報告機器人學(xué)基礎(chǔ)

1、機器人學(xué)概論(giln)北京(bi jn)博創(chuàng)科技機器人事業(yè)部2006年7月11日共六十一頁內(nèi)容提要(ni rn t yo)機器人定義機器人的發(fā)展歷程(lchng)機器人的特點機器人的分類機器人系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)機器人學(xué)的研究領(lǐng)域機器人的發(fā)展方向與機器人相關(guān)的重要學(xué)術(shù)團體、期刊與會議機器人錄像片共六十一頁第一章 機器人學(xué)概述(i sh)機器人定義美國機器人協(xié)會（RIA）的機器人定義：“機器人是用以搬運材料、零件(ln jin)、工具的可編程序的多功能操作器或是通過可改變程序動作來完成各種作業(yè)的特殊機械裝置?！比毡竟I(yè)機器人協(xié)會（JIRA）的定義：“工業(yè)機器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器（ en

2、d effector）的，能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器?！?美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS ）的定義：“機器人是一種 能夠進行編程并在自動控制下執(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務(wù)的機械裝置”國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義：“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于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)。”共六十一頁阿西莫夫“機器人三守則” (1950, 小說(xioshu)我是機器人)(1) 機器人必須不危害人類，也不允許它眼看人將受害而袖手旁觀。(2) 機器人必須絕對服從人類，除非這種服從有害于人類。(3

3、) 機器人必須保護自身不受傷害，除非為了保護人類或者人類命令它作出犧牲。第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁機器人的發(fā)展歷程 指南車，張衡 ，東漢，機器人雛形 安德羅丁，加拿大，摩爾，1893，蒸汽動力，可行走 Unimate, 美國, Unimation公司, 1962, 第一臺機器人, 用于配合壓鑄機上下料Versatran, 美國, AMF公司, 1963，第一臺工業(yè)機器人計算機控制的機器人，1974示教再現(xiàn)機器人，1982多種機器人：工業(yè)機器人、移動機器人、擬人機器人、特種(tzhng)機器人等，具有視覺、語音等功能，具有一定智能。1998年：日本30萬臺，美國8萬臺，德國7萬臺

4、第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁機器人的特點機器人是機構(gòu)學(xué)、控制論、電子技術(shù)及計算機等現(xiàn)代科學(xué)綜合的產(chǎn)物。(1)通用性：某種執(zhí)行不同的功能和完成多樣的簡單任務(wù)的實際能力。(2)適應(yīng)性：對環(huán)境的自適應(yīng)能力。包括：運用傳感器感測環(huán)境的能力；分析任務(wù)空間和執(zhí)行操作規(guī)劃的能力；自動(zdng)指令模式能力。第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁機器人的分類按幾何(j h)結(jié)構(gòu)分類：利用坐標(biāo)特性分類。第一章 機器人學(xué)概述(i sh)直角坐標(biāo)機器人：由互相垂直的導(dǎo)軌和手臂構(gòu)成。柱面坐標(biāo)機器人：主要由垂直柱子、水平手臂和底座構(gòu)成。工作區(qū)間為圓柱面。球面坐標(biāo)機器人：由底座、球關(guān)節(jié)和手臂構(gòu)成。其工

5、作區(qū)間為球面。關(guān)節(jié)式球面坐標(biāo)機器人：由軀干、上臂和前臂構(gòu)成。19秒58秒共六十一頁機器人的分類按幾何結(jié)構(gòu)分類：利用機構(gòu)特性(txng)分類。串聯(lián)機器人：各連桿為串聯(lián)并聯(lián)機器人：各連桿為并聯(lián)第一章 機器人學(xué)概述(i sh)按幾何結(jié)構(gòu)分類：利用尺寸分類。大型機器人、一般機器人、微機器人共六十一頁機器人的分類按控制器的信息(xnx)輸入方式分類：按控制功能第一章 機器人學(xué)概述(i sh)日本工業(yè)機器人協(xié)會(JIRA)分類：分成6類手動操作手：操作人員直接進行操作定序機器人：按照預(yù)定的順序、條件和位置，重復(fù)執(zhí)行。順序控制器。變序機器人：同上，但順序等易于修改?？删幊添樞蚩刂破?。示教機器人：示教再現(xiàn)。程

6、控機器人：機器人語言程序控制。智能機器人：具有環(huán)境適應(yīng)能力。美國機器人協(xié)會(RIA)分類：分成4類，上面后4類。法國工業(yè)機器人協(xié)會(JIRA)分類：A型：第1類； B型：第2和3類； C型：第4和5類； D型：第6類。共六十一頁第一章 機器人學(xué)概述(i sh)機器人的分類按應(yīng)用領(lǐng)域分類：工業(yè)機器人：應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，主要應(yīng)用于制造業(yè)，如弧焊機器人、噴漆機器人、裝配(zhungpi)機器人等。服務(wù)機器人：一種自主或半自主工作，為人們提供服務(wù)的機器人，如導(dǎo)游機器人、家用機器人等。探索機器人：用于太空、海洋、地下探險和探索。軍事機器人：用于軍事目的。可分為陸、海、空軍用機器人。如無人戰(zhàn)機、機器人戰(zhàn)士

7、等。 我國按照應(yīng)用領(lǐng)域?qū)C器人分為：工業(yè)機器人，服務(wù)機器人，特種機器人。共六十一頁機器人的分類按智能程度分類：一般機器人：只有一般編程能力和操作(cozu)功能智能機器人：根據(jù)智能程度分為： 傳感型、交互型、自主型智能機器人按機器人的移動性分類：固定式機器人：固定在底座上，如工業(yè)機器人。移動機器人：根據(jù)移動方式分為：輪式、履帶式、足式等。如足式機器人中的人形機器人等。第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁Pino 人形(rn xn)機器人共六十一頁COG humanoid robot MTR-024 共六十一頁本田(bn tin)的Asimo索尼的SDR-4X 共六十一頁工業(yè)(gngy)機

8、器人19秒19秒共六十一頁18秒38秒攝象機共六十一頁共六十一頁共六十一頁共六十一頁微機器人共六十一頁共六十一頁微操作機器人共六十一頁共六十一頁醫(yī)用機器人共六十一頁共六十一頁各種水下機器(j q)人（機器(j q)魚）系統(tǒng)特種(tzhng)機器人共六十一頁共六十一頁共六十一頁共六十一頁共六十一頁共六十一頁MITs RoboPike 共六十一頁共六十一頁移動機器人共六十一頁共六十一頁共六十一頁共六十一頁共六十一頁機器人足球(zqi)共六十一頁共六十一頁Bipedal walking robot 1998Quadruped walking robot 4L1, 2000Hexapod Robot,

9、 1996-1998雙足及多足機器人共六十一頁具有(jyu)表情的機器人共六十一頁英國(yn u)RoboScience公司的RS-01 RoboDog 索尼的 “Latte”和“Macaron” 寵物(chn w)機器人共六十一頁共六十一頁機器人系統(tǒng)(xtng)的基本結(jié)構(gòu)第一章 機器人學(xué)概述(i sh)關(guān)節(jié)式機械系統(tǒng)變速機構(gòu)執(zhí)行裝置內(nèi)傳感器機器人模型環(huán)境模型工作任務(wù) 控制器(計算機)控制算法環(huán)境外傳感器任務(wù)內(nèi)傳感信息交互作用 外傳感信息計算機語言 任務(wù) 控制器 執(zhí)行機構(gòu) 環(huán)境內(nèi)傳感信息外傳感信息共六十一頁Intelligence and human-machine interfaceLinu

10、xPMACServo ControllerMotion ControllerMotion PlanningLocal ControllerInternetRobotCameraMicrophoneScanner第一章 機器人學(xué)概述(i sh)機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的例子(l zi)共六十一頁智能機器人系統(tǒng)(xtng)框圖第一章 機器人學(xué)概述(i sh)語言處理目標(biāo)理解知識數(shù)據(jù)庫推理決策控制策略外界環(huán)境識別傳感信息處理操作人員運動控制對象環(huán)境智能機器人指令回答控制局部反饋測量搜索共六十一頁機器人學(xué)的研究領(lǐng)域（蔡自興，機器人學(xué)）傳感器與感知系統(tǒng)各種新型傳感器的開發(fā)：視覺(shju)、聽覺、觸覺等多傳感器系

11、統(tǒng)與傳感融合傳感數(shù)據(jù)集成主動視覺與高速運動視覺傳感器硬件模塊化惡劣工況下的傳感技術(shù)連續(xù)語音理解與處理傳感系統(tǒng)軟件虛擬現(xiàn)實技術(shù)第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁機器人學(xué)的研究領(lǐng)域（蔡自興，機器人學(xué)）驅(qū)動、建模與控制超低慣性驅(qū)動電機直接驅(qū)動與交流驅(qū)動，伺服驅(qū)動控制機理（理論）：分級遞階控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、預(yù)測(yc)控制等控制系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)體系、控制器在線控制與實時控制視覺控制與聲音控制、語音控制等第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁機器人學(xué)的研究領(lǐng)域（蔡自興，機器人學(xué)）自動規(guī)劃與調(diào)度環(huán)境模型的描述(mio sh)任務(wù)規(guī)劃與路徑規(guī)劃協(xié)調(diào)操作與運動規(guī)劃任務(wù)協(xié)商與調(diào)度制造（加工）系

12、統(tǒng)中的機器人調(diào)度非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的規(guī)劃第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁機器人學(xué)的研究領(lǐng)域（蔡自興，機器人學(xué)）計算機系統(tǒng)智能機器人控制計算機系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)通用與專用的機器人計算機語言神經(jīng)(shnjng)計算機與并行處理人機通訊多智能體系統(tǒng)第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁機器人學(xué)的研究領(lǐng)域（蔡自興，機器人學(xué)）應(yīng)用研究機器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑中的應(yīng)用機器人在服務(wù)業(yè)的應(yīng)用機器人在核能、高空、水下等危險環(huán)境中的應(yīng)用機器人軍事領(lǐng)域的應(yīng)用機器人在醫(yī)療(ylio)領(lǐng)域的應(yīng)用機器人在CMIS和FMS中的應(yīng)用機器人在微觀領(lǐng)域的應(yīng)用以機器人為單元的可重構(gòu)加工制造系統(tǒng)（無人化工廠）第一章 機器人學(xué)概述

13、(i sh)共六十一頁以機器人為單元的可重構(gòu)加工制造(zhzo)系統(tǒng)（無人化工廠）共六十一頁機器人的發(fā)展方向 機器人總體上向著智能化方向發(fā)展。下面是部分具體的發(fā)展方向：擬人化：不僅外觀像人，能力與智能也像人多功能化：為人類提高多種高質(zhì)量的服務(wù)(fw)靈巧化：精度提高，靈活性、適應(yīng)性加強普及化：各種機器人玩具大型化與小型化臨場感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多智能體技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿生技術(shù)、信息融合技術(shù)、納米技術(shù)等的進一步發(fā)展，必將使機器人技術(shù)的發(fā)展如虎添翼。第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁與機器人相關(guān)的重要學(xué)術(shù)團體、期刊與會議國際學(xué)術(shù)團體：IFAC, IEEE等各國機器人學(xué)會/協(xié)會：美

14、、日、英、瑞典、德、中等國際學(xué)術(shù)期刊：Robotics and Automation Robotics Research Robotica國際學(xué)術(shù)會議：國際工業(yè)機器人會議(ISIP) 國際工業(yè)機器人技術(shù)會議(CIRT) 國際自控聯(lián)(IFAC)舉辦的年會 IEEE的國際機器人學(xué)與自動化會議(ICRA) 歐洲、亞洲(y zhu)的控制會議第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁與機器人相關(guān)的重要學(xué)術(shù)團體、期刊與會議國內(nèi)學(xué)術(shù)團體：中國自動化學(xué)會，中國人工智能學(xué)會 中國機械工程學(xué)會，中國宇航學(xué)會 中國汽車工程學(xué)會，中國電子學(xué)會 中國機器人工程協(xié)會(xihu)863的2個專題：智能機器人主題，空間機器

15、人主題國內(nèi)學(xué)術(shù)刊物：自動化學(xué)報、高技術(shù)通訊、機器人、機器人技術(shù)與應(yīng)用等國內(nèi)主要研究單位：中科院自動化所、沈陽自動化所、合肥智能機械研究所、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈工大、國防科大、上海交大、南開大學(xué)、山東科技大學(xué)等第一章 機器人學(xué)概述(i sh)共六十一頁工業(yè)(gngy)機器人錄像片布線(38”)裝配(20”)開放式機器人控制器視覺控制(kngzh)(553”)開放式機器人控制器語音控制(150”)共六十一頁工業(yè)(gngy)機器人錄像片Adept工業(yè)機器人應(yīng)用(2638”)Adept懸掛(xungu)式機器人測量系統(tǒng)(50”)Adept仿真系統(tǒng)(6) 光纖對接(2)Adept納米機器人控制器單元(835”)共六十一頁移動機器人錄像片移動機器人測試(1)移動機器人過障礙(zhng i)(220”)移動機器人過復(fù)雜障礙(150”)共六十一頁共六十一頁內(nèi)容摘要機器人學(xué)概論。(1) 機器人必須不危害人類，也不允許它眼看人將受害而袖手旁觀。(2) 機器人必須絕對服從人類，除非這種服從有害于人類。(3) 機器人必須保護自身不受傷害，