未來機器人課件

1、第12章 未來機器人第12章 未來機器人12.1 機器人的發(fā)展趨勢12.2 未來機器人的發(fā)展與應(yīng)用前景12.3 未來機器人與人類社會12.1 機器人的發(fā)展趨勢1 傳感型智能化機器人發(fā)展迅速作為傳感機器人基礎(chǔ)的機器人傳感技術(shù)有了新的發(fā)展，各種新型傳感器不斷出現(xiàn)。多傳感器集成和融合技術(shù)在智能機器人上獲得應(yīng)用。由于單一傳感信號難以保證輸入信息的準確性和可靠性，不能滿足智能機器人系統(tǒng)獲取環(huán)境信息以及系統(tǒng)決策能力。采用多傳感器集成和融合技術(shù)，利用各種傳感信息，獲得對環(huán)境的正確理解，使機器人系統(tǒng)具有容錯性，保證系統(tǒng)信息處理的快速性和正確性。在多傳感器集成和融合技術(shù)研究方面，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特別引人注目，

2、成為一個研究熱點。2 開發(fā)新型智能技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)是新近研究的智能技術(shù)，它是一種對事件的現(xiàn)實性從時間和空間上進行分析后重新組合的技術(shù)。這一技術(shù)包括三維計算機圖形學(xué)技術(shù)、多功能傳感器的交互接口技術(shù)以及高清晰度的顯示技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可應(yīng)用于遙控機器人和臨場感通訊等。形狀記憶合金（SMA）被譽為“智能材料”。SMA的電阻隨溫度變化而變化，導(dǎo)致合金形變，可用來執(zhí)行驅(qū)動動作，完成傳感和驅(qū)動功能。多智能機器人系統(tǒng)（MARS）是近年來開始探索的又一項智能技術(shù)，它是在單體智能的發(fā)展到需要協(xié)調(diào)作業(yè)的條件下產(chǎn)生的。多個機器人系統(tǒng)具有共同的目標，完成相互關(guān)聯(lián)的動作或作業(yè)。在諸多新型智能技術(shù)當(dāng)中，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

3、識別、檢測、控制和規(guī)劃方法的開發(fā)和應(yīng)用占著重要位置?；趯＜蚁到y(tǒng)的機器人規(guī)劃獲得新的發(fā)展，除了應(yīng)用與任務(wù)規(guī)劃、裝配規(guī)劃、搬運規(guī)劃和路徑規(guī)劃外，又被用于自動抓取規(guī)劃。3 采用模塊化的設(shè)計技術(shù)智能機器人和高級工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)要力求簡單緊湊，其高智能部件甚至全部機構(gòu)的設(shè)計已向模塊化方向發(fā)展；其驅(qū)動采用交流伺服電機，向小型和高輸出方向發(fā)展；其控制裝置向小型化和智能化發(fā)展，采用高速CPU和32位芯片、多處理器和多功能操作系統(tǒng)，提高機器人的實時和快速相應(yīng)能力。機器人軟件的模塊化則簡化了編程，發(fā)展了離線編程技術(shù)，提高了機器人的控制系統(tǒng)的適應(yīng)性。5 應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)擴展下面為非制造業(yè)應(yīng)用智能機器人技

4、術(shù)的一些典型例子：太空 空間站服務(wù)機器人（裝配、檢查和修理），機器人衛(wèi)星（空間會合、對接與軌道作業(yè)），飛行機器人（人員和材料運送及通訊），空間探索（星球探測等）和資源收集，太空基地建筑，衛(wèi)星回收以及地面實驗平臺等； 海洋 海底普查和采礦機器人，海上建筑的建筑與維護，海灘救援機器人，海況檢測與預(yù)報系統(tǒng)； 建筑 鋼結(jié)構(gòu)自動加工系統(tǒng)，防火層噴涂機器人，混凝土地板研磨機器人，外墻裝修機器人，天花板和燈具安裝機器人，外墻清洗、噴涂、檢驗和瓷磚鋪設(shè)機器人，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)檢驗機器人，橋梁自動噴涂，小管道和電纜地下鋪設(shè)，混凝土預(yù)制板自動安裝等； 采礦 金屬和煤炭自動采掘機器人，礦井安全監(jiān)督機器人；電力 配電線

5、帶電作業(yè)機器人，絕緣子自動清洗，變電所自動巡視機器人，核電站反應(yīng)堆檢查與維護機器人，核反應(yīng)堆拆卸機器人等； 煤氣及供水 管道安裝、檢查和修理機器人，容器檢查、修理和噴涂機器人； 農(nóng)林漁業(yè) 剪羊毛機器人，森林自動修剪和砍伐，魚肉自動去骨、切片、分選和包裝； 醫(yī)療 神經(jīng)外科感知機器人，胸部腫瘤自動診斷機器人，體內(nèi)器官和脈管檢查及手術(shù)微型機器人，用于外科手術(shù)的多只手等； 社會福利 老年人和臥床不起的病人護理機器人，殘疾人員支援系統(tǒng)，人工假肢等。7 軍用機器人將裝備部隊美軍排爆機器人在執(zhí)行任務(wù)“反恐一號”機器人12.2 未來機器人的發(fā)展與應(yīng)用前景1 未來機器人將更加廣泛地代替人從事各種生產(chǎn)作業(yè)未來機器

6、人將從目前的以廣泛應(yīng)用于汽車、機械制造、電子工業(yè)及塑料制品等生產(chǎn)領(lǐng)域擴展到核能、采礦、冶金、石油、化學(xué)、航天、航空、船舶、建筑、紡織、制衣、醫(yī)藥、生化、食品等工業(yè)領(lǐng)域，進而應(yīng)用在非工業(yè)領(lǐng)域中，如農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、和養(yǎng)殖業(yè)等方面。未來機器人將成為人類社會生產(chǎn)活動的“主勞力”，人類將從繁重的重復(fù)單調(diào)、有害健康和危險的生產(chǎn)勞動中解放出來，從而有更多的時間去學(xué)習(xí)、研究和創(chuàng)造。2 未來機器人將成為人類探索與宇宙開發(fā)、海洋和地下未知世界的有力工具將人類送入太空進行宇宙探索是非常危險和昂貴的。未來機器人將代替人從事空間作業(yè)和太空探索。目前，航天飛機已經(jīng)將倉外作業(yè)機器人帶入太空進行太空作業(yè)，火星探測車已被送

7、到火星表面上，并成功的完成了預(yù)定的探測任務(wù)。水下和地底作業(yè)對于人類來說是一項危險作業(yè)，也是人類為解決的難題，水下和地下機器人將解決這個問題，被用于海底和地底的探索和開發(fā)、海洋和地下資源的利用、水下作業(yè)和救生等。水下機器人4 未來機器人將用于提高人類健康水平與生活質(zhì)量家庭服務(wù)機器人可以從事清潔衛(wèi)生、園藝、炊事、垃圾處理、家庭維護與服務(wù)等作業(yè)。在醫(yī)院，未來機器人可以從事手術(shù)、化驗、運輸、康復(fù)和病人護理等作業(yè)。在商業(yè)和旅游業(yè)中，導(dǎo)購機器人、導(dǎo)游機器人和表演機器人都將得到發(fā)展。智能機器人玩具和智能機器人寵物的種類將不斷增加，各種機器人體育運動比賽和文藝表演將層出不窮。機器人不再只用于生產(chǎn)作業(yè)的工具，大

8、量的服務(wù)機器人、表演機器人、科教機器人、機器人玩具和機器人寵物將進入人類社會，使人類生活更加豐富多彩。5 未來機器人與人類共生目前，國際機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術(shù)的研究，并朝著智能化和多樣性化，以及與人類共生方向發(fā)展，主要研究內(nèi)容集中在以下幾個方面：(1) 工業(yè)機器人操作機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：探索新的高強度輕質(zhì)材料，進一步提高負載自重比，同時機構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。(2) 機器人控制技術(shù)：重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中，機器人控制器的標準化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點。(3) 多傳感器系統(tǒng)：為進一

9、步提高機器人的智能化和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其他問題解決的關(guān)鍵，其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)性，非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題是傳感系統(tǒng)的實用化。(8) 微型和微小機器人技術(shù)（micro/miniature robotics）：這是機器人研究的一個新的嶄新領(lǐng)域和重點發(fā)展方向。過去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進展將會引起機器人技術(shù)的一場革命，并且對社會進步和人類活動的各個方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運動方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。(9) 軟機器人技術(shù)（soft r

10、obotics）：主要用于醫(yī)療、護理、休閑、和娛樂場所。傳統(tǒng)機器人設(shè)計未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料。軟機器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的。(10) 仿人和仿生技術(shù)：這是機器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行了一些基礎(chǔ)研究。對于仿生機器人，中科院沈陽自動化研究所和北京航空航天大學(xué)機器人研究所已研制了機器水下仿生機器人魚樣機。北京航空航天大學(xué)機器人研究所研制的機器魚12.3 未來機器人與人類社會隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，未來機器人與人類社會將會產(chǎn)生更加緊密的關(guān)系。因此，機器人的“人性化”是當(dāng)代科技的主題

11、。作為一個特殊的領(lǐng)域，科學(xué)家對機器人的“人性化”還有一個專門的注解。“類人化”是指未來的機器人能和人一樣進行“人機”和“機機”的交流，以及在各種復(fù)雜或者危險的工作中用機器人替代人來進行實際操作。雖然許多發(fā)達國家已經(jīng)有了某些智能化機器人，但是這些機器人的“智能”都是通過預(yù)置的計算機程序獲取的。科學(xué)家指出，靈活的機械構(gòu)造和具有“自主性”的軟件系統(tǒng)是造出真正“類人化”機器人的關(guān)鍵。1 機器人醫(yī)生在未來，如果你要接受手術(shù)，給你開刀的也許不是外科醫(yī)生，而是機器人。美國內(nèi)布拉斯加醫(yī)學(xué)中心研發(fā)的微型的“手術(shù)機器人”2 楊利偉的“接班人”雖然“載人航天”的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)，但是人所能達到的太空范圍是很有限的，更大范圍的太空探測，將由機器人先行一步“宇航員機器人”是未來太空探測的首選。美國太空總署設(shè)計的太空機器人3 未來救災(zāi)全靠機器人如果在救援中使用機器人，那么救援工作的效率將大大提高。首先，帶攝影頭和氣體探測器的機器人能鑿洞進入地下，以最短的時間獲取地下的情況，在獲得有關(guān)數(shù)據(jù)之后，機器人能迅速制定最有效的救援方案，當(dāng)機器人找到被救者，它能與被救者進行交