《智能機(jī)器人學(xué)》課件-第1章 緒論

第1章

緒論主要內(nèi)容1.1機(jī)器人學(xué)的發(fā)展歷史1.2機(jī)器人的分類及系統(tǒng)組成1.3機(jī)器人學(xué)的研究核心與范疇1.4本章小結(jié)機(jī)器人的思想或概念由來已久，存在著許許多多的傳說和故事。定義：機(jī)器人是一種由計(jì)算機(jī)編程的，能夠自動執(zhí)行一系列復(fù)雜動作的機(jī)器。1.1機(jī)器人學(xué)的發(fā)展歷史早在春秋時代的古書《墨經(jīng)》中便能窺得其蹤跡，其中最為經(jīng)典的得數(shù)由竹子木材所制的魯班木鳥了（圖1-1）。1.1機(jī)器人學(xué)的發(fā)展歷史圖1-1魯班造木鳥人們自古以來都有創(chuàng)造的欲望，而其中最為特別的則是“機(jī)器人”：這是一種像人的物體，能夠像人一樣自主活動、自主思考、自主完成給定的工作，能夠替代人們完成日常勞動?！皺C(jī)器人”一詞盡管是一個新創(chuàng)造出來的詞語，但卻存在于多種不同的語言之中，這也從側(cè)面體現(xiàn)出了國內(nèi)外人們的共同渴望。1.1.1古代機(jī)器人傳說《列子·湯問》中，西周時期的周穆王接受了名為偃師的巧匠進(jìn)貢的歌舞木頭人偶，據(jù)記載這個人偶能歌善舞，恍如活人（圖1-2）。1.1.1古代機(jī)器人傳說圖1-2偃師獻(xiàn)偶人《后漢書·張衡傳》描述了一種用精銅制造的候風(fēng)地動儀，這是一種“測驗(yàn)地震之儀器也”的特別機(jī)器人，能夠預(yù)測地震的發(fā)生及方位。在三國蜀漢時期，臥龍諸葛亮為了提高人力糧食運(yùn)輸?shù)男?、克服路況崎嶇的問題，設(shè)計(jì)了一種名為“木牛流馬”的運(yùn)輸機(jī)器人（記載于《三國志·蜀志·諸葛亮傳》中）。1.1.1古代機(jī)器人傳說此外，猶如美國作家AdrienneMayor在《GodsandRobots》一書中所描述的，在國外的歷史及神話傳說中，也有著許許多多的機(jī)器人形象或故事：如古希臘時期的塔羅斯、代達(dá)洛斯的活雕像、皮格馬利翁的雕像等人造機(jī)械。1.1.1古代機(jī)器人傳說盡管這些神話故事或由于技術(shù)失傳或由于僅為民間傳說，其真?zhèn)卧缫央y以考究，但也反映了機(jī)器人或者可以自動完成某種操作的機(jī)械這一概念在人類心中早已生根發(fā)芽。1.1.1古代機(jī)器人傳說1.1.2早期機(jī)器人的發(fā)展近代的第一次工業(yè)革命中的蒸汽機(jī)把人們帶進(jìn)了“蒸汽機(jī)時代”，從動力來源上為人們在機(jī)器人上的創(chuàng)造及功能完善上提供了巨大推動力，人們的生產(chǎn)方式也由此發(fā)生了改變。人們渴望利用機(jī)器生產(chǎn)替代或輔助人工生產(chǎn)，以解放雙手，提高生產(chǎn)效率。由于蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，機(jī)器人的動力可以脫離人力，實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的自動化，各種自動機(jī)器人也應(yīng)運(yùn)而生。1.1.2早期機(jī)器人的發(fā)展在瑞士納切特爾市藝術(shù)和歷史博物館，保存著三臺與真人同大小的機(jī)器人，分別能夠?qū)崿F(xiàn)寫字、繪圖以及彈風(fēng)琴。這三臺國寶級機(jī)器人均為鐘表匠德洛斯父子三人在18世紀(jì)六七十年代借助凸輪控制及彈簧特性所共同打造。圖1-3繪圖機(jī)器人、風(fēng)琴演奏機(jī)器人和寫字機(jī)器人1.1.2早期機(jī)器人的發(fā)展幾乎在同一時期，德國梅林作出了“巨龍格雷梅”這一巨型人偶。各種新型的自動機(jī)圖形也經(jīng)由日本的物理學(xué)家細(xì)川半蔵的手誕生。1.1.2早期機(jī)器人的發(fā)展法國發(fā)明家約瑟夫·瑪麗·雅卡爾所制作的紡織機(jī)以其可編程性而聞名，這是世界上第一臺圖案可設(shè)計(jì)的織布機(jī)（如圖1-4），為后來的計(jì)算機(jī)的發(fā)展有著啟發(fā)性的作用。圖1-4約瑟夫·瑪麗·雅卡爾和織布機(jī)1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展在工業(yè)革命的推動下，各種機(jī)器人相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)迅猛發(fā)展，機(jī)器人的功能及定位逐漸成型。捷克斯洛伐克的知名科幻作家卡雷爾·恰佩克（1920）在其小說《羅薩姆的機(jī)器人萬能公司》中首次使用了“Robot”（機(jī)器人）這個單詞，隨后被人們接受并沿用至今。1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展西屋電氣公司（WestinghouseElectricCorporation）在二十世紀(jì)初制造了第一臺家用機(jī)器人Elektro（如圖1-5所示）該機(jī)器人通過電纜供電并控制，能夠說出一些簡單的單詞也能夠行走。圖1-5Elektro機(jī)器人1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展圖靈獎獲得者、人工智能之父馬文·明斯基（MarvinLeeMinsky）在1954年的達(dá)特茅斯會議上第一次提出并定義了人工智能（ArtificialIntelligence）一詞，為往后機(jī)器人的發(fā)展指明了方向，使機(jī)器人朝著智能化、自動化的方向前進(jìn)。1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展美國發(fā)明家喬治·德沃爾申請了第一項(xiàng)機(jī)器人專利——可編程的用于移動物體的設(shè)備（ProgrammedArticleTransfer）。隨后與工業(yè)機(jī)器人之父約瑟夫·恩格爾伯格合作創(chuàng)立了世界上第一家機(jī)器人公司Unimation并研制出了第一臺工業(yè)機(jī)器人（圖1-6）。圖1-6第一臺工業(yè)機(jī)器人1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展這是一個龐大而笨重的機(jī)械手臂，能夠自動完成簡單的搬運(yùn)任務(wù)。隨后這臺機(jī)器人被應(yīng)用到汽車生產(chǎn)線上，用于將鑄件中的零件取出。這臺由計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人的誕生打開了工業(yè)生產(chǎn)新世界的大門。1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展二十世紀(jì)六十年代，傳感器的出現(xiàn)個機(jī)器人智能化提供了新的設(shè)計(jì)思路。機(jī)器人在設(shè)計(jì)過程中被安裝上各種各樣的傳感器，以模仿、替代人類眼、耳、鼻、口、手的看、聽、聞、言、觸等功能。并由此產(chǎn)生一些列具有“感覺”功能的機(jī)器人。1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展恩斯特在機(jī)器人上添加了觸覺傳感器；托莫維奇和博尼使用壓力傳感器設(shè)計(jì)出了世界上第一臺“靈巧手”；視覺傳感器加入到機(jī)器人的設(shè)計(jì)則是由麥卡錫在1963年完成。在此基礎(chǔ)上，麻省理工學(xué)院（MassachusettsInstituteofTechnology，MIT）在1964年推出了世界上首個能夠利用視覺傳感器進(jìn)行積木識別與定位的機(jī)器人。1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展在1968年，美國斯坦福研究所成功開發(fā)出世界第一臺智能機(jī)器人機(jī)器人Shakey，如圖1-7所示。能夠根據(jù)要求識別并抓取對應(yīng)的積木，這代表著人類對于機(jī)器人的研究跨入了第三世代——智能機(jī)器人時代。圖1-7機(jī)器人Shakey1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展Unimation公司隨后推出的通用工業(yè)機(jī)器人（PUMA），如圖1-8所示，它被應(yīng)用于通用汽車裝配線，這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟。該機(jī)械臂至今仍然工作在工廠第一線。一些大學(xué)還用Puma系列的工業(yè)機(jī)器人作為教具。圖1-8PUMA機(jī)器人1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展1984年的移動機(jī)器人MORO能夠沿著埋在地板中的線纜移動，是第一個結(jié)合有線移動平臺的機(jī)器臂原型（如圖1-9所示），通常被應(yīng)用于高自動化潔凈間進(jìn)行自動裝載和卸載貨物或設(shè)備。圖1-9MORO系列機(jī)器人1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展日本的加藤一郎研發(fā)人形機(jī)器人（如圖1-10所示），推動著世界在人形機(jī)器人上的發(fā)展，因此他也被稱為“人形機(jī)器人之父”。圖1-10Asimo機(jī)器人1.1.3近代機(jī)器人的發(fā)展目前的機(jī)器人為了應(yīng)對不同的工作場合和任務(wù)內(nèi)容形成了各種各樣的種類以及千變?nèi)f化的外形，在人們生活生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中為人類減輕負(fù)擔(dān)、提高效率。但是已有的機(jī)器人的智能化水平仍需提高，需要實(shí)現(xiàn)從給定指令的控制方式到自主判斷的控制方式之間的跨越。1.1.4未來機(jī)器人的展望機(jī)器人技術(shù)任然具有很強(qiáng)前瞻性以及開拓性，隨著人工智能時代的到來，以及智能識別算法、高精度復(fù)合傳感器、新型儲能材料等基礎(chǔ)技術(shù)的飛快發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的終點(diǎn)遠(yuǎn)不止于此，機(jī)器人技術(shù)將朝著更加擬人化、智能化、自動化的方向發(fā)展。機(jī)器人經(jīng)過不斷的發(fā)展演化，它們形成了不同功能及結(jié)構(gòu)的機(jī)器人個體，同時它們具有共同的系統(tǒng)組成架構(gòu)。本節(jié)將分別介紹機(jī)器人的常用分類方式以及機(jī)器人的一般系統(tǒng)組成框架。1.2機(jī)器人的分類及系統(tǒng)組成1.2.1機(jī)器人的分類機(jī)器人種類繁多，形態(tài)各異，機(jī)器人的分類可以按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)不一樣的分類結(jié)果。目前比較常見的分類標(biāo)準(zhǔn)包括按機(jī)器人功能分類、按機(jī)器人控制方式分類、按機(jī)器人應(yīng)用環(huán)境分類以及按機(jī)器人的移動性能程度分類。機(jī)器人的分類按功能分類按控制方式分類按應(yīng)用環(huán)境分類按移動性分類順序型沿軌跡作業(yè)型遠(yuǎn)距作業(yè)型智能型操作型程控型示教再現(xiàn)型數(shù)控型感覺控制型適應(yīng)學(xué)習(xí)型智能機(jī)器人工業(yè)型服務(wù)型水下型娛樂型軍用型農(nóng)業(yè)型其他應(yīng)用環(huán)境固定型半移動型移動型圖1-11不同分類標(biāo)準(zhǔn)下的機(jī)器人分類1.2.1機(jī)器人的分類1.2.1機(jī)器人的分類順序型機(jī)器人：根據(jù)編好的程序按照一定先后順序進(jìn)行一系列任務(wù)動作，常見于工業(yè)生產(chǎn)流水線。沿軌跡作業(yè)型機(jī)器人：主要控制重點(diǎn)在于其末端，包括位置和姿態(tài)控制，非末端結(jié)構(gòu)的運(yùn)動自動配合機(jī)器人的末端任務(wù)，如焊接機(jī)器人或噴漆機(jī)器人等。遠(yuǎn)距作業(yè)型機(jī)器人：用于超遠(yuǎn)距離作業(yè)，要求具有較好的自動決策能力，比如發(fā)射到月球或火星上的探索機(jī)器人。智能型機(jī)器人：擁有自主的感知能力，能夠適應(yīng)周圍環(huán)境，這類機(jī)器人通常還具有與人自然交互的功能，能夠用于生活生產(chǎn)中的方方面面。1.按功能分類1.2.1機(jī)器人的分類操作型機(jī)器人：可以多次進(jìn)行代碼編程以實(shí)現(xiàn)自動控制，同時具備多個不同功能，通過編排組合，一般用以實(shí)現(xiàn)簡單的自動化過程。程控型機(jī)器人：其運(yùn)動過程是通過預(yù)先設(shè)計(jì)好的機(jī)械聯(lián)動，根據(jù)一定的觸發(fā)條件和順序運(yùn)動，能夠連續(xù)完成所設(shè)計(jì)的機(jī)械動作。示教再現(xiàn)型機(jī)器人：以教學(xué)引導(dǎo)的形式，讓機(jī)器人在多次重復(fù)的教學(xué)中學(xué)習(xí)，最后能夠達(dá)到自動完成所教學(xué)的動作。數(shù)控型機(jī)器人：這種控制方式是通過導(dǎo)入機(jī)器人執(zhí)行器的數(shù)值數(shù)據(jù)，然后機(jī)器人按照所導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動。2.按控制方式分類1.2.1機(jī)器人的分類感覺控制型機(jī)器人：機(jī)器人上的傳感器會獲取環(huán)境信息并利用事先編程好的代碼進(jìn)行運(yùn)算，然后將結(jié)果傳輸給機(jī)器人的執(zhí)行器來控制機(jī)器人。適應(yīng)學(xué)習(xí)型機(jī)器人：擁有一定的學(xué)習(xí)能力和較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，會自主對周圍環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)以及適應(yīng)，做出最適合周圍環(huán)境及自身任務(wù)的最優(yōu)控制操作。智能機(jī)器人：指能夠如人一般自主思考自主判斷并權(quán)衡利益后行動的機(jī)器人，這也是機(jī)器人的最終形態(tài)之一。2.按控制方式分類1.2.1機(jī)器人的分類服務(wù)機(jī)器人娛樂機(jī)器人軍用機(jī)器人水下機(jī)器人農(nóng)業(yè)機(jī)器人3.按應(yīng)用環(huán)境分類工業(yè)行機(jī)器人：用于工業(yè)領(lǐng)域協(xié)助產(chǎn)品生產(chǎn)的搬運(yùn)機(jī)器人、流水線作業(yè)機(jī)器人等特種機(jī)器人1.2.1機(jī)器人的分類4.按移動性分類固定機(jī)器人：自身無法移動，需要通過傳送帶或人為操作將目標(biāo)物體移動至機(jī)器人的有效工作點(diǎn)上，例如金屬焊接機(jī)器人、業(yè)務(wù)咨詢機(jī)器人等。半移動型機(jī)器人：這類機(jī)器人通常由固定的底盤和操作臂組成，能夠在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，具有一定的工作空間以及較為明確的可達(dá)范圍。移動型機(jī)器人：由可移動底盤和操作臂組成，能夠大范圍整機(jī)移動，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)搬運(yùn)、引導(dǎo)等大范圍作業(yè)的功能。1.2.2機(jī)器人的系統(tǒng)組成機(jī)器人系統(tǒng)一般由機(jī)械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)這三個子系統(tǒng)組成，其信息關(guān)系如圖1-12所示?？刂葡到y(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)傳感系統(tǒng)外部環(huán)境內(nèi)部狀態(tài)信息外部狀態(tài)信息信息傳遞執(zhí)行動作改變外部信息傳遞控制信息圖1-12機(jī)器人系統(tǒng)信息關(guān)系圖1.2.2機(jī)器人的系統(tǒng)組成1.機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)一般負(fù)責(zé)動力的傳輸，包括實(shí)現(xiàn)動力輸出電機(jī)等驅(qū)動裝置；進(jìn)行動力速度放縮的變速器；傳遞動力的鏈條、齒輪等傳動機(jī)構(gòu)；改變動力作用方向的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)；用于動力輸出的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，例如用于抓取的末端執(zhí)行器或端拾器以及用于推進(jìn)機(jī)器人運(yùn)動的腿、腳、輪等移動機(jī)構(gòu)。1.2.2機(jī)器人的系統(tǒng)組成2.傳感系統(tǒng)機(jī)器人的傳感系統(tǒng)可以分為：內(nèi)部傳感器：讀取自身狀態(tài)或信息；外部傳感器：捕捉外部環(huán)境信息、感知外部環(huán)境狀態(tài)。內(nèi)部傳感器包括加速度計(jì)、陀螺儀、編碼器等；而外部傳感器主要包括攝像頭、麥克風(fēng)、溫度傳感器等。1.2.2機(jī)器人的系統(tǒng)組成3.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)相當(dāng)于機(jī)器人系統(tǒng)的大腦，其主要功能包括：接收并整合傳感器信息；決策并發(fā)出控制指令。其中的觸發(fā)條件、決策準(zhǔn)則則是人為事先編寫好的執(zhí)行代碼或?qū)W習(xí)算法，機(jī)器人將傳感器采集到的信息傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的內(nèi)、外部信息決定下一步的行動，從而將行動指令傳遞給各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.2.2機(jī)器人的系統(tǒng)組成3.控制系統(tǒng)一般來講，設(shè)計(jì)方法以及對一個設(shè)計(jì)的評價都是設(shè)計(jì)的局部問題。很難用一些固定的設(shè)計(jì)規(guī)則來對設(shè)計(jì)方法的選擇進(jìn)行限制。由于工程設(shè)計(jì)中涉及的工程規(guī)則非常廣泛，所以需把主要精力放在操作臂本身的設(shè)計(jì)上。在操作臂設(shè)計(jì)的過程中，首先需要考慮那些可能對設(shè)計(jì)影響最大的因素，然后再考慮其他細(xì)節(jié)問題。當(dāng)然，操作臂設(shè)計(jì)是一個反復(fù)的過程。有時，在進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的過程中會出現(xiàn)一些問題，這時必須對前面上層設(shè)計(jì)中的方案進(jìn)行重新考慮。1.2.3工業(yè)機(jī)器人核心零部件工業(yè)機(jī)器人的核心零部件主要包含減速器、控制器和伺服電機(jī)，這三大件直接決定了工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)成本以及工作性能。1.2.3工業(yè)機(jī)器人核心零部件1.減速器減速器：一種將高轉(zhuǎn)速小扭矩的輸入動力轉(zhuǎn)化低轉(zhuǎn)速大扭矩的輸出動力的傳動設(shè)備。具體而言，就是把電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其它動力輸出設(shè)備所輸出的高轉(zhuǎn)速動力，通過減速器中的齒輪傳動并減速，其中大小齒輪的齒數(shù)之比也被稱為傳動比。1.2.3工業(yè)機(jī)器人核心零部件1.減速器減速器能夠用于降低轉(zhuǎn)速、增加轉(zhuǎn)矩、提高輸出端的控制精度的精密機(jī)械。降低轉(zhuǎn)速的減速器也能夠提高輸出端的控制精度，在重復(fù)執(zhí)行相同的動作的工藝中，為了確保產(chǎn)品質(zhì)量，工業(yè)機(jī)器人通常需要高定位精度和高重復(fù)定位精度，因此減速器是一個非常重要的核心部件。1.2.3工業(yè)機(jī)器人核心零部件減速器劃分方式多樣，其中最為主流的劃分方法是按照結(jié)構(gòu)不同來劃分：諧波齒輪減速器；擺線針輪行星減速器；RV減速器；精密行星減速器；濾波齒輪減速器。其中，RV減速器和諧波減速器是工業(yè)機(jī)器人最主流的精密減速器，如圖1-13、1-14所示。圖1-13RV減速器圖1-14諧波減速器1.2.3工業(yè)機(jī)器人核心零部件2.控制器控制器是工業(yè)機(jī)器人的核心之一，相當(dāng)于機(jī)器人的大腦，它決定了機(jī)器人的“智商”，也即是智能程度。它在一定程度上決定了工業(yè)機(jī)器人的性能優(yōu)劣。工業(yè)機(jī)器人控制器根據(jù)其處理結(jié)構(gòu)可以分為串行結(jié)構(gòu)處理控制器和并行結(jié)構(gòu)處理控制器兩種類型。圖1-15工業(yè)控制器1.2.3工業(yè)機(jī)器人核心零部件2.控制器串行處理結(jié)構(gòu)：工業(yè)機(jī)器人按照順序逐條進(jìn)行算法的判斷與執(zhí)行，其硬件為串行處理機(jī)，其中包括：單CPU結(jié)構(gòu)串行處理機(jī)；二級CPU結(jié)構(gòu)串行處理機(jī)；多CPU結(jié)構(gòu)串行處理機(jī)。1.2.3工業(yè)機(jī)器人核心零部件2.控制器串行處理結(jié)構(gòu)：單CPU結(jié)構(gòu)處理機(jī)的控制方式被稱為集中控制，由于其計(jì)算速度較慢，已經(jīng)被逐步替代；二級CPU結(jié)構(gòu)處理機(jī)的控制方式被稱為主從控制，能夠同時完成坐標(biāo)變換、軌跡插補(bǔ)以及數(shù)據(jù)輸送功能；多CPU結(jié)構(gòu)處理機(jī)的控制方式也被稱為分布式控制，這種控制結(jié)構(gòu)在計(jì)算速度和控制性能上均具備較大優(yōu)勢，目前大多的工業(yè)機(jī)器人控制器均采用這種控制方式。1.2.3工業(yè)機(jī)器人核心零部件2.控制器并行處理結(jié)構(gòu)：是采用具有并行運(yùn)算功能的系統(tǒng)作為決策核心。這種控制方式能夠有效提高控制過程中的計(jì)算速度，使工業(yè)機(jī)器人獲得更加實(shí)時的控制效果。1.2.3工業(yè)機(jī)器人核心零部件3.伺服電機(jī)伺服電機(jī)是一種速度可控、位置精度很高、響應(yīng)速度快的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行所接收到的控制信號。為了實(shí)現(xiàn)高精度快響應(yīng)的控制性能，電機(jī)內(nèi)部被嵌入了具有預(yù)測控制效果的閉環(huán)優(yōu)化控制算法，以實(shí)現(xiàn)對其電流環(huán)進(jìn)行直接調(diào)控，提高控制的穩(wěn)定性與及時性。圖1-16伺服電機(jī)1.2.3工業(yè)機(jī)器人核心零部件3.伺服電機(jī)一般的伺服電機(jī)除了電動機(jī)外還會包含有伺服控制元件和位置傳感器。伺服控制元件主要包括：電液伺服閥、電液比例閥、高速開關(guān)閥等；位置傳感器主要包括：電位計(jì)、光碼盤、旋轉(zhuǎn)變壓器等。1.3機(jī)器人學(xué)的研究核心與范疇當(dāng)今的學(xué)術(shù)圈中，機(jī)器人學(xué)專家們所公認(rèn)的四個核心領(lǐng)域包括：硬件構(gòu)建及控制：是機(jī)器人系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)，決定其行動力；信息感知：機(jī)器人利用傳感器感知和理解外部信息及狀態(tài)；自我學(xué)習(xí)：機(jī)器人系統(tǒng)能夠從給定數(shù)據(jù)集中獲取模型的能力；人機(jī)交互：機(jī)器人與人類之間的自然互動。1.3.1機(jī)器人的硬件模塊及感知模塊機(jī)器人以嵌入式為控制基礎(chǔ)，由電池提供能源，具備感知取物、自動導(dǎo)航、安全保護(hù)、路徑規(guī)劃等功能。對于機(jī)器人來說，其硬件模塊與感知模塊（傳感器）是密不可分的，其主要的研究分別集中在機(jī)械結(jié)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電機(jī)）的設(shè)計(jì)與控制與傳感器的設(shè)計(jì)與信號處理上。1.3.1機(jī)器人的硬件模塊及感知模塊例如一個全自動草坪修剪機(jī)器人，其設(shè)備所需器件包括：輪轂電機(jī)、轉(zhuǎn)速/角傳感器、攝頭、GPS模塊、慣導(dǎo)模塊、驅(qū)動電機(jī)等，其中的輪轂電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)就屬于硬件設(shè)備，而轉(zhuǎn)速/角傳感器、攝像頭、GPS模塊、慣導(dǎo)模塊則屬于感知模塊，也就是其傳感器。1.3.1機(jī)器人的硬件模塊及感知模塊此外，在機(jī)器人電機(jī)研究領(lǐng)域，由于機(jī)器人運(yùn)動過程中關(guān)節(jié)電機(jī)的工作特性，針對某一應(yīng)用的性能需求，需要對電機(jī)進(jìn)行對應(yīng)的參數(shù)設(shè)計(jì)。1.3.2機(jī)器人中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法機(jī)器人的機(jī)器學(xué)習(xí)算法多種多樣，一般可根據(jù)其思想類別將其分為5類：符號主義、聯(lián)結(jié)主義、進(jìn)化主義、貝葉斯主義和類推主義。思想類別代表性算法設(shè)計(jì)思路/靈感來源符號主義決策樹模擬人類判斷的過程，將事務(wù)進(jìn)行“是否”或“好壞”這樣的判別聯(lián)結(jié)主義人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬大腦神經(jīng)元相互之間的信息傳遞進(jìn)化主義遺傳算法受啟發(fā)于自然界中的遺傳學(xué)規(guī)律貝葉斯主義樸素貝葉斯算法源于統(tǒng)計(jì)學(xué)的貝葉斯定理類推主義支持向量機(jī)源自于統(tǒng)計(jì)學(xué)的二元分類理論表1-15種思想類別的機(jī)器學(xué)習(xí)算法1.3.2機(jī)器人中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法1.基于符號主義的機(jī)器學(xué)習(xí)算法決策樹（DecisionTree）是基于符號主義的機(jī)器學(xué)習(xí)算法的代表性算法。它的設(shè)計(jì)思路是模擬人類判斷的過程，將事務(wù)進(jìn)行“是否”或“好壞”這樣的判別，由這些二分類的單元組成了樹狀結(jié)構(gòu)的二叉樹結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中，通常包含根節(jié)點(diǎn)、過程節(jié)點(diǎn)以及相應(yīng)的葉節(jié)點(diǎn)組成。1.3.2機(jī)器人中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法2.基于聯(lián)結(jié)主義的機(jī)器學(xué)習(xí)算法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNet?works，ANN）是基于聯(lián)結(jié)主義的機(jī)器學(xué)習(xí)算法中的代表性算法。這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由多個神經(jīng)元所組成。最常見的神經(jīng)元模型為M-P神經(jīng)元模型，這些神經(jīng)元以全連接或部分連接的方式進(jìn)行相互之間的信息傳遞，當(dāng)一個神經(jīng)元接收到其他神經(jīng)元的信號時，根據(jù)其神經(jīng)元結(jié)構(gòu)中的激活