人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用 課件 8.1機器人簡介

機器人簡介主講人：郁云人工智能課程團隊人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用目錄|

CONTENTS機器人概念01機器人三大定律02機器人分類0301機器人概念機器人概念“機器人”一詞的起源：機器人形象和機器人一詞，最早出現(xiàn)在科幻和文學(xué)作品中。1920年，捷克作家卡雷爾·卡佩克發(fā)表了一部名為《羅薩姆的萬能機器人》的劇本，劇中敘述了一個叫羅薩姆的公司把機器人作為人類生產(chǎn)的工業(yè)品推向市場，讓它充當(dāng)勞動力代替人類勞動的故事。作者根據(jù)小說中Robota(捷克文，原意為“勞役、苦工”)和Robotnik(波蘭文，原意為“工人”)，創(chuàng)造出“機器人”這個詞。機器人概念1967年，在第一屆機器人學(xué)術(shù)會議上，人們提出了兩個有代表性的定義。一個是森政弘、合田周平共同提出的“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7個特征的柔性機器”。從這一定義出發(fā)，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10個特性來表示機器人的形象。另一個定義則由加藤一郎提出，他把具有如下3個條件的機器稱為機器人:1.具有腦、手、腳等三要素的個體;2.具有非接觸傳感器(用眼、耳接受遠方信息)和接觸傳感器;3.具有平衡覺和固有覺的傳感器。機器人概念時間國家/組織/個人定義1979年美國機器人工業(yè)協(xié)會一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置，通過可編程動作來執(zhí)行各種任務(wù)，并具有編程能力的多功能操作機。1980年日本工業(yè)機器人協(xié)會一種帶有記憶裝置和末端執(zhí)行器的、能夠通過自動化的動作而代替人類勞動的通用機器。1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織工業(yè)機器人是一種具有自動控制操作和移動功能、能完成各種作業(yè)的可編程操作機1988年法國埃斯皮奧機器人是指設(shè)計能根據(jù)傳感器信息實現(xiàn)預(yù)先規(guī)劃好的作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法作為研究對象1994年中國科學(xué)院自動化研究所一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。機器人定義03機器人三大定律機器人三大定律機器人三大定律，也被稱為機器人學(xué)家艾薩克·阿西莫夫（IsaacAsimov）的機器人法則，是關(guān)于機器人行為和人工智能倫理的原則。這些定律旨在確保機器人在與人類互動和執(zhí)行任務(wù)時遵循道德和安全準(zhǔn)則。機器人三大定律定律級別定律定義定律解釋第一定律機器人不得傷害人類或無行動能力的人類，也不得因不作為而使人類受到傷害。這條定律強調(diào)了機器人不應(yīng)該對人類造成傷害，無論是直接的身體傷害還是通過不作為導(dǎo)致的危險。機器人的主要任務(wù)是為人類提供幫助和服務(wù)，而不是對人類造成傷害。第二定律機器人必須服從人類的命令，除非這些命令與第一定律相沖突。這條定律要求機器人遵循人類的指令和命令，但前提是這些命令不會違反第一定律。如果機器人接收到與第一定律相沖突的命令，它應(yīng)該拒絕執(zhí)行或?qū)で笃渌鉀Q方案以避免傷害人類。第三定律機器人必須保護自己的存在，除非這種保護與第一定律或第二定律相沖突。這條定律強調(diào)了機器人對自身安全和保護的權(quán)利。機器人應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀Ｗo自己，但不能通過違反第一定律或第二定律來實現(xiàn)。這意味著機器人不能通過傷害人類或違抗人類的命令來保護自己。機器人三大定律醫(yī)療機器人的責(zé)任的與道德在醫(yī)療領(lǐng)域，機器人已經(jīng)展現(xiàn)出了驚人的能力，比如手術(shù)機器人能執(zhí)行復(fù)雜且精細的手術(shù)操作，康復(fù)機器人能為病患提供個性化的康復(fù)訓(xùn)練，護理機器人則能協(xié)助醫(yī)護人員完成日常的病患照護工作。但隨之而來的，是對機器人責(zé)任的考量。當(dāng)機器人出現(xiàn)錯誤或故障時，如何確定責(zé)任歸屬？是制造商、程序員，還是操作機器人的醫(yī)護人員？道德問題同樣棘手。醫(yī)療工作不僅關(guān)注技術(shù)和效果，更強調(diào)倫理原則和人文關(guān)懷。但機器人在執(zhí)行醫(yī)療任務(wù)時，可能會忽略這些方面，導(dǎo)致醫(yī)療過程缺乏人文關(guān)懷和道德考量。比如，在緊急情況下，機器人是否應(yīng)該優(yōu)先救援年輕患者，還是平等對待所有需要救助的患者？這些問題都需要我們深入探討和解決。機器人三大定律零定律法則為了讓法則更完善，后來又出現(xiàn)了補充的“機器人零定律”。第零定律：機器人必須保護人類的整體利益不受傷害，其它三條定律都是在這一前提下才能成立。三定律加上零定律，看來堪稱完美，但是“人類的整體利益”這種混沌的概念，連人類自己都搞不明白，更不要說那些用0和1來想問題的機器人了。威爾·史密斯曾說：“《我，機器人》中心概念是機器人沒有問題，科技本身也不是問題，人類邏輯的極限才是真正的問題。”02機器人的分類機器人的分類機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。專家預(yù)測，機器人產(chǎn)業(yè)將成為繼汽車、計算機之后新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。但是，直到2019年為止，對于機器人的分類依然爭議不斷，難以統(tǒng)一，極大的阻礙了機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！稒C器人分類》規(guī)定了機器人的分類原則、分類方法和分類匯總。該標(biāo)準(zhǔn)適用于機器人的分類，分類方法標(biāo)準(zhǔn)有應(yīng)用領(lǐng)域、運動方式、使用空間、機械結(jié)構(gòu)四個方向。機器人的分類（1）應(yīng)用領(lǐng)域機器人根據(jù)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域，機器人可分為工業(yè)機器人、個人/家庭服務(wù)機器人、公共服務(wù)機器人、特種機器人和其他應(yīng)用領(lǐng)域機器人應(yīng)用領(lǐng)域機器人描述應(yīng)用工業(yè)機器人（industrialrobot）可自動控制、可重復(fù)編程、多用途的操作機，可對三個或者三個以上軸進行編程，它可以是固定式或移動式，在工業(yè)自動化中廣泛使用。搬運作業(yè)機器人、焊接機器人、噴涂機器人、裝配機器人、加工機器人、碼垛機器人、其他工業(yè)機器人。個人/家庭服務(wù)機器人（personal/householdservicerobot）在家居環(huán)境或類似環(huán)境下使用的，以滿足使用者生活需求為目的的服務(wù)機器人。這類機器人的操作使用，通常不需要專業(yè)知識或技能，不需要特別的培訓(xùn)或資質(zhì)。家務(wù)機器人、娛樂機器人、教育機器人、養(yǎng)老機器人、個人運輸機器人、其他家用機器人。公共服務(wù)機器人（publicservicerobot）住宿、餐飲、金融、清潔、物流、教育、文化和娛樂等領(lǐng)域的公共場合為人類提供一般服務(wù)的商用機器人。餐飲機器人、講解引導(dǎo)機器人、公共代步機器人、多媒體機器人、其他機器人。特種機器人（specialrobot）應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域，一般由經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員操作或使用的，輔助和/或替代人執(zhí)行任務(wù)的機器人。搜救機器人、采掘機器人、手術(shù)機器人、康復(fù)機器人、檢修機器人、偵查機器人、排爆機器人、其他機器人。其他應(yīng)用領(lǐng)域機器人除以上四類應(yīng)用領(lǐng)域之外的機器人。機器人的分類（1）應(yīng)用領(lǐng)域機器人根據(jù)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域，機器人可分為工業(yè)機器人、個人/家庭服務(wù)機器人、公共服務(wù)機器人、特種機器人和其他應(yīng)用領(lǐng)域機器人機器人的分類（2）運動樣式機器人根據(jù)機器人的運動方式，機器人可分為輪式機器人、足腿式機器人、履帶式機器人、蠕動式機器人、飛行式機器人、浮游式機器人、潛游式機器人和其他運動方式機器人運動樣式機器人描述應(yīng)用輪式機器人（wheeledrobot）利用輪子實現(xiàn)移動的移動機器人。按其驅(qū)動方式可分為：1）雙輪驅(qū)動機器人2）三輪驅(qū)動機器人3）全方位驅(qū)動機器人4）其他輪式機器人。足腿式機器人（leggedrobot）亦稱腿式機器人，利用一條或更多條腿實現(xiàn)移動的移動機器人。按其腿的數(shù)量可分為：1）雙足機器人2）三足機器人3）四足機器人4）其他足腿式機器人。履帶式機器人（crawlerrobot;trackedrobot）利用履帶實現(xiàn)移動的移動機器人。按其驅(qū)動履帶及關(guān)節(jié)數(shù)量可分為：1）單節(jié)雙履帶機器人2）雙節(jié)雙履帶機器人3）多節(jié)多履帶機器人4）其他履帶式機器人。蠕動式機器人（squirmingrobot）利用自身蠕動裝置實現(xiàn)移動的機器人。按其移動方向可分為：1）上下蠕動機器人2）左右蠕動機器人3）其他蠕動式機器人。飛行式機器人（flyingrobot）亦稱空中機器人，利用自身的飛行裝置飛行移動的移動機器人。按其起飛方式可分為：1）直升飛行機器人2）滑行飛行機器人3）手拋飛行機器人4）其他飛行式機器人。浮游式機器人（floatingrobot）亦稱水面機器人，利用自身的推進裝置在水面上實現(xiàn)移動的移動機器人。按其推進方式可分為：1）螺旋槳浮游機器人2）平旋推進浮游機器人3）噴水浮游機器人4）噴氣浮游機器人5）其他浮游式機器人。潛游式機器人（divingrobot）亦稱水下機器人，利用下潛、潛游裝置實現(xiàn)下潛游動的移動機器人。按其運動方式可分為：1）拖曳潛游機器人2）自主潛游機器人3）其他潛游式式機器人其他運動方式機器人

主要包括固定式機器人、復(fù)合式機器人、穿戴式機器人、噴射式機器人和除了以上運動方式之外的機器人。機器人的分類（2）運動樣式機器人根據(jù)機器人的運動方式，機器人可分為輪式機器人、足腿式機器人、履帶式機器人、蠕動式機器人、飛行式機器人、浮游式機器人、潛游式機器人和其他運動方式機器人機器人的分類（3）空間樣式機器人根據(jù)機器人的使用空間，機器人可分為地面/地下機器人、水面/水下機器人、空中機器人、空間機器人和其他使用空間機器人空間樣式機器人描述地面/地下機器人（groundrobot）在地平面上/下輔助和/或替代人執(zhí)行任務(wù)的機器人。水面/水下機器人按其使用水域可分為：1）內(nèi)河水面機器人2）海洋水面機器人3）淺水機器人4）深水機器人5）其他水下機器人?？罩袡C器人按中國民航局空域分類，可分為：1）中低空機器人2）高空機器人3）其他空中機器人?？臻g機器人（spacerobot）在太空中進行試驗、操作、探測等活動的機器人?？臻g機器人按使用空間可分為：1）空間站機器人2）星球探測機器人3）其他空間機器人其他使用空間機器人除了地面/地下機器人、水面/水下機器人、空中機器人、空間機器人之外的其他使用空間機器人。機器人的分類（4）機械結(jié)構(gòu)樣式機器人依據(jù)JB/T8430—2014標(biāo)準(zhǔn)，機器人按其機械結(jié)構(gòu)類型可分為垂直關(guān)節(jié)型機器人、平面關(guān)節(jié)型機器人、直角坐標(biāo)型機器人、并聯(lián)機器人和其他機械結(jié)構(gòu)類型機器人。機械結(jié)構(gòu)樣式機器人描述垂直關(guān)節(jié)型機器人按其軸數(shù)可分為四軸關(guān)節(jié)機器人、五軸關(guān)節(jié)機器人、六軸關(guān)節(jié)機器人和其他垂直關(guān)節(jié)型機器人，類似于人類的手臂；應(yīng)用領(lǐng)域有裝貨、卸貨、噴漆、表面處理、測試、測量、弧焊、點焊、包裝、裝配、切屑機床、固定、特種裝配操作、鍛造、鑄造等。平面關(guān)節(jié)型機器人按其手臂數(shù)量可分為單臂SCARA（SelectivelyCompliantArmforRoboticAssembly）機器人、雙臂SCARA機器人和其他平面關(guān)節(jié)型機器人，其通常由三個互相平行的旋轉(zhuǎn)軸和一個線性軸組成，應(yīng)用領(lǐng)域有裝貨、卸貨、焊接、包裝、固定、涂層、噴漆、粘結(jié)、封裝、特種搬運操作、裝配等。直角坐標(biāo)型機器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、運動自由度僅包含三維空間正交平移的自動化設(shè)備，組成部分包含直線運動軸、運動軸的驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、終端設(shè)備?？稍诙囝I(lǐng)域進行應(yīng)用，有超大行程、組合能力強等優(yōu)點。直角坐標(biāo)機器人可以非常方便的用作各種自動化設(shè)備，完成如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。并聯(lián)機器人（pa