機(jī)器人學(xué)概論論文

機(jī)器人概論內(nèi)容提要：在當(dāng)今社會中，機(jī)器人越來越受到人們的廣泛關(guān)注。此文從機(jī)器人的發(fā)展史說起，著重于機(jī)器人的分類與應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞：發(fā)展史分類與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)班級：姓名：唱雙截棍的他學(xué)號：

正文：一、機(jī)器人的發(fā)展史機(jī)器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。早在三千多年前的西周時代，我國就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者”，這可能是世界上最早的“機(jī)器人”。在近代，隨著第一次、第二次工業(yè)革命，各種機(jī)械裝置的發(fā)明與應(yīng)用，世界各地出現(xiàn)了許多“機(jī)器人”玩具和工藝品。這些裝置大多由時鐘機(jī)構(gòu)驅(qū)動，用凸輪和杠桿傳遞運動。1920年，捷克作家K.凱比克在一科幻劇本中首次提出了ROBOT（漢語前譯為“勞伯”）這個名詞?，F(xiàn)在已被人們作為機(jī)器人的專用名詞。1950年美國作家I.阿西莫夫提出了機(jī)器人學(xué)（Robotics）這一概念，并提出了所謂的“機(jī)器人三原則”，即：1.機(jī)器人不可傷人；2.機(jī)器人必須服從人給與，但不和（1）矛盾的指令；3.在與（1）、（2）原則不相矛盾的前提下，機(jī)器人可維護(hù)自身不受傷害。1954年美國人喬治·德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機(jī)器人，并注冊了專利。這種機(jī)械手能按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。本世紀(jì)50、60年代，隨著機(jī)構(gòu)理論和伺服理論的發(fā)展，機(jī)器人進(jìn)入了使用化階段。1954年美國的G.C.Devol發(fā)表了“通用機(jī)器人”專利；1960年美國AMF公司生產(chǎn)了柱坐標(biāo)型Versatran機(jī)器人，可作點位和軌跡控制，這是世界上第一種用于工業(yè)生產(chǎn)上的機(jī)器人。1962年-1963年傳感器的應(yīng)用提高了機(jī)器人的可操作性。人們試著在機(jī)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(jī)器人中加入視覺傳感系統(tǒng)，并在1964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(jī)器人系統(tǒng)。1968年美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機(jī)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(jī)有一個房間那么大。Shakey可以算是世界第一臺智能機(jī)器人，拉開了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕。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(jī)器人。加藤一郎長期致力于研究仿人機(jī)器人，被譽為“仿人機(jī)器人之父”。日本專家一向以研發(fā)仿人機(jī)器人和娛樂機(jī)器人的技術(shù)見長，后來更進(jìn)一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。1973年世界上第一次機(jī)器人和小型計算機(jī)攜手合作，就誕生了美國CincinnatiMilacron公司的機(jī)器人T3。70年代，隨著計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人得到了迅速發(fā)展。1974年CincinnatiMilacron公司開發(fā)成功多關(guān)節(jié)機(jī)器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA機(jī)器人，它是一種多關(guān)節(jié)、全電動驅(qū)動、多CPU二級控制；采用VAL專用語言；可配視覺、觸覺、力覺傳感器，在當(dāng)時是一種技術(shù)先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人。現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)大體上是以此為基礎(chǔ)的。這一時期的機(jī)器人屬于“示教再現(xiàn)”（Teach-in/Playback）型機(jī)器人。只具有記憶、存儲能力，按相應(yīng)程序重復(fù)作業(yè)，但對周圍環(huán)境基本沒有感知與反饋控制能力。這種機(jī)器人被稱作第一代機(jī)器人。進(jìn)入80年代，隨著傳感技術(shù)，包括視覺傳感器、非視覺傳感器（力覺、觸覺、接近覺等）以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了第二代機(jī)器人—有感覺的機(jī)器人。它能夠獲得作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對象的部分有關(guān)信息，進(jìn)行一定的實時處理，引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)。第二代機(jī)器人已進(jìn)入了使用化，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。1998年丹麥樂高公司推出機(jī)器人(Mind-storms）套件，讓機(jī)器人制造變得跟搭積木一樣，相對簡單又能任意拼裝，使機(jī)器人開始走入個人世界。1999年日本索尼公司推出犬型機(jī)器人愛寶（AIBO），當(dāng)即銷售一空，從此娛樂機(jī)器人成為目前機(jī)器人邁進(jìn)普通家庭的途徑之一。進(jìn)入20世紀(jì)后，機(jī)器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關(guān)心與支持，一些適用化的機(jī)器人相繼問世，1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個機(jī)器人“電報箱”，并在紐約舉行的世界博覽會上展出。它是一個電動機(jī)器人，裝有無線電發(fā)報機(jī)，可以回答一些問題，但該機(jī)器人不能走動。1959年第一臺工業(yè)機(jī)器人（可編程、圓坐標(biāo)）在美國誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。2002年美國iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba，它能避開障礙，自動設(shè)計行進(jìn)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(jī)器人。iRobot公司北京區(qū)授權(quán)代理商：北京微網(wǎng)智宏科技有限公司。2006年6月，微軟公司推出MicrosoftRoboticsStudio，機(jī)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(jī)器人很快將席卷全球。第三代機(jī)器人是目前正在研究的“智能機(jī)器人”。它不僅具有比第二代機(jī)器人更加完善的環(huán)境感知能力，而且還具有邏輯思維、判斷和決策能力，可根據(jù)作業(yè)要求與環(huán)境信息自主地進(jìn)行工作。二、機(jī)器人的應(yīng)用及分類（一）分類機(jī)器人誕生于科幻小說之中一樣，人們對機(jī)器人充滿了幻想。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。中國的機(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。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。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，這和中國的分類是一致的?？罩袡C(jī)器人又叫無人機(jī)器，近年來在軍用機(jī)器人家族中，無人機(jī)是科研活動最活躍、技術(shù)進(jìn)步最大、研究及采購經(jīng)費投入最多、實戰(zhàn)經(jīng)驗最豐富的領(lǐng)域。80多年來，世界無人機(jī)的發(fā)展基本上是以美國為主線向前推進(jìn)的，無論從技術(shù)水平還是無人機(jī)的種類和數(shù)量來看，美國均居世界之首位。家務(wù)型機(jī)器人：能幫助人們打理生活，做簡單的家務(wù)活。操作型機(jī)器人：能自動控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用于相關(guān)自動化系統(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)械動作。示教再現(xiàn)型機(jī)器人：通過引導(dǎo)或其它方式，先教會機(jī)器人動作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動重復(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)器人的動作。適應(yīng)控制型機(jī)器人：能適應(yīng)環(huán)境的變化，控制其自身的行動。學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人：能“體會”工作的經(jīng)驗，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“學(xué)”的經(jīng)驗用于工作中。智能機(jī)器人：以人工智能決定其行動的機(jī)器人。搜救類機(jī)器人：在大型災(zāi)難后，能進(jìn)入人進(jìn)入不了的廢墟中，用紅外線掃描廢墟中的景象，把信息傳送給在外面的搜救人員。（二）品種篇1.特種功能的機(jī)器人（1）機(jī)器警察：排爆用機(jī)器人所謂地面軍用機(jī)器人是指在地面上使用的機(jī)器人系統(tǒng)，它們不僅在和平時期可以幫助民警排除炸彈、完成要地保安任務(wù)，在戰(zhàn)時還可以代替士兵執(zhí)行掃雷、偵察和攻擊等各種任務(wù)，今天美、英、德、法、日等國均已研制出多種型號的地面軍用機(jī)器人。(2)英國的“手推車”機(jī)器人在西方國家中，恐怖活動始終是個令當(dāng)局頭疼的問題。英國由于民族矛盾，飽受爆炸物的威脅，因而早在60年代就研制成功排爆機(jī)器人。英國研制的履帶式“手推車”及“超級手推車”排爆機(jī)器人，已向50多個國家的軍警機(jī)構(gòu)售出了800臺以上。最近英國又將手推車機(jī)器人加以優(yōu)化，研制出土撥鼠及野牛兩種遙控電動排爆機(jī)器人，英國皇家工程兵在波黑及科索沃都用它們探測及處理爆炸物。土撥鼠重35公斤，在桅桿上裝有兩臺攝像機(jī)。野牛重210公斤，可攜帶100公斤負(fù)載。兩者均采用無線電控制系統(tǒng)，遙控距離約1公里。(3)“土撥鼠”和“野牛”排爆機(jī)器人除了恐怖分子安放的炸彈外，在世界上許多戰(zhàn)亂國家中，到處都散布著未爆炸的各種彈藥。排除爆炸物機(jī)器人有輪式的及履帶式的，它們一般體積不大，轉(zhuǎn)向靈活，便于在狹窄的地方工作，操作人員可以在幾百米到幾公里以外通過無線電或光纜控制其活動。機(jī)器人車上一般裝有多臺彩色CCD攝像機(jī)用來對爆炸物進(jìn)行觀察；一個多自由度機(jī)械手，用它的手爪或夾鉗可將爆炸物的引信或雷管擰下來，并把爆炸物運走；車上還裝有獵槍，利用激光指示器瞄準(zhǔn)后，它可把爆炸物的定時裝置及引爆裝置擊毀；有的機(jī)器人還裝有高壓水槍，可以切割爆炸物。(4)德國的排爆機(jī)器人在法國，空軍、陸軍和警察署都購買了Cybernetics公司研制的TRS200中型排爆機(jī)器人。DM公司研制的RM35機(jī)器人也被巴黎機(jī)場管理局選中。德國駐波黑的維和部隊則裝備了Telerob公司的MV4系列機(jī)器人。中國沈陽自動化所研制的PXJ-2機(jī)器人也加入了公安部隊的行列。美國Remotec公司的Andros系列機(jī)器人受到各國軍警部門的歡迎。Andros機(jī)器人可用于小型隨機(jī)爆炸物的處理，它是美國空軍客機(jī)及客車上使用的唯一的機(jī)器人。海灣戰(zhàn)爭后，美國海軍也曾用這種機(jī)器人在沙特阿拉伯和科威特的空軍基地清理地雷及未爆炸的彈藥。美國空軍還派出5臺Andros機(jī)器人前往科索沃，用于爆炸物及子炮彈的清理?？哲娒總€現(xiàn)役排爆小隊及航空救援中心都裝備有一臺AndrosVI。（5）中國研制的排爆機(jī)器人排爆機(jī)器人不僅可以排除炸彈，利用它的偵察傳感器還可監(jiān)視犯罪分子的活動。監(jiān)視人員可以在遠(yuǎn)處對犯罪分子晝夜進(jìn)行觀察，監(jiān)聽他們的談話，不必暴露自己就可對情況了如指掌。2.民用機(jī)器人(1)古代機(jī)器人機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機(jī)器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史。人類希望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便代替人類完成各種工作。(2)機(jī)器馬車西周時期，中國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人，這是中國最早記載的機(jī)器人。春秋后期，中國著名的木匠魯班，在機(jī)械方面也是一位發(fā)明家，據(jù)《墨經(jīng)》記載，他曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”，體現(xiàn)了中國勞動人民的聰明智慧。后漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其運送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。3.現(xiàn)代機(jī)器人現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計算機(jī)和自動化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。隨著計算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提高，移動機(jī)器人和機(jī)器人的視覺和觸覺等技術(shù)就是典型的代表。由于這些技術(shù)的發(fā)展，推動了機(jī)器人概念的延伸。80年代，將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統(tǒng)稱為智能機(jī)器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導(dǎo)了機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機(jī)器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間，水下機(jī)器人、空間機(jī)器人、空中機(jī)器人、地面機(jī)器人、微小型機(jī)器人等各種用途的機(jī)器人相繼問世，許多夢想成為了現(xiàn)實。將機(jī)器人的技術(shù)（如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等）擴(kuò)散和滲透到各個領(lǐng)域形成了各式各樣的新機(jī)器——機(jī)器人化機(jī)器。當(dāng)前與信息技術(shù)的交互和融合又產(chǎn)生了“軟件機(jī)器人”、“網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人”的名稱，這也說明了機(jī)器人所具有的創(chuàng)新活力。(三)大會用機(jī)器人1.福娃機(jī)器人福娃機(jī)器人能夠感應(yīng)到一米范圍內(nèi)的游客，與人對話、攝影留念、唱歌舞蹈，還能回答與奧運會相關(guān)的問題。2.翻譯機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)在任何時間、場所，對任何人和任何設(shè)備的多語言服務(wù)。3.安保機(jī)器人其杰出代表為排爆機(jī)器人。4.海寶機(jī)器人迎賓服務(wù)：（1）自動進(jìn)入迎賓狀態(tài)，采用中英語言做初始問侯。（2）請來賓在觸摸屏上選擇服務(wù)語種，包括中英雙語，再次進(jìn)行熱情問候和自我介紹。（3）流暢的肢體運動實現(xiàn)動感十足的擬人交流。語音服務(wù)：（1）在海寶的引導(dǎo)下，游客可以與海寶進(jìn)行語言交互及問答。（2）配合肢體動作、聲光電效應(yīng)營造出動人的時尚感。信息服務(wù)：（1）提供世博會信息平臺服務(wù)，為來賓介紹上海世博會情況、世博會各場館介紹。（2）為來賓介紹機(jī)場、車站附近可換乘的公交路線及著名景點，以及播報近期天氣信息等。照相服務(wù)：（1）在歡迎來賓后/監(jiān)測到游客長期駐立身側(cè)/在某些景點，海寶會主動詢問游客是否需要照相服務(wù)，包括：與游客合影、為游客拍照。（2）在準(zhǔn)備合影過程中，機(jī)器人會隨機(jī)擺出可愛的姿勢與表情，并詢問參與者是否滿意。若游客提議“換一個”，機(jī)器人會更換另一姿勢；游客表示“好的”等滿意評價后，機(jī)器人還會詢問參與者是否已經(jīng)準(zhǔn)備好，得到肯定的答復(fù)后便和參與者一起倒數(shù)準(zhǔn)備拍照。游客通過觸摸屏選擇也可觸發(fā)海寶的照相服務(wù)。海寶將語音引導(dǎo)參與者站到指定的位置進(jìn)行拍照。拍照時，可基于人體檢測和人臉檢測實現(xiàn)自動對焦。參與者可在機(jī)器人觸摸屏上看到所拍攝的照片，若對照片不滿意，參與者可選擇進(jìn)行重拍。提供大頭貼照相效果服務(wù)，利用人物提取、背景融合等技術(shù)為相片添加世博主題相關(guān)的趣味特效，游客可選擇采用何種特效，特效處理結(jié)果可實時顯示可在服務(wù)中心打印照片，或者將照片傳到網(wǎng)上，供游客下載。（3）通過友善可愛的語言提醒并控制單次服務(wù)時間。導(dǎo)航服務(wù)：（1）無論室內(nèi)室外，海寶可隨時知道自己的準(zhǔn)確位置。（2）海寶通過語音交互或觸摸屏選擇獲知游客目的地。（3）為游客規(guī)劃一條最便捷的到達(dá)路徑。才藝表演：（1）可表演多種舞蹈：中國特色舞蹈、中國各民族舞蹈、各國風(fēng)情舞蹈（2）講笑話/說故事（3）歌曲。協(xié)作引領(lǐng)參觀：室內(nèi)外、展區(qū)間，機(jī)器人在完成了本區(qū)間的引領(lǐng)任務(wù)后，會將游客帶領(lǐng)至下一區(qū)間的服務(wù)機(jī)器人處。下一區(qū)間的服務(wù)機(jī)器人將繼續(xù)引領(lǐng)，直至游客達(dá)到目的地。機(jī)器人換崗儀式：機(jī)器人電量低、檢修、故障時，可自動召喚備用機(jī)器人前來換崗；可設(shè)計具有較強(qiáng)觀賞性的機(jī)器人定時換崗儀式。團(tuán)體舞蹈表演：海寶家族的兄弟姐妹們可以一同協(xié)作，完成群體舞蹈或隊列表演。5.女子機(jī)器人女子機(jī)器人樂隊可以輕挪舞步，合力彈奏一曲“茉莉花”或其他樂曲。6.機(jī)器人除了以上這些，還有的機(jī)器人能表演太極拳，身懷中國功夫的機(jī)器人也將出現(xiàn)在世博會上。7.騰訊Qrobot機(jī)器人騰訊Qrobot機(jī)器人是一款智能互聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人，它能通過語音指令、觸摸、手勢等交互方式為用戶提供豐富快捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，用戶只需要語音控制，就可以獲得像天氣、新聞、音樂、股票、教育、智能提醒等資訊和應(yīng)用。同時，Qrobot是一個開放的平臺，在這個平臺上用戶可以下載自己想要的各項應(yīng)用。Qrobot機(jī)器人是一個有“思想”的機(jī)器人，它能聽懂你的話，回應(yīng)你的說話，明白你的小情緒，用各種搞笑逗樂你，而且它也有自己的小情緒哦；它可以幫你打字，你只需要動動嘴就行；可以幫你記下需要提醒的重要事項，只需要告訴它就能幫你keep好；還可以自定義各種對話，讓它具有學(xué)習(xí)功能每一臺Qrobot都對應(yīng)一個全球唯一的編碼，每個Qrobot都因不同的主人使用喜好和習(xí)慣有一套自有成長體系，即使用戶將來更換了Qrobot，原有機(jī)器人的成長體系仍可以全部加載到新的機(jī)器人上。Qrobot機(jī)器人現(xiàn)有的應(yīng)用有：（1）音樂點歌（2）語音搜索資訊（3）娛樂游戲（4）遠(yuǎn)程表情（5）互動教育（6）故事卡通（7）詩歌國學(xué)（8）聲控上網(wǎng)（9）聲控電腦（10）天氣預(yù)報（11）語音打字（12）SNS提醒（13）辦公備忘等等。三、機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)（一）關(guān)于機(jī)器人運動平衡的研究機(jī)器人腦中的自身圖形的運動與機(jī)器人運動相同，機(jī)器人自身圖形需要怎樣的運動，機(jī)器人的腦就指揮機(jī)器人做怎樣的運動。因為在機(jī)器人腦中，有機(jī)器人自身圖形上每個部位的形狀、密度、大小和每一時刻的位置，所以不論機(jī)器人的自身圖形做怎樣的運動，機(jī)器人的腦中都能很快計算出自身圖形的質(zhì)點。重力方向很容易被測量，自身圖形的質(zhì)點和重力方向合并在一起，就在機(jī)器人腦中有了機(jī)器人自身圖形的重心。機(jī)器人必須能用一條腿很容易站穩(wěn)，這樣對機(jī)器人做各種運動都十分重要。機(jī)器人腦中自身圖形的每一個關(guān)節(jié)的運動變化，都可能影響到腦中自身圖形重心的變化。如果機(jī)器人用一只腳站立，那么機(jī)器人的腦能夠通過調(diào)整機(jī)器人身體關(guān)節(jié)的輕微運動來調(diào)整腦中機(jī)器人自身圖形的重心，使機(jī)器人自身圖形的重心和圖形腳中心位置總保持在一條重力線上，這樣當(dāng)機(jī)器人用一只腳站立時，遇到輕微的碰撞也能夠通過身體的自動調(diào)整使機(jī)器人不會摔倒。機(jī)器人的腳與地面接觸，會在機(jī)器人腦中形成圖形腳的接觸面和確定一個較大范圍的圖形地面。機(jī)器人用一只腳站立，自身圖形的重心點投影在機(jī)器人腦中圖形腳的接觸面中。當(dāng)機(jī)器人雙腳走路時，機(jī)器人腦中自身圖形的重心點投影在自身圖形雙腳接觸面的連線中，在機(jī)器人腦中自身圖形雙腳的接觸面，能夠確定并形成更準(zhǔn)確的圖形地面。反過來當(dāng)機(jī)器人重心突然偏移，會在機(jī)器人腦中圖形地面上出現(xiàn)一個運動的重心投影點，這時機(jī)器人自身圖形必須馬上向重心投影點的運動方向邁出一步，這一步的大小應(yīng)該保證重心的投影點在自身圖形的雙腳連線之間。在機(jī)器人腦中有了與機(jī)器人做相同運動的機(jī)器人自身圖形，機(jī)器人的腦就能夠隨時知道機(jī)器人自身圖形做各種運動時的重心變化，這樣機(jī)器人的腦就能夠按照重心偏移的快慢來選擇邁步的速度，當(dāng)機(jī)器人需要快速起跑時要先有意造成身體重心向前的快速偏移，這樣就必須快速向重心偏移的方向邁步才能保持機(jī)器人身體平衡。當(dāng)機(jī)器人受到碰撞使身體的重心快速偏移，機(jī)器人就必須快速向重心偏移的方向邁步使機(jī)器人身體平衡。在機(jī)器人腦中有與機(jī)器人做相同運動的自身圖形，機(jī)器人就能夠通過腦中自身圖形上重心投影點的變化，隨時知道機(jī)器人重心的變化，這樣機(jī)器人的腦就能夠準(zhǔn)確地控制機(jī)器人身體做各種運動，使機(jī)器人在運動時始終保持運動平衡。（二）機(jī)器人在視覺上存在的問題和解決的辦法實際上機(jī)器人通過電子眼在腦中形成的是一副由像素點構(gòu)成的平面圖像，其中的任何一個物體圖像都是平面的，由于是二維的平面圖像所有各種物體和環(huán)境的圖像都混合在一起，機(jī)器人通過這樣的二維平面圖像不能準(zhǔn)確地識別物體也不能知道物體的遠(yuǎn)近，機(jī)器人并不能通過這樣的眼睛行走和感知環(huán)境，我們可以把各種物體圖像事先存入計算機(jī)用于對物體的識別，但這種辦法只能識別特定的物體并不能適用于千變?nèi)f化的環(huán)境，可以說目前的機(jī)器人并不能真正地看到物體。為了要解決這些問題我們就必須讓機(jī)器人腦中能夠形成外界物體的立體圖形，如圖一、是機(jī)器人的眼，o點是視線中心，長方形外框是機(jī)器人的眼眶，在眼中所有的線段都在一個平面上沒有遠(yuǎn)近之分，但這時我們能夠按照我們的視覺經(jīng)驗來為機(jī)器人的眼中標(biāo)出各條線段的距離和長度，為機(jī)器人創(chuàng)造出一個視覺空間，如果一個線段的長度是一米，它在機(jī)器人眼中形成的空間線段圖像是一厘米長，那么我們就把機(jī)器人眼中的一厘米長的線段標(biāo)成一米，這樣當(dāng)外界的一條線段在機(jī)器人的視覺空間中形成一厘米長的線段圖像時機(jī)器人就知道自己看見了一條一米長的線段。圖一中我們可以看到如果我們?yōu)闄C(jī)器人創(chuàng)造一個視覺空間，機(jī)器人認(rèn)為的一個固定長度在機(jī)器人眼中的不同位置的實際長度是不同的，如線段ab比線段ef長但在機(jī)器人視覺空間中線段ab和線段ef的長度相等，線段bf和線段dn本來是平面上的線段但在機(jī)器人的視覺空間中就變成了前后的距離長度，因為有了視覺中心這樣機(jī)器人就能夠知道一個在視覺平面中某一位置的角度在視覺空間中這一位置上的實際角度，如圖一中角fbd小于角ndb，但在視覺空間中角fbd等于角ndb是90度直角，這時我們發(fā)現(xiàn)在機(jī)器人的平面視覺中的任何一個平面上的角度，在機(jī)器人的空間視覺中都有與之對應(yīng)的空間角度,有了平面視覺和空間視覺的對應(yīng)關(guān)系機(jī)器人就能夠通過眼在腦中形成立體的物體圖形，例如這時有一個運動的正方體在機(jī)器人眼中形成了運動的平面圖像，機(jī)器人腦中就馬上利用圖形微粒在視覺空間中形成了與之對應(yīng)的正方體圖形，這樣正方體每一時刻的運動變化和到機(jī)器人的距離變化都十分清楚地顯示出來。在機(jī)器人的視覺中同時存在著平面視覺和立體視覺，對于一個圖形有時可以看成是平面的有時可以看成立體的這要根據(jù)實際情況來選擇。在機(jī)器人腦中有了視覺空間機(jī)器人就能夠通過視覺在腦中直接形成外界物體的立體圖形，機(jī)器人通過眼中平面圖像上的像素點提取出各種事先在機(jī)器人腦中存儲的圖形微粒，在腦中的視覺空間中構(gòu)成物體的立體圖形，選擇用微粒來構(gòu)成圖形是因為微粒細(xì)小可以填充出各種物體圖形，圖形微粒在機(jī)器人腦中形成一個物體圖形的過程中機(jī)器人也在逐漸識別出這個物體，這時機(jī)器人對這個物體的各種認(rèn)識都會加在這個物體圖形上使這個物體圖形產(chǎn)生變化，如機(jī)器人識別出這個物體是一塊海綿，那么這時機(jī)器人腦中的這個物體圖形的內(nèi)部就會馬上變成海綿的結(jié)構(gòu)。我們在計算機(jī)中可以制作一個虛擬的立體圖形世界，如計算機(jī)中的人工生命，計算機(jī)能夠十分清楚虛擬圖形世界中的每一個物體圖形的性質(zhì)和在每一時刻的運動狀態(tài)。在這里機(jī)器人通過電子眼在腦中自動形成了外界物體的立體圖形，這樣機(jī)器人就能夠認(rèn)識外界物體認(rèn)識和了解外界物體每一時刻的運動變化。機(jī)器人有三個發(fā)展階段，那么也就是說，我們習(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，它是通過一個計算機(jī)，來控制一個多自由度的一個機(jī)械，通過示教存儲程序和信息，工作時把信息讀取出來，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動作，比方說汽車的點焊機(jī)器人，它只要把這個點焊的過程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對于外界的環(huán)境沒有感知，這個力操作力的大小，這個工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，在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，比方說在機(jī)器人抓一個物體的時候，它實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。那么第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運動，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個目前的發(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)器人實際上并沒有存在，而只是隨著我們不斷的科學(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。裝有視覺