàn)代機器人 1978年 美國Unimation公司推出通用工業(yè)機器人PUMA 這標(biāo)志著工業(yè)機器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟 PUMA 工業(yè)機器人的始祖 PUMA至今仍然工作在工廠第一線 現(xiàn)代機器人 1984年英格伯格再推機器人Helpmate 這種機器人能在醫(yī)院里為病人送飯 送藥 送郵件 現(xiàn)代機器人 1986年 美國研制了第一臺擬人型雙足步行機器人SD 2 八個自由度 能靜態(tài)行走 現(xiàn)代機器人 1997年 日本本田公司率先研制出第一臺類人型步行機器人樣機 現(xiàn)代機器人 1998年 丹麥樂高公司推出機器人 Mind storms 套件 機器人制造變得跟搭積木一樣 相對簡單又能任意拼裝 使機器人開始走入個人世界 現(xiàn)代機器人 2002年 丹麥iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba 它能避開障礙 自動設(shè)計行進路線 還能在電量不足時 自動駛向充電座 Roomba是目前世界上銷量最大 最商業(yè)化的家用機器人 現(xiàn)代機器人 2002年日本本田公司在東京展示了其最新研制的 Asimo 智能機器人 現(xiàn)代機器人 2006年6月 微軟公司推出MicrosoftRoboticsStudio 機器人模塊化 平臺統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯 比爾 蓋茨預(yù)言 家用機器人很快將席卷全球 中國的機器人之路 中科院沈陽所 海人一號 1995年 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所研制的 海人一號 CR 01 6000米無纜水下機器人潛海成功 它具有觀察功能 裝有攝像機和照相機 可對沉著物和海底進行攝像和照相 具有自動回避障礙 自動圍繞沉著物巡游和自動返航等自主能力 利用我國自制的聲剖儀可獲取30米海底地層圖 中國的機器人之路 國防科大 仿人機器人 1990年 國防科技大學(xué)成功研制了我國第一臺類人型機器人 先行者 實現(xiàn)了我國機器人技術(shù)的突破 中國的機器人之路 醫(yī)療機器人 中國的機器人之路 中科院 微型機器人 中國的機器人之路 北理工 仿人機器人 各種機器人例舉 工業(yè)機器人 機械手 焊接機器人 搬運機器人 裝配機器人 各種機器人例舉 特種機器人 各種機器人例舉 勇氣號火星車 月面巡視探測器 空間站靈活操作機器人 各種機器人例舉 空間機器人 勇氣號火星車 月面巡視探測器 空間站靈活操作機器人 全球首名太空機器人即將前往空間站 各種機器人例舉 水下機器人 纜控水下機器人 ROV 無纜水下機器人 AUV 各種機器人例舉 軍用機器人 美國的全球鷹無人機 德國研制的無人機 長空一號 長虹 1 暗劍 無人機 各種機器人例舉 軍用機器人 作戰(zhàn)機器人 MAARS機器人 第一人稱視點 操作機器人 各種機器人例舉 軍用機器人 探雷 排爆機器人 土撥鼠 和 野牛 ROBHAZ DT2機器人 各種機器人例舉 軍用機器人 美國軍用 大狗 機器人 各種機器人例舉 警用機器人 德國的消防機器人 挪威蛇形消防機器人 各種機器人例舉 警用機器人 靈蜥 防暴機器人 哈工大 保安機器人 Reborg Q機器人 各種機器人例舉 各種機器人例舉 醫(yī)用機器人 日本護理和救護機器人 美國戰(zhàn)地救護機器人 網(wǎng)絡(luò)手術(shù)機器人 各種機器人例舉 服務(wù)機器人 烹飪機器人 清潔機器人 各種機器人例舉 機器人技術(shù) 機器人執(zhí)行系統(tǒng) 1 自由度 機器人技術(shù) 機器人執(zhí)行系統(tǒng) 2 機器人的手 機器人技術(shù) 機器人執(zhí)行系統(tǒng) 3 機器人的腳 機器人技術(shù) 機器人執(zhí)行系統(tǒng) 4 工業(yè)機器人的執(zhí)行機構(gòu) 機器人技術(shù) 機器人執(zhí)行系統(tǒng) 4 工業(yè)機器人的執(zhí)行機構(gòu) 仿人型工業(yè)機器人 機器人技術(shù) 機器人執(zhí)行系統(tǒng) 4 工業(yè)機器人的執(zhí)行機構(gòu) 蛇形柔性機械手臂 其他 機器人技術(shù) 機器人驅(qū)動系統(tǒng) 1 電氣驅(qū)動步進電機直流電機交流電機 機器人技術(shù) 機器人驅(qū)動系統(tǒng) 2 液壓驅(qū)動液壓源驅(qū)動器伺服閥傳感器 機器人技術(shù) 機器人驅(qū)動系統(tǒng) 3 氣壓驅(qū)動氣壓源驅(qū)動器控制閥傳感器 機器人技術(shù) 機器人驅(qū)動系統(tǒng) 4 新型驅(qū)動器 智能材料 具有仿生功能 即材料能根據(jù)感受到的信息而自動判斷 控制和調(diào)整以適應(yīng)外界條件變化 靜電驅(qū)動器壓電驅(qū)動器記憶合金驅(qū)動器形狀記憶合金 指具有一定初始形狀的合金在低溫下經(jīng)塑性形變并固定成另一種形狀后 通過加熱到某一臨界溫度以上又可恢復(fù)成初始形狀的一類合金 人工肌肉光驅(qū)動器 機器人技術(shù) 人工智能系統(tǒng) 機器人的大腦有計算機硬件和人工智能控制軟件組成 人工智能系統(tǒng)是一個知識處理系統(tǒng) 它包含三個基本問題 知識表示 知識利用和知識獲取 人工智能對于機器人來說 是指機器人的 大腦 具有能執(zhí)行通常與人類智能有關(guān)的功能 如判斷 推理 證明 識別 理解 設(shè)計 思考 規(guī)劃 學(xué)習(xí)和問題求解等思維活動 人工智能系統(tǒng)的發(fā)展 表現(xiàn)為機器人越來越聰明和能干 機器人技術(shù) 機器人感知系統(tǒng) 視覺20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn) 發(fā)展十分迅速 是機器人中最重要的傳感器之一 機器視覺從20世紀(jì)60年代開始首先處理積木世界 后來發(fā)展到處理室外的現(xiàn)實世界 20世紀(jì)70年代以后 實用性的視覺系統(tǒng)出現(xiàn)了 視覺一般包括三個過程 圖像獲取 圖像處理和圖像理解 相對而言 圖像理解技術(shù)還很落后 力覺機器人力傳感器就安裝部位來講 可以分為關(guān)節(jié)力傳感器 腕力傳感器和指力傳感器 國際上對腕力傳感器的研究是從20世紀(jì)70年代開始的 主要研究單位有美國的DRAPER實驗室 SRI研究所 IBM公司和日本的日立公司 東京大學(xué)等單位 機器人技術(shù) 機器人感知系統(tǒng) 觸覺作為視覺