机器人概述

机器人的昨天、今天和明天机器人的昨天古老的回忆机器人的诞生机器人的定义木牛流马木牛流马传说就是诸葛亮发明的一种自动装置。它可以不用牲畜做动力，而是使用类似弹簧的装置来提供动力，帮助蜀国的军队运送战略物资。端茶玩偶1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪演出。18世纪末通过改进，制造出了端茶玩偶。它是木质的，发条和弹簧则是用鲸鱼须制成的。它双手捧着茶盘，如果把茶杯放在茶盘上，它便会向前走，把茶端给客人，客人取茶杯时，它会自动停止行走，客人喝完茶把放回茶盘上时，它就又转回原来的地方。Mechanicalman-BoilerplateItwasdevelopedbyProfessorArchibaldCampionduringthe1880sandunveiledatthe1893World’sColumbianExposition.BuiltinasmallChicagolaboratoryItwasoriginallydesignedasaprototypesoldierforuseinresolvingtheconflictsofnationsItembarkedonaseriesofexpeditionstodemonstrateitsabilities,themostambitiousbeingavoyagetoAntarcticaItcircumnavigatedtheglobein1901tocelebratethenewcenturyItisoneofhistory’sgreatironies,atechnologicalmilestonethatremainslargelyunknown.Eveninanagethatgavebirthtotheautomobileandaeroplane,afunctioningmechanicalmanshouldhaveaccordedmoresignificanceAntarcticaLaboratory重要历史1920年捷克斯洛伐克剧作家KarelCapek在其科幻作品《Rossum’sUniversalRobots》中第一次使用了单词Robot。这个词来源与捷克语中的Robota，本意为奴隶1938年美国人WillardPollard和HaroldRoselund为其公司设计了第一个可编程的机械装置喷漆器1942年科幻小说家IsaacAsimov在作品《Runaround》中提出了著名的机器人三定律1946年第一台电子计算机ENIAC在美国宣告诞生1948年麻省理工学院教授NorberWiener发表了关于电子学、机械学以及生物系统的通信和控制理论的著作《Cybernetics》1951年法国的RaymondGoertz为原子能委员会设计了第一个远程控制的关节手臂1954年GeorgeDevol设计了第一个可编程机器人且注册了术语UniversalAutomation，为其后来创办公司做好了铺垫Unimate1959年美国英格伯格和德沃尔(Devol)制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。这种机器人外形有点像坦克炮塔，基座上有一个大机械臂，大臂可绕轴在基座上转动，大臂上又伸出一个小机械臂，它相对大臂可以伸出或缩回。小臂顶有一个腕，可绕小臂转动，进行俯仰和侧摇。腕前端是手，即操作器。这个机器人的功能和人手臂功能相似从两者的体积比较来看，微型化是机器人的一个发展方向Unimate初期生产线Unimate后来产品机器人的定义1984年12月在巴黎召开了“工业机器人学会”，提出了下述机器人定义的提案，并基本上得到了各国代表的承认：ROBOT：Arobotisamachinewhichcanbeprogrammedtoperformsometaskswhichinvolvemanipulativeorlocomotiveactionsunderautomaticcontrol.即机器人是一种可编程的，能执行某些操作或移动动作的自动控制机械。机器人的今天机器人的组成机器人的分类应用现代机器人的成长（小结）传感器驱动伺服单元机械本体控制系统能源供给传动机构执行部件辅助结构连接体运动机构机械本体所有的部分都需要吗？驱动方式液压伺服电机伺服气动伺服传感系统电荷耦合器件CCD压电材料构成气敏电阻？嗅敏仪应变片、热敏电阻······它们有什么相同点？按照应用领域分类民用机器人：工业机器人Dull农业机器人服务机器人Dirty娱乐机器人类人机器人军用机器人：水陆Dangerous空空间工业机器人工业机器人（通用及专用）一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品（电视机、电冰箱、洗衣机）、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码跺等作业的机器人直角坐标机器人--德国百格拉公司2003汉诺威工业博览会上展出的机械手臂两台KUKA机器人在悬吊式传送带上给汽车安装车轮电焊机器人装配机器人冲洗机器人农业采集机器人类人机器人--ASIMO瑞典博福斯公司研制的“双鹰”ROV。双鹰载重80公斤，速度5节，可在500米深处作业。它装有360度全姿态控制系统，使ROV可在6个自由度上运运动。“赫耳墨斯”在阿富汗用于实战牵牛星无人机美国研制的火星漫游者仿生机器人现代机器人的成长阶段第一代（示教再现型机器人）：由人操纵机械手做一遍应当完成的动作或通过控制器发出指令让机械手臂动作，在动作过程中机器人会自动将这一过程存入记忆装置。当机器人工作时，能再现人教给它的动作，并能自动重复的执行第二代（有感觉机器人）：对外界环境有一定感知能力。工作时，根据感觉器官（传感器）获得的信息，灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作第三代（智能机器人）：不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作。智能机器人的“智能”特征就在于它具有与外部世界——对象、环境和人相适应、相协调的工作机能。从控制方式看是以一种“认知—适应”的方式自律地进行操作机器人的明天从研究领域到发展方向机器人发展的极限预言机器人运动学正向运动学——给出各关节的相对角度关系，确定最终执行部件的位置逆向运动学——根据需要的最终执行部件的位置对各关节的相对角度做出合理的选择机器人动力学正问题——研究机器人手臂在关节力矩作用下的动态响应。主要内容是建立机器人手臂的动力学方程，可以利用牛顿欧拉法和拉格朗日法逆问题——已知机器人的运动状态，确定各关节力矩。为了满足实时控制的要求，算法必需得简洁机器人控制理论基本控制方法——以经典控制理论为基础建立数学模型现代控制技术——最优控制、解耦控制、自适应控制、变机构滑模控制以及神经元网络控制等机器人感觉及其信息处理内部传感器触觉传感器力觉传感器接近与距离传感器视觉传感器传感器与计算机接口设计图像处理机器人的语音······发展方向智能化微型化仿生人工智能人工智能是关于人造物的智能行为，它包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中的行为，人工智能的一个长期目标是发明出可以像人类一样或更好地完成以上行为的机器；另一个目标是理解这种智能行为是否存在于机器或者是人类和动物中。微型化的机器人1至10毫米为小型机械10微米至1毫米为微型机械10纳米至10微米为超微型机械体积可以缩小到微米级甚至亚微米级重量轻至纳克加工精度为微米级或纳米级仿生机器人机器人的大脑——CPU在特定大小的芯片上的晶体管数量每隔24个月就会增加一倍、计算机的性能每隔18个月就会增长一倍，这是莫尔定律得出的结论。数十年来，IT行业依照这一经典定律实现着快速发展。但由于芯片的大小是一定的，随着晶体管数量的增加，当晶体管之间的距离缩小到一定线宽以后，将产生量子效应，原先适用的经典物理学定律将无法解释新的现象。如果没有物理理论上的新突破，或者是采用新型的CPU核心，机器人未来的发展将受到这个物理极限的制约。电影Irobot中终极智能机器人革命TheEnd?!