完整的機(jī)器人專題報(bào)告課件

機(jī)器人技術(shù)導(dǎo)論

報(bào)告內(nèi)容概要什么是機(jī)器人?為什么要使用機(jī)器人?機(jī)器人的歷史…機(jī)器人的應(yīng)用…什么是機(jī)器人呢?R2-D2StarWars3PO終結(jié)者世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)(1954)，兩年后，被稱為機(jī)器人之父的JosephEngelberger創(chuàng)立了第一家機(jī)器人公司世界上第一臺實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人樣機(jī)(1960)，美國斯坦福大學(xué)我國自主研制的20公斤點(diǎn)焊機(jī)器人一汽“紅旗”轎車機(jī)器人焊接線機(jī)器人的定義目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的有關(guān)機(jī)器人定義

一般來說我們認(rèn)為機(jī)器人是計(jì)算機(jī)控制的可以編程的能夠完成某種工作或可以移動(dòng)的自動(dòng)化機(jī)械，這是美國工程師協(xié)會(huì)制定的一個(gè)定義

日本和其他國家也對機(jī)器人有不同的看法，他們認(rèn)為從完整的更為深遠(yuǎn)的機(jī)器人定義來看，應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)機(jī)器人智能，所以人們又提出來機(jī)器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機(jī)器在1967年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議提出兩個(gè)有代表性的定義。一是森政弘與合田周平提出的：“機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等7個(gè)特征的柔性機(jī)器”。加藤一郎提出的具有如下3個(gè)條件的機(jī)器稱為機(jī)器人：具有腦、手、腳等三要素的個(gè)體；

具有非接觸傳感器（用眼、耳接受遠(yuǎn)方信息）和接觸傳感器；具有平衡覺和固有覺的傳感器。1988年法國的埃斯皮奧將機(jī)器人定義為：“機(jī)器人學(xué)是指設(shè)計(jì)能根據(jù)傳感器信息實(shí)現(xiàn)預(yù)先規(guī)劃好的作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法作為研究對象”。

1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)?！?/p>

我國科學(xué)家對機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。

機(jī)器人的分類關(guān)于機(jī)器人如何分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的按負(fù)載重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分。我國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。目前，國際上的機(jī)器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人，這和我國的分類是一致的。分類名稱簡要解釋操作型機(jī)器人能自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個(gè)自由度，可固定或運(yùn)動(dòng)，用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)中。程控型機(jī)器人按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。示教再現(xiàn)型機(jī)器人通過引導(dǎo)或其它方式，先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。數(shù)控型機(jī)器人不必使機(jī)器人動(dòng)作，通過數(shù)值、語言等對機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。感覺控制型機(jī)器人利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作。適應(yīng)控制型機(jī)器人機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境的變化，控制其自身的行動(dòng)。學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人機(jī)器人能“體會(huì)”工作的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“學(xué)”的經(jīng)驗(yàn)用于工作中。智能機(jī)器人以人工智能決定其行動(dòng)的機(jī)器人。機(jī)器人是怎樣產(chǎn)生的呢？1920年，有一個(gè)捷克斯洛伐克作家叫卡佩克，他寫了一本科幻小說，叫《羅薩姆的機(jī)器人萬能公司》。這本小說中他構(gòu)思了一個(gè)和幻想了一個(gè)機(jī)器人，它的名字叫羅伯特，也就是我們英文中的Robot，它可以不吃飯，它能夠不知疲勞的，不知疲倦地進(jìn)行工作。在1920年前后，第一次世界大戰(zhàn)以后，是各國工業(yè)發(fā)展比較迅速的時(shí)期，電影《摩登時(shí)代》，卓別林主演的人變成了機(jī)器人，在生產(chǎn)線中天天的進(jìn)行勞動(dòng)。人們在這種煩躁的體力勞動(dòng)中就幻想有一種能代替人完成這樣工作的想像、一種需要。

這個(gè)小說在1924年和1927年的時(shí)候被紛紛傳到了日本、法國和歐洲國家，還變成了一種當(dāng)時(shí)的木偶劇和一些話劇，所以這樣的一個(gè)機(jī)器人的名詞就向全世界鋪展開來，當(dāng)時(shí)人們還認(rèn)為是一個(gè)科幻小說，還沒有把它跟我們?nèi)粘５膶W(xué)習(xí)工作和生產(chǎn)結(jié)合起來。但通過這樣一個(gè)小說，一個(gè)羅伯特(Robot)這樣一個(gè)名詞，它體現(xiàn)了人類長期的一種愿望，這種愿望就是創(chuàng)造出一種機(jī)器，能夠代替人進(jìn)行各種工作。這種想法是機(jī)器人產(chǎn)生的一種客觀的要求。真正機(jī)器人的發(fā)展是在1947年，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室在研究核燃料的時(shí)候，大家知道核燃料，它有X射線對人體是有傷害的，必須有一臺機(jī)器來完成像搬運(yùn)和核燃料的處理這樣的工作。在1947年產(chǎn)生了世界上第一臺主從遙控的機(jī)器人1947年以后，是計(jì)算機(jī)電子技術(shù)發(fā)展比較迅速的時(shí)期，因此各國已經(jīng)開始利用當(dāng)時(shí)的一些現(xiàn)代的技術(shù)，進(jìn)行了機(jī)器人研究。

1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1962年美國研制成功PUMA通用示教再現(xiàn)型機(jī)器人，那么這就標(biāo)志著機(jī)器人走向成熟應(yīng)該說第一臺可用的機(jī)器人在1947年產(chǎn)生，真正意義的機(jī)器人在1962年產(chǎn)生。

為什么要使用機(jī)器人？機(jī)器人有三個(gè)方面是我們必要去發(fā)展的理由:

一個(gè)是機(jī)器人干人不愿意干的事，把人從有毒的、有害的、高溫的或危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來；

機(jī)器人可以干不好干的活，比方說在汽車生產(chǎn)線上我們看到工人天天拿著一百多公斤的焊鉗,一天焊幾千個(gè)點(diǎn)，就重復(fù)性的勞動(dòng)，一方面他很累，但是產(chǎn)品的質(zhì)量仍然很低；

機(jī)器人干人干不了的活，這也是非常重要的機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)理由，比方說人們對太空的認(rèn)識，人上不去的時(shí)候，叫機(jī)器人上天，上月球，以及到海洋，進(jìn)入到人體的小機(jī)器人，以及在微觀環(huán)境下，對原子分子進(jìn)行搬遷的機(jī)器人，都是人們不可達(dá)的工作。上述方面的三個(gè)問題，也就是說機(jī)器人發(fā)展的三個(gè)理由。

世界各國機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀自從60年代機(jī)器人進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域以來，世界各國歷年累計(jì)銷售機(jī)器人總臺數(shù)達(dá)到約２００萬臺，其中包括日本裝備的專用工業(yè)機(jī)器人。然而早期的許多機(jī)器人現(xiàn)在已經(jīng)退役，因此實(shí)際裝備機(jī)器人的數(shù)量較低，估計(jì)全世界實(shí)際裝備工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量為１３０萬臺。

日本占世界實(shí)際裝備機(jī)器人總數(shù)的一半以上，主要是因?yàn)槿毡镜臄?shù)字中包括了各種工業(yè)機(jī)器人，但是它所占的比例不斷下降，而歐盟及美國工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量分別增加了11％及14％，各為17.6萬臺和9.3萬臺，而我國僅為５000臺。美國美國是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，比起號稱"機(jī)器人王國"的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過30多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。綜觀它的發(fā)展史，道路是曲折的，不平坦的。美國政府從60年代到70年代中的十幾年期間，并沒有把工業(yè)機(jī)器人列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，只是在幾所大學(xué)和少數(shù)公司開展了一些研究工作。對于企業(yè)來說，在只看到眼前利益，政府又無財(cái)政支持的情況下，寧愿錯(cuò)過良機(jī)，固守在使用剛性自動(dòng)化裝置上，也不愿冒著風(fēng)險(xiǎn)，去應(yīng)用或制造機(jī)器人，加上當(dāng)時(shí)美國失業(yè)率高達(dá)6.65％，政府擔(dān)心發(fā)展機(jī)器人會(huì)造成更多人失業(yè)，因此不予投資，也不組織研制機(jī)器人，這不能不說是美國政府的戰(zhàn)略決策錯(cuò)誤。70年代后期，美國政府和企業(yè)界雖有所重視，但在技術(shù)路線上仍把重點(diǎn)放在研究機(jī)器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級機(jī)器人的開發(fā)上，致使日本的工業(yè)機(jī)器人后來居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機(jī)器人制造業(yè)上很快超過了美國，產(chǎn)品在國際市場上形成了較強(qiáng)的競爭力。進(jìn)入80年代之后，美國才感到形勢緊迫，政府和企業(yè)界才對機(jī)器人真正重視起來，政策上也有所體現(xiàn)，一方面鼓勵(lì)工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人，另一方面制訂計(jì)劃、提高投資，增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi)，把機(jī)器人看成美國再次工業(yè)化的特征，使美國的機(jī)器人迅速發(fā)展。

80年代中后期，隨著各大廠家應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)日臻成熟，第一代機(jī)器人的技術(shù)性能越來越滿足不了實(shí)際需要，美國開始生產(chǎn)帶有視覺、力覺的第二代機(jī)器人，并很快占領(lǐng)了美國60％的機(jī)器人市場。盡管美國在機(jī)器人發(fā)展史上走過一條重視理論研究，忽視應(yīng)用開發(fā)研究的曲折道路，但是美國的機(jī)器人技術(shù)在國際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。具體表現(xiàn)在：

（1）性能可靠，功能全面，精確度高；

（2）機(jī)器人語言研究發(fā)展較快，語言類型多、應(yīng)用廣，水平高居世界之首；

（3）智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用；

（4）高智能、高難度的軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人等發(fā)展迅速，主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測方面。俄羅斯在前蘇聯(lián)（主要是在俄羅斯），從理論和實(shí)踐上探討機(jī)器人技術(shù)是從50年代后半期開始的。到了50年代后期開始了機(jī)器人樣機(jī)的研究工作。1968年成功地試制出一臺深水作業(yè)機(jī)器人。1971年研制出工廠用的萬能機(jī)器人。早在前蘇聯(lián)第九個(gè)五年計(jì)劃（1970年一1975年）開始時(shí)，就把發(fā)展機(jī)器人列入國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展綱領(lǐng)之中。到1975年，已研制出30個(gè)型號的120臺機(jī)器人，經(jīng)過20年的努力，前蘇聯(lián)的機(jī)器人在數(shù)量、質(zhì)量水乎上均處于世界前列地位。國家有目的地把提高科學(xué)技術(shù)進(jìn)步當(dāng)作推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的手段，來安排機(jī)器人的研究制造；有關(guān)機(jī)器人的研究生產(chǎn)、應(yīng)用、推廣和提高工作，都由政府安排，有計(jì)劃、按步驟地進(jìn)行。日本日本在60年代末正處于經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展時(shí)期，年增長率達(dá)11％。第二次世界大戰(zhàn)后，日本的勞動(dòng)力本來就緊張，而高速度的經(jīng)濟(jì)發(fā)展更加劇了勞動(dòng)力嚴(yán)重不足的困難。為此，日本在1967年由川崎重工業(yè)公司從美國Unimation公司引進(jìn)機(jī)器人及其技術(shù)，建立起生產(chǎn)車間，并于1968年試制出第一臺川崎的“尤尼曼特”機(jī)器人。正是由于日本當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力顯著不足，機(jī)器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎。日本政府一方面在經(jīng)濟(jì)上采取了積極的扶植政策，鼓勵(lì)發(fā)展和推廣應(yīng)用機(jī)器人，從而更進(jìn)一步激發(fā)了企業(yè)家從事機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的積極性。尤其是政府對中、小企業(yè)的一系列經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策，如由政府銀行提供優(yōu)惠的低息資金，鼓勵(lì)集資成立“機(jī)器人長期租賃公司”，公司出資購入機(jī)器人后長期租給用戶，使用者每月只需付較低廉的租金，大大減輕了企業(yè)購入機(jī)器人所需的資金負(fù)擔(dān)；政府把由計(jì)算機(jī)控制的示教再現(xiàn)型機(jī)器人作為特別折扣優(yōu)待產(chǎn)品，企業(yè)除享受新設(shè)備通常的40%折扣優(yōu)待外，還可再享受13％的價(jià)格補(bǔ)貼。另一方面，國家出資對小企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用機(jī)器人的專門知識和技術(shù)指導(dǎo)等等。這一系列扶植政策，使日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來，經(jīng)過短短的十幾年，到80年代中期，已一躍而為“機(jī)器人王國”，其機(jī)器人的產(chǎn)量和安裝的臺數(shù)在國際上躍居首位。按照日本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人工業(yè)會(huì)常務(wù)理事米本完二的說法：“日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)過了60年代的搖籃期，70年代的實(shí)用期，到80年代進(jìn)人普及提高期?！辈⒄桨?980年定為“產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的普及元年”，開始在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機(jī)器人。日本政府和企業(yè)充分信任機(jī)器人，大膽使用機(jī)器人。機(jī)器人也沒有辜負(fù)人們的期望，它在解決勞動(dòng)力不足、提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本方面，發(fā)揮著越來越顯著的作用，成為日本保持經(jīng)濟(jì)增長速度和產(chǎn)品競爭能力的一支不可缺少的隊(duì)伍。日本在汽車、電子行業(yè)大量使用機(jī)器人生產(chǎn)，使日本汽車及電子產(chǎn)品產(chǎn)量猛增，質(zhì)量日益提高，而制造成本則大為降低。從而使日本生產(chǎn)的汽車能夠以價(jià)廉的絕對優(yōu)勢進(jìn)軍號稱“汽車王國”的美國市場，并且向機(jī)器人誕生國出口日本產(chǎn)的實(shí)用型機(jī)器人。此時(shí)，日本價(jià)廉物美的家用電器產(chǎn)品也充斥了美國市場……這使“山姆大叔”后悔不已。日本由于制造、使用機(jī)器人，增大了國力，獲得了巨大的好處，迫使美、英、法等許多國家不得不采取措施，奮起直追。中國有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動(dòng)力，而我國勞動(dòng)力資源豐富，發(fā)展機(jī)器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，它不僅能為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。我國已在“七五”計(jì)劃中把機(jī)器人列人國家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽建立了全國第一個(gè)機(jī)器人研究示范工程，全面展開了機(jī)器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究。十幾年來，相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機(jī)器人及水下作業(yè)、軍用和特種機(jī)器人。目前，示教再現(xiàn)型機(jī)器人技術(shù)已基本成熟，并在工廠中推廣應(yīng)用。我國自行生產(chǎn)的機(jī)器人噴漆流水線在長春第一汽車廠及東風(fēng)汽車廠投入運(yùn)行。1986年3月開始的國家863高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容。就目前來看，我們應(yīng)從生產(chǎn)和應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合我國國情，加快生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的實(shí)用型機(jī)器人和某些特種機(jī)器人。發(fā)展過程總結(jié)總結(jié)一下，機(jī)器人有三個(gè)發(fā)展階段，習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類：一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它對于外界的環(huán)境沒有感知，操作力的大小，工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，

20世紀(jì)70年代后期，人們開始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺的機(jī)器人，這種帶感覺的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺，比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進(jìn)行相類比，有了各種各樣的感覺，在機(jī)器人抓一個(gè)物體的時(shí)候，它實(shí)際上力的大小能感覺出來，它能夠通過視覺，能夠去感受和識別它的形狀、大小、顏色。第三代機(jī)器人，機(jī)器人學(xué)中一個(gè)理想的所追求的最高級的階段，叫智能機(jī)器人，只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，目前的發(fā)展還是相對的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒有存在，而只是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來越豐富，它內(nèi)涵越來越寬。

如何理解機(jī)器人的功能？以美國歌唱演員麥當(dāng)娜為原型的機(jī)器人視覺功能在人的感覺器官中，視覺是最重要的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，人的視覺細(xì)胞數(shù)量約在數(shù)量級10的8次方，比聽覺細(xì)胞多二三千倍，是皮膚觸覺細(xì)胞的一百多倍。因而可以說，人類從外界獲取的信息有80％是依靠眼睛得到的。人的視覺主要有以下功能：1、立體感覺能力。對于立體物體，人眼能根據(jù)它的各立體面所反射光線的差別進(jìn)行辨識，再通過大腦神經(jīng)將視網(wǎng)膜得到的各面圖像自動(dòng)組合成立體形象。2、測定物體大小及其所在位置遠(yuǎn)近的能力。3、自動(dòng)跟蹤和觀察運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對象的能力。4、人的視神經(jīng)有快速接受和傳輸視覺信息的能力。例如當(dāng)人剛睡醒睜開眼時(shí)，就能一眼把滿視野環(huán)境中的一切物體盡收入眼底，并傳輸給大腦，其信息量之大，處理速度之快，是難以比擬的。5、感覺色彩的能力。視神經(jīng)具有全色的功能，因而正常人的眼睛不但能分辨出各種顏色，而且能分辨出同類色彩中的細(xì)微的變化。機(jī)器人視覺系統(tǒng)主要應(yīng)用于以下三方面：

1、用視覺進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)，代替人的目檢。包括：形狀檢查和測量零件幾何尺寸、形狀和位置；缺陷檢驗(yàn)檢查零件是否損壞，劃傷；齊全檢驗(yàn)檢查零件是否齊全。

2、在機(jī)器人進(jìn)行裝配、搬運(yùn)等工作時(shí)，用視覺系統(tǒng)對一組需裝配的零、部件逐個(gè)進(jìn)行識別，并確定它在空間的位置和方向，引導(dǎo)機(jī)器人的手準(zhǔn)確地抓取所需的零件，并放到指定位置，完成分類、搬運(yùn)和裝配任務(wù)。

3、為移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航。利用視覺系統(tǒng)為移動(dòng)機(jī)器人提供它所在環(huán)境的外部信息，使機(jī)器人能自主地規(guī)劃它的行進(jìn)路線，回避障礙物，安全到達(dá)目的地，并完成指令的工作任務(wù)。聽覺功能聽覺傳感器是機(jī)器人的耳朵。若僅僅要求它對聲音產(chǎn)生反應(yīng)，作為一個(gè)開關(guān)量輸出形式的聽覺傳感器是比較簡單的，只需用一個(gè)聲——電轉(zhuǎn)換器就能辦到。但若讓家用機(jī)器人能夠聽懂主人的語言指令，根據(jù)指令去打掃房間，開關(guān)房門，倒垃圾……那就很困難了。而若進(jìn)一步要求機(jī)器人能與主人對話，區(qū)別主人和其他人的聲音，從而只執(zhí)行主人的命令，那就是困難重重了?，F(xiàn)在的研究水平只是通過語音處理及辨識技術(shù)識別講話人，還可以正確理解一些極簡單的語句。由于人類的語言非常復(fù)雜、詞匯量相當(dāng)豐富，即使是同一個(gè)人，其發(fā)音也會(huì)隨環(huán)境及身體狀況變化而變化。因此，要使機(jī)器人的聽覺系統(tǒng)具有接近人耳的功能，除了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)容量和提高其運(yùn)算速度外，還需人們在其他方面做大量、艱苦的研究、探索工作。嗅覺功能給機(jī)器人裝上鼻子就要用到嗅覺傳感器，使它能感受各種氣味，從而用來識別其所在環(huán)境中有害氣體，并測定有害氣體的含量。目前還做不到讓機(jī)器人像人一樣聞出多種氣味的機(jī)器鼻子。常用的嗅覺傳感器是半導(dǎo)體氣體傳感器，它是利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸，造成半導(dǎo)體的物理性質(zhì)變化，借以測定某種特定的氣體成分及其含量的。大氣中的氣味各種各樣，而目前研制出的氣體傳感器只能識別像H2

、CＯ2、CO、NO等少數(shù)氣體。因此除特殊需要安裝探測特定氣體的氣體傳感器外，一般的機(jī)器人基本上沒有嗅覺。觸覺功能

觸覺是接觸、滑動(dòng)、壓覺等機(jī)械刺激的總稱。多數(shù)動(dòng)物的觸覺器是遍布全身的，像人的皮膚位于人的體表，依靠表皮的游離神經(jīng)末梢能感受溫度。痛覺、觸覺等多種感覺，因此，對人來說，除了視覺以外，觸覺接受外界的信息量最多。但是昆蟲或甲殼類動(dòng)物的觸覺器官卻集中在頭部的觸角中。像蟋蟀與蝦的觸須有身體長度的2．5－3倍。依靠長觸須可確認(rèn)遠(yuǎn)處物體所在的位置，判別其大小。要使機(jī)器人具有動(dòng)物那樣敏感的觸覺是相當(dāng)困難的，機(jī)器人裝上觸覺傳感器的目的是檢測機(jī)器人的某些部位（如手或足）與外界物體是否接觸，識別物體的形狀和在空間的位置，保證機(jī)器人的手能牢固地抓住物體，或保證其足能穩(wěn)穩(wěn)地踩在地面上。雖然這些事情大多數(shù)都可以用視覺傳感器來解決，但視覺系統(tǒng)造價(jià)昂貴，控制復(fù)雜，特別是在暗處，或者障礙物存在于視覺傳感器和對象物之間，就無法獲得視覺信息。與視覺系統(tǒng)相比，觸覺系統(tǒng)要簡單得多，價(jià)錢也便宜得多，這就是廣泛使用觸覺傳感器的原因所在。因此，給機(jī)器安裝上恰當(dāng)?shù)挠|覺傳感器，使機(jī)器人具有一定的觸覺知能，就有更重要的意義了。機(jī)器人的觸覺集中在手上，因?yàn)樗饕怯檬种竵斫佑|物體的。要想獲得較多的觸覺信息，最好在手指表面大范圍地分布相同的觸覺傳感器；用像人的皮膚那樣柔軟而富有彈性的材料制作機(jī)器人的手，藉以增大與物體的接觸面，牢固地握住物體。此外，還希望觸覺傳感器形體小、重量輕、靈敏度高、集成度高、可靠性高。接近覺功能接近覺傳感器是機(jī)器人用以探測自身與周圍物體之間相對位置和距離的傳感器。接近覺原本不是人的專門感覺，故沒有專司其職的接近覺器官。人是依靠自己各種感覺器官的綜合感覺能力來感覺自己和周圍物體之間的相對位置和距離的大致感覺的。因此，在仿照人的功能來使機(jī)器人具有接近覺，其復(fù)雜程度可想而知，而利用一些特定的物理現(xiàn)象來研制專門的接近覺傳感器，相對而言就顯得簡單易行了。

機(jī)器人安裝接近覺傳感器主要目的有以下三個(gè)：其一，在接觸對象物體之前，獲得必要的信息，為下一步運(yùn)動(dòng)做好準(zhǔn)備工作；其二，探測機(jī)器人手和足的運(yùn)動(dòng)空間中有無障礙物。如發(fā)現(xiàn)有障礙，則及時(shí)采取一定措施，避免發(fā)生碰撞；其三，為獲取對象物體表面形狀的大致信息。目前使用的接近覺傳感器主要有光電式、超聲波式和渦流式三種。

1、光電式接近覺傳感器是一種比較簡單有效的傳感器，把它裝在機(jī)器人手（或足）上，能夠檢測機(jī)器人手臂（或腿）運(yùn)動(dòng)路線上的各種物體。它用紅外發(fā)光二極管作發(fā)送體，向物體發(fā)射一束紅外光，紅外光通過透鏡照射于物體上；物體反射紅外光。

2、超聲波是人耳聽不見的一種機(jī)械波，頻率在20KHZ以上。人耳能聽到的聲音，振動(dòng)頻率范圍只是20HZ－20000HZ。超聲波因其波長較短、繞射小，而能成為聲波射線并定向傳播，機(jī)器人采用超聲傳感器的目的是用來探測周圍物體的存在與測量物體的距離。一般用來探測周圍環(huán)境中較大的物體，不能測量距離小于30mm的物體。3、電渦流傳感器主要用于檢測由金屬材料制成的對象物體。它是利用一個(gè)導(dǎo)體在非均勻磁場中移動(dòng)或處在交變磁場內(nèi)，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流這一基本電學(xué)原理工作的。這種感應(yīng)電流稱為電渦流。通過電渦流的大小可以檢測物體的有無和距離，電渦流傳感器的尺寸小，檢測精度高，能檢測到0.02mm，工作可靠，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是作用距離小，一般不能超過13mm。語言功能計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人要用語言來實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的聯(lián)系。由于機(jī)器人工作的特殊性，它不但要面對工作對象，而且要面對工作對象和自身的所在的環(huán)境。因此，機(jī)器人系統(tǒng)不但要對來自各方動(dòng)作順序和方式，而且須為以后的活動(dòng)來存儲環(huán)境的詳細(xì)情況及其他附加的功能。這是一般的計(jì)算機(jī)所用的高級語言不能做到的。為此，人們設(shè)計(jì)了機(jī)器人專用語言。但是用機(jī)器人語言寫的程序，計(jì)算機(jī)不能直接理解，因而就無法用計(jì)算機(jī)去控制機(jī)器，必須像處理用高級語言寫的程序一樣，先將機(jī)器人語言寫的程序轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的機(jī)器人語言，這就需要語言處理軟件。綜上所述，機(jī)器人語言包括語言本身、語言處理系統(tǒng)和環(huán)境模型三部分，實(shí)際上是一個(gè)語言系統(tǒng)。機(jī)器人手臂功能要使機(jī)器人的手臂具有人臂一樣的功能，最基本的條件就是要像人一樣具有腕、肘及肩關(guān)節(jié)等類似的動(dòng)作。人臂從肩部到腕部（不包括手掌及手指）共有7個(gè)自由度。另外，處在自由狀態(tài)下的任何物體都具有6個(gè)自由度，即沿著3個(gè)直角坐標(biāo)軸的移動(dòng)和繞著3個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。移動(dòng)決定了物體在空間某一點(diǎn)的位置，轉(zhuǎn)動(dòng)則決定了該物體在空間某位置上的方向，或稱姿態(tài)。機(jī)器人的上肢主要是為了拿物體，或拿了工具去加工工件。換句話說，只要機(jī)器人的手臂能在空間某位置以及與物體方向相吻合的姿態(tài)去拿到物體就達(dá)到了目的。根據(jù)這一原則，機(jī)器人的手臂只須有相對應(yīng)的6個(gè)自由度就可以了。目前工業(yè)機(jī)器人的人口數(shù)約占機(jī)器人總?cè)丝跀?shù)的70％－80％，而工業(yè)機(jī)器人的手臂自由度數(shù)目前一般最多不超過6個(gè)。有時(shí)為了降低制造成本，在滿足生產(chǎn)要求動(dòng)作的情況下，反而適當(dāng)?shù)販p少l－2個(gè)自由度。從技術(shù)觀點(diǎn)出發(fā)，把機(jī)器人手臂的6個(gè)自由度分成兩部分，即臂部確保3個(gè)自由度，腕部為l－3個(gè)自由度。這樣的分法，符合了前面提到的臂部3個(gè)自由度決定它在空間的位置，腕部3個(gè)自由度決定它的姿態(tài)的要求。機(jī)器人臂部3個(gè)自由度可以由移動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度不同型式組合而成，而這種組合型式?jīng)Q定了機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式，同時(shí)也決定了機(jī)器人手臂在空間運(yùn)動(dòng)范圍的不同形狀。各種不同坐標(biāo)型式的臂部運(yùn)動(dòng)即運(yùn)動(dòng)范圍分為以下幾種Cartesian:PPPCylindrical:RPPSpherical:RRPSCARA:RRP(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm)Articulated:RRRHandcoordinate:n:normalvector;s:slidingvector;a:approachvector,normaltothetoolmountingplate機(jī)器人手人手由手掌和五個(gè)手指組成，其中包含了14個(gè)關(guān)節(jié)。手指和手掌配合起來可以做各種靈巧而復(fù)雜的動(dòng)作。機(jī)器人的手只是為了代替人手的部分勞動(dòng)，因而沒有必要，也不可能做得像人手那樣靈巧。尤其是工業(yè)機(jī)器人的手主要的功能動(dòng)作是夾、抓、提、舉，一般都沒有手掌，全靠手指抓取、夾持物體，因此，工業(yè)機(jī)器人的手與其說是“手”，還不如說是“夾鉗”。人手夾持物體一般利用拇指和食指或中指對向運(yùn)動(dòng)把物體牢牢夾住。例如拿毛筆寫字就是拇指和食指、中指對夾。相比之下，無名指和小指作用不大，僅起輔助作用。機(jī)器人的手設(shè)計(jì)時(shí)要求簡單、實(shí)用、易造，所以一般多用對置的兩個(gè)手指。為了能夠抓取不同形狀、大小、重量和材質(zhì)的物體，機(jī)器人的手指可以做成不同形狀和大小。一般夾持圓棒形及方形物體可用外夾式兩指手，；而夾持大尺寸的空心管狀或方形物體，常用向外撐開取物的內(nèi)撐式兩指手；鉤形手指適用于類似中空的物體，可以又提又勾地運(yùn)送。大型板材、顯像管等不宜夾持的物體，常采用氣體吸盤或電磁吸盤。用氣體吸盤吸引的物體必須平整無凹槽，否則會(huì)造成漏氣，吸不住物體，而電磁吸盤只適用于提取磁性材料。機(jī)器人下肢人的下肢主要功能是承受體重和走路。對于靜止直立時(shí)支承體重這一要求，機(jī)器人還容易做到，而在像人那樣用兩足交替行走時(shí)，平衡體重就存在著相當(dāng)復(fù)雜的技術(shù)問題了。首先讓我們分析一下人的步行情況。走路時(shí)，人的重心是在變動(dòng)的，人的重心在垂直方向上時(shí)而升高，時(shí)而下降；在水平方向上亦隨著左。右腳交替著地而相對應(yīng)地左、右搖動(dòng)。人的重心變動(dòng)的大小是隨人腿邁步的大小、速度而變化的。當(dāng)重心發(fā)生變化時(shí)，若不及時(shí)調(diào)整姿勢，人就會(huì)因失去平衡而跌倒。人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)耳的平衡器官能感受到變化的情況，繼而通知人的大腦及時(shí)調(diào)動(dòng)人體其他部分的肌肉運(yùn)動(dòng),巧妙地保持人體的平衡.而人能在不同路面條件下(包括登高、下坡、高低不平、軟硬不一的地面等）走路，是因?yàn)槿四芡ㄟ^眼睛來觀察地面的情況，最后由大腦來決策走路的方法，指揮有關(guān)肌肉的動(dòng)作。從而可以看出，要使機(jī)器人能像人一樣，在重心不斷變化的情況下仍能穩(wěn)定的步行，那是困難的。同簡化人手功能制造機(jī)器人的上肢的方法一樣，其下肢沒有必要按照人的樣式全盤模仿。只要能達(dá)到移動(dòng)的