《机器人基础知识与应用》-01(机器人概述).ppt

厦门大学-全校性选修课,-自动化系教师：仲训昱,。,机器人基础知识与应用BasicKnowledgeandApplicationofRobots,我的硕士,机械电子工程（船舶自动控制教研室）,我的博士,控制理论与控制工程（智能控制与机器人教研室）,课程主要内容：,机器人概述工业机器人系统移动机器人系统仿生机器人系统机器人应用与智能化,第1讲机器人概述,机器人定义各种定义机器人发展现代机器人发展简史机器人发展阶段机器人例举工业机器人特种机器人机器人技术,机器人定义,作家的描述,根据Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“Robot机器人”这个词。,机器人定义,科学家的定义,日本科学家定义1967年，日本科学家提出：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等七个特征的柔性机器”。日本科学家加藤一郎提出，具有如下三个要素的机器称为机器人：1有脑、手、脚的个体；2有非接触式传感器（用眼，耳接收远方信息）和接触式传感器；3具有平衡觉和固定觉传感器。,机器人定义,科学家的定义,1987年国际标准化组织的定义机器人的动作机构具有类似于人或其他生物的某些器官（肢体、感受等）的功能；机器人具有通用性，可从事多种工作，可灵活改变动作程序；机器人具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等；机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。,机器人定义,科学家的定义,中国科学家定义机器人是一种具有高度灵活性的自动化机器，这种机器除能动作外应具备一些与人或生物相似的智能，如感知、规划、动作和协同能力。,机器人定义,科学家的定义,美国机器协会的定义美国机器协会的定义：一种用于移动各种材料、零件、工具和专用装置的、用可重复编制的程序动作来执行各种任务的多功能操作机。,机器人定义,机器人三基元,机器人定义,机器人体系结构,分级范式,反应范式,机器人定义,机器人物理结构物理结构：描述一系列的构成部件及其相互间的作用。串联机器人并联机器人移动机器人（轮腿可变性）人型机器人,现代机器人,公认的机器人时代开始于1954年，这一年，世界上有了第一台可编程的自动机械臂。1959年，美国发明家英格伯格和德沃尔造出了世界上第一台工业机器人，它可以称为现代机器人的开端。（随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂Unimation公司。）由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。,现代机器人,1962年美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运),与Unimation公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。,现代机器人,1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统。,现代机器人,1965年约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。,现代机器人,1968年，美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木，不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界上第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。（研究人工智能技术以及在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制）,现代机器人,1969年：日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人（加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。）,现代机器人,1973年，世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，就诞生了美国CincinnatiMilacron公司的机器人T3。,现代机器人,1978年，美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。,PUMA:工业机器人的始祖,PUMA至今仍然工作在工厂第一线,现代机器人,1984年英格伯格再推机器人Helpmate，这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。,现代机器人,1986年，美国研制了第一台拟人型双足步行机器人SD-2，八个自由度，能静态行走。,现代机器人,1997年，日本本田公司率先研制出第一台类人型步行机器人样机。,现代机器人,1998年，丹麦乐高公司推出机器人（Mind-storms）套件。（机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。）,现代机器人,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。）,现代机器人,2002年日本本田公司在东京展示了其最新研制的“Asimo”智能机器人。,现代机器人,2006年6月，微软公司推出MicrosoftRoboticsStudio，机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显，比尔盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。,中国的机器人之路,中科院沈阳所“海人一号”,1995年，中国科学院沈阳自动化研究所研制的“海人一号”（CR-01）6000米无缆水下机器人潜海成功。它具有观察功能，装有摄像机和照相机，可对沉着物和海底进行摄像和照相；具有自动回避障碍、自动围绕沉着物巡游和自动返航等自主能力；利用我国自制的声剖仪可获取30米海底地层图。,中国的机器人之路,国防科大-仿人机器人,1990年，国防科技大学成功研制了我国第一台类人型机器人“先行者”，实现了我国机器人技术的突破。,中国的机器人之路,中国医疗机器人,中国的机器人之路,中科院-微型机器人,中国的机器人之路,北理工-仿人机器人,机器人的发展阶段,第一代机器人第一代机器人是“可编程机器人”：这种机器人一般可以根据操作人员所编的程序,完成一些简单的重复性操作。这一代机器人是从60年代后半叶开始投入实际使用的,目前在工业界已得到广泛应用。这种机器人不具有外界信息的反馈能力，不能适应环境的变化。第二代机器人第二代机器人是“感知机器人”：又叫做自适应机器人,它在第一代机器人的基础上发展起来的,能够具有不同程度的“感知”周围环境的能力。这类利用感知信息以改善机器人性能的研究开始于70年代初期,到1982年,美国通用汽车公司为其装配线上的机器人装配了视觉系统,宣告了感知机器人的诞生,在80年代得到了广泛应用。机器人工作时，根据感觉器官（听觉、视觉、触觉传感器）获得的信息，灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。第三代机器人第三代机器人是“智能的机器人”：智能机器人是靠人工智能技术决策行动的机器人，它们根据感觉到的信息，进行独立思维、识别、推理，并作出判断和决策，不用人的参与就可以完成一些复杂的工作任务。它能在变化的环境中，自主决定自身的行为，具有高度的适应性和自治能力。这类机器人具有自主地解决问题的能力，也被称为自治机器人。,各种机器人例举,工业机器人（机械手）,焊接机器人,搬运机器人,装配机器人,各种机器人例举,特种机器人,各种机器人例举,勇气号火星车,“月面巡视探测器”,空间站灵活操作机器人,各种机器人例举,空间机器人,勇气号火星车,“月面巡视探测器”,空间站灵活操作机器人,全球首名太空机器人即将前往空间站,各种机器人例举,水下机器人,缆控水下机器人ROV,无缆水下机器人AUV,各种机器人例举,军用机器人,美国的全球鹰无人机,德国研制的无人机,长空一号,长虹-1,“暗剑”无人机,各种机器人例举,军用机器人,作战机器人,MAARS机器人,“第一人称视点”操作机器人,各种机器人例举,军用机器人,探雷/排爆机器人,“土拨鼠”和“野牛”,ROBHAZ-DT2机器人,各种机器人例举,军用机器人,美国军用“大狗”机器人,各种机器人例举,警用机器人,德国的消防机器人,挪威蛇形消防机器人,各种机器人例举,警用机器人,“灵蜥”防暴机器人,哈工大“保安机器人”,Reborg-Q机器人,各种机器人例举,各种机器人例举,医用机器人,日本护理和救护机器人,美国战地救护机器人,网络手术机器人,各种机器人例举,各种机器人例举,服务机器人,迎宾、讲解机器人,烹饪机器人,清洁机器人,机器人技术,机器人执行系统,（1）自由度,机器人技术,机器人执行系统,（2）机器人的手,机器人技术,机器人执行系统,（3）机器人的脚,机器人技术,机器人执行系统,（4）工业机器人的执行机构,机器人技术,机器人执行系统,（4）工业机器人的执行机构,仿人型工业机器人,机器人技术,机器人执行系统,（4）工业机器人的执行机构,蛇形柔性机械手臂,其他。,机器人技术,机器人驱动系统,（1）电气驱动步进电机直流电机交流电机,机器人技术,机器人驱动系统,（2）液压驱动液压源驱动器伺服阀传感器,机器人技术,机器人驱动系统,（3）气压驱动气压源驱动器控制阀传感器,机器人技术,机器人驱动系统,（4）新型驱动器【智能材料：具有仿生功能,即材料能根据感受到的信息而自动判断、控制和调整以适应外界条件变化】静电驱动器压电驱动器记忆合金驱动器形状记忆合金：指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后，通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。人工肌肉光驱动器,机器人技术,人工智能系统,机器人的大脑有计算机硬件和人工智能控制软件组成。人工智能系统是一个知识处理系统，它包含三个基本问题：知识表示、知识利用和知识获取。人工智能对于机器人来说，是指机器人的“大脑”具有能执行通常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。人工智能系统的发展，表现为机器人越来越聪明和能干。,机器人技术,机器人感知系统,视觉20世纪50年代后期出现，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