機器人第一章

1、 機器人技術(shù)及其應用機器人技術(shù)及其應用 緒論緒論 Introduction of Robotics1. 1 1. 1 機器人學的發(fā)展史機器人學的發(fā)展史1 12 2 機器人的研究領(lǐng)域和內(nèi)容機器人的研究領(lǐng)域和內(nèi)容1 13 3 機器人學與人工智能機器人學與人工智能1 14 4 如何學好機器人技術(shù)如何學好機器人技術(shù)1.1 1.1 機器人發(fā)展概述機器人發(fā)展概述 一“obot”一詞源出自捷克語“robota”，意謂“強迫勞動”。1920年捷克斯洛伐克作家薩佩克寫了一個名為羅薩姆的萬能機器人的劇本,他把在羅薩姆萬能機器人公司生產(chǎn)勞動的那些家伙取名“Robot”,漢語音譯為“羅伯特”，捷克語意為“奴隸”薩佩克

2、把機器人的地位確定為只管埋頭干活、任由人類壓榨的奴隸，它們存在的價值只是服務于人類。 一個極其偶然的原因,機器人開始有了知覺,它們不堪忍受人類的統(tǒng)治,向人類發(fā)動攻擊,最后徹底毀滅了人類。“機器人”的名字也正式由此而生。n然后由另一位作家Jsaac Asimov在他的小說中給機器人下了“機器人學三定機器人學三定律律”：n機器人不得傷害人或由于故障而使人遭受不幸；也不得見人受到傷害而袖手旁觀 。n機器人應執(zhí)行人們所下達的指令，除非這些指令與第一定律相矛盾；n機器人應能保護自己的生存，只要這種防護行為不與第一或第二定律相矛盾。二、幾種機器人的定義二、幾種機器人的定義1國際上關(guān)于機器人的幾種定義（國際

3、上關(guān)于機器人的幾種定義（1）：）：n美國機器協(xié)會（美國機器協(xié)會（RIA：Robotic Industries Association ）：）： n機器人是一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動作來執(zhí)行各種任務，并具有編程能力的多功能操作機。1國際上關(guān)于機器人的幾種定義（國際上關(guān)于機器人的幾種定義（2）：）：n日本工業(yè)機器人協(xié)會：日本工業(yè)機器人協(xié)會：n工業(yè)機器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行裝置的、能夠完成各種移動來代替人類勞動的通用機器。1國際上關(guān)于機器人的幾種定義（國際上關(guān)于機器人的幾種定義（3）：）：n國際標準化組織（國際標準化組織（ISO）：）：n機器人是一種自動的、位

4、置可控的、具有編程能力的多功能操作機，這種操作機具有幾個軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務。1國際上關(guān)于機器人的幾種定義（國際上關(guān)于機器人的幾種定義（4）：）：n中國：中國：n機器人是一種擬人功能的機械電子裝置。幾種定義的共同屬性：1）象人或人的一部分，并模仿人的動作2）具有智能或感覺與識別能力3）是人制造的機器或機械電子裝置2類似機器人裝置：類似機器人裝置：n假肢：假肢：由于假肢沒有自己的頭腦，而是由人的大腦來控制，因而不能算作機器人。n遙控裝置：這種裝置可轉(zhuǎn)動或移動離操作人員很遠的材料或工具，但整個動作是由人來控制的。總結(jié)總結(jié) n機器人的動作機構(gòu)具有

5、類似于人或其他生物體的某些器官（肢體、感官等 ）的功能；n機器人具有通用性，工作種類多樣，動作程序靈活多變；n機器人具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學習等；n機器人具有獨立性，完整的機器人系統(tǒng)，在工作中可以不依賴于人的干預。二二 機器人工業(yè)發(fā)展史（機器人工業(yè)發(fā)展史（國外）國外） n1954年，美國推出了世界上第一臺工業(yè)機器人實驗樣機。n1967年，日本引進了美國的工業(yè)機器人技術(shù)，經(jīng)過消化、仿制、改進、創(chuàng)新，到1980年，機器人技術(shù)在日本取得了極大的成功與普及。n80年代以來，國際機器人的發(fā)展速度平均保持在2530年增長率，所生產(chǎn)的機器人主要用于改善惡劣的工作條件。n我國機器人技

6、術(shù)起步較晚，1987年，北京首屆國際機器人展覽會上，我國展出了10余臺自行研制或仿制的工業(yè)機器人。經(jīng)過“七五”、“八五”攻關(guān)，我國研制和生產(chǎn)的工業(yè)機器人已達到了工業(yè)應用水平。 美國的機器人發(fā)展狀況（1）性能可靠，功能全面，精確度高；（2）機器人語言研究發(fā)展較快，語言類型多、應用廣，水平高居世界之首；（3）智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應用；（4）高智能、高難度的軍用機器人、太空機器人等發(fā)展迅速，主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測方面。世界機器人的發(fā)展狀況n世界第一臺機器人的誕生 美國是機器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機器人，比起號

7、稱機器人王國的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過30多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機器人強國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進。中國的機器人發(fā)展狀況n 有人認為，應用機器人只是為了節(jié)省勞動力，而我國勞動力資源豐富，發(fā)展機器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會主義制度的優(yōu)越性決定了機器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻。 我國已在“七五”計劃中把機器人列人國家重點科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽建立了全國第一個機器人研究示范工程，全面展開了機器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究。十幾年來，相繼研

8、制出示教再現(xiàn)型的搬運、點焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機器人及水下作業(yè)、軍用和特種機器人。目前，示教再現(xiàn)型機器人技術(shù)已基本成熟，并在工廠中推廣應用。我國自行生產(chǎn)的機器人噴漆流水線在長春第一汽車廠及東風汽車廠投入運行。1986年3月開始的國家863高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機器人的內(nèi)容。就目前來看，我們應從生產(chǎn)和應用的角度出發(fā)，結(jié)合我國國情，加快生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的實用型機器人和某些特種機器人。1.2 機器人研究領(lǐng)域和內(nèi)容機器人研究領(lǐng)域和內(nèi)容一、機器人研究領(lǐng)域一、機器人研究領(lǐng)域n傳感器與感知系統(tǒng)各種新型傳感器的開發(fā)，包括視覺、觸覺、聽覺、接近感、力覺、臨場感等；多傳感系統(tǒng)與傳感

9、器融合；惡劣工況下的傳感技術(shù)；傳感器硬件模塊化。n驅(qū)動、建模與控制控制機理（理論），包括專家控制、學習控制、模糊控制、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制、感知控制以及這些控制與最優(yōu)、自適應、自學習、自校正、預測控制和反饋控制等組成混合控制；控制算法；在線控制和實時控制；分組協(xié)調(diào)控制與群控；自主操作與自主控制；控制系統(tǒng)動力學分析；聲音控制與語音控制。自動規(guī)劃與調(diào)度環(huán)境模型的描述；協(xié)調(diào)操作（運動）規(guī)劃；控制知識的表示；裝配規(guī)劃；路徑規(guī)劃；基于傳感信息的規(guī)劃；任務規(guī)劃；任務協(xié)商與調(diào)度；非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的規(guī)劃；制造（加工）系統(tǒng)中機器人的調(diào)度；含有不確定性時的規(guī)劃。計算機系統(tǒng)智能機器人控制計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；神經(jīng)計算機與

10、并行處理；通用與專用計算機語言；人機通訊；標準化接口。二 研究內(nèi)容n1.空間機構(gòu)學n2.機器人運動學n3.機器人靜力學n4.機器人動力學n5.機器人控制技術(shù)n6.機器人傳感器n7.機器人語言1按用途分：按用途分： 工業(yè)機器人、空間機器人、水下機器人、軍用機器人、排險救災機器人、教學機器人和娛樂機器人等。 三三 機器人分類機器人分類2按主要功能分：按主要功能分：n操作機器人：操作機器人：主要是模仿人的手和手臂的工作。n移動機器人：移動機器人：工業(yè)生產(chǎn)中帶有行走機構(gòu)的機器人完成運輸，上下料等工作。 n信息機器人：信息機器人：主要指以計算機系統(tǒng)為基礎(chǔ)的智能行為模擬裝置。n人機機器人：人機機器人：機器

11、人和真人之間構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)。如假肢機器人。3按技術(shù)級別分：按技術(shù)級別分： n第一代工業(yè)機器人：第一代工業(yè)機器人：主要是示教再現(xiàn)控制的操作機器人。n第二代工業(yè)機器人：第二代工業(yè)機器人：具有感受功能的工業(yè)機器人。包括具有光覺、視覺、觸覺、聲覺等。n第三代工業(yè)機器人：第三代工業(yè)機器人：指智能化的高級機器人。4按坐標系統(tǒng)來分（按坐標系統(tǒng)來分（1）：）： n直角坐標型：直角坐標型：只具有移動關(guān)節(jié)。4按坐標系統(tǒng)來分（按坐標系統(tǒng)來分（2）：）：n圓柱坐標型：具有一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、其余為移動關(guān)節(jié)的機器人。 4按坐標系統(tǒng)來分（按坐標系統(tǒng)來分（3）：）：n球坐標型：球坐標型：具有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、其余為移動關(guān)節(jié)的機器人

12、。4按坐標系統(tǒng)來分（按坐標系統(tǒng)來分（4）：）：n關(guān)節(jié)型：關(guān)節(jié)型：具有三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的機器人。5按受控方式分：按受控方式分：n點位控制型、連續(xù)控制型。 6按驅(qū)動方式分：按驅(qū)動方式分：n液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動等。四 工業(yè)機器人應用領(lǐng)域 圖圖1： 2005年美洲地區(qū)各主要行業(yè)對工業(yè)機器人需求比例分布圖年美洲地區(qū)各主要行業(yè)對工業(yè)機器人需求比例分布圖 圖圖2： 2005年亞洲地區(qū)各主要行業(yè)對工業(yè)機器人需求比例分布圖年亞洲地區(qū)各主要行業(yè)對工業(yè)機器人需求比例分布圖 五、五、機器人應用的現(xiàn)狀與未來機器人應用的現(xiàn)狀與未來1機器人應用的現(xiàn)狀（機器人應用的現(xiàn)狀（1）n焊接焊接：主要是指利用機器人進行點焊和弧焊。

13、n點焊時要求機器人手腕握持焊接工具準確地對準所要求的焊點，焊槍不與部件的其它部位接觸。通常，這些機器人所夾持的焊接工具大而重，同時還要求機器人有一個比較大的活動范圍。n弧焊是對材料進行連續(xù)焊接，焊接前首先要將復雜的運行軌跡示教給機器人，在需要處理較寬的焊縫時，可以編程使機器人作編織狀的橫擺運動。汽車工業(yè)運用這種類型的機器人最多。1機器人應用的現(xiàn)狀（機器人應用的現(xiàn)狀（2）n噴漆噴漆：噴漆易引發(fā)火災，同時有害于身體健康，因此，噴漆作業(yè)是機器人特有的用途。使用噴漆機器人的另一個優(yōu)點是涂層比人工噴涂的更加均勻。1機器人應用的現(xiàn)狀（機器人應用的現(xiàn)狀（3）n磨削磨削：利用工業(yè)機器人對焊縫或工作表面進行磨削

14、。 1.3 機器人學與人工智能機器人學與人工智能1.4.1課程成績的構(gòu)成考試：閉卷 總成績：平時30% + 期末考試 70% 1.4如何學好機器人技術(shù)Robotics 緒論緒論1.4如何學好機器人技術(shù)1.4.2學好機器人技術(shù)的要點 課程的特點:內(nèi)容豐富、覆蓋面廣、學科交叉明顯 學習方法 1)仔細聽講,做好筆記; 2)認真閱讀機器人及相關(guān)課程教材,弄懂重要內(nèi)容; 3)獨立思考,努力認真完成作業(yè);機器人機器人分類-類人機器人機器人分類-娛樂機器人機器人分類-軍用機器人“金字塔行者”n 胡夫金字塔上有一段可怕的銘文：“不論是誰騷擾了法老的安寧，死神之翼將在它的頭上降臨。” 幾十年來，一些進入大金字塔

15、深處考古的科學家們不約而同感染了一種神秘細菌，有的更于幾月后不治身亡！先是發(fā)掘的領(lǐng)導人之-一卡那公爵被蚊蟲咬了一口，突然發(fā) 癰去世。接著，參觀者尤埃爾因落水溺死，參觀者美日鐵路大王因肺炎瘁死，用x光照相機給國王木乃伊拍照的新聞記者突然休克而死，另一名發(fā)掘者，肯塔博士的助手麥克、皮切爾先后去世，死因不明， 皮切爾的父親跳褸自殺，送葬汽年又壓死了一名八歲兒童。在發(fā)掘后三年零三月的時間內(nèi)，先后有22名與發(fā)掘有關(guān)的人神秘地去世。 開羅大學伊瑟門.塔亞博士認為木乃伊體內(nèi)存在著一種曲霉細菌，感粱者導致呼吸系統(tǒng)發(fā)炎，皮膚上出現(xiàn)紅斑，最后呼吸困難地死亡。 美國醫(yī)學月刊曾刊登一篇調(diào)查報告l00名曾經(jīng)到過金字塔觀光的英國游客，在末來l0年內(nèi)死于癌癥的，竟達40%，而且，年齡都不大。而那些膽大妄為，膽敢爬上金字塔頂?shù)娜耍己芸斐霈F(xiàn)昏睡現(xiàn)象，無一生還。 最近，邁阿密貝利大學的化學教授達維多凡從金字塔中檢驗出衰退的幅射線，很顯然，這正是英國游客致癌的主要原因。 9月17日考古的一個亮點就是機器人進入胡夫金字塔。 由于密室通道的容積很小，一般人是進不去，所以動用了微型機器人。機器人的名字叫