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机器人敲响了现代化的大门 1 机器人传感器的应用机器人是由计算机控制的复杂机器 具有以下特点 类似人的肢体及感官功能 动作程序灵活 有一定程度的智能 在工作时可以不依赖人的操纵 机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用 正因为有了传感器 机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力 一 传感器在机器人中应用 传感器在机器人身上的分布 2 几种主要的机器人传感器简介 视觉 20世纪50年后期出现 发展十分迅速 是机器人中最重要的传感器之一 机器视觉从20世纪60年代开始首先处理积木世界 后来发展到处理室外的现实世界 20世纪70年代以后 实用性的视觉系统出现了 视觉一般包括三个过程 图像获取 图像处理和图像理解 相对而言 图像理解技术还很落后 力觉 机器人力传感器就安装部位来讲 可以分为关节力传感器 腕力传感器和指力传感器 国际上对腕力传感器的研究是从20世纪70年代开始的 主要研究单位有美国的draper实验室 sri研究所 ibm公司和日本的日立公司 东京大学等单位 触觉 作为视觉的补充 触觉能感知目标物体的表面性能和物理特性 柔软性 硬度 弹性 粗糙度和导热性等 触觉研究从20世纪80年代初开始 到20世纪90年代初已取得了大量的成果 接近觉 研究它的目的是使机器人在移动或操作过程中获知目标 障碍 物的接近程度 移动机器人可以实现避障 操作机器人可避免手爪对目标物由于接近速度过快造成的冲击 听觉 1 特定人的语音识别系统特定人语音识别方法是将事先指定的人的声音中的每一个字音的特征矩阵存储起来 形成一个标准模板 或叫模板 然后再进行匹配 它首先要记忆一个或几个语音特征 而且被指定人讲话的内容也必须是事先规定好的有限的几句话 特定人语音识别系统可以识别讲话的人是否是事先指定的人 讲的是哪一句话 2 非特定人的语音识别系统非特定人的语音识别系统大致可以分为语言识别系统 单词识别系统 及数字音 0 9 识别系统 非特定人的语音识别方法则需要对一组有代表性的人的语音进行训练 找出同一词音的共性 这种训练往往是开放式的 能对系统进行不断的修正 在系统工作时 将接收到的声音信号用同样的办法求出它们的特征矩阵 再与标准模式相比较 看它与哪个模板相同或相近 从而识别该信号的含义 二 机器人的发展历史 第一代机器人 示教再现型机器人 它是通过一个计算机 来控制一个多自由度的一个机械 通过示教存储程序和信息 工作时把信息读取出来 然后发出指令 这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果 再现出这种动作 比方说汽车的点焊机器人 它只要把这个点焊的过程示教完以后 它总是重复这样一种工作 它对于外界的环境没有感知 这个力操作力的大小 这个工件存在不存在 焊的好与坏 它并不知道 那么实际上这种从第一代机器人 也就存在它这种缺陷 第二代机器人 传感机器人 带感觉的机器人 这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉 比如说力觉 触觉 滑觉 视觉 听觉和人进行相类比 有了各种各样的感觉 比方说在机器人抓一个物体的时候 它实际上力的大小能感觉出来 它能够通过视觉 能够去感受和识别它的形状 大小 颜色 抓一个鸡蛋 它能通过一个触觉 知道它的力的大小和滑动的情况 第三代机器人 智能机器人 机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段 叫智能机器人 那么只要告诉它做什么 不用告诉它怎么去做 它就能完成运动 感知思维和人机通讯的这种功能和机能 那么这个目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义 但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在 而只是随着我们不断的科学技术的发展 智能的概念越来越丰富 它内涵越来越宽 三 现代机器人需要什么 1 模块化 系统化成为新时代机器人的主要要求 2 能够冒险 承受恶劣工作环境亦成为现代机器人的关键 3 美观漂亮的机器人成为人们对现代机器人的新焦点 4 战争成为机器人的新需求 1 模块化 系统化成为新时代机器人的主要要求 模块化 动力 控制 系统化 三菱电机与京都大学为利用机器人实现单元生产自动化 开发出了机器人 知能化 技术 并为验证该技术 试制了自动化单元生产系统 试制系统由2台多关节型机器人 可动式部件供应台及放置成品的发送台构成 新开发并采用了基于三维视觉传感器的部件位置识别技术 通过机器人自身熟练操作来缩短作业时间的技术以及出现错误时恢复正常状态的技术 另外 还采用了在准备阶段简化对机器人的指挥的技术 以及确定工序顺序以尽量避免误差的技术 机器人采用的是三菱电机已上市销售的2台多关节型机器人 图 人力操作需要5分 用机器人操作需要5分30秒 速度基本与人相当 2 能够冒险 承受恶劣工作环境亦成为现代机器人的关键 危险的任务 机器人上去繁琐的任务 机器人帮忙重复的任务 机器人代劳 3 美观漂亮的机器人成为人们对现代机器人的新焦点 皮肤 仿真皮肤一般是由硅凝胶制成 该材料有较强的拉伸性和柔软性 很多洋娃娃和仿真人大都用的这个材料 机器人皮肤具有和人的皮肤一样的功能 必须满足两个看起来相互矛盾的要求 一是机器人皮肤必须像人的皮肤一样有弹性 以使机器人行动起来和真人一样敏捷灵活 二是机器人的皮肤上必须有足够多的传感器电路 但这些电路用普通的金属导线连接会在皮肤伸长时损坏 美国的电子工程师研究出一种新式连接器 由连接的宽大波纹状金属膜埋入一块有弹性的硅橡胶蒙皮中 这种波纹状金属膜即使长度拉伸1倍也仍然能导电 而不像一般的导线会拉断 他们认为用这种波纹金属膜制作机器人皮肤是比较理想的 爱子是李忠在过去3年时间中花费30000英镑亲手打造出来的 机器人女友 爱子不仅拥有天使般的美貌和魔鬼般的身材 并且还会说流利的英语和日语 她的 电子大脑 中拥有13000个不同的词句量 圣诞节当天 爱子不仅亲手打开了李忠送给她的圣诞礼物 并且还陪李忠的父母玩起了猜谜游戏和棋盘游戏 34岁前软件工程师打造完美机器人女友 4 战争成为机器人的新需求 遥感机器人 无人机器人 大狗机器人 狙击手 黑暗中一枪夺命 美国科学家正在打造一款佩带机关枪的 机器狙击手 名字叫 马斯 马斯 拥有360度的视角和红外线夜视能力 能在伸手不见五指的夜晚 视物 并能根据子弹射来的方向 判断敌人隐藏的精确位置 然后用m240b机关枪迅速还击 它的回射能够一枪夺命 致命的错误 机器士兵 误杀自己人武装机器人是一把双刃剑 一个装备着防空大炮的武装机器人在南非一处军事基地的演习中进行测试时 在开炮时竟然旋转起来 导致它的炮口对准了身后的演习士兵 造成9名士兵死亡 三 大作业题目 如图所示为一台三自由度机械手的机构 已知杆1的长度为l1 质量为m1 杆2的长度为l2 质量为m2 杆3的长度为l3 质量为m3 试完成 1 建立其运动学方程并进行仿真 求手爪的运动轨迹 及该机器人的运动空间和操作空间 2 求解该机器人的运动学反解 3 建立其动力学方程式 并进行动力学仿真 4 画出表示该机械手的关节空间控制器方块图 使得此机械手在全部工作空间内处于临界阻尼状态 说明方块图各方框内的