第一部分機(jī)器人概述

智能機(jī)器人機(jī)器人概述機(jī)器人結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制機(jī)器人感覺機(jī)器人應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人

服務(wù)機(jī)器人醫(yī)用機(jī)器人軍用機(jī)器人空間機(jī)器人主要內(nèi)容一、機(jī)器人概述主要內(nèi)容機(jī)器人定義機(jī)器人發(fā)展機(jī)器人分類機(jī)器人展望機(jī)器人定義什么是機(jī)器人？機(jī)器人長什么樣？1920年，捷克作家卡雷爾·卡佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機(jī)器人》?？ㄅ蹇嗽趧”局邪呀菘苏Z“Robota”寫成了“Robot”，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。機(jī)器人的由來1950年，美國作家埃薩克·阿西莫夫在他的科幻小說《I，Robot》中首次使用了“Robotics”

，即“機(jī)器人學(xué)”。阿西莫夫提出了“機(jī)器人三原則”：1機(jī)器人不應(yīng)傷害人類,且在人類受到傷害時(shí)不可袖手旁觀；2機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；3機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外

這三條守則給機(jī)器人賦以倫理觀。至今，機(jī)器人研究者都以這三個(gè)原則作為開發(fā)機(jī)器人的準(zhǔn)則。阿西莫夫因此被稱為“機(jī)器人學(xué)之父”定義目前，雖然機(jī)器人已被廣泛應(yīng)用，但世界上對(duì)機(jī)器人還沒有一個(gè)統(tǒng)一、嚴(yán)格、準(zhǔn)確的定義，不同國家、不同研究領(lǐng)域給出的定義不盡相同。盡管定義的基本原則大體一致，但仍然有較大區(qū)別。國際上主要有以下幾種：定義美國機(jī)器人協(xié)會(huì)：“機(jī)器人是用以搬運(yùn)材料、零件、工具的可編程序的多功能操作器或是通過可改變程序動(dòng)作來完成各種作業(yè)的特殊機(jī)械裝置。”日本工業(yè)機(jī)器人：“工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過自動(dòng)完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器?！?/p>

美國國家標(biāo)準(zhǔn)局：“機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置”。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織：“機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)?！倍x機(jī)器人應(yīng)具有的共同點(diǎn)：1）機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類似與人或其它生物的某些器官的功能。2）是一種自動(dòng)機(jī)械裝置，可以在無人參與下，自動(dòng)完成多種操作或動(dòng)作功能，即具有通用性?？梢栽倬幊?，程序流程可變，即具有柔性。3）具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)。

發(fā)展機(jī)器人的三個(gè)理由干人不愿意干的事（有毒的、有害的、高溫的或危險(xiǎn)的環(huán)境）。干人不好干的活（如在汽車生產(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）。干人干不了的活（如太空，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(duì)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）。

機(jī)器人發(fā)展1954年，美國人GeorgeC.Devol提出了第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人方案并在1956年獲得美國專利。1961年，Unimation公司（通用機(jī)械公司）成立，生產(chǎn)和銷售了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器“Unimate”，即萬能自動(dòng)之意。Unimate美國制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人的歷史才真正開始。其外形有點(diǎn)像坦克炮塔，基座上有一個(gè)大機(jī)械臂，大臂可繞軸在基座上轉(zhuǎn)動(dòng)，大臂上又伸出一個(gè)小機(jī)械臂，它相對(duì)大臂可以伸出或縮回。小臂頂有一個(gè)腕，可繞小臂轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行俯仰和側(cè)搖。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.（機(jī)械與鑄造）公司，研制出一臺(tái)數(shù)控自動(dòng)通用機(jī)，取名“Versatran”，即多用途搬運(yùn)之意，并以“IndustrialRobot”為商品廣告投入市場。1978年，第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人在Unimation公司誕生。機(jī)器人發(fā)展60～70年代，日本、西歐各國、前蘇聯(lián)也相斷引進(jìn)或自行研制工業(yè)機(jī)器人，是機(jī)器技術(shù)獲得巨大發(fā)展的階段。80年代，機(jī)器人在發(fā)達(dá)國家的工業(yè)中大量普及應(yīng)用，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配。并向各個(gè)領(lǐng)域拓展，如航天、水下、排險(xiǎn)、核工業(yè)等，機(jī)器人的感知技術(shù)得到相應(yīng)的發(fā)展，產(chǎn)生第二代機(jī)器人。機(jī)器人發(fā)展90年代，機(jī)器人技術(shù)在發(fā)達(dá)國家應(yīng)用更為廣泛，如軍用、醫(yī)療、服務(wù)、娛樂等領(lǐng)域，并開始向智能型（第三代）機(jī)器人發(fā)展。多種機(jī)器人：工業(yè)機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人、擬人機(jī)器人、特種機(jī)器人等，具有視覺、語音等功能，具有一定智能。1998年：日本30萬臺(tái)，美國8萬臺(tái)，德國7萬臺(tái)機(jī)器人發(fā)展日本機(jī)器人日本是當(dāng)今世界最大的工業(yè)機(jī)器人王國，既是工業(yè)機(jī)器人的最大制造國也是最大消費(fèi)國。日本擁有全球需求最大的工業(yè)機(jī)器人市場。端茶玩偶

1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)器玩偶，并在大阪演出。18世紀(jì)末通過改進(jìn)，制造出了端茶玩偶。它是木質(zhì)的，發(fā)條和彈簧則是用鯨魚須制成的。它雙手捧著茶盤，如果把茶杯放在茶盤上，它便會(huì)向前走，把茶端給客人，客人取茶杯時(shí)，它會(huì)自動(dòng)停止行走，客人喝完茶把放回茶盤上時(shí)，它就又轉(zhuǎn)回原來的地方。

全球工業(yè)機(jī)器人各國保有量

全球工業(yè)機(jī)器人各國銷售占比

日本工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的歷史階段日本早期機(jī)器人鼓勵(lì)政策日本工業(yè)機(jī)器人爆發(fā)式增長的20年

日本早期的五代機(jī)器人技術(shù)

通過不斷的技術(shù)研發(fā)，日本機(jī)器人技術(shù)一直保持世界領(lǐng)先地位。

目前機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)是微電子技術(shù)以及“機(jī)械電子一體化技術(shù)”。日本的這兩項(xiàng)技術(shù)始終居世界領(lǐng)先地位,尤以應(yīng)用改良技術(shù)見長。正是這種技術(shù)使電子技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)溶合于傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)中,形成了世界第一流的機(jī)械電子一體化技術(shù),為日本機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

日本工業(yè)機(jī)器人保有量穩(wěn)居世界第一。截止2012年底，日本工業(yè)機(jī)器人保有量為31萬臺(tái)，約占全球機(jī)器人保有量的30%，為世界上最大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)國和應(yīng)用國。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年全年日本工業(yè)機(jī)器人銷售額為4290.3億日元，日本工業(yè)機(jī)器人主要用于出口。從工業(yè)機(jī)器人出口情況看，日本堪稱出口大國。2012年出口額達(dá)到3013.4億日元，占全年銷售總額的70%，這很大程度上得益于中國和其他亞洲國家對(duì)工業(yè)機(jī)器人需求的大幅增長。日本機(jī)器人中國機(jī)器人發(fā)展魯班制造的木鳥是中國最早的機(jī)器人雛形據(jù)史料記載，某日魯班母親因生氣而不進(jìn)茶飯，為哄母親開心，魯班廢寢忘食，花了兩天時(shí)間，用木材制造了一只大鳥?！赌印罚骸俺啥w之，三日不下”木牛流馬

木牛流馬傳說就是諸葛亮發(fā)明的一種自動(dòng)裝置。它可以不用牲畜做動(dòng)力，而是使用類似彈簧的裝置來提供動(dòng)力，幫助蜀國的軍隊(duì)運(yùn)送戰(zhàn)略物資。我國工業(yè)機(jī)器人起步較晚，始于20世紀(jì)70年代初，經(jīng)過近40年的發(fā)展，大致可分為三個(gè)階段：1、70年代的萌芽期2、80年代的開發(fā)期3、90年代后的實(shí)用化期1、中國機(jī)器人起步相對(duì)晚的原因：歷史背景：新中國剛成立不久，連年的戰(zhàn)爭使得當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)比較落后。有人認(rèn)為：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。政府對(duì)此關(guān)注的力度和資金的投入不夠。當(dāng)時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要自行設(shè)計(jì)制造的機(jī)械手，大部分用于上下料。2、80年代的開發(fā)期80年代中期，技術(shù)革命的第三次浪潮沖擊著全世界，其中機(jī)器人技術(shù)起著先鋒作用。1985年，國家開始組織實(shí)施工業(yè)機(jī)器人“七五”計(jì)劃，列入計(jì)劃的主要項(xiàng)目有：主機(jī)，包括點(diǎn)焊、弧焊、上下料、噴漆等工業(yè)機(jī)器人；機(jī)器人關(guān)鍵元部件技術(shù)?！捌呶濉庇?jì)劃的完成使我國機(jī)器人技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階。3、90年代后的實(shí)用化期進(jìn)入90年代，確定了特種機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程并重、以應(yīng)用帶動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展方針，繼續(xù)開拓進(jìn)取，實(shí)現(xiàn)了高技術(shù)發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場的密切連接，應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)推動(dòng)企業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代，提升企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平。80~90年代機(jī)器人的研究成果1980年—研制成功中國第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)。1985年—中國第一臺(tái)水下機(jī)器人首航成功。1986年—中國第一臺(tái)水下機(jī)器人深海試驗(yàn)成功。1988年—中國第一臺(tái)中型水下機(jī)器人投入使用。1989年—水下機(jī)器人首次出口美國。1990年—中國第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人通用控制器研制成功。1992年—國產(chǎn)ＡＧＶ第一次應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。1993年—中國唯一的機(jī)器人技術(shù)國家工程研究中心成立。1994年—第一臺(tái)五自由度高壓水切割機(jī)器人投入使用。1994年—第一臺(tái)1000米水下機(jī)器人海試成功。

1995年—第一臺(tái)6000米水下機(jī)器人海試成功。

1995年—中國首臺(tái)四自由度點(diǎn)焊機(jī)器人開發(fā)成功，第一條點(diǎn)焊機(jī)器人生產(chǎn)線投入使用。

1995年—自主開發(fā)的機(jī)器人技術(shù)－ＡＧＶ技術(shù)出口韓國。

1997年—具有自主版權(quán)的高性能機(jī)器人控制器小批量生產(chǎn)。

1997年—自主開發(fā)的國內(nèi)第一條機(jī)器人沖壓自動(dòng)化線用于一汽大眾生產(chǎn)線。

1998年—國內(nèi)首臺(tái)激光加工機(jī)器人開發(fā)成功。

1998年—國內(nèi)首臺(tái)澆注機(jī)器人用于生產(chǎn)。

1998年—中國機(jī)器人領(lǐng)域唯一一家通過了ＩＳＯ９００１國際質(zhì)量體系認(rèn)證。4、21世紀(jì)的新成果醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用：醫(yī)療機(jī)器人，是近五年來發(fā)展比較迅速的一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)一些非常珍貴的生物需要手術(shù)時(shí)，尤其是精細(xì)的部位如：人的眼球、神經(jīng)、血管進(jìn)行手術(shù)，對(duì)人腦的定位和鉆孔，對(duì)人的心臟瓣膜的手術(shù)和搭橋手術(shù)等都需要機(jī)器人來完成。醫(yī)生來做手術(shù)的不足是：大的手術(shù)時(shí)間長，人容易疲勞；人手操作的精度還是有限的。在制造業(yè)中的應(yīng)用：主要用于汽車及工程機(jī)械的噴涂及焊接。目前，由于機(jī)器人技術(shù)以及研發(fā)的落后，工業(yè)機(jī)器人還主要應(yīng)用在制造業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年國內(nèi)廠家所生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人有超過一半是提供給汽車行業(yè)。可見，汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國工業(yè)機(jī)器人增長的原動(dòng)力之一。其中，焊接機(jī)器人在汽車制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用。中國機(jī)器人現(xiàn)狀中國已成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場，2013年中國購買并組裝近3.7萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，其中國產(chǎn)機(jī)器人9000多臺(tái)，產(chǎn)量是2012年的3倍。其中外資機(jī)器人普遍以6軸或以上高端工業(yè)機(jī)器人為主，幾乎壟斷了汽車制造、焊接等高端行業(yè)領(lǐng)域，占比96%。而國產(chǎn)機(jī)器人主要應(yīng)用還是以搬運(yùn)和上下料機(jī)器人為主，處于行業(yè)的低端領(lǐng)域。中國成為工業(yè)機(jī)器人全球第一大買主。在市場普遍低迷的態(tài)勢下，我國制造業(yè)中“用工荒”、“高成本”等因素交織疊加在一起，壓縮了制造企業(yè)的盈利空間，凸顯了當(dāng)前業(yè)內(nèi)中小企業(yè)的生存困境，同時(shí)也促使有潛質(zhì)、有能力的企業(yè)在轉(zhuǎn)型升級(jí)的陣痛中尋找新出路。中國制造業(yè)正面臨著向高端轉(zhuǎn)變、承接國際先進(jìn)制造、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，機(jī)器人應(yīng)成為推動(dòng)轉(zhuǎn)型的重要力量。在一些高端制造領(lǐng)域，對(duì)機(jī)器人的需求更加巨大。未來幾年國內(nèi)汽車市場仍將以每年15%左右的速度增長，汽車制造領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用將保持快速發(fā)展態(tài)勢。在電子信息制造領(lǐng)域，機(jī)器人將會(huì)大量替代人工進(jìn)行芯片、貼片器件及電子產(chǎn)品的生產(chǎn);在化工領(lǐng)域，以潔凈機(jī)器人為代表的智能裝備將會(huì)得到進(jìn)一步應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人需求年增長達(dá)到36%以上，到2015年市場銷量將達(dá)到10萬臺(tái)，工業(yè)機(jī)器人保有量超過30萬臺(tái)。越來越多的中國機(jī)器人供應(yīng)商將進(jìn)入中國市場，外資品牌和自主品牌機(jī)器人供應(yīng)商的競爭將越發(fā)激烈。國產(chǎn)機(jī)器人制造與日美至少差10年我國在工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)基礎(chǔ)零部件方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但無論從質(zhì)量、產(chǎn)品系列方面，還是批量化供給方面，與國外產(chǎn)品仍有較大差距，特別是在高性能交流伺服電機(jī)和高精密減速器方面的差距尤為明顯。在高精度機(jī)器人用減速機(jī)方面，市場份額的80%以上被日本的帝人、Harmonic諧波減速機(jī)兩家公司所壟斷，售價(jià)居高不下，同時(shí)對(duì)合作外的生產(chǎn)商進(jìn)行產(chǎn)品供應(yīng)限制，關(guān)鍵核心部件一直受制于人，造成了國內(nèi)機(jī)器人大多由國外企業(yè)壟斷的局面。2012年工信部開始思考中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)如何應(yīng)對(duì)國際競爭和壓力，推動(dòng)中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。2013年底，工信部發(fā)布了關(guān)于推進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展的指導(dǎo)意見，2014年3月底在江蘇召開了推進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的峰會(huì)，目前又在制定工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“十三五”規(guī)劃。目前工信部正在制定“十三五”相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2020年中國工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)體系要具備3至5家具有國際競爭力的企業(yè)、8至10個(gè)產(chǎn)業(yè)配套集群。將重點(diǎn)推進(jìn)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、航天、航空、船舶、民爆等六個(gè)行業(yè)自動(dòng)化車間的應(yīng)用。許多地方也開始啟動(dòng)扶持機(jī)器人生產(chǎn)和使用的政策。珠三角一些地方政府、行業(yè)協(xié)會(huì)已經(jīng)開始思考和應(yīng)對(duì)這一問題。整體來看，一方面是國家多部委緊鑼密鼓地醞釀支持政策，另一方面是地方政府層面積極組建各自的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園或產(chǎn)業(yè)基地方面的扶持政策。隨著扶持政策的立體化、全方位推進(jìn)，中國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將被持續(xù)注入新活力，中國裝備智能化進(jìn)程有望加速。機(jī)器人分類機(jī)器人廣泛的應(yīng)用于生活生產(chǎn)及科研的各個(gè)領(lǐng)域，大致分為以下幾類：工業(yè)服務(wù)醫(yī)用軍用空間機(jī)器人的發(fā)展趨勢1傳感型智能化機(jī)器人發(fā)展迅速

作為傳感機(jī)器人基礎(chǔ)的機(jī)器人傳感技術(shù)有了新的發(fā)展，各種新型傳感器不斷出現(xiàn)。

多傳感器集成和融合技術(shù)在智能機(jī)器人上獲得應(yīng)用。由于單一傳感信號(hào)難以保證輸入信息的準(zhǔn)確性和可靠性，不能滿足智能機(jī)器人系統(tǒng)獲取環(huán)境信息以及系統(tǒng)決策能力。采用多傳感器集成和融合技術(shù)，利用各種傳感信息，獲得對(duì)環(huán)境的正確理解，使機(jī)器人系統(tǒng)具有容錯(cuò)性，保證系統(tǒng)信息處理的快速性和正確性。

在多傳感器集成和融合技術(shù)研究方面，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特別引人注目，成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。2開發(fā)新型智能技術(shù)在諸多新型智能技術(shù)當(dāng)中，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別、檢測、控制和規(guī)劃方法的開發(fā)和應(yīng)用占著重要位置?；趯＜蚁到y(tǒng)的機(jī)器人規(guī)劃獲得新的發(fā)展，除了應(yīng)用與任務(wù)規(guī)劃、裝配規(guī)劃、搬運(yùn)規(guī)劃和路徑規(guī)劃外，又被用于自動(dòng)抓取規(guī)劃。3采用模塊化的設(shè)計(jì)技術(shù)智能機(jī)器人和高級(jí)工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)要力求簡單緊湊，其高智能部件甚至全部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已向模塊化方向發(fā)展；其驅(qū)動(dòng)采用交流伺服電機(jī)，向小型和高輸出方向發(fā)展；其控制裝置向小型化和智能化發(fā)展，提高機(jī)器人的實(shí)時(shí)和快速相應(yīng)能力。機(jī)器人軟件的模塊化則簡化了編程，發(fā)展了離線編程技術(shù)，提高了機(jī)器人的控制系統(tǒng)的適應(yīng)性。4微型機(jī)器人的研究有所突破

微型機(jī)器和微型機(jī)器人為21世紀(jì)的尖端技術(shù)之一。在大中型機(jī)器人和微型機(jī)器人系列之間，還有小型機(jī)器人。小型化也是機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)趨勢。一種能鉆入血管的機(jī)器人想象圖5應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)擴(kuò)展太空

空間站服務(wù)機(jī)器人（裝配、檢查和修理），機(jī)器人衛(wèi)星，飛行機(jī)器人（人員和材料運(yùn)送及通訊），空間探索（星球探測等）和資源收集，太空基地建筑，衛(wèi)星回收以及地面實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等；海洋

海底普查和采礦機(jī)器人，海上建筑的建筑與維護(hù)，海灘救援機(jī)器人，海況檢測與預(yù)報(bào)系統(tǒng)；建筑

鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)加工系統(tǒng)，防火層噴涂機(jī)器人，混凝土地板研磨機(jī)器人，外墻裝修機(jī)器人，天花板和燈具安裝機(jī)器人，外墻清洗、噴涂、檢驗(yàn)和瓷磚鋪設(shè)機(jī)器人，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)機(jī)器人，橋梁自動(dòng)噴涂，小管道和電纜地下鋪設(shè)，混凝土預(yù)制板自動(dòng)安裝等；采礦

金屬和煤炭自動(dòng)采掘機(jī)器人，