第四講 機(jī)器人

1、第四講 機(jī)器人1主要內(nèi)容機(jī)器人概述機(jī)器人系統(tǒng)的基本工作原理機(jī)器人的分類(lèi) 工業(yè)機(jī)器人水下機(jī)器人 空間機(jī)器人 服務(wù)機(jī)器人 機(jī)器人及其應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) 2一、 機(jī)器人概述 第一臺(tái)機(jī)器人試驗(yàn)樣機(jī)1954年誕生于美國(guó)，機(jī)器人產(chǎn)品則問(wèn)世于20世紀(jì)60年代。機(jī)器人是機(jī)器，但又比一般機(jī)器靈活、聰明，有的還具有一定程度的感覺(jué)和智能。 機(jī)器人是一種廉價(jià)、高效的“勞動(dòng)力”，可以代替人在各種環(huán)境中工作，外形可以像人，也可以完全不像人，重在其功能，其大規(guī)模應(yīng)用是從工業(yè)生產(chǎn)的搬運(yùn)、噴漆、焊接、裝配等方面開(kāi)始的。 機(jī)器人是一種高度復(fù)雜的自動(dòng)化裝置，綜合運(yùn)用了機(jī)械、電子電氣、計(jì)算機(jī)、檢測(cè)、通信、自動(dòng)控制、語(yǔ)音和圖形圖象處理等技

2、術(shù)。 3 日本的智能機(jī)器人“ASIMO”能自主走路、跑步、上下樓梯、踢足球、跳舞、躲避障礙物等，而且還具備較強(qiáng)的“交際”和“接待”能力4能登臺(tái)指揮交響樂(lè)團(tuán) 能判斷人的動(dòng)作并做出相應(yīng)的反應(yīng)，有團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，較為空閑的Asimo能幫助同伴工作，其視頻識(shí)別系統(tǒng)還能夠更好的判斷路徑，避免與其他機(jī)器人沖突。 Asimo機(jī)器人升級(jí)版5二、機(jī)器人系統(tǒng)的基本工作原理 機(jī)器人一般由程序控制，具有人或生物的某些功能。 智能機(jī)器人可以通過(guò)傳感器了解外部環(huán)境或自身狀態(tài)的變化，可以做出自己的邏輯推理、判斷與決策。 計(jì)算機(jī)是機(jī)器人的大腦，傳感器是機(jī)器人的感覺(jué)器官，輸入/輸出設(shè)備是人與機(jī)器人的交互工具，常用的有顯示器、鍵盤(pán)

3、、示教盒、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口等。 人I/O設(shè)備計(jì)算機(jī)硬件及軟件驅(qū)動(dòng)器機(jī)器人本體傳感器機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成6三、機(jī)器人的分類(lèi) 按用途劃分有工業(yè)機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、海洋機(jī)器人、軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、微型機(jī)器人等。 按功能劃分有普通的程序控制機(jī)器人和智能機(jī)器人。程序控制機(jī)器人按照規(guī)定的順序動(dòng)作，很多工業(yè)機(jī)器人都屬于這種類(lèi)型。 智能機(jī)器人是具有感知、思維和行動(dòng)功能的機(jī)器，是多種學(xué)科和高新技術(shù)綜合集成的產(chǎn)物。智能機(jī)器人技術(shù)水平的高低往往反映了一個(gè)國(guó)家綜合技術(shù)實(shí)力的高低。 7四、工業(yè)機(jī)器人 是工業(yè)生產(chǎn)用自動(dòng)化裝置，能夠在工業(yè)生產(chǎn)線中自動(dòng)完成點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、裝

4、配、搬運(yùn)、包裝、碼垛等作業(yè)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、汽車(chē)制造、家用電器生產(chǎn)以及鋼鐵、化工等行業(yè)。8工業(yè)機(jī)器人的主要特點(diǎn)能高強(qiáng)度地、持久地在各種生產(chǎn)和工作環(huán)境中從事單調(diào)重復(fù)的勞動(dòng)；對(duì)工作環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能代替人在有害和危險(xiǎn)場(chǎng)所工作；動(dòng)作準(zhǔn)確性高，可保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；具有很廣泛的通用性和獨(dú)特的柔性，比一般自動(dòng)化設(shè)備有更廣的用途，既能滿足大批量生產(chǎn)的需要，也可以靈活、迅速地實(shí)現(xiàn)多品種、小批量的生產(chǎn)；能顯著地提高生產(chǎn)率和大幅度降低產(chǎn)品成本。9 弧焊機(jī)器人 10汽車(chē)裝配機(jī)器人 11“紅旗”轎車(chē)生產(chǎn)線上的機(jī)器人12堆垛機(jī)器人13五、水下機(jī)器人 海底壓力非常大，而且環(huán)境惡劣，水下機(jī)器人必須具有足夠的抗

5、壓能力和密封性能，它可以用于沉船打撈、海上救生、光纜鋪設(shè)，資源勘探和開(kāi)采等。 水下機(jī)器人可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是有纜水下機(jī)器人，母船通過(guò)電纜向機(jī)器人提供動(dòng)力，人可以在母船上遙控機(jī)器人；另一類(lèi)是無(wú)纜水下機(jī)器人，自帶能源，能自主潛航和操作，依靠自身的自治能力來(lái)完成人賦予的使命。14美國(guó)CURV3型有纜遙控水下機(jī)器人 15美國(guó)海軍研制的無(wú)纜水下機(jī)器人AUSS 16洛克西德公司的無(wú)人水下航行器17基于GPS的水雷探測(cè)機(jī)器人18無(wú)纜水下勘探機(jī)器人19六、空間機(jī)器人 空間機(jī)器人是指在大氣層內(nèi)外從事各種作業(yè)的機(jī)器人，包括在內(nèi)層空間進(jìn)行觀測(cè)和作業(yè)的飛行機(jī)器人、各種航天器或空間站使用的機(jī)器人、到其他星球上進(jìn)行探測(cè)

6、作業(yè)的星球探測(cè)機(jī)器人等。 空間機(jī)器人工作在微重力、高真空、超低溫、強(qiáng)輻射的環(huán)境中，一般要求重量輕、能耗低、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能全、智能程度高。 在未來(lái)的空間活動(dòng)中，將有大量的空間加工、生產(chǎn)，裝配、實(shí)驗(yàn)、維修等工作要依靠空間機(jī)器人來(lái)完成。20國(guó)際空間站及組裝、維修機(jī)器人 21美國(guó)研制的“Nomad”月球探測(cè)機(jī)器人22美國(guó)的火星探測(cè)機(jī)器人 23中國(guó)的月球探測(cè)車(chē)在進(jìn)行沙漠實(shí)驗(yàn) 24七、服務(wù)機(jī)器人 主要有清潔機(jī)器人、家用機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、醫(yī)療及康復(fù)機(jī)器人、老年及殘疾人護(hù)理機(jī)器人、辦公及后勤服務(wù)機(jī)器人、建筑機(jī)器人、救災(zāi)機(jī)器人、酒店售貨及餐廳服務(wù)機(jī)器人等。 智能化是服務(wù)機(jī)器人發(fā)展的主要方向，最先

7、進(jìn)的智能化技術(shù)已經(jīng)可以讓機(jī)器人在綜合智能方面達(dá)到人類(lèi)3歲嬰兒左右的智力水平，某些單項(xiàng)智能則可以接近甚至超過(guò)人類(lèi)，但是要進(jìn)一步提高綜合智能水平卻仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。25日本東京大學(xué)研制的“HRP-2”服務(wù)機(jī)器人26機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng) 27康復(fù)機(jī)器人 一種新型假手 “導(dǎo)盲犬”機(jī)器人28機(jī)器人靈巧手29管道清洗機(jī)器人30清洗玻璃幕墻的機(jī)器人31爬墻機(jī)器人32微型機(jī)器人33人形機(jī)器人 日本2005世博會(huì)上機(jī)器人接待員日本衛(wèi)視的新聞女主播藤井雅子和她的復(fù)制品機(jī)器人34日本的騎車(chē)機(jī)器人35RoboCup足球機(jī)器人36RoboCup足球機(jī)器人（4足組）37RoboCup足球機(jī)器人（類(lèi)人組）38八、機(jī)器人及

8、其應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域正不斷擴(kuò)大、種類(lèi)日趨增多、性能不斷提高，并逐步向智能化方向發(fā)展，追求目標(biāo)是融入人類(lèi)的生活，和人類(lèi)一起協(xié)同工作，從事一些人類(lèi)無(wú)法從事的工作，以更大的靈活性給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)更多的價(jià)值。 機(jī)器人的主要研究?jī)?nèi)容有機(jī)器人結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)器人控制技術(shù)、多傳感器系統(tǒng)與信息融合、機(jī)器人及其控制系統(tǒng)的一體化、機(jī)器人遙控及監(jiān)控、多智能體的協(xié)調(diào)控制、微型和微小機(jī)器人等。39機(jī)器人將更加廣泛地代替人從事各種生產(chǎn)作業(yè) 將從已廣泛應(yīng)用的汽車(chē)、機(jī)械制造、電子工業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域擴(kuò)展到核能、采礦、冶金、石油、化學(xué)、航空、航天、船舶、建筑、紡織、制衣、醫(yī)藥、生化、食品等工業(yè)領(lǐng)域，進(jìn)而應(yīng)用在非工業(yè)領(lǐng)域

9、中，如農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)等。 機(jī)器人將成為人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的“主勞力”，人類(lèi)將從繁重、重復(fù)單調(diào)、有害健康和危險(xiǎn)的生產(chǎn)勞動(dòng)中解放出來(lái)，從而有更多的時(shí)間去學(xué)習(xí)、研究和創(chuàng)造。 40機(jī)器人將成為人類(lèi)探索與開(kāi)發(fā)宇宙、海洋和地下未知世界的有力工具 將人送入太空進(jìn)行宇宙探索非常危險(xiǎn)和昂貴，機(jī)器人將代替人從事空間作業(yè)和太空探索。目前，航天飛機(jī)已經(jīng)將艙外作業(yè)機(jī)器人帶入太空進(jìn)行太空作業(yè)，火星探測(cè)車(chē)已被送到火星表面上，并成功地完成了預(yù)定的探測(cè)任務(wù)。 水下機(jī)器人已能下潛到萬(wàn)米左右的深度，地下探測(cè)機(jī)器人正在快速發(fā)展，將用于海底和地底的探索與開(kāi)發(fā)、海洋和地下資源的利用、水下作業(yè)與救生等。41機(jī)器人將在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮重要作用 軍用機(jī)器人可以是一個(gè)武器系統(tǒng)，如機(jī)器人坦克、無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)、自主式地面車(chē)輛、掃雷機(jī)器人等，也可以是武器裝備上的一個(gè)系統(tǒng)或裝置，如軍用飛機(jī)的“副駕駛員”系統(tǒng)、坦克炮裝彈機(jī)器人系統(tǒng)、武器裝備的自動(dòng)故障診斷與排除系統(tǒng)等。 將來(lái)可能出現(xiàn)機(jī)器人化的部隊(duì)或兵團(tuán)，在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中將會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人對(duì)機(jī)器人的戰(zhàn)斗。 42機(jī)器人將用于提高人類(lèi)健康水平與生活質(zhì)量 服務(wù)機(jī)器人將越來(lái)越多地進(jìn)入家庭和服務(wù)產(chǎn)業(yè)，從事清潔衛(wèi)生、園藝、炊事、垃圾處理、家庭護(hù)理與服務(wù)等。 在醫(yī)院，機(jī)器人可以從事手術(shù)