机器人的发展及分类

机器人的发展 2 MainPoints 3 Introduction 30年前 微软公司董事会主席比尔 盖茨毅然弃学 创立微软公司 成为个人计算机普及革命的领军人物 比尔 盖茨预言 机器人即将重复个人计算机产业崛起的道路 使机器人成为我们日常生活的一部分 家家都有机器人 6 Development 早在我国西周时代 就流传有关巧匠偃师献给周穆王一个艺伎 歌舞机器人 我们知道古人用滴漏计时的方法 其实那就是一种自动化设备 水钟 作为第一批自动化动物之一的能够飞翔的木鸟是鲁班在公元前400年左右制成的 东汉时期 张衡发明的指南车是世界上最早的机器人雏形 含有自动离合装置 后汉三国时期 蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了 木牛流马 用其运送军粮 支援前方战争 7 1738年 法国天才技师杰克 戴 瓦克逊发明了一只机器鸭 它会嘎嘎叫 会游泳和喝水 还会进食和排泄 公元1768 1774年间 瑞士钟表名匠德罗斯父子设计出三个像真人一样大小的机器人 写字偶人 绘图偶人和谈风琴偶人 从江户时代末期到明治时代一直为日本民众所熟悉的 射箭童子 1920年 捷克剧作家卡雷尔 凯培克在他的科幻情节剧 罗萨姆的万能机器人 中 第一次提出了 Robota 这个词也被当成了机器人一词的起源 9 针对人类社会对即将问世的机器人的不安 1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出 机器人三定律 虽然这只是科幻小说里的创造 但后来成为学术界默认的研发原则 第一法则机器人不得伤害人类 或袖手旁观坐视人类受到伤害 第二法则除非违背第一法则 机器人必须服从人类的命令 第三法则在不违背第一及第二法则下 机器人必须保护自己 1 机器人概述 第一台机器人试验样机1954年诞生于美国 机器人产品则问世于20世纪60年代 机器人是一种廉价 高效的 劳动力 可以代替人在各种环境中工作 外形可以像人 也可以完全不像人 重在其功能 其大规模应用是从工业生产的搬运 喷漆 焊接 装配等方面开始的 机器人是一种高度复杂的自动化装置 综合运用了机械 电子电气 计算机 检测 通信 自动控制 语音和图形图象处理等技术 2 机器人系统的基本工作原理 机器人一般由程序控制 具有人或生物的某些功能 智能机器人可以通过传感器了解外部环境或自身状态的变化 可以做出自己的逻辑推理 判断与决策 计算机是机器人的大脑 传感器是机器人的感觉器官 输入 输出设备是人与机器人的交互工具 常用的有显示器 键盘 示教盒 打印机 网络接口等 机器人系统由四部分组成 包括机械系统 驱动系统 控制系统和感知系统四大部分 12 机械系统 由机身 手臂 腕部 末端操作和行走机构组成 应用最广 滚轮由电机驱动 具有驱动 换向 制动功能 13 支撑面积大 爬坡能力强 承载能力大 适应能力强 稳定性好 14 驱动系统 主要有四种 液压式 气压式 电气式和机械式 15 控制系统与感知系统 利用传感器获取信息 并作出反馈 热电阻 热电偶 电阻抗 静电容 16 全球每年新投入机器人数量分布特点 2007年 亚洲滞销 日本拥有全球最大的机器人人市场 中国保持着14 的机器人投资增长幅度 美洲增长明显 美洲年增长17 主要是美国和加拿大欧洲持续发展 德国作为欧洲最大的机器人市场 增长了29 3 机器人的分类 按用途划分有工业机器人 农业机器人 医疗机器人 海洋机器人 军用机器人 太空机器人 娱乐机器人 服务机器人 微型机器人等 按功能划分有普通的程序控制机器人和智能机器人 程序控制机器人按照规定的顺序动作 很多工业机器人都属于这种类型 智能机器人是具有感知 思维和行动功能的机器 是多种学科和高新技术综合集成的产物 智能机器人技术水平的高低往往反映了一个国家综合技术实力的高低 3 1工业机器人 是工业生产用自动化装置 能够在工业生产线中自动完成点焊 弧焊 喷漆 切割 装配 搬运 包装 码垛等作业 广泛应用于机械加工 汽车制造 家用电器生产以及钢铁 化工等行业 工业机器人的主要特点 能高强度地 持久地在各种生产和工作环境中从事单调重复的劳动 对工作环境有很强的适应能力 能代替人在有害和危险场所工作 动作准确性高 可保证产品质量的稳定性 具有很广泛的通用性和独特的柔性 比一般自动化设备有更广的用途 既能满足大批量生产的需要 也可以灵活 迅速地实现多品种 小批量的生产 能显著地提高生产率和大幅度降低产品成本 弧焊机器人 汽车装配机器人 装配单元 装配线 喷漆机器人 红旗 轿车生产线上的机器人 水切割机器人 激光加工机器人 搬运机器人 仿生机器人一直是我国机器人领域的研究热点 对动物的研究则表现为对诸如蛇 鱼的结构以及运动性能的研究 仿蛇机器人不仅可以作为管道检测装置 也可以作为地震或矿难探索装置 更可以当作极地探测器来进行科研活动 3 2军用陆空机器人 军用机器人是一种用于军事领域的具有某种仿人功能的自动机 军用机器人是为满足各种国防和军事需求而设计的的机器人 它的活动范围可以是空中 陆地和水下 侦察机器人蜂鸟机器人是日本科研人员研制出一种可以在空中振翅飞行的机器人 它重2 6克 未来还将安装一个微型摄像头 这款机器人可有望帮助在废墟中开展救援工作 搜寻罪犯 甚至可在火星上作为探测交通工具 运输机器人Bigdog运输机器人 由美国武器合约商波士顿动力公司研发的一套科技含量非常高的装置 大狗 BigDog 运输机器人 极限操作机器人 代替人类在核反应堆 空间 深海 灾区等危险地带工作 从事许多人所不能及的工作 日本研制的一种用于极限作业的机器人 处理核事故的机器人 防灾机器人 返回 我国研制的排爆机器人 3 3军用水下机器人 海底压力非常大 而且环境恶劣 水下机器人必须具有足够的抗压能力和密封性能 它可以用于沉船打捞 海上救生 光缆铺设 资源勘探和开采等 水下机器人可以分为两大类 一类是有缆水下机器人 母船通过电缆向机器人提供动力 人可以在母船上遥控机器人 另一类是无缆水下机器人 自带能源 能自主潜航和操作 依靠自身的自治能力来完成人赋予的使命 美国CURV3型有缆遥控水下机器人 美国海军研制的无缆水下机器人AUSS 洛克西德公司的无人水下航行器 基于GPS的水雷探测机器人 无缆水下勘探机器人 3 4军用空间机器人 空间机器人是指在大气层内外从事各种作业的机器人 包括在内层空间进行观测和作业的飞行机器人 各种航天器或空间站使用的机器人 到其他星球上进行探测作业的星球探测机器人等 空间机器人工作在微重力 高真空 超低温 强辐射的环境中 一般要求重量轻 能耗低 可靠性高 抗干扰能力强 功能全 智能程度高 在未来的空间活动中 将有大量的空间加工 生产 装配 实验 维修等工作要依靠空间机器人来完成 国际空间站及组装 维修机器人 美国研制的 Nomad 月球探测机器人 美国的火星探测机器人 中国的月球探测车在进行沙漠实验 机器人宇航员 日本机器人宇航员 KIROBO 英国机器人宇航员 Robonaut2 3 5服务机器人 主要有清洁机器人 家用机器人 娱乐机器人 医疗及康复机器人 老年及残疾人护理机器人 办公及后勤服务机器人 建筑机器人 救灾机器人 酒店售货及餐厅服务机器人等 智能化是服务机器人发展的主要方向 最先进的智能化技术已经可以让机器人在综合智能方面达到人类3岁婴儿左右的智力水平 某些单项智能则可以接近甚至超过人类 但是要进一步提高综合智能水平却仍然是一个巨大的挑战 46 Present 家居机器人 家政服务 清洁 做饭2002年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba 它能避开障碍 自动设计行进路线 还能在电量不足时 自动驶向充电座 Roomba是目前世界上销量最大 最商业化的家用机器人 娱乐机器人 以供人观赏 娱乐为目的 可以行走或完成动作 可以有语言能力 会唱歌 有一定的感知能力 1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝 AIBO 当即销售一空 从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一 机器人乐队 机器狗 爱宝 日本索尼公司开发的机器狗 爱宝 具有喜 怒 哀 乐 吃惊 讨厌等六种情绪 并有瞌睡 饥饿 运动 贪玩等五种本能 NEC公司开发的机器人PaPeRo具有 散步模式 和 交谈模式 能根据谈话对象的不同表现出好恶情绪 日本的智能机器人 ASIMO 能自主走路 跑步 上下楼梯 踢足球 跳舞 躲避障碍物等 而且还具备较强的 交际 和 接待 能力 能登台指挥交响乐团 能判断人的动作并做出相应的反应 有团队协作能力 较为空闲的Asimo能帮助同伴工作 其视频识别系统还能够更好的判断路径 避免与其他机器人冲突 Asimo机器人升级版 日本东京大学研制的 HRP 2 服务机器人 机器人外科手术系统 康复机器人 一种新型假手 导盲犬 机器人 机器人灵巧手 管道清洗机器人 清洗玻璃幕墙的机器人 爬墙机器人 微型机器人 人形机器人 日本2005世博会上机器人接待员 日本卫视的新闻女主播藤井雅子和她的复制品机器人 日本的骑车机器人 RoboCup足球机器人 RoboCup足球机器人 4足组 RoboCup足球机器人 类人组 64 Future 发