《機(jī)器人原理與控制技術(shù)》第01章緒論課件

機(jī)器人原理及控制技術(shù)PrincipleandControlTechniques

ofRobotManipulators12/10/20221機(jī)器人原理及控制技術(shù)PrincipleandContro章節(jié)安排第一章緒論第二章齊次變換第三章運(yùn)動(dòng)學(xué)方程第四章逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程第五章微分變換第六章動(dòng)力學(xué)第七章控制第八章運(yùn)動(dòng)軌跡第九章靜態(tài)力第十章力控與順應(yīng)控制12/10/20222智能與控制工程研究所章節(jié)安排第一章緒論第一章緒論

ChapterⅠIntroduction1.1機(jī)器人名稱的由來1.2機(jī)器人的發(fā)展歷史1.3機(jī)器人的定義和分類1.4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與控制方式1.5操縱機(jī)器人1.6智能機(jī)器人1.7機(jī)器人的應(yīng)用1.8未來機(jī)器人的發(fā)展方向1.9我國(guó)機(jī)器人研究的簡(jiǎn)況12/10/20223智能與控制工程研究所第一章緒論

ChapterⅠIntroduction11.1機(jī)器人名稱的由來

(About“Robot”)

機(jī)器人的英文名詞是Robot，Robot一詞最早出現(xiàn)在1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克（KarelCapek）所寫的一個(gè)劇本中，這個(gè)劇本的名字為《Rossum’sUniversalRobots》，中文意思是“羅薩姆的萬能機(jī)器人”。 劇中的人造勞動(dòng)者取名為Robota，捷克語的意思是“苦力”、“奴隸”。英語的Robot一詞就是由此而來的，以后世界各國(guó)都用Robot作為機(jī)器人的代名詞。12/10/20224智能與控制工程研究所1.1機(jī)器人名稱的由來

(About“Robot”1.2機(jī)器人的發(fā)展歷史

(TheDevelopingHistoryofRobots)古代“機(jī)器人”——現(xiàn)代機(jī)器人的雛形

人類對(duì)機(jī)器人的幻想與追求已有3000多年的歷史西周時(shí)期，我國(guó)的能工巧匠偃師研制出的歌舞藝人，是我國(guó)最早記載的機(jī)器人。春秋后期，據(jù)《墨經(jīng)》記載，魯班曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”。公元前2世紀(jì)，古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人──太羅斯，它是以水、空氣和蒸汽壓力為動(dòng)力的會(huì)動(dòng)的青銅雕像，它可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。1800年前的漢代，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動(dòng)儀，而且發(fā)明了計(jì)里鼓車，計(jì)里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。12/10/20225智能與控制工程研究所1.2機(jī)器人的發(fā)展歷史

(TheDevelopin后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其在崎嶇山路中運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭(zhēng)。1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。1738年，法國(guó)天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄。1773年，著名的瑞士鐘表匠杰克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯制造出自動(dòng)書寫玩偶、自動(dòng)演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動(dòng)玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理而制成的，它們有的拿著畫筆和顏色繪畫，有的拿著鵝毛蘸墨水寫字，結(jié)構(gòu)巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時(shí)。1927年，美國(guó)西屋公司工程師溫茲利制造了第一個(gè)機(jī)器人“電報(bào)箱”，并在紐約舉行的世界博覽會(huì)上展出，它是一個(gè)電動(dòng)機(jī)器人，裝有無線電發(fā)報(bào)機(jī)，可以回答一些問題，但該機(jī)器人不能走動(dòng)。12/10/20226智能與控制工程研究所后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史二戰(zhàn)期間（1938-1945）由于核工業(yè)和軍事工業(yè)的發(fā)展，研制了“遙控操縱器”（Teleoperator）主要用于放射性材料的生產(chǎn)和處理過程。1947年，對(duì)這種較簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置進(jìn)行了改進(jìn)，采用電動(dòng)伺服方式，使其從動(dòng)部分能跟隨主動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)，稱為"主從機(jī)械手"（Master-SlaveManipulator）。1949-1953美國(guó)麻省理工學(xué)院開始研制數(shù)控銑床隨著先進(jìn)飛機(jī)制造的需要，美國(guó)麻省理工學(xué)院輻射實(shí)驗(yàn)室（MITRadiationLaboratory）開始研制數(shù)控銑床。1953年研制成功能按照模型軌跡做切削動(dòng)作的多軸數(shù)控銑床。1954年

“可編程”“示教再現(xiàn)”機(jī)器人美國(guó)人GeorgeC.Devol設(shè)計(jì)制作了世界上第一臺(tái)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)裝置，并發(fā)表了題為《適用于重復(fù)作業(yè)的通用性工業(yè)機(jī)器人》的文章。12/10/20227智能與控制工程研究所現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史12/10/20227智能與控制工程研究60年代機(jī)器人產(chǎn)品正式問世，機(jī)器人技術(shù)開始形成1960年美國(guó)“聯(lián)合控制公司”（ConsolidatedControl）根據(jù)Devol的專利技術(shù)，研制出第一臺(tái)真正意義上的工業(yè)機(jī)器人，并成立了Unimation公司，開始定型生產(chǎn)名為Unimate的工業(yè)機(jī)器人。兩年后，美國(guó)“機(jī)床與鑄造公司”（AMF）也生產(chǎn)了另一種可編程工業(yè)機(jī)器人Versatran。70年代機(jī)器人技術(shù)發(fā)展成為專門學(xué)科機(jī)器人產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展成為專門學(xué)科，稱之為機(jī)器人學(xué)（Robotics）。機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，不同的應(yīng)用場(chǎng)所，導(dǎo)致了各種坐標(biāo)系統(tǒng)、各種結(jié)構(gòu)的機(jī)器人相繼出現(xiàn)，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛躍發(fā)展使機(jī)器人的控制性能大大提高，成本不斷下降。12/10/20228智能與控制工程研究所60年代機(jī)器人產(chǎn)品正式問世，機(jī)器人技術(shù)開始形成12/1080年代開始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段80年代，不同結(jié)構(gòu)、不同控制方法和不同用途的工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家真正進(jìn)入了實(shí)用化的普及階段。隨著傳感技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，開始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段。機(jī)器人視覺、觸覺、力覺、接近覺等項(xiàng)研究和應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的適應(yīng)能力，擴(kuò)大了機(jī)器人的應(yīng)用范圍，促進(jìn)了機(jī)器人的智能化進(jìn)程。經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)逐步形成了一門新的綜合性學(xué)科—機(jī)器人學(xué)（Robotics）它包括有基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面主要研究?jī)?nèi)容有：(1)機(jī)械手設(shè)計(jì)； (2)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制；(3)軌跡設(shè)計(jì)和路徑規(guī)劃； (4)傳感器(包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器)；(5)機(jī)器人視覺； (6)機(jī)器人語言；(7)裝置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； (8)機(jī)器人智能等。12/10/20229智能與控制工程研究所80年代開始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段12/10/20229智1.3機(jī)器人的定義和分類

（DefinitionandClassifyingforRobots）1.3.1機(jī)器人的定義(DefinitionofRobots)

機(jī)器人問世已有幾十年，機(jī)器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見。原因之一是機(jī)器人還在發(fā)展，新的機(jī)型，新的功能不斷涌現(xiàn)。同時(shí)由于機(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問題。就像機(jī)器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對(duì)機(jī)器人充滿了幻想。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時(shí)代的到來,機(jī)器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富，機(jī)器人的定義也不斷充實(shí)和創(chuàng)新。下面給出一些有代表性的定義。12/10/202210智能與控制工程研究所1.3機(jī)器人的定義和分類

（Definitionan國(guó)際和國(guó)外相關(guān)組織的定義國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的定義：機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置。美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）的定義：機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動(dòng)作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機(jī)械手。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過自動(dòng)完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。12/10/202211智能與控制工程研究所國(guó)際和國(guó)外相關(guān)組織的定義國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：機(jī)器有關(guān)學(xué)者的定義在1967年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上提出了兩個(gè)有代表性的定義。森政弘與合田周平提出的定義：“機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等7個(gè)特征的柔性機(jī)器”。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動(dòng)性、智能性、個(gè)體性、半機(jī)械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動(dòng)性等10個(gè)特性來表示機(jī)器人的形象。日本早稻田大學(xué)加藤一朗（日本機(jī)器人之父）教授認(rèn)為：機(jī)器人是由能工作的手，能行動(dòng)的腳和有意識(shí)的頭腦組成的個(gè)體，同時(shí)具有非接觸傳感器（相當(dāng)于耳、目）、接觸傳感器（相當(dāng)于皮膚）、固有感及平衡感等感覺器官的能力。12/10/202212智能與控制工程研究所有關(guān)學(xué)者的定義在1967年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上提也有一些組織和學(xué)者針對(duì)不同形式的機(jī)器人分別給出具體的解釋和定義，而機(jī)器人則只作為一種總稱。例如，日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）列舉了6種型式的機(jī)器人：(1)手動(dòng)操縱器：人操縱的機(jī)械手，缺乏獨(dú)立性；(2)固定程序機(jī)器人：缺乏通用性；(3)可編程機(jī)器人：非伺服控制；(4)示教再現(xiàn)機(jī)器人：通用工業(yè)機(jī)器人；(5)數(shù)控機(jī)器人：由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人；(6)智能機(jī)器人：具有智能行為的自律型機(jī)器人。12/10/202213智能與控制工程研究所也有一些組織和學(xué)者針對(duì)不同形式的機(jī)器人分別給出具體的解釋和定綜合諸家的解釋，概括各種機(jī)器人的性能，我們認(rèn)為可以按以下特征來描述機(jī)器人：1.機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官(如肢體、感官等)的功能；2.機(jī)器人具有通用性，工作種類多樣，動(dòng)作程序靈活易變，是柔性加工主要組成部分；3.機(jī)器人具有不同程度的智能，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等；4.機(jī)器人具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)，在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。12/10/202214智能與控制工程研究所綜合諸家的解釋，概括各種機(jī)器人的性能，我們認(rèn)為可以按以下特征1.3.2機(jī)器人的分類(ClassifyingofRobots)按照從低級(jí)→高級(jí)的發(fā)展程度可分為三類機(jī)器人第一代機(jī)器人（FirstGenerationRobots）：即可編程、示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人，已進(jìn)入商品化、實(shí)用化。第二代機(jī)器人（SecondGenerationRobots）：裝備有一定的傳感裝置，能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對(duì)象的簡(jiǎn)單信息，通過計(jì)算機(jī)處理、分析，能作出簡(jiǎn)單的推理，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行反饋的機(jī)器人，通常稱為低級(jí)智能機(jī)器人，由于信息處理系統(tǒng)的龐大與昂貴，第二代機(jī)器人目前只有少數(shù)可投入應(yīng)用。第三代機(jī)器人（ThirdGenerationRobots）：具有高度適應(yīng)性的自治機(jī)器人。它具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維、判斷決策，在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)立行動(dòng)。第三代機(jī)器人又稱作高級(jí)智能機(jī)器人，它與第五代計(jì)算機(jī)關(guān)系密切，目前還處于研究階段。12/10/202215智能與控制工程研究所1.3.2機(jī)器人的分類(Classify按照結(jié)構(gòu)形態(tài)，負(fù)載能力和動(dòng)作空間劃分可分為超大型機(jī)器人：負(fù)載能力1000kg以上大型機(jī)器人：100-1000kg/10m2以上中型機(jī)器人：10-100kg/1–10m2小型機(jī)器人：0.1-10kg/0.1-1m2超小型機(jī)器人：0.1kg以下/0.1m2以下12/10/202216智能與控制工程研究所按照結(jié)構(gòu)形態(tài)，負(fù)載能力和動(dòng)作空間劃分可分為12/10/202按照開發(fā)內(nèi)容和目的區(qū)分，可分為以下三類機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人（IndustrialRobot）：如焊接、噴漆、裝配機(jī)器人。操縱機(jī)器人（TeleoperatorRobot）：如主從手，遙控排險(xiǎn)、水下作業(yè)機(jī)器人。智能機(jī)器人（IntelligentRobot）：如演奏、表演、下棋、探險(xiǎn)機(jī)器人。特種機(jī)器人和微型機(jī)器人是目前機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)重要方向特種機(jī)器人（SpecialRobots）：如航天飛機(jī)上的機(jī)械手在失重狀態(tài)下的工作，海洋探測(cè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、防核防化機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、微小物體操作機(jī)器人等。微型機(jī)器人（Micro-robots）：體積小，如管道機(jī)器人、血管疏通機(jī)器人。微動(dòng)機(jī)器人（Micro-movementrobots）：動(dòng)作小、精度高，如細(xì)胞切割機(jī)器人、微操作和微裝配機(jī)器人等。12/10/202217智能與控制工程研究所按照開發(fā)內(nèi)容和目的區(qū)分，可分為以下三類機(jī)器人12/10/201.4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與控制方式

(StructureandControlofRobots)1.4.1機(jī)器人的結(jié)構(gòu)(TheStructureofRobot)簡(jiǎn)單地說，機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置、傳感器和控制器四大部分構(gòu)成（如圖）。記憶、示教裝置控制裝置驅(qū)動(dòng)裝置傳感器工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)12/10/202218智能與控制工程研究所1.4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與控制方式

(Structure執(zhí)行機(jī)構(gòu)：機(jī)器人的足、腿、手、臂、腰及關(guān)節(jié)等，它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和完成某項(xiàng)任務(wù)所必不可少的組成部分。驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置：用來有效地驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝置，通常采用液壓、電動(dòng)和汽動(dòng)，有直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)二種方式。傳感器：是機(jī)器人獲取環(huán)境信息的工具，如視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、力覺、滑覺和接近覺傳感器等，它們的功能相當(dāng)于人的眼、耳、鼻、皮膚及筋骨?？刂破鳎菏菣C(jī)器人的核心，它負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和各種動(dòng)作控制及對(duì)環(huán)境的識(shí)別。 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的控制器都是由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，控制方式主要有示教再現(xiàn)、可編程控制、遙控和自主控制等多種方式。12/10/202219智能與控制工程研究所執(zhí)行機(jī)構(gòu)：機(jī)器人的足、腿、手、臂、腰及關(guān)節(jié)等，它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)日本三菱公司產(chǎn)MOVEMASTER-EX五自由度機(jī)器人

▲實(shí)驗(yàn)室中的MOVEMASTER-EX機(jī)器人實(shí)物照片▼MOVEMASTER-EX五自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖12/10/202220智能與控制工程研究所日本三菱公司產(chǎn)MOVEMASTER-EX五自由度機(jī)器人▲美國(guó)UNIMATE公司產(chǎn)PUMA/560型六自由度機(jī)器人▲PUMA/560機(jī)器人（照片）▼PUMA/560六自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)

12/10/202221智能與控制工程研究所美國(guó)UNIMATE公司產(chǎn)PUMA/560型六自由度機(jī)器人▲1.4.2機(jī)器人的工作原理（ThePrincipleofRobot）

機(jī)器人的工作原理是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。簡(jiǎn)單地說，機(jī)器人的原理就是模仿人的各種肢體動(dòng)作、思維方式和控制決策能力。從控制的角度，機(jī)器人可以通過如下四種方式來達(dá)到這一目標(biāo)?！笆窘淘佻F(xiàn)”方式：它通過“示教盒”或人“手把手”兩種方式教機(jī)械手如何動(dòng)作，控制器將示教過程記憶下來，然后機(jī)器人就按照記憶周而復(fù)始地重復(fù)示教動(dòng)作，如噴涂機(jī)器人。12/10/202222智能與控制工程研究所1.4.2機(jī)器人的工作原理（The“可編程控制”方式：工作人員事先根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)和運(yùn)動(dòng)軌跡編制控制程序，然后將控制程序輸入給機(jī)器人的控制器，起動(dòng)控制程序，機(jī)器人就按照程序所規(guī)定的動(dòng)作一步一步地去完成，如果任務(wù)變更，只要修改或重新編寫控制程序，非常靈活方便。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都是按照前兩種方式工作的?！斑b控”方式：由人用有線或無線遙控器控制機(jī)器人在人難以到達(dá)或危險(xiǎn)的場(chǎng)所完成某項(xiàng)任務(wù)。如防暴排險(xiǎn)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、在有核輻射和化學(xué)污染環(huán)境工作的機(jī)器人等。“自主控制”方式：是機(jī)器人控制中最高級(jí)、最復(fù)雜的控制方式，它要求機(jī)器人在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中具有識(shí)別環(huán)境和自主決策能力，也就是要具有人的某些智能行為。12/10/202223智能與控制工程研究所“可編程控制”方式：工作人員事先根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)和運(yùn)動(dòng)軌1.4.3控制(Control)示教－再現(xiàn)即分為示教－存儲(chǔ)－再現(xiàn)-操作四步進(jìn)行。示教：方式有兩種：(1)直接示教－手把手；(2)間接示教－示教盒控制。存儲(chǔ)：保存示教信息。再現(xiàn)：根據(jù)需要，讀出存儲(chǔ)的示教信息向機(jī)器人發(fā)出重復(fù)動(dòng)作的命令。12/10/202224智能與控制工程研究所1.4.3控制(Control)12/控制信息順序信息：各種動(dòng)作單元（包括機(jī)械手和外圍設(shè)備）按動(dòng)作先后順序的設(shè)定、檢測(cè)等。位置信息：作業(yè)之間各點(diǎn)的坐標(biāo)值，包括手爪在該點(diǎn)上的姿態(tài)，通常總稱為位姿（POSE）。時(shí)間信息：各順序動(dòng)作所需時(shí)間，即機(jī)器人完成各個(gè)動(dòng)作的速度。位置控制點(diǎn)位控制－PTP（PointtoPoint）：只考慮起始點(diǎn)和目的點(diǎn)的位置，而不考慮兩點(diǎn)之間的移動(dòng)路徑的控制方式，適用于上下料、點(diǎn)焊、搬運(yùn)等；連續(xù)路徑控制－CP（ContinuousPath）：不但要求機(jī)器人以一定的精度到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，而且對(duì)其移動(dòng)的軌跡形式有一定精度范圍的要求。12/10/202225智能與控制工程研究所控制信息12/10/202225智能與控制工程研究所1.5

操縱機(jī)器人

(OperatingRobots)

操縱機(jī)器人實(shí)際上是一種人機(jī)系統(tǒng)，由人"操縱"代替"示教"。因此，人與機(jī)器人之間相互傳遞信息的問題就成為操縱機(jī)器人研究的重點(diǎn)。操縱機(jī)器人可分為兩種類型：能力擴(kuò)大式機(jī)器人：負(fù)重能力，動(dòng)作范圍放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，如空間機(jī)器人放置和回收衛(wèi)星；遙控機(jī)器人：適用于特殊作業(yè)環(huán)境，如放射性物質(zhì)，真空，有毒氣體等隔離工作環(huán)境。又如高空、建筑、宇宙、海洋開發(fā)、火山探測(cè)、軍事戰(zhàn)場(chǎng)等人不能到達(dá)的環(huán)境。12/10/202226智能與控制工程研究所1.5

操縱機(jī)器人

(OperatingRobots主從式機(jī)器人與人協(xié)同動(dòng)作12/10/202227智能與控制工程研究所主從式機(jī)器人與人協(xié)同動(dòng)作12/10/202227智能與控制工1.6智能機(jī)器人

(IntelligentRobots)第三代智能機(jī)器人應(yīng)具備以下四種機(jī)能：運(yùn)動(dòng)機(jī)能：施加于外部環(huán)境，相當(dāng)于人的手、腳等動(dòng)作機(jī)能；感知機(jī)能：獲取外部環(huán)境信息的能力，如視覺、觸覺、聽覺、力覺、距離感、接近覺等；思維能力：認(rèn)識(shí)、推理、判斷能力；人－機(jī)對(duì)話機(jī)能：理解指示命令，輸出內(nèi)部狀態(tài)，與人進(jìn)行信息交換的能力。

智能機(jī)器人既不同于工業(yè)機(jī)器人的“示教－再現(xiàn)”，也不同于操縱機(jī)器人的“操縱”，而是一種“認(rèn)知－適應(yīng)"的工作方式。12/10/202228智能與控制工程研究所1.6智能機(jī)器人

(IntelligentRobo1.7機(jī)器人的應(yīng)用

（TheApplicationsofRobots）

機(jī)器人的應(yīng)用十分廣泛，在許多領(lǐng)域機(jī)器人都得到了成功的應(yīng)用或有著美好的應(yīng)用前景。工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是應(yīng)用最為成功和廣泛的機(jī)器人，它的應(yīng)用涉及到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，如焊接、裝配、噴漆等。海洋探測(cè)機(jī)器人可用于海底礦物資源和水文氣象探測(cè)、海底地勢(shì)勘查、打撈、救生、排險(xiǎn)等?？臻g機(jī)器人在航天飛機(jī)上用來回收和維修人造衛(wèi)星，在空間站、月球表面和火星上進(jìn)行工作。軍用機(jī)器人

有掃雷排雷機(jī)器人、偵察機(jī)器人、防核防化機(jī)器人等。12/10/202229智能與控制工程研究所1.7機(jī)器人的應(yīng)用

（TheApplications特種機(jī)器人

替代人在繁重、危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下作業(yè)必不可少的工具，如消防（滅火）機(jī)器人、防暴機(jī)器人、盾構(gòu)機(jī)器人等。微型機(jī)器人進(jìn)入煤氣、輸油管道等狹窄場(chǎng)所進(jìn)行工作，甚至進(jìn)入人體的血管、腸胃。微操作機(jī)器人是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，在國(guó)防、空間技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、智能制造和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）中有廣泛的應(yīng)用前景。娛樂機(jī)器人充當(dāng)導(dǎo)游、做表演、甚至與人進(jìn)行簡(jiǎn)單交流，如導(dǎo)游機(jī)器人、足球機(jī)器人、機(jī)器狗、機(jī)器貓、機(jī)器魚等。服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)開始或在不久的將來進(jìn)入人類家庭生活，如保健機(jī)器人，導(dǎo)盲機(jī)器人、垃圾清掃和擦玻璃機(jī)器人等。12/10/202230智能與控制工程研究所特種機(jī)器人替代人在繁重、危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下作業(yè)必不可少的工具

工業(yè)機(jī)器人汽車裝配機(jī)器人

12/10/202231智能與控制工程研究所工業(yè)機(jī)器人汽車裝配機(jī)器人12/10/202231智能與控汽車裝配機(jī)器人12/10/202232智能與控制工程研究所汽車裝配機(jī)器人12/10/202232智能與控制工程研究所一汽紅旗轎車機(jī)器人焊接線12/10/202233智能與控制工程研究所一汽紅旗轎車機(jī)器人焊接線12/10/202233智能與控制工弧焊機(jī)器人12/10/202234智能與控制工程研究所弧焊機(jī)器人12/10/202234智能與控制工程研究所點(diǎn)焊機(jī)器人鉚接機(jī)器人

12/10/202235智能與控制工程研究所點(diǎn)焊機(jī)器人鉚接機(jī)器人12/10/202235智能與控制工程海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”纜控式無人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右）

12/10/202236智能與控制工程研究所海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽自動(dòng)化所機(jī)器人中心研制的CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人（上）和正在下水的情況（右）12/10/202237智能與控制工程研究所CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽自空間機(jī)器人美國(guó)航空航天局（NASA）研究的月球車在月球表面時(shí)的情形12/10/202238智能與控制工程研究所空間機(jī)器人美國(guó)航空航天局（NASA）研究的月球車在月球表面美國(guó)航空航天局（NASA）研究的“索杰納”火星車12/10/202239智能與控制工程研究所美國(guó)航空航天局（NASA）研究的“索杰納”火星車12/101997年7月4日17時(shí)07分，美國(guó)航空航天局（NASA）發(fā)射的火星探路者號(hào)宇宙飛船成功地在火星（Mars）表面著陸，“索杰納”火星車在火星上成功地工作了250天。2003年6月先后升空的美國(guó)“勇氣”（Spirit）號(hào)和“機(jī)遇”（Opportunity）號(hào)火星車經(jīng)過1.2億公里和半年多的長(zhǎng)途飛行，分別于2004年1月3日和24日先后登陸火星，向地球傳來大量清晰的火星圖片。12/10/202240智能與控制工程研究所1997年7月4日17時(shí)07分，美國(guó)航空航天局（NASA）發(fā)日本研究的火星探測(cè)機(jī)器人12/10/202241智能與控制工程研究所日本研究的火星探測(cè)機(jī)器人12/10/202241智能與控制工軍用機(jī)器人英國(guó)研制的履帶式“手推車”（上圖）、“土撥鼠”（右圖右）和“野?！保ㄓ覉D左）排爆機(jī)器人在波黑及科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中用來探測(cè)及處理爆炸物機(jī)器警察12/10/202242智能與控制工程研究所軍用機(jī)器人英國(guó)研制的履帶式“手推車”（上圖）、“土撥鼠”德國(guó)的排爆機(jī)器人我國(guó)沈陽自動(dòng)化所研制的排爆機(jī)器人12/10/202243智能與控制工程研究所德國(guó)的排爆機(jī)器人我國(guó)沈陽自動(dòng)化所研制的排爆機(jī)器人12/10/工兵機(jī)器人美國(guó)將M60坦克的炮塔去掉后改裝的豹式掃雷車12/10/202244智能與控制工程研究所工兵機(jī)器人美國(guó)將M60坦克的炮塔去掉后改裝的豹式掃雷車12/德國(guó)研制的Minebreaker2000機(jī)器人掃雷車

12/10/202245智能與控制工程研究所德國(guó)研制的Minebreaker2000機(jī)器人掃雷車12保安機(jī)器人美國(guó)研制的MDARS-E型室外保安機(jī)器人MPR-800多用途機(jī)器人，可用于掃雷、滅火、核生化污染清除等多項(xiàng)危險(xiǎn)工作12/10/202246智能與控制工程研究所保安機(jī)器人美國(guó)研制的MDARS-EMPR-800多用途機(jī)器人偵察機(jī)器人美國(guó)研制的“徘徊者”偵察機(jī)器人由M113裝甲運(yùn)輸車改裝而成

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在研制的只有2.54厘米大小昆蟲機(jī)器人12/10/202247智能與控制工程研究所偵察機(jī)器人美國(guó)研制的“徘徊者”偵察機(jī)器人由M113裝甲水下掃雷機(jī)器人12/10/202248智能與控制工程研究所水下掃雷機(jī)器人12/10/202248智能與控制工程研究所瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人

12/10/202249智能與控制工程研究所瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人12/10/20美國(guó)羅克威爾公司及IS機(jī)器人公司研制的一種名叫

“水下自主行走裝置”（ALUV）的水下掃雷機(jī)器蟹

12/10/202250智能與控制工程研究所美國(guó)羅克威爾公司及IS機(jī)器人公司研制的一種名叫

“水下自主行無人機(jī)

“暗星”無人機(jī)“別動(dòng)隊(duì)”無人機(jī)法國(guó)“紅隼”無人機(jī)高空無人偵察機(jī)12/10/202251智能與控制工程研究所無人機(jī)“暗星”無人機(jī)“別動(dòng)隊(duì)”無人機(jī)法國(guó)“紅隼”無人機(jī)高空鬼怪式無人機(jī)發(fā)射Brevel無人機(jī)只有15厘米的微型無人機(jī)12/10/202252智能與控制工程研究所鬼怪式無人機(jī)發(fā)射Brevel無人機(jī)只有15厘米的微型無人機(jī)1特種機(jī)器人復(fù)合式直徑6.14米盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)隧道鑿巖機(jī)器人12/10/202253智能與控制工程研究所特種機(jī)器人復(fù)合式直徑6.14米盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)隧道鑿巖機(jī)器人1自動(dòng)無軌堆垛機(jī)

機(jī)器人化裝載機(jī)自動(dòng)攤鋪機(jī)

12/10/202254智能與控制工程研究所自動(dòng)無軌堆垛機(jī)機(jī)器人化裝載機(jī)自動(dòng)攤鋪機(jī)12/10/20

移動(dòng)機(jī)器人

法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心和系統(tǒng)分析與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室共同研制的HILARE2型移動(dòng)機(jī)械手12/10/202255智能與控制工程研究所移動(dòng)機(jī)器人法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心和系統(tǒng)分析與結(jié)構(gòu)法國(guó)蒙特皮里亞（Montpellier）微電子與

機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研制的LIRMM移動(dòng)機(jī)器人

12/10/202256智能與控制工程研究所法國(guó)蒙特皮里亞（Montpellier）微電子與

機(jī)器人實(shí)驗(yàn)微型機(jī)器人工業(yè)管道機(jī)器人移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)SMA六足微型機(jī)器人外觀如同一只小甲蟲，外形尺寸為25×30×30mm3，重20克，步行速度18mm/分，有12個(gè)自由度，SMA（形狀記憶合金）作為驅(qū)動(dòng)源。微小型機(jī)器人將來可能在細(xì)小管道檢測(cè)及醫(yī)療方面發(fā)揮作用。12/10/202257智能與控制工程研究所微型機(jī)器人工業(yè)管道機(jī)器人移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)SMA六足微型機(jī)器人微型飛行器：被認(rèn)為是未來戰(zhàn)場(chǎng)上的重要偵察和攻擊武器，能以可接受的成本執(zhí)行某一有價(jià)值的任務(wù)。這種飛行器必須能夠傳輸實(shí)時(shí)圖像或執(zhí)行其它功能，有足夠小的尺寸（小于20厘米）、足夠的巡航范圍（如不小于5公里）和飛行時(shí)間（不小于15分鐘）。

微型戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)：可用于戰(zhàn)爭(zhēng)危險(xiǎn)估計(jì)、目標(biāo)搜索、通信中繼，監(jiān)測(cè)化學(xué)、核或生物武器，偵察建筑物內(nèi)部情況?？蛇m用于城市、叢林等多種戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境。因?yàn)槠浔阌跀y帶，操作簡(jiǎn)單，安全性好的優(yōu)點(diǎn)，可以在部隊(duì)中大量裝備。12/10/202258智能與控制工程研究所微型飛行器：被認(rèn)為是未來戰(zhàn)場(chǎng)上的重要偵察和攻擊武器，能以可接微操作機(jī)器人系統(tǒng)華中科技大學(xué)控制系智能與控制工程研究所研制的HUST-MR801型雙手協(xié)調(diào)微操作機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)12/10/202259智能與控制工程研究所微操作機(jī)器人系統(tǒng)華中科技大學(xué)控制系智能與控制工程研究所研制的娛樂機(jī)器人機(jī)器人足球賽12/10/202260智能與控制工程研究所娛樂機(jī)器人機(jī)器人足球賽12/10/202260智能與控制機(jī)器人相撲大賽

相撲機(jī)器人12/10/202261智能與控制工程研究所機(jī)器人相撲大賽相撲機(jī)器人12/10/202261智能與控制機(jī)器狗與機(jī)器昆蟲

12/10/202262智能與控制工程研究所機(jī)器狗與機(jī)器昆蟲12/10/202262智能與控制工程研究小提琴機(jī)器人和吹笛機(jī)器人

吹笛機(jī)器人小提琴機(jī)器人12/10/202263智能與控制工程研究所小提琴機(jī)器人和吹笛機(jī)器人吹笛機(jī)器人小提琴機(jī)器人12/1機(jī)器人樂隊(duì)12/10/202264智能與控制工程研究所機(jī)器人樂隊(duì)12/10/202264智能與控制工程研究所舞蹈機(jī)器人和機(jī)器龜機(jī)器人舞蹈機(jī)器龜走迷宮12/10/202265智能與控制工程研究所舞蹈機(jī)器人和機(jī)器龜機(jī)器人舞蹈機(jī)器龜走迷宮12/10/2022服務(wù)機(jī)器人腦外科機(jī)器人輔助系統(tǒng)護(hù)士助手機(jī)器人12/10/202266智能與控制工程研究所服務(wù)機(jī)器人腦外科機(jī)器人輔助系統(tǒng)護(hù)士助手機(jī)器人12/10/2遙控操作手術(shù)（格林系統(tǒng)）12/10/202267智能與控制工程研究所遙控操作手術(shù)（格林系統(tǒng)）12/10/202267智能與控制工導(dǎo)盲機(jī)器人和智能輪椅智能輪椅導(dǎo)盲機(jī)器人12/10/202268智能與控制工程研究所導(dǎo)盲機(jī)器人和智能輪椅智能輪椅導(dǎo)盲機(jī)器人12/10/20226爬纜索機(jī)器人和清洗巨人爬纜索機(jī)器人:在高空纜索上自動(dòng)完成檢查、打磨、清洗、去靜電、底涂和面涂及一系列的維護(hù)工作。清洗巨人：利用兩套計(jì)算機(jī)和一個(gè)機(jī)器人控制器來控制飛機(jī)的清洗

，不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大提高了工作效率。例如，人工清洗一架波音747飛機(jī)需要95個(gè)工時(shí)，而機(jī)器人清洗僅需12個(gè)工時(shí)。12/10/202269智能與控制工程研究所爬纜索機(jī)器人和清洗巨人爬纜索機(jī)器人:在高空纜索上自動(dòng)完成檢高樓擦窗和壁面清洗機(jī)器人

12/10/202270智能與控制工程研究所高樓擦窗和壁面清洗機(jī)器人12/10/202270智能與控制消防機(jī)器人和救援機(jī)器人12/10/202271智能與控制工程研究所消防機(jī)器人和救援機(jī)器人12/10/202271智能與控制工程雕刻機(jī)器人和汽車加油機(jī)器人加油機(jī)器人：汽車駛?cè)爰佑蛵u，前輪觸發(fā)一個(gè)概略定位器，給出汽車的概略位置。機(jī)器人臂抓起相應(yīng)的油槍，機(jī)器人臂伸出，機(jī)器人臂上裝有一臺(tái)微型攝像機(jī)，它找到油箱蓋，利用一個(gè)吸氣裝置將其打開，然后機(jī)器人手爪擰開加油口密封蓋，插入加油軟管。加完油后，機(jī)器人蓋上密封蓋及油箱蓋。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)已為用戶結(jié)完帳。整個(gè)過程只需兩、三分鐘。雕刻機(jī)器人：電腦雕刻系統(tǒng)集掃描、編輯、排版、雕刻諸功能于一體，是CAD/CAM一體化的典型產(chǎn)品，能方便快捷地在各種材質(zhì)上雕刻出逼真、精致、耐久的二維圖形及三維立體浮雕。12/10/202272智能與控制工程研究所雕刻機(jī)器人和汽車加油機(jī)器人加油機(jī)器人：汽車駛?cè)爰佑蛵u，前輪觸導(dǎo)游機(jī)器人和禮儀機(jī)器人12/10/202273智能與控制工程研究所導(dǎo)游機(jī)器人和禮儀機(jī)器人12/10/202273智能與控制工程農(nóng)業(yè)和林業(yè)機(jī)器人

摘西紅柿機(jī)器人溫室中的嫁接機(jī)器人12/10/202274智能與控制工程研究所農(nóng)業(yè)和林業(yè)機(jī)器人摘西紅柿機(jī)器人溫室中的嫁接機(jī)器人12/林木球果采集機(jī)器人

伐根機(jī)器人12/10/202275智能與控制工程研究所林木球果采集機(jī)器人伐根機(jī)器人12/10/202275智能

仿人形機(jī)器人本田公司機(jī)器人P2

本田公司機(jī)器人P3日本本田公司投入巨資，經(jīng)過10多年的開發(fā)，于1997年研制出了在世界上居領(lǐng)先地位的雙足步行機(jī)器人P3

，按研制時(shí)間先后，把雙足步行機(jī)器人分別命名為P1、P2、P3等。P3的高度為160cm，體重130公斤。被稱為二哥的機(jī)器人P2身高1.80米，體重120公斤，看起來笨頭笨腦，但行動(dòng)起來卻很靈活，它們不僅能在平坦的地面上行走，還能夠完成上臺(tái)階和用扳手?jǐn)Q螺釘?shù)雀唠y動(dòng)作。12/10/202276智能與控制工程研究所仿人形機(jī)器人本田公司機(jī)器人P2本田公司機(jī)器人P3日本本我國(guó)研究的仿人型機(jī)器人

哈爾濱工業(yè)大學(xué)雙足步行機(jī)器人在爬樓梯國(guó)防科技大學(xué)研制“先行者”仿人型機(jī)器人12/10/202277智能與控制工程研究所我國(guó)研究的仿人型機(jī)器人哈爾濱工業(yè)大學(xué)雙足步行機(jī)器人在爬樓梯北京航空航天大學(xué)研究的多指靈巧手12/10/202278智能與控制工程研究所北京航空航天大學(xué)研究的多指靈巧手12/10/202278智能1.8未來機(jī)器人的發(fā)展方向

(TheFutureofRobots)目前的應(yīng)用情況機(jī)器人的誕生是人類高新技術(shù)革命的結(jié)晶，經(jīng)過短短四十多年的發(fā)展已取得了巨大成功，但是對(duì)于人類的理想來說這還僅僅是開始。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，1996年，全世界有機(jī)器人68萬臺(tái)，從1996年以來，世界機(jī)器人銷售量的年增長(zhǎng)率為13%，到2000年，全世界的機(jī)器人數(shù)量已達(dá)到130萬臺(tái)（1999年底銷售機(jī)器人總臺(tái)數(shù)已達(dá)到110萬臺(tái)）。12/10/202279智能與控制工程研究所1.8未來機(jī)器人的發(fā)展方向

(TheFut應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大機(jī)器人在制造業(yè)中的發(fā)展是成功的，正逐步涉足非制造業(yè)。隨著人類改造大自然要求的提高，以及機(jī)器人適應(yīng)特殊環(huán)境能力的增強(qiáng)，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、軍事、海洋勘探、太空探索、生物醫(yī)學(xué)工程等行業(yè)將是機(jī)器人嶄露頭角的新領(lǐng)域。深入日常生活在人們的日常生活中，各種服務(wù)機(jī)器人也將向我們走來，娛樂機(jī)器人將給我們的生活增添無限樂趣。清潔機(jī)器人將減輕我們繁重的家務(wù)。保健機(jī)器人可為老人和殘疾人提供保健幫助，是人們強(qiáng)烈需求的對(duì)象。未來的機(jī)器人未來的機(jī)器人將像人一樣，能聽、能看、能說、能識(shí)別環(huán)境，具有記憶、推理和決策能力，在某些方面甚至有超過人的能力，如計(jì)算、速度、記憶、力量和適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力等。人類對(duì)機(jī)器人將逐漸實(shí)現(xiàn)語言、表情甚至意念等方式進(jìn)行控制，機(jī)器人終將成為人類的忠實(shí)助手和親密朋友。12/10/202280智能與控制工程研究所應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大12/10/202280智能與控制工程研1.9

我國(guó)機(jī)器人研究的簡(jiǎn)況

(DevelopingofRobotsinChina)我國(guó)機(jī)器人研究始于70年代，并被列入“七五”期間實(shí)施的國(guó)家“863”高科技發(fā)展計(jì)劃（512主題）。“863”計(jì)劃的實(shí)施大大推動(dòng)了我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，在短短30多年里，中國(guó)的機(jī)器人技術(shù)在世界上已占有一席之地，在制造業(yè)中陸續(xù)出現(xiàn)一些噴涂、焊接、搬運(yùn)、裝配機(jī)器人，但受市場(chǎng)和資金等因素的影響，截止到1998年我國(guó)機(jī)器人裝機(jī)數(shù)量?jī)H1200臺(tái)，其中絕大部分是進(jìn)口的，這與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在很大差距。12/10/202281智能與控制工程研究所1.9

我國(guó)機(jī)器人研究的簡(jiǎn)況

(Developing在特種機(jī)器人方面，自第一臺(tái)水下機(jī)器人在沈陽自動(dòng)化所研制成功后，瑞康（RECON）一號(hào)、探索者一號(hào)相繼下水，特別是“CR－01”6000米水下機(jī)器人，能完成在深水中攝像，進(jìn)行海底地勢(shì)勘察和水文測(cè)量，自動(dòng)記錄各種數(shù)據(jù)等工作。另外，我國(guó)還在壁面爬行機(jī)器人（哈工大、北航）、遙控檢查和排險(xiǎn)機(jī)器人（沈陽自動(dòng)化所）、自動(dòng)駕駛機(jī)器人（清華大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)）、防核防化軍用機(jī)器人（國(guó)防科技大學(xué)）、微操作機(jī)器人（華中科技大學(xué)、南開大學(xué)）的研究方面取得了較大的進(jìn)展。目前我國(guó)機(jī)器人的發(fā)展正朝著實(shí)用化、智能化和特種機(jī)器人的方向發(fā)展。我們完全有理由相信，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，我國(guó)機(jī)器人的研究水平和應(yīng)用領(lǐng)域，將進(jìn)入一個(gè)大的發(fā)展時(shí)期。12/10/202282智能與控制工程研究所在特種機(jī)器人方面，自第一臺(tái)水下機(jī)器人在沈陽自動(dòng)化所研制成功后主要參考書RichardP.Paul.RobotManipultons:Mathematics,ProgrammingandControl.TheMITPress,Cambridge,MA,USA,1981H.Asada,J-J.E.Slotine.RobotAnalysisandControl.AWiley-InterseiencePublicationJohnWileyandSons,1986JohnJ.Craig.IntroductiontoRobotics:MechanicsandControl.Addison-WesleyPublishingCompany,1986K.S.Fu,R.C.Gonsalez,C.S.G.Lee.Robotics:Control,Sensing,VisionandIntelligence.MeGraw-HillBookCompany,1987蔡自興，機(jī)器人學(xué)，清華大學(xué)出版社，2000.9嚴(yán)學(xué)高、孟正大，機(jī)器人原理，東南大學(xué)出版社，1992熊有倫等，機(jī)器人學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，1993徐繽昌、闕志宏等，機(jī)器人控制工程，西北工業(yè)大學(xué)出版社，1992[南]M.武科布拉托維奇等（M.Vukobratovic’），機(jī)器人學(xué)的科學(xué)原理（中譯本）12/10/202283智能與控制工程研究所主要參考書RichardP.Paul.RobotMan有關(guān)的文獻(xiàn)期刊IEEETrans.onAutomaticControl(AC),Man-Mach.System(MMS),System,ManandCybernetics(SMC),RoboticsAutomation(RA)IEEEAutomaticControlMagazineTheInternationalJournalofRoboticsResearchASMEJournalonDSMC(DynamicSystems,MeasurementandControl)RoboticToday機(jī)器人——中科院沈陽自動(dòng)化所（沈陽）自動(dòng)化學(xué)報(bào)——中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)、中科院自動(dòng)化所（北京）控制理論與應(yīng)用——華南理工大學(xué)（廣州）高技術(shù)通訊——中科院情報(bào)所（北京）12/10/202284智能與控制工程研究所有關(guān)的文獻(xiàn)期刊IEEETrans.onAutomati機(jī)器人原理及控制技術(shù)PrincipleandControlTechniques

ofRobotManipulators12/10/202285機(jī)器人原理及控制技術(shù)PrincipleandContro章節(jié)安排第一章緒論第二章齊次變換第三章運(yùn)動(dòng)學(xué)方程第四章逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程第五章微分變換第六章動(dòng)力學(xué)第七章控制第八章運(yùn)動(dòng)軌跡第九章靜態(tài)力第十章力控與順應(yīng)控制12/10/202286智能與控制工程研究所章節(jié)安排第一章緒論第一章緒論

ChapterⅠIntroduction1.1機(jī)器人名稱的由來1.2機(jī)器人的發(fā)展歷史1.3機(jī)器人的定義和分類1.4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與控制方式1.5操縱機(jī)器人1.6智能機(jī)器人1.7機(jī)器人的應(yīng)用1.8未來機(jī)器人的發(fā)展方向1.9我國(guó)機(jī)器人研究的簡(jiǎn)況12/10/202287智能與控制工程研究所第一章緒論

ChapterⅠIntroduction11.1機(jī)器人名稱的由來

(About“Robot”)

機(jī)器人的英文名詞是Robot，Robot一詞最早出現(xiàn)在1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克（KarelCapek）所寫的一個(gè)劇本中，這個(gè)劇本的名字為《Rossum’sUniversalRobots》，中文意思是“羅薩姆的萬能機(jī)器人”。 劇中的人造勞動(dòng)者取名為Robota，捷克語的意思是“苦力”、“奴隸”。英語的Robot一詞就是由此而來的，以后世界各國(guó)都用Robot作為機(jī)器人的代名詞。12/10/202288智能與控制工程研究所1.1機(jī)器人名稱的由來

(About“Robot”1.2機(jī)器人的發(fā)展歷史

(TheDevelopingHistoryofRobots)古代“機(jī)器人”——現(xiàn)代機(jī)器人的雛形

人類對(duì)機(jī)器人的幻想與追求已有3000多年的歷史西周時(shí)期，我國(guó)的能工巧匠偃師研制出的歌舞藝人，是我國(guó)最早記載的機(jī)器人。春秋后期，據(jù)《墨經(jīng)》記載，魯班曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”。公元前2世紀(jì)，古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人──太羅斯，它是以水、空氣和蒸汽壓力為動(dòng)力的會(huì)動(dòng)的青銅雕像，它可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。1800年前的漢代，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動(dòng)儀，而且發(fā)明了計(jì)里鼓車，計(jì)里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。12/10/202289智能與控制工程研究所1.2機(jī)器人的發(fā)展歷史

(TheDevelopin后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其在崎嶇山路中運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭(zhēng)。1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。1738年，法國(guó)天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄。1773年，著名的瑞士鐘表匠杰克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯制造出自動(dòng)書寫玩偶、自動(dòng)演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動(dòng)玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理而制成的，它們有的拿著畫筆和顏色繪畫，有的拿著鵝毛蘸墨水寫字，結(jié)構(gòu)巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時(shí)。1927年，美國(guó)西屋公司工程師溫茲利制造了第一個(gè)機(jī)器人“電報(bào)箱”，并在紐約舉行的世界博覽會(huì)上展出，它是一個(gè)電動(dòng)機(jī)器人，裝有無線電發(fā)報(bào)機(jī)，可以回答一些問題，但該機(jī)器人不能走動(dòng)。12/10/202290智能與控制工程研究所后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史二戰(zhàn)期間（1938-1945）由于核工業(yè)和軍事工業(yè)的發(fā)展，研制了“遙控操縱器”（Teleoperator）主要用于放射性材料的生產(chǎn)和處理過程。1947年，對(duì)這種較簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置進(jìn)行了改進(jìn)，采用電動(dòng)伺服方式，使其從動(dòng)部分能跟隨主動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)，稱為"主從機(jī)械手"（Master-SlaveManipulator）。1949-1953美國(guó)麻省理工學(xué)院開始研制數(shù)控銑床隨著先進(jìn)飛機(jī)制造的需要，美國(guó)麻省理工學(xué)院輻射實(shí)驗(yàn)室（MITRadiationLaboratory）開始研制數(shù)控銑床。1953年研制成功能按照模型軌跡做切削動(dòng)作的多軸數(shù)控銑床。1954年

“可編程”“示教再現(xiàn)”機(jī)器人美國(guó)人GeorgeC.Devol設(shè)計(jì)制作了世界上第一臺(tái)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)裝置，并發(fā)表了題為《適用于重復(fù)作業(yè)的通用性工業(yè)機(jī)器人》的文章。12/10/202291智能與控制工程研究所現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史12/10/20227智能與控制工程研究60年代機(jī)器人產(chǎn)品正式問世，機(jī)器人技術(shù)開始形成1960年美國(guó)“聯(lián)合控制公司”（ConsolidatedControl）根據(jù)Devol的專利技術(shù)，研制出第一臺(tái)真正意義上的工業(yè)機(jī)器人，并成立了Unimation公司，開始定型生產(chǎn)名為Unimate的工業(yè)機(jī)器人。兩年后，美國(guó)“機(jī)床與鑄造公司”（AMF）也生產(chǎn)了另一種可編程工業(yè)機(jī)器人Versatran。70年代機(jī)器人技術(shù)發(fā)展成為專門學(xué)科機(jī)器人產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展成為專門學(xué)科，稱之為機(jī)器人學(xué)（Robotics）。機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，不同的應(yīng)用場(chǎng)所，導(dǎo)致了各種坐標(biāo)系統(tǒng)、各種結(jié)構(gòu)的機(jī)器人相繼出現(xiàn)，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛躍發(fā)展使機(jī)器人的控制性能大大提高，成本不斷下降。12/10/202292智能與控制工程研究所60年代機(jī)器人產(chǎn)品正式問世，機(jī)器人技術(shù)開始形成12/1080年代開始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段80年代，不同結(jié)構(gòu)、不同控制方法和不同用途的工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家真正進(jìn)入了實(shí)用化的普及階段。隨著傳感技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，開始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段。機(jī)器人視覺、觸覺、力覺、接近覺等項(xiàng)研究和應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的適應(yīng)能力，擴(kuò)大了機(jī)器人的應(yīng)用范圍，促進(jìn)了機(jī)器人的智能化進(jìn)程。經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)逐步形成了一門新的綜合性學(xué)科—機(jī)器人學(xué)（Robotics）它包括有基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面主要研究?jī)?nèi)容有：(1)機(jī)械手設(shè)計(jì)； (2)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制；(3)軌跡設(shè)計(jì)和路徑規(guī)劃； (4)傳感器(包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器)；(5)機(jī)器人視覺； (6)機(jī)器人語言；(7)裝置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； (8)機(jī)器人智能等。12/10/202293智能與控制工程研究所80年代開始進(jìn)入智能機(jī)器人研究階段12/10/20229智1.3機(jī)器人的定義和分類

（DefinitionandClassifyingforRobots）1.3.1機(jī)器人的定義(DefinitionofRobots)

機(jī)器人問世已有幾十年，機(jī)器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見。原因之一是機(jī)器人還在發(fā)展，新的機(jī)型，新的功能不斷涌現(xiàn)。同時(shí)由于機(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問題。就像機(jī)器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對(duì)機(jī)器人充滿了幻想。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時(shí)代的到來,機(jī)器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富，機(jī)器人的定義也不斷充實(shí)和創(chuàng)新。下面給出一些有代表性的定義。12/10/202294智能與控制工程研究所1.3機(jī)器人的定義和分類

（Definitionan國(guó)際和國(guó)外相關(guān)組織的定義國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的定義：機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置。美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）的定義：機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動(dòng)作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機(jī)械手。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過自動(dòng)完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。12/10/202295智能與控制工程研究所國(guó)際和國(guó)外相關(guān)組織的定義國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：機(jī)器有關(guān)學(xué)者的定義在1967年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上提出了兩個(gè)有代表性的定義。森政弘與合田周平提出的定義：“機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等7個(gè)特征的柔性機(jī)器”。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動(dòng)性、智能性、個(gè)體性、半機(jī)械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動(dòng)性等10個(gè)特性來表示機(jī)器人的形象。日本早稻田大學(xué)加藤一朗（日本機(jī)器人之父）教授認(rèn)為：機(jī)器人是由能工作的手，能行動(dòng)的腳和有意識(shí)的頭腦組成的個(gè)體，同時(shí)具有非接觸傳感器（相當(dāng)于耳、目）、接觸傳感器（相當(dāng)于皮膚）、固有感及平衡感等感覺器官的能力。12/10/202296智能與控制工程研究所有關(guān)學(xué)者的定義在1967年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上提也有一些組織和學(xué)者針對(duì)不同形式的機(jī)器人分別給出具體的解釋和定義，而機(jī)器人則只作為一種總稱。例如，日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）列舉了6種型式的機(jī)器人：(1)手動(dòng)操縱器：人操縱的機(jī)械手，缺乏獨(dú)立性；(2)固定程序機(jī)器人：缺乏通用性；(3)可編程機(jī)器人：非伺服控制；(4)示教再現(xiàn)機(jī)器人：通用工業(yè)機(jī)器人；(5)數(shù)控機(jī)器人：由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人；(6)智能機(jī)器人：具有智能行為的自律型機(jī)器人。12/10/202297智能與控制工程研究所也有一些組織和學(xué)者針對(duì)不同形式的機(jī)器人分別給出具體的解釋和定綜合諸家的解釋，概括各種機(jī)器人的性能，我們認(rèn)為可以按以下特征來描述機(jī)器人：1.機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官(如肢體、感官等)的功能；2.機(jī)器人具有通用性，工作種類多樣，動(dòng)作程序靈活易變，是柔性加工主要組成部分；3.機(jī)器人具有不同程度的智能，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等；4.機(jī)器人具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)，在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。12/10/202298智能與控制工程研究所綜合諸家的解釋，概括各種機(jī)器人的性能，我們認(rèn)為可以按以下特征1.3.2機(jī)器人的分類(ClassifyingofRobots)按照從低級(jí)→高級(jí)的發(fā)展程度可分為三類機(jī)器人第一代機(jī)器人（FirstGenerationRobots）：即可編程、示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人，已進(jìn)入商品化、實(shí)用化。第二代機(jī)器人（SecondGenerationRobots）：裝備有一定的傳感裝置，能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對(duì)象的簡(jiǎn)單信息，通過計(jì)算機(jī)處理、分析，能作出簡(jiǎn)單的推理，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行反饋的機(jī)器人，通常稱為低級(jí)智能機(jī)器人，由于信息處理系統(tǒng)的龐大與昂貴，第二代機(jī)器人目前只有少數(shù)可投入應(yīng)用。第三代機(jī)器人（ThirdGenerationRobots）：具有高度適應(yīng)性的自治機(jī)器人。它具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維、判斷決策，在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)立行動(dòng)。第三代機(jī)器人又稱作高級(jí)智能機(jī)器人，它與第五代計(jì)算機(jī)關(guān)系密切，目前還處于研究階段。12/10/202299智能與控制工程研究所1.3.2機(jī)器人的分類(Classify按照結(jié)構(gòu)形態(tài)，負(fù)載能力和動(dòng)作空間劃分可分為超大型機(jī)器人：負(fù)載能力1000kg以上大型機(jī)器人：100-1000kg/10m2以上中型機(jī)器人：10-100kg/1–10m2小型機(jī)器人：0.1-10kg/0.1-1m2超小型機(jī)器人：0.1kg以下/0.1m2以下12/10/2022100智能與控制工程研究所按照結(jié)構(gòu)形態(tài)，負(fù)載能力和動(dòng)作空間劃分可分為12/10/202按照開發(fā)內(nèi)容和目的區(qū)分，可分為以下三類機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人（IndustrialRobot）：如焊接、噴漆、裝配機(jī)器人。操縱機(jī)器人（TeleoperatorRobot）：如主從手，遙控排險(xiǎn)、水下作業(yè)機(jī)器人。智能機(jī)器人（IntelligentRobot）：如演奏、表演、下棋、探險(xiǎn)機(jī)器人。特種機(jī)器人和微型機(jī)器人是目前機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)重要方向特種機(jī)器人（SpecialRobots）：如航天飛機(jī)上的機(jī)械手在失重狀態(tài)下的工作，海洋探測(cè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、防核防化機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、微小物體操作機(jī)器人等。微型機(jī)器人（Micro-robots）：體積小，如管道機(jī)器人、血管疏通機(jī)器人。微動(dòng)機(jī)器人（Micro-movementrobots）：動(dòng)作小、精度高，如細(xì)胞切割機(jī)器人、微操作和微裝配機(jī)器人等。12/10/2022101智能與控制工程研究所按照開發(fā)內(nèi)容和目的區(qū)分，可分為以下三類機(jī)器人12/10/201.4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與控制方式

(StructureandControlofRobots)1.4.1機(jī)器人的結(jié)構(gòu)(TheStructureofRobot)簡(jiǎn)單地說，機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置、傳感器和控制器四大部分構(gòu)成（如圖）。記憶、示教裝置控制裝置驅(qū)動(dòng)裝置傳感器工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)12/10/2022102智能與控制工程研究所1.4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與控制方式

(Structure執(zhí)行機(jī)構(gòu)：機(jī)器人的足、腿、手、臂、腰及關(guān)節(jié)等，它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和完成某項(xiàng)任務(wù)所必不可少的組成部分。驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置：用來有效地驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝置，通常采用液壓、電動(dòng)和汽動(dòng)，有直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)二種方式。傳感器：是機(jī)器人獲取環(huán)境信息的工具，如視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、力覺、滑覺和接近覺傳感器等，它們的功能相當(dāng)于人的眼、耳、鼻、皮膚及筋骨?？刂破鳎菏菣C(jī)器人的核心，它負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和各種動(dòng)作控制及對(duì)環(huán)境的識(shí)別。 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的控制器都是由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，控制方式主要有示教再現(xiàn)、可編程控制、遙控和自主控制等多種方式。12/10/2022103智能與控制工程研究所執(zhí)行機(jī)構(gòu)：機(jī)器人的足、腿、手、臂、腰及關(guān)節(jié)等，它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)日本三菱公司產(chǎn)MOVEMASTER-EX五自由度機(jī)器人

▲實(shí)驗(yàn)室中的MOVEMASTER-EX機(jī)器人實(shí)物照片▼MOVEMASTER-EX五自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖12/10/2022104智能與控制工程研究所日本三菱公司產(chǎn)MOVEMASTER-EX五自由度機(jī)器人▲美國(guó)UNIMATE公司產(chǎn)PUMA/560型六自由度機(jī)器人▲PUMA/560機(jī)器人（照片）▼PUMA/560六自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)

12/10/2022105智能與控制工程研究所美國(guó)UNIMATE公司產(chǎn)PUMA/560型六自由度機(jī)器人▲1.4.2機(jī)器人的工作原理（ThePrincipleofRobot）

機(jī)器人的工作原理是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。簡(jiǎn)單地說，機(jī)器人的原理就是模仿人的各種肢體動(dòng)作、思維方式和控制決策能力。從控制的角度，機(jī)器人可以通過如下四種方式來達(dá)到這一目標(biāo)?！笆窘淘佻F(xiàn)”方式：它通過“示教盒”或人“手把手”兩種方式教機(jī)械手如何動(dòng)作，控制器將示教過程記憶下來，然后機(jī)器人就按照記憶周而復(fù)始地重復(fù)示教動(dòng)作，如噴涂機(jī)器人。12/10/2022106智能與控制工程研究所1.4.2機(jī)器人的工作原理（The“可編程控制”方式：工作人員事先根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)和運(yùn)動(dòng)軌跡編制控制程序，然后將控制程序輸入給機(jī)器人的控制器，起動(dòng)控制程序，機(jī)器人就按照程序所規(guī)定的動(dòng)作一步一步地去完成，如果任務(wù)變更，只要修改或重新編寫控制程序，非常靈活方便。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都是按照前兩種方式工作的。“遙控”方式：由人用有線或無線遙控器控制機(jī)器人在人難以到達(dá)或危險(xiǎn)的場(chǎng)所完成某項(xiàng)任務(wù)。如防暴排險(xiǎn)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、在有核輻射和化學(xué)污染環(huán)境工作的機(jī)器人等?！白灾骺刂啤狈绞剑菏菣C(jī)器人控制中最高級(jí)、最復(fù)雜的控制方式，它要求機(jī)器人在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中具有識(shí)別環(huán)境和自主決策能力，也就是要具有人的某些智能行為。12/10/2022107智能與控制工程研究所“可編程控制”方式：工作人員事先根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)和運(yùn)動(dòng)軌1.4.3控制(Control)示教－再現(xiàn)即分為示教－存儲(chǔ)－再現(xiàn)-操作四步進(jìn)行。示教：方式有兩種：(1)直接示教－手把手；(2)間接示教－示教盒控制。存儲(chǔ)：保存示教信息。再現(xiàn)：根據(jù)需要，讀出存儲(chǔ)的示教信息向機(jī)器人發(fā)出重復(fù)動(dòng)作的命令。12/10/2022108智能與控制工程研究所1.4.3控制(Control)12/控制信息順序信息：各種動(dòng)作單元（包括機(jī)械手和外圍設(shè)備）按動(dòng)作先后順序的設(shè)定、檢測(cè)等。位置信息：作業(yè)之間各點(diǎn)的坐標(biāo)值，包括手爪在該點(diǎn)上的姿態(tài)，通?？偡Q為位姿（POSE）。時(shí)間信息：各順序動(dòng)作所需時(shí)間，即機(jī)器人完成各個(gè)動(dòng)作的速度。位置控制點(diǎn)位控制－PTP（PointtoPoint）：只考慮起始點(diǎn)和目的點(diǎn)的位置，而不考慮兩點(diǎn)之間的移動(dòng)路徑的控制方式，適用于上下料、點(diǎn)焊、搬運(yùn)等；連續(xù)路徑控制－CP（ContinuousPath）：不但要求機(jī)器人以一定的精度到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，而且對(duì)其移動(dòng)的軌跡形式有一定精度范圍的要求。12/10/2022109智能與控制工程研究所控制信息12/10/202225智能與控制工程研究所1.5

操縱機(jī)器人

(OperatingRobots)

操縱機(jī)器人實(shí)際上是一種人機(jī)系統(tǒng)，由人"操縱"代替"示教"。因此，人與機(jī)器人之間相互傳遞信息的問題就成為操縱機(jī)器人研究的重點(diǎn)。操縱機(jī)器人可分為兩種類型：能力擴(kuò)大式機(jī)器人：負(fù)重能力，動(dòng)作范圍放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，如空間機(jī)器人放置和回收衛(wèi)星；遙控機(jī)器人：適用于特殊作業(yè)環(huán)境，如放射性物質(zhì)，真空，有毒氣體等隔離工作環(huán)境。又如高空、建筑、宇宙、海洋開發(fā)、火山探測(cè)、軍事戰(zhàn)場(chǎng)等人不能到達(dá)的環(huán)境。12/10/2022110智能與控制工程研究所1.5

操縱機(jī)器人

(OperatingRobots主從式機(jī)器人與人協(xié)同動(dòng)作12/10/2022111智能與控制工程研究所主從式機(jī)器人與人協(xié)同動(dòng)作12/10/202227智能與控制工1.6智能機(jī)器人

(IntelligentRobots)第三代智能機(jī)器人應(yīng)具備以下四種機(jī)能：運(yùn)動(dòng)機(jī)能：施加于外部環(huán)境，相當(dāng)于人的手、腳等動(dòng)作機(jī)能；感知機(jī)能：獲取外部環(huán)境信息的能力，如視覺、觸覺、聽覺、力覺、距離感、接近覺等；思維能力：認(rèn)識(shí)、推理、判斷能力；人－機(jī)對(duì)話機(jī)能：理解指示命令，輸出內(nèi)部狀態(tài)，與人進(jìn)行信息交換的能力。

智能機(jī)器人既不同于工業(yè)機(jī)器人的“示教－再現(xiàn)”，也不同于操縱機(jī)器人的“操縱”，而是一種“認(rèn)知－適應(yīng)"的工作方式。12/10/2022112智能與控制工程研究所1.6智能機(jī)器人

(IntelligentRobo1.7機(jī)器人的應(yīng)用

（TheApplicationsofRobots）

機(jī)器人的應(yīng)用十分廣泛，在許多領(lǐng)域機(jī)器人都得到了成功的應(yīng)用或有著美好的應(yīng)用前景。工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是應(yīng)用最為成功和廣泛的機(jī)器人，它的應(yīng)用涉及到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，如焊接、裝配、噴漆等。海洋探測(cè)機(jī)器人可用于海底礦物資源和水文氣象探測(cè)、海底地勢(shì)勘查、打撈、救生、排險(xiǎn)等?？臻g機(jī)器人在航天飛機(jī)上用來回收和維修人造衛(wèi)星，在空間站、月球表面和火星上進(jìn)行工作。軍用機(jī)器人

有掃雷排雷機(jī)器人、偵察機(jī)器人、防核防化機(jī)器人等。12/10/2022113智能與控制工程研究所1.7機(jī)器人的應(yīng)用

（TheApplications特種機(jī)器人

替代人在繁重、危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下作業(yè)必不可少的工具，如消防（滅火）機(jī)器人、防暴機(jī)器人、盾構(gòu)機(jī)器人等。微型機(jī)器人進(jìn)入煤氣、輸油管道等狹窄場(chǎng)所進(jìn)行工作，甚至進(jìn)入人體的血管、腸胃。微操作機(jī)器人是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，在國(guó)防、空間技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、智能制造和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）中有廣泛的應(yīng)用前景。娛樂機(jī)器人充當(dāng)導(dǎo)游、做表演、甚至與人進(jìn)行簡(jiǎn)單交流，如導(dǎo)游機(jī)器人、足球機(jī)器人、機(jī)器狗、機(jī)器貓、機(jī)器魚等。服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)開始或在不久的將來進(jìn)入人類家庭生活，如保健機(jī)器人，導(dǎo)盲機(jī)器人、垃圾清掃和擦玻璃機(jī)器人等。12/10/2022114智能與控制工程研究所特種機(jī)器人替代人在繁重、危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下作業(yè)必不可少的工具

工業(yè)機(jī)器人汽車裝配機(jī)器人

12/10/2022115智能與控制工程研究所工業(yè)機(jī)器人汽車裝配機(jī)器人12/10/202231智能與控汽車裝配機(jī)器人12/10/2022116智能與控制工程研究所汽車裝配機(jī)器人12/10/202232智能與控制工程研究所一汽紅旗轎車機(jī)器人焊接線12/10/2022117智能與控制工程研究所一汽紅旗轎車機(jī)器人焊接線12/10/202233智能與控制工弧焊機(jī)器人12/10/2022118智能與控制工程研究所弧焊機(jī)器人12/10/202234智能與控制工程研究所點(diǎn)焊機(jī)器人鉚接機(jī)器人

12/10/2022119智能與控制工程研究所點(diǎn)焊機(jī)器人鉚接機(jī)器人12/10/202235智能與控制工程海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”纜控式無人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右）

12/10/2022120智能與控制工程研究所海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽自動(dòng)化所機(jī)器人中心研制的CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人（上）和正在下水的情況（右）12/10/2022121智能與控制工程研究所CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽自空間機(jī)器人美國(guó)航空航天局（NASA）研究的月球車在月球表面時(shí)的情形12/10/2022122智能與控制工程研究所空間機(jī)器人美國(guó)航空航天局（NASA）研究的月球車在月球表面美國(guó)航空航天局（NASA）研究的“索杰納”火星車12/10/2022123智能與控制工程研究所美國(guó)航空航天局（NASA）研究的“索杰納”火星車12/101997年7月4日17時(shí)07分，美國(guó)航空航天局（NASA）發(fā)射的火星探路者號(hào)宇宙飛船成功地在火星（Mars）表面著陸，“索杰納”火星車在火星上成功地工作了250天。2003年6月先后升空的美國(guó)“勇氣”（Spirit）號(hào)和“機(jī)遇”（Opportunity）號(hào)火星車經(jīng)過1.2億公里和半年多的長(zhǎng)途飛行，分別于2004年1月3日和24日先后登陸火星，向地球傳來大量清晰的火星圖片。12/10/2022124智能與控制工程研究所1997年7月4日17時(shí)07分，美國(guó)航空航天局（NASA）發(fā)日本研究的火星探測(cè)機(jī)器人12/10/2022125智能與控制工程研究所日本研究的火星探測(cè)機(jī)器人12/10/202241智能與控制工軍用機(jī)器人英國(guó)研制的履帶式“手推車”（上圖）、“土撥鼠”（右圖右）和“野牛”（右圖左）排爆機(jī)器人在波黑及科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中用來探測(cè)及處理爆炸物機(jī)器警察12/10/2022126智能與控制工程研究所軍用機(jī)器人英國(guó)研制的履帶式“手推車”（上圖）、“土撥鼠”德國(guó)的排爆機(jī)器人我國(guó)沈陽自動(dòng)化所研制的排爆機(jī)器人12/10/2022127智能與控