機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述課件

機(jī)

器

人

技

術(shù)

及其應(yīng)用

于秀麗北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院2010機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj1.1

機(jī)器人的定義機(jī)器人概述機(jī)器人一詞的出現(xiàn)：1920年、捷克作家、

KarelCapek、《Rossum’sUniversalRobots》，“Robota”（奴隸）寫(xiě)成了“Robot”。小說(shuō)在1924年和1927年的時(shí)候被紛紛傳到了日本、法國(guó)和歐洲國(guó)家，機(jī)器人這個(gè)名詞就向全世界鋪展開(kāi)來(lái)。故事情節(jié)：帶感情的機(jī)器人消滅了人類，一對(duì)男女機(jī)器人相愛(ài)，世界又起死回生。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj上世紀(jì)60年代，可實(shí)用機(jī)械的機(jī)器人被稱為工業(yè)機(jī)器人上世紀(jì)80年代到現(xiàn)在，正越來(lái)越向智能化方向發(fā)展

因此，至今為止也沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的機(jī)器人的定義。機(jī)器人學(xué)是一門(mén)不斷發(fā)展的科學(xué)，對(duì)機(jī)器人的定義也隨其發(fā)展而變化。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj（2）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(endeffector)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”。（1）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(manipulator)”。國(guó)際上，關(guān)于機(jī)器人的定義主要有以下幾種：機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj（3）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”。（4）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，能夠借助于可編程序操作來(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)”。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj（5）我國(guó)對(duì)機(jī)器人的定義。蔣新松院士曾建議把機(jī)器人定義為“一種擬人功能的機(jī)械電子裝置”(amechantronicdevicetoimitatesomehumanfunctions)。參考各國(guó)的定義，對(duì)機(jī)器人給出以下定義：機(jī)器人是一種計(jì)算機(jī)控制的可以編程的自動(dòng)機(jī)械電子裝置，能感知環(huán)境，識(shí)別對(duì)象，理解指示命令，有記憶和學(xué)習(xí)功能，具有情感和邏輯判斷思維，能自身進(jìn)化，能計(jì)劃其操作程序來(lái)完成任務(wù)。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj1950年，美國(guó)科幻小說(shuō)家埃薩克·阿西莫夫在《我是個(gè)機(jī)器人》中,首次使用“Robotics”，即“機(jī)器人學(xué)”，并提出了“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。機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開(kāi)發(fā)的準(zhǔn)則，阿西莫夫因此被稱為“機(jī)器人學(xué)之父”。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj1.2機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用一、古代機(jī)器人

春秋后期，魯班曾制造過(guò)一只木鳥(niǎo)，能在空中飛行“三日不下”。機(jī)器馬車

西周時(shí)期，出現(xiàn)了能歌善舞的伶人，這是我國(guó)最早記載的機(jī)器人。

公元前2世紀(jì)，亞歷山大時(shí)代的古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人──自動(dòng)機(jī)。可以自己開(kāi)門(mén)，還可以借助蒸汽唱歌。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj

漢代大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動(dòng)儀，而且發(fā)明了計(jì)里鼓車。每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。

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”。用其運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭(zhēng)。寫(xiě)字機(jī)器人

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。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj19世紀(jì)中葉出現(xiàn)了科學(xué)幻想派和機(jī)械制作派。1886年《未來(lái)的夏娃》問(wèn)世。在機(jī)械實(shí)物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動(dòng)雙腿沿圓周走動(dòng)。

1773年，自動(dòng)書(shū)寫(xiě)玩偶、自動(dòng)演奏玩偶等被連續(xù)推出?，F(xiàn)在保留下來(lái)的瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，還定期彈奏音樂(lè)供參觀者欣賞。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”?？梢曰卮鹨恍﹩?wèn)題。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj二、現(xiàn)代機(jī)器人

1952年，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的誕生，為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。主從機(jī)器人

1948年，美國(guó)原子能委員會(huì)的阿爾貢研究所開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj1962年美國(guó)AMF公司推出的“VERSATRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”是機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）。

VERSATRANUNIMATE機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj1965年，MIT的Roborts演示了第一個(gè)具有視覺(jué)傳感器的、能識(shí)別與定位簡(jiǎn)單積木的機(jī)器人系統(tǒng)1970年在美國(guó)召開(kāi)了第一屆國(guó)際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺(tái)由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人1980年后，日本贏得了“機(jī)器人王國(guó)”的美稱機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj

各種用途的機(jī)器人：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)器人等新的機(jī)器人名稱：“軟件機(jī)器人”、“網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人”、機(jī)器人化機(jī)器德國(guó)排爆機(jī)器人相撲機(jī)器人無(wú)人駕駛振動(dòng)式壓路機(jī)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj機(jī)器魚(yú)“自由泳”“過(guò)龍門(mén)”在水中“戲球”自主地避開(kāi)障礙物機(jī)器魚(yú)我國(guó)研制的排爆機(jī)器人機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj

70年代的萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期和90年代的適用化期。

1972年開(kāi)始研制自己的工業(yè)機(jī)器人“七五”期間，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開(kāi)發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人1986年國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）開(kāi)始實(shí)施上世紀(jì)90年代初期起，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展：機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj

日本和美國(guó)在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行機(jī)器人的研究，與他們相比較，我國(guó)還存在較大的差距，因此需要更多的人加入到發(fā)展機(jī)器人的事業(yè)中來(lái)。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj3.按機(jī)器人的智能程度分（1）一般機(jī)器人：只具有一般編程能力和操作功能（2）智能機(jī)器人：具有不同程度的智能傳感型機(jī)器人

交互型機(jī)器人

自主型機(jī)器人機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj空間機(jī)器人當(dāng)代遙控機(jī)器人，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的索杰納Sojanor機(jī)器人，就是成功應(yīng)用的著名實(shí)例?？臻g機(jī)器人，主要有星球探測(cè)機(jī)器人，如火星探路者機(jī)器人，，機(jī)器人式衛(wèi)星,修理人造衛(wèi)星的太空機(jī)器人，在失重環(huán)境下工作。.探險(xiǎn)機(jī)器人，有核事故處理機(jī)器人，進(jìn)入胡夫金字塔的“金字塔行走者”機(jī)器人機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj樂(lè)隊(duì)指揮機(jī)器人娛樂(lè)機(jī)器人，如中國(guó)科技館的機(jī)器人樂(lè)隊(duì)，指揮機(jī)器人通體透明，可見(jiàn)到其中的裝置機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)狀況。日本智能機(jī)器寵物狗，具有豐富的表情與情感。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj靈蜥-B水下機(jī)器人，水下防險(xiǎn)救生與資源考察，如雙鷹遙控潛水機(jī)器人潛水500米；中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)研究所的CR-01深海探測(cè)機(jī)器人，在六千米深水作業(yè)；“探索者”水下機(jī)器人，采用GPS導(dǎo)航，工作深度一千米。軍用無(wú)人偵察機(jī)器人。我國(guó)公安部自行研制的“靈蜥-B”型反恐排爆機(jī)器人，價(jià)值70萬(wàn)元人民幣，在南京市公安局特勤支隊(duì)服役。它為三段履帶式設(shè)計(jì)，裝置行走、機(jī)械手、云臺(tái)三個(gè)攝像頭，最大行走速度30米/秒，能抓取15公斤重物，爬行40度斜坡和樓梯，越過(guò)40厘米高障礙和50厘米寬壕溝，自帶電源連續(xù)工作4小時(shí)，排爆人員可在遠(yuǎn)距離對(duì)機(jī)器人進(jìn)行精確操控。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj仿生機(jī)器仿人機(jī)器人，2000年日本本田公司的仿人機(jī)器人P系列及索尼公司的仿人機(jī)器人SDR-3X，還有會(huì)跑的QRIO機(jī)器人，行走，跳躍,踢足球，舞蹈。我國(guó)“先行者”仿人機(jī)器人，由國(guó)防科技大學(xué)于2000年研制,能模擬人的基本動(dòng)作，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研制仿生機(jī)器魚(yú)。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj醫(yī)療機(jī)器人/智能車輛醫(yī)療機(jī)器人，德國(guó)工程師萊納爾?格茨恩發(fā)明的微型醫(yī)療機(jī)器人，可直接由針頭注射進(jìn)入人體微循環(huán)系統(tǒng)，它依靠微型磁鐵驅(qū)動(dòng)器前進(jìn)，由醫(yī)生通過(guò)遙控器指揮，對(duì)微小空間和微細(xì)管道進(jìn)行檢測(cè)。還有美軍RP-7系列醫(yī)療機(jī)器人等。智能車輛，具有典型代表的是意大利MOB-LAB，美俄亥俄州立大學(xué)的智能車輛等。服務(wù)機(jī)器人，有導(dǎo)盲機(jī)器人，清潔機(jī)器人等等。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj機(jī)器博弈IBM公司研制的DeepBlueII與國(guó)際象棋大師卡斯帕羅夫?qū)?憑每秒搜索2億步棋的記憶能力在6局中以3.5:2.5獲勝?？ㄋ古亮_夫與深藍(lán)對(duì)弈圖機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述ljGPS全球定位系統(tǒng)GlobalPositioningSystem

覆蓋全球的衛(wèi)星系統(tǒng)。太空24顆衛(wèi)星形成一分布網(wǎng)絡(luò)，分布在6條離地面2萬(wàn)公里、傾斜55°的地球準(zhǔn)同步軌道上，每條軌道上有4顆衛(wèi)星。任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，保證衛(wèi)星采集到該觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，幫助用戶準(zhǔn)確定位當(dāng)前位置，根據(jù)預(yù)定目標(biāo)計(jì)算行程。通過(guò)地圖顯示和語(yǔ)音提示兩種方式，引導(dǎo)用戶到達(dá)目的地。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj南極科考機(jī)器人

中國(guó)南極三大科考站之昆侖站及南極科考機(jī)器人

機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj智能技術(shù)應(yīng)用智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用。極限作業(yè)機(jī)器人，主要應(yīng)用在人們難以進(jìn)入的場(chǎng)所和環(huán)境，例如在核電站、海底、宇宙空間等進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人，也包括建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)器人等。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj國(guó)際機(jī)器人足球賽國(guó)際上主要有國(guó)際機(jī)器人足球錦標(biāo)賽RoboCup和國(guó)際機(jī)器人足球聯(lián)盟(FederationofInternationalRobot-soccerAssociation)FIRACup競(jìng)賽兩大類。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj理由之三：機(jī)器人做人做不了的事情。比如人們對(duì)太空的認(rèn)識(shí)，對(duì)原子分子進(jìn)行搬遷的機(jī)器人為什么要發(fā)展機(jī)器人?理由之二：機(jī)器人做人不愿意做或做不好的事。比如有毒的、高溫的或危險(xiǎn)的環(huán)境，汽車生產(chǎn)線上的焊接工作機(jī)器人汽車焊接生產(chǎn)線理由之一：提高生產(chǎn)效率降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度。比如焊機(jī)器人提高生產(chǎn)效率，提高汽車焊接的質(zhì)量，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度

汽車裝配機(jī)器人機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj小結(jié):機(jī)器人的外型不一定像人機(jī)器人技術(shù)是集機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、控制論、人工智能、系統(tǒng)工程等多種學(xué)科于一體的綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj簡(jiǎn)易機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用簡(jiǎn)易機(jī)器人結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。一般分為控制與機(jī)械兩大部分。機(jī)械包括機(jī)體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等；控制包括單片機(jī)（或嵌入式）系統(tǒng)及其軟件、傳感器及其電路、控制驅(qū)動(dòng)電路等。機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj簡(jiǎn)易機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)框圖機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用概述lj對(duì)“簡(jiǎn)易”的理解與在現(xiàn)實(shí)生活各個(gè)領(lǐng)域服役的機(jī)器人比較，“簡(jiǎn)易機(jī)器人”有如下不同：比較項(xiàng)目簡(jiǎn)易機(jī)器人在役機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合教具、玩具各類產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域體系結(jié)構(gòu)單片機(jī)最小系統(tǒng)分層遞階系統(tǒng)、