机器人的探秘

機器人的探秘-----------1年17班1號陳淑玲------目錄選單第1單元-機器人概論1-1機器人的定義1-2機器人的簡述第2單元-機器人介紹2-1機器人的組成2-2機器人機構之分類2-3機器人致動原理與界面2-4機器人的應用第3單元-國際動態3-1關於機器人的新聞3-2機器人一覽第4單元-未來展望4-1邁向未來附:參考資料第1單元-機器人概論1-1機器人的定義在1967年日本召開的第一屆機器人學術會議上，就提出了兩個有代表性的定義。一是森政弘與合田周平提出的：“機器人是一種具有移動性、個體性、智慧性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性等7個特徵的柔性機器”。從這一定義出發，森政弘又提出了用自動性、智慧性、個體性、半機械半人性、作業性、通用性、資訊性、柔性、有限性、移動性等10個特性來表示機器人的形象。另一個是加藤一郎提出的具有如下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具有非接觸感測器（用眼、耳接受遠方資訊）和接觸感測器。3具有平衡覺和固有覺的感測器。1988年法國的埃斯皮奧將機器人定義為：“機器人學是指設計能根據感測器資訊實現預先規劃好的作業系統，並以此系統的使用方法作為研究對象”。1987年國際標準化組織對工業機器人進行了定義：“工業機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業的可編程操作機。”我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智慧能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。在科技界，科學家會給每一個科技術語一個明確的定義，但機器人問世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統一的意見。原因之一是機器人還在發展，新的機型，新的功能不斷涌現。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。就像機器人一詞最早誕生於科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由於機器人定義的模糊，才給了人們充分的想像和創造空間。1-2機器人的簡述一般工業用機器人均具有操作機(Manipulator)及記憶裝置，而記憶裝置可為可變順序控制裝置或是固定順序控制裝置。如此，機器人便可透過記憶裝置送出訊號，以使機器人之操作機執行各種移動、旋轉、或是伸縮等相關之動作。ISO8373(1994年)「工業用機器人操作詞彙」中則說明機器人應包括操作機(Manipulator)、致動器、與控制系統(含軟、硬體)。而一機器人系統則應包括有：機器人。末端效應器(EndEffector)。相關機器人所需之裝備與感應器、以及用來操作或監控用之相關通訊界面。第2單元-機器人介紹2-1機器人的組成機器人可視為由下面各種不同層次之次系統所組合而成：處理(Process)次系統：包括機器人所必須執行之工作、其所處之環境、以及與環境交互作用所需要之界面等。感應器(Sensor)次系統：提供回饋訊號予控制次系統，以告知機器人組件之位置或其他物理量，以執行機器人之正常工作及危害防範。規劃(Planning)次系統：透過各式感應器之融合，以執行各種智慧型之規劃工作，包括抓取動作之規劃、末端效應器之軌跡規劃、避免防撞等。一個典型機器人之組成以下頁之圖示表示:2-2機器人機構之分類一個定位完整之機器人需具有六個自由度，包括空間定位之三自由度與空間姿態之三個自由度。在六個自由度中，形成姿態的三個自由度必須為旋轉關節(RotationalJoints)；但形成位置的三個自由度則可為旋轉關節或是直動關節(PrismaticJoints)。機器人可分為下列四種基本型式：直角座標型(Cartesian，卡笛遜座標)。圓柱座標型(Cylindrical)。極座標型(Polar)。多關節(Jointed,Articulated)。一般工業用機器人則依其各別需求而設計，其自由度總數亦可能較六自由度為少。機器人的分類有的按負載重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結構分，有的按應用領域分。一般的分類方式如下表：分類名稱簡要解釋操作型機器人能自動控制，可重復編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用於相關自動化系統中。程式控制型機器人按預先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。示教再現型機器人透過引導或其他方式，先教會機器人動作，輸入工作程式，機器人則自動重復進行作業。數控型機器人不必使機器人動作，透過數值、語言等對機器人進行示教，機器人根據示教後的資訊進行作業。感覺控制型機器人利用感測器獲取的資訊控制機器人的動作。適應控制型機器人機器人能適應環境的變化，控制其自身的行動。學習控制型機器人機器人能“體會”工作的經驗，具有一定的學習功能，並將所“學”的經驗用於工作中。智慧機器人以人工智慧決定其行動的機器人。我國的機器人專家從應用環境出發，將機器人分為兩大類，即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各种先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前，國際上的機器人學者，從應用環境出發將機器人也分為兩類：製造環境下的工業機器人和非製造環境下的服務與倣人型機器人，這和我國的分類是一致的。2-3機器人致動原理與界面機器人可依據位置座標、速度、末端效應器之抓取姿勢等命令，透過記憶裝置，執行固定或非固定之程序控制。機器人機構中，最基本者為各致動器，透過連桿與齒輪組可執行控制次系統(控制器)所下達之各種命令。致動器可為油、氣壓，或是電動馬達等。機器人之致動原理與界面以下頁圖示表示:目前產業界機器人仍以DC或AC電動馬達為主要之致動器。電動馬達可為步進或伺服馬達，操作者可透過教導盒或是主電腦下達機器人相對於世界座標(WorldCoordinate)之控制指令，以完成所需之各種基本控制，或智慧型規劃動作等。機器人亦可具觸覺或視覺感應器，透過感應器界面以執行精確之控制程序或所需之安全防護機能。2-4機器人的應用工業用機器人：包括工廠所需之焊接、切削、裝配、運輸，以及各種加工等重覆性、危險性均高之粗重工作，皆可以機器人代勞。對於重覆性高的工作，一般是以固定順序之控制來執行，在大型工廠中，更同時以多組機器人共同分配執行有關之工作。土木建設用機器人：土木建設為高危害度之工作，其中如混凝土噴塗、鋼筋配置、清洗、鏟土等工作均適合以機器人執行。但是此方面工作性質因設計獨特性高，較缺乏高度之重覆性，因此較適合非固定順序型之機器人。農業用機器人：可用於果實摘採、農藥噴灑，或是植物種植等，以取代傳統人力。安全檢查用機器人：此類機器人一般為可移動式機器人(MobileRobots)，且配置影像感應器以提供機器人之視覺，可應用在化工廠、石油廠、核電廠之安全檢查功能，未來亦可配合使用其他各式感應器，以應用在大樓之防盜與防火方面。環境探測用機器人：此類機器人亦為可移動式機器人，且具有較靈活之載具或肢腳，以執行如太空探險、海底探勘等工作。第3單元-國際動態3-1關於機器人的新聞中國工程院院長宋健指出：“機器人學的進步和應用是20世紀自動控制最有說服力的成就，是當代最高意義上的自動化”。機器人技術綜合了多學科的發展成果，代表了高技術的發展前沿，它在人類生活應用領域的不斷擴大正引起國際上重新認識機器人技術的作用和影響。現在機器人足球比賽已成為一種時尚運動，很多國家都有了自己的機器人足球比賽。在世界上比較有影響的賽事主要有兩個，一個是由國際機器人足球聯合會（FIRA）組織的微機器人世界盃Mirosot，另一個是由國際人工智慧協會組織的機器人世界盃RoboCup。國際機器人足球聯合會成立於1997年，總部設在韓國的大田，每年組織一次機器人足球世界盃，相伴而行的還要舉行這一領域的學術研討。微型飛行器微型飛行器由於具有特殊的用途而倍受關注。一個重要應用是軍事偵察，可裝備到士兵班，進行敵情偵察及監視。還可用於戰爭危險估計、目標搜索、通信中繼，監測化學、核或生物武器，偵察建築物內部情況。可適用於城市、叢林等多種戰爭環境。在非軍事領域，配置有相應感測器的微型飛行器可以用來搜尋災難倖存者、有毒氣體或化學物質源，消滅農作物害蟲等。微型飛行器的動力——微型發動機也需利用MEMS技術製造，所以說，微型飛行器除機身和機翼外，都需依靠MEMS技術，甚至機翼也可以用MEMS技術製造靈巧蒙皮，以控制飛行器的飛行姿態。微型戰術無人機機器人“科戈”出生於澳大利亞的羅德尼·布魯克斯，40多歲，美國麻省理工學院人工智慧實驗室的教授。他喜歡離經判道，從不相信傳統的成規。從80年代起，他就反對機器人必須先會思考，才能做事的信條。為了證實自己的觀點，他研製出了一系列異型機器人。這些機器人沒有思考能力，但卻無所不能，比如能偷桌上的蘇打罐，能穿越四周發燙的地面等。他的成功使他成為機器人界最有爭議的人物。機器人“科戈”3-2機器人一覽圖3-2-1圖3-2-2圖3-2-3圖3-2-4圖3-2-1：德國的排爆機器人圖3-2-2：我國研製的排爆機器人圖3-2-3：英國的“手推車”機器人圖3-2-4：“土撥鼠”（右）“野牛”（左）排爆機器人圖3-2-5：“徘徊者”偵察機器人圖3-2-6：軍用昆蟲機器人圖3-2-5圖3-2-6圖3-2-7：水下掃雷機械蟹圖3-2-8：法國“紅隼”無人機圖3-2-9：高空無人偵察機圖3-2-10：“微星無人機”圖3-2-11：“護士助手”機器人圖3-2-12：導遊機器人圖3-2-13：汽車裝配機器人圖3-2-14：機器狗圖3-2-7圖3-2-8圖3-2-9圖3-2-10圖3-2-11圖3-2-12圖3-2-13圖3-2-14第4單元-未來展望4-1邁向未來在研究和開發未知及不確定環境下作業的機器人的過程中，人們逐步認識到機器人技術的本質是感知、決策、行動和交互技術的結合。隨著人們對機器人技術智慧化本質認識的加深，機器人技術開始源源不斷地向人類活動的各個領域滲透。結合這些領域的應用特點，人們發展了各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的特種機器人和各種智慧機器，如移動機器人、微機器人、水下機器人、醫療機器人、軍用機器人、空中空間機器人、娛樂機器人等。對不同任務和特殊環境的適應性，也是機器人與一般自動化裝備的重要區別。這些機器人從外觀上已遠遠脫離了最初倣人型機器人和工業機器人所具有的形狀，更符合各種不同應用領域的特殊要求，其功能和智慧程度也大大增強，從而為機器人技術開闢出更加廣闊的發展空間。參考資料:89/gate/big5/www.kepu.net.cn/gb/technology/robot/THEEND