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1、word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 X学习 2015 年 5 月目 录1机器人概述11222服务型机器人的概念与市场前景442.2 服务型机器人产品的市场前景45562.3.3 路径规划662.3.5 控制策略63清洁机器人66Roomba的性能介绍以与工作原理7Roomba的性能介绍7Roomba的工作原理104结论111机器人概述1.1机器人的根本概念机器人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 30
2、00 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。这明确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 Univer
3、sal 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。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开展，在工业生产线上出现了可局部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
4、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，降低了生产本钱与生产时间，为现代工业的迅速开展作出巨大的贡献。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的机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。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开展，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与到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。随着机器人技术的飞速开展和信息时代的到来，机器人
5、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、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、耳承受远方信息和接触传感器；3、具
6、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，即它靠手进展作业，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，而平衡觉和固有觉如此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展了定义：“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
7、器。 1.3机器人产品的应用与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一直在不断开展演变，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与工作内容的不同，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展劳作的机器人。应用X围包括：对原材料、工件和零件进展搬运；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展
8、劳作的机器人。应用X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；代人进展收获果实，分选果实等等。该类机器人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X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、展示宣传与表演活动；提供精神安慰、休闲娱乐、文化教育等
9、等。目前这一类机器人产品开展十分迅速，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、艰辛、苛刻的环境中，完成复杂作业的机器人。应用X围包括：进展宇宙空间探索开发；在核辐射条件下从事各项检修维护工作；在深海领域进展勘探开发；在灾害事故现场进展救援；在医疗场所协助医疗人员进展手术、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展风险较高的工作，目前的开展也比拟迅速。 5、军用类型机器人：专指用于各种军事目的的机器人。应用X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
10、机器人的研发与应用一直很活跃。 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与 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，将彻底改变人类的生活与劳动方式，故
11、被称为终极机器人，目前尚处于研发阶段。 2服务型机器人的概念与市场前景服务型机器人的概念服务型机器人专指在人们的日常生活、工作、休闲等领域里，为人们提供各种便利服务的机器人。工作领域包括在家庭中从事各种家务劳动、看家护院防盗防灾、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、网络服务、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、公共场所提供户交式咨询服务、展示宣传、表演活动等；提供精神安慰、休闲娱乐、文化教育等等。相比之下服务型机器人产品属于较晚开展起来的是一类的机器人产品，由于直接应用于普通大众活动的区域，可以归类为普通消费服务类产品
12、。 服务机器人是一种半自主或者全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。服务机器人的定位就是服务。从机器人的功能特点上来讲，它与工业机器人的一个本质区别在于，工业机器人的工作环境都是的，而服务机器人所面临的工作环境绝大多数都是未知的。 服务型机器人产品的市场前景机器人产业开展的最初动力是现代工业对生产制造过程自动化的需求，因此工业机器人的市场前景一直看好，但据 2003 年联合国欧洲经济委员会(UNECE)的报告预测，未来几年内需求增长速度最快的将会是服务型机器人，而不是工业机器人。服务型家用机器人将赶上工业机器人的市场份额。联合国 2004 年 10 月2
13、0 日公布世界机器人技术年度调查报告，预计服务型家用机器人的数量将在未来3 年间迅速增长 7 倍。 未来的数字家庭中，机器人将是主宰者。分析人士指出，随着技术进步以与市场空间的扩大，机器人的价格也将像 PC 产品一样迅速下降。将来，一台拥有较高智能的机器人的价格将控制在 2 万到 3 万美元之间。一台较低智能的机器人价格将控制在几千至几百美元。 本钱大幅下降将有助于机器人产品的普与与推广，业界预计，在 2010 年以后，家用与民用机器人的上市数量会超过制造业用机器人，届时，其家庭普与率将超过 10。日本经济产业省期望家用机器人正式开始上市销售后，机器人的市场规模在 2010 年时能够达到约 3
14、 万亿日元，在 2020 年时成为与汽车业并列的根底产业。 已经有越来越多的大企业把目光投注到服务机器人上，并制定了一系列长期的产品开发战略规划，产品内容包括从提供家庭日常服务的机器人到机器人玩具。尤其是玩具机器人，因为技术起点相对较低，目前已成为诸多大的生产厂家的追逐热点。 对我们国家来说，机器人研究虽然并不落后，然而机器人的应用，却极大滞后于兴旺国家。一个原因，是有关部门担心机器人产业开展，将会使得原有的大量的劳动力被释放出来，从而加剧原来就有的失业问题。实际上生产和制造产业的自动化，乃是兴旺国家在几十年前就完成的战略阶段，也是开展中国家向兴旺国家转变的必经步骤。靠低效率的手工制作，绝不可
15、能带来真正的现代化。在短期之内，这确实会使得原来的手工工作者陷入困境。然而从长期来看，这些释放出来的生产者，又可以被重新投放到自动化生产流水线中去，同时，制造产业的现代化，又会创造出很多新的就业机会，这些都已经被日本和其它西方国家的经验所证明。只要我们在此转变过程中，能妥善运作管理、加强社会福利保障和保险机制，如此完全可以使得转变过程平稳进展。 服务机器人的关键技术移动结构设计服务机器人的移动方式分为轮式、履带式、蠕动式、跳跃式以与复合式等。每种方式都有其自身特点与适应的场合。如轮式具有结构简单、速度快、灵活性好等特点，应用非常广泛；履带式和跳跃式具有翻越障碍能力强，适应复杂路面等特点；蠕动式适合空间狭小的作业环境，比如管道监测机器人；复合式能够适应不同的环境条件，满足不同的工作要求。定位与导航技术在自主移动服务机器人导航中，无论是局部实时避障还是全局规划，都需要准确地获取机器人与障碍物的当前位置，即定位问题。通过定位感知周围物体的相对位置和绝对位置，从实时地确定机器人的运动状态和相对位置，并完成导航、避障和路径规划等任务。 路径规划所谓路径规划，即是根据机器人所感知的周围环境信息，按照某种优化指标，在起始点和目标点之间设计出一条能够绕过环境障碍物的路径。主要包括基
