智能机器人现状及创新实践.ppt

智能机器人实习,工程训练中心创新实践研究室,成绩考核办法总分100分1、以实习态度、劳动纪律为依据，满分15分2、以实习报告成绩为依据，满分30分3、以完成考核情况为依据，满分55分,创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。一个没有创新能力的民族，难以屹立于世界先进民族之林。江泽民,知识经济时代要求什么样的人才：1、良好的素质（思想道德、文化、专业、心理）2、较强的综合能力、创新能力、技术专长3、较强的适应能力、竞争能力2004年中国教育绿皮书：素质教育归纳为五个方面：1、面向全体学生2、促进学生全面发展3、重视学生创新精神和实践能力4、发展学生主动精神、重视学生个性发展5、着眼于学生终身可持续发展学生的四种素质：思想道德、文化、专业、心理教师：传授知识、培养能力、提高素质，三者缺一不可,教学目标机器人实习是面向全校本科生开设的以智能机器人为实习平台，进行个人智能机器人的应用系统实验，以及对智能机器人的机电控制系统进行实习、认知与研究。使学生在动手能力、创造能力、综合能力、合作能力和进取精神等方面得到培养，充分调动学生的积极性和激发学习兴趣与创造热情，提高学生的综合素质，并使我校工程训练中心在学生能力培养方面处于国内先进水平。,机器人实训项目内容(实习实训2天)第一单元,1、讲解新世纪高等工程技术发展趋势及前沿动态；2、讲解机器人的基本概念、分类、机器人技术的发展趋势；3、讲解能力风暴机器人的系统组成结构；第二单元,4、讲解能力风暴机器人硬件结构、驱动系统、传感器系统；5、讲解能力风暴机器人使用注意事项；6、讲解机器人的连接方法、自检方法，学生练习；7、讲解能力风暴机器人的编程方法VJC；8、学生练习编写程序；第三单元9、讲解编程方法，学生练习编写程序；第四单元10、学生进行机器人人工智能项目设计并完成；11、学生完成实训报告。,机器人实训项目内容(实习实训2.5天),第一单元1、讲解新世纪高等工程技术发展趋势及前沿动态；2、讲解机器人的基本概念、分类、机器人技术的发展趋势；3、讲解能力风暴机器人的系统组成结构；第二单元,4、讲解能力风暴机器人硬件结构、驱动系统、传感器系统；5、讲解能力风暴机器人使用注意事项；6、讲解机器人的连接方法、自检方法；7、学生练习机器人的连接和自检、下载表演程序；8、讲解能力风暴机器人的编程方法VJC、JC；第三单元9、讲解编程方法，学生练习编写程序；第四单元10、讲解编程方法，学生练习编写程序；11、学生进行机器人人工智能项目设计；第五单元12、学生继续进行机器人人工智能项目设计并完成；13、学生完成实训报告。,当代工程技术发展趋势一、信息技术革命作用日益增强1958年研制出第一块硅集成电路，从此信息技术由电子管、半导体器件跨入以集成电路为基石的阶段而飞速发展。信用卡由磁带型向芯片型转变信息和知识在战争中能发挥重要作用,二、精密、微型化技术的演进与革命方兴未艾微电子技术的发展，1995年进入吉规模（GSI）集成时代。集成电路芯片集成度每隔18个月就翻一番微机械技术给社会带来深刻影响微机电系统纳米级制造技术,三、新材料技术功能材料的小型化、信息化结构材料的复合化,四、生物技术的发展五、综合集成技术系统工程，软件集成，综合集成演示，科学的计划管理柔性制造系统（FMS）计算机集成制造系统（CIMS）并行工程（ConcurrentEngineering）工作模式,20世纪，人类取得了辉煌的成就，从量子理论、相对论的创立，原子能的使用，脱氧核糖核酸双螺旋结构的发现，到信息技术的腾飞，人类基因组工作草图的绘就，世界科技发生了深刻的变革。信息技术、生物技术、新材料技术、先进制造技术、海洋技术、航空航天技术等都取得了重大突破，极大地提高了社会生产力。,智能机器人所包含的技术机械设计与制造电子电工技术计算机原理网络、程序设计传感器自动控制数字信号处理优化设计人工智能机器人学,机器人是20世纪才出现的新名词。1920年，捷克剧作家Capek在他的罗萨姆万能机器人公司（R.U.R）剧本中，第一次提出了机器人（robot）这个词。robota本是强制劳动的意思，Capek在二十世纪工业革命后技术和生产快速发展的背景下，根据它造出具有“奴隶机器”含义的新词robot。它反映着人类希望制造出象人一样会思考，有劳动的机器代替自己工作的愿望。但在当时，机器人一词也仅仅具有科幻意义，并不具备现实意义，真正使机器人成为现实是20世纪工业机器人出现以后。,机器人时代（上）,机器人时代（下）,古代机器人,机器马车,写字机器人,地动仪,关于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准。方式多样：按负载重量按控制方式按自由度按结构按应用领域按控制器的信息输入方式按智能程度按移动性,例：JIRA,按用途,工业机器人探索机器人服务机器人军事机器人农业机器人娱乐机器人研究用机器人,工业用机器人,机器人中最庞大的族群，2003年达81，800台2003年工业机器人年销售量年均增长19。2004-2007年，世界工业机器人的增长主要集中在北美及欧洲。日本和美国工业机器人的年销售量分别增长年均增长25和28%。同期，欧盟的年销售量增加到4。,2003年世界工业机器人数量分布图(UNECE/IFR及各国机器人协会),2003年制造业中每万名雇员所拥有的工业机器人数量,一汽“红旗”轿车机器人焊接线,搬运机器人,弧焊机器人,汽车装配机器人,探索机器人：PyramidRover,探索：火星探测机器人,火星机器人Beagle2,火星探测机器人：“旅居者”,2004年初登上火星的自主机器人孪生兄弟“勇气（Spirit）”、“机遇（Opportunity）”号,水下机器人,“探索者号”水下1000米机器人,水下6000米无缆自治机器人,军用：扫雷机器人,军用：飞行侦察机器人,农用机器人,除草机器人,嫁接机器人,林业机器人,伐根机器人,移栽机器人,服务：导盲机器人、家用机器人,=三菱重工推出家用机器人“牛若丸”,服务：就餐辅助机器人,SECOM开发出日本首台就餐辅助机器人,服务：辅助机器人,身穿HAL3号的模特,iBOT,服务：警卫、医护机器人,售价950万日元的警卫机器人C4型,医护型智能机器人“PARO”。以“善解人意”为目的进行研究，开发出了此款海豹型机器人。可望在对住院病人的治疗方面发挥作用。,服务：吸尘器机器人,研究产品：T7S-Type2,三洋电机和Tmsuk联合开发的4足行走机器人“T7S-TYPE2”。可以象动物一样移动着重心前进，速度可达35m分。全长750mm。,美国“蜘蛛”机器人,研究：斯坦佛大学机器人实验室1,TheStanfordArm，VictorScheinman,Hand-EyeProject,StanfordArtificialIntelligenceLaboratory,1969因60年代末期开发的斯坦佛手眼系统而载入史册。,研究：斯坦佛大学机器人实验室2,该实验室在操作臂、机器学习、导航和机器视觉等方面进行了大量的研究。移动机械手臂柔顺性视频,研究：斯坦佛大学机器人实验室3,TraversingvariedobstaclesunderplanningcontrolCrossingsteppingstones,demonstratingreal-timereplanningHoppinginplace,demonstratingpassivestability3DHoppingontilefloorunderremotecontrol3DDemonstrationofsensor-compensatedlegpositioning3DHoppingoncarpetusingattitudefeedbacksensor,研究：卡内基梅隆大学机器人所1,MarsAutonomy,研究：麻省理工AILab1,Kismetisanexpressiveroboticcreaturewithperceptualandmotormodalitiestailoredtonaturalhumancommunicationchannels.,研究：麻省理工AILab2,研究：麻省理工AILab3,Angry,Calm,Interest,Sad,Surprise,Happy,研究：麻省理工AILab3,南加利福尼亚大学机器人研究所/nav2.htmlSwissFederalInstituteofTechnology机器人所http:/www.ifr.mavt.ethz.ch/卡内基梅隆大学机器人研究所/TheLaboratoryRoboticsInterestGroup/Michigan大学机器人实验室/veronica/MIT人工智能研究中心/Oxford大学机器人研究所http:/www.robots.ox.ac.uk/Stanford大学机器人实验室,仿生研究：MIT,模拟蜗牛爬行的机器人。长约25厘米，像蜗牛爬行，能沿着湿润有粘性的液体表面滑行。机器蜗牛的作用原理在于有弹性的胶膜，硅酮树脂和水、甘油混合物被用作粘性物质。,研究：微型机器人,精工爱普生开发成功体积仅7.8cm3、重12.5g的微型机器人“MonsieurII-P”，,研究用机器人,通过形状记忆合金模仿肌肉的收缩来实现人工肌肉的功能。用背部的金属纤维振动翅膀（TOKI公司）,ERATO开发用于运动控制研究的机器人morph。身高34cm、动作灵敏迅速。,研究用机器人,日本法政大学高岛研究所的“萨克斯管自动演奏机器人”。,日本防卫大学校瀑田研究室开发的单杠运动机器人“Tackey”，能放手在空中作空翻动作,娱乐：AIBO(Sony公司),6种感情：喜悦,忧郁，生气，奇怪，恐惧与不满4种本能：爱恨,搜索,移动,攻击性AIBO的感觉触觉：听觉视觉平衡感：情感表达,娱乐：SDR-4X(Sony公司),娱乐：SDR-4X(Sony公司),SDR-4X.MPEG,研究产品：ASIMO(本田公司),具有能理解人的姿势和动作的意思并自律地行动的智能化技术。对接近的人问候、跟随人、移动到指定的场所及识别人脸并呼叫名字等人的应对能力通过网络进行信息提供和向导等服务。它是世界上第一个具有这些综合性智能化技术的人型特征机器人,打招呼,爬坡,下楼梯1,下楼梯2,研究产品：ASIMO(本田公司),ASIMO2,研究产品：韩国HUBO机器人,研究平台产品iRobot(MIT),研究平台产品:ActiveMedia,研究平台产品：Grandar,AS-RAS-RF,研究平台机器人的用途,多方向研究平台:多传感器融合运动控制视频编码网络控制计算智能语音识别多机器人协调国内外大型机器人比赛平台应用项目开发平台与课程相整合的体验式教学平台,我国的研究成果,SMA六足微笑型机器人,细小工业管道机器人移动探测系统,“先行者”类人型机器人,多指灵巧手,机器人的比赛,目的：研究型探索/教育型普及+娱乐著名比赛：TrinityCollegeFire-FightingContest三一学院的灭火比赛RoboCupFIRACupCCTV机器人电视大赛,广茂达杯智能机器人大赛,中国国内最早的全国性机器人比赛比赛内容灭火比赛足球比赛创新制作比赛机器人擂台赛机器人戏剧表演比赛,RoboCup2004Lisbon,portugalJune27-July5th,2004,RoboCup,RoboCup成立于1996年，并于当年在日本举行了表演赛，以后每年举办一届。其波及的范围越发广泛，比赛的类型也不断增加。RoboCup竞赛现在分为仿真组、小型机器人组、中型机器人组、四腿机器人组（SONY公司发起）和类人机器人组。,RoboCup,MiddleSizeLeagueSmallsizeleague4-LeggedRobotLeagueHumanoidLeagueRobocopJuniorRoboCupSoccerSimulation,FIRACup,新世纪的期望,21世纪将是机器人的世纪2005年实用于清洁、玩具、简单服务2015年达到老鼠的智力水平2030年达到猴子的智力水平2050年在微生物领域应用。,机器人是一种具有自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等特性的机器（1967年日本森政弘）机器人具有如下3个条件：（1967年日本加藤一郎）1，具有脑、手、脚等三要素的个体；2，具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；3，具有平衡觉和固有觉的传感器。机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统，并以此系统的使用方法作为研究对象（1988年法国埃斯皮奥）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。（1987年国际标准化组织）机器人是一种自动化的机器，所不同的是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、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。,机器人的定义,什么是机器人技术机器人技术是机器人的设计、制造和应用的技术。它是电子技术、机械技术、光电技术、声学、传感器技术、电子计算机技术、自动控制技术等相关技术相互渗透、相互结合的综合性技术。机器人是机电一体化的技术密集型产品。,随着知识经济的到来，高技术成为世界各国争夺的焦点，机器人技术作为其中重要分支受到各国的普遍重视。一、发展机器人可以提高综合国力。二、发展机器人技术可以提高国防实力。三、机器人可以形成一个巨大的产业。四、发展机器人可以提高国家的国际地位。,机器人技术的发展1958年美国UNIMATION公司推出第一台工业机器人。比起号称“机器人王国”的日本起步至少要早五六年。经过30多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。1954年，电子学家德沃尔获得了一项“可编程序机械手”的专利，这是一种象人手臂的机械手，它按程序进行工作，这种程序可以根据不同工作需要来编制，因此，具有通用性和灵活性，由此，热衷于机器人研究的物理学家英格伯格想到，如果能制造出这种机器，可象人一样学习别人干活的动作，之后便能自动重复进行操作。在1958年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台真正实用的工业机器人，并很快得到了应用。随后，他们成立了世界上第一家机器人制造工厂-尤尼梅逊公司，并将第一批机器人称为尤尼梅物，意思是万能自动，英格伯格因此被称为工业机器人之父“,60-70年代，传感技术、工业自动化以及人工智能的发展，机器人向实用化发展，用于焊接、喷涂中。80年代，机器人发展为具有移动机构、通过传感器控制的机器。工业机器人进入普及时代，在汽车、电子等行业大量使用。,90年代，随着信息技术的发展，研制出具有感知、决策、动作能力的智能机器人。它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作。中央电脑控制手臂和行走装置，使机器人的手完成作业，脚完成移动，机器人能够用自然语言与人对话。智能机器人在发生故障时，通过自我诊断装置能自我诊断出故障部位，并能自我修复。今天，智能机器人的应用范围大大地扩展了，除工农业生产外，机器人应用到各行各业，机器人已具备了人类的特点。机器人向着智能化、拟人化方向发展的道路，是没有止境的。,机器人技术发展趋势,(1)网络机器人技术通信网络技术的发展完全能够将各种机器人连接到计算机网络上，并通过网络对机器人进行有效的控制。这种技术包括网络遥操作控制技术、众多信息组的压缩与扩展方法及传输技术等。(2)虚拟机器人技术许多特种机器人在使用时，遥控是一个主要手段。基于多传感、多媒体和虚拟现实、增强现实（或临场感）的虚拟遥控操作和人机交互，将成为需要共同发展的一项技术。(3)多智能体协调控制技术用于实现决策和操作自治性的、由多智能体组成的群行为控制是一个具有挑战性的关键技术，这里包括任务的解释和表达、学习、实时推理和广义反