機器人技術(shù)概述

1、機器人技術(shù)Techniques of Robot Manipulators21.1 機器人名稱的由來機器人名稱的由來 ( About “Robot” ) 機器人的英文名詞是機器人的英文名詞是Robot，Robot一詞最早出現(xiàn)在一詞最早出現(xiàn)在1920年捷克作家卡雷爾年捷克作家卡雷爾卡佩克（卡佩克（Karel Capek）所寫的一個）所寫的一個劇本中，這個劇本的名字為劇本中，這個劇本的名字為Rossums Universal Robots ，中文意思是中文意思是“羅薩姆的萬能機器人羅薩姆的萬能機器人”。 劇中的人造勞動者取名為劇中的人造勞動者取名為Robota，捷克語的意思是，捷克語的意思是“苦苦

2、力力”、“奴隸奴隸”。英語的。英語的Robot一詞就是由此而來的，以后一詞就是由此而來的，以后世界各國都用世界各國都用Robot作為機器人的代名詞。作為機器人的代名詞。31.2 機器人的發(fā)展歷史機器人的發(fā)展歷史 ( The Developing History of Robots )古代古代“機器人機器人”現(xiàn)代機器人的雛形現(xiàn)代機器人的雛形 人類對機器人的幻想與追求已有人類對機器人的幻想與追求已有30003000多年的歷史多年的歷史l西周時期西周時期，我國的能工巧匠偃師研制出的，我國的能工巧匠偃師研制出的歌舞藝人歌舞藝人，是我國最早記載，是我國最早記載的機器人。的機器人。l春秋后期春秋后期，據(jù)，

3、據(jù)墨經(jīng)墨經(jīng)記載，魯班曾制造過一只記載，魯班曾制造過一只木鳥木鳥，能在空中飛行，能在空中飛行“三日不下三日不下” 。l公元前公元前2 2世紀(jì)世紀(jì)，古希臘人發(fā)明了最原始的機器人，古希臘人發(fā)明了最原始的機器人太羅斯太羅斯，它是以，它是以水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的青銅雕像，它可以自己開門，還水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的青銅雕像，它可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌可以借助蒸汽唱歌。l18001800年前的漢代年前的漢代，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動儀，而且發(fā)明了，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動儀，而且發(fā)明了計里計里鼓車鼓車，計里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。，計里鼓車每行一里，車

4、上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。4l后漢三國時期后漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其在崎嶇山路中運送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。l16621662年年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動機器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。l17381738年年，法國天才技師杰克戴瓦克遜發(fā)明了一只機器鴨，它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機械化而進行醫(yī)學(xué)上的分析。l17731773年年，著名的瑞士鐘表匠杰克道羅斯和他的兒子利路易道羅斯制造出自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理而制成的，它們有的拿著畫筆和顏色繪畫，有的拿著鵝

5、毛蘸墨水寫字，結(jié)構(gòu)巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時。l19271927年年，美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個機器人“電報箱”，并在紐約舉行的世界博覽會上展出，它是一個電動機器人，裝有無線電發(fā)報機，可以回答一些問題，但該機器人不能走動。5現(xiàn)代機器人的發(fā)展歷史現(xiàn)代機器人的發(fā)展歷史二戰(zhàn)期間（1938-1945）l由 于 核 工 業(yè) 和 軍 事 工 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 研 制 了 “ 遙 控 操 縱 器 ”（Teleoperator） 主要用于放射性材料的生產(chǎn)和處理過程。l1947年，對這種較簡單的機械裝置進行了改進，采用電動伺服方式，使其從動部分能跟隨主動部分運動，稱為主從機械手（Master-S

6、lave Manipulator）。1949-1953 美國麻省理工學(xué)院開始研制數(shù)控銑床l隨著先進飛機制造的需要，美國麻省理工學(xué)院輻射實驗室（MIT Radiation Laboratory）開始研制數(shù)控銑床。l1953年研制成功能按照模型軌跡做切削動作的多軸數(shù)控銑床。1954年 “可編程”“示教再現(xiàn)”機器人 l美國人George C. Devol設(shè)計制作了世界上第一臺機器人實驗裝置，并發(fā)表了題為適用于重復(fù)作業(yè)的通用性工業(yè)機器人的文章。660年代 機器人產(chǎn)品正式問世，機器人技術(shù)開始形成l1960年美國“聯(lián)合控制公司”（Consolidated Control）根據(jù)Devol的專利技術(shù)，研制出第

7、一臺真正意義上的工業(yè)機器人，并成立了Unimation公司，開始定型生產(chǎn)名為Unimate的工業(yè)機器人。l兩年后，美國“機床與鑄造公司”（AMF）也生產(chǎn)了另一種可編程工業(yè)機器人Versatran。70年代 機器人技術(shù)發(fā)展成為專門學(xué)科l機器人產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展，機器人技術(shù)發(fā)展成為專門學(xué)科，稱之為機器人學(xué)（Robotics）。l機器人的應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大，不同的應(yīng)用場所，導(dǎo)致了各種坐標(biāo)系統(tǒng)、各種結(jié)構(gòu)的機器人相繼出現(xiàn)，大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)飛躍發(fā)展使機器人的控制性能大大提高，成本不斷下降。780年代 開始進入智能機器人研究階段l80年代，不同結(jié)構(gòu)、不同控制方法和不同用途的工業(yè)機器人在工業(yè)發(fā)達(dá)國家真

8、正進入了實用化的普及階段。l隨著傳感技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，開始進入智能機器人研究階段。l機器人視覺、觸覺、力覺、接近覺等項研究和應(yīng)用，大大提高了機器人的適應(yīng)能力，擴大了機器人的應(yīng)用范圍，促進了機器人的智能化進程。經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，機器人技術(shù)逐步形成了一門新的綜合性學(xué)科 機器人學(xué)（Robotics）l它包括有基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩個方面l主要研究內(nèi)容有：(1) 機械手設(shè)計；(2) 機器人運動學(xué)、動力學(xué)和控制；(3) 軌跡設(shè)計和路徑規(guī)劃； (4) 傳感器(包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器)；(5) 機器人視覺；(6) 機器人語言；(7) 裝置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；(8) 機器人智能等。81.3 機器人的定義和分

9、類機器人的定義和分類 （Definition and Classifying for Robots）1.3.1 機器人的定義機器人的定義 ( Definition of Robots ) 機器人問世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統(tǒng)一的意見。原因之一是機器人還在發(fā)展，新的機型，新的功能不斷涌現(xiàn)。同時由于機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學(xué)問題。就像機器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。 隨著機器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時代的到來,機器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富，機器人的定義也不斷

10、充實和創(chuàng)新。下面給出一些有代表性的定義。 9國際和國外相關(guān)組織的定義國際和國外相關(guān)組織的定義國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：）的定義：機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的定義：）的定義：機器人是一種能夠進行編程并在自動控制下執(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務(wù)的機械裝置。美國機器人協(xié)會（美國機器人協(xié)會（RIA）的定義：）的定義：機器人是一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力

11、的多功能機械手。日本工業(yè)機器人協(xié)會（日本工業(yè)機器人協(xié)會（JIRA）的定義：）的定義：工業(yè)機器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器。10有關(guān)學(xué)者的定義有關(guān)學(xué)者的定義 在1967年日本召開的第一屆機器人學(xué)術(shù)會議上提出了兩個有代表性的定義。森政弘森政弘與合田周平合田周平提出的定義：“機器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性等7個特征的柔性機器”。從這一定義出發(fā)，森政弘森政弘又提出了用自動性、智能性、個體性、半機械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動性等10個特性來表示機器人的形象。日本早稻田大學(xué)

12、加藤一朗加藤一朗（日本機器人之父） 教授認(rèn)為：機器人是由能工作的手，能行動的腳和有意識的頭腦組成的個體，同時具有非接觸傳感器（相當(dāng)于耳、目）、接觸傳感器（相當(dāng)于皮膚）、固有感及平衡感等感覺器官的能力。11也有一些組織和學(xué)者針對不同形式的機器人分別給出具體的解釋和定義，而機器人則只作為一種總稱。例如，日本工業(yè)機器人協(xié)會（JIRA）列舉了6種型式的機器人：(1) 手動操縱器：人操縱的機械手，缺乏獨立性；(2) 固定程序機器人：缺乏通用性；(3) 可編程機器人：非伺服控制；(4) 示教再現(xiàn)機器人：通用工業(yè)機器人；(5) 數(shù)控機器人：由計算機控制的機器人；(6) 智能機器人：具有智能行為的自律型機器人

13、。12綜合諸家的解釋，概括各種機器人的性能，我們認(rèn)為可以按以下特征來描述機器人：1. 機器人的動作機構(gòu)動作機構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官 ( 如 肢體、感官等 ) 的功能；2. 機器人具有通用性通用性，工作種類多樣，動作程序靈活易變，是柔性加工主要組成部分；3. 機器人具有不同程度的智能智能，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等；4. 機器人具有獨立性獨立性，完整的機器人系統(tǒng)，在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。13 1.3.2 機器人的分類機器人的分類 ( Classifying of Robots )l按照從低級高級的發(fā)展程度可分為三類機器人l第一代機器人第一代機器人（First Genera

14、tion Robots）：即可編程、示教再現(xiàn)工業(yè)機器人，已進入商品化、實用化。l第二代機器人第二代機器人（Second Generation Robots）：裝備有一定的傳感裝置，能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，能作出簡單的推理，對動作進行反饋的機器人，通常稱為低級智能機器人，由于信息處理系統(tǒng)的龐大與昂貴，第二代機器人目前只有少數(shù)可投入應(yīng)用。l第三代機器人第三代機器人（Third Generation Robots）：具有高度適應(yīng)性的自治機器人。它具有多種感知功能，可進行復(fù)雜的邏輯思維、判斷決策，在作業(yè)環(huán)境中獨立行動。第三代機器人又稱作高級智能機器人，它與第五代計算機

15、關(guān)系密切，目前還處于研究階段。14l按照結(jié)構(gòu)形態(tài)，負(fù)載能力和動作空間劃分可分為l超大型機器人：負(fù)載能力 1000 kg 以上l大型機器人：100-1000 kg / 10 m2 以上l中型機器人：10-100 kg / 1 10 m2l小型機器人：0.1-10 kg / 0.1-1 m2l超小型機器人：0.1 kg 以下 / 0.1 m2 以下15l按照開發(fā)內(nèi)容和目的區(qū)分，可分為以下三類機器人l工業(yè)機器人（Industrial Robot）：如焊接、噴漆、裝配機器人。l操縱機器人（Teleoperator Robot）：如主從手，遙控排險、水下作業(yè)機器人。l智能機器人（Intelligent

16、Robot）：如演奏、表演、下棋、探險機器人。l特種機器人和微型機器人是目前機器人發(fā)展的一個重要方向l特種機器人（Special Robots）：如航天飛機上的機械手在失重狀態(tài)下的工作，海洋探測機器人、軍用機器人、防核防化機器人、爬壁機器人、微小物體操作機器人等。l微型機器人（Micro-robots）：體積小，如管道機器人、血管疏通機器人。l微動機器人（ Micro-movement robots ）：動作小、精度高，如細(xì)胞切割機器人、微操作和微裝配機器人等。161.4 機器人的結(jié)構(gòu)與控制方式機器人的結(jié)構(gòu)與控制方式 ( Structure and Control of Robots )1.4

17、.1 機器人的結(jié)構(gòu)機器人的結(jié)構(gòu) ( The Structure of Robot )l簡單地說，機器人主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動和傳動裝置、傳感器和控制器四大部分構(gòu)成（如圖）。記憶、示教 裝置控制裝置驅(qū)動裝置傳感器工 業(yè) 機 器 人 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu)17l執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)：機器人的足、腿、手、臂、腰及關(guān)節(jié)等，它是機器人運動和完成某項任務(wù)所必不可少的組成部分。l驅(qū)動和傳動裝置：驅(qū)動和傳動裝置：用來有效地驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的裝置，通常采用液壓、電動和氣動，有直接驅(qū)動和間接驅(qū)動二種方式。l傳感器：傳感器：是機器人獲取環(huán)境信息的工具，如視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、力覺、滑覺和接近覺傳感器等，它們的功能相當(dāng)于人的眼、耳

18、、鼻、皮膚及筋骨。l控制器：控制器：是機器人的核心，它負(fù)責(zé)對機器人的運動和各種動作控制及對環(huán)境的識別。 現(xiàn)代工業(yè)機器人的控制器都是由計算機控制系統(tǒng)組成，控制方式主要有示教再現(xiàn)、可編程控制、遙控和自主控制等多種方式。18日本三菱公司產(chǎn)日本三菱公司產(chǎn)MOVEMASTER-EX 五自由度機器人五自由度機器人 實驗室中的MOVEMASTER-EX機器人實物照片 MOVEMASTER-EX 五自由度機器人結(jié)構(gòu)圖19美國美國UNIMATE公司產(chǎn)公司產(chǎn)PUMA/560型六自由度機器人型六自由度機器人 PUMA/560機器人（照片） PUMA/560六自由度機器人結(jié)構(gòu) 20 1.4.2 機器人的工作原理（機器

19、人的工作原理（The Principle of Robot） 機器人的工作原理是一個比較復(fù)雜的問題。簡單地說，機器人的原理就是模仿人的各種肢體動作、思維方式和控制決策能力。從控制的角度，機器人可以通過如下四種方式來達(dá)到這一目標(biāo)。 l“示教再現(xiàn)示教再現(xiàn)”方式：它通過“示教盒”或人“手把手”兩種方式教機械手如何動作，控制器將示教過程記憶下來，然后機器人就按照記憶周而復(fù)始地重復(fù)示教動作，如噴涂機器人。21l“可編程控制可編程控制”方式：工作人員事先根據(jù)機器人的工作任務(wù)和運動軌跡編制控制程序，然后將控制程序輸入給機器人的控制器，起動控制程序，機器人就按照程序所規(guī)定的動作一步一步地去完成，如果任務(wù)變更，

20、只要修改或重新編寫控制程序，非常靈活方便。大多數(shù)工業(yè)機器人都是按照前兩種方式工作的。l“遙控遙控”方式：由人用有線或無線遙控器控制機器人在人難以到達(dá)或危險的場所完成某項任務(wù)。如防暴排險機器人、軍用機器人、在有核輻射和化學(xué)污染環(huán)境工作的機器人等。l“自主控制自主控制”方式：是機器人控制中最高級、最復(fù)雜的控制方式，它要求機器人在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中具有識別環(huán)境和自主決策能力，也就是要具有人的某些智能行為。22 1.4.3 控制控制 ( Control ) l示教再現(xiàn)示教再現(xiàn) 即分為示教存儲再現(xiàn)-操作四步進行。l示教：方式有兩種：(1) 直接示教手把手；(2) 間接示教示教盒控制。l存儲：保存示教信

21、息。l再現(xiàn)：根據(jù)需要，讀出存儲的示教信息向機器人發(fā)出重復(fù)動作的命令。23l控制信息控制信息l順序信息：各種動作單元（包括機械手和外圍設(shè)備）按動作先后順序的設(shè)定、檢測等。l位置信息：作業(yè)之間各點的坐標(biāo)值，包括手爪在該點上的姿態(tài)，通?？偡Q為位姿（POSE）。l時間信息：各順序動作所需時間，即機器人完成各個動作的速度。l位置控制位置控制l點位控制PTP（Point to Point）：只考慮起始點和目的點的位置，而不考慮兩點之間的移動路徑的控制方式，適用于上下料、點焊、搬運等；l連續(xù)路徑控制CP（Continuous Path）：不但要求機器人以一定的精度到達(dá)目標(biāo)點，而且對其移動的軌跡形式有一定精度

22、范圍的要求。241.5 操縱機器人操縱機器人 ( Operating Robots ) 操縱機器人實際上是一種人機系統(tǒng)，由人操縱代替示教。因此，人與機器人之間相互傳遞信息的問題就成為操縱機器人研究的重點。操縱機器人可分為兩種類型：l能力擴大式機器人能力擴大式機器人：負(fù)重能力，動作范圍放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，如空間機器人放置和回收衛(wèi)星；l遙控機器人遙控機器人：適用于特殊作業(yè)環(huán)境，如放射性物質(zhì)，真空，有毒氣體等隔離工作環(huán)境。又如高空、建筑、宇宙、海洋開發(fā)、火山探測、軍事戰(zhàn)場等人不能到達(dá)的環(huán)境。25主從式機器人與人協(xié)同動作主從式機器人與人協(xié)同動作261.6 智能機器人智能機器人 ( Intelligen

23、t Robots )第三代智能機器人應(yīng)具備以下四種機能：l運動機能運動機能 ：施加于外部環(huán)境，相當(dāng)于人的手、腳等動作機能；l感知機能感知機能：獲取外部環(huán)境信息的能力，如視覺、觸覺、聽覺、力覺、距離感、接近覺等；l思維能力思維能力：認(rèn)識、推理、判斷能力；l人機對話機能人機對話機能：理解指示命令，輸出內(nèi)部狀態(tài)，與人進行信息交換的能力。 智能機器人既不同于工業(yè)機器人的“示教再現(xiàn)”，也不同于操縱機器人的“操縱”，而是一種“認(rèn)知適應(yīng)認(rèn)知適應(yīng)的工作方式。271.7 機器人的應(yīng)用機器人的應(yīng)用（The Applications of Robots） 機器人的應(yīng)用十分廣泛，在許多領(lǐng)域機器人都得到了成功的應(yīng)用或有

24、著美好的應(yīng)用前景。l工業(yè)機器人工業(yè)機器人 工業(yè)機器人是應(yīng)用最為成功和廣泛的機器人，它的應(yīng)用涉及到工業(yè)生產(chǎn)的各個方面，如焊接、裝配、噴漆等。l海洋探測機器人海洋探測機器人 可用于海底礦物資源和水文氣象探測、海底地勢勘查、打撈、救生、排險等。l空間機器人空間機器人 在航天飛機上用來回收和維修人造衛(wèi)星，在空間站、月球表面和火星上進行工作。l軍用機器人軍用機器人 有掃雷排雷機器人、偵察機器人、防核防化機器人等。28l特種機器人特種機器人 替代人在繁重、危險、惡劣環(huán)境下作業(yè)必不可少的工具，如消防（滅火）機器人、防暴機器人、盾構(gòu)機器人等。l微型機器人微型機器人 進入煤氣、輸油管道等狹窄場所進行工作，甚至進

25、入人體的血管、腸胃。l微操作機器人微操作機器人 是機器人領(lǐng)域的一個重要研究方向，在國防、空間技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、智能制造和微機電系統(tǒng)（MEMS）中有廣泛的應(yīng)用前景。l娛樂機器人娛樂機器人 充當(dāng)導(dǎo)游、做表演、甚至與人進行簡單交流，如導(dǎo)游機器人、足球機器人、機器狗、機器貓、機器魚等。l服務(wù)機器人服務(wù)機器人 已經(jīng)開始或在不久的將來進入人類家庭生活，如保健機器人，導(dǎo)盲機器人、垃圾清掃和擦玻璃機器人等。29隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展,工業(yè)機器人機器人被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個部門,如采掘、噴涂、焊接、醫(yī)療等各大領(lǐng)域。由于工業(yè)機器人機器人的出現(xiàn),它不斷替代了人們的繁重勞動,大大提高了勞動生產(chǎn)率,減輕了人們的

26、勞動強度,此外,它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作,日益體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。 工業(yè)機器人工業(yè)機器人30工業(yè)機器人工業(yè)機器人最顯著的特點有以下幾個:1.可編程。可編程。生產(chǎn)自動化的進一步發(fā)展是柔性自動化。機器人機器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)(FMS)中的一個重要組成部分。2.擬人化。擬人化。機器人機器人在機械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化機機器人器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載

27、傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等.傳感器提高了機器人機器人對周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。3.通用性。通用性。除了專門設(shè)計的專用機器人機器人外，一般機器人機器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時具有較好的通用性。比如，更換機器人機器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù). 31 工業(yè)機器人工業(yè)機器人汽車裝配機器人 32汽車裝配機器人33一汽紅旗轎車機器人焊接線34弧焊機器人35 總目錄總目錄焊接工業(yè)機器人36退出退出總目錄總目錄焊接和噴涂工業(yè)機器人37總目錄總目錄搬運和裝配工業(yè)機器人38總目錄總目錄在生產(chǎn)線上工作的噴漆工業(yè)機器人39總目錄總目錄機器人化裝配生產(chǎn)線40點焊機器人鉚接機器人

28、41操作機器人-點焊機器人42 海洋探測機器人海洋探測機器人1990年日本海洋科技中心 研制的“海溝號”纜控式無人潛水器（左）及其在大海中工作時的情況（右） 43CR-01型型6000米水下無纜機器人米水下無纜機器人1995年8月我國沈陽自動化所機器人中心研制的CR-01型6000米水下無纜機器人（上）和正在下水的情況（右）44水下機器人45 空間機器人空間機器人美國航空航天局（NASA）研究的月球車在月球表面時的情形46美國航空航天局（NASA）研究的 “索杰納”火星車47據(jù)發(fā)射中心主任張育林透露，二OO七年年底，中心申報的 “智能機器人自動對接加注技術(shù)研究”課題已獲得國家“八六三”項目支持

29、。機器人有可能代替人工完成火箭加注，加注兵將告別危險的工作環(huán)境。這位主任對此充滿信心：“我們將依靠科技創(chuàng)新和嚴(yán)格訓(xùn)練，把神七的飛天之路鋪設(shè)得更安全、更可靠。” 481997年7月4日17時07分，美國航空航天局（NASA）發(fā)射的火星探路者號宇宙飛船成功地在火星（Mars）表面著陸，“索杰納索杰納”火星車在火星上成功地工作了250天。2003年6月先后升空的美國“勇氣勇氣”（Spirit）號和“機遇機遇”（Opportunity）號火星車經(jīng)過1.2億公里和半年多的長途飛行，分別于2004年1月3日和24日先后登陸火星，向地球傳來大量清晰的火星圖片。49日本研究的火星探測機器人50空間機器人-月球

30、車空間機器人-空間站操作臂51軍用機器人軍用機器人英國研制的履帶式“手推車” （上圖）、 “土撥鼠”（右圖右）和“野?！保ㄓ覉D左）排爆機器人在波黑及科索沃戰(zhàn)爭中用來探測及處理爆炸物 機器警察機器警察52履帶式移動機器人53軍用機器人-無人戰(zhàn)場車軍用機器人-飛行機器人54軍用機器人-排彈移動機器人55德國的排爆機器人我國沈陽自動化所研制的排爆機器人56輪式移動軍用機器人四足移動機器人57工兵機器人工兵機器人美國將M60坦克的炮塔去掉后改裝的豹式掃雷車58德國研制的Minebreaker 2000機器人掃雷車 59保安機器人保安機器人美國研制的MDARS-E型室外保安機器人MPR-800多用途機器

31、人，可用于掃雷、滅火、核生化污染清除等多項危險工作60偵察機器人偵察機器人 美國研制的“徘徊者”偵察機器人由M113裝甲運輸車改裝而成 美國國防高級研究計劃局正在研制的只有2.54厘米大小昆蟲機器人61瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機器人 62水下掃雷機器人水下掃雷機器人63美國羅克威爾公司及IS機器人公司研制的一種名叫“水下自主行走裝置”（ALUV）的水下掃雷機器蟹 64無人機無人機 “暗星暗星”無人機無人機“別動隊別動隊”無人機無人機法國法國“紅隼紅隼”無人機無人機高空無人偵察機高空無人偵察機65鬼怪式無人機發(fā)射Brevel無人機只有15厘米的微型無人機66 特種機器人特種機器人復(fù)合

32、式直徑6.14米盾構(gòu)掘進機隧道鑿巖機器人 67DANTE-1和DANTE-2 (Carnegie Mellon Univ.)。包括8條縮放式足機構(gòu)， 其中DANTE-1高3m，寬2m，重400kg，曾進行火山考察。68自動無軌堆垛機 機器人化裝載機 自動攤鋪機 69 移動機器人移動機器人 法國國家科學(xué)法國國家科學(xué)研究中心和系研究中心和系統(tǒng)分析與結(jié)構(gòu)統(tǒng)分析與結(jié)構(gòu)實驗室共同研實驗室共同研制的制的HILARE 2型移動機械型移動機械手手70法國蒙特皮里亞（法國蒙特皮里亞（Montpellier）微電子與）微電子與機器人實驗室研制的機器人實驗室研制的 LIRMM移動機器人移動機器人 71多足移動機器人

33、72 微型機器人微型機器人工業(yè)管道機器人移動探測系統(tǒng) SMA六足微型機器人六足微型機器人 外觀如同一只小甲蟲，外形尺寸為253030mm3，重2 0 克 ， 步 行 速 度18mm/分，有12個自由度，SMA（形狀記憶合金）作為驅(qū)動源。微小型機器人將來可能在細(xì)小管道檢測及醫(yī)療方面發(fā)揮作用。 73微型飛行器微型飛行器：被認(rèn)為是未來戰(zhàn)場上的重要偵察和攻擊武器，能以可接受的成本執(zhí)行某一有價值的任務(wù)。這種飛行器必須能夠傳輸實時圖像或執(zhí)行其它功能，有足夠小的尺寸（小于20厘米）、足夠的巡航范圍（如不小于5公里）和飛行時間（不小于15分鐘）。微型戰(zhàn)術(shù)無人機微型戰(zhàn)術(shù)無人機：可用于戰(zhàn)爭危險估計、目標(biāo)搜索、通信

34、中繼，監(jiān)測化學(xué)、核或生物武器，偵察建筑物內(nèi)部情況。可適用于城市、叢林等多種戰(zhàn)爭環(huán)境。因為其便于攜帶，操作簡單，安全性好的優(yōu)點，可以在部隊中大量裝備。 74微操作機器人系統(tǒng)微操作機器人系統(tǒng)華中科技大學(xué)控制系智能與控制工程研究所研制的HUST-MR801型雙手協(xié)調(diào)微操作機器人實驗系統(tǒng)75 娛樂機器人娛樂機器人機器人足球賽 76機器人相撲大賽機器人相撲大賽 相撲機器人相撲機器人77機器狗與機器昆蟲機器狗與機器昆蟲 78醫(yī)療機器人-外科手術(shù)機器人79機器人化機器-并聯(lián)虛擬軸機床80機器人化機器-并聯(lián)虛擬軸機床81無人飛行機器人82各種仿人手部83MIT研制的仿生機器人恐龍84小提琴機器人和吹笛機器人小

35、提琴機器人和吹笛機器人 吹笛機器人 小提琴機器人85機器人樂隊機器人樂隊86舞蹈機器人和機器龜舞蹈機器人和機器龜機器人舞蹈機器龜走迷宮87 服務(wù)機器人服務(wù)機器人腦外科機器人輔助系統(tǒng)護士助手機器人88遙控操作手術(shù)（格林系統(tǒng)）遙控操作手術(shù)（格林系統(tǒng)）89導(dǎo)盲機器人和智能輪椅導(dǎo)盲機器人和智能輪椅智能輪椅導(dǎo)盲機器人90服務(wù)機器人-外墻清洗移動機器人服務(wù)機器人-玻璃清洗機器人91服務(wù)機器人-加油機器人92娛樂服務(wù)機器人-機器狗93娛樂服務(wù)機器人-足球機器人94爬纜索機器人和清洗巨人爬纜索機器人和清洗巨人爬纜索機器人爬纜索機器人: 在高空纜索上自動完成檢查、打磨、清洗、去靜電、底涂和面涂及一系列的維護工作

36、。清洗巨人清洗巨人：利用兩套計算機和一個機器人控制器來控制飛機的清洗 ，不僅減輕了工人的勞動強度，而且大大提高了工作效率。例如，人工清洗一架波音747飛機需要95個工時，而機器人清洗僅需12個工時。 95高樓擦窗和壁面清洗機器人高樓擦窗和壁面清洗機器人 96消防機器人和救援機器人消防機器人和救援機器人97雕刻機器人和汽車加油機器人雕刻機器人和汽車加油機器人加油機器人加油機器人：汽車駛?cè)爰佑蛵u，前輪觸發(fā)一個概略定位器，給出汽車的概略位置。機器人臂抓起相應(yīng)的油槍，機器人臂伸出，機器人臂上裝有一臺微型攝像機，它找到油箱蓋，利用一個吸氣裝置將其打開，然后機器人手爪擰開加油口密封蓋，插入加油軟管。加完油

37、后，機器人蓋上密封蓋及油箱蓋。與此同時，計算機已為用戶結(jié)完帳。整個過程只需兩、三分鐘。 雕刻機器人雕刻機器人：電腦雕刻系統(tǒng)集掃描、編輯、排版、雕刻諸功能于一體，是CAD/CAM一體化的典型產(chǎn)品，能方便快捷地在各種材質(zhì)上雕刻出逼真、精致、耐久的二維圖形及三維立體浮雕。 98導(dǎo)游機器人和禮儀機器人導(dǎo)游機器人和禮儀機器人99 農(nóng)業(yè)和林業(yè)機器人農(nóng)業(yè)和林業(yè)機器人 摘西紅柿機器人 溫室中的嫁接機器人100林木球果采集機器人 伐根機器人 101 仿人形機器人仿人形機器人本田公司機器人P2 本田公司機器人P3 日本本田公司投入巨資，經(jīng)過10多年的開發(fā)，于1997年研制出了在世界上居領(lǐng)先地位的雙足步行機器人P3

38、 ，按研制時間先后，把雙足步行機器人分別命名為P1、P2、P 3 等 。 P 3 的 高 度 為160cm，體重130公斤。被稱為二哥的機器人P2身高1.80米，體重120公斤，看起來笨頭笨腦，但行動起來卻很靈活，它們不僅能在平坦的地面上行走，還能夠完成上臺階和用扳手?jǐn)Q螺釘?shù)雀唠y動作。102 日本本田公司研制的仿人機器人ASIMO，是目前最先進的仿人行走機器人。ASIMO身高1.2米，體重52公斤。它的行走速度是0-1.6km/h。早期的機器人如果直線行走時突然轉(zhuǎn)向，必須先停下來，看起來比較笨拙。而ASIMO就靈活得多，它可以實時預(yù)測下一個動作并提前改變重心，因此可以行走自如，進行諸如“8”字

39、形行走、下臺階、彎腰等各項“復(fù)雜”動作。此外，ASIMO還可以握手、揮手，甚至可以隨著音樂翩翩起舞。 ASIMO103 本田公司投入無數(shù)科技研究心血本田公司投入無數(shù)科技研究心血的結(jié)晶的結(jié)晶目前全球唯一具備人類雙目前全球唯一具備人類雙足行走能力的類人型機器人阿西莫足行走能力的類人型機器人阿西莫(ASIMO，Advanced Step Innovative Mobility，高級步行創(chuàng)新移動機器人，高級步行創(chuàng)新移動機器人)，以憨厚可愛的造型博得許多人的喜愛，以憨厚可愛的造型博得許多人的喜愛，眾多的類人功能也不斷地沖擊著人們眾多的類人功能也不斷地沖擊著人們的想象，似乎科幻電影中的情節(jié)正在的想象，似乎

40、科幻電影中的情節(jié)正在一步步變成現(xiàn)實。從一步步變成現(xiàn)實。從2000年年10月月31日日誕生至今，誕生至今，ASIMO的進步可以用神速的進步可以用神速來形容，來形容，2006最新版的最新版的ASIMO，除具，除具備了行走功能與各種人類肢體動作之備了行走功能與各種人類肢體動作之外，更具備了人工智能，可以預(yù)先設(shè)外，更具備了人工智能，可以預(yù)先設(shè)定動作，還能依據(jù)人類的聲音、手勢定動作，還能依據(jù)人類的聲音、手勢等指令，來從事相應(yīng)動作，此外，他等指令，來從事相應(yīng)動作，此外，他還具備了基本的記憶與辨識能力。還具備了基本的記憶與辨識能力。 ASIMO104 ASIMO利用其身上安裝的利用其身上安裝的傳傳感器感器，

41、擁有，擁有360度全方位感應(yīng)，可度全方位感應(yīng)，可以辨識出附近的人和物體。配合特以辨識出附近的人和物體。配合特別的視覺感應(yīng)器，他可以閱讀人類別的視覺感應(yīng)器，他可以閱讀人類身上的識別卡片，甚至認(rèn)出從背后身上的識別卡片，甚至認(rèn)出從背后走過來的人，真正做到眼觀六路。走過來的人，真正做到眼觀六路。當(dāng)他識別出合法人員后，還可以自當(dāng)他識別出合法人員后，還可以自動轉(zhuǎn)身，與之并肩牽手前進。在行動轉(zhuǎn)身，與之并肩牽手前進。在行進中，進中，ASIMO還能自動調(diào)節(jié)步行還能自動調(diào)節(jié)步行速度配合同行者。和人握手時，他速度配合同行者。和人握手時，他能通過手腕上的力量感應(yīng)器，測試能通過手腕上的力量感應(yīng)器，測試人手的力量強度和方

42、向，隨時按照人手的力量強度和方向，隨時按照人類的動作變化作出調(diào)整，避免用人類的動作變化作出調(diào)整，避免用力太大捏傷人類。力太大捏傷人類。ASIMO“眼”觀六路 105 ASIMO裝載的大量傳感器，既包括裝載的大量傳感器，既包括傳統(tǒng)人類的傳感器，也擁有一些超越人類傳統(tǒng)人類的傳感器，也擁有一些超越人類的特殊感應(yīng)器，能夠迅速地了解周圍情況，的特殊感應(yīng)器，能夠迅速地了解周圍情況，在復(fù)雜的環(huán)境下也能快速順暢地移動。在復(fù)雜的環(huán)境下也能快速順暢地移動。 視覺感應(yīng)器：其眼部攝影機通過視覺感應(yīng)器：其眼部攝影機通過連續(xù)拍攝圖片，再與數(shù)據(jù)庫內(nèi)容作比較，連續(xù)拍攝圖片，再與數(shù)據(jù)庫內(nèi)容作比較，以輪廓的特征識別人類及辨別來者

43、身份；以輪廓的特征識別人類及辨別來者身份； 水平感應(yīng)器：由紅外線感應(yīng)器和水平感應(yīng)器：由紅外線感應(yīng)器和CCD攝像機攝像機構(gòu)成的構(gòu)成的sensymg系統(tǒng)共同工作，系統(tǒng)共同工作，可避開障礙物。可避開障礙物。 超音波感應(yīng)器：以音波測量超音波感應(yīng)器：以音波測量3m范范圍內(nèi)的物體，即使在毫無燈光的黑暗中行圍內(nèi)的物體，即使在毫無燈光的黑暗中行使也完全無礙。使也完全無礙。ASIMO“眼”觀六路 106 ASIMO現(xiàn)在已被投放應(yīng)用，如日本的現(xiàn)在已被投放應(yīng)用，如日本的IBM等等七家企業(yè)就租用了七家企業(yè)就租用了ASIMO作為接待員。作為接待員。ASIMO能以頭部的眼球運動記錄器和手腕的能以頭部的眼球運動記錄器和手腕

44、的力覺感應(yīng)器探測人的活動范圍，端盤子、送咖啡力覺感應(yīng)器探測人的活動范圍，端盤子、送咖啡等動作根本難不倒他。放下盤子的時候，他會先等動作根本難不倒他。放下盤子的時候，他會先測試桌子的高度，然后再雙腳彎曲把盤子準(zhǔn)確地測試桌子的高度，然后再雙腳彎曲把盤子準(zhǔn)確地放在桌子上，當(dāng)然，受到身高和手臂彎曲角度限放在桌子上，當(dāng)然，受到身高和手臂彎曲角度限制，制，ASIMO無法把盤子放到過高的地方。無法把盤子放到過高的地方。如果在搬運的過程中受到?jīng)_撞，如果在搬運的過程中受到?jīng)_撞，ASIMO會啟會啟動全身的震動防護系統(tǒng)，避免盤子跌落。萬一真動全身的震動防護系統(tǒng)，避免盤子跌落。萬一真的跌落，依據(jù)手部傳感器測試的懸掛重

45、量，他也的跌落，依據(jù)手部傳感器測試的懸掛重量，他也可以作出判斷，立即停止步行，防止踩到盤子?？梢宰鞒雠袛?，立即停止步行，防止踩到盤子。在推手推車時，在推手推車時，ASIMO可以在力量傳感器的可以在力量傳感器的幫助下，調(diào)整用力的方向，還能自由地減速、轉(zhuǎn)幫助下，調(diào)整用力的方向，還能自由地減速、轉(zhuǎn)向、向正側(cè)面和斜向移動，他甚至可以沿著一定向、向正側(cè)面和斜向移動，他甚至可以沿著一定路線來推車。但是他的力氣很小，現(xiàn)在只能推動路線來推車。但是他的力氣很小，現(xiàn)在只能推動約約10千克的小車，指望他作為殘疾人助動暫時還千克的小車，指望他作為殘疾人助動暫時還不現(xiàn)實。但由于不現(xiàn)實。但由于ASIMO已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)闹悄?/p>

46、和多已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)闹悄芎投喾N活動能力，作為展館的導(dǎo)游還是綽綽有余的。種活動能力，作為展館的導(dǎo)游還是綽綽有余的。ASIMO動作靈活的接待員 107 日本本田研制的P3型擬人機器人108擬人機器人109法國國家實驗室的BIP2000110早稻田大學(xué)的WENDY擬人機器人111MIT研制的擬人機器人上肢112英國大學(xué)研制的氣囊驅(qū)動擬人機器人美國大學(xué)研制的電傳動擬人機器人113日本研制的擬人機器人114我國研究的仿人型機器人我國研究的仿人型機器人 哈爾濱工業(yè)大學(xué)雙足步行機器人在爬樓梯 國防科技大學(xué)研制 “先行者”仿人型機器人115北京航空航天大學(xué)研究的多指靈巧手北京航空航天大學(xué)研究的多指靈巧手116清

47、華制造所研制的國內(nèi)第一臺機器人化機器-虛擬軸機床117118清華制造所研制的119清華制造所研制的120清華制造所研制的生物芯片基因探針分配機器人系統(tǒng)121清華制造所研制的六自由度高精度微動機器人122清華正在研制的擬人機器人1231.8 未來機器人的發(fā)展方向未來機器人的發(fā)展方向 ( The Future of Robots )目前的應(yīng)用情況目前的應(yīng)用情況l機器人的誕生是人類高新技術(shù)革命的結(jié)晶，經(jīng)過短短四十多年的發(fā)展已取得了巨大成功，但是對于人類的理想來說這還僅僅是開始。l據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，1996年，全世界有機器人68萬臺，從1996年以來，世界機器人銷售量的年增長率為13%，到2000年，全

48、世界的機器人數(shù)量已達(dá)到130萬臺（1999年底銷售機器人總臺數(shù)已達(dá)到110萬臺）。 124應(yīng)用領(lǐng)域的進一步擴大應(yīng)用領(lǐng)域的進一步擴大 機器人在制造業(yè)中的發(fā)展是成功的，正逐步涉足非制造業(yè)。隨著人類改造大自然要求的提高，以及機器人適應(yīng)特殊環(huán)境能力的增強，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、軍事、海洋勘探、太空探索、生物醫(yī)學(xué)工程等行業(yè)將是機器人嶄露頭角的新領(lǐng)域。深入日常生活深入日常生活 在人們的日常生活中，各種服務(wù)機器人也將向我們走來，娛樂機器人將給我們的生活增添無限樂趣。清潔機器人將減輕我們繁重的家務(wù)。保健機器人可為老人和殘疾人提供保健幫助，是人們強烈需求的對象。未來的機器人未來的機器人 未來的機器人將像人一樣，能聽、能看、能說、能識別環(huán)境，具有記憶、推理和決策能力，在某些方面甚至有超過人的能力，如計算、速度、記憶、力量和適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力等。人類對機器人將逐