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1、 课 程 机器人学 题 目 关于服务型机器人的介绍学 院 自动化学院 专 业 控制科学与工程 学 号 2111404070 姓 名 陈韬 指导教师 张学习 （2015 年 5 月）目 录1 机器人概述 .11.1 机器人的基本概念 .11.2 机器人的定义 .21.3 机器人产品的应用及分类 .22 服务型机器人的概念与市场前景 .42.1 服务型机器人的概念 .42.2 服务型机器人产品的市场前景 .42.3 服务机器人的关键技术 .52.3.1 移动结构设计 .52.3.2 定位与导航技术 .62.3.3 路径规划 .62.3.4 人机交互 .62.3.5 控制策略 .63 清洁机器人 .
2、63.1 清洁机器人的背景 .63.2Roomba 的性能介绍以及工作原理 .73.2.1Roomba 的性能介绍 .73.2.2Roomba 的工作原理 .104 结论 .1101 机器人概述 1.1 机器人的基本概念 机器人（Robot）是 20 世纪才出现的新名词、新概念，虽然真正意义上的机器人产品问世是近几十年的事，然而人们对机器人的幻想与追求却已有 3000 多年的历史。 据传说西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人；据墨经记载，春秋时期著名木匠鲁班曾制造过一只能在天上飞翔的木鸟；后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”，并用其运
3、送军粮。国外的早期机器人也不少，如法国天才技师杰克戴瓦克逊发明可以进食的机器鸭，瑞士的钟表匠杰克道罗斯和利路易道罗斯父子连续推出的自动书写玩偶、自动演奏玩偶等。这表明人类希望并尝试制造出像人或动物一样的自动机构，以便代替人类完成各种艰辛繁琐的工作或仅是用于消遣娱乐。1920 年，捷克剧作家卡雷尔卡佩克(Capek)在他的罗萨姆的万能机器人（Rossums Universal Robots）剧本中，第一次提出了机器人“robot”这个词。“robot”是从古代斯拉夫语“robota ”一词演变而来的。“robota”本是强制劳动、苦力的意思，卡佩克根据它造出具有“奴隶机器”含义的新词“robot
4、”。它反映着人类希望制造出象人一样会思考，有劳动能力的机器代替自己工作的愿望。但在当时，机器人一词也仅仅具有科幻意义，并不具备现实意义，真正使机器人成为现实是 20 世纪工业机器人出现以后。进入 20 世纪后，随着现代工业自动化生产技术的快速发展，在工业生产线上出现了可部分替代工人手工劳动的工业自动化机械臂，即所谓的工业机器人。工业机器人在经历了诞生成长成熟期后，已成为制造业中不可少的核心装备，目前世界上有大量的工业机器人正应用在各条生产线上，工业机器人的应用大大提高了生产效率与产品质量，降低了生产成本与生产时间，为现代工业的迅速发展作出巨大的贡献。而其它种类机器人作为机器人家族的后起之秀，由
5、于其用途广泛而大有后来居上之势，农业机器人、服务机器人、特种机器人、军用机器人等各种用途1的机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。1.2 机器人的定义 机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在不断发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本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。随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。 在 1967 年日本召开的第一届机器人学术会议上，就提出了两个有代表性的定义。一是机器人学家森政弘与合田周平提出的：“机器人是一种具有移动性、个体性
6、、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”。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等 10 个特性来表示机器人的形象。 另一个是日本早稻田大学加藤一郎教授提出的具有如下 3 个条件的机器称为机器人：1、具有脑、手、脚等三要素的个体；2、具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；3、具有平衡觉和固有觉的传感器。该定义强调了机器人应当仿人的含义，即它靠手进行作业，靠脚实现移动，由脑来完成统一指挥的作用。非接触传感器和接触传感器相当于人的五官，使机器人能够识别外界环境，而平衡觉和固有
7、觉则是机器人感知本身状态所不可缺少的传感器。这里描述的不是工业机器人而是自主机器人。 1987 年国际标准化组织对工业机器人进行了定义：“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。” 目前我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。 1.3 机器人产品的应用及分类 有史以来针对机器人产品的分类方式与角度多种多样，这是因为机器人产品2一直在不断发展演变，很难用一种统一的标准来划分。本文按照现阶段机器人产品应用领域及工作内容
8、的不同，将机器人产品分成如下几类：1、工业产业类型机器人：指在工业生产制造领域进行劳作的机器人。应用范围包括：对原材料、工件和零件进行搬运；代替人完成车、铣、刨、磨等加工工艺；完成点焊、弧焊工作；完成冲压和锻压；完成喷漆、涂漆、喷砂等作业；把零件部件装配成整机；检查产品质量，测量产品参数；完成产品的包装等等。这一类机器人是目前应用最广泛，技术最成熟的机器人产品。 2、农业产业类型机器人：指在农业产业领域进行劳作的机器人。应用范围包括：代替农民从事种植、浇灌、除草、施肥、收割、储运的工作；代替人养鱼、养牲畜、挤牛奶、剪羊毛；代替人伐木、整枝、造林、护林；代人进行收获果实，分选果实等等。该类机器人
9、产品某些实质上可以看成无人驾驶农用机具，目前应用较少。 3、服务类型机器人：指在人们日常生活工作区域，为人们提供各种服务的机器人产品。应用范围包括：在家庭中打扫卫生做家务、看家护院、监管家用电器设备、照顾老人与儿童；帮助收发文件、传递讯息、接待客人；代替护理人员为病人送食物和药品、照顾残疾人日常起居活动；在博览会、展厅、游览区、公共场所提供交式咨询服务、展示宣传及表演活动；提供精神安慰、休闲娱乐、文化教育等等。目前这一类机器人产品发展十分迅速，市场前景广阔。 4、特种类型机器人：特种机器人又称专业化作业机器人，是指代替人在危险、艰苦、苛刻的环境中，完成复杂作业的机器人。应用范围包括：进行宇宙空
10、间探索开发；在核辐射条件下从事各项检修维护工作；在深海领域进行勘探开发；在灾害事故现场进行救援；在医疗场所协助医疗人员进行手术、护理；矿山隧道的挖掘、探测等等。由于该类机器人可以替代人类进行风险较高的工作，目前的发展也比较迅速。 5、军用类型机器人：专指用于各种军事目的的机器人。应用范围包括：在战场上直接或协同战斗；完成军情侦察、协助战斗指挥；清理战场、扫雷布雷、运送物资、挖掘战壕等等。目前美国国防部对此类机器人的研发及应用一直很活跃。 6、竞技比赛类型机器人：机器人竞赛是近年来国际上迅速开展起来的一种3高技术对抗活动，它集高技术成果展示、娱乐和比赛于一体，引起了社会的广泛关注和极大兴趣。目前，国际上推出了各种不同类型的机器人比赛，如机器人足球、机器人灭火、机器人相扑、机器人舞蹈、机器人走迷宫和机器人赛跑等。其中影响力较大的赛事有 ROBOCUP 与 FIRA 国际机器人足球赛。 7、毫微机器人：又称纳米机器人，机器人的尺寸达到分子级别，可以从事极其细微的工作，如进入人体修复受损的细胞及 DNA、改变物质的分子结构从而点石成金等，纳米机器人一旦研制成功并可实际应用，将
