智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用

文前.indd智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用1扉頁.indd12022/1/202022/1/1916:36:2410:36:47

內(nèi)容簡介

本書是為職業(yè)教育工業(yè)機(jī)器人/智能機(jī)器人、人工智能、智能制造等相關(guān)專業(yè)“工業(yè)機(jī)器人/

智能機(jī)器人”相關(guān)課程設(shè)計(jì)編寫，是具有豐富應(yīng)用與實(shí)踐特色的教材。

針對職業(yè)院校學(xué)生的發(fā)展需求，本書較為系統(tǒng)、全面地介紹了工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人的相

關(guān)概念、理論與應(yīng)用知識，內(nèi)容包括機(jī)器人概述、工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種

機(jī)器人、智能機(jī)器人、智能飛行器、運(yùn)動學(xué)構(gòu)形與參數(shù)、機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)、傳感器與驅(qū)動系統(tǒng)、

機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人視覺系統(tǒng)、機(jī)器人編程系統(tǒng)、機(jī)器人安全與法律等，希望幫助學(xué)生扎實(shí)

地打好智能機(jī)器人的知識基礎(chǔ)。教師可依照學(xué)習(xí)進(jìn)度與需求，做適當(dāng)選擇。

本書適合職業(yè)院校相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)，也適合對人工智能、智能機(jī)器人、智能制造相關(guān)領(lǐng)域

感興趣的讀者閱讀參考。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用/周斌斌，周蘇主編.—北京：中國

鐵道出版社有限公司，2022.1

“十四五”職業(yè)教育人工智能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)系列教材

ISBN978-7-113-28738-2

Ⅰ.①智…Ⅱ.①周…②周…Ⅲ.①智能機(jī)器人-職業(yè)教育-

教材Ⅳ.①TP242.6

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字（2021）第267049號

書名：智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用

作者：周斌斌?周?蘇

策劃：汪?敏編輯部電話：（010）51873628

責(zé)任編輯：汪?敏?包?寧

封面設(shè)計(jì)：鄭春鵬

責(zé)任校對：苗丹

責(zé)任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：河北寶昌佳彩印刷有限公司

版次：2022年1月第1版2022年1月第1次印刷

開本：787mm×1092mm1/16印張：16字?jǐn)?shù)：388千

書號：ISBN978-7-113-28738-2

定價(jià)：49.80元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報(bào)電話：（010）63549461

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前言

機(jī)器人學(xué)所追求的是偏重于綜合性的工程學(xué)科。也許正是這個(gè)原因，這個(gè)領(lǐng)域才

使許多人為之著迷。機(jī)器人學(xué)研究怎樣綜合運(yùn)用機(jī)械裝置、傳感器、驅(qū)動器和計(jì)算機(jī)

來實(shí)現(xiàn)人類某些方面的功能。顯然，它必然需要運(yùn)用各種“傳統(tǒng)”領(lǐng)域的研究思想。

在較高的層次上，人們把機(jī)器人學(xué)劃分為四個(gè)主要領(lǐng)域：機(jī)械操作、移動、機(jī)器視覺

和人工智能。

智能機(jī)器人具備形形色色的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器，如視覺、聽

覺、觸覺、嗅覺等。除具有感受器外，它還有效應(yīng)器作為作用于周圍環(huán)境的手段，類

似于人類的筋肉，可通過自整步電動機(jī)使機(jī)器人的手、腳、觸角等動起來。由此可

知，智能機(jī)器人至少要具備三個(gè)要素：感覺要素、反應(yīng)要素和思考要素。

甚至，智能機(jī)器人能夠理解人類語言，用人類語言同操作者對話，在它自身的“意

識”中單獨(dú)形成一種使它得以“生存”的外界環(huán)境。機(jī)器人能分析出現(xiàn)的情況，調(diào)整

自己的動作以達(dá)到操作者所提出的全部要求，能擬定所希望的動作，并在信息不充分

和環(huán)境迅速變化的條件下完成這些動作。

本書針對職業(yè)教育工業(yè)機(jī)器人/智能機(jī)器人、人工智能、智能制造等相關(guān)專業(yè)

學(xué)生的發(fā)展需求，較為系統(tǒng)、全面地介紹了機(jī)器人概述、工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、

服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人、智能機(jī)器人、智能飛行器、運(yùn)動學(xué)構(gòu)形與參數(shù)、機(jī)器人

體系結(jié)構(gòu)、傳感器與驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人視覺系統(tǒng)、機(jī)器人編程系

統(tǒng)、機(jī)器人安全與法律等，共14課，每課都提供了作業(yè)和研究性（小組）學(xué)習(xí)活

動。本書最后給出了各課作業(yè)的參考答案。

每課在編寫時(shí)做了以下安排：

（1）精選的導(dǎo)讀案例，以深入淺出的方式，引發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣；

（2）解釋基本原理，讓讀者切實(shí)理解和掌握機(jī)器人相關(guān)知識與應(yīng)用；

（3）淺顯易懂的案例，注重培養(yǎng)扎實(shí)的基本理論知識，重視培養(yǎng)學(xué)習(xí)方法；

（4）思維與實(shí)踐并進(jìn)，為學(xué)生提供自我評量的作業(yè)，讓學(xué)生自我建構(gòu)機(jī)器人的基

本觀念與技術(shù)；

（5）研究性學(xué)習(xí)，依托互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境完成精心設(shè)計(jì)的研究性小組活動或課程實(shí)踐

活動，以帶來真切的實(shí)踐體驗(yàn)。

■課程進(jìn)度安排

本課程的教學(xué)進(jìn)度設(shè)計(jì)見《課程教學(xué)進(jìn)度表》（見下表），供教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)

參考。

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智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用

課程教學(xué)進(jìn)度表

（20—20學(xué)年第學(xué)期）

課程號：課程名稱：智能機(jī)器人學(xué)分：2.5周學(xué)時(shí)：3

總學(xué)時(shí)：48（其中理論學(xué)時(shí)：34課外實(shí)踐學(xué)時(shí)：14）

主講教師：

校歷章節(jié)（或?qū)嵱?xùn)、習(xí)題課等）

序號學(xué)時(shí)教學(xué)方法課后作業(yè)布置

周次名稱與內(nèi)容

課程引言

113

第1課機(jī)器人概述

22第1課機(jī)器人概述2+1

33第2課工業(yè)機(jī)器人2+1

44第3課協(xié)作機(jī)器人2+1

55第4課服務(wù)機(jī)器人2+1

66第5課特種機(jī)器人2+1作業(yè)

77第6課智能機(jī)器人2+1

導(dǎo)讀案例研究性學(xué)習(xí)

88第7課智能飛行器2+1

第課運(yùn)動學(xué)構(gòu)形與參數(shù)

9982+1課文（課程實(shí)踐）

1010第9課機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)2+1

1111第10課傳感器與驅(qū)動系統(tǒng)2+1

1212第11課機(jī)器人控制技術(shù)2+1

1313第12課機(jī)器人視覺系統(tǒng)2+1

1414第13課機(jī)器人編程系統(tǒng)3

1515第13課機(jī)器人編程系統(tǒng)2+1

作業(yè)

1616第14課機(jī)器人安全與法律2+1

課程學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)總結(jié)

填表人（簽字）：日期：

系（教研室）主任（簽字）：日期：

■建議測評手段

本課程的教學(xué)評測可以從以下幾個(gè)方面入手：

（1）每課課前的【導(dǎo)讀案例】（14項(xiàng)）；

（2）結(jié)合每課的課后作業(yè)（四選一標(biāo)準(zhǔn)選擇題，14組）；

（3）結(jié)合每課的課后【研究性學(xué)習(xí)】（13項(xiàng)）；

（4）【課程學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)總結(jié)】（大作業(yè)，第14課）；

（5）平時(shí)學(xué)習(xí)考勤記錄；

（6）任課教師認(rèn)為必要的其他考核方法。

最后，綜合上述得分折算為本課程百分制成績。

本書特色鮮明、易讀易學(xué)，適合職業(yè)院校相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)，也適合對人工智能、

II

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前言

智能機(jī)器人、智能制造相關(guān)領(lǐng)域感興趣的讀者閱讀參考。

本書由周斌斌、周蘇任主編，王赟、劉婷任副主編，編寫過程中得到嘉興技師

學(xué)院、溫州商學(xué)院、嘉興市木星機(jī)器人科技有限公司、廣州慧谷動力科技有限公司、

江蘇匯博機(jī)器人技術(shù)股份有限公司、天津匯博智聯(lián)機(jī)器人技術(shù)有限公司、嘉興市萊

沃機(jī)器人科技有限公司、杭州第一技師學(xué)院、浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院、廣州市

工貿(mào)技師學(xué)院、浙江科博達(dá)工業(yè)有限公司、杭州匯萃智能科技有限公司等多所院校、

企業(yè)師生的支持，林志燦、郭鎧能、倪晨瑋、沈金強(qiáng)、胡勇杰、麥家明、原瑞彬、

周盼盼、吳炘翌、何木、崔海、章安福、楊曉斐、黃絨、浦建峰、黃進(jìn)等參與了本

書的部分編寫工作，在此一并表示感謝！

本書配套授課電子課件，需要的教師可登錄/51eds/免

費(fèi)注冊，審核通過后下載。

由于編者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。歡迎教師聯(lián)

系交流，E-mail：zhousu@；QQ：81505050。

周蘇

2021年10月于嘉興南湖

III

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目錄

第1課機(jī)器人概述..........................1第3課協(xié)作機(jī)器人........................33

1.1Robot名字的由來.................43.1人與機(jī)器的協(xié)作..................35

1.2機(jī)器人的發(fā)展........................43.1.1智能制造不同于自動化......36

1.2.1古代機(jī)器人........................53.1.2人機(jī)協(xié)作：工藝技術(shù).........37

1.2.2機(jī)器馬車...........................53.1.3人類和機(jī)器協(xié)同工作.........38

1.2.3人形機(jī)器人和達(dá)·芬奇3.1.4人機(jī)合作的四種方式.........39

騎士..................................63.1.5人機(jī)協(xié)作群體智能............40

1.2.4飛行機(jī)器人和音樂機(jī)器人....63.2協(xié)作機(jī)器人的定義...............40

1.2.5棋類機(jī)器人和早期的3.3協(xié)作機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人.....41

語言實(shí)驗(yàn)...........................73.4協(xié)作機(jī)器人安全設(shè)計(jì)............43

1.2.6寫字機(jī)器人........................83.5協(xié)同式專家系統(tǒng)..................44

1.2.7圖靈測試...........................93.6計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)............45

1.3機(jī)器人概述...........................93.6.1CIMS體系結(jié)構(gòu)................46

1.3.1機(jī)器人的定義.....................93.6.2CIMS技術(shù)構(gòu)成................46

1.3.2機(jī)器人三原則...................103.6.3CIMS發(fā)展趨勢................47

1.3.3機(jī)器人的分類....................11

第課服務(wù)機(jī)器人

1.4現(xiàn)代機(jī)器人.........................114........................52

1.4.1機(jī)器人的手......................124.1服務(wù)機(jī)器人簡介..................55

1.4.2機(jī)器人的眼睛...................134.1.1服務(wù)機(jī)器人發(fā)展歷程.........56

1.4.3機(jī)器識別物體...................144.1.2服務(wù)機(jī)器人的定義............56

4.1.3清洗機(jī)器人......................57

第2課工業(yè)機(jī)器人........................17

4.1.4機(jī)器人“演奏家”..............57

2.1工業(yè)機(jī)器人歷史..................224.1.5手術(shù)機(jī)器人......................57

2.1.1工業(yè)機(jī)器人的誕生............224.1.6醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人...............58

2.1.2工業(yè)創(chuàng)新和太空機(jī)器人.....234.2工業(yè)機(jī)器人與服務(wù)機(jī)器人的

2.1.3家庭機(jī)器人和旅居者區(qū)別...................................60

火星車

............................244.3建立服務(wù)機(jī)器人全球標(biāo)準(zhǔn)

2.1.4射波刀和愛寶機(jī)器狗.........25

.........................................60

2.1.5今天的機(jī)器人...................25

4.3.1服務(wù)型機(jī)器人前景廣闊.....61

2.2國產(chǎn)機(jī)器人發(fā)展..................26

4.3.2日本推動建立全球標(biāo)準(zhǔn).....61

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用

2.3..................274.42021服務(wù)機(jī)器人.................62

2.3.1工業(yè)機(jī)器人組成...............28

2.3.2工業(yè)機(jī)器人類型...............29第5課特種機(jī)器人........................68

工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢

2.3.3.........295.1特種機(jī)器人簡介..................71

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智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用

5.2機(jī)器人的可移動性...............727.2.1測繪與航拍無人機(jī)...........111

5.3典型特種機(jī)器人..................737.2.2通信中繼無人機(jī)..............111

5.3.1管道檢測機(jī)器人...............737.2.3長時(shí)留空與預(yù)警無人機(jī)....112

5.3.2水下機(jī)器人......................747.2.4智能軍用無人機(jī)..............112

5.3.3農(nóng)林機(jī)器人......................747.3無人機(jī)的構(gòu)造...................113

5.3.4消防機(jī)器人......................757.4無人機(jī)的工作原理.............115

5.3.5仿生機(jī)器人......................767.4.1垂直運(yùn)動........................115

5.3.6軍用機(jī)器人......................777.4.2俯仰與滾轉(zhuǎn)運(yùn)動..............116

5.3.7空間機(jī)器人......................787.4.3偏航運(yùn)動........................116

5.4四足仿生機(jī)器人..................797.4.4前后運(yùn)動........................116

5.4.1概念和優(yōu)勢......................797.5無人機(jī)的關(guān)鍵技術(shù).............116

5.4.2核心技術(shù).........................80

第8課運(yùn)動學(xué)構(gòu)形與參數(shù)...........120

5.52021仿生機(jī)器人.................81

8.1機(jī)器人和機(jī)械臂的區(qū)別.......126

第課智能機(jī)器人

6........................868.2機(jī)器人常用坐標(biāo)系.............127

6.1智能機(jī)器人簡介..................928.2.1關(guān)節(jié)坐標(biāo)系.....................127

6.1.1十大標(biāo)志性機(jī)器人............928.2.2直角坐標(biāo)系.....................127

6.1.2機(jī)器人的智能定義............928.2.3世界坐標(biāo)系和工具

6.1.3智能機(jī)器人三要素............92坐標(biāo)系...........................127

6.1.4智能機(jī)器人的不同形式.....938.2.4用戶坐標(biāo)系.....................128

6.2按智能對機(jī)器人分類............948.3運(yùn)動學(xué)基礎(chǔ).......................128

6.2.1工業(yè)機(jī)器人與人工智能.....948.3.1逆運(yùn)動學(xué)........................129

6.2.2初級智能.........................948.3.2動力學(xué)...........................129

6.2.3高級智能.........................958.3.3線性控制........................129

6.3智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)............958.4常用運(yùn)動學(xué)構(gòu)形................130

6.3.1多傳感器信息融合............958.4.1笛卡兒機(jī)械臂..................130

6.3.2導(dǎo)航與定位......................968.4.2關(guān)節(jié)型機(jī)械臂.................131

6.3.3路徑規(guī)劃.........................978.4.3SCARA機(jī)械臂................131

6.3.4機(jī)器人視覺......................978.4.4球面坐標(biāo)型機(jī)械臂...........132

6.3.5智能控制.........................988.4.5圓柱面坐標(biāo)型機(jī)械臂........132

6.3.6人機(jī)接口技術(shù)...................988.5機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù).......133

6.4智能機(jī)器人的發(fā)展...............998.6機(jī)器人常用材料................134

6.4.1人的意識與機(jī)器人模擬.....99

第課機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)

6.4.2使機(jī)器人更聰明..............1009...............137

9.1機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)................141

第7課智能飛行器......................103

9.1.1本體部分........................141

7.1無人駕駛飛行器................1069.1.2驅(qū)動裝置........................142

7.1.1百年前先驅(qū)探索..............1069.1.3直線傳動機(jī)構(gòu)..................143

7.1.2戰(zhàn)場上初露鋒芒..............1089.1.4旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)..................143

7.1.3新科技助力指令控制........1089.1.5傳感系統(tǒng)........................144

7.1.4現(xiàn)代戰(zhàn)爭中代替?zhèn)刹毂?...1099.1.6位置檢測........................144

7.1.5民用無人機(jī)迅猛發(fā)展........1099.1.7力檢測...........................144

7.2無人機(jī)的種類...................1119.2機(jī)器人交互系統(tǒng)................145

II

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目錄

9.3串聯(lián)機(jī)器人.......................14511.4.1普通I/O........................181

9.3.1串聯(lián)機(jī)器人的開環(huán)機(jī)構(gòu)....14611.4.2現(xiàn)場總線......................181

9.3.2PUMA機(jī)器人.................14611.4.3網(wǎng)絡(luò).............................182

9.3.3SCARA機(jī)器人................14711.5機(jī)器人電源技術(shù)...............182

9.3.4斯坦福機(jī)器人.................147

第12課機(jī)器人視覺系統(tǒng).............186

9.3.5平行連桿機(jī)器人..............148

9.4并聯(lián)機(jī)器人.......................14812.1機(jī)器人的視覺..................189

9.4.1多軸機(jī)器人.....................14912.1.1智能機(jī)器人的“眼”........189

9.4.2坐標(biāo)機(jī)器人.....................14912.1.2AI視覺讓機(jī)器人

9.4.3多自由度并聯(lián)機(jī)器人........150“睜開眼”.......................190

9.5串聯(lián)和并聯(lián)機(jī)器人的區(qū)別....15112.1.3了解機(jī)器視覺系統(tǒng).........190

12.2機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成...........191

第課傳感器與驅(qū)動系統(tǒng)

10.........15612.2.1視覺系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)......191

10.1機(jī)器人工作原理...............16012.2.2視覺系統(tǒng)的工作原理......192

10.2機(jī)器人感知系統(tǒng)..............16012.2.3視覺系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)......193

10.2.1機(jī)器人感覺分類............16112.3機(jī)器視覺應(yīng)用領(lǐng)域...........193

10.2.2傳感器綜述...................16212.3.1觸摸屏..........................193

10.2.3位置（位移）傳感器......16312.3.2平板顯示器...................193

10.2.4速度和加速度傳感器......16312.3.3激光加工......................193

10.2.5視覺與接近覺傳感器......16312.3.4太陽能板制造................194

10.2.6力/力矩傳感器.............16412.3.5半導(dǎo)體生產(chǎn)...................194

10.2.7碰撞傳感器...................16512.3.6機(jī)器人與工廠自動化......195

10.2.8聲覺傳感器...................16512.3.7智慧物流......................195

10.2.9聽覺傳感器...................16512.3.8OCR............................196

10.2.10觸覺與滑覺傳感器.......16512.4三維成像技術(shù)..................196

10.2.11其他傳感器.................16612.4.1三維成像方法................196

10.3多傳感器信息融合...........16612.4.2三維引導(dǎo)系統(tǒng)框架.........198

10.4機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)..............16712.4.3性能比較......................199

10.4.1液壓驅(qū)動系統(tǒng)................16712.5機(jī)器人視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)........199

10.4.2氣動驅(qū)動系統(tǒng)................167

第13課機(jī)器人編程系統(tǒng).............204

10.4.3電動驅(qū)動系統(tǒng)................168

10.4.4驅(qū)動系統(tǒng)選用原則.........16913.1可編程機(jī)器人三個(gè)

發(fā)展水平........................209

第11課機(jī)器人控制技術(shù).............173

13.1.1示教級編程...................210

11.1機(jī)器人控制系統(tǒng)...............17513.1.2動作級編程...................210

11.1.1控制器..........................17613.1.3任務(wù)級編程...................211

11.1.2位置控制......................17613.2機(jī)器人編程必要條件........211

11.1.3軌跡規(guī)劃......................17713.2.1世界模型......................211

11.1.4機(jī)器人示教原理.............17813.2.2運(yùn)動描述......................212

11.1.5硬件配置及結(jié)構(gòu)示意......17913.2.3操作流程......................213

11.2智能控制技術(shù)..................17913.2.4編程環(huán)境......................213

11.3人機(jī)接口技術(shù)..................18013.2.5傳感器融合...................213

11.4機(jī)器人通信技術(shù)...............18113.3機(jī)器人編程特殊問題........214

III

文前.indd32022/1/2016:36:25

智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用

13.3.1外部環(huán)境與內(nèi)部世界13.6.2避障與路徑優(yōu)化............222

模型.............................21413.6.3協(xié)同運(yùn)動自動規(guī)劃.........222

13.3.2程序前后相關(guān)性............214

第14課機(jī)器人安全與法律.........225

13.3.3錯(cuò)誤恢復(fù)......................215

13.4典型機(jī)器人編程語言........21614.1與機(jī)器人相關(guān)的安全........230

13.4.1C/C++語言...............21614.1.1機(jī)器人安全性能.............230

13.4.2Python.........................21614.1.2機(jī)器人行業(yè)安全規(guī)范......230

13.4.3Java............................21614.1.3系統(tǒng)性安全守則.............231

13.4.4MATLAB.......................21614.2機(jī)器人的倫理基礎(chǔ)...........232

13.5離線編程系統(tǒng)要點(diǎn)...........21714.2.1科技倫理是理性的產(chǎn)物...232

13.5.1離線系統(tǒng)概述................21714.2.2科技倫理的預(yù)見性

13.5.2用戶接口......................218和探索性......................233

13.5.3三維模型......................21914.2.3人工智能倫理的發(fā)展......233

13.5.4運(yùn)動仿真......................21914.3人工智能面臨的法律問題...235

13.5.5路徑規(guī)劃仿真................22014.3.1人格權(quán)保護(hù)...................235

13.5.6動力學(xué)仿真...................22014.3.2數(shù)據(jù)財(cái)產(chǎn)保護(hù)................236

13.5.7多過程仿真...................22014.3.3侵權(quán)責(zé)任認(rèn)定................236

13.5.8傳感器仿真...................22014.3.4機(jī)器人法律主體地位......236

13.5.9翻譯成目標(biāo)語言.............22014.4機(jī)器人的發(fā)展方向...........237

13.5.10工作站標(biāo)定.................221

作業(yè)參考答案...................................244

13.6離線編程的自動任務(wù)........221

13.6.1機(jī)器人自動布局.............221

參考文獻(xiàn)..........................................246

IV

文前.indd42022/1/2016:36:25

第1課

機(jī)器人概述

學(xué)習(xí)目標(biāo)

知識目標(biāo)

（1）熟悉機(jī)器人的發(fā)展歷史。

（2）熟悉機(jī)器人的定義，理解和掌握機(jī)器人三原則。

（3）熟悉現(xiàn)代機(jī)器人的手、眼睛與物體識別等基本結(jié)構(gòu)。

能力目標(biāo)

（1）掌握專業(yè)知識學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)閱讀、思考與研究的能力。

（2）具備“團(tuán)隊(duì)精神”，提高學(xué)習(xí)的組織和活動能力。

素質(zhì)目標(biāo)

（1）熱愛學(xué)習(xí)，勤于思考，掌握學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)能力。

（2）善于分析，培養(yǎng)關(guān)心技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的優(yōu)良品質(zhì)。

（3）體驗(yàn)、積累和提高“大國工匠”的專業(yè)素質(zhì)。

重點(diǎn)難點(diǎn)

（1）熟悉機(jī)器人發(fā)展和定義。

（2）理解和遵循機(jī)器人三原則。

導(dǎo)讀案例2021機(jī)器人“春晚”開幕

2021年9月10日，世界機(jī)器人大會在北京亦莊拉開帷幕。自2015年開始，世界機(jī)

器人大會迄今已成功舉辦過五次。它是國內(nèi)一年一度規(guī)模最大的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)頂級展會，也

是國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)風(fēng)向的集中展示。本次展會分為工業(yè)機(jī)器人+物流機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、

特種機(jī)器人三大展區(qū)，共有110余家企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的500多款產(chǎn)品參展。

仿生機(jī)器人是這次大會的一大亮點(diǎn)，不少企業(yè)都帶來了自己的四足仿生機(jī)器人。另外，

由于新冠肺炎疫情帶來的特殊需求，無人配送機(jī)器人的成長速度加快，不少為抗擊疫情服

務(wù)的機(jī)器人也應(yīng)運(yùn)而生。此外，各類國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人也在展示著自己的風(fēng)采（見圖1-1）。

這里，我們僅以多種類助力外骨骼機(jī)器人為例，從一個(gè)側(cè)面反映大會的盛況。

作為一種可穿戴的“機(jī)器人”，外骨骼在應(yīng)急救援、物資搬運(yùn)、康復(fù)醫(yī)療、戶外運(yùn)動等

多領(lǐng)域都發(fā)揮著獨(dú)特的作用。這次展會上，多家廠商帶來的多款外骨骼機(jī)器人設(shè)備值得一看。

1

正文.indd12022/1/2016:35:29

智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用

圖1-12021世界機(jī)器人大會展示的機(jī)器人

中電科帶來了三款外骨骼機(jī)器人，分別能夠提

供髖關(guān)節(jié)助力、下肢助力和上肢助力，既能夠?yàn)槭?/p>

用者提供搬運(yùn)助力，還能在使用者行走、奔跑、上

下坡等運(yùn)動中提供助力，減少體力消耗。據(jù)工作人

員介紹，其髖關(guān)節(jié)助力機(jī)器人（見圖1-2）自重僅

有不到4kg，穿戴簡單輕便，可以幫助搬運(yùn)者輕松

搬起20kg的重物。

深圳肯綮科技帶來了一款目前已經(jīng)量產(chǎn)銷售的

步行輔助機(jī)器人，其質(zhì)量僅有2.1kg，可以在人行

走、爬山、爬樓梯等運(yùn)動時(shí)提供助力。它還具有智圖1-2中電科髖關(guān)節(jié)助力外骨骼機(jī)器人

能意圖識別功能，能夠根據(jù)智能檢測穿戴者的意圖，做到隨走隨停。

大艾機(jī)器人帶來的是針對康復(fù)、助殘等領(lǐng)域的外骨骼機(jī)器人，它能夠利用AI控制技

術(shù)幫助肢體障礙的患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練（見圖1-3），其外部是一個(gè)輪椅的形狀，內(nèi)部則是

一副外骨骼機(jī)器人。當(dāng)患者站進(jìn)去固定好后，便可通過外骨骼模擬行走步態(tài)，帶動患者實(shí)

際行走，幫助患者重塑走路姿態(tài)，加速康復(fù)過程。

邁寶智能則在展會上展示了其用于軍工、應(yīng)急救援、物流搬運(yùn)、制造裝配等領(lǐng)域的機(jī)器人。

據(jù)現(xiàn)場工作人員介紹，利用助力外骨骼機(jī)器人，能夠在提高人們搬運(yùn)和負(fù)重能力的同

時(shí)保護(hù)腰背部肌肉，讓工作更有效率。另外，邁寶智能還專門針對應(yīng)急救援領(lǐng)域不同的特

點(diǎn)，開發(fā)了急救版、消防版等面向多個(gè)不同場景的助力外骨骼機(jī)器人，以適應(yīng)不同應(yīng)急需

求（見圖1-4）。

圖1-3艾家康復(fù)外骨骼機(jī)器人圖1-4邁寶外骨骼機(jī)器人

2

正文.indd22022/1/2016:35:30

第1課機(jī)器人概述

瀏覽整場世界機(jī)器人大會的展覽，可以發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)在大會上吸引無數(shù)人眼球的各類天

馬行空的機(jī)器人變少了，取而代之的是更多像送餐機(jī)器人、配送機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人、助

力外骨骼機(jī)器人等實(shí)用價(jià)值更強(qiáng)的機(jī)器人。

從這幾年世界機(jī)器人大會的變化可以看出，服務(wù)機(jī)器人正在成為人們生活中重要的組

成部分，從送餐機(jī)器人到配送機(jī)器人再到家庭服務(wù)機(jī)器人，針對不同場景的不同種類機(jī)器

人正在不斷增加，機(jī)器人的分類也越來越細(xì)化。對于機(jī)器人廠商來說，賽道正在往越來越

寬的方向發(fā)展。

另外，醫(yī)療、養(yǎng)老、助殘等領(lǐng)域也受到越來越多的關(guān)注。國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人廠商增多，

技術(shù)也在不斷進(jìn)步，隨著時(shí)間的推移，手術(shù)機(jī)器人在國內(nèi)的滲透率或?qū)⒃絹碓礁?，醫(yī)療會

更加便利。

整體上我們可以看到，國內(nèi)的機(jī)器人市場正在快速成長，隨之而來的是市場的不斷細(xì)

化。在這個(gè)過程中，各類機(jī)器人廠商要明確自身的優(yōu)勢和定位，深耕技術(shù)，才能更好地贏

取市場，在市場競爭中勝出。

資料來源：編者依據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料改寫。

閱讀上文，請思考、分析并簡單記錄：

（1）迄今世界機(jī)器人大會已經(jīng)成功舉辦過五次。請回溯了解前幾屆的世界機(jī)器人大會

相關(guān)報(bào)道，了解這項(xiàng)中國機(jī)器人發(fā)展的重要展會，并簡單記錄。

答：

（2）說是“世界機(jī)器人大會”，實(shí)際上它卻是國內(nèi)一年一度規(guī)模最大的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)頂

級展會。類似的還有世界互聯(lián)網(wǎng)大會，卻是永久落戶在中國浙江的烏鎮(zhèn)。對此，你的想法

是什么？

答：

（3）從文章中，你了解到本次盛會的最大亮點(diǎn)是什么？請進(jìn)一步搜索瀏覽相關(guān)報(bào)道，

簡單談?wù)勀愕目捶ā?/p>

答：

（4）請簡單記述你所知道的上一周內(nèi)發(fā)生的國際、國內(nèi)或者身邊的大事。

答：

3

正文.indd32022/1/2016:35:30

智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用

20世紀(jì)，人類取得了輝煌的成就，從量子理論、相對論的創(chuàng)立，原子能的應(yīng)用，脫

氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，到信息技術(shù)的騰飛，人類基因組工作草圖的繪就，世界科

技發(fā)生了深刻的變革。信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、海洋技術(shù)、航

空航天技術(shù)等都取得了重大突破，極大地提高了社會生產(chǎn)力。

??1.1???Robot名字的由來

1886年，法國作家利爾·亞當(dāng)在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機(jī)器起名為“安

德羅丁”（Android），它由四部分組成：

（1）生命系統(tǒng)（平衡、步行、發(fā)聲、身體擺動、感覺、表情、調(diào)節(jié)運(yùn)動等）；

（2）造型解質(zhì)（關(guān)節(jié)能自由運(yùn)動的金屬覆蓋體，一種盔甲）；

（3）人造肌肉（在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態(tài)）；

（4）人造皮膚（含有膚色、機(jī)理、輪廓、頭發(fā)、視覺、牙齒、手爪等）。

1920年捷克作家卡雷爾·恰佩克發(fā)表了科幻