走进生活的机器人

走进生活的机器人1MainPoints机器人离我们有多远？机器人分类与趋势3.机器人组成与结构2.机器人发展与历史1.2机器人学习与使用4.Introduction•30年前，微软公司董事会主席比尔·盖茨毅然弃学，创立微软公司，成为个人计算机普及革命的领军人物。30年后的今天，他预言，机器人即将重复个人计算机产业崛起的道路，使机器人成为我们日常生活的一部分，“家家都有机器人”。34麦肯锡：决定2025年经济的12大颠覆技术5具备增强传感器、机敏性与智能的机器人；用于自动执行任务✪到2025年的影响力：经济：1.7—4.5万亿美元,生活：可改善5000万截肢及行动不便者的生活✪主要技术包括：无线技术,人工智能/计算机视觉,先进机器人机敏性、传感器,分布式机器人,机器人式外骨骼✪关键应用包括：产业/制造机器人,服务性机器人—食物准备、清洁、维护,机器人调查,人类机能增进（如钢铁侠）,个人及家庭机器人—清洁、草坪护理Development•早在我国西周时代，就流传有关巧匠偃师献给周穆王一个艺伎（歌舞机器人）。•作为第一批自动化动物之一的能够飞翔的木鸟是鲁班在公元前400年左右制成的。•东汉时期，张衡发明的指南车是世界上最早的机器人雏形（含有自动离合装置）6•第一次工业革命后，随着各种自动机器和动力系统的问世，机器人有幻想时期转为自动机械时期。•公元1768—1774年间，瑞士钟表名匠德罗斯父子设计出三个像真人一样大小的机器人——写字偶人、绘图偶人和谈风琴偶人。•1920年，捷克剧作家卡雷尔·凯培克在他的科幻情节剧《罗萨姆的万能机器人》中，第一次提出了“Robota”这个词，也被当成了机器人一词的起源。写字偶人7•针对人类社会对即将问世的机器人的不安，1942年美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。•第一法则机器人不得伤害人类，或袖手旁观人类受到伤害；•第二法则除非违背第一法则，机器人必须服从人类的命令；•第三法则在不违背第一及第二法则下，机器人必须保护自己。8机器人主题电影：《大都市》《星球大战》系列《霹雳五号》《200岁人》《剪刀手爱德华》《钢铁巨人》《机械战警》系列《终结者》系列《骇客帝国》系列《银翼杀手》《终结者》《异形》《2001太空漫游》《机械公敌》《机器人瓦力》9•1948年诺伯特·维纳出版《控制论》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。•1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一代可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。10•1965年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人，美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。•1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。11年代领域事件1955理论Denavit和Hartenberg发展了其次变换（D-H）变换1961工业美国专利2,998,237，Georgedevol的“编程技术”，传输1961工业第一台Unimate机器人安装，用于压铸1961技术由传感器的机械手MH-1，由Ernst在麻省理工学院发明1961工业Versatran圆柱坐标机器人商业化1965理论L.C.Roberts将其次变换矩阵应用与机器人1968技术斯坦福研究院发明带视觉的自由计算机控制的行走机器人Shakey1969技术V.C.Sheinman及其助手发明斯坦福臂1969理论用于行走机器人导向的机器人视觉在斯坦福研究院展出1970技术ETL公司发明带视觉的自适应机器人1971工业日本工业机器人协会（JIRA）成立1972理论R.P.Paul用D-H矩阵计算轨迹1972理论D.E.Whiney发明操作机的协调控制方式1975工业美国机器人研究院成立1975工业Unimate公司发布其第一次利润1976技术在斯坦福研究院完成用机器人的编程装配1978工业C.Rose及其同事成立了机器人智能公司，生产第一个商业视觉系统12Component•机器人系统由四部分组成，包括机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统四大部分。13•机械系统：由机身、手臂、腕部、末端操作和行走机构组成。应用最广，滚轮由电机驱动，具有驱动、换向、制动功能14支撑面积大、爬坡能力强、承载能力大适应能力强、稳定性好15•驱动系统：•主要有四种：液压式、气压式、电气式和机械式16•控制系统与感知系统：•利用传感器获取信息，并作出反馈。热电阻、热电偶电阻抗、静电容17Present各类机器人的发展•工业机器人IRB120是ABB机器人部目前推出的最小机器人和速度最快的六轴机器人。•军用机器人•医疗机器人•娱乐机器人：以供人观赏、娱乐为目的1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，当即销售一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。•家居机器人：家政服务、清洁、做饭2002年美国iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人18FANUC机器人将带来世界上最大的可搬运超重物体的机器人M-2000iA系列、世上速度最快的小型机器人M-1iA智能、高速拳头机器人以及一款世界上最LEAN（轻巧、最高效、最精确、最敏捷）的喷涂机器人——PaintMate200iA。FANUC公司的高速工业机器人——M-1iA2009年6月9日，在阿富汗赫尔曼德省的兵营里，美军第二海军陆战远征旅的士兵正在学习如何使用机器人来搜寻简易爆炸物。军用搜索排爆机器人瑞士“达芬奇”手术机器人SONY公司的QRIO和AbioIrobot公司的家用吸尘机器人——roomba2324•本田发布的新一代ASIMO可以在办公室等现实环境中作业，具有很高的运动能力。和以往相比，ASIMO可以和人手拉手走路等，强化了与人配合的行动能力，而且增加了利用手推车搬运物品的功能。•此外，新开发出的对这些功能进行统一控制的综合控制系统，使ASIMO可以自行从事接待、向导、递送等服务。并且极大地提高了移动能力，实现了时6km的奔跑及迂回行走。世界最先进的机器人-第1名ASIOMO世界最先进的机器人-第2名火星探路者MarsPathfinder(火星探路者)1996年美国航空航天局(NASA)火星探测计划的一部分，1996年12月4日从肯尼迪航天中心发射，1997年7月4日在火星表面着陆，只花费了不到15亿美元，这次登陆包括一系列的科学研究目的，包括分析火星大气层、地表地质特征、绘制火星地形图、记录天气变化等任务，并寻找火星上存在生命的证据。Pathfinder着陆后放出一个小型机器人(MarsMicrorover)，用于收集火星表面样品。RobotCub项目已经持续研发了5年了，这个项目由欧盟委员会通过UnitE5的”认知系统、交互及机器人”项目提供资金。主要目标是通过实现一个和3.5岁儿童差不多大的类人机器人，研究认知。这个项目在很多方面是开放的：公开发布平台，软件开源，还对新伙伴的加入开放，以希望形成世界范围的合作。世界最先进的机器人-第3名RobotCub世界最先进的机器人-第4名HRP-2HRP-2高154cm，质量为58kg，包括电池。有30个自由度(DOF)，包括臀部的2个。悬臂式胯部关节使它能在狭窄地形行走，高度紧凑的电子系统使它不再有其它类人机器人的那种“背包”。。世界最先进的机器人-第5名BigDog这是地球上最先进的全地形机器人，波士顿动力学机器人中的超男，可在复杂地形行走、跑、攀爬并可携带重物。大狗的动力来自于驱动液压系统的引擎，有4条像动物一样有关节的腿，减震部件还能把这一步的能量循环到下一步。BigDog的体型和大型犬或者小型骡子差不多，大约3英尺长，2.5英尺高，重240磅。这个机器人有3根手指，小型谐波驱动齿轮(harmonicdrivegear)，每个手指有一个大功率传动机构，它的手可以在1/10秒关闭180度，视觉芯片可以在一毫秒内处理物体的运动，指尖的触觉传感器也可以在一毫秒内计算出分布负荷和总负荷。机器人可以高速运球，以非常高的速度旋转笔，高速把球扔进篮筐，单手（它只有一个手并且只有3根手指）把绳子打结，用镊子抓起很小的物品，抓住移动的物体。世界最先进的机器人-第6名高速机械手JaemiHUBO促进了类人机器人的开发，增强了人-机器人交互的思想。项目的目标是使类人机器人可以和所处的环境交互，后续计划使它能在崎岖地形活动，在陌生环境与人交互并拿取物品。”项目的另一个目标是教育公众，尤其是年轻人。Jaemi目前存放在美国德雷赛尔大学。世界最先进的机器人-第7名HUBO世界最先进的机器人-第8名丰田人形机器人丰田(Toyota)人形机器人能以7Km/h的速度跑动，Asimo是6Km/h，对于机器人工程师来说，让人形机器人这样跑和走是一个艰难的挑战，但同时也降低了让机器人保持平衡的难度。目前可以行走的双足机器人并不是很多，会跑的更少。世界最先进的机器人-第9名EccerobotECCEROBOT项目是英国艾塞克斯大学CRONOS项目的副产品，CRONOS项目的主要组成部分是一个叫CRONOS的实体硬件机器人，虚拟版本叫SIMNOS，其视觉系统严格基于人脑。此项目的目的是为了通过内部建模检测机器意识，为此建立了如图所示的anthropomimetic机器人躯干。在ECCEROBOT项目中，还在进一步加强这个躯干，开发出一个控制器，用于研究与人类似的认知能力(cognitiveabilities)。世界最先进的机器人-第10名Reem-B类人机器人Reem-B是PAL机器人公司开发的第二个人形机器人，设计目标是服务型机器人，安装的传感器使它能自主熟悉环境，无需人员控制避免碰撞的行走。它拥有精密的手和立体摄像头系统，使它可以抓住很多种类的物体，其强壮的手臂能搬动它自重20%的重量，。另外它能对人说话并接受语音指令，识别人脸并能象个人助理那样提醒你重要的约会。Study学习与使用机器人的三个阶段•学习与模仿通过乐高机器人，能力风暴机器人等教育机器人平台，对机器人有基本的认知。•创意与制作使用教育机器人平台，展现学生的创意与制作能力。•设计与应用使用开放平台，应用机器人技术，设计可以解决现实问题的机器人或智能作品。34乐高EV3机器人35乐高机器人创意36能力风暴教育机器人37能力风暴机器人创意38Arduino机器人平台Arduino是一个基于开放源码的软硬件平台，具有使用类似Java、C语言的开发环境，再加上价格低廉，Arduino风靡全球各地，吸引了许多电子爱好者开发使用。39UNOLilyPadC语言编程界面40种类繁多的传感器41Arduino机器人创意42智能小车机械手臂穿戴式设备Thankyou!43