机器人学讲座

机器人技术的发展现状与未来王朝立上海理工大学计算机与电气工程学院1.机器人发展历史的简要回顾•什么是机器人？–来自于人类的梦想–1920年捷克作家Capek在《罗萨姆万能机器人公司》的剧中首次提出机器人（robot）这个词。–阿西莫夫(Asimov)1950年在他的小说《我是机器人》中提出了机器人三原则：•机器人不能伤害人类•机器人必须服从于人类•机器人必须保护自己不受伤害•机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，是一种具有人或生物某些功能的机械电子系统(机电系统)。•工业机器人发展历史–20世纪中期自动化技术发展•1946年发明了第一台计算机•1947年美国阿尔贡实验室开发遥控机械手，代替人处理放射性物质•1948年维纳的《控制论》和香农的《信息论》发表•1952年诞生了数控机床•1954年美国人Devol最早提出并申请了工业机器人专利。借助于伺服控制，人对机器人手把手进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是第一代工业机器人。•工业机器人发展历史–1962年美国AMF公司推出了VERSTRAN和UNIMATION公司推出UNIMATE机器人产品。最早的实用机型（示教再现），这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂组成。–60年代末期日本引进美国的专利技术，发展工业机器人。在汽车工业大量应用，成为机器人大国–国际上工业机器人经历了20世纪60年代发展期、70年代成熟期、80年代普及期，已经是一个十分成熟的产业，累计应用已超过100万台。主要应用于汽车制造业，代替人从事焊接、喷漆、搬运、涂胶、装配等作业–国际著名的工业机器人公司：日本的安川、法那克、不二越，德国的KUKA，瑞典的ABB公司等•特种机器人–工业机器人主要是指机器人手臂，在制造业的结构性环境下应用–特种机器人是指除工业机器人之外的那些机器人，一般具有移动性和在非结构环境下工作，应用领域更为广泛，机器人外观和功能更加丰富多彩–服务机器人、水下机器人、医疗机器人、采掘机器人、农业机器人（剪羊毛、采西红柿）、太空机器人、军用机器人，……–目前还没有形成产业，技术发展十分活跃2.中国的机器人研究与发展•中国的机器人研究与发展–国家从“六五”开始，在国家科技攻关计划中安排工业机器人项目，经过“七五”和“八五”的发展，取得了一定的成绩中国研制最早的一台机器人•1986年中国实施了为期15年（1986-2000）的高技术研究发展计划（863计划），其目的是跟踪国际高科技发展，缩小我国与发达国家在科技发展的差距•在15个技术主题中，设立了一个“智能机器人”主题•在863计划的支持下，我国机器人技术的研究与开发在短时间内获得长足发展，取得了一大批研究开发成果中央1986[24]文件确定的智能机器人主题工作目标研制出精密装配作业、水下三百米以下作业和恶劣环境作业等三种不同类型的智能机器人完成五个型号机器人研究开发探索者号—1000米无缆水下机器人精密一号装配机器人爬壁机器人核工业机器人核化侦查机器人•工业机器人•点焊机器人HT-100点焊机器人哈尔滨工业大学和沈阳自动化所120kg点焊机器人新松机器人公司120kg点焊机器人哈尔滨工业大学•弧焊机器人RH－6弧焊机器人新松机器人公司HT－10弧焊机器人哈尔滨工业大学•装配机器人精密1号装配机器人•我国第一台高性能装配机器人样机–直接驱动–具有力和视觉传感器–最大合成速度:4m/s–重复定位精度:0.03mm上海交通大学沈阳自动化所杭州电子工业学院SCARA型直角坐标型大连贤科机器人公司•自动导引车（AGV）自动导引车(AGV)新松机器人公司我国的工业机器人已从实验室走向工厂•具有自行设计和小批量生产工业机器人的能力，包括点焊、弧焊、装配、搬运、喷涂、切割、AGV等等•在企业完成了100多个取得实效的机器人应用工程。包括汽车、摩托车、工程机械、家用电器等行业•汽车工业–一汽汽车后桥弧焊生产线–一汽红旗轿车点焊生产线–一汽红旗轿车AGV发动机装配线–二汽轻型车点焊生产线–柳州微型汽车坐椅焊装线–金杯汽车AGV发动机装配线–江铃汽车后桥弧焊生产线典型机器人应用工程（1）红旗轿车中国一汽集团生产的国产轿车HT-100点焊机器人在焊接红旗轿车白车身120公斤点焊机器人在一汽红旗轿车生产线上焊接白车身一汽红旗轿车总装线一汽红旗轿车发动机装配线2台HT-10弧焊机器人在接汽车后桥东风轻型车厂卡车车身点焊机器人生产线AGV在沈阳金杯客车公司金杯海狮客车发动机装配线柳州轻型车厂汽车座椅弧焊机器人生产线•摩托车行业–嘉陵摩托车身机器人焊接线–金城摩托车身机器人焊接线–三水摩托车身机器人焊接线–新大洲摩托车身机器人焊接线典型机器人应用工程（2）南京金城摩托车厂摩托车车身焊接线•其它行业–上海卷烟厂自动导引车及物流自动化生产线–自动导引车汽车发动机装配线–机器人自动包装码垛生产线–广东吊扇电机机器人自动装配线–小型电器机器人自动装配线–精密机芯机器人自动装配线–海尔注塑机器人自动生产线典型机器人应用工程（3）大连华录集团录像机机芯机器人装配线宁波韵声集团精密机芯装配线–Precisionmachinerycorerobotassemblyline海尔注塑机上下料机器人上海旭电子集团显像管生产线中的上下料机器人大庆机器人化全自动包装码垛生产线新松机器人自动化公司•主要产品海尔机器人公司•主要产品注塑机取料机器人中国第一台水下机器人HR-011)1000m无缆水下机器人“探索者”中科院沈阳自动化所2)6000m无缆水下机器人“CR-01”中科院沈阳自动化所CR-01水下机器人在太平洋深海试验•地面移动机器人1)智能车---基于行为的导航系统清华大学2)核电站应用的主从式遥控机器人中科院沈阳自动化所3)排险机器人中科院沈阳自动化所4)消防机器人上海消防研究所和上海交通大学5)双足步行机器人长沙国防科技大学•爬壁机器人1)壁面清洗机器人哈尔滨工业大学北京航空航天大学上海大学2)爬绳索机器人上海交通大学适应绳索直径：Ф80～Ф140mm速度：5m/min最大负载：50kg•管道机器人1)天然气输送管道检查机器人哈尔滨工业大学检查工作中Ф80mm2)管道内喷涂机器人哈尔滨工业大学3)石油输送管道超声检测机器人上海大学4)微管道检查机器人上海大学AMicroScrewDrivingActuatorwithaMicroEddy-CurrentSensor(Ф20mm)AMicroPlanetGearDrivingActuatorwithaMicroCCDCamera(Ф20mm)APZTBimorphActuatorwithaMicroCCDCamera(Ф20mm)上海交通大学(Ф6mm)•农业和林业机器人1)蔬菜自动嫁接机器人中国农业大学2)采松果机器人和筏根机器人东北林业大学•医疗机器人和个人护理机器人1)用于神经外科手术立体定向的机器人北京航空航天大学2)智能轮椅中科院自动化研究所•工程机器人1)隧道凿岩机器人中南大学2)混凝土喷射机器人山东科技大学•微操作机器人和微型机器人1)用于生物工程的微操作机器人系统南开大学2)具有视觉反馈的微操作系统北京航空航天大学微操作机器人的生物医学工程应用3)生物工程应用的光学微操作系统中国科技大学4)用于精密装配的微操作系统哈尔滨工业大学3DPZT驱动单元5)微型SMA驱动的6足机器人尺寸:25mm×30mm×30mm重量:20g行走速度:18mm/min上海交通大学电磁式2毫米电机3.机器人技术的发展趋势•机器人技术仍然是一项对国民经济发展、国家安全具有重要战略意义的高技术。•“十五”期间，国家863计划将继续发展机器人技术扩大新的应用领域•机器人技术的本质–感知、决策、行动和交互•机器人技术与其它新技术结合，应用领域进一步扩大–医疗机器人–个人服务机器人–多机器人系统–网络机器人–娱乐机器人–微机器人–人型机器人沈阳自动化所正在进行的研究多机器协调作业双机器人协调作业沈阳自动化所研制的蛇形机器人SIA与香港合作的遥操作机器人实验•终.MPG•2.mpg谢谢!