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1、 机器人一、机器人的分类一、机器人的分类机器人（robot）是一台设计用于快速准确、重复执行一项或多项任务的机器。正如机 器人需要执行的任务花样繁多一样，机器人的种类也多种多样。 机器人可根据其首次广泛应用的时间范围进行分类。第一代机器人可追溯到 20 世纪七 十年代，那时的机器人是由固定的、非程序控制的、无感应器的机电设备构成。第二代机 器人诞生于 20 世纪 80 年代，内置了感应器和可编程控制器。第三代机器人囊括自 20 世纪 90 年代到迄今为止发明的所有机器人。它们既有固定的又有移动的，既有自主类也有昆虫 类的，由复杂程序设计研发、具有语音识别和语音合成及其它一些高级功能。第四代机器
2、 人目前还在研发阶段，预计具备人工智能、自我复制、自动组装和纳米尺寸等特点。 一些高级机器人因外表类似于人类而被称为“人造人”（android） 。 “人造人”可自由移动， 通常依靠轮子或履带行动（因为机器人的脚不容易稳定，所以较难设计） 。Android 并非机 器人技术发展的终极目标。一些结构复杂、功能强大的机器人在外表和行为上与人类尚有 差异。人们正在思考机器人智能技术及其复杂性的终极发展目标。 从机器人的用途来分，可以分为两大类： 1、军用机器人：、军用机器人： 地面军用机器人 地面机器人主要是指智能或遥控的轮式和履带式车辆.地面军用机器人又可分为自主车辆和 半自主车辆。自主车辆依靠自
3、身的智能自主导航,躲避障碍物,独立完成各种战斗任务;半自 主车辆可在人的监视下自主行使,在遇到困难时操作人员可以进行遥控干预。 无人机 被称为空中机器人的无人机是军用机器人中发展最快的家族，从 1913 年第一台自动驾驶仪 问世以来，无人机的基本类型已达到 300 多种，目前在世界市场上销售的无人机有 40 多种。 美国几乎参加了世界上所有重要的战争。由于它的科学技术先进，国力较强，因而 80 多年 来，世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的。美国是研究无人机最早的国家 之一，今天无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看，美国均居世界首位。 综观无人机发展的历史，可以说现代战争是无人机
4、发展的动力，高新技术的发展是它不断 进步的基础。水下机器人 水下机器人分为有人机器人和无人机器人两大类： 有人潜水器机动灵活，便于处理复杂的问题，担任的生命可能会有危险，而且价格昂贵。 无人潜水器就是人们所说的水下机器人， “科夫”就是其中的一种。它适于长时间、大范围的 考察任务，近 20 年来，水下机器人有了很大的发展，它们既可军用又可民用。随着人对海 洋进一步地开发，21 世纪它们必将会有更广泛的应用。按照无人潜水器与水面支持设备 （母船或平台）间联系方式的不同，水下机器人可以分为两大类：一种是有缆水下机器人， 习惯上把它称做遥控潜水器，简称 ROV；另一种是无缆水下机器人，潜水器习惯上把
5、它称 做自治潜水器，简称 AUV。有缆机器人都是遥控式的，按其运动方式分为拖曳式、 （海底） 移动式和浮游（自航）式三种。无缆水下机器人只能是自治式的，目前还只有观测型浮游 式一种运动方式，但它的前景是光明的。空间机器人 空间机器人是一种低价位的轻型遥控机器人，可在行星的大气环境中导航及飞行。为此， 它必须克服许多困难，例如它要能在一个不断变化的三维环境中运动并自主导航；几乎不 能够停留；必须能实时确定它在空间的位置及状态；要能对它的垂直运动进行控制；要为它的星际飞行预测及规划路径。 2、 民用机器人：民用机器人：工业机器人 工业机器人是指在工业中应用的一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功
6、能的、多自 由度的、多用途的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。且这种操 作机可以固定在一个地方，也可以在往复运动的小车上。 工业机器人由操作机（机械本体） 、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿 人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设 备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率， 改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多 学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，
7、 是一个国家工业自动化水平的重要标志。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人 的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续 工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是 工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设 备。服务机器人 服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义，不同国 家对服务机器人的认识也有一定差异。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护、保养、 修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。德国生产技术与自动化
8、研究所所长施拉夫 特博士给服务机器人下了这样一个定义：服务机器人是一种可自由编程的移动装置，它至 少应有三个运动轴，可以部分地或全自动地完成服务工作。这里的服务工作指的不是为工 业生产物品而从事的服务活动，而是指为人和单位完成的服务工作。娱乐机器人 娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的，具有机器人的外部特征，可以像人，像某种动物， 像童话或科幻小说中的人物等。同时具有机器人的功能，可以行走或完成动作，可以有语 言能力，会唱歌，有一定的感知能力。类人机器人 从其他类别的机器人可以看出，大多数的机器人并不像人，有的甚至没有一点人的模样， 这一点使很多机器人爱好者大失所望。也许你会问，为什么科学家不研制
9、类人机器人？这 样的机器人会更容易让人接受。其实，研制出外观和功能与人一样的机器人是科学家们梦 寐以求的愿望，也是他们不懈追求的目标。然而，研制出性能优异的类人机器人，其最大 的难关就是双足直立行走。因为机器人与人的学习方式不一样。一个婴儿要先学走，再学 跑；而机器人则要先学跑，再学走。也就是说机器人学跑更容易些。农业机器人 由于机械化、自动化程度比较落后， “面朝黄土背朝天，一年四季不得闲”成了我国农民的象 征。但近年农业机器人的问世，有望改变传统的劳动方式。在农业机器人的方面，目前日 本居于世界各国之首。二、介绍几种机器人二、介绍几种机器人1、福娃机器人、福娃机器人福娃机器人能够感应到一米
10、范围内的游客，与人对话、摄影留念、唱歌舞蹈，还能回答与 奥运会相关的问题。 可以看到福娃机器人属于仿人形机器人，它的手臂有三个自由度，脚部可能装有轮子使之 能够移动。2 美国战斗机械狗美国战斗机械狗 美战斗机械狗问世 视频网上引轰动这个形似机械狗的四足机器人被命名为“大狗”（Bigdog） ，由波士顿动力学工程公司（Boston Dynamics）专门为美国军队研究设计 据英国每日邮报消息，近日美国官方公布了一段关于军用机械狗的录像，该录像中一只能够在粗糙地面快速跑动，并且能够承受较重负荷的军用机械狗吸引了数百万网民的目光，并且一举在互联网上造成轰动。 这个形似机械狗的四足机器人被命名为“大狗
11、”（Bigdog） ，由波士顿动力学工程公司（Boston Dynamics）专门为美国军队研究设计。Boston Dynamics 公司曾测试过 BigDog，这只机器狗与真狗一般大小，它能够在战场上发挥重要作用:为士兵运送弹药、食物和其他物品。其原理是,由汽油机驱动的液压系统能够带动其有关节的四肢运动。陀螺仪和其他传感器帮助机载计算机规划每一步的运动。机器人依靠感觉来保持身体的平衡，如果有一条腿比预期更早地碰到了地面,计算机就会认为它可能踩到了岩石或是山坡,然后 BigDog 就会相应地调节自己的步伐。 波士顿动力公司主席兼项目经理马可雷波特说：“内力传感器可探测到地势变化，根据情况做出调
12、整。而当我们骚扰它时， 大狗的主动平衡性使其可以保持稳定。 ”这种平衡性通过四条腿维持，每条腿有三个靠传动装置提供动力的关节，并有一个“弹性”关节。这些关节由一个机载计算机处理器控制。 液压装置由单缸两冲程发动机驱动。它可以承载 40 多公斤的装备，约相当于其重量的 30% “大狗”项目由美国国防部高级研究计划署(DARPA)资助，该机构希望“大狗”可以在那些军车难以出入的险要地势助士兵一臂之力。另外，地面上士兵往往需要携带 40 公斤的装备。雷波特说，最新款“大狗”可以攀越 35 度的斜坡。液压装置由单缸两冲程发动机驱动。它可以承载 40 多公斤的装备，约相当于其重量的 30%。 “大狗”还
13、可以自行沿着简单的路线行进，或是被远程控制。 英国索尔福德大学的机器人技术专家达尔文考德威尔说：“它的确看上去非常引人注目-行动迅速、反应灵敏、动力和智能自动化，且看上去坚固耐用。这是我看到的性能最优越的机器人。不过，从视频中可以看到，有些方面需谨慎对待。 ”“大狗”的设计者们表示，将在未来一款“大狗”-V3 的每一条腿上多安一个动力关节，因此，V3 将能够以更快的速度攀越更陡的斜坡以及地势更险峻的路段。智能机器人的发展与应用前景智能机器人的发展与应用前景摘要本文介绍了智能机器人的发展概况、机器人的感官系统、机器人运动系统 及人工智能技术在机器人中的应用,智能机器人是一个在感知-思维-效应方面
14、全 面模拟人的机器系统,外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场,可以全 面地考察人工智能各个领域的技术,研究它们相互之间的关系。还可以在有害环 境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。关键词： 智能机器人;感官;仿生;人工智能1.引言引言人们通常把机器人划分为三代。第一代是可编程机器人。这种机器人一般 可以根据操作人员所编的程序,完成一些简单的重复性操作。这一代机器人是从 60 年代后半叶开始投入实际使用的,目前在工业界已得到广泛应用。第二代是 “感知机器人”,又叫做自适应机器人,它在第一代机器人的基础上发展起来的, 能够具有不同程度的“感知”周围环境的能力。这类利用感
15、知信息以改善机器 人性能的研究开始于 70 年代初期,到 1982 年,美国通用汽车公司为其装配线上的 机器人装配了视觉系统,宣告了感知机器人的诞生,在 80 年代得到了广泛应用。 第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制,它可以把感知和行动 智能化结合起来,因此能在非特定的环境下作业,称之为智能机器人。智能机器人 与工业机器人的根本区别在于,智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能。而感知本身,就是人类和动物所具有的低级智能。因此机器的智能分为两个 层次:具有感觉、识别、理解和判断功能;具有总结经验和学习的功能。所以,人 们通常所说的第二代机器人可以看作是第一代智能机器人。2.
16、智能机器人的感官系统智能机器人的感官系统(1)触觉传感器 英国近几年在阵列触觉传感方面开展了相当广泛的研究。例如:Sussex 大学 和 Shack-leton 系统驱动公司研制的基于运动的介电电容传感的阵列;由威尔士大 学和软件科学公司研制的采用压强技术的装在机器人夹持器上的传感器。 (2)视觉传感 在机器人视觉方面,目前市场上销售的有以下 6 类传感器:隔开物体的二维 视觉:双态成像;隔开物体的二维视觉:灰度标成像;触觉或叠加物体的二维视 觉;二维观察;二维线跟踪;使用透视、立体、结构图示或范围找寻技术从 隔开物体中提取三维信息。在这类系统方面,它们只能做一些很简单的操作。例 如:为了使机器人具有某种程度的人眼功能,已进行大量的研究工作并向如下两类 系统发展:从一维物体中提取三维信息;活动机器人导航、探路和躲避障碍物 的现场三维分析。伦敦大学目前正在研究一种双目视觉机器人的实时图像处理 机。还有正在研究机器人视觉系统的教育机构有:考文垂工业大学、爱丁堡大学、 格拉斯哥大学、格温特大学;而伯明翰大学则专门研究惯性传感
