1、机器人学概论,北京博创科技机器人事业部2006年7月11日,内容提要,机器人定义机器人的发展历程机器人的特点机器人的分类机器人系统的基本结构机器人学的研究领域机器人的发展方向与机器人相关的重要学术团体、期刊与会议机器人录像片,第一章 机器人学概述,机器人定义美国机器人协会（RIA）的机器人定义：“机器人是用以搬运材料、零件、工具的可编程序的多功能操作器或是通过可改变程序动作来完成各种作业的特殊机械装置。”日本工业机器人协会（JIRA）的定义：“工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器（ end effector）的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。” 美国国家标准局（
2、NBS ）的定义：“机器人是一种 能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”国际标准化组织(ISO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务。”,阿西莫夫“机器人三守则” (1950, 小说我是机器人)(1) 机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人将受害而袖手旁观。(2) 机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类。(3) 机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者人类命令它作出牺牲。,第一章 机器人学概述,机器人的发展历程 指南车，张衡
3、 ，东汉，机器人雏形 安德罗丁，加拿大，摩尔，1893，蒸汽动力，可行走 Unimate, 美国, Unimation公司, 1962, 第一台机器人, 用于配合压铸机上下料Versatran, 美国, AMF公司, 1963，第一台工业机器人计算机控制的机器人，1974示教再现机器人，1982多种机器人：工业机器人、移动机器人、拟人机器人、特种机器人等，具有视觉、语音等功能，具有一定智能。1998年：日本30万台，美国8万台，德国7万台,第一章 机器人学概述,机器人的特点机器人是机构学、控制论、电子技术及计算机等现代科学综合的产物。(1)通用性：某种执行不同的功能和完成多样的简单任务的实际能
4、力。(2)适应性：对环境的自适应能力。包括：运用传感器感测环境的能力；分析任务空间和执行操作规划的能力；自动指令模式能力。,第一章 机器人学概述,机器人的分类按几何结构分类：利用坐标特性分类。,第一章 机器人学概述,直角坐标机器人：由互相垂直的导轨和手臂构成。,柱面坐标机器人：主要由垂直柱子、水平手臂和底座构成。工作区间为圆柱面。,球面坐标机器人：由底座、球关节和手臂构成。其工作区间为球面。,关节式球面坐标机器人：由躯干、上臂和前臂构成。,19秒,58秒,机器人的分类按几何结构分类：利用机构特性分类。串联机器人：各连杆为串联并联机器人：各连杆为并联,第一章 机器人学概述,按几何结构分类：利用尺
5、寸分类。大型机器人、一般机器人、微机器人,机器人的分类按控制器的信息输入方式分类：按控制功能,第一章 机器人学概述,日本工业机器人协会(JIRA)分类：分成6类手动操作手：操作人员直接进行操作定序机器人：按照预定的顺序、条件和位置，重复执行。顺序控制器。变序机器人：同上，但顺序等易于修改。可编程顺序控制器。示教机器人：示教再现。程控机器人：机器人语言程序控制。智能机器人：具有环境适应能力。美国机器人协会(RIA)分类：分成4类，上面后4类。法国工业机器人协会(JIRA)分类：A型：第1类； B型：第2和3类； C型：第4和5类； D型：第6类。,第一章 机器人学概述,机器人的分类按应用领域分类
6、：工业机器人：应用于工农业生产，主要应用于制造业，如弧焊机器人、喷漆机器人、装配机器人等。服务机器人：一种自主或半自主工作，为人们提供服务的机器人，如导游机器人、家用机器人等。探索机器人：用于太空、海洋、地下探险和探索。军事机器人：用于军事目的。可分为陆、海、空军用机器人。如无人战机、机器人战士等。 我国按照应用领域将机器人分为：工业机器人，服务机器人，特种机器人。,机器人的分类按智能程度分类：一般机器人：只有一般编程能力和操作功能智能机器人：根据智能程度分为： 传感型、交互型、自主型智能机器人按机器人的移动性分类：固定式机器人：固定在底座上，如工业机器人。移动机器人：根据移动方式分为：轮式、
7、履带式、足式等。如足式机器人中的人形机器人等。,第一章 机器人学概述,Pino 人形机器人,COG humanoid robot MTR-024,本田的Asimo,索尼的SDR-4X,工业机器人,19秒,19秒,18秒,38秒,摄象机,微机器人,微操作机器人,医用机器人,各种水下机器人（机器鱼）系统,特种机器人,MITs RoboPike,移动机器人,机器人足球,Bipedal walking robot 1998,Quadruped walking robot 4L1, 2000,Hexapod Robot, 1996-1998,双足及多足机器人,具有表情的机器人,英国RoboScience
8、公司的RS-01 RoboDog,索尼的 “Latte”和“Macaron”,宠物机器人,机器人系统的基本结构,第一章 机器人学概述,Intelligence and human-machine interface,Internet,Robot,Camera,Microphone,Scanner,第一章 机器人学概述,机器人系统结构的例子,智能机器人系统框图,第一章 机器人学概述,机器人学的研究领域（蔡自兴，机器人学）传感器与感知系统各种新型传感器的开发：视觉、听觉、触觉等多传感器系统与传感融合传感数据集成主动视觉与高速运动视觉传感器硬件模块化恶劣工况下的传感技术连续语音理解与处理传感系统软件
9、虚拟现实技术,第一章 机器人学概述,机器人学的研究领域（蔡自兴，机器人学）驱动、建模与控制超低惯性驱动电机直接驱动与交流驱动，伺服驱动控制机理（理论）：分级递阶控制、专家控制、神经网络控制、预测控制等控制系统：结构体系、控制器在线控制与实时控制视觉控制与声音控制、语音控制等,第一章 机器人学概述,机器人学的研究领域（蔡自兴，机器人学）自动规划与调度环境模型的描述任务规划与路径规划协调操作与运动规划任务协商与调度制造（加工）系统中的机器人调度非结构环境下的规划,第一章 机器人学概述,机器人学的研究领域（蔡自兴，机器人学）计算机系统智能机器人控制计算机系统的体系结构通用与专用的机器人计算机语言神经
10、计算机与并行处理人机通讯多智能体系统,第一章 机器人学概述,机器人学的研究领域（蔡自兴，机器人学）应用研究机器人在工业、农业、建筑中的应用机器人在服务业的应用机器人在核能、高空、水下等危险环境中的应用机器人军事领域的应用机器人在医疗领域的应用机器人在CMIS和FMS中的应用机器人在微观领域的应用以机器人为单元的可重构加工制造系统（无人化工厂）,第一章 机器人学概述,以机器人为单元的可重构加工制造系统（无人化工厂）,机器人的发展方向 机器人总体上向着智能化方向发展。下面是部分具体的发展方向：拟人化：不仅外观像人，能力与智能也像人多功能化：为人类提高多种高质量的服务灵巧化：精度提高，灵活性、适应性
11、加强普及化：各种机器人玩具大型化与小型化临场感技术、虚拟现实技术、多智能体技术、人工神经网络技术、仿生技术、信息融合技术、纳米技术等的进一步发展，必将使机器人技术的发展如虎添翼。,第一章 机器人学概述,与机器人相关的重要学术团体、期刊与会议国际学术团体：IFAC, IEEE等各国机器人学会/协会：美、日、英、瑞典、德、中等国际学术期刊：Robotics and Automation Robotics Research Robotica国际学术会议：国际工业机器人会议(ISIP) 国际工业机器人技术会议(CIRT) 国际自控联(IFAC)举办的年会 IEEE的国际机器人学与自动化会议(ICRA)
12、 欧洲、亚洲的控制会议,第一章 机器人学概述,与机器人相关的重要学术团体、期刊与会议国内学术团体：中国自动化学会，中国人工智能学会 中国机械工程学会，中国宇航学会 中国汽车工程学会，中国电子学会 中国机器人工程协会863的2个专题：智能机器人主题，空间机器人主题国内学术刊物：自动化学报、高技术通讯、机器人、机器人技术与应用等国内主要研究单位：中科院自动化所、沈阳自动化所、合肥智能机械研究所、清华大学、北京航空航天大学、哈工大、国防科大、上海交大、南开大学、山东科技大学等,第一章 机器人学概述,工业机器人录像片,布线(38”)装配(20”)开放式机器人控制器视觉控制(553”)开放式机器人控制器语音控制(150”),工业机器人录像片,Adept工业机器人应用(2638”)Adept悬挂式机器人测量系统(50”)Adept仿真系统(6) 光纤对接(2)Adept纳米机器人控制器单元(835”),移动机器人录像片,移动机器人测试(1)移动机器人过障碍(220”)移动机器人过复杂障碍(150”),
