專家機(jī)器人技術(shù)發(fā)展簡介.ppt

1、機(jī)器人技術(shù)發(fā)展簡介,浙江大學(xué) 工業(yè)控制技術(shù)國家重點實驗室 熊 蓉,內(nèi)容,什么是機(jī)器人 機(jī)器人的發(fā)展歷史和趨勢 機(jī)器人的分類 機(jī)器人的組成和技術(shù) 新型智能機(jī)器人 機(jī)器人競賽,什么是機(jī)器人（robot）,日本： 森政弘與合田周平： 機(jī)器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動性、奴隸性等7個特征的柔性機(jī)器 加藤一郎：具有如下3個條件的機(jī)器 具有腦、手、腳等三要素的個體； 具有非接觸傳感器（用眼、耳接受遠(yuǎn)方信息）和接觸傳感器； 具有平衡覺和固有覺的傳感器。,什么是機(jī)器人（robot）,美國： 易于再編程的裝置 手動裝置、固定順序的裝置都不認(rèn)為是機(jī)器人,什么是機(jī)器人（robot）

2、,中國： 機(jī)器人是一種自動化的機(jī)器 這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如 感知能力 規(guī)劃能力 動作能力 協(xié)同能力,什么是機(jī)器人（robot）,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對工業(yè)機(jī)器人的定義 （1987年） 工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。,機(jī)器人的功能,節(jié)省勞動力 搬運(yùn)機(jī)器人、清掃機(jī)器人 進(jìn)行極限作業(yè) 噴漆機(jī)器人、空間機(jī)器人、海底機(jī)器人 用于醫(yī)療、福利 外科手術(shù)、智能輪椅 與人協(xié)調(diào)作業(yè) 機(jī)器寵物,機(jī)器人的發(fā)展歷史,1920年，捷克作家卡雷爾卡佩克在科幻劇本羅薩姆的萬能機(jī)器人中定義了“robota” 1954年，George Deval開發(fā)出第一臺可編程機(jī)器

3、人 1962年，Unimation公司成立，出現(xiàn)了最早了工業(yè)機(jī)器人，第一位用戶是GM 1964年，MIT，Stanford University 等成立人工智能研究所 1965年，Carnegie Mellon University 建立機(jī)器人研究所,1967年，第一臺Unimate公司的噴涂用機(jī)器人出口到日本 1968年，第一臺智能機(jī)器人Shakey在斯坦福研究所(SRI)誕生,1972，IBM公司開發(fā)出內(nèi)部使用的制造機(jī)器人，并發(fā)展成為IBM7565商用機(jī)器人,1973年，Cincinnati Milacron公司推出T3 型機(jī)器人,1978年，第一臺PUMA機(jī)器人由Unimation裝運(yùn)到

4、GM公司,80年代開始，各種機(jī)器人公司陸續(xù)成立，并不斷出現(xiàn)兼并和調(diào)整 1983年，美國開始將機(jī)器人學(xué)列入教學(xué)計劃。 1994年，CMU利用Dante機(jī)器人探測Alaska spurr火山采集火山氣體樣本,1995年，Intuitive Surgical 公司推出外科手術(shù)機(jī)器人。,1997年，NASA的探險者登陸火星，并由旅行者將所拍攝的照片發(fā)回地球,1997年，Honda推出人形機(jī)器人P3 1999年，Sony推出機(jī)器狗Aibo,2000年，Honda推出第二代人形機(jī)器人Asimo, Sony推出人形機(jī)器人Qiro,2001年，加拿大MD機(jī)器人公司建造的“空間站遠(yuǎn)程操縱系統(tǒng)”發(fā)射進(jìn)入太空軌道,

5、機(jī)器人發(fā)展趨勢,用于制造生產(chǎn)線,結(jié)構(gòu)化環(huán)境下 規(guī)則工作,具有簡單智能的 工業(yè)機(jī)器人,工程、社會服務(wù)、人類生活等各個領(lǐng)域,適應(yīng)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的 各種靈活需求,具有綜合和集成能力的 智能機(jī)器人,卡內(nèi)基梅隆的科學(xué)家預(yù)測： 未來的機(jī)器人將使目前資訊科技革命的貢獻(xiàn)相形見絀，機(jī)器人市場將超越資訊業(yè)，成為全球最大的工業(yè)。 日本： 擁有世界上58的機(jī)器人 大力發(fā)展機(jī)器人教育和機(jī)器人產(chǎn)業(yè),機(jī)器人的分類,按所替代的人體器官分類 按基于什么樣的信息進(jìn)行動作分類 按機(jī)器人的應(yīng)用分類,分類1按所替代的人體器官分類,操作機(jī)器人 移動機(jī)器人 視覺機(jī)器人,操作機(jī)器人,機(jī)械臂相當(dāng)于手臂 機(jī)械手相當(dāng)于手指,移動機(jī)器人,輪式：獨輪、

6、兩輪、三輪、四輪 腿式：兩足、多足 履帶 軀干,視覺機(jī)器人,產(chǎn)品檢測 人臉檢測 人臉識別 物體識別 ,分類2按操縱信息分類,操縱機(jī)器人 程序機(jī)器人 示教再現(xiàn)機(jī)器人 數(shù)控機(jī)器人 智能機(jī)器人,分類3按機(jī)器人的應(yīng)用分類,工業(yè)機(jī)器人 特種機(jī)器人 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 ,機(jī)器人的組成,機(jī)械手或移動車 末端執(zhí)行器 驅(qū)動器 傳感器 控制器 處理器 軟件,驅(qū)動器,電動機(jī) 伺服電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 直流電機(jī) 液壓驅(qū)動器 氣動驅(qū)動器 形狀記憶金屬驅(qū)動器 磁致伸縮驅(qū)動器,傳感器,位置傳感器 速度/加速度傳感器 力/力矩傳感器 觸覺傳感器 接近覺傳感器 測距儀 嗅覺傳感器 視覺系統(tǒng) 語

7、音識別和語音合成編碼器,所涉及的研究領(lǐng)域,機(jī)械設(shè)計與制造 傳感器 運(yùn)動學(xué)與動力學(xué) 人工智能 通訊 材料 能源 ,人工智能,規(guī)劃和配置 機(jī)器人動作規(guī)劃、路徑規(guī)劃 機(jī)器感知 計算機(jī)視覺 ，例：人臉重構(gòu) 語義識別 信息融合 機(jī)器學(xué)習(xí)和知識發(fā)現(xiàn) 分布式人工智能 分布式問題求解 多智能體行為協(xié)調(diào),例：地圖構(gòu)建,目標(biāo)：自動構(gòu)建環(huán)境地圖，用于偵察、救援、導(dǎo)航等等 單機(jī)器人地圖構(gòu)建 同時定位與地圖構(gòu)建 機(jī)器視覺 多傳感器信息融合 路徑規(guī)劃,多機(jī)器人地圖構(gòu)建 分布式人工智能,人工智能發(fā)展趨勢,單主體靜態(tài)可預(yù)測環(huán)境中的問題求解,多主體動態(tài)不可預(yù)測環(huán)境中的問題求解,標(biāo)準(zhǔn)問題：國際象棋的人機(jī)對抗,標(biāo)準(zhǔn)問題：足球的機(jī)機(jī)

8、對抗和人機(jī)對抗,下棋 對抗 足球?qū)?環(huán)境 靜態(tài) 動態(tài) 狀態(tài)改變 依次動作 實時 可用信息 完全 不完全 傳感信息特征 符號 非符號 控制 集中 分布,新型智能機(jī)器人,護(hù)士助手 智能輪椅 家用及辦公機(jī)器人 水下機(jī)器人 空間機(jī)器人 軍用機(jī)器人 類人機(jī)器人,護(hù)士助手,TRC公司開發(fā)的“護(hù)士助手”機(jī)器人,松下電工研制的醫(yī)院智能跑腿機(jī)器人,智能輪椅,家用伙伴型機(jī)器人,日本東芝的家用機(jī)器人ApriAlpha主要功能：與人溝通、聊天、認(rèn)人,三菱重工的wakamaru，可以進(jìn)行聲音識別、生活情景對話會話。,家用清潔機(jī)器人,日立家用清潔機(jī)器人 直徑25cm 高度13cm,打掃完畢后自動進(jìn)入“充電兼垃圾回收站”

9、,辦公/商務(wù)服務(wù)機(jī)器人,富士通服務(wù)機(jī)器人，可以勝任引導(dǎo)、搬運(yùn)、巡視、提供信息等事務(wù)，可以回應(yīng)人的招呼,清洗機(jī)器人,哈工大研制的面壁清洗機(jī)器人 北航研制的擦窗機(jī)器人,清洗機(jī)器人,德國漢薩航空公司委托普茨邁斯特公司研制的“清洗巨人”,水下機(jī)器人,水下6000米無纜自治機(jī)器人,“探索者號”水下1000米機(jī)器人,水下機(jī)器人,澳大利亞機(jī)器人研究中心研制的水下機(jī)器人,淺水機(jī)器人,空間機(jī)器人,軍用機(jī)器人,微型飛行機(jī)器人,精工愛普生的全球最輕微型飛行機(jī)器人FR-,類人機(jī)器人,日本本田研制的 ASIMO,類人機(jī)器人,日本索尼公司開發(fā)的Qiro Robot 錄像1 錄像2,類人機(jī)器人,日本新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)組織

10、展出研制的“HRP-2 Promete”,在跌倒后還可以站起來,類人機(jī)器人,富士通公司研制的“HOAP-2”。,機(jī)器人競賽,主要的機(jī)器人競賽 足球機(jī)器人比賽,機(jī)器人競賽的意義,為相關(guān)理論和技術(shù)提供一個實踐平臺和檢驗標(biāo)準(zhǔn)，有效促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。 培養(yǎng)多學(xué)科交叉的綜合性人才、機(jī)器人工業(yè)發(fā)展的后備人才 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、理論與實踐相結(jié)合能力、動手能力和協(xié)作精神,主要的機(jī)器人競賽,機(jī)器人足球賽 機(jī)器人相撲賽 空中機(jī)器人比賽 滅火機(jī)器人比賽 創(chuàng)新性機(jī)器人大賽 ,機(jī)器人足球比賽,1992年，加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的教授Alan Mackworth在論文On Seeing Robots中提出設(shè)想 由硬件或仿真機(jī)器人進(jìn)行的足球賽，比賽規(guī)則與人類正規(guī)的足球比賽規(guī)則類似 最終目標(biāo)：到2050年，一支全自主的類人型機(jī)器人足球隊，戰(zhàn)勝人類的足球世界杯冠軍隊,足球機(jī)器人系統(tǒng)基本框架,機(jī)器人子系統(tǒng)(智能體)動作執(zhí)行體 環(huán)境感知子系統(tǒng)了解環(huán)境信息和位置信息 策略子系統(tǒng)多機(jī)器人協(xié)作、單機(jī)器人的技術(shù)動作和運(yùn)動規(guī)劃 通訊子系統(tǒng)信息交換,國際機(jī)器人足球比賽,RoboCup FIRA,RoboCup,Robot World Cup 國際組織：RoboCup聯(lián)合會(Federation) 主要活動 各類機(jī)