機(jī)器人原理及控制技術(shù)：第01章 緒論

1、機(jī)器人原理及控制技術(shù)Principle and Control Techniques of Robot Manipulators,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,2,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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,3,第一章 緒論Chapter Introduction,1.1 機(jī)器人名稱的由來 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

2、.6 智能機(jī)器人 1.7 機(jī)器人的應(yīng)用 1.8 未來機(jī)器人的發(fā)展方向 1.9 我國機(jī)器人研究的簡況,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,4,1.1 機(jī)器人名稱的由來 ( About “Robot”,機(jī)器人的英文名詞是Robot，Robot一詞最早出現(xiàn)在1920年捷克作家卡雷爾卡佩克（Karel Capek）所寫的一個(gè)劇本中，這個(gè)劇本的名字為 Rossums Universal Robots ，中文意思是“羅薩姆的萬能機(jī)器人”。 劇中的人造勞動(dòng)者取名為Robota，捷克語的意思是“苦力”、“奴隸”。英語的Robot一詞就是由此而來的，以后世界各國都用Robot作為機(jī)器人的代名詞,2021年

3、1月7日,智能與控制工程研究所,5,1.2 機(jī)器人的發(fā)展歷史 ( The Developing History of Robots,古代“機(jī)器人”現(xiàn)代機(jī)器人的雛形 人類對(duì)機(jī)器人的幻想與追求已有3000多年的歷史 西周時(shí)期，我國的能工巧匠偃師研制出的歌舞藝人，是我國最早記載的機(jī)器人。 春秋后期，據(jù)墨經(jīng)記載，魯班曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下” 。 公元前2世紀(jì)，古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人太羅斯，它是以水、空氣和蒸汽壓力為動(dòng)力的會(huì)動(dòng)的青銅雕像，它可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。 1800年前的漢代，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，計(jì)里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，

4、每行十里擊鐘一下,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,6,后漢三國時(shí)期，蜀國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。 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，美國西屋公

5、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，裝有無線電發(fā)報(bào)機(jī)，可以回答一些問題，但該機(jī)器人不能走動(dòng),2021年1月7日,智能與控制工程研究所,7,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)和處理過程。 1947年，對(duì)這種較簡單的機(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-Slave Manipulator）。 1949-1953 美國麻省理工學(xué)院開始研制數(shù)控銑床 隨著先進(jìn)飛

6、機(jī)制造的需要，美國麻省理工學(xué)院輻射實(shí)驗(yàn)室（MIT Radiation Laboratory）開始研制數(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 美國人George C. 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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,8,60年代 機(jī)器人產(chǎn)品正式問世，機(jī)器人技術(shù)開始形成 1960年美國“聯(lián)合控制公司”（Consolidated Control）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

7、司，開始定型生產(chǎn)名為Unimate的工業(yè)機(jī)器人。 兩年后，美國“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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,9,80年代 開始進(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)國家真正進(jìn)入了實(shí)

8、用化的普及階段。 隨著傳感技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，開始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段。 機(jī)器人視覺、觸覺、力覺、接近覺等項(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)用研究兩個(gè)方面 主要研究內(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；(6) 機(jī)器人語言； (7) 裝置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；(8) 機(jī)器人智能等,2021年1月7日,智能與控

9、制工程研究所,10,1.3 機(jī)器人的定義和分類 （Definition and Classifying for Robots,1.3.1 機(jī)器人的定義 ( Definition of Robots ) 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)。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)問題。就像機(jī)器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，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,機(jī)器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富，機(jī)器

10、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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,11,國際和國外相關(guān)組織的定義,國際標(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)。 美國國家標(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，通過可編程序動(dòng)作來執(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)（

11、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)并通過自動(dòng)完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,12,有關(guān)學(xué)者的定義,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

12、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器官的能力,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,13,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,2

13、021年1月7日,智能與控制工程研究所,14,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),2021年1月7日,智能與控制工程研究所,15,1.3.2 機(jī)器人的分類 ( Classifying of Robots ) 按照從低級(jí)高級(jí)的發(fā)展程度可分為三類機(jī)器

14、人 第一代機(jī)器人（First Generation Robots）：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（Second Generation Robots）：裝備有一定的傳感裝置，能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對(duì)象的簡單信息，通過計(jì)算機(jī)處理、分析，能作出簡單的推理，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（Third Generation Robots）：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

15、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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,16,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 1000 kg 以上 大型機(jī)器人：100-1000 kg / 10 m2 以上 中型機(jī)器人：10-100 kg / 1 10 m2 小型機(jī)器人：0.1-10 kg / 0.1-1 m2 超小型機(jī)器人：0.1 kg 以下 / 0.1 m2 以下,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,17,按照開發(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（Industrial Robot）：如焊接、噴漆、裝配機(jī)器人。 操縱機(jī)器人（Te

16、leoperator Robot）：如主從手，遙控排險(xiǎn)、水下作業(yè)機(jī)器人。 智能機(jī)器人（Intelligent Robot）：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（Special Robots）：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-movement robots ）：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,2021年1月7日,智能

17、與控制工程研究所,18,1.4 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與控制方式 ( Structure and Control of Robots,1.4.1 機(jī)器人的結(jié)構(gòu) ( The Structure of Robot ) 簡單地說，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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,19,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、聽覺、嗅覺、觸覺、力

18、覺、滑覺和接近覺傳感器等，它們的功能相當(dāng)于人的眼、耳、鼻、皮膚及筋骨。 控制器：是機(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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,20,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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,21,美國UNIMATE公司產(chǎn)PUMA/560型六自由度機(jī)器人,PUMA/560機(jī)器人（照片

19、,PUMA/560六自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu),2021年1月7日,智能與控制工程研究所,22,1.4.2 機(jī)器人的工作原理（The Principle of Robot） 機(jī)器人的工作原理是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。簡單地說，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)器人可以通過如下四種方式來達(dá)到這一目標(biāo)。 “示教再現(xiàn)”方式：它通過“示教盒”或人“手把手”兩種方式教機(jī)械手如何動(dòng)作，控制器將示教過程記憶下來，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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,23,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

20、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。 “遙控”方式：由人用有線或無線遙控器控制機(jī)器人在人難以到達(dá)或危險(xiǎn)的場所完成某項(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。 “自主控制”方式：是機(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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,24,1.4.3 控制 ( Control

21、) 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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,25,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?？偡Q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（Point to Point）：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

22、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（Continuous Path）：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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,26,1.5 操縱機(jī)器人 ( Operating Robots,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

23、筑、宇宙、海洋開發(fā)、火山探測、軍事戰(zhàn)場等人不能到達(dá)的環(huán)境,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,27,主從式機(jī)器人與人協(xié)同動(dòng)作,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,28,1.6 智能機(jī)器人 ( Intelligent Robots,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、觸覺、聽覺、力覺、距離感、接近覺等； 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

24、種“認(rèn)知適應(yīng)的工作方式,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,29,1.7 機(jī)器人的應(yīng)用（The Applications of Robots,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。 海洋探測機(jī)器人 可用于海底礦物資源和水文氣象探測、海底地勢勘查、打撈、救生、排險(xiǎn)等。 空間機(jī)器人 在航天飛機(jī)上用來回收和維修人造衛(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,2021年1月7日,智能與控制

25、工程研究所,30,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。 娛樂機(jī)器人 充當(dāng)導(dǎo)游、做表演、甚至與人進(jìn)行簡單交流，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)開始或在不久的將來進(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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,31,工

26、業(yè)機(jī)器人,汽車裝配機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,32,汽車裝配機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,33,一汽紅旗轎車機(jī)器人焊接線,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,34,弧焊機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,35,點(diǎn)焊機(jī)器人,鉚接機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,36,海洋探測機(jī)器人,1990年日本海洋科技中心 研制的“海溝號(hào)”纜控式無人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,37,CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人,1995年8月我國沈陽自動(dòng)化所機(jī)器人中心研制的CR-01型

27、6000米水下無纜機(jī)器人（上）和正在下水的情況（右,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,38,空間機(jī)器人,美國航空航天局（NASA）研究的月球車在月球表面時(shí)的情形,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,39,美國航空航天局（NASA）研究的 “索杰納”火星車,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,40,1997年7月4日17時(shí)07分，美國航空航天局（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“勇氣”（Spirit）號(hào)和“機(jī)遇”（Opportunity）號(hào)火星車經(jīng)過1.2億公里和半

28、年多的長途飛行，分別于2004年1月3日和24日先后登陸火星，向地球傳來大量清晰的火星圖片,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,41,日本研究的火星探測機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,42,軍用機(jī)器人,英國研制的履帶式“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)爭中用來探測及處理爆炸物,機(jī)器警察,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,43,德國的排爆機(jī)器人,我國沈陽自動(dòng)化所研制的排爆機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,44,工兵機(jī)器人,美國將M60坦克的炮塔去掉后改裝的豹式掃雷車,2021年1月7日,智能與

29、控制工程研究所,45,德國研制的Minebreaker 2000機(jī)器人掃雷車,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,46,保安機(jī)器人,美國研制的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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,47,偵察機(jī)器人,美國研制的“徘徊者”偵察機(jī)器人由M113裝甲運(yùn)輸車改裝而成,美國國防高級(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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,48,水下掃雷機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,49,瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人,2

30、021年1月7日,智能與控制工程研究所,50,美國羅克威爾公司及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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,51,無人機(jī),暗星”無人機(jī),別動(dòng)隊(duì)”無人機(jī),法國“紅隼”無人機(jī),高空無人偵察機(jī),2021年1月7日,智能與控制工程研究所,52,鬼怪式無人機(jī),發(fā)射Brevel無人機(jī),只有15厘米的微型無人機(jī),2021年1月7日,智能與控制工程研究所,53,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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,54,自動(dòng)無軌堆垛機(jī),機(jī)器人化裝載機(jī),自動(dòng)攤鋪機(jī),2021年1月7日,智能

31、與控制工程研究所,55,移動(dòng)機(jī)器人,法國國家科學(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HILARE 2型移動(dòng)機(jī)械手,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,56,法國蒙特皮里亞（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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,57,微型機(jī)器人,工業(yè)管道機(jī)器人移動(dòng)探測系統(tǒng),SMA六足微型機(jī)器人 外觀如同一只小甲蟲，外形尺寸為253030mm3，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)器人將來可能在細(xì)小管道檢測及醫(yī)療方面發(fā)揮作用,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,58,

32、微型飛行器：被認(rèn)為是未來戰(zhàn)場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)無人機(jī)：可用于戰(zhàn)爭危險(xiǎn)估計(jì)、目標(biāo)搜索、通信中繼，監(jiān)測化學(xué)、核或生物武器，偵察建筑物內(nèi)部情況。可適用于城市、叢林等多種戰(zhàn)爭環(huán)境。因?yàn)槠浔阌跀y帶，操作簡單，安全性好的優(yōu)點(diǎn)，可以在部隊(duì)中大量裝備,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,59,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),2021年1

33、月7日,智能與控制工程研究所,60,娛樂機(jī)器人,機(jī)器人足球賽,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,61,機(jī)器人相撲大賽,相撲機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,62,機(jī)器狗與機(jī)器昆蟲,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,63,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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,64,機(jī)器人樂隊(duì),2021年1月7日,智能與控制工程研究所,65,舞蹈機(jī)器人和機(jī)器龜,機(jī)器人舞蹈,機(jī)器龜走迷宮,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,66,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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,6

34、7,遙控操作手術(shù)（格林系統(tǒng),2021年1月7日,智能與控制工程研究所,68,導(dǎo)盲機(jī)器人和智能輪椅,智能輪椅,導(dǎo)盲機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,69,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),2021年1月7日,智能與控制工程研究所,70,高樓擦窗和壁面清洗機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,71,消防機(jī)

35、器人和救援機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,72,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，然后機(jī)器人手爪擰開加油口密封蓋，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,2021年1月7日,

36、智能與控制工程研究所,73,導(dǎo)游機(jī)器人和禮儀機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,74,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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,75,林木球果采集機(jī)器人,伐根機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,76,仿人形機(jī)器人,日本本田公司投入巨資，經(jīng)過10多年的開發(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，看起來笨頭笨腦，但行動(dòng)起來卻很靈活，它們不僅

37、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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,77,我國研究的仿人型機(jī)器人,哈爾濱工業(yè)大學(xué)雙足步行機(jī)器人在爬樓梯,國防科技大學(xué)研制 “先行者”仿人型機(jī)器人,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,78,北京航空航天大學(xué)研究的多指靈巧手,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,79,1.8 未來機(jī)器人的發(fā)展方向 ( The Future of Robots,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)于人類的理想來說這還僅僅是開始。 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，1996年，全世界有機(jī)器人6

38、8萬臺(tái)，從1996年以來，世界機(jī)器人銷售量的年增長率為13%，到2000年，全世界的機(jī)器人數(shù)量已達(dá)到130萬臺(tái)（1999年底銷售機(jī)器人總臺(tái)數(shù)已達(dá)到110萬臺(tái),2021年1月7日,智能與控制工程研究所,80,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，娛樂機(jī)器人將給我們的生活增添無限樂趣。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

39、助，是人們強(qiáng)烈需求的對(duì)象。 未來的機(jī)器人 未來的機(jī)器人將像人一樣，能聽、能看、能說、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,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,81,1.9 我國機(jī)器人研究的簡況 ( Developing of Robots in China,我國機(jī)器人研究始于70年代，并被列入“七五”期間實(shí)施的國家“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)了我國機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，在短短30多年里，中國的機(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，但受市場和資金等因素的影響，截止到1998年我國機(jī)器人裝機(jī)數(shù)量僅1200臺(tái)，其中絕大部分是進(jìn)口的，這與發(fā)達(dá)國家相比還存在很大差距,2021年1月7日,智能與控制工程研究所,82,在特種機(jī)器人方面，自第一臺(tái)水下機(jī)器