第七章补充学习资料_智能机器人及其应用

智能机器人及其应用主要内容什么是机器人机器人的发展历史机器人的发展趋势机器人的分类机器人的优缺点机器人的组成机器人涉及的技术机器人应用什么是机器人（Robot）机器人问世已有几十年，但对“什么是机器人”这一问题一直没有统一的意见原因之一：机器人学科一直处在不断发展之中，机器人的内涵不断丰富原因之二：机器人涉及到了人的概念，因此“什么是机器人”就成为一个难以回答的哲学问题正是由于机器人定义的模糊，人们才会有充分的想象和创造空间，创造出了各种各样、各种用途的机器人挂在多用车或牵引车上的起重机常规的机器人操作手比较相同点：都具有许多连杆，这些连杆通过关节依次连接，由驱动器驱动不同点：起重机由人控制驱动器。机器人操作手由计算机编程控制机器人操作机在美国标准中，只有易于再编程的装置才认为是机器人。因此，手动装置或固定操作顺序机器装置都不认为是机器人什么是机器人（Robot）日本（1967年日本召开第一届机器人学术会议，提出两个观点）森政弘、合田周平2人提出：•机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器加藤一郎提出：（长期致力于研究仿人机器人，被誉为仿人机器人之父）•具有如下3个条件的机器•具有脑、手、脚等三要素的个体→手作业，脚移动，脑指挥•具有非接触传感器（如用眼、耳接受信息）和接触传感器→五官•具有平衡觉和固有觉的传感器→感知本身状态什么是机器人（Robot）美国美国机器人协会（RIA-RobotInstituteofAmerica)•机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手（Manipulator）美国国家标准局（NSB-NationalBureauofStandards）•一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置什么是机器人（Robot）中国机器人是一种自动化的机器这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，例如:•感知能力•规划能力•动作能力•协同能力……什么是机器人（Robot）国际标准化组织对工业机器人的定义机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务机器人能力的评价标准包括：智能---指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能----指变通性、通用性或空间占有性等；物理能---指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。节省劳动力搬运机器人、清扫机器人、喷漆机器人、……进行极限作业空间机器人、海底机器人、救援机器人、……与人协调作业，用于医疗、福利外科手术机器人、智能轮椅……供人娱乐→机器宠物机器狗、机器猫、……什么是机器人（Robot）机器人的发展历史1920年，捷克作家卡雷尔·卡佩克在科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》中定义了“robota”1954年，George开发出第一台可编程机器人1962年，Unimation公司成立，制造出了最早的工业机器人，第一位用户是GM（美国通用机械公司）1964年，MIT，StanfordUniversity（麻省理工学院，斯坦福大学）等成立人工智能研究所1965年，CarnegieMellonUniversity（卡内基梅隆大学）建立机器人研究所1967年，Unimation公司的第一台喷涂用机器人出口到日本1968年，第一台智能机器人Shakey（沙基）在斯坦福研究所(SRI-StanfordResearchInstitute)诞生Shakey能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务(如寻找木箱并将其推到指定目的位置)Shakey装备了电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电机以及编码器，并通过无线通讯系统由二台计算机控制机器人的发展历史1978年，世界上第一台PUMA工业机器人由Unimation装运到GM公司PUMA机器人具有传动精度高、结构小巧紧凑、重量轻、工作范围大、适应性广等优点，广泛用于医药、食品、电子、机器等行业，从事包装、材料送，以及小型机电元件的装配、搬运、喷涂、机器加载、实验、检查等工作PUMA标志着工业机器人技术已经成熟，直到现在，工业机器人的机械传动、驱动、控制结构、编程语言均与其无本质差别机器人的发展历史用6个自由度的并联机构控制机器人动作IBM7565在1983年制造，由IBMSystem/1计算机控制，用于电子、汽车、航空航天、电器的灵活生产。操作者可以通过键盘/显示器或可编程控制盘（位于机械手的左上角）进行编程。7565程序用AML（制造语言）编程，AML是一个强大的、易于使用的编程语言，由IBM研究人员专门为机器人应用开发。机器人的发展历史80年代开始，各种机器人公司陆续成立，并不断出现兼并和调整1983年，美国开始将机器人学列入教学计划1994年，CMU（卡内基梅隆大学）利用Dante机器人探测Alaskaspurr（阿拉斯加-斯珀尔）火山采集火山气体样本机器人的发展历史1995年，美国IntuitiveSurgical公司（医疗器械的王牌公式）推出外科手术机器人达芬奇牌手术系统（外科手术机器人）可以极大程度地解放外科医生，通过微控操作、视觉成像等多种新技术最大程度地减少病患痛苦，降低失败几率机器人的发展历史1997年，NASA（美国国家航空航天局）火星探险计划成功实施探路者（Explorer）在火星上软着陆，索杰纳(Sojourner-旅行者)火星车将所拍摄照片发回地球索杰纳是在火星上真正从事科学考察工作的第一台机器人车辆，它是一辆自主式的机器人车辆，同时又可从地面对它进行遥控。机器人的发展历史索杰纳(Sojourner)火星车1997年，Honda推出人形机器人P31999年，日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO),当即销售一空,从此娱乐机器人成为机器人迈进普通家庭的途径之一机器人的发展历史2000年，Honda推出第二代人形机器人Asimo,Sony推出人形机器人QiroAsimo（阿西莫）会拉提琴,曾经登台指挥交响乐团Qrio的名字源于“QuestforCuriosity”，是一款集科技与娱乐于一身的梦幻机器人。身高54cm，重5kg，可以跳舞打拳机器人的发展历史2001年，加拿大MD机器人公司建造的“空间站远程操纵系统”（又称“加拿大手”）发射进入太空轨道在空间站的周围搬运设备和补给，帮助宇航员在太空中工作，在空间站上安装设备和其它载荷机器人的发展历史2013年，中国首辆月球车玉兔号成功登陆月球参阅百度百科-玉兔号机器人的发展历史成功着陆模型机器人发展趋势用于制造生产线结构化环境下规则工作具有简单智能的工业机器人工程、社会服务、人类生活等各个领域适应非结构环境下的各种灵活需求具有综合和集成能力的智能机器人功能工作环境智能程度现状发展趋势与愿景美国卡内基梅隆大学的科学家预测：未来的机器人将使目前信息科技革命的贡献相形见绌，机器人市场将超越其它信息产业，成为全球最大的工业七大发展趋势语言交流功能越来越完美各种动作的完美化外形越来越酷似人类复原（故障修复）功能越来越强大体内能量储存越来越大逻辑分析能力越来越强具备越来越多样化功能机器人发展趋势机器人的分类按所替代的人体器官分类按智能水平分类按机器人的应用分类常用的三种分类方法：分类1——按所替代的人体器官分类操作机器人---手移动机器人---腿视觉机器人---眼听觉机器人---耳操作机器人机械臂——相当于手臂机械手——相当于手指移动机器人轮式：独轮、两轮、三轮、四轮、六轮等腿式：两足、多足履带式视觉机器人产品检测人脸检测人脸识别物体识别……分类2——按智能水平分类分类名称简要解释人工操作装置有几个自由度，有操作员操纵，能实现若干预定的功能固定顺序机器人按预定的不变顺序及条件，依次控制机器人的机械动作可变顺序机器人按预定的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。但顺序和条件可作适当改变示教再现型机器人通过手动或其它方式，先引导机器人动作，记录下工作程序，机器人则自动重复进行作业数控型机器人不必引导机器人动作，通过数值、语言等为机器人提供运动程序，能进行可编程伺服控制感知型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作，机器人对环境有一定的适应性。如拣蛋机器人智能机器人机器人具有感知和理解外部环境的能力，即使环境发生变化，也能够成功的完成任务。如火星探测车第一代第二代第三代分类3——按机器人的应用分类工业机器人特种机器人服务机器人娱乐机器人军用机器人医用机器人空间机器人水下机器人农业机器人……机器人的优缺点提高生产率、安全性、效率、产品质量和产品一致性可以在危险或者不良的环境下工作可以不知疲倦、不知厌烦的持续工作(3D)Dirty,Dull,Dangerous（脏、枯燥、危险环境）除了发生故障或磨损外，始终如一的保持精确度具有比人高很多的精确度具有某些人类所不具有的能力可以同时响应多个激励或处理多项任务优点：机器人的优缺点缺点：带来经济和社会问题。如工人失业，情绪上的不满与怨恨等缺乏应急能力，一切按程序执行在很多方面具有局限性。如自由度、灵巧度、传感器能力、视觉系统、实时响应费用开销大。如原始的设备费、安装费、需要周边设备、需要培训、需要编程2015.4.16，省内外媒体对佛山机器人产业报道：目前佛山开展机器人应用的企业约120家，应用机器人总数超过3500台，预计未来三年佛山企业对机器人的需求可达2万～3万台机器人的组成机械手或移动车：机器人的主体部分末端执行器：用来抓取物体驱动器：是机械人的“肌肉”传感器：收集机器人内部状态信息或用来与外部环境进行通信控制器：从计算机获取数据，控制驱动器的动作，并与传感器反馈信息一起协调机器人的运动处理器：计算调整机器人关节的运动软件：操作系统、机器人软件、例行程序集合和应用程序驱动器电动机伺服电机步进电机直流电机液压驱动器气动驱动器形状记忆金属驱动器磁致伸缩驱动器某些磁性体的外部一旦加上磁场则磁性体的外形尺寸会发生变化，利用这种特性制作的驱动器称为磁致伸缩驱动器形状记忆合金是一种特殊的合金，一旦使它记忆了任何形状，即使产生变形，但当达到某一适当温度时，它就能恢复到变形前的形状，利用这种特性制作的驱动器称为形状记忆金属驱动器传感器位置传感器速度/加速度传感器力/力矩传感器触觉传感器接近觉传感器测距仪嗅觉传感器视觉系统语音识别和语音合成编码器机器人学（Robotics）是与机器人设计、制造和应用相关的科学。又称为机器人技术或机器人工程学，主要研究机器人的控制与被处理物体之间的相互关系。可以理解为：机器人学是人们设计和应用机器人的技术和知识的学科机器人系统不仅由机器人组成，还需要其它装置和系统连同机器人一起来共同完成必需的任务。机器人可以用于生产制造、水下作业、空间探测、帮助残疾人甚至娱乐等方面。通过编程和控制，许多场合均可应用机器人So，机器人学是一门交叉学科，它得益于机械工程、电气与电子工程、计算机科学、生物学以及许多其它学科什么是机器人学所涉及的研究领域机械设计与制造运动学与动力学传感器人工智能通讯材料能源……人工智能规划和配置机器人动作规划、路径规划机器感知计算机视觉语义识别信息融合机器学习和知识发现分布式人工智能分布式问题求解多智能体行为协调IBM开发的机器人“深蓝”有高超的智能，在同世界国际象棋大师卡斯帕罗夫进行的棋赛中取胜新型智能机器人护士助手智能轮椅家用及办公机器人水下机器人空间机器人军用机器人类人机器人护士助手TRC公司开发的“护士助手”机器人运送医疗器材和设备，为病人送饭，送病历、报表及信件，运送药品，运送试验样品及试验结果，在医院内部送邮件及包裹松下