智能机器人及其应用.ppt

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1、智能机器人及其应用 田海波田海波西安科技大学机械工程学院西安科技大学机械工程学院2013.1.主要内容1.什么是机器人什么是机器人2.机器人的发展历史和趋势机器人的发展历史和趋势3.机器人的分类机器人的分类4.机器人的组成和涉及的技术机器人的组成和涉及的技术5.智能机器人智能机器人6.机器人竞赛机器人竞赛什么是机器人（robot）机器人问世已有几十年，但对这一问题一直没有统一的意见。原因之一是机器人学科还在发展，另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。正是由于机器人定义的模糊，人们才会有充分的想象和创造空间。什么是机器人（robot）日本：l森政弘与合田周平：机器

2、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7个特征的柔性机器l加藤一郎：具有如下3个条件的机器具有脑、手、脚等三要素的个体；具有非接触传感器（如，用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；具有平衡觉和固有觉的传感器。什么是机器人（robot）美国：l美国机器人协会（RIA)：一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机（Manipulator）。l美国家标准局：一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。什么是机器人（robot）中国：l机器人是一种自动化的机器l这种机器具备一些与

3、人或生物相似的智能能力，如感知能力规划能力动作能力协同能力什么是机器人（robot）国际标准化组织对工业机器人的定义（1987年）l工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。机器人的功能节省劳动力l搬运机器人、清扫机器人进行极限作业l喷漆机器人、空间机器人、海底机器人、救援机器人用于医疗、福利l外科手术机器人、智能轮椅与人协调作业机器宠物，如日本的机器狗，机器猫。机器人的发展历史1920年，捷克作家卡雷尔卡佩克在科幻剧本罗萨姆的万能机器人中定义了“robota”1954年，George Deval开发出第一台可编程机器人1962年，Unimation公司成立，

4、出现了最早了工业机器人，第一位用户是GM（美国通用机械公司）1964年，MIT，Stanford University 等成立人工智能研究所1965年，Carnegie Mellon University 建立机器人研究所机器人的发展历史1967年，第一台Unimation公司的喷涂用机器人出口到日本1968年，第一台智能机器人Shakey在斯坦福研究所(SRI)诞生机器人的发展历史1972，IBM公司开发出内部使用的制造机器人，并发展成为IBM7565商用机器人机器人的发展历史1978年，第一台PUMA机器人由Unimation装运到GM公司机器人的发展历史80年代开始，各种机器人公司陆续成

5、立，并不断出现兼并和调整1983年，美国开始将机器人学列入教学计划。1994年，CMU利用Dante机器人探测Alaska spurr火山采集火山气体样本机器人的发展历史1995年，Intuitive Surgical 公司推出外科手术机器人。机器人的发展历史1997年，NASA的探险者登陆火星，并由旅行者（Sojourner）将所拍摄的照片发回地球机器人的发展历史1997年，Honda推出人形机器人P31999年，Sony推出机器狗Aibo机器人的发展历史2000年，Honda推出第二代人形机器人Asimo,Sony推出人形机器人Qiro。ASIMO会拉提琴,曾经登台指挥交响乐团。QRIO身

6、高54cm，重5kg，可以跳舞打拳。机器人的发展历史2001年，加拿大MD机器人公司建造的“空间站远程操纵系统”发射进入太空轨道机器人的发展历史2004年，美国的“机遇号”登上火星。机器人的发展历史机器人发展趋势用于制造生产线用于制造生产线结构化环境下结构化环境下规则工作规则工作具有简单智能的具有简单智能的工业机器人工业机器人工程、社会服务、人类生活工程、社会服务、人类生活等各个领域等各个领域适应非结构环境下的适应非结构环境下的各种灵活需求各种灵活需求具有综合和集成能力的具有综合和集成能力的智能机器人智能机器人功能工作环境智能程度机器人发展趋势美国卡内基梅隆大学的科学家预测：l未来的机器人将使

7、目前信息科技革命的贡献相形见绌，机器人市场将超越信息产业，成为全球最大的工业。日本：l拥有世界上58的机器人l大力发展机器人教育和机器人产业机器人的分类按所替代的人体器官分类按智能水平分类按机器人的应用分类分类1按所替代的人体器官分类操作机器人-手移动机器人-腿视觉机器人-眼听觉机器人-耳操作机器人机械臂相当于手臂机械手相当于手指移动机器人轮式：独轮、两轮、三轮、四轮、六轮等腿式：两足、多足履带式视觉机器人产品检测人脸检测人脸识别物体识别分类2按智能水平分类分分 类类 名名 称称简简 要要 解解 释释人工操作装置有几个自由度，有操作员操纵，能实现若干预定的功能。固定顺序机器人按预定的不变顺序及

8、条件，依次控制机器人的机械动作。可变顺序机器人按预定的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。但顺序和条件可作适当改变。示教再现型机器人通过手动或其它方式，先引导机器人动作，记录下工作程序，机器人则自动重复进行作业。数控型机器人不必使机器人动作，通过数值、语言等为机器人提供运动程序，能进行可编程伺服控制。感知型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作。机器人对环境有一定的适应性。如拣蛋机器人。智能机器人机器人具有感知和理解外部环境的能力，即使环境发生变化，也能够成功的完成任务。如火星探测车。第一代第一代第二代第二代第三代第三代分类3按机器人的应用分类工业机器人特种机器人l服务机器人l娱乐机器人

9、l军用机器人l水下机器人l农业机器人l机器人的组成机械臂或移动车（运动平台）末端执行器驱动器传感器控制器软件驱动器电动机l伺服电机l步进电机l直流电机液压驱动器气动驱动器形状记忆金属驱动器磁致伸缩驱动器传感器位置传感器速度/加速度传感器力/力矩传感器触觉传感器接近觉传感器测距仪嗅觉传感器视觉系统语音识别和语音合成编码器所涉及的研究领域机械设计与制造运动学与动力学传感器人工智能通讯 材料能源人工智能规划和配置l机器人动作规划、路径规划机器感知l计算机视觉 l语义识别l信息融合机器学习和知识发现（深蓝机器人）分布式人工智能l分布式问题求解l多智能体行为协调新型智能机器人护士助手智能轮椅家用及办公机

10、器人水下机器人空间机器人军用机器人类人机器人护士助手TRCTRC公司开发的公司开发的“护士助手护士助手”机器人机器人它可以完成以下各项任务：运送医疗器材和设备，为病人送饭，送病历、报表及信件，运送药品，运送试验样品及试验结果，在医院内部送邮件及包裹。松下电工研制的医院智能跑腿机器人松下电工研制的医院智能跑腿机器人智能轮椅奈良先端科学技术大学院大学的电动轮椅“WATSON”。摄像头安装在轮椅前面，可以捕捉坐在椅子上的人的表情。一点头轮椅就开始活动，向左右看的话轮椅就向看的方向转弯，摇头就停下来，这样不用手足仅靠头部的运动与视线就能控制轮椅。中国科学院自动化研究所研制的一种具有视觉和口令导航功能并

11、能与人进行语音交互的机器人轮椅。美国公司开发一种iBot自动平衡轮椅家用伙伴型机器人日本东芝的家用机器人日本东芝的家用机器人ApriAlphaApriAlpha主要功能：主要功能：与人沟通、聊天、认人与人沟通、聊天、认人 三菱重工的三菱重工的wakamaruwakamaru，可以进，可以进行声音识别、生活情景对话会话。行声音识别、生活情景对话会话。家用清洁机器人日立家用清洁机器人日立家用清洁机器人直径直径25cm25cm 高度高度13cm13cm打扫完毕后自动进入打扫完毕后自动进入“充电兼充电兼垃圾回收站垃圾回收站”办公/商务服务机器人富士通服务机器人，富士通服务机器人，可以胜任引导、可以胜任

12、引导、搬运、巡视、提供信息等事务搬运、巡视、提供信息等事务，可，可以回应人的招呼以回应人的招呼清洗机器人哈工大研制的面壁清洗机器人哈工大研制的面壁清洗机器人北航研制的擦窗机器人北航研制的擦窗机器人清洗机器人德国汉萨航空公司委托普茨迈斯特公司德国汉萨航空公司委托普茨迈斯特公司研制的研制的“清洗巨人清洗巨人”清洗机器人水下机器人水下水下60006000米无米无缆自治机器人缆自治机器人(中国中国)“探索者号探索者号”水水下下10001000米机器人米机器人水下机器人澳大利亚机器人研究中心研制的水下机器人澳大利亚机器人研究中心研制的水下机器人空间机器人军用机器人微型飞行机器人精工爱普生的精工爱普生的全

13、球最轻微型全球最轻微型飞行机器人飞行机器人FR-FR-类人机器人日本本田研制的日本本田研制的 ASIMOASIMO类人机器人类人机器人日本新能源和产日本新能源和产业技术开发组织业技术开发组织展出研制的展出研制的“HRP-2 PrometeHRP-2 Promete”在跌倒后还可以站起来 类人机器人类人机器人富士通公司研富士通公司研制的制的“HOAP-HOAP-2 2”。机器人竞赛主要的机器人竞赛足球机器人比赛机器人竞赛的意义为相关理论和技术提供一个实践平台和检验标准，有效促进相关领域的发展。培养多学科交叉的综合性人才、机器人工业发展的后备人才培养学生的创新能力、理论与实践相结合能力、动手能力和

14、协作精神主要的机器人竞赛机器人足球赛机器人相扑赛空中机器人比赛灭火机器人比赛创新性机器人大赛机器人足球比赛1992年，加拿大不列颠哥伦比亚大学的教授Alan Mackworth在论文On Seeing Robots中提出设想由硬件或仿真机器人进行的足球赛，比赛规则与人类正规的足球比赛规则类似最终目标：到2050年，一支全自主的类人型机器人足球队，战胜人类的足球世界杯冠军队足球机器人系统基本框架机器人子系统(智能体)动作执行体环境感知子系统了解环境信息和位置信息策略子系统多机器人协作、单机器人的技术动作和运动规划通讯子系统信息交换国际机器人足球比赛RoboCupFIRA作业：针对某一种机器人，介绍一下它的主要功能，性能指标和工作原理。Class is Class is over.over.Bye-bye!Bye-bye!