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1、1,机器人技术 Robot Technique,退出,2,总目录,一、人类的梦想和追求 二、概念和分类 三、机器人的近代发展和应用 四、未来展望,退出,3,一、人类的梦想和追求,退出,总目录,1.1“机器人”术语的产生 1）古代的幻想和追求 人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作 古代的追求 （表1.1) 2）“机器人”一词的发明 1920年捷克作家卡雷尔卡佩克的科幻剧本罗萨姆的万能机人:罗萨姆公司把机器人作为工业产品推向市场,从事繁重的劳动。后来, 公司使机器人具有了感情, 机器人成了人类生活中必不可少的成员。该剧预告了机器人的发展对社会的影响。剧中把捷克语“Robota”
2、(农奴)写成“Robot”(机器人)。,4,退出,总目录,5,3）工业机器人的诞生 进人20世纪后，实用化的工业机器人相继问世。各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实,退出,总目录,机器人电子装配生产线,6,退出,总目录,1.2“机器人”是人类的伟大发明 1) 人类的伟大发明 机器人技术是20世纪人类的一项伟大发明，机器人学的进步和应用是本世纪科学上最有说服力的成就之一,是当代最高意义上的自动化。 2）广阔的研究和应用前景 科学的进步与技术的创新,为机器人的研究与应用开辟了广阔的思路与空间。,7,1.3人类的更高追求 1）社会进步的需求 社会的现代发展不在满足于仅要求机器人适应自动化的工
3、业生产场所和无人的环境，而是需要“她”具有人的运动方式和更强大的能力，能更好的融入到人类的生活，在与一般人（不仅是专家）的交互和合作的各种活动中，替代人完成一些需要人来完成的工作，而不会给人的生活带来突兀的感觉。,退出,总目录,8,2）发展中的不足 目前的机器人，特别是已实用化的工业机器人，完全不具有人的形状和结构，其智能水平与人类相比仅在婴幼儿阶段，还没有摆脱“机器”的“阴影”，走近“人”的世界，它们与人之间的相似性太小。 3）更高的追求 机器人的智能化、机动性、高度的可靠和安全性、以及与人类环境的完美的融入性和协调性是人类的更高追求。因此，无论在科幻小说还是人们对机器人的第一意识中，都把像
4、人一样的机器人作为机器人研究的最高境界，机器人研究者也一直把实现类人的行为作为梦寐以求的目标。,退出,总目录,9,二、概念和分类,2.1概念 1）工业机器人的定义和特点 定义：工业机器人是一种在自动控制下，能够重复编程完成某些操作或移动作业的多功能、多自由度的机械装置，可以在无人参与下自动的执行搬运 、装配、焊接和喷涂等多种操作和移动功能的自动化装置,退出,总目录,10,退出,总目录,焊接工业机器人,11,退出,总目录,焊接和喷涂工业机器人,12,退出,总目录,搬运和装配工业机器人,13,退出,总目录,在生产线上工作的喷漆工业机器人,14,退出,总目录,机器人化装配生产线,15,特点：工业机器
5、人是机电一体化的工业生产用自动化装置。工业机器人是为工业大生产而设计的,为了适应各种不同的生产应用,其形状多种多样,但根本没有一点人模样,它具有如下特点： (1)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，使人类从繁重体力劳动中解放出来。 (2)对工作环境有很强适应能力，能代替人在有害场所从事危险工作。 (3)具有很广泛的通用性，比一般自动化设备有更广的使用，既能满足大批量生产的需要，又能满足产品灵活多变的中、小批量的生产作业。 (4)具有独特的柔性，它可以通过软件调整等手段加工多种零件，可以灵活 、迅速实现多品种、小批量的生产。 (5)动作准确性高，可保证产品质量的稳定性。
6、(6)能显著地提高生产率和大幅度降低产品成本。,退出,总目录,16,2）非制造环境下的机器人定义和特点 定义：非制造环境下的机器人涵盖了除工业机器人外的所有其它类型的机器人 特点：非制造环境下的机器人除具有工业机器人的基本属性和使用特点外，具有比工业机器人适应面更广、自动化和智能化更高、对工作环境的适应能力更强、操作功能更复杂、以及能满足特殊要求等特性。,退出,总目录,17,退出,总目录,各种非制造环境下的机器人,18,退出,总目录,非制造环境下的机器人-步行拟人机器人,19,退出,总目录,非制造环境下的各种机器人,20,退出,总目录,非制造环境下的机器人-康复机器人,21,退出,总目录,2.
7、2分类 1）工业机器人 工业机器人的分类方法很多，还没有一种分类可以满意地将各类机器人均包括在内，目前多数的分类只能按各种特征、性能来考虑。以下是各种分类表：,22,总目录,退出,23,工业机器人的坐标结构布置形式,24,总目录,退出,25,总目录,退出,26,工业机器人的示教再现控制方法,27,总目录,退出,28,总目录,退出,29,多足移动机器人,操作机器人-点焊机器人,30,轮式移动军用机器人,四足移动机器人,31,DANTE-1和DANTE-2 (Carnegie Mellon Univ.)。包括8条缩放式足机构， 其中DANTE-1高3m，宽2m，重400kg，曾进行火山考察。,32
8、,双足移动拟人机器人,履带式移动机器人,33,总目录,退出,34,服务机器人-外墙清洗移动机器人,服务机器人-玻璃清洗机器人,35,服务机器人-导盲犬,服务机器人-加油机器人,36,娱乐服务机器人-机器狗,37,娱乐服务机器人-足球机器人,38,军用机器人-无人战场车,军用机器人-飞行机器人,39,军用机器人-排弹移动机器人,40,空间机器人-月球车,空间机器人-空间站操作臂,41,水下机器人,42,医疗机器人-外科手术机器人,43,总目录,退出,44,机器人化机器-并联虚拟轴机床,45,机器人化机器-并联虚拟轴机床,46,微机器人（微操作型）,47,拟人机器人,48,无人飞行机器人,49,各
9、种仿人手部,50,MIT研制的仿生机器人恐龙,51,退出,总目录,三、机器人的近代发展和应用,3.1工业机器人的发展 1）发展历史（见后表） 2）应用现状 1998年国际机器人联合会的调研报告： （1）截止到1997年底,历年来世界上共销售工业机器人95万台,现役工业机器人总数为71.1万台。1997年世界上共装备各种工业机器人85000台,比1996年增长6.5%,销售额为48亿美元。,52,53,（2）预计19972002年世界机器人年平均增长9%,2001年销售量比1997年增长41%。在机械行业不景气的情况下,机器人能连续增长,也显示了机器人在工业生产中的重要性。 （3）工业机器人是一
10、种对生产条件和生产环境的适应性和灵活性很强的柔性自动化设备。在技术发达国家中,工业机器人已在生产中得到了广泛的应用。工业机器人的应用使产品质量及生产率都得到了很大提高,并且由于机器人是一种能适应产品迅速更新换代的柔性自动化设备,所以,它的应用大大缩短了新产品的换产周期,从而提高了产品在市场上的竞争力。在当代工业技术革命中,工业生产日趋向柔性自动化方向发展,工业机器人技术已成为现代工业技术革命中的一个组成部分。,54,工业机器人录象放映,55,3.2非制造环境下的机器人发展 近年来，非制造环境下的机器人随着机器人智能程度和技术的发展,拓宽了其潜在的应用领域, 出现了以下发展热点： 仿人机器人 （
11、1）工业机器人是为工业生产而设计的,为了适应各种不同的应用现场,其形状多种多样,但根本没有一点人模样,这也使很多机器人爱好者大失所望。为了使机器人更容易让人接受,也为了让机器人像人一样能完成各种工作,各国都在开发不同规格、不同功能的仿人机器人,56,（2）从仿人机器人的集成情况看,日本本田公司的P2、P3最先进。P2机器人于1996年问世,身高185cm,体重210kg。它能通过重力感应器和脚底的触觉感应器把地面的信息传到大脑(电脑),机器人的电脑再根据情况进行判断,进而平衡身体,稳步前进。它不仅可以走平路,而且可以爬台阶和在倾斜路面上行走;不仅可以推车,而且可以通过遥控拧螺钉。P3机器人是P
12、2机器人的改进型,它比P2更先进。P3身高160cm,体重130kg,与人类更加接近。 （3）为了进一步推动仿人机器人的发展,日本于1998年推出了人型机器人计划。该计划为期5年,共分两个阶段:第一阶段为19981999年;第二阶段为20002002年,总投资200亿日元,这也是它的第三个机器人计划。日本的第一个机器人计划是1983年启动的“极限作业机器人”计划,为期8年,总投资155亿日元;第二个机器人计划是1991年启动的为期10年的“微机械技术”开发计划,总投资250亿日元,目前仍在执行中。,57,法国国家实验室的BIP2000,58,早稻田大学的WENDY拟人机器人,59,英国大学研制
13、的气囊驱动拟人机器人,美国大学研制的电传动拟人机器人,60,日本研制的拟人机器人,61,拟人移动机器人录影播放,62,军用机器人 （1）随着武器系统的不断发展,士兵在战场上的生存条件越来越差。为了保护士兵的生命,无人作战系统的应用越来越广泛。 （2）军用无人作战系统按不同的应用空间分为水下机器人系统、地面机器人系统、无人机(空中机器人)和空间机器人系统。 （3）其中无人机发展最快,已得到广泛的应用。在北约对南联盟的空袭过程中就曾大量使用了无人机,其中有多驾被击落。 （4）微型无人机是90年代中期出现的一个新生事物,由于微型无人机在战场侦察、生化探测等诸多方面有着巨大的应用潜力,所以发展特别快。
14、现在微型无人机还处于研究阶段,其飞行方式,有像飞机一样采用固定翼的,有像昆虫一样采用扑翼的,也有像直升飞机一样采用旋翼的。微型飞机遇到的主要困难有动力问题、空气动力学问题、通讯与控制问题、侦察传感器问题等。 （5）地面军用机器人很多人认为是很遥远的事情,对现在的战争影响不大,其实不然,美国从19992005财年计划投入4.586亿美元,2005年以前将有一大批遥控及半自主地面军用机器人装备美国陆海空三军。,63,扫雷轮式移动军用机器人,无人移动侦察车,64,微型无人飞行机器人,小型无人飞行机器人,65,*水下机器人和空间机器人 （1）现在的水下机器人已能下潜到世界上最深的海底,空间机器人索杰纳
15、也已成功地登上了火星。 （2）国家高技术研究发展计划(863计划)支持研制的6000m自治水下机器人于1997年圆满完成了太平洋洋底调查任务,获得了大量数据和资料，表明了我国已掌握水下机器人技术，探测应用的实用阶段,海底作业型机器人如探测、取物、救险、埋缆正在研制之中。,66,水下机器人-水下移动潜水器,67,Rocky 7 (美国喷气动力实验室)。采用六轮独立悬挂系统，前后独立转向机构。其简化型号“索杰纳”曾于1997年4月成功登陆火星,68,MARSOKHOD月球探测车 (俄罗斯),LUNOKHOD月球探测车 (俄罗斯),69,空间机器人-月球车录象放映,70,* 服务机器人 （1）目前在
16、非制造领域中已开发出多种实用化的服务机器人,如在农业中的收获机器人、嫁接机器人、除草 机器人,在建筑业中的钢构架焊接、涂覆、检查、测量机器人,在电力工业中的检查、清扫、除污、高空高压作业机器人,在石油、煤气行业中的管道和贮罐的检查、修补机器人,等等。 （2）服务机器人与人们生活密切相关,服务机器人的应用将不断改善人们的生活质量,这也正是人们所追求的目标。一旦服务机器人和其它机电产品一样被人们接受,走进千家万户,其市场将不可限量。 （3）由机器人主刀的外科手术也已成为现实。现在世界各国都在积极研制各种用途的服务机器人:智能轮椅、机器人病房、移动病人等助老助残机器人,火灾侦察、人员营救、灭火等消防机器人,高楼清洗、飞机清洗等保洁机器人,等等。,71,电缆操作机器人,农用采摘机器人,72,娱乐服务机器人录象放映,73,机器人狗录象放映,74,* 微型机器人 （1）微型机器人技术是正在兴起的机器人新领域,包括微机械及其基础材料、微电子、微驱动与控制技术、微测量技术、微传感器、微能源、微系统设计等。
