人工智能與機器人

1、人工智能與機器人,2,1.7 機器人技術指標指標體系與評價內(nèi)容,1.3機器人分類,1.1機器人發(fā)展史,1.2機器人的定義,1.6 機器人相關主要技術與學科,1.5 機器人的優(yōu)缺點,1.4 機器人化機器,1.8. 機器人技術展望,3,機器人的模樣一定要像人嗎？,有些人認為，最高級的機器人要做的和人一模一樣，其實非也。 實際上，機器人是利用機械傳動、現(xiàn)代微電子技術組合而成的一種能模仿人某種技能的機械電子設備，他

2、是在電子、機械及信息技術的基礎上發(fā)展而來的。 然而，機器人的樣子不一定必須像人，只要能自主完成人類所賦予他的任務與命令，就屬于機器人大家族的成員。,4,1.1 機器人發(fā)展史,1.1.1古代機器人,公元前1066-前771，《列子·湯問篇》記載，我國西周時代，木偶工匠偃師，向周武穆王獻上“木制伶人”，能歌善舞，栩栩如生。,春秋后期，我國著名的木匠魯班，在機械方面也是一位發(fā)明家，公元前400至350年，《墨子&

3、#183;魯問篇》記載“公輸子（魯班）削竹木以為鵲,他曾制造過一只木鳥,成而飛之,三日不下”。,公元前2世紀，亞歷山大時代的古希臘人發(fā)明了自動機----以水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像，可以自己開門、借助蒸汽唱歌。,5,公元25-220年，東漢時期，發(fā)明了“記里鼓車”，它靠傳動齒輪和凸輪杠桿等機械驅(qū)動，車行一里，車上木人受凸輪的牽動，由繩索拉起木人右臂擊鼓，無需人手工測量計程。,6,指南車，它與指南針利用地磁效應不同，它是利用齒輪

4、傳動系統(tǒng)，根據(jù)車輪的轉(zhuǎn)動，由車上木人指示方向，不論車子轉(zhuǎn)向何方，木人的手始終指向南方。,7,后漢三國時期，《三國志·諸葛亮傳》載：“九年，亮復出祁山，以木牛運”，“十二年春，亮悉大眾由斜谷出，以流馬運”。 木牛流馬“口內(nèi)舌頭扭轉(zhuǎn)，即不能動彈；再扭回來，復奔跑如飛?！?“搬運糧米，甚是便利。牛馬皆不水食，可以晝夜搬運不絕也”。,8,1738年，法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機器鴨，它

5、會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進食和排泄。,進入自動機械時期,第一次工業(yè)革命,1.1.2 近代機器人,9,1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術發(fā)明了自動機器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。 1738年，法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機器鴨，它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機械化而進行醫(yī)學上的分析。,10,1773年,在當時的自動玩偶中，最杰出的要數(shù)瑞士的鐘表匠

6、杰克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯。他們連續(xù)推出了自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理而制成的. 現(xiàn)在保留下來的最早的機器人是瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，它制作于二百年前，兩只手的十個手指可以按動風琴的琴鍵而彈奏音樂，現(xiàn)在還定期演奏供參觀者欣賞，展示了古代人的智慧。,11,1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動雙腿沿圓周走動。

7、 進入20世紀后，機器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關心與支持，一些適用化的機器人相繼問世， 1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個機器人“電報箱”，并在紐約舉行的世界博覽會上展出。它是一個電動機器人，裝有無線電發(fā)報機，可以回答一些問題，但該機器人不能走動。,12,1920年，捷克作家卡雷爾·卡佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》?？ㄅ蹇嗽趧”局邪呀菘苏Z“Robota”寫成了“Robot”，引起了大家的廣泛關注，被

8、當成了機器人一詞的起源。,1939年 美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機器人Elektro。它由電纜控制，可以行走，會說77個字，甚至可以抽煙，不過離真正干家務活還差得遠，但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體。,13,1950年，美國作家埃薩克·阿西莫夫在他的科幻小說《I，Robot》中首次使用了“Robotics” ，即“機器人學”。,機器人三定律Three Laws of Robotics,A robot

9、may not injure a human being or, through inaction, allow a human being to come to harm. 機器人不得傷害人類，或看到人類受到傷害而袖手旁觀。,A robot must obey orders given it by human beings except where such orders would conflict with the First

10、Law. 在不違反第一定律的前提下，機器人必須絕對服從人類給與的任何命令。,A robot must protect its own existence as long as such protection does not conflict with the First or Second Law. 在不違反第一定律和第二定律的前提下，機器人必須盡力保護自己。,14,1954年 美國人（George C. Devol）喬治

11、3;德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機器人，并在1956年獲得美國專利。這種機械手能按照不同的程序從事不同的工作，具有通用性和靈活性。 1960年，Conder公司購買專利并制造了樣機。,1.1.3 現(xiàn)代機器人,現(xiàn)代機器人的研究始于20世紀中期，其技術背景是計算機和自動化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。,自1946年第一臺數(shù)字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。,15,1959年 德沃

12、爾與美國發(fā)明家約瑟夫·英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。,1962年，美國萬能自動化（Unimation）公司的第一臺機器人Unimate在美國通用汽車公司（GM）投入使用 標志著第一代機器人的誕生。,1961年，Unimation公司（通用機械公司）成立，生產(chǎn)和銷售了第一臺工業(yè)機器“Unimate”，即萬能自動之意。,隨后，成立了世界上第一家機器人制造工廠——美國萬能自動化（Unimation）公

13、司。由于英格伯格長期對工業(yè)機器人的研發(fā)和宣傳，被稱為“工業(yè)機器人之父”。,16,1962年，A.M.F.（機械與鑄造）公司，研制出一臺數(shù)控自動通用機，取名“Versatran”，即多用途搬運之意，并以“Industrial Robot”為商品廣告投入市場。與Unimation公司生產(chǎn)的Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機器人，并出口到世界各國，掀起了全世界對機器人和機器人研究的熱潮。,17,傳感器的應用,1961年 恩斯特采用的觸覺

14、傳感器,1962年 托莫維奇和博尼在世界上最早的“靈巧手”上用到了壓力傳感器,1963年 麥卡錫則開始在機器人中加入視覺傳感系統(tǒng),1965年 MIT推出了世界上第一個帶有視覺傳感器，能識別并定位積 木的機器人系統(tǒng),1965年 約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室研制出Beast機器人。能 通過聲納系統(tǒng)、光電管等裝置，根據(jù)環(huán)境校正自己的位置,“有感覺”的機器人,18,20世紀60年代中期

15、開始，美國麻省理工學院、斯坦福大學、英國愛丁堡大學等陸續(xù)成立了機器人實驗室。 開始向人工智能進發(fā),1968年 美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機器人Shakey。它帶有視覺傳感器，成為第一個運用邏輯思維自行定位物體，并在物體周圍移動的智能機器人。不過控制它的計算機有一個房間那么大。Shakey可以算是世界第一臺智能機器人。,19,1967年， Unimation公司第一臺噴涂用機器人出口到日本川崎

16、重工業(yè)公司。,1968年，第一臺智能機器人Shakey在斯坦福研究所誕生。 1972年，IBM公司開發(fā)出直角坐標機器人。 1973年，Cincinnati Milacron公司推出T3型機器人。,20,1973年 美國辛辛那提.米拉克龍（Cincinnati Milacron）公司推出了第一臺計算機控制的工業(yè)機器人---T3，可以力舉超過100磅重的物體，并且可追蹤在裝配線上工件，被譽為

17、“未來工具” 。 第一次機器人和小型計算機結合,1978年 美國萬能自動化Unimation公司推出通用工業(yè)機器人PUMA，標志著工業(yè)機器人技術已經(jīng)成熟。PUMA至今仍然工作在工廠第一線。,21,1978年，第一臺PUMA機器人在Unimation公司誕生。,1982年，Westinghouse公司兼并Unimation公司，隨后又賣給了瑞士的Staubli公司。 1990年，Cincinnati Mil

18、acron公司被瑞士ABB公司兼并。,22,隨著計算機技術和人工智能技術的飛速發(fā)展，使機器人在功能和技術層次上有了很大的提高，移動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術就是典型的代表。由于這些技術的發(fā)展，推動了機器人概念的延伸。 80年代，將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統(tǒng)稱為智能機器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導了機器人技術的研究和應用，而且又賦予了機器人技術向深廣發(fā)展的巨大空間，水下機器人、空間機器

19、人、空中機器人、地面機器人、微小型機器人等各種用途的機器人相繼問世，許多夢想成為了現(xiàn)實。,23,24,1997年7月4日，攜帶火星探路者的飛船著陸火星。探路者名叫“索杰納”，是一個小型機器人６輪探測車，重10公斤，造價２５００萬美元。它具有人工智能，使用太陽能動力。它的行駛速度最快為每分鐘２英尺。它專找?guī)r石爬，目的是搜集有關巖石成分的數(shù)據(jù)。,1984年 英格伯格再推機器人Helpmate，這種機器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。同

20、年，他還預言：“我要讓機器人擦地板，做飯，出去幫我洗車，檢查安全”。,25,1998年世界著名玩具廠商丹麥樂高(LEGO)公司推出機器人(Mind-storms)套件，讓機器人制造變得跟搭積木一樣，相對簡單又能任意拼裝，使機器人開始走入個人世界，同時掀起了機器人教育的熱潮。,26,1999年 日本索尼公司推出犬型機器人愛寶(AIBO)，創(chuàng)造過20分鐘內(nèi)賣掉3000只的紀錄，被搶購一空，從此娛樂機器人成為目前機器人邁進普通家庭的途徑之一。

21、,AIBO---人工智能機器人（artificial intelligence robot）的縮寫,27,2002年5月2日,紐約證交所，本田制造的名叫阿西（Asimo）四英尺高的白色機器人搖響開市鈴聲，慶祝本田在美國上市25周年，搖響了機器智能時代的開始。,Advanced …… 新紀元 Step in …… 進入 Innovative …… 創(chuàng)新 Mobility …… 移動工具,28,SONY公司的QRIO,Qrio的四個型

22、號擁有各自不同的性格：Ken的性格為對宇宙及科學等感興趣的知識探求型，知識淵博且有獨到的見解，特長為猜謎及健談，具有與人自然交流的談話能力；Audrey屬于喜歡小孩子的穩(wěn)重和藹型，特長為朗讀連環(huán)畫，具有使人開心的對話技術；Charlie屬于喜歡電影及音樂的逗人開心型，擅長舞蹈與運動，能夠進行全身協(xié)調(diào)地運動控制，可以隨音樂起舞；Marco對時裝及藝術感興趣，活潑但“不夠穩(wěn)重”，特長為唱歌，可以根據(jù)聲音合成展示豐富的音樂內(nèi)容。,Q

23、rio最吸引人的不是功能上的進步，而是它完全模擬人類獨有的“性格”。,29,2002年 丹麥iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba，它擁有的數(shù)學運算法自動設計行進路線，可以能避開障礙，察覺陡坡以免摔下樓梯，還能在電量不足時，自動駛向充電座。Roomba是目前世界上銷量最大、最商業(yè)化的家用機器人。,30,伊拉克戰(zhàn)爭中，美國馬薩諸塞州伯靈頓的iRobot公司制造的PackbotEOD炸彈處理型機器人在伊拉克戰(zhàn)場上大顯身手，幫助士兵排

24、除炸彈。,“徘徊者”無人戰(zhàn)車,31,日本、西歐各國、前蘇聯(lián)也相斷引進或自行研制工業(yè)機器人。60～70年代是機器技術獲得巨大發(fā)展的階段。,80年代，機器人在發(fā)達國家的工業(yè)中大量普及應用，如焊接、噴漆、搬運、裝配。并向各個領域拓展，如航天、水下、排險、核工業(yè)等，機器人的感知技術得到相應的發(fā)展，產(chǎn)生第二代機器人。,32,90年代，機器人技術在發(fā)達國家應用更為廣泛，如軍用、醫(yī)療、服務、娛樂等領域，并開始向智能型（第三代）機器人發(fā)展。,隨著機器人

25、技術的發(fā)展形成了新學科 — 機器人學。建立了相應學術組織，定期舉辦學術活動。 國際會議：ISIP、IEEE——IROS、ICR&A 等。 國際雜志：《 Robtics Research 》、 《 Robotica 》、 《 Robotics and Automation 》 等。,33,1.1.4 機器人在中國,70年代末，中國科學的春天到來，對機器人的研究也開始起步。,1981－1985：中國第六個五年計

26、劃階段在各大學和研究所建立了許多的機器人研究室,許多大學和研究所開始購買國外的機器人產(chǎn)品,研究開發(fā)機器人技術正式納入第七個五年計劃 .,1986－1990：中國第七個五年計劃階段 政府開始在國家計劃中支持機器人技術的研究與開發(fā)各大學和研究所開始研究各種機器人相關技術開發(fā)了一些工業(yè)機器人原型.,34,我國機器人技術起步較晚，70年代末，一些院校和企業(yè)，開始研制專用機械手，80年代初，開發(fā)小型的教育機器人。1985年哈工大研制出國

27、內(nèi)第一臺弧焊機器人（華宇Ⅰ號）。,國家“863”計劃把機器人技術作為重點發(fā)展技術來支持。建立了“機器人示范工程中心”和機器人國家開放實驗室（沈陽自動化所、哈工大、合肥機械所、上海交大、南開大學）。,35,2024/3/17,35,沈陽自動化所——機器人示范工程,以高校和科研院所為主，863大發(fā)展,863高技術863計劃簡介發(fā)展計劃簡介,中國機器人之父——蔣新松院士,863計劃總共包括7個領域。智能機器人是自動化領域的兩個分支之一。,

28、863計劃支持的研究開發(fā)項目：基礎研究，關鍵技術，原型開發(fā)，工程應用，期刊──機器人技術與應用,36,蔣新松，中國科學院沈陽自動化所研究員，學術委員會主任，中國工程院院士，自動控制、機器人學專家。中國機器人事業(yè)的主奠基人。長期為我國工業(yè)自動化、機器人產(chǎn)業(yè)化嘔心瀝血。創(chuàng)建了我國第一個機器人工程研究開發(fā)中心。領導研制了水下機器人系列產(chǎn)品，工業(yè)機器人、特種機器人。擔任國家“863”計劃自動化領域首席科學家期間，在領導CIMS方面獲得國際獎

29、勵。為我國自動控制和機器人研制事來業(yè)作出了重要貢獻。,37,他是我國機器人事業(yè)的開拓者，在多種機器人的研究、開發(fā)、工程應用及產(chǎn)業(yè)化方面作出了開創(chuàng)性的貢獻；創(chuàng)建國家機器人技術研究開發(fā)工程中心和中科院機器人學開放實驗室，為我國機器人學研究及機器人技術工程化建立了基地；參加“863”計劃的制訂，1978年獲全國科學大會成果獎，中國科學院重大成果獎；我國第一臺計算機控制的示教再現(xiàn)機器人SXJ-1號，1981年獲中國科學院科技進步二等獎；海人一號

30、水下機器人樣機，1987年獲中國科學院科技進步二等獎；中型水下機器人RECON-IV（300米水深、有纜），1991年獲中國科學院科技進步一等獎，1992年獲國家科技進步二等獎。 由于他對事業(yè)孜孜以求，疏于自己健康，于1997年3月突發(fā)心臟病，經(jīng)搶救無效在沈陽逝世（66歲）。,38,2024/3/17,38,,選擇生物技術、航天技術、信息技術、激光技術、自動化技術、能源技術和新材料7個領域15個主題作為我國高技術研究與開發(fā)的

31、重點。智能機器人是自動化領域的兩個分支之一。,1996年7月，國家科技領導小組批準將海洋高技術作為863計劃的第八個領域。這時，863計劃共有八個領域、20個主題。,863計劃,王大珩 中國科學院院士，中國工程院院士，我國應用光學及光學工程的主要奠基人之一。,王淦昌 中國科學院院士、著名高能物理學家。,楊嘉墀(chi) 中國科學院院士，著名空間自動控制專家。,陳芳允 863倡議人之一，中國科學院院士，著名電子學家。,由于科學家的建議

32、和鄧小平同志的對建議的批示都是在1986年3月作出的，這個宏偉計劃被命名為“863”計劃。以高校和科研院所為主。,39,智能機器人主題的內(nèi)容和目標：智能機器人體系結構；智能機器人機構；機器人智能控制；人工智能技術在機器人中的應用；機器人視覺及非視覺傳感器；人機智能交互技術；機器人需要的其他技術?！　⊙兄颇芨兄h(huán)境、自主決策和靈活動作的智能機器人；完成高精度裝配機器人；水下無纜作業(yè)機器人；惡劣環(huán)境下作業(yè)機器人；跟蹤國際機器人技術的前

33、沿。,40,我國也建立了機器人學的學術組織，定期舉辦學術活動。《中國自動化學會》《中國自動化學會機器人競賽工作委員會》《中國自動化學會智能自動化專業(yè)委員會》等。 學術會議：每兩年左右去辦一次大型全國性會議。 學術刊物：《 機器人 》、《機器人技術與應用 》等。 機器人競賽：“中國機器人大賽暨RoboCup公開賽”、“CCTV全國大學生機器人電視大賽暨亞太地區(qū)機器人大賽國內(nèi)選拔賽” 等。,41,中國機器人大賽暨RoboC

34、up公開賽是由中國自動化學會機器人競賽工作委員會主辦，該會于2001年6月21日成立。它的成立標志著我國機器人競賽事業(yè)進入了一個新的階段。       宗旨是通過組織機器人比賽和技術研討，讓更多的群眾尤其是青少年朋友了解機器人，喜愛機器人，向他們普及現(xiàn)代科學知識，為我國的機器人事業(yè)培養(yǎng)更多的優(yōu)秀人才。同時通過機器人比賽和技術研討，也為推動和促進機器人與自動化技術的發(fā)展與創(chuàng)新，

35、為我國的快速持續(xù)發(fā)展貢獻力量。,中國機器人大賽暨RoboCup公開賽,42,CCTV全國大學生機器人電視大賽,中國中央電視臺為了選拔能夠代表中國參賽的代表隊，自2002年開始舉辦中央電視臺機器人電視大賽，并且由每年的國內(nèi)賽冠軍代表中國參加亞廣聯(lián)亞太地區(qū)機器人大賽的比賽，“亞廣聯(lián)亞太地區(qū)機器人大賽”是由亞廣聯(lián)節(jié)目部發(fā)起倡導的，并于1999年在亞廣聯(lián)年會上正式通過了該項目的提案。,43,1.2.1 機器人名詞的產(chǎn)生,封建神學,文藝復興,生理

36、學和醫(yī)學,上帝造人說,→,法國 笛卡爾,人是機器,英國哲學家霍布斯,人不過是一架正立行走的機器：心臟是汲筒，四肢是杠桿，關節(jié)是齒輪，神經(jīng)是游絲…,人,機器,→,,,？,1.2相關定義與術語,44,1.2.2 Robot,機器人——,英文robot ——來自捷克語robota而中文翻譯成羅伯特，機器奴仆，機器助手，也許更好不強調(diào)它要有人態(tài)，不會產(chǎn)生錯覺,45,捷克語robota“勞役、苦工”,波蘭語robotnik

37、 “工人”,,,捷克斯洛伐克語Robot用來稱呼劇中的機器人,英語 robot 德語 robot日語 ロボット 俄語 робот中國 機器人 ……………,46,1.2.3 機器人的定義,機器人問世已有幾十年，但沒有一個統(tǒng)一的意見。原因之一是機器人還在發(fā)展，另一原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。也許正

38、是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。,美國機器人協(xié)會（RIA)：一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動作來執(zhí)行各種任務，并具有編程能力的多功能操作機（Manipulator）?！?美國家標準局：一種能夠進行編程并在自動控制下完成某些操作和移動作業(yè)任務或動作的機械裝置。,47,1987年國際標準化組織(ISO)對工業(yè)機器人的定義：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編

39、程操作機。,日本工業(yè)標準局：一種機械裝置，在自動控制下，能夠完成某些操作或者動作功能。,英國：貌似人的自動機，具有智力的和順從于人的但不具有人格的機器。,中國：我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。,48,國際標準化組織（ISO）的定義,“ 機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機

40、，這種操作機具有幾個軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務”。,49,盡管各國定義不同，但基本上指明了作為“機器人”所具有的二個共同點： 是一種自動機械裝置，可以在無人參與下，自動完成多種操作或動作功能，即具有通用性。 可以再編程，程序流程可變，即具有柔性(適應性）。,機器人集中了機械工程、材料科學、電子技術、計算機技術、自動控制理論及人工智能等多學科的最新研究成果，代表了機電一體化的最高成就，

41、是當代科學技術發(fā)展最活躍的領域之一。,50,共同屬性,有類人的功能,根據(jù)人的編程能自動的工作,人造的機器或機械電子裝置,,如果并不刻意追求嚴格定義，那可以認為機器人是一種具有擬人功能的、可編程的、自動化的機械電子裝置。,51,（1）深海載人潛水器,目標任務7000米（全球98％海域）中國（5002005年下水工程應用目的意義搶占國際海地資源海洋資源開發(fā)國家未來可持續(xù)發(fā)展,52,圖：5000米載人深潛首試成功，

42、“蛟龍”首破4000米深度,“蛟龍”號載人潛水器5000米級海試共進行了5次下潛，下潛深度分別為：4027、5057、5188、5184和5180米。期間獲得了大量的視像資料和近底微地形地貌測量數(shù)據(jù)，檢驗了潛水器在大深度環(huán)境下的各項功能指標與作業(yè)性能。,53,（2）微機電系統(tǒng)MEMS,目標任務 圍繞產(chǎn)業(yè)化支撐關鍵技術，開展設計方法與工具、制造工藝、封裝與檢測、集成技術等研究，微器件與系統(tǒng)應用推廣。目的意義 在醫(yī)

43、療衛(wèi)生、生物基因、環(huán)保監(jiān)測、IT與家電、軍事武器等方面有廣泛應用前景。,54,（3）數(shù)控關鍵技術與裝備,目標任務 推動中檔車床和銑床/加工中心裝備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，面向國防應用的高精尖裝備競爭前核心技術。目的意義 提高制造業(yè)基礎裝備核心競爭力打破國外封鎖掌握發(fā)展主動權。,55,（4）大型工程機械,目標任務 盾構6.3米全斷面盾構機裝備與實際3km施工應用智能化機群工程機械的工程示范應用。目的意義

44、 增強自主設計與制造能力，帶動若干典型行業(yè)成套關鍵裝備發(fā)展，抵制長期依賴進口促進國家城市、道路等方面基礎實施建設發(fā)展。,56,盾構掘進機,57,（5）仿人形機器人,目標任務 綜合高技術演示平臺無電纜，動態(tài)行走，速度1.5km小時多仿人形機器人協(xié)調(diào)運動。目的意義 帶動相關機構、傳感、控制與交互等智能技術發(fā)展，推動多交叉學科技術革新與發(fā)展，在社會與家庭服務、危險環(huán)境、軍事應用、科技奧運等方面具有廣泛應用前景。,

45、58,1.3機器人分類,目前，世界上已經(jīng)有了上萬種機器人。這些形狀各異、功能不同、種類眾多的機器人，根據(jù)分類方法的不同，可以分成不同的類別，而且有著不同的認識。,關于機器人如何分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標準，有的按發(fā)展時代分，有的按替代人的器官類型分，有的按運動方式分，有的按其驅(qū)動方式分，有的按應用領域分……,59,,1.3.1 一般的分類方式,60,1.3.2 按替代人的器官類型分,操作機器人（手—— manipulator

46、）移動機器人（腿—— locomotive robot）視覺機器人（眼—— visual robot）………..,1.3.3 按與環(huán)境相關程度分,固定臂機器人 Fixed Arm Robot可移動機器人 Mobile Robot,61,1.3.4 按其構成機構分,直角坐標機器人Cartesian coordinate 圓柱坐標機器人Cylindrical coordinate極坐標機器人Pola

47、r coordinate多關節(jié)型機器人Articulated robot并聯(lián)關節(jié)機器人Parallel linked robot串并聯(lián)關節(jié)機器人Hybrid linked robot,1.3.5按其驅(qū)動方式分,液壓機器人Hydraulic robot氣動機器人 Pneumatic robot電動機器人Electrical robot,62,1.3.6 按運動方式分,點位控制型機器人

48、 受控運動方式為自一點位目標移向另 一點位目標，只在目標點上完成操作連續(xù)控制型 機器人終端按預期軌跡和速度運動,1.3.7 按搬持重量及動作范圍分,超大型機器人 可搬重量為1t以上的機器人大型機器人 可搬重量為100kg--1t,動作范圍為10m3以上的機器人中型機器人 可搬重量為10--100kg,動作范圍為1-10m3的機器人小型機器人

49、可搬重量為0.1--10kg,動作范圍為0.1--1m3的機器人超小型機器人 可搬重量為 小于0.1kg,動作范圍為小于0.1m3的機器人,63,1.3.8 按機器人用途分,農(nóng)業(yè)機器人：采摘、嫁接,排險救災：排雷、除匪、爆炸物處理,醫(yī)用機器人：微型機器人——腸內(nèi)窺鏡、血管疏通、 腦外科手術、微驅(qū)動系統(tǒng)——DNA,娛樂機器人：迎賓小姐、智能寵物、AIBO、電影,軍用機器人：無人飛機U-2、

50、海灣戰(zhàn)爭中“先鋒號”無人機， 科索沃戰(zhàn)爭中“捕食者”無人戰(zhàn)機,極限作業(yè)機器人：核反應堆 、空間機器人,水下機器人：水下6000米無纜自治機器人,工業(yè)機器人：搬運、制造、裝配、焊接、噴漆、鑄造、 碼垛、井下、…,64,1.3.9 還可以按驅(qū)動形式、用途、結構和智能水平等觀點劃分,2、按用途劃分,1）工業(yè)機器

51、人,65,66,即：特種機器人,競賽機器人,67,3、按智能水平劃分,68,用于機械制造業(yè)中的操作機和機械手。它能代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車、摩托車、船舶制造、某些家電產(chǎn)品、化工等行業(yè)自動化生產(chǎn)線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運、包裝、碼垛等作業(yè)的機器人。,工業(yè)機器人 Industrial Manipulator,69,機器人化機器是指在傳統(tǒng)機械中引入機器人技術，使其具有機器人的功能。,1.4

52、 機器人化機器,例如無人駕駛振動壓路機、噴漿機器人、鑿巖機器人、盾構機器人等等。,這一概念最早是由蔣新松院士提出來的。當然，也可把機器人化機器稱之為智能機器或智能機械。,將機器人的技術（如傳感技術、智能技術、控制技術等）擴散和滲透到各個領域形成了各式各樣的新機器——機器人化機器。,70,山東科技大學機器人研究中心（現(xiàn)在團隊在我?？刂茖W院）從1994年開始著手“噴漿機器人”的研制。2000年初，第一臺大型噴漿機器人已完成，5月23

53、日運抵濟南高速公路的隧道施工現(xiàn)場開始使用，機器人運轉(zhuǎn)正常。目前，第二臺大型噴漿機器人已用于西安－合肥的鐵路隧道施工。,噴漿支護是現(xiàn)代建設施工中廣泛采用的支護方法。但是人工進行噴漿時，回彈造成的飛沙走石使工人不敢抬頭睜眼，致使噴槍無法保持與受噴面垂直，也無法使噴槍口與受噴面保持最佳距離。從而導致混凝土的回彈率高（30－50％），浪費材料，而且混凝土結構疏密不一，不能保證噴層的質(zhì)量。另外對大斷面隧道，人工噴漿需要搭腳手架，影響施工進度，且費

54、工費料。國內(nèi)外都認為采用機器人噴漿是一條出路。,71,自帶各種必要的傳感器、控制器,在運行過程中無外界人為信息輸入和控制的條件下,可以獨立完成一定的任務,自主機器人 Autonomous robot,智能機器人 Intelligent robot,72,復雜的作業(yè)由單一機器人已難以完成，需要多個機器人協(xié)調(diào)與合作共同完成。如何組織由多個機器人構成的群體，以及在這樣的群體中如何實現(xiàn)機器人的協(xié)調(diào)合作問題已成為當前的機器人研究領域的一個新課題

55、。,多機器人系統(tǒng) Multi-robot system,多智能體系統(tǒng) Multi-Agent System (MAS),73,1.5 機器人的優(yōu)缺點,1.5.1、優(yōu)點 能不知疲倦、不厭其煩的持續(xù)工作，不會有心理問題； 具有比人更高的精確度、速度，可以同時相應多個激勵； 可以在危險環(huán)境下工作，無需考慮生命保障或安全的需要； 無需舒適的環(huán)境，如照明、空調(diào)、噪音隔離等； 其感知系統(tǒng)及其附屬設備具有某些人類所不具有的能力。,1

56、.5.2 缺點 替代了工人，由此帶來經(jīng)濟和社會問題； 缺乏應急能力； 靈活性、自適應能力還欠缺； 設備費用開銷較大。,74,1.6主要技術與相關科學,1.6.1 主要技術,操作技術（手）移動技術（減少死區(qū)）傳感技術控制與決策技術通訊及信息處理技術機身相關技術（能源、材料……）,1.6.2 機器人相關學科,數(shù)學，物理學，理論力學，材料力學，流體力學（液壓、氣動），機械學，自動控制，電子與通訊，仿生學，人工生命等，還有

57、計算機，單片機，C語言、 C++、匯編語言等等。其中自動控制技術和人工智能技術這兩種技術是機器人科學技術的基礎。,75,1.6.3 機器人學科的知識構成,坐標系統(tǒng)與坐標變換運動學與動力學機械工程與機電一體化控制工程機器視覺與圖像工程語言與聲音識別自學習與自組織系統(tǒng)仿真人工智能（專家系統(tǒng)，模糊推理，神經(jīng)網(wǎng)絡等）人體工程學多智能體系統(tǒng)等,76,1.7 機器人技術指標與性能評價,1.7.1 指標體系與評價內(nèi)容,l 

58、;      自由度（DOF） “這個機器人有幾個自由度？”——絕對內(nèi)行問題l         工作空間與動作領域l         定位精度 實現(xiàn)精度——實際值與理論值的差值

59、 重復精度——重復定位的偏離情況l         負載能力 （30kg臂僅能提10kg物體）l         最大運動速度 空程高速 提高效率l         自由度活動范

60、圍 拉伸距離 轉(zhuǎn)動角度l         存儲器容量l         機器人自身重量l         智能水平,77,1.7.2 機器人對控制系統(tǒng)的基本要求,多軸協(xié)調(diào)位置高精度、無超

61、調(diào)大調(diào)速范圍（空程高速） 調(diào)速范圍＝工作時最大速度/工作時最小速度動態(tài)響應快系統(tǒng)剛性好各軸速度誤差系數(shù)相近有加減速控制（減少沖擊）,78,1.8. 機器人技術展望,伴隨信息技術的飛速發(fā)展，機器人日新月異機器人的進化絕對不會像人類進化那么漫長第一、第二、第三代、……還不到半個世紀，機器人讓人刮目相看,人類如果是按等差級數(shù)進化，那機器人將是按等比級數(shù)進化。,因為，全人類的技術開發(fā)幾乎都是在為機器人進化服務。,未

62、來會是什么樣？,79,進入90年代后,機器人數(shù)量增長速度下降,但由于人工智能、計算機科學、傳感器技術的長足進步，使機器人技術研究在高水平上進行。未來機器人技術將有待于在以下幾個方面發(fā)展。一、操作臂技術1．  高速操作臂：機構，伺服驅(qū)動，動態(tài)控制方法；2．  柔性操作臂：提高荷重比（＜30∶10），輕質(zhì)材料；3．  冗余自由度臂；4．  高精度、多自由度力控制：精密組裝；5． 

63、 微型操作臂。,80,二、移動技術1、新型移動機構：適合非結構環(huán)境的移動機構；2、運動控制：建模、制導、導航、路徑規(guī)劃。,三、感知技術1、視覺：圖像識別與處理；2、手眼協(xié)調(diào)；3、接觸覺小型化；4、多信息融合。,四、自主控制技術1、分布式計算機控制技術；2、人工智能技術。,81,1.8.1 當代機器人的最偉大成就,1. 在現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)中的主力軍作用2. 在火星探測中的勇氣號與機遇號機器人3. 類人形機器人的研究突飛猛

64、進4. 機器人在醫(yī)療領域的應用前景廣闊5. 機器人部隊將走向戰(zhàn)場6. 到2010年，平均每個家庭將有3個機器人 家政服務，娛樂，子女教育，安全……,82,1.8.2 關于機器人前景的展望,用藍領機器替代藍領工人白領階層也成為機器人替代的對象人類天才敗陣的例子屢見不鮮人與機器（人）的關系已經(jīng)成為社會學家關注的重點21世紀人如何與機器人和諧共處？,83,人類,機器人,,,,,制 約,服 務,人類與機器的關系是服務與制

65、約是辯證的和變化的,服 務,制 約,84,1.8.3 機器人技術發(fā)展方向 智能機器人的發(fā)展 （1）具有感知功能的機器人和具有自主功能的智能機器人技術將迅速發(fā)展，計算機的小型化與智能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化將促使智能機器人的發(fā)展。 （2）在21世紀,各種智能機器人將得到廣泛應用。具有像人的四肢、靈巧的雙手、雙目視覺、力覺及觸覺感知功能的仿人型智能機器人將被研制成功,并得到應用。,85,微型機器人發(fā)展

66、 （1）將登上歷史舞臺微型機器人的發(fā)展還面臨著許多技術上的難題,但是MEMS技術、LIGA技術和微細加工技術的進步將使各種微型機器人走向應用。 （2）微型機器人將會首先在醫(yī)療、軍事、環(huán)境、空間等科技領域得到應用。新型機器人關鍵器件技術的發(fā)展 目前,機器人技術的發(fā)展尚存在許多待解決的瓶頸問題，如驅(qū)動器、能源和控制器。從仿生學角度看,21世紀將出現(xiàn)與人體執(zhí)行、感知和大腦類似的新的機器人器件和系統(tǒng)

67、,86,專項技術的發(fā)展 （1）到21世紀,機器人的種類將大量增加，機器人種類的多樣性和機器人應用的廣泛性,要求機器人系統(tǒng)逐漸走向標準化、模塊化、開放化和網(wǎng)絡化。 （2）網(wǎng)絡機器人技術，通信網(wǎng)絡技術的發(fā)展完全能夠?qū)⒏鞣N機器人連接到計算機網(wǎng)絡上,并通過網(wǎng)絡對機器人進行有效的控制。這種技術包括網(wǎng)絡遙操作控制技術、眾多信息組的壓縮與擴展方法及傳輸技術等。 （3）虛擬機器人技術，許多特種機器人在使用時,遙控是一個主要手

68、段。基于多傳感、多媒體和虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實(或臨場感)的虛擬遙控操作和人機交互,將成為需要共同發(fā)展的一項技術。,87,（4）多智能體協(xié)調(diào)控制技術，用于實現(xiàn)決策和操作自治性的、由多智能體組成的群行為控制是一個具有挑戰(zhàn)性的關鍵技術,這里包括任務的解釋和表達、學習、實時推理和廣義反應能力、監(jiān)控和異況處理、多智能體協(xié)調(diào)等。 (5) 軟機器人技術　許多特種機器人,特別是用于醫(yī)療和護理、休閑和娛樂等場合時,經(jīng)常處于與人共存的環(huán)境中?，F(xiàn)

69、在的大多數(shù)機器人,由于在設計時未考慮與人共存,用的是金屬等硬材料。軟機器人技術要求其結構和相應的控制以及所用的傳感器,在機器人意外地碰撞人或相互碰撞時是“軟”的,增強人對機器人的安全感和親近感。,88,1.8.4 應用前景 在未來的100年中,科學與技術的發(fā)展將會使機器人技術提高到一個更高的水平。機器人將成為人類多才多藝和聰明伶俐的“伙伴”,更加廣泛地參與人類各方面的生產(chǎn)活動和社會生活。 1）機器人將更加

70、廣泛地代替人從事各種生產(chǎn)作業(yè) 它將從目前已廣泛地用的汽車、機械制造、電子工業(yè)及塑料制品等生產(chǎn)領域擴展到核能、采礦、冶金、石油、化學、航空、航天、船舶、建筑、紡織、制衣、醫(yī)藥、生化、食品等工業(yè)領域，進而應用在非工業(yè)領域中,如在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)等方面。 機器人將成為人類社會生產(chǎn)活動的“主勞力”，人類將從繁重的、重復單調(diào)的、有害健康和危險的生產(chǎn)勞動中解放出來,從而有更多的時間去學習、研究和創(chuàng)造。,89,2

71、）機器人將成為人類探索與開發(fā)宇宙、海洋和地下未知世界的有力工具 將人送入太空進行宇宙探索非常危險和昂貴，機器人將代替人從事空間作業(yè)和太空探索。目前，航天飛機已經(jīng)將艙外作業(yè)機器人帶入太空進行太空作業(yè)，火星探測車已被送到火星表面上,并成功地完成了預定的探測任務。 水下和地底作業(yè)對于人來說是一項危險作業(yè),也是人類未解決的難題，水下和地下機器人將解決這個問題，被用于海底和地底的探索與開發(fā)、海洋和地下資源的利用、水下作