第1章-機(jī)器人控制技術(shù)緒論-機(jī)器人原理及控制技術(shù)-教學(xué)課件

機(jī)器人原理及控制技術(shù)PrincipleandControlTechniques

ofRobotManipulators華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系黃心漢12/29/20241智能與控制工程研究所章節(jié)安排第一章緒論第二章齊次變換第三章運(yùn)動(dòng)學(xué)方程第四章逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程第五章微分變換第六章動(dòng)力學(xué)第七章控制第八章運(yùn)動(dòng)軌跡第九章靜態(tài)力第十章力控與順應(yīng)控制12/29/20242智能與控制工程研究所第一章緒論

ChapterⅠIntroduction1.1機(jī)器人名稱的由來(lái)1.2機(jī)器人的發(fā)展歷史1.3機(jī)器人的定義和分類1.4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與控制方式1.5操縱機(jī)器人1.6智能機(jī)器人1.7機(jī)器人的應(yīng)用1.8未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展方向1.9我國(guó)機(jī)器人研究的簡(jiǎn)況12/29/20243智能與控制工程研究所后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其在崎嶇山路中運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭(zhēng)。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，并在大阪的道頓堀演出。1738年，法國(guó)天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄。1773年，著名的瑞士鐘表匠杰克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯制造出自動(dòng)書寫玩偶、自動(dòng)演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動(dòng)玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理而制成的，它們有的拿著畫筆和顏色繪畫，有的拿著鵝毛蘸墨水寫字，結(jié)構(gòu)巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時(shí)。1927年，美國(guó)西屋公司工程師溫茲利制造了第一個(gè)機(jī)器人“電報(bào)箱”，并在紐約舉行的世界博覽會(huì)上展出，它是一個(gè)電動(dòng)機(jī)器人，裝有無(wú)線電發(fā)報(bào)機(jī)，可以回答一些問(wèn)題，但該機(jī)器人不能走動(dòng)。12/29/20246智能與控制工程研究所現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史二戰(zhàn)期間（1938-1945）由于核工業(yè)和軍事工業(yè)的發(fā)展，研制了“遙控操縱器”（Teleoperator）主要用于放射性材料的生產(chǎn)和處理過(guò)程。1947年，對(duì)這種較簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置進(jìn)行了改進(jìn)，采用電動(dòng)伺服方式，使其從動(dòng)部分能跟隨主動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)，稱為"主從機(jī)械手"（Master-SlaveManipulator）。1949-1953美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)始研制數(shù)控銑床隨著先進(jìn)飛機(jī)制造的需要，美國(guó)麻省理工學(xué)院輻射實(shí)驗(yàn)室（MITRadiationLaboratory）開(kāi)始研制數(shù)控銑床。1953年研制成功能按照模型軌跡做切削動(dòng)作的多軸數(shù)控銑床。1954年

“可編程”“示教再現(xiàn)”機(jī)器人美國(guó)人GeorgeC.Devol設(shè)計(jì)制作了世界上第一臺(tái)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)裝置，并發(fā)表了題為《適用于重復(fù)作業(yè)的通用性工業(yè)機(jī)器人》的文章。12/29/20247智能與控制工程研究所60年代機(jī)器人產(chǎn)品正式問(wèn)世，機(jī)器人技術(shù)開(kāi)始形成1960年美國(guó)“聯(lián)合控制公司”（ConsolidatedControl）根據(jù)Devol的專利技術(shù)，研制出第一臺(tái)真正意義上的工業(yè)機(jī)器人，并成立了Unimation公司，開(kāi)始定型生產(chǎn)名為Unimate的工業(yè)機(jī)器人。兩年后，美國(guó)“機(jī)床與鑄造公司”（AMF）也生產(chǎn)了另一種可編程工業(yè)機(jī)器人Versatran。70年代機(jī)器人技術(shù)發(fā)展成為專門學(xué)科機(jī)器人產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展成為專門學(xué)科，稱之為機(jī)器人學(xué)（Robotics）。機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，不同的應(yīng)用場(chǎng)所，導(dǎo)致了各種坐標(biāo)系統(tǒng)、各種結(jié)構(gòu)的機(jī)器人相繼出現(xiàn)，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛躍發(fā)展使機(jī)器人的控制性能大大提高，成本不斷下降。12/29/20248智能與控制工程研究所80年代開(kāi)始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段80年代，不同結(jié)構(gòu)、不同控制方法和不同用途的工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家真正進(jìn)入了實(shí)用化的普及階段。隨著傳感技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段。機(jī)器人視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、接近覺(jué)等項(xiàng)研究和應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的適應(yīng)能力，擴(kuò)大了機(jī)器人的應(yīng)用范圍，促進(jìn)了機(jī)器人的智能化進(jìn)程。經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)逐步形成了一門新的綜合性學(xué)科—機(jī)器人學(xué)（Robotics）它包括有基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面主要研究?jī)?nèi)容有：(1)機(jī)械手設(shè)計(jì)； (2)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制；(3)軌跡設(shè)計(jì)和路徑規(guī)劃； (4)傳感器(包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器)；(5)機(jī)器人視覺(jué)； (6)機(jī)器人語(yǔ)言；(7)裝置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； (8)機(jī)器人智能等。12/29/20249智能與控制工程研究所1.3機(jī)器人的定義和分類

（DefinitionandClassifyingforRobots）1.3.1機(jī)器人的定義(DefinitionofRobots)

機(jī)器人問(wèn)世已有幾十年，機(jī)器人的定義仍然仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的意見(jiàn)。原因之一是機(jī)器人還在發(fā)展，新的機(jī)型，新的功能不斷涌現(xiàn)。同時(shí)由于機(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問(wèn)題。就像機(jī)器人一詞最早誕生于科幻小說(shuō)之中一樣，人們對(duì)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。隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時(shí)代的到來(lái),機(jī)器人所涵蓋的內(nèi)容越來(lái)越豐富，機(jī)器人的定義也不斷充實(shí)和創(chuàng)新。下面給出一些有代表性的定義。12/29/202410智能與控制工程研究所國(guó)際和國(guó)外相關(guān)組織的定義國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：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，能夠借助可編程序操作來(lái)處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的定義：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。美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）的定義：機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過(guò)可編程序動(dòng)作來(lái)執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機(jī)械手。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）的定義：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(guò)自動(dòng)完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。12/29/202411智能與控制工程研究所有關(guān)學(xué)者的定義在1967年日本召開(kāi)的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上提出了兩個(gè)有代表性的定義。森政弘與合田周平提出的定義：“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”。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動(dòng)性、智能性、個(gè)體性、半機(jī)械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動(dòng)性等10個(gè)特性來(lái)表示機(jī)器人的形象。日本早稻田大學(xué)加藤一朗（日本機(jī)器人之父）教授認(rèn)為：機(jī)器人是由能工作的手，能行動(dòng)的腳和有意識(shí)的頭腦組成的個(gè)體，同時(shí)具有非接觸傳感器（相當(dāng)于耳、目）、接觸傳感器（相當(dāng)于皮膚）、固有感及平衡感等感覺(jué)器官的能力。12/29/202412智能與控制工程研究所也有一些組織和學(xué)者針對(duì)不同形式的機(jī)器人分別給出具體的解釋和定義，而機(jī)器人則只作為一種總稱。例如，日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）列舉了6種型式的機(jī)器人：(1)手動(dòng)操縱器：人操縱的機(jī)械手，缺乏獨(dú)立性；(2)固定程序機(jī)器人：缺乏通用性；(3)可編程機(jī)器人：非伺服控制；(4)示教再現(xiàn)機(jī)器人：通用工業(yè)機(jī)器人；(5)數(shù)控機(jī)器人：由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人；(6)智能機(jī)器人：具有智能行為的自律型機(jī)器人。12/29/202413智能與控制工程研究所綜合諸家的解釋，概括各種機(jī)器人的性能，我們認(rèn)為可以按以下特征來(lái)描述機(jī)器人：1.機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官(如肢體、感官等)的功能；2.機(jī)器人具有通用性，工作種類多樣，動(dòng)作程序靈活易變，是柔性加工主要組成部分；3.機(jī)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；4.機(jī)器人具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)，在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。12/29/202414智能與控制工程研究所1.3.2機(jī)器人的分類(ClassifyingofRobots)按照從低級(jí)→高級(jí)的發(fā)展程度可分為三類機(jī)器人第一代機(jī)器人（FirstGenerationRobots）：即可編程、示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人，已進(jìn)入商品化、實(shí)用化。第二代機(jī)器人（SecondGenerationRobots）：裝備有一定的傳感裝置，能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對(duì)象的簡(jiǎn)單信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理、分析，能作出簡(jiǎn)單的推理，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行反饋的機(jī)器人，通常稱為低級(jí)智能機(jī)器人，由于信息處理系統(tǒng)的龐大與昂貴，第二代機(jī)器人目前只有少數(shù)可投入應(yīng)用。第三代機(jī)器人（ThirdGenerationRobots）：具有高度適應(yīng)性的自治機(jī)器人。它具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維、判斷決策，在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)立行動(dòng)。第三代機(jī)器人又稱作高級(jí)智能機(jī)器人，它與第五代計(jì)算機(jī)關(guān)系密切，目前還處于研究階段。12/29/202415智能與控制工程研究所按照結(jié)構(gòu)形態(tài)，負(fù)載能力和動(dòng)作空間劃分可分為超大型機(jī)器人：負(fù)載能力1000kg以上大型機(jī)器人：100-1000kg/10m2以上中型機(jī)器人：10-100kg/1–10m2小型機(jī)器人：0.1-10kg/0.1-1m2超小型機(jī)器人：0.1kg以下/0.1m2以下12/29/202416智能與控制工程研究所按照開(kāi)發(fā)內(nèi)容和目的區(qū)分，可分為以下三類機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人（IndustrialRobot）：如焊接、噴漆、裝配機(jī)器人。操縱機(jī)器人（TeleoperatorRobot）：如主從手，遙控排險(xiǎn)、水下作業(yè)機(jī)器人。智能機(jī)器人（IntelligentRobot）：如演奏、表演、下棋、探險(xiǎn)機(jī)器人。特種機(jī)器人和微型機(jī)器人是目前機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)重要方向特種機(jī)器人（SpecialRobots）：如航天飛機(jī)上的機(jī)械手在失重狀態(tài)下的工作，海洋探測(cè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、防核防化機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、微小物體操作機(jī)器人等。微型機(jī)器人（Micro-robots）：體積小，如管道機(jī)器人、血管疏通機(jī)器人。微動(dòng)機(jī)器人（Micro-movementrobots）：動(dòng)作小、精度高，如細(xì)胞切割機(jī)器人、微操作和微裝配機(jī)器人等。12/29/202417智能與控制工程研究所1.4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與控制方式

(StructureandControlofRobots)1.4.1機(jī)器人的結(jié)構(gòu)(TheStructureofRobot)簡(jiǎn)單地說(shuō)，機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置、傳感器和控制器四大部分構(gòu)成（如圖）。記憶、示教裝置控制裝置驅(qū)動(dòng)裝置傳感器工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)12/29/202418智能與控制工程研究所執(zhí)行機(jī)構(gòu)：機(jī)器人的足、腿、手、臂、腰及關(guān)節(jié)等，它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和完成某項(xiàng)任務(wù)所必不可少的組成部分。驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置：用來(lái)有效地驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝置，通常采用液壓、電動(dòng)和汽動(dòng)，有直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)二種方式。傳感器：是機(jī)器人獲取環(huán)境信息的工具，如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、滑覺(jué)和接近覺(jué)傳感器等，它們的功能相當(dāng)于人的眼、耳、鼻、皮膚及筋骨?？刂破鳎菏菣C(jī)器人的核心，它負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和各種動(dòng)作控制及對(duì)環(huán)境的識(shí)別。 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的控制器都是由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，控制方式主要有示教再現(xiàn)、可編程控制、遙控和自主控制等多種方式。12/29/202419智能與控制工程研究所日本三菱公司產(chǎn)MOVEMASTER-EX五自由度機(jī)器人

▲實(shí)驗(yàn)室中的MOVEMASTER-EX機(jī)器人實(shí)物照片▼MOVEMASTER-EX五自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖12/29/202420智能與控制工程研究所美國(guó)UNIMATE公司產(chǎn)PUMA/560型六自由度機(jī)器人▲PUMA/560機(jī)器人（照片）▼PUMA/560六自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)

12/29/202421智能與控制工程研究所1.4.2機(jī)器人的工作原理（ThePrincipleofRobot）

機(jī)器人的工作原理是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，機(jī)器人的原理就是模仿人的各種肢體動(dòng)作、思維方式和控制決策能力。從控制的角度，機(jī)器人可以通過(guò)如下四種方式來(lái)達(dá)到這一目標(biāo)?！笆窘淘佻F(xiàn)”方式：它通過(guò)“示教盒”或人“手把手”兩種方式教機(jī)械手如何動(dòng)作，控制器將示教過(guò)程記憶下來(lái)，然后機(jī)器人就按照記憶周而復(fù)始地重復(fù)示教動(dòng)作，如噴涂機(jī)器人。12/29/202422智能與控制工程研究所“可編程控制”方式：工作人員事先根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)和運(yùn)動(dòng)軌跡編制控制程序，然后將控制程序輸入給機(jī)器人的控制器，起動(dòng)控制程序，機(jī)器人就按照程序所規(guī)定的動(dòng)作一步一步地去完成，如果任務(wù)變更，只要修改或重新編寫控制程序，非常靈活方便。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都是按照前兩種方式工作的?！斑b控”方式：由人用有線或無(wú)線遙控器控制機(jī)器人在人難以到達(dá)或危險(xiǎn)的場(chǎng)所完成某項(xiàng)任務(wù)。如防暴排險(xiǎn)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、在有核輻射和化學(xué)污染環(huán)境工作的機(jī)器人等?！白灾骺刂啤狈绞剑菏菣C(jī)器人控制中最高級(jí)、最復(fù)雜的控制方式，它要求機(jī)器人在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中具有識(shí)別環(huán)境和自主決策能力，也就是要具有人的某些智能行為。12/29/202423智能與控制工程研究所1.4.3控制(Control)示教－再現(xiàn)即分為示教－存儲(chǔ)－再現(xiàn)-操作四步進(jìn)行。示教：方式有兩種：(1)直接示教－手把手；(2)間接示教－示教盒控制。存儲(chǔ)：保存示教信息。再現(xiàn)：根據(jù)需要，讀出存儲(chǔ)的示教信息向機(jī)器人發(fā)出重復(fù)動(dòng)作的命令。12/29/202424智能與控制工程研究所控制信息順序信息：各種動(dòng)作單元（包括機(jī)械手和外圍設(shè)備）按動(dòng)作先后順序的設(shè)定、檢測(cè)等。位置信息：作業(yè)之間各點(diǎn)的坐標(biāo)值，包括手爪在該點(diǎn)上的姿態(tài)，通常總稱為位姿（POSE）。時(shí)間信息：各順序動(dòng)作所需時(shí)間，即機(jī)器人完成各個(gè)動(dòng)作的速度。位置控制點(diǎn)位控制－PTP（PointtoPoint）：只考慮起始點(diǎn)和目的點(diǎn)的位置，而不考慮兩點(diǎn)之間的移動(dòng)路徑的控制方式，適用于上下料、點(diǎn)焊、搬運(yùn)等；連續(xù)路徑控制－CP（ContinuousPath）：不但要求機(jī)器人以一定的精度到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，而且對(duì)其移動(dòng)的軌跡形式有一定精度范圍的要求。12/29/202425智能與控制工程研究所1.5

操縱機(jī)器人

(OperatingRobots)

操縱機(jī)器人實(shí)際上是一種人機(jī)系統(tǒng)，由人"操縱"代替"示教"。因此，人與機(jī)器人之間相互傳遞信息的問(wèn)題就成為操縱機(jī)器人研究的重點(diǎn)。操縱機(jī)器人可分為兩種類型：能力擴(kuò)大式機(jī)器人：負(fù)重能力，動(dòng)作范圍放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，如空間機(jī)器人放置和回收衛(wèi)星；遙控機(jī)器人：適用于特殊作業(yè)環(huán)境，如放射性物質(zhì)，真空，有毒氣體等隔離工作環(huán)境。又如高空、建筑、宇宙、海洋開(kāi)發(fā)、火山探測(cè)、軍事戰(zhàn)場(chǎng)等人不能到達(dá)的環(huán)境。12/29/202426智能與控制工程研究所主從式機(jī)器人與人協(xié)同動(dòng)作12/29/202427智能與控制工程研究所1.6智能機(jī)器人

(IntelligentRobots)第三代智能機(jī)器人應(yīng)具備以下四種機(jī)能：運(yùn)動(dòng)機(jī)能：施加于外部環(huán)境，相當(dāng)于人的手、腳等動(dòng)作機(jī)能；感知機(jī)能：獲取外部環(huán)境信息的能力，如視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、距離感、接近覺(jué)等；思維能力：認(rèn)識(shí)、推理、判斷能力；人－機(jī)對(duì)話機(jī)能：理解指示命令，輸出內(nèi)部狀態(tài)，與人進(jìn)行信息交換的能力。

智能機(jī)器人既不同于工業(yè)機(jī)器人的“示教－再現(xiàn)”，也不同于操縱機(jī)器人的“操縱”，而是一種“認(rèn)知－適應(yīng)"的工作方式。12/29/202428智能與控制工程研究所1.7機(jī)器人的應(yīng)用

（TheApplicationsofRobots）

機(jī)器人的應(yīng)用十分廣泛，在許多領(lǐng)域機(jī)器人都得到了成功的應(yīng)用或有著美好的應(yīng)用前景。工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是應(yīng)用最為成功和廣泛的機(jī)器人，它的應(yīng)用涉及到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，如焊接、裝配、噴漆等。海洋探測(cè)機(jī)器人可用于海底礦物資源和水文氣象探測(cè)、海底地勢(shì)勘查、打撈、救生、排險(xiǎn)等?？臻g機(jī)器人在航天飛機(jī)上用來(lái)回收和維修人造衛(wèi)星，在空間站、月球表面和火星上進(jìn)行工作。軍用機(jī)器人

有掃雷排雷機(jī)器人、偵察機(jī)器人、防核防化機(jī)器人等。12/29/202429智能與控制工程研究所特種機(jī)器人

替代人在繁重、危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下作業(yè)必不可少的工具，如消防（滅火）機(jī)器人、防暴機(jī)器人、盾構(gòu)機(jī)器人等。微型機(jī)器人進(jìn)入煤氣、輸油管道等狹窄場(chǎng)所進(jìn)行工作，甚至進(jìn)入人體的血管、腸胃。微操作機(jī)器人是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，在國(guó)防、空間技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、智能制造和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）中有廣泛的應(yīng)用前景。娛樂(lè)機(jī)器人充當(dāng)導(dǎo)游、做表演、甚至與人進(jìn)行簡(jiǎn)單交流，如導(dǎo)游機(jī)器人、足球機(jī)器人、機(jī)器狗、機(jī)器貓、機(jī)器魚等。服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)開(kāi)始或在不久的將來(lái)進(jìn)入人類家庭生活，如保健機(jī)器人，導(dǎo)盲機(jī)器人、垃圾清掃和擦玻璃機(jī)器人等。12/29/202430智能與控制工程研究所

工業(yè)機(jī)器人汽車裝配機(jī)器人

12/29/202431智能與控制工程研究所汽車裝配機(jī)器人12/29/202432智能與控制工程研究所一汽紅旗轎車機(jī)器人焊接線12/29/202433智能與控制工程研究所弧焊機(jī)器人12/29/202434智能與控制工程研究所點(diǎn)焊機(jī)器人鉚接機(jī)器人

12/29/202435智能與控制工程研究所海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”纜控式無(wú)人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右）

12/29/202436智能與控制工程研究所CR-01型6000米水下無(wú)纜機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽(yáng)自動(dòng)化所機(jī)器人中心研制的CR-01型6000米水下無(wú)纜機(jī)器人（上）和正在下水的情況（右）12/29/202437智能與控制工程研究所空間機(jī)器人美國(guó)航空航天局（NASA）研究的月球車在月球表面時(shí)的情形12/29/202438智能與控制工程研究所美國(guó)航空航天局（NASA）研究的“索杰納”火星車12/29/202439智能與控制工程研究所1997年7月4日17時(shí)07分，美國(guó)航空航天局（NASA）發(fā)射的火星探路者號(hào)宇宙飛船成功地在火星（Mars）表面著陸，“索杰納”火星車在火星上成功地工作了250天。2003年6月先后升空的美國(guó)“勇氣”（Spirit）號(hào)和“機(jī)遇”（Opportunity）號(hào)火星車經(jīng)過(guò)1.2億公里和半年多的長(zhǎng)途飛行，分別于2004年1月3日和24日先后登陸火星，向地球傳來(lái)大量清晰的火星圖片。12/29/202440智能與控制工程研究所日本研究的火星探測(cè)機(jī)器人12/29/202441智能與控制工程研究所軍用機(jī)器人英國(guó)研制的履帶式“手推車”（上圖）、“土撥鼠”（右圖右）和“野?！保ㄓ覉D左）排爆機(jī)器人在波黑及科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中用來(lái)探測(cè)及處理爆炸物機(jī)器警察12/29/202442智能與控制工程研究所德國(guó)的排爆機(jī)器人我國(guó)沈陽(yáng)自動(dòng)化所研制的排爆機(jī)器人12/29/202443智能與控制工程研究所工兵機(jī)器人美國(guó)將M60坦克的炮塔去掉后改裝的豹式掃雷車12/29/202444智能與控制工程研究所德國(guó)研制的Minebreaker2000機(jī)器人掃雷車

12/29/202445智能與控制工程研究所保安機(jī)器人美國(guó)研制的MDARS-E型室外保安機(jī)器人MPR-800多用途機(jī)器人，可用于掃雷、滅火、核生化污染清除等多項(xiàng)危險(xiǎn)工作12/29/202446智能與控制工程研究所偵察機(jī)器人美國(guó)研制的“徘徊者”偵察機(jī)器人由M113裝甲運(yùn)輸車改裝而成

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在研制的只有2.54厘米大小昆蟲機(jī)器人12/29/202447智能與控制工程研究所水下掃雷機(jī)器人12/29/202448智能與控制工程研究所瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人

12/29/202449智能與控制工程研究所美國(guó)羅克威爾公司及IS機(jī)器人公司研制的一種名叫

“水下自主行走裝置”（ALUV）的水下掃雷機(jī)器蟹

12/29/202450智能與控制工程研究所無(wú)人機(jī)

“暗星”無(wú)人機(jī)“別動(dòng)隊(duì)”無(wú)人機(jī)法國(guó)“紅隼”無(wú)人機(jī)高空無(wú)人偵察機(jī)12/29/202451智能與控制工程研究所鬼怪式無(wú)人機(jī)發(fā)射Brevel無(wú)人機(jī)只有15厘米的微型無(wú)人機(jī)12/29/202452智能與控制工程研究所特種機(jī)器人復(fù)合式直徑6.14米盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)隧道鑿巖機(jī)器人12/29/202453智能與控制工程研究所自動(dòng)無(wú)軌堆垛機(jī)

機(jī)器人化裝載機(jī)自動(dòng)攤鋪機(jī)

12/29/202454智能與控制工程研究所

移動(dòng)機(jī)器人

法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心和系統(tǒng)分析與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室共同研制的HILARE2型移動(dòng)機(jī)械手12/29/202455智能與控制工程研究所法國(guó)蒙特皮里亞（Montpellier）微電子與

機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研制的LIRMM移動(dòng)機(jī)器人

12/29/202456智能與控制工程研究所微型機(jī)器人工業(yè)管道機(jī)器人移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)SMA六足微型機(jī)器人外觀如同一只小甲蟲，外形尺寸為25×30×30mm3，重20克，步行速度18mm/分，有12個(gè)自由度，SMA（形狀記憶合金）作為驅(qū)動(dòng)源。微小型機(jī)器人將來(lái)可能在細(xì)小管道檢測(cè)及醫(yī)療方面發(fā)揮作用。12/29/202457智能與控制工程研究所微型飛行器：被認(rèn)為是未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上的重要偵察和攻擊武器，能以可接受的成本執(zhí)行某一有價(jià)值的任務(wù)。這種飛行器必須能夠傳輸實(shí)時(shí)圖像或執(zhí)行其它功能，有足夠小的尺寸（小于20厘米）、足夠的巡航范圍（如不小于5公里）和飛行時(shí)間（不小于15分鐘）。

微型戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)：可用于戰(zhàn)爭(zhēng)危險(xiǎn)估計(jì)、目標(biāo)搜索、通信中繼，監(jiān)測(cè)化學(xué)、核或生物武器，偵察建筑物內(nèi)部情況?？蛇m用于城市、叢林等多種戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境。因?yàn)槠浔阌跀y帶，操作簡(jiǎn)單，安全性好的優(yōu)點(diǎn)，可以在部隊(duì)中大量裝備。12/29/202458智能與控制工程研究所微操作機(jī)器人系統(tǒng)華中科技大學(xué)控制系智能與控制工程研究所研制的HUST-MR801型雙手協(xié)調(diào)微操作機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)12/29/202459智能與控制工程研究所娛樂(lè)機(jī)器人機(jī)器人足球賽12/29/202460智能與控制工程研究所機(jī)器人相撲大賽

相撲機(jī)器人12/29/202461智能與控制工程研究所機(jī)器狗與機(jī)器昆蟲

12/29/202462智能與控制工程研究所小提琴機(jī)器人和吹笛機(jī)器人

吹笛機(jī)器人小提琴機(jī)器人12/29/202463智能與控制工程研究所機(jī)器人樂(lè)隊(duì)12/29/202464智能與控制工程研究所舞蹈機(jī)器人和機(jī)器龜機(jī)器人舞蹈機(jī)器龜走迷宮12/29/202465智能與控制工程研究所服務(wù)機(jī)器人腦外科機(jī)器人輔助系統(tǒng)護(hù)士助手機(jī)器人12/29/202466智能與控制工程研究所遙控操作手術(shù)（格林系統(tǒng)）12/29/202467智能與控制工程研究所導(dǎo)盲機(jī)器人和智能輪椅智能輪椅導(dǎo)盲機(jī)器人12/29/202468智能與控制工程研究所爬纜索機(jī)器人和清洗巨人爬纜索機(jī)器人:在高空纜索上自動(dòng)完成檢查、打磨、清洗、去靜電、底涂和面涂及一系列的維護(hù)工作。清洗巨人：利用兩套計(jì)算機(jī)和一個(gè)機(jī)器人控制器來(lái)控制飛機(jī)的清洗

，不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大提高了工作效率。例如，人工清洗一架波音747飛機(jī)需要95個(gè)工時(shí)，而機(jī)器人清洗僅需12個(gè)工時(shí)。12/29/202469智能與控制工程研究所高樓擦窗和壁面清洗機(jī)器人

12/29/202470智能與控制工程研究所消防機(jī)器人和救援機(jī)器人12/29/202471智能與控制工程研究所雕刻機(jī)器人和汽車加油機(jī)器人加油機(jī)器人：汽車駛?cè)爰佑蛵u，前輪觸發(fā)一個(gè)概略定位器，給出汽車的概略位置。機(jī)器人臂抓起相應(yīng)的油槍，機(jī)器人臂伸出，機(jī)器人臂上裝有一臺(tái)微型攝像機(jī)，它找到油箱蓋，利用一個(gè)吸氣裝置將其打開(kāi)，然后機(jī)器人手爪擰開(kāi)加油口密封蓋，插入加油軟管。加完油后，機(jī)器人蓋上密封蓋及油箱蓋。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)已為用戶結(jié)完帳。整個(gè)過(guò)程只需兩、三分鐘。雕刻機(jī)器人：電腦雕刻系統(tǒng)集掃描、編輯、排版、雕刻諸功能于一體，是CAD/CAM一體化的典型產(chǎn)品，能方便快捷地在各種材質(zhì)上雕刻出逼真、精致、耐久的二維圖形及三維立體浮雕。12/29/202472智能與控制工程研究所導(dǎo)游機(jī)器人和禮儀機(jī)器人12/29/202473智能與控制工程研究所農(nóng)業(yè)和林業(yè)機(jī)器人

摘西紅柿機(jī)器人溫室中的嫁接機(jī)器人12/29/202474智能與控制工程研究所林木球果采集機(jī)器人

伐根機(jī)器人12/29/202475智能與控制工程研究所

仿人形機(jī)器人本田公司機(jī)器人P2

本田公司機(jī)器人P3日本本田公司投入巨資，經(jīng)過(guò)10多年的開(kāi)發(fā)，于1997年研制出了在世界上居領(lǐng)先地位的雙足步行機(jī)器人P3

，按研制時(shí)間先后，把雙足步行機(jī)器人分別命名為P1、P2、P3等。P3的高度為160cm，體重130公斤。被稱為二哥的機(jī)器人P2身高1.80米，體重120公斤，看起來(lái)笨頭笨腦，但行動(dòng)起來(lái)卻很靈活，它們不僅能在平坦的地面上行走，還能夠完成上臺(tái)階和用扳手?jǐn)Q螺釘?shù)雀唠y動(dòng)作。12/29/202476智能與控制工程研究所我國(guó)研究的仿人型機(jī)器人

哈爾濱工業(yè)大學(xué)雙足步行機(jī)器人在爬樓梯國(guó)防科技大學(xué)研制“先行者”仿人型機(jī)器人12/29/202477智能與控制工程研究所北京航空航天大學(xué)研究的多指靈巧手12/29/202478智能與控制工程研究所1.8未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展方向

(TheFutureofRobots)目前的應(yīng)用情況機(jī)器人的誕生是人類高新技術(shù)革命的結(jié)晶，經(jīng)過(guò)短短四十多年的發(fā)展已取得了巨大成功，但是對(duì)于人類的理想來(lái)說(shuō)這還僅僅是開(kāi)始。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，1996年，全世界有機(jī)器人68萬(wàn)臺(tái)，從1996年以來(lái)，世界機(jī)器人銷售量的年增長(zhǎng)率為13%，到2000年，全世界的機(jī)器人數(shù)量已達(dá)到130萬(wàn)臺(tái)（1999年底銷售機(jī)器人總臺(tái)數(shù)已達(dá)到110萬(wàn)臺(tái)）。12/29/202479智能與控制工程研究所應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大機(jī)器人在制造業(yè)中的發(fā)展是成功的，正逐步涉足非制造業(yè)。隨著人類改造大自然要求的提高，以及機(jī)器人適應(yīng)特殊環(huán)境能力的增強(qiáng)，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、軍事、海洋勘探、太空探索、生物醫(yī)學(xué)工程等行業(yè)將是機(jī)器人嶄露頭角的新領(lǐng)域。深入日常生活在人們的日常生活中，各種服務(wù)機(jī)器人也將向我們走來(lái)，娛樂(lè)機(jī)器人將給我們的生活增添無(wú)限樂(lè)趣。清潔機(jī)器人將減輕我們繁重的家務(wù)。保健機(jī)器人可為老人和殘疾人提供保健幫助，是人們強(qiáng)烈需求的對(duì)象。未來(lái)的機(jī)器人未來(lái)的機(jī)器人將像人一樣，能聽(tīng)、能看、能說(shuō)、能識(shí)別環(huán)境，具有記憶、推理和決策能力，在某些方面甚至有超過(guò)人的能力，如計(jì)算、速度、記憶、力量和適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力等。人類對(duì)機(jī)器人將逐漸實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言、表情甚至意念等方式進(jìn)行控制，機(jī)器人終將成為人類的忠實(shí)助手和親密朋友。12/29/202480智能與控制工程研究所1.9

我國(guó)機(jī)器人研究的簡(jiǎn)況

(DevelopingofRobotsinChina)我國(guó)機(jī)器人研究始于70年代，并被列入“七五”期間實(shí)施的國(guó)家“863”高科技發(fā)展計(jì)劃（512主題）?！?63”計(jì)劃的實(shí)施大大推動(dòng)了我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，在短短30多年里，中國(guó)的機(jī)器人技術(shù)在世界上已占有一席之地，在制造業(yè)中陸續(xù)出現(xiàn)一些噴涂、焊接、搬運(yùn)、裝配機(jī)器人，但受市場(chǎng)和資金等因素的影響，截止到1998年我國(guó)機(jī)器人裝機(jī)數(shù)量?jī)H1200臺(tái)，其中絕大部分是進(jìn)口的，這與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在很大差距。12/29/202481智能與控制工程研究所在特種機(jī)器人方面，自第一臺(tái)水下機(jī)器人在沈陽(yáng)自動(dòng)化所研制成功后，瑞康（RECON