智能機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐 課件 第一章 緒論

智能機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐

第一章緒論

1緒論2機(jī)器人的定義古代機(jī)器人簡介近代機(jī)器人簡介現(xiàn)代機(jī)器人簡介機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)器人平臺簡介AI開發(fā)平臺簡介1.機(jī)器人的定義機(jī)器人形象和機(jī)器人(Robot)一詞，最早出現(xiàn)在科幻和文學(xué)作品中。1920年，捷克作家卡雷爾·卡佩克發(fā)表了一部名為《羅薩姆的萬能機(jī)器人》的劇本。作者根據(jù)小說中Robota（捷克文，原意為“勞役、苦工”）和Robotnik（波蘭文，原意為“工人”）創(chuàng)造出“Robot這個(gè)詞。341.機(jī)器人的定義1950年，科幻小說家艾薩克·阿西莫夫在小說《我，機(jī)器人》中設(shè)立了著名的“機(jī)器人學(xué)的三大法則”，規(guī)定所有機(jī)器人必須遵守：機(jī)器人不得傷害人類，且確保人類不受傷害在不違背第一及第二法則的前提下，機(jī)器人必須保護(hù)自己在不違背第一法則的前提下，機(jī)器人必須服從人類的命令1965年的阿西莫夫51.機(jī)器人的定義中國學(xué)術(shù)組織與人或生物相似的智能能力高度靈活性的自動化機(jī)器美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會國際標(biāo)準(zhǔn)化組織通過可編程動作來執(zhí)行各種任務(wù)具有編程能力的多功能操作機(jī)記憶裝置和末端執(zhí)行器通過自動化的動作而代替人類勞動的通用機(jī)器通過編程和自動控制來執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器62.古代機(jī)器人簡介木鳥東漢時(shí)期，張衡發(fā)明了測量路程用的“計(jì)里鼓車”。該車上裝有木人、鼓和鐘，每走1里，擊鼓1次，每走10里擊鐘一次。三國蜀漢時(shí)期,諸葛亮創(chuàng)造出的“木牛流馬”可以運(yùn)送軍用物資。這也許是最早的陸地軍用機(jī)器人。記里鼓車春秋時(shí)代后期，魯班利用竹子和木料制造出一個(gè)木鳥，它能在空中飛行，“三日不下”，被稱為世界上第一個(gè)空中飛行機(jī)器人。木牛流馬72.古代機(jī)器人簡介公元前3世紀(jì)，古希臘發(fā)明家戴達(dá)羅斯用青銅為克里特島國王邁諾斯塑造了一個(gè)守衛(wèi)寶島的青銅衛(wèi)士塔羅斯青銅衛(wèi)士塔羅斯亞歷山大時(shí)代的古希臘希羅發(fā)明了以水、空氣和蒸汽壓力為動力的機(jī)械玩具，它可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌，如氣轉(zhuǎn)球、自動門希羅氣轉(zhuǎn)球機(jī)器鴨法國的天才技師杰克·戴·瓦克遜于1738年發(fā)明了一只機(jī)器鴨。它會游泳、喝水、吃東西和排泄，還會嘎嘎叫83.近代機(jī)器人簡介1954年，美國人喬治·德沃爾（G.C.Devol）制造出世界上第一臺可編程的機(jī)器人。當(dāng)年，他提出了“通用重復(fù)操作機(jī)器人”的方案。第一代可編程機(jī)器人1959年，喬治·德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫·英格伯格（“工業(yè)機(jī)器人之父”）聯(lián)手成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠——Unimation公司1961年，第一臺現(xiàn)代意義的工業(yè)機(jī)器人FirstUnimateArm在GeneralMotors總裝廠亮相1978年，美國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)成熟。在過去的30到40年間，機(jī)器人獲得引人注目的發(fā)展。具體體現(xiàn)在：機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在全世界迅速發(fā)展；機(jī)器人的應(yīng)用范圍遍及工業(yè)、科技和國防的各個(gè)領(lǐng)域；形成了新的學(xué)科——機(jī)器人學(xué)；機(jī)器人向智能化方向發(fā)展；服務(wù)機(jī)器人成為機(jī)器人的新秀而迅猛發(fā)展。94.現(xiàn)代機(jī)器人簡介現(xiàn)代機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人特種機(jī)器人104.現(xiàn)代機(jī)器人簡介114.現(xiàn)代機(jī)器人簡介125.機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈控制器減速器伺服電機(jī)傳感器末端執(zhí)行器上游零部件家庭服務(wù)醫(yī)療服務(wù)酒店餐飲零售批發(fā)特種安防倉儲物流航空航天石油化工食品飲料精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)汽車制造電子制造下游應(yīng)用機(jī)器人生產(chǎn)與集成環(huán)境交互系統(tǒng)人機(jī)交互系統(tǒng)感知系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)控制系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)本體制造系統(tǒng)集成瑪垛機(jī)器人噴涂機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人裝配機(jī)器人分揀機(jī)器人檢測機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人特種服務(wù)機(jī)器人公共服務(wù)機(jī)器人個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)共性技術(shù)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)操作系統(tǒng)技術(shù)模塊化與重構(gòu)技術(shù)前沿技術(shù)人機(jī)自然交互技術(shù)生機(jī)電融合技術(shù)仿生感知與認(rèn)知技術(shù)安裝帶舵機(jī)末端套件的笛卡爾坐標(biāo)系安裝帶舵機(jī)末端套件的關(guān)節(jié)坐標(biāo)系1.Dobot魔術(shù)師機(jī)器人Dobot魔術(shù)師機(jī)器人是越疆科技研發(fā)的一款桌面級智能機(jī)械臂。機(jī)器人由底座、大臂、小臂、末端工具等組成。讀者可以在越疆科技的官網(wǎng)（/）了解關(guān)于Dobot魔術(shù)師機(jī)器人的更多信息。1.1Dobot魔術(shù)師機(jī)器人的坐標(biāo)系136.機(jī)器人平臺簡介關(guān)節(jié)坐標(biāo)系是以各個(gè)運(yùn)動關(guān)節(jié)作為參照來確定的坐標(biāo)系。若未安裝帶舵機(jī)的末端套件，它包含三個(gè)關(guān)節(jié)：J1、J2、J3，且均為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正；若安裝了，如吸盤和夾爪套件，則包含四個(gè)關(guān)節(jié)：J1、J2、J3、J4，同樣是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，逆時(shí)針為正。笛卡爾坐標(biāo)系是以機(jī)械臂底座為參照確定的坐標(biāo)系。其原點(diǎn)為大臂、小臂以及底座三個(gè)電機(jī)三軸的交點(diǎn)。X軸方向垂直于固定底座向前；Y軸方向垂直于固定底座向左；Z軸方向符合右手定則，垂直向上為正方向。當(dāng)安裝了帶舵機(jī)的末端套件時(shí)，存在R軸。R軸為末端舵機(jī)中心相對于原點(diǎn)的姿態(tài)，逆時(shí)針為正。R軸坐標(biāo)為J1軸和J4軸坐標(biāo)之和。1.2Dobot魔術(shù)師機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)分析146.機(jī)器人平臺簡介Dobot魔術(shù)師機(jī)器人的D-H參考坐標(biāo)系LOidiaiαi1O1d10-(2π/3)2O20a203O30a304O4000Dobot魔術(shù)師機(jī)器人的D-H參數(shù)表B逆運(yùn)動學(xué)分析逆運(yùn)動學(xué)問題就可以描述成：給定齊次變換矩陣X∈SE(3)，找出滿足T(O)∈X的關(guān)節(jié)角OO1=tan-1(Py/Px)，O2=arctan(sinO2/cosO2)，O3=arctan(sinO3/cosO3)，O4=-(O2+O3)A正運(yùn)動學(xué)分析機(jī)器人的正運(yùn)動學(xué)(ForwardKinematics)是指已知關(guān)節(jié)坐標(biāo)，求解末端的位置和姿態(tài)。通過正弦余弦變換進(jìn)行表示:c1=cosO1,c2

=cosO2,c3

=cosO3,s1

=sinO1,s2

=sinO2,s3

=sinO3,s23

=sin(O2+O3),c23

=cos(O2+O3)

機(jī)械臂運(yùn)動多解情況DashGOD1機(jī)器人底盤結(jié)構(gòu)2.DashGOD1智能移動平臺簡介156.機(jī)器人平臺簡介DashGOD1智能移動平臺外觀DashGOD1智能移動平臺是EAI越登智能研制的一款科教級移動平臺。讀者可以在EAI越登智能的官網(wǎng)(/)了解關(guān)于DashGOD1智能移動平臺的更多信息。運(yùn)動狀態(tài)及糾偏示意圖2.1控制兩個(gè)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速來控制機(jī)器人的方向與速度，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各種運(yùn)動形式的控制。輔助輪為萬向輪，它起到了支撐車體和導(dǎo)向的作用；兩個(gè)驅(qū)動輪分別由兩個(gè)獨(dú)立的直流有刷電機(jī)來提供動力進(jìn)行驅(qū)動。

167.AI開發(fā)平臺簡介AI是ArtificialIntelligence（人工智能）的英文縮寫。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。AI領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究對象包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理等。EasyDL是基于飛槳開源深度學(xué)習(xí)平臺，面向企業(yè)AI應(yīng)用開發(fā)者提供零門檻AI開發(fā)平臺。EasyDL是EasyDeepLearning的縮寫。它是一個(gè)零門檻AI開發(fā)平臺，讓沒有AI開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人(并不僅僅是程序員)和有AI開發(fā)經(jīng)驗(yàn)、但希望更輕松使用AI能力的人，都可以便捷的使用這個(gè)平臺，開發(fā)出自己需要的AI應(yīng)用。EasyDL提供一站式的智能標(biāo)注、模型訓(xùn)練、服務(wù)部署等全流程功能，內(nèi)置豐富的預(yù)訓(xùn)練模型，支持公有云、設(shè)備端、私有服務(wù)器、軟硬一體方案等靈活的部署方式。讀者可以在EasyDL零門檻AI開發(fā)平臺的官網(wǎng)（/easydl/）了解關(guān)于EasyDL平臺的更多信息。EasyDL的技術(shù)方向與模型類型：177.AI開發(fā)平臺簡介技術(shù)方向模型類型EasyDL圖像圖像分類、物體檢測、圖像分割EasyDL文本文本分類-單標(biāo)簽、文本分類-多標(biāo)簽、文本實(shí)體抽取、情感傾向分析、短文本相似度EasyDL語音語音識別、聲音分類EasyDLOCR文字識別EasyDL視頻視頻分類、目標(biāo)跟蹤EasyDL結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表格預(yù)測EasyDL模型效果的評價(jià)指標(biāo)18

7.AI開發(fā)平臺簡介指標(biāo)含義準(zhǔn)確率圖像分類/文本分類/聲音分類等分類模型的衡量指標(biāo)，正確分類的樣本數(shù)與總樣本數(shù)之比，越接近1模型效果越好F1-score對某類別而言為精確率和召回率的調(diào)和平均數(shù)，對圖像分類/文本分類/聲音分類等分類模型來說，該指標(biāo)越高效果越好精確率(Precision)對某類別而言為正確預(yù)測為該類別的樣本數(shù)與預(yù)測為該類別的總樣本數(shù)之比。召回率(Recall)對某類別而言為正確預(yù)測為該類別的樣本數(shù)與該類別的總樣本數(shù)之比。top1、top2…top5在查看圖像分類/文本分類/聲音分類/視頻分類模型評估報(bào)告中，top1-top5指的是針對一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行識別時(shí)，模型會給出多個(gè)結(jié)果，top1為置信度最高的結(jié)果、top2次之…正常業(yè)務(wù)場景中，我們通常會采信置信度最高的識別結(jié)果，重點(diǎn)關(guān)注top1的結(jié)果即可。mAPmAP(meanaverageprecision)是物體檢測(ObjectDetection)算法中衡量算法效果的指標(biāo)。對于物體檢測任務(wù)，每一類object都可以計(jì)算出其精確率(Precision)和召回率(Recall)，在不同閾值下多次計(jì)算/試驗(yàn)，每個(gè)類都可以得到一條P-R曲線，曲線下的面積就是average。閾值物體檢測模型會存在一個(gè)可調(diào)節(jié)的閾值（threshold），是正確結(jié)果的判定標(biāo)準(zhǔn)，例如閾值是0.6，置信度大于0.6的識別結(jié)果會被當(dāng)作正確結(jié)果返回。每個(gè)物體檢測模型訓(xùn)練完畢后，可以在模型評估報(bào)告中查看推薦閾值，在推薦閾值下F1-score的值最高197.AI開發(fā)平臺簡介EasyDL的模型部署方式模型部署方式調(diào)用方法公有云API模型部署為RestfulAPI，可以通過HTTP請求的方式進(jìn)行調(diào)用。設(shè)備端SDK模型部署為設(shè)備端SDK，可集成在前端智能計(jì)算硬件設(shè)備中，可完全在無網(wǎng)環(huán)境下工作，所有數(shù)據(jù)皆在設(shè)備本地運(yùn)行處理。目前支持IOS、ANDROID、WINDOWS、LINUX四種操作系統(tǒng)及多款主流智能計(jì)算硬件。本地服務(wù)器部署模型部署為本地服務(wù)器部署，可獲得基于定制EasyDL模型封裝而成的本地化部署的方案，此軟件包部署包開發(fā)者本地的服務(wù)器上運(yùn)行能夠得到與在線API功能完全相同的接口。軟硬一體方案目前EasyDL支持兩款軟硬一體硬件，包括E