先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)培訓(xùn) 課件

前沿技術(shù)培訓(xùn)先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)培訓(xùn)長(zhǎng)治市高級(jí)技工學(xué)校主講人：魯浩像人一樣在家照看老人、護(hù)理病人？與世界明星足球隊(duì)一起踢球？像蛇一樣爬行在狹窄管道進(jìn)行維修，穿越在廢墟中尋找幸存生命？像飛鳥(niǎo)一樣翱翔天空，象小蜜蜂一樣觀測(cè)花朵？像魚(yú)類一樣高效機(jī)動(dòng)游動(dòng)？這種希望能實(shí)現(xiàn)嗎？（奇思妙想、基礎(chǔ)探索、實(shí)驗(yàn)研究）多學(xué)科交叉研究變?yōu)榭赡埽?？生物學(xué)、仿生學(xué)、新型材料、智能控制等？？？幻想希望研究出各種仿生機(jī)器人……仿人形（富士、東京、本田、索尼、日本計(jì)劃、德國(guó)）主要關(guān)鍵技術(shù)是什么？仿生動(dòng)物（蟒蛇、水蛇、可重構(gòu)）仿生昆蟲(chóng)（越障、爬坡、廢墟、叢林）水下仿生（魚(yú)、兩棲、金槍魚(yú)、船舶）翼展大于15cm的撲翼式飛行器研制。

1921，捷克劇作家卡雷爾（KARELCAPEK）在“ROSSUM‘SUNIVERSALROBOT”劇本提出的“仆人”，捷克語(yǔ)－Robota。從悲劇的角度，機(jī)器人毫無(wú)感知的勤奮勞動(dòng)，后來(lái)機(jī)器人賦有感情，反對(duì)壓迫，起來(lái)造反。故事發(fā)展，機(jī)器人苦思如何復(fù)制，……

卡雷爾（KARELCAPEK）提出了三個(gè)嚴(yán)肅問(wèn)題，機(jī)器人安全性、機(jī)器人感知、機(jī)器人自我繁殖。機(jī)器人技術(shù)發(fā)展歷史(1)機(jī)器人必須不危害人類，也不允許它眼看人將受害而袖手旁觀。(2)機(jī)器人必須絕對(duì)服從人類，除非這種服從有害于人類。(3)機(jī)器人必須保護(hù)自身不受傷害，除非為了保護(hù)人類或者人類命令它作出犧牲。機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人研發(fā)的準(zhǔn)則阿西莫夫“機(jī)器人三原則”

(1950,小說(shuō)《我是機(jī)器人》)1921，捷克劇作家卡雷爾（KARELCAPEK）在“ROSSUM‘SUNIVERSALROBOT”劇本提出的“仆人”意想1947年美國(guó)阿爾貢實(shí)驗(yàn)室建成遙控主從式機(jī)械手1949年美國(guó)MIT實(shí)驗(yàn)室研制出數(shù)控銑床1954年美國(guó)戴沃爾提出工業(yè)機(jī)器人概念，1961年美國(guó)UNIMATION公司推出第一臺(tái)實(shí)用的工業(yè)機(jī)器人1980年工業(yè)機(jī)器人才真正在日本廣泛應(yīng)用和普及機(jī)器人技術(shù)不斷發(fā)展1921年，捷克劇作家卡雷爾（KARELCAPEK）在“ROSSUM‘SUNIVERSALROBOT”劇本提出的“仆人”概念1947年——主從式機(jī)械手，核材料操作1962年——工業(yè)機(jī)器人，汽車、搬運(yùn)1995年——醫(yī)療機(jī)器人，遠(yuǎn)程操作1997年——仿人形機(jī)器人，表演展示2005年——軍用機(jī)器人，開(kāi)始進(jìn)入戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人定義（針對(duì)制造業(yè)）1967年在日本召開(kāi)了第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議，森政弘提出定義“機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、自主性、半機(jī)械性、奴隸性等7個(gè)特征”。加藤一郎提出“機(jī)器人具有腦、手、腳等三要素的個(gè)體；具有非接觸性和接觸性傳感器”。美國(guó)RIA：工業(yè)機(jī)器人是完成不同作業(yè)，根據(jù)程序化的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)材料、部件、工具移動(dòng)，并可編程的多功能操作機(jī)。日本JIRA：工業(yè)機(jī)器人是在三維空間具有類似人體上肢運(yùn)動(dòng)的功能和結(jié)構(gòu)，并能完成復(fù)雜空間動(dòng)作的多自由度自動(dòng)機(jī)械。1987年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO：工業(yè)機(jī)器人是具有自動(dòng)控制操作功能或移動(dòng)功能，并能夠通過(guò)編程進(jìn)行工作的機(jī)械。

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，能夠借助于可編程序操作來(lái)處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)?！睓C(jī)器人的定義？？

至今沒(méi)有公認(rèn)的定義，機(jī)器人處于一種開(kāi)放、擴(kuò)散、深入發(fā)展?fàn)顟B(tài)。工業(yè)機(jī)器人：應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，主要應(yīng)用于制造業(yè)，如弧焊機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、裝配機(jī)器人等。機(jī)器人分類服務(wù)機(jī)器人：一種自主或半自主工作，為人們提供各類服務(wù)的機(jī)器人，如醫(yī)療機(jī)器人、家用機(jī)器人等。極限作業(yè)機(jī)器人：用于核環(huán)境、危險(xiǎn)惡劣環(huán)境、太空、海洋、地下探險(xiǎn)和探索，以及軍用機(jī)器人。仿人形與仿生、危險(xiǎn)、服務(wù)等方面機(jī)器人仿人機(jī)器人主要組成部分主要組成部分本體機(jī)構(gòu)，多自由度，柔性關(guān)節(jié)，作業(yè)裝置，靈巧手，雙足，抓持作業(yè)工具驅(qū)動(dòng)裝置，人工肌肉，體重與功率高效驅(qū)動(dòng)位置檢測(cè)，身體姿態(tài)傳感器，視覺(jué)傳感器，觸覺(jué)傳感器，控制裝置，并行控制，生物計(jì)算，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)希望解決問(wèn)題簡(jiǎn)單實(shí)用，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低研發(fā)成本，完成人需要任務(wù)穩(wěn)定行走，特別是針對(duì)復(fù)雜環(huán)境，包括跌倒爬起精確完成各種動(dòng)作，跳舞，寫(xiě)字，搬運(yùn)快速奔跑，快速爬行，快速寫(xiě)字，快速踢球人機(jī)反饋規(guī)劃編程操作人驅(qū)動(dòng)控制機(jī)械本體作業(yè)環(huán)境人機(jī)交互位姿感知機(jī)電系統(tǒng)反饋

機(jī)電控制系統(tǒng)組成框圖五大要素（規(guī)劃編程、驅(qū)動(dòng)控制、機(jī)械本體與作業(yè)工具、感知處理、人機(jī)交互）機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)

感知——Sensing，Perception

規(guī)劃——Processing,Thinking

本體——Machine，Body

動(dòng)作——Action，Behavior

交互——Inter-communication往往最新的高技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人研究驗(yàn)證機(jī)器人技術(shù)基本五部分機(jī)器人技術(shù)框架極地科考機(jī)器人數(shù)字化醫(yī)療裝備生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人新型裝備維護(hù)檢測(cè)社會(huì)發(fā)展與科學(xué)研究水下航行器地面移動(dòng)空中飛行器航天領(lǐng)域軍用機(jī)器人危險(xiǎn)救災(zāi)助老助殘家庭服務(wù)教育娛樂(lè)服務(wù)機(jī)器人汽車焊接搬運(yùn)自動(dòng)化生產(chǎn)線電子裝配工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人技術(shù)材料感知仿生網(wǎng)絡(luò)微型智能交互$0$100億$200億$300億$400億$500億$600億$700億19952000200520102025家用醫(yī)療公共事業(yè)生物醫(yī)藥工業(yè)制造業(yè)服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)（美元）

2000 $60億

2005 $54億

2010 $171億

2025 $517億Source:JapanRoboticsAssociation美元全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模全球機(jī)器人市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)聯(lián)合國(guó)的服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)評(píng)估聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)委員會(huì)UNEC和國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)IFR預(yù)測(cè)強(qiáng)勁增長(zhǎng)025萬(wàn)50萬(wàn)75萬(wàn)100萬(wàn)125萬(wàn)150萬(wàn)175萬(wàn)200萬(wàn)225萬(wàn)250萬(wàn)

EO20022005銷售量Year625,4402,193,240Source:UnitedNationsEconomicCommissionandInternationalFederationofRobotics智能機(jī)器人微小型集成系統(tǒng)技術(shù)工程－研究現(xiàn)狀（國(guó)外飛行器）

微型無(wú)人機(jī)

美國(guó)VCUUVCETUS－II

多探測(cè)器協(xié)調(diào)控制試驗(yàn)中的“巡邏兵”日本UPF－2001微小型集成系統(tǒng)技術(shù)工程－研究現(xiàn)狀（國(guó)外航行器）

微小型集成系統(tǒng)技術(shù)工程－研究現(xiàn)狀（國(guó)外地面）大壁虎，可三維地域快速爬行運(yùn)動(dòng)光滑或粗糙的復(fù)雜環(huán)境（墻面和天花板）上自如運(yùn)動(dòng)，負(fù)載達(dá)體重4倍，尺寸300毫米，體重平均100g，快速運(yùn)動(dòng)可達(dá)1.5m/s實(shí)現(xiàn)可控的生物壁虎機(jī)器人，可解決人造機(jī)器存在能源和復(fù)雜環(huán)境自主控制問(wèn)題，可應(yīng)用于特種區(qū)域偵察和作戰(zhàn)，包括樓宇、深山、密林、洞穴、沙漠及軍事要地等場(chǎng)合19952000

DARPA2002DARPA