機(jī)器人發(fā)展史描述.ppt

探索機(jī)器人世界 2013 11 在科技界 科學(xué)家會(huì)給每一個(gè)科技術(shù)語一個(gè)明確的定義 但機(jī)器人問世已有幾十年 機(jī)器人的定義仍然仁者見仁 智者見智 沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見 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) 什么是機(jī)器人 下面介紹幾種主流的定義 作家的描述 1886年法國(guó)作家利爾亞當(dāng)在他的小說 未來的夏娃 中將外表像人的機(jī)器定義為機(jī)器人 它由4部分組成 1 生命系統(tǒng) 平衡 步行 發(fā)聲 身體擺動(dòng) 感覺 表情 調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)等 2 造型解質(zhì) 實(shí)際上相當(dāng)于機(jī)器人的骨骼和關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)能自由運(yùn)動(dòng)的金屬覆蓋體 一種盔甲 3 人造肌肉 在上述盔甲上有肉體 靜脈 性別等身體的各種形態(tài) 4 人造皮膚 含有膚色 機(jī)理 輪廓 頭發(fā) 視覺 牙齒 手爪等 日本科學(xué)家定義在1967年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上 加藤一郎提出的具有如下三個(gè)條件的機(jī)器稱為機(jī)器人 1 具有腦 手 腳等三要素的個(gè)體2 具有非接觸傳感器 用眼 耳接受遠(yuǎn)方信息 和接觸傳感器3 具有平衡覺和固定覺傳感器 1987年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的定義機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生物的某些器官 肢體 感受等 的功能 機(jī)器人具有通用性 可從事多種工作 可靈活改變動(dòng)作程序 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 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) 中國(guó)科學(xué)家定義機(jī)器人是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器 這種機(jī)器除能動(dòng)作外 還具備了一些與人或生物相似的智能 如感知 規(guī)劃 動(dòng)作和協(xié)同能力 機(jī)器人的發(fā)展階段 第一代機(jī)器人第一代機(jī)器人是 可編程機(jī)器人 這種機(jī)器人一般可以根據(jù)操作人員所編的程序 完成一些簡(jiǎn)單的重復(fù)性操作 這一代機(jī)器人是從60年代后半葉開始投入實(shí)際使用的 目前在工業(yè)界已得到廣泛應(yīng)用 這種機(jī)器人不具有外界信息的反饋能力 不能適應(yīng)環(huán)境的變化 第二代機(jī)器人第二代機(jī)器人是 感知機(jī)器人 又叫做自適應(yīng)機(jī)器人 它在第一代機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 能夠具有不同程度的 感知 周圍環(huán)境的能力 這類利用感知信息以改善機(jī)器人性能的研究開始于70年代初期 到1982年 美國(guó)通用汽車公司為其裝配線上的機(jī)器人裝配了視覺系統(tǒng) 宣告了感知機(jī)器人的誕生 在80年代得到了廣泛應(yīng)用 機(jī)器人工作時(shí) 根據(jù)感覺器官 聽覺 視覺 觸覺傳感器 獲得的信息 靈活調(diào)整自己的工作狀態(tài) 保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作 第三代機(jī)器人第三代機(jī)器人是 智能的機(jī)器人 智能機(jī)器人是靠人工智能技術(shù)決策行動(dòng)的機(jī)器人 它們根據(jù)感覺到的信息 進(jìn)行獨(dú)立思維 識(shí)別 推理 并作出判斷和決策 不用人的參與就可以完成一些復(fù)雜的工作任務(wù) 它能在變化的環(huán)境中 自主決定自身的行為 具有高度的適應(yīng)性和自治能力 這類機(jī)器人具有自主地解決問題的能力 也被稱為自治機(jī)器人 公認(rèn)的機(jī)器人時(shí)代開始于1954年 這一年 世界上有了第一臺(tái)可編程的自動(dòng)機(jī)械臂 1959年 美國(guó)發(fā)明家英格伯格和德沃爾造出了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人 它可以稱為現(xiàn)代機(jī)器人的開端 隨后 成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠 Unimation公司 由于英格伯格對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和宣傳 他也被稱為 工業(yè)機(jī)器人之父 現(xiàn)代機(jī)器人 1962年美國(guó)AMF公司生產(chǎn)出 VERSTRAN 意思是萬能搬運(yùn) 與Unimation公司生產(chǎn)的Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人 并出口到世界各國(guó) 掀起了全世界對(duì)機(jī)器人和機(jī)器人研究的熱潮 現(xiàn)代機(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?cè)囍跈C(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1965年 幫助MIT推出了世界上第一個(gè)帶有視覺傳感器 能識(shí)別并定位積木的機(jī)器人系統(tǒng) 現(xiàn)代機(jī)器人 1965年約翰 霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研制出Beast機(jī)器人 Beast已經(jīng)能通過聲納系統(tǒng) 光電管等裝置 根據(jù)環(huán)境校正自己的位置 20世紀(jì)60年代中期開始 美國(guó)麻省理工學(xué)院 斯坦福大學(xué) 英國(guó)愛丁堡大學(xué)等陸續(xù)成立了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室 美國(guó)興起研究第二代帶傳感器 有感覺 的機(jī)器人 并向人工智能進(jìn)發(fā) 現(xiàn)代機(jī)器人 1968年 美國(guó)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(jì)算機(jī)有一個(gè)房間那么大 Shakey可以算是世界上第一臺(tái)智能機(jī)器人 拉開了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕 研究人工智能技術(shù)以及在復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人系統(tǒng)的自主推理 規(guī)劃和控制 現(xiàn)代機(jī)器人 1969年 日本早稻田大學(xué)加藤一郎實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺(tái)以雙腳走路的機(jī)器人 加藤一郎長(zhǎng)期致力于研究仿人機(jī)器人 被譽(yù)為 仿人機(jī)器人之父 現(xiàn)代機(jī)器人 1973年 世界上第一次機(jī)器人和小型計(jì)算機(jī)攜手合作 就誕生了美國(guó)CincinnatiMilacron公司的機(jī)器人T3 現(xiàn)代機(jī)器人 1978年 美國(guó)Unimation公司推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA 這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟 PUMA 工業(yè)機(jī)器人的始祖 PUMA至今仍然工作在工廠第一線 現(xiàn)代機(jī)器人 1984年英格伯格再推機(jī)器人Helpmate 這種機(jī)器人能在醫(yī)院里為病人送飯 送藥 送郵件 現(xiàn)代機(jī)器人 1986年 美國(guó)研制了第一臺(tái)擬人型雙足步行機(jī)器人SD 2 八個(gè)自由度 能靜態(tài)行走 現(xiàn)代機(jī)器人 1997年 日本本田公司率先研制出第一臺(tái)類人型步行機(jī)器人樣機(jī) 現(xiàn)代機(jī)器人 1998年 丹麥樂高公司推出機(jī)器人 Mind storms 套件 機(jī)器人制造變得跟搭積木一樣 相對(duì)簡(jiǎn)單又能任意拼裝 使機(jī)器人開始走入個(gè)人世界 現(xiàn)代機(jī)器人 2002年 丹麥iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba 它能避開障礙 自動(dòng)設(shè)計(jì)行進(jìn)路線 還能在電量不足時(shí) 自動(dòng)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 現(xiàn)代機(jī)器人 2002年日本本田公司在東京展示了其最新研制的 Asimo 智能機(jī)器人 現(xiàn)代機(jī)器人 2006年6月 微軟公司推出MicrosoftRoboticsStudio 機(jī)器人模塊化 平臺(tái)統(tǒng)一化的趨勢(shì)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 中國(guó)的機(jī)器人之路 中科院沈陽所 海人一號(hào) 1995年 中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所研制的 海人一號(hào) CR 01 6000米無纜水下機(jī)器人潛海成功 它具有觀察功能 裝有攝像機(jī)和照相機(jī) 可對(duì)沉著物和海底進(jìn)行攝像和照相 具有自動(dòng)回避障礙 自動(dòng)圍繞沉著物巡游和自動(dòng)返航等自主能力 利用我國(guó)自制的聲剖儀可獲取30米海底地層圖 中國(guó)的機(jī)器人之路 國(guó)防科大 仿人機(jī)器人 1990年 國(guó)防科技大學(xué)成功研制了我國(guó)第一臺(tái)類人型機(jī)器人 先行者 實(shí)現(xiàn)了我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的突破 中國(guó)的機(jī)器人之路 醫(yī)療機(jī)器人 中國(guó)的機(jī)器人之路 中科院 微型機(jī)器人 中國(guó)的機(jī)器人之路 北理工 仿人機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 工業(yè)機(jī)器人 機(jī)械手 焊接機(jī)器人 搬運(yùn)機(jī)器人 裝配機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 特種機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 勇氣號(hào)火星車 月面巡視探測(cè)器 空間站靈活操作機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 空間機(jī)器人 勇氣號(hào)火星車 月面巡視探測(cè)器 空間站靈活操作機(jī)器人 全球首名太空機(jī)器人即將前往空間站 各種機(jī)器人例舉 水下機(jī)器人 纜控水下機(jī)器人 ROV 無纜水下機(jī)器人 AUV 各種機(jī)器人例舉 軍用機(jī)器人 美國(guó)的全球鷹無人機(jī) 德國(guó)研制的無人機(jī) 長(zhǎng)空一號(hào) 長(zhǎng)虹 1 暗劍 無人機(jī) 各種機(jī)器人例舉 軍用機(jī)器人 作戰(zhàn)機(jī)器人 MAARS機(jī)器人 第一人稱視點(diǎn) 操作機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 軍用機(jī)器人 探雷 排爆機(jī)器人 土撥鼠 和 野牛 ROBHAZ DT2機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 軍用機(jī)器人 美國(guó)軍用 大狗 機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 警用機(jī)器人 德國(guó)的消防機(jī)器人 挪威蛇形消防機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 警用機(jī)器人 靈蜥 防暴機(jī)器人 哈工大 保安機(jī)器人 Reborg Q機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 各種機(jī)器人例舉 醫(yī)用機(jī)器人 日本護(hù)理和救護(hù)機(jī)器人 美國(guó)戰(zhàn)地救護(hù)機(jī)器人 網(wǎng)絡(luò)手術(shù)機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 服務(wù)機(jī)器人 烹飪機(jī)器人 清潔機(jī)器人 各種機(jī)器人例舉 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng) 1 自由度 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng) 2 機(jī)器人的手 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng) 3 機(jī)器人的腳 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng) 4 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng) 4 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 仿人型工業(yè)機(jī)器人 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng) 4 工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 蛇形柔性機(jī)械手臂 其他 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 1 電氣驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)直流電機(jī)交流電機(jī) 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 2 液壓驅(qū)動(dòng)液壓源驅(qū)動(dòng)器伺服閥傳感器 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 3 氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓源驅(qū)動(dòng)器控制閥傳感器 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 4 新型驅(qū)動(dòng)器 智能材料 具有仿生功能 即材料能根據(jù)感受到的信息而自動(dòng)判斷 控制和調(diào)整以適應(yīng)外界條件變化 靜電驅(qū)動(dòng)器壓電驅(qū)動(dòng)器記憶合金驅(qū)動(dòng)器形狀記憶合金 指具有一定初始形狀的合金在低溫下經(jīng)塑性形變并固定成另一種形狀后 通過加熱到某一臨界溫度以上又可恢復(fù)成初始形狀的一類合金 人工肌肉光驅(qū)動(dòng)器 機(jī)器人技術(shù) 人工智能系統(tǒng) 機(jī)器人的大腦有計(jì)算機(jī)硬件和人工智能控制軟件組成 人工智能系統(tǒng)是一個(gè)知識(shí)處理系統(tǒng) 它包含三個(gè)基本問題 知識(shí)表示 知識(shí)利用和知識(shí)獲取 人工智能對(duì)于機(jī)器人來說 是指機(jī)器人的 大腦 具有能執(zhí)行通常與人類智能有關(guān)的功能 如判斷 推理 證明 識(shí)別 理解 設(shè)計(jì) 思考 規(guī)劃 學(xué)習(xí)和問題求解等思維活動(dòng) 人工智能系統(tǒng)的發(fā)展 表現(xiàn)為機(jī)器人越來越聰明和能干 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人感知系統(tǒng) 視覺20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn) 發(fā)展十分迅速 是機(jī)器人中最重要的傳感器之一 機(jī)器視覺從20世紀(jì)60年代開始首先處理積木世界 后來發(fā)展到處理室外的現(xiàn)實(shí)世界 20世紀(jì)70年代以后 實(shí)用性的視覺系統(tǒng)出現(xiàn)了 視覺一般包括三個(gè)過程 圖像獲取 圖像處理和圖像理解 相對(duì)而言 圖像理解技術(shù)還很落后 力覺機(jī)器人力傳感器就安裝部位來講 可以分為關(guān)節(jié)力傳感器 腕力傳感器和指力傳感器 國(guó)際上對(duì)腕力傳感器的研究是從20世紀(jì)70年代開始的 主要研究單位有美國(guó)的DRAPER實(shí)驗(yàn)室 SRI研究所 IBM公司和日本的日立公司 東京大學(xué)等單位 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人感知系統(tǒng) 觸覺作為視覺