智能机器人应用与发展

智能机器人应用与发展2013.12.“勇气号”火星探测空间机器人“勇气号”火星探测空间机器人的主要结构机体：机器人的机体被称为热电子盒WEB（WarmElectronicsBox）。机体是一层坚硬的外壁，它能起到保护机器人的计算机、电子系统和电池（这些都是机器人的心脏和大脑）的作用。因此，机体保护了机器人的主要器官并实现了温度控制。热电子盒WEB控制系统：机器人的计算机安装在机体内一个称为机器人电子模块（REM）的里面。主计算机与机器人的设备和传感器通过总线来交换数据。机器人的轮子：机器人有6个轮子，每个轮子有自己独立的电动机。它的2个前轮和2个后轮还有独立的转向发动机。科学仪器：科学仪器主要包括：磁体排列\微型热辐射分光计Mini-TES(MiniatureThermalEmissionSpectrometer)、穆斯堡尔谱分光计、射线粒子X射线分光仪（APXS）、磨石工具（RAT）等。“勇气号”火星探测空间机器人的主要结构机器人的摄像机：“勇气号”机器人有9个摄像机。包括：避障摄像机（4个）、导航摄像机（2个）、科学探测全景摄像机（2个）、显微镜摄像机（1个）、测定标定对象（它以日晷的形式安装在机器人的平台上）。“勇气号”机器人上的摄像机布局“勇气号”火星探测空间机器人的主要结构机器人的“颈和头”：在“勇气号”机器人上看上去像颈和头的装置被称为全景摄像机桅杆头（PancamMastAssembly）。它有两个作用：作为装在机器人内部的微型热辐射分光计潜望镜、全景摄像机和导航摄像机提供一个适合的高度和视界。机器人上的“颈”和“头”“勇气号”火星探测空间机器人的主要结构机器人的手臂：机器人的手臂也叫工具执行装置（IDD）。该手臂具有三个关节：肩、肘和腕。该手臂能够使工具操作延伸、弯曲和转动一定精确的夹角，并能剔除岩石表层，拍摄微小图像，并分析岩石和土壤的组成成分。装在机器人手上的4个工具是：微型摄像机、Mossbauer谱分光计、射线粒子X射线分光仪和岩石研磨工具。机器人的手臂“勇气号”火星探测空间机器人的主要结构机器人的温度控制：火星探测空间机器人最重要的器件绝对不能超过-40~40C这个范围。通常保温的方法有以下几种：利用黄金涂料防止热量扩散、防止热量扩散的绝热材料是“气溶胶”、通过加热器来保持温度、自动调温器和热转换器、散热管等。火星探测空间机器人的工作过程主要包括以下步骤：开始通信准备、旋转太空船、开始传输音频信号巡游舱脱离、“勇气号”进入火星大气层展开减速伞、隔热屏脱离、登陆器脱离雷达系统开始工作、降落成像器对火星表面拍照开始向火星环绕检测卫星进行数据传输、气囊的膨胀减速火箭推进器、绳索剪断和第一冲击发生登陆器翻滚直到最终完全停止、通信尝试开始关键的布置开始、开始向火星长期卫星传输信号休眠“勇气号”火星探测空间机器人的主要结构主要内容1.什么是机器人2.机器人的发展历史3.机器人的分类4.机器人的组成和涉及的技术5.智能机器人6.未来展望7.机器人竞赛什么是机器人（robot）机器人问世已有几十年，但对这一问题一直没有统一的意见。原因之一是机器人学科还在发展，另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，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。什么是机器人（robot）日本：森政弘与合田周平：•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：具有如下3个条件的机器•具有脑、手、脚等三要素的个体；•具有非接触传感器（如，用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；•具有平衡觉和固有觉的传感器。什么是机器人（robot）美国：美国机器人协会（RIA)：一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机（Manipulator）。美国家标准局：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，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（1987年）工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。机器人的功能节省劳动力搬运机器人、清扫机器人……进行极限作业喷漆机器人、空间机器人、海底机器人、救援机器人用于医疗、福利外科手术机器人、智能轮椅……与人协调作业机器宠物，如日本的机器狗，机器猫。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，GeorgeDeval开发出第一台可编程机器人1962年，Unimation公司成立，出现了最早了工业机器人，第一位用户是GM（美国通用机械公司）1964年，MIT，StanfordUniversity等成立人工智能研究所1965年，CarnegieMellonUniversity建立机器人研究所机器人的发展历史1967年，第一台Unimation公司的喷涂用机器人出口到日本1968年，第一台智能机器人Shakey在斯坦福研究所(SRI)诞生机器人的发展历史1972，IBM公司开发出内部使用的制造机器人，并发展成为IBM7565商用机器人机器人的发展历史1978年，第一台PUMA机器人由Unimation装运到GM公司机器人的发展历史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利用Dante机器人探测Alaskaspurr火山采集火山气体样本机器人的发展历史1995年，IntuitiveSurgical公司推出外科手术机器人。机器人的发展历史1997年，NASA的探险者登陆火星，并由旅行者（Sojourner）将所拍摄的照片发回地球机器人的发展历史1997年，Honda推出人形机器人P31999年，Sony推出机器狗Aibo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会拉提琴,曾经登台指挥交响乐团。QRIO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”发射进入太空轨道机器人的发展历史2004年，美国的“机遇号”登上火星。机器人的发展历史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机器人发展趋势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，机器人市场将超越信息产业，成为全球最大的工业。日本：拥有世界上58％的机器人大力发展机器人教育和机器人产业机器人的分类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履带式机器蛇如图所示为中国科学院研制的机器蛇。仿生机器鱼北京航空航天大学机器人研究所研制的仿生机器鱼SPC-IIROV和SPC-III机器鱼。微型机器蝇如图所示为美国加州大学伯克利分校制造的机器蝇，并实现拍打翅膀的有限距离飞行。基于SMA导向的肠道微型机器人中国科技大学研制的基于SMA导向的用于人体肠道检查和腹腔手术的医用蠕动式管道微型机器人。携带的内窥镜检测微型机器人在可控的SMA元件的作用下可以实现自主导向。SMA既可作为驱动元件又可作为传感器。SMA元件和软芯被做成多竹节结构，通过对其通电控制，微型机器人头部的内窥镜整体能在空间三维方向弯曲成所需要的形状，因此微型机器人容易穿越大肠不规则的各种管道，大大降低患者的痛苦。如图所示为该微型机器人主动引导机构。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。数控型机器人不必使机器人动作，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水下机器人农业机器人……机器人的组成机械臂或移动车（运动平台）末端执行器驱动器传感器控制器软件驱动器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所涉及的研究领域机器人主要技术机器人技术包括：机器人制造技术、操作和执行技术、驱动和控制技术、检测和感知技术、机器人智能技术、实验和评价技术、人机交互和融合技术、通讯技术、机器人的能源和通讯技术、技术规范和标准等。机器人是一个多学科和技术交叉和结合的综合高技术领域。从某种意义上讲,一个国家机器人技术水平的高低反映了这个国家综合技术实力的高低。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（深蓝机器人）分布式人工智能分布式问题求解多智能体行为协调新型智能机器人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”机器人它可以完成以下各项任务：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。松下电工研制的医院智能跑腿机器人智能轮椅奈良先端科学技术大学院大学的电动轮椅“WATSON”。摄像头安装在轮椅前面，可以捕捉坐在椅子上的人的表情。一点头轮椅就开始活动，向左右看的话轮椅就向看的方向转弯，摇头就停下来，这样不用手足仅靠头部的运动与视线就能控制轮椅。中国科学院自动化研究所研制的一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅。美国公司开发一种iBot自动平衡轮椅家用伙伴型机器人日本东芝的家用机器人ApriAlpha主要功能：与人沟通、聊天、认人三菱重工的wakamaru，可以进行声音识别、生活情景对话会话。家用清洁机器人日立家用清洁机器人直径25cm×高度13cm打扫完毕后自动进入“充电兼垃圾回收站”办公/商务服务机器人富士通服务机器人，可以胜任引导、搬运、巡视、提供信息等事务，可以回应人的招呼清洗机器人哈工大研制的面壁清洗机器人北航研制的擦窗机器人清洗机器人德国汉萨航空公司委托普茨迈斯特公司研制的“清洗巨人”清洗机器人水下机器人水下6000米无缆自治机器人(中国)“探索者号”水下1000米机器人水下机器人澳大利亚机器人研究中心研制的水下机器人军用机器人微型飞行机器人精工爱普生的全球最轻微型飞行机器人μFR-Ⅱ类人机器人日本本田研制的ASIMO日本新能源和产业技术开发组织展出研制的“HRP-2Promete”类人机器人在跌倒后还可以站起来富士通公司研制的“HOAP-2”。类人机器人未来