机器人讲座报告

现代机器人的今天与明天王振华苏州大学机器人与微系统研究中心苏州博实机器人技术有限公司提纲111机器人技术发展历史与状况机器人技术发展历史与状况222国外机器人现状与发展趋势国外机器人现状与发展趋势333444555结束语结束语我国机器人技术主要成就我国机器人技术主要成就我国机器人技术发展战略我国机器人技术发展战略1.机器人的产生背景n第二次世界大战结束后，各国加强经济发展，为机器人的产生提供了社会条件。n机器人产生是生产力发展的客观需要，是人类自身发展的必然结果。通过机器人实现人类智能和体力的扩展，机器人成为人类的“奴隶”，代替人类从事危险和繁重的体力劳动，实现人类对不可达世界的认识和改造。n电子技术、计算机技术以及制造技术的发展为机器人的产生提供了技术保证。2.为什么要发展机器人?n国家科技水平和国民经济现代化、信息化的重要标志；n深入到各个领域:工农业、军事、航天、教育娱乐、社会服务、排险救灾……；n提高工作效率、提高产品质量、减轻人的体力劳动；n机器人干人不愿干的活将人从有毒、有害、高温、危险的作业中解放出来。n机器人干人干不好的活机器人可以不知疲倦地重复工作n机器人干人干不了的活机器人可以下深海、上高空、入人体…3.什么是机器人?n具有一些类似人功能的(机械电子装置)自动化机器。1.有类人功能，如动作能力、感知能力…...2.根据人的编程自动工作；3.它是人造的机器或机械电子装置。n目前，还没有统一的有关机器人的定义。一般认为：机器人是计算机控制的、可以编程的、能够完成某种工作或可以移动的自动化机械。4.4.机器人的发展历史机器人的发展历史古代机器人n早在3000年前偃师就用木头制成了一个能歌善舞的“伶人”，（《列子·汤问》记载）这是最早记载的机器人，可以称得上是世界机器人的鼻祖。n春秋后期，鲁班发明了一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”。n木牛流马陕西汉中发明的“木牛流马”，长1.4米，高1.1米，自重17.5公斤，可载重35至40公斤。指南车是中国古代科技成果的杰出代表，是古代一种指示方向的车辆。现代机器人的起源n1920年，捷克作家卡雷尔·卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。剧本中把捷克语“Robota”写成了“Robot”，被当成了机器人一词的起源。体现了人类长期以来的一种愿望：创造出一种机器代替人进行各种工作。n1950年,美国作家埃萨克·阿西莫夫在科幻小说《I，Robot》中首次使用了“Robotics”，即“机器人学”。阿西莫夫提出了“机器人三原则”：①机器人不应伤害人类,且在人类受到伤害时不可袖手旁观；②机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；③机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。n机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则，阿西莫夫因此被称为“机器人学之父”。4.4.机器人的发展历史机器人的发展历史n1947年在美国橡树岭国家实验室研制成功第一台主从遥控机器人，用于核原料的处理。n1962年美国研制成功PUMA通用示教编程机器人。标志着机器人走向成熟。n相继英国人也研制成功······n60年代末期，日本购买了美国机器人专利，研究和开发机器人。n70年代，日本等国将机器人用于汽车工业，机器人走向应用。n70年代后期80年代初，工业机器人变成商品，得到普遍应用，并开始研究具有感知的第二代机器人。出现瑞典ABB机器人公司、德国KUKA机器人公司、日本MOTOMAN机器人公司和FUNAC机器人公司。n不断扩展机器人的应用领域······5.机器人发展的三个阶段n第一代机器人:示教再现型，通过手动或其它方式，先引导机器人动作，记录下工作程序，机器人则自动重复进行作业。n第二代机器人:带感觉（感知型）的机器人，带力觉、触觉、视觉······;利用传感器获取的信息控制机器人的动作。机器人对环境有一定的适应性。n第三代机器人:智能机器人，只需要告诉它“做什么?”,不用告诉它“怎么做?”，它有运动、感知、思维、人机交互功能。机器人具有感知和理解外部环境的能力，即使环境发生变化，也能够成功的完成任务。6.机器人应用分类n按驱动形式气驱动液驱动电驱动交流伺服驱动直流伺服驱动n按用途划分（1）工业机器人弧焊机器人点焊机器人搬运机器人装配机器人喷涂机器人抛光机器人（2）特种机器人空间机器人水下机器人军用机器人教学机器人服务机器人医用机器人排险救灾机器人固定式移动式轮式履带式足式爬行机器人执行机构驱动装置控制系统感知系统基座（固定或移动）手部腕部臂部腰部电驱动装置液压驱动装置气压驱动装置处理器关节伺服控制器内部传感器外部传感器肢体肌肉大脑神经7.机器人基本组成我国机器人的发展基本概况n中国的机器人研究始于70年代后期，局限于理论研究;n从“七五”开始国家将机器人列为国家科技发展计划;n1986年设立国家“863”计划，机器人得到快速的发展;n主要研究单位：中科院沈阳自动化所、哈尔滨工业大学、机械部北京自动化所、北京航空航天大学、上海交通大学、清华大学、中科院北京自动化所等;n研制成功工业机器人、水下机器人、空间机器人、核工业机器人等;n总体水平与国外发达国家相比有较大的差距;n在若干关键技术上有特色。u工业机器人与其应用n工业机器人:技术最成熟,应用最广泛n世界总量:已销售150万台已装备100万台n发展概况:日本居首位,成为机器人王国美国发展迅速,新安台数超日中国已开始产业化,研制成功多种工业机器人(1)(1)点焊机器人点焊机器人特点:n点位控制n5-6个自由度n负重30-210公斤n工作空间大n运动速度高n应用于汽车制造业(2)(2)弧焊机器人弧焊机器人特点:n续轨迹控制n5-6个自由度n位置重复精度高n负重5-10公斤n应用于机械制造业(3)(3)搬运装配搬运装配(4)(4)过程自动化过程自动化(5)(5)去毛刺修型去毛刺修型(6)(6)自动上下料自动上下料(7)(7)喷涂喷涂(8)IC(8)IC行业行业n特点：洁净、真空、高精度n应用：硅片传输、封装小结：工业机器人应用情况n我国目前正从劳动密集型产业向现代化制造业方向发展。工业机器人的装机总量和每年新增的工业机器人台数都在快速增长。n2001年以来年平均增长率高达16％，2005-2007年的年平均增长率为24％，远高于国际平均水平。装机总量2005年7000台2008年31400台新安装台数2006年5770台2007年6581台2008年7500台u服务机器人n随着社会的进步和科学技术的发展现代机器人逐渐向非制造业和服务业发展n移动式服务机器人具有更广泛的应用前景n教育娱乐、家政、医用、特种环境等机器人n2006年世界累计服务机器人约240万套，2007年世界新安装服务机器人达100万套，预计2011年家用、娱乐与医疗康复等服务机器人将到达1700万台套。(1)清洁机器人(2)汽车加油机器人(3)烹饪及服务机器人(4)导盲机器人(5)农业机器人(6)娱乐机器人(7)全自主智能移动机器人(8)竞赛娱乐机器人小结：服务机器人的关键技术n移动机构：轮式、带式、步行式n环境感知：对非结构化环境有较为准确的描述n能源技术：机器人的生命源。理想的能源能量密度高，输出电压恒定，内阻小，耐高温，可充电，成本低n控制技术：开放式、友好的人机接口u医疗康复机器人康复机器人（生机电一体化技术）n肢体残疾人上千万n减少社会负担n恢复个人生活能力和身心健康(1)助老助残机器人(2)助老助残机器人(3)医疗机器人“ZEUS”机器人遥操作外科手术系统DaVinci外科手术机器人系统小结：医疗机器人小结：医疗机器人关键科学与技术问题n生物电信号(脑电,肌电)提取与识别技术n肢体运动物理参数的测量与提取n低功耗、轻量化的智能假肢本体n基于生物电信号与物理信号结合的智能假肢控制方法n假肢的步态对称性研究u军用机器人n海湾战争、波黑科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争、利比亚以来，军用机器人扮演了越来越重要的角色，代替人完成了各种危险的任务。n装备军用机器人的好处：o减少伤亡；o提高作战强度；o提高后勤及技术保障能力；o特种作战、极限作战。军用机器人应用现状n美国：伊拉克战场有5000多机器人。未来10年内智能战争机器人将成为美军未来主要战斗力。投入了研究费1270亿美元，拟组成18种机器人作战兵团。使美军士兵伤亡率降低60％－80％；n英国“鹰爪”“剑客”“神奇眼球”等机器人士兵参加军事演习，防暴机器人、水下机器人早已活跃在各条战线；n德国/俄罗斯：主要在实现越野车和坦克的自主能力，从而实现无人驾驶智能化系统。n韩国：已应用于朝韩三八线附近巡逻。到2018年，仅技术开发就投入8000亿韩元，预计战斗力增强2-4倍。n2008年中科协发布的《兵器科学技术学科发展报告》特别指出，未来战争将摒弃人海战术，无人驾驶智能化系统将成为主角.军用机器人n单兵作战机器人(Packable)：携带方便适合于单兵作战，功能和负载能力较差。n中型移动机器人：体积大功能全，具有较强的作业能力。需要辅助运输工具。n大型机器人：大负荷运输和打击，具有较强的地面适应能力和机动性。单兵作战小型机器人大型越野车辆机器人中型机器人军用机器人n第一代：远程控制移动平台具有简单的轮子或者履带的移动机构，在士兵的遥控下完成任务n第二代：智能调整移动机构平台内有足够的计算机智能和传感器，自主调整移动机构从而最大限度的适应地面，保持平台稳定性。n第三代：仿生移动机构人工智能和仿生移动机构的进一步发展，衍生出的高智能体移动机构。第一代移动载体自主适应地面的载体人工智能和仿生技术(1)地面机器人高机动性能移动平台。具有环境传感器，代替人或者协助人自主或者局部自主进行地面作业。用途用途：¨作战¨侦察¨排暴¨扫雷¨……美国F6A排爆机器人徘徊者与步兵战车和坦克构成防御系统美国talonRobot(1.1)地面作战机器人(1.2)地面作战机器人(1.3)地面运输机器人(1.4)地面侦察机器人(2)飞行机器人n单兵携带；n远程遥控；n重量18Kg；n最大速度3.7m/s；n每次充电能持续13公里行程，涉水达3米。n作业功能：侦查、排爆、危险作业等。（（33））单兵作战机器人美国Irobot公司单兵机器人系列（4）典型军用机器人美国福斯特-米勒公司的“魔爪”机器人n最大速度2m/s，控制盒重13.6公斤，单机重量不大于45Kg，可单兵携带；n配备的武器包括步枪、机枪以及火箭弹发射器；（5）典型军用机器人“压碎机”地面无人战车n加满燃油时重为6356千克，可承载1362千克有效载荷；n六轮全驱动混合动力的无人地面车辆，具有滑动转向功能；n携带作战工具实现作战功能，还具有运输和排雷功能；n它具有高水平的感知功能，“压碎机”无人地面战车定义了自主无人地面车辆系统的最新技术发展水平。作战功能运输功能越野性能（6）其它军用机器人美国海军陆战队美国海军陆战队——TOVTOV遥控战车遥控战车机器人侦察车机器人侦察车————由康曼多侦察车改装而成的由康曼多侦察车改装而成的GSRGSR无人侦察车无人侦察车——美国海军（由美国海军（由M114M114改成）改成）美国马丁公司美国马丁公司————TMAPTMAP战场机器人战场机器人（7）反恐机器人BISONSUPER-M（7）反恐机器人我国的遥控防化侦察机器人（7）反恐机器人爬壁侦察机器人球形侦察机器人u水下机器人为什么开发水下机器人？n开发丰富水下资源—铜、锰、镍、钴、铀、石油、天然气，为陆地的数拾倍至数千倍。n海底勘探n海洋救护n水下侦察、排险n清理航道n智能水雷形形色色的水下机器人形形色色的水下机器人我国的蛟龙号水下考察机器人水下考古打捞机器人我国极地水下机器人俄罗斯的极地深海机器人形形色色的水下机器人美国NEI研制的CAT水下机器人我国的水下机器人CR-016000米无缆自治水下机器人水下机器人水下机器人的关键技术n承受深水高压而不变形n耐高水压的动态密封结构和技术n远距水声通信和信息处理技术n航行控制技术n环境识别技术n安全保护技术n能源技术中国7000米载人潜水器u空间机器人n研