第四章机器人分类.ppt

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1、1,人工智能与机器人,2,第 四章 机器人的分类,Artificial Intelligence and Robotics,3,目前，世界上已经有了上万种机器人。这些形状各异、功能不同、种类众多的机器人，根据分类方法的不同，可以分成不同的类别，而且有着不同的认识。关于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。,Artificial Intelligence and Robotics,4,经过几十年的发展，机器人的技术水平不断提高，应用范围越来越广，从早期的焊接、装配等工业应用，逐步向军事、空间、水下、农业、建筑

2、、服务和娱乐等领域不断扩展，结构形式也多种多样。因此，机器人的分类也出现了多种方法、多种标准。,Artificial Intelligence and Robotics,5,4.1 按机器人的机构特征来分4.2 按机器人技术水平发展分4.3 按照机器人的用途分4.4 其他机器人分类,第 四章 机器人的分类,Artificial Intelligence and Robotics,2023/4/4,5,6,4.1 按机器人的机构特征来分4.2 按机器人技术水平发展分4.3 按照机器人的用途分4.4 其他机器人分类,第 四章 机器人的分类,Artificial Intelligence and R

3、obotics,2023/4/4,6,7,4.1 按机器人的机构特征来分,按其构成机构的不同分类,直角坐标机器人Cartesian coordinate 圆柱坐标机器人Cylindrical coordinate球面坐标机器人 spherical surface coordinate极坐标机器人Polar coordinate多关节型机器人Articulated robot并联关节机器人Parallel linked robot串并联关节机器人Hybrid linked robot,8,机器人的机械配置形式多种多样，典型机器人的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。按机构运动特征，机器人通常可分

4、为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人和关节型机器人等类型。,4.1 按机器人的机构特征来分,9,4.1.1 直角坐标机器人,其运动是直线，控制简单。但运动灵活性较差，自身占据空间最大。,4.1 按机器人的机构特征来分,10,2023/4/4,10,创新实验室,4.1 按机器人的机构特征来分,直角坐标型操作机如图所示，它有三个移动关节(PPP)，可使末端操作器作三个方向的独立位移。,11,4.1 按机器人的机构特征来分,12,直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人结构简单，定位

5、精度高，空间轨迹易于求解；但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。主要用于印刷电路基板的元件插入、紧固螺丝等作业。,4.1 按机器人的机构特征来分,13,直角坐标机器人概念：工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度间成空间直角关系、多用途的操作机。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。,4.1 按机器人的机构特征来分,14,一、直角坐标机器人的特点：1.多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角

6、。2.自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行。3.一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。4.灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。5.高可靠性、高速度、高精度。6.可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。,4.1 按机器人的机构特征来分,15,二、直角坐标机器人的应用：因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种，便批量的柔性化作业，对于稳定，提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快

7、速更新换代期着十分重要的作用。,4.1 按机器人的机构特征来分,16,三、直角坐标机器人的分类：1.按用途分：焊接机器人、码垛机器人、涂胶（点胶）机器人、检测（监测）机器人、分拣（分类）机器人、装配机器人、排爆机器人、医疗机器人、特种机器人等。2.按结构形式分：壁挂（悬臂）机器人、龙门机器人、倒挂机器人等 3.按自由度分：两坐标机器人、三坐标机器人、四坐标机器人、五坐标机器人、六坐标机器人。还有其他一些分法，这里就不一一介绍了。,4.1 按机器人的机构特征来分,17,4.1 按机器人的机构特征来分,18,4.1 按机器人的机构特征来分,19,4.1 按机器人的机构特征来分,4.1.2 圆柱坐标

8、机器人,圆柱坐标型操作机如图所示，它有两个移动关节和一个转动关节(PPR)，末端操作器的安装轴线之位姿由(z，r，)坐标予以表示。该种型式的工业机器人，空间尺寸较小，工作范围较大，末端操作器可获得较高的运动速度。它的缺点是末端操作器离z轴愈远，其切向线位移的分辨精度就愈低。,20,控制也较简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大。,圆柱坐标型机器人模型,Verstran 机器人,Verstran 机器人,4.1 按机器人的机构特征来分,21,圆柱坐标机器人 手臂至少有一个回转关节和一个棱柱关节，其轴线按圆柱坐标配置，运动学模型简单直观，易于进入开口部分。,4.1 按机器人的机构特征来分,22

9、,圆柱坐标机器人。柱面坐标机器人的空间位置机构主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。这种机器人结构简单、刚性好，但缺点是在机器人的动作范围内，必须有沿轴线前后方向的移动空间，空间利用率较低。主要用于重物的装卸、搬运等作业。著名的Versatran机器人就是一种典型的柱面坐标机器人。,4.1 按机器人的机构特征来分,23,4.1 按机器人的机构特征来分,24,4.1 按机器人的机构特征来分,25,4.1 按机器人的机构特征来分,26,4.1.3 球面坐标机器人 如图所示，其空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定，动作空间形成球面的一部分

10、。其机械手能够作前后伸缩移动、在垂直平面上摆动以及绕底座在水平面上转动。著名的Unimate就是这种类型的机器人。其特点是结构紧凑，所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人，但仍大于多关节型机器人。,4.1 按机器人的机构特征来分,27,球坐标型操作机如图所示，它有两个转动关节和一个移动关节(RRP)，末端操作器的安装轴线之位姿由(，r)坐标予以表示。该种型式的工业机器人，空间尺寸较小，工作范围较大,4.1 按机器人的机构特征来分,28,4.1 按机器人的机构特征来分,29,4.1.4 多关节型(RRR)关节型操作机如图所示，它有三个转动关节(RRR)，即机身上部相对于下部的转动Y0，肩关节的

11、转动Z1和肘关节的转动Z2。腕关节的转动Z3属于末端操作器的自由度。该种结构的工业机器人，空间尺寸相对较小，工作范围相对较大，还可以绕过机座周围的障碍物，是目前应用较多的一种机型。,4.1 按机器人的机构特征来分,30,关节坐标型(3R)其运动耦合性强，控制较复杂。但运动灵活性最好，自身占据空间最小。,关节型搬运机器人,关节型焊接机器人,关节型机器人模型,4.1 按机器人的机构特征来分,31,平面关节型(SCARA)仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。但运动灵活性更好，铅垂平面刚性好。,SCARA型装配机器人,4.1 按机器人的机构特征来分,32,多关节型机器人。由多个旋转和摆动机构组合

12、而成。这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作最接近人的动作，对喷漆、装配、焊接等多种作业都有良好的适应性，应用范围越来越广。不少著名的机器人都采用了这种型式，其摆动方向主要有铅垂方向和水平方向两种，因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。如美国Unimation公司20世纪70年代末推出的机器人PUMA就是一种垂直多关节机器人，而日本山梨大学研制的机器人SCARA则是一种典型的水平多关节机器人。,4.1 按机器人的机构特征来分,33,4.1 按机器人的机构特征来分,34,4.1 按机器人的机构特征来分,35,2023/4/4,35,4.1.5 极坐标型(RRP),4.1 按机器

13、人的机构特征来分,36,极坐标系 在 平面内取一个定点O，叫极点，引一条射线Ox，叫做极轴，再选定一个长度单位和角度的正方向(通常取逆时针方向)。对于平面内任何一点M，用表示线段OM的长度，表示从Ox到OM的角度，叫做点M的极径，叫做点M的 极角，有序数对(,)就叫点M 的极坐标，这样建立的坐标系叫 做极坐标系。,x,M,4.1 按机器人的机构特征来分,37,极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)其运动耦合性较强，控制也较复杂。但运动灵活性好。占自身据空间也较小。,极坐标型机器人模型,Unimate 机器人,4.1 按机器人的机构特征来分,38,4.1 按机器人的机构特征来分,39,极坐标机器人

14、 手臂有两个回转关节和一个棱柱关节，其轴线按极坐标配置，运动学模型较复杂，占用空间较小，操作范围大且灵活。,4.1 按机器人的机构特征来分,40,4.1 按机器人的机构特征来分,41,常用机器人结构分类表,42,4.1 按机器人的机构特征来分4.2 按机器人技术水平发展分 4.3 按照机器人的用途分4.4 机器人4.5 机器,第 四章 机器人的分类,Artificial Intelligence and Robotics,2023/4/4,42,43,按照机器人的技术发展水平可以将机器人分为三代。4.2.1 第一代机器人是“示教再现”型。这类机器人能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重

15、复作业。示教可以由操作员“手把手”地进行，比如，操作人员抓住机器人上的喷枪，沿喷漆路线示范一遍，机器人记住了这一连串运动，工作时，自动重复这些运动，从而完成给定位置的喷漆工作。这种方式即是所谓的“直接示教”。但是，比较普遍的方式是通过控制面板示教。操作人员利用控制面板上的开关或键盘来控制机器人一步一步地运动，机器人自动记录下每一步，然后重复。目前在工业现场应用的机器人大多属于第一代。,4.2 按照机器人的技术发展水平分,44,工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。,4.2

16、按照机器人的技术发展水平分,45,示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。,4.2 按照机器人的技术发展水平分,46,示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适

17、应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。,4.2 按照机器人的技术发展水平分,47,4.2.2 第二代机器人具有环境感知装置 能在一定程度上适应环境的变化。以焊接机器人为例，机器人焊接的过程一般是通过示教方式给出机器人的运动曲线，机器人携带焊枪走这个曲线，进行焊接。这就要求工件的一致性很好，也就是说工件被焊接的位置必须十分准确。否则，机器人走的曲线和工件上的实际焊缝位置会有偏差。为了解决这个问题，第二代机器人采用了焊缝跟踪技术，通过传感器感知焊缝的位置，再通过反馈控制，机器人就能够自动跟踪焊缝，从而对示教的位置进行修正

18、，即使实际焊缝相对于原始设定的位置有变化，机器人仍然可以很好地完成焊接工作。类似的技术正越来越多地应用在机器人上。,4.2 按照机器人的技术发展水平分,48,4.2.3 第三代机器人称为“智能机器人”具有发现问题，并且能自主地解决问题的能力。作为发展目标，这类机器人具有多种传感器，不仅可以感知自身的状态，比如所处的位置、自身的故障情况等等；而且能够感知外部环境的状态，比如自动发现路况、测出协作机器的相对位置、相互作用的力等等。更为重要的是，能够根据获得的信息，进行逻辑推理、判断决策，在变化的内部状态与变化的外部环境中，自主决定自身的行为。这类机器人具有高度的适应性和自治能力。尽管经过多年来的不

19、懈研究，人们研制了很多各具特点的试验装置，提出大量新思想、新方法，但现有机器人的自适应技术还是十分有限的。,4.2 按照机器人的技术发展水平分,49,4.1 按机器人的机构特征来分4.2 按机器人技术水平发展分4.3 按照机器人的用途分4.4 其他机器人分类,第 四章 机器人的分类,Artificial Intelligence and Robotics,2023/4/4,49,50,机器人首先在制造业大规模应用，所以，机器人曾被简单地分为两类，即用于汽车等制造业的机器人称为工业机器人，其他的机器人称为特种机器人。随着机器人应用的日益广泛，这种分类显得过于粗糙。现在除工业领域之外，机器人技术已

20、经广泛地应用于农业、建筑、医疗、服务、娱乐，以及空间和水下探索等多种领域。,4.3 按照机器人的用途分,51,农业机器人：采摘、嫁接,排险救灾：排雷、除匪、爆炸物处理,医用机器人：微型机器人肠内窥镜、血管疏通、脑外科手术、微驱动系统DNA,娱乐机器人：迎宾小姐、智能宠物、AIBO、电影,军用机器人：无人飞机U-2、海湾战争中“先锋号”无人机，科索沃战争中“捕食者”无人战机,极限作业机器人：核反应堆、空间机器人,水下机器人：水下6000米无缆自治机器人,工业机器人：搬运、制造、装配、焊接、喷漆、铸造、码垛、井下、,4.3 按照机器人的用途分,52,工业机器依据具体应用的不同，通常又可以分成焊接机

21、器人、装配机器人、喷漆机器人、码垛机器人、搬运机器人等多种类型。焊接机器人，包括点焊（电阻焊）和电弧焊机器人，用途是实现自动的焊接作业。装配机器人，比较多地用于电子部件电器的装配。喷漆机器人，代替人进行喷漆作业。,4.3.1 工业机器人,4.3 按照机器人的用途分,53,码垛、上下料、搬运机器人的功能则是根据一定的速度和精度要求，将物品从一处运到另一处。在工业生产中应用机器人，可以方便迅速地改变作业内容或方式，以满足生产要求的变化。比如，改变焊缝轨迹，改变喷漆位置，变更装配部件或位置等等。随着对工业生产线柔性的要求越来越高，对各种机器人的需求也就越来越强烈。,4.3 按照机器人的用途分,54,

22、用于机械制造业中的操作机和机械手。它能代替人完成具有大批量、高质量要求的工作，如汽车、摩托车、船舶制造、某些家电产品、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、码垛等作业的机器人。,工业机器人 Industrial Manipulator,4.3 按照机器人的用途分,55,焊接机器人（弧焊）arc welding robot,4.3 按照机器人的用途分,56,HT-10B机器人工作站,Industrial Robot Working Station工业机器人工作站 由一台或两台机器人所构成的生产体系。,4.3 按照机器人的用途分,57,一汽二轿厂HT-1

23、20机器人生产线,Industrial Robot Production Line,由若干机器人工作站和物流系统组成的用以完成多项复杂作业的生产体系。,4.3 按照机器人的用途分,58,机器人的分类及应用-工业机器人,弧焊机器人,4.3 按照机器人的用途分,59,机器人的分类及应用-工业机器人,120公斤点焊机器人,120公斤点焊机器人是以一汽红旗车身焊装生产线为应用背景，瞄准国际上典型机器人产品技术性能开发的一种具有先进性、可靠性的实用机器人产品。该机器人具有工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点。机器人设计结构紧凑，外观宜人，运动平稳快捷，大大地提高了点焊作业的生产率。,4.3 按照机器

24、人的用途分,60,机器人的分类及应用-工业机器人,5kg搬运机器人，采用五轴伺服电机驱动控制，实现五轴空间联动，配置不同工具包可实现搬运、码垛、焊接、装配等工作，具有较高的柔性自动化水平。,5公斤搬运机器人,4.3 按照机器人的用途分,61,4.3 按照机器人的用途分,62,机器人的分类及应用-工业机器人,便携式机器人 由哈尔滨工业大学机器人研究所研制的便携式机器人，可实现六自由度弧焊机器人的全部功能，同时可作为通用机器人完成其它工作，可任意位置安装。机器人本体自重30Kg，便于拆装携带。便携式机器人可以作为一个流动的焊接机器人到不同的场所进行作业，特别是在一些工作空间狭小，周围环境恶劣，工人

25、无法作业的地方。,4.3 按照机器人的用途分,63,4.3 按照机器人的用途分,64,工业机器人（二）,4.3 按照机器人的用途分,65,4.3.2 农业机器人 随着机器人技术的进步，以定型物、无机物为作业对象的工业机器人正在向更高层次的以动、植物之类复杂作业对象为目标的农业机器人发展，农业机器人或机器人化的农业机械的应用范围正在逐步扩大。农业机器人的应用不仅能够大大减轻以致代替的人们的生产劳动、解决劳动力不足的问题，而且可以提高劳动生产率，改善农业的生产环境，防止农药、化肥等对人体的伤害，提高作业质量。,4.3 按照机器人的用途分,66,但由于农业机器人所面临的是非结构、不确定、不宜预估的复

26、杂环境和工作对象，所以与工业机器人相比，其研究开发的难度更大。农业机器人的研究开发目前主要集中耕种、施肥、喷药、蔬菜嫁接、苗木株苗移栽、收获、灌溉、养殖和各种辅助操作等方面。日本是机器人普及最广泛的国家，目前已经有数千台机器人应用于农业领域。,4.3 按照机器人的用途分,67,在日本、美国等发达国家，农业人口较少，随着农业生产的规模化、多样化、精确化，劳动力不足的现象越来越明显。许多作业项目如蔬菜、水果的挑选与采摘，蔬菜的嫁接等都是劳动力密集型的工作，再加上时令的要求，劳动力问题很难解决。正是基于这种情况，农林业机器人应运而生。使用机器人有很多好处，比如可以提高劳动生产率，解决劳动力的不足；改

27、善农业的生产环境，防止农药、化肥等对人体的伤害；提高作业质量等。而随着信息化时代的到来和设施农业、精确农业的出现，一向被视为落后的农业生产方式也必将乘上现代化的快车，而农业的新发展尤其离不开生物工程与信息化，在这方面，机器人具有得天独厚的能力。,4.3 按照机器人的用途分,68,农业机器人有如下的特点：(1）农业机器人一般要求边作业边移动；(2）农业领域的行走不是连接出发点和终点的最短距离，而是具有狭窄的范围，较长的距离及遍及整个田间表面的特点；(3）使用条件变化较大，如气候影响，道路的不平坦和在倾斜的地面上作业，还须考虑左右摇摆的问题；(4）价格问题，工业机器人所需大量投资由工厂或工业集团支

28、付，而农业机器人以个体经营为主，如果不是低价格，就很难普及；,4.3 按照机器人的用途分,69,(5）农业机器人的使用者是农民，不是具有机械电子知识的工程师，因此要求农业机器人必须具有高可靠性和操作简单的特点。现在已开发出来的农林业机器人有：耕耘机器人、施肥机器人、除草机器人、喷药机器人、蔬菜嫁接机器人、收割机器人、蔬菜水果采摘机器人、林木修剪机器人、果实分拣机器人等。,4.3 按照机器人的用途分,70,农业生产环境的的复杂性和作业对象特殊性使得农业机器人研究难度更大，农业机器人的应用尚未达到商品化阶段，但农业机器人技术的研究已经在土地耕作、蔬菜嫁接、作物移栽、农药喷洒、作物收获、果蔬采摘等生

29、产环节取得了一些突破性进展。例如，日本的耕作拖拉机自动行走系统、联合收割机自动驾驶技术、无人驾驶农药喷洒机，英国的葡萄枝修剪机器人、蘑菇采摘机器人和挤牛奶机器人，我国的农业机器人自动引导行走系统、蔬菜嫁接机器人，法国的水果采摘机器人，以及荷兰开发的挤奶机器人等。,4.3 按照机器人的用途分,71,“插秧机器人”试验田中插秧。这个“机器人”可按水田形状，根据设定路线自我纠正姿态进行插秧、播撒肥料和农药等劳作。,4.3 按照机器人的用途分,72,机器人的分类及应用-农用机器人,摘西红柿机器人,在日本、美国等发达国家，农业人口较少，随着农业生产的规模化、多样化、精确化，劳动力不足的现象越来越明显。许

30、多作业项目如蔬菜、水果的挑选与采摘，蔬菜的嫁接等都是劳动力密集型的工作，再加上时令的要求，劳动力问题很难解决。正是基于这种情况，农林业机器人应运而生。,4.3 按照机器人的用途分,73,机器人的分类及应用-农用机器人,嫁接机器人能完成砧木、穗木的取苗、切苗、接合、固定、排苗等嫁接过程的自动化作业。操作者只需把砧木和穗木放到相应的供苗台上，其余嫁接作业均由机器自动完成，从而大大提高了作业效率和质量，减轻了劳动强度。嫁接机器人可以进行黄瓜、西瓜、甜瓜苗的自动嫁接，为蔬菜、瓜果自动嫁接技术的产业化提供了可靠条件。,嫁接机器人,4.3 按照机器人的用途分,74,机器人的分类及应用-农用机器人,这种机器

31、人的工作过程如下：用拔苗器的抓手将插盘中的籽苗拔出，放在穿过插盘传送带移动到盆传送带上的一排杯状容器内。在杯状容器移动的同时，由光电传感器探测有无缺苗，探测之后，栽培器的抓爪只拿起籽苗。每个栽培头分别接近一只杯，在所有栽培头都夹住籽苗之后，所有栽培头同时栽培籽苗，确保无空盆，最大栽培速度为每小时6000棵。该机器人是第一台能识别缺苗的机器人。利用这种机器人，栽培者只移栽真实的籽苗，并使全部籽苗都移栽到盆里，减少寻找和填充空盘的必要。,移栽机器人,4.3 按照机器人的用途分,75,4.3 按照机器人的用途分,76,农业生产环境的的复杂性和作业对象特殊性使得农业机器人研究难度更大，农业机器人的应用

32、尚未达到商品化阶段，但农业机器人技术的研究已经在土地耕作、蔬菜嫁接、作物移栽、农药喷洒、作物收获、果蔬采摘等生产环节取得了一些突破性进展。例如，日本的耕作拖拉机自动行走系统、联合收割机自动驾驶技术、无人驾驶农药喷洒机，英国的葡萄枝修剪机器人、蘑菇采摘机器人和挤牛奶机器人，我国的农业机器人自动引导行走系统、蔬菜嫁接机器人，法国的水果采摘机器人，以及荷兰开发的挤奶机器人等。,4.3 按照机器人的用途分,77,4.3.3 服务机器人 机器人技术不仅在工农业生产、科学探索中得到了广泛应用，也逐渐渗透到人们的日常生活领域，服务机器人就是这类机器人的一个总称。尽管服务机器人的起步较晚，但应用前景十分广泛，

33、目前主要应用在清洁、护理、执勤、救援、娱乐、和代替人对设备维护保养等场合。国际机器人联合会给服务机器人的一个初步定义是，一种以自主或半自主方式运行，能为人类的生活、康复提供服务的机器人，或者是能对设备运行进行维护的一类机器人。,4.3 按照机器人的用途分,78,2008奥运福娃机器人,4.3 按照机器人的用途分,79,娱乐舞蹈机器人,迎宾机器人-,4.3 按照机器人的用途分,80,服务机器人-外墙清洗移动机器人,服务机器人-玻璃清洗机器人,4.3 按照机器人的用途分,81,机器人的分类及应用娱乐机器人,4.3 按照机器人的用途分,82,4.3 按照机器人的用途分,83,机器人的分类及应用-医疗

34、机器人,格林系统,格林系统是让外科医生坐在一个大操纵台前，带上三维眼镜，盯着一个透明的工作间，观看手术室内立体摄像机摄录并传送过来的手术室和病人的三维立体图像。与此同时，外科医生的两手手指分别勾住操纵台下两台仪器上的控制环。仪器中的传感器可测量出外科医生手指的细微动作并把测量结果数字化，随后传送到两只机械手上，机械手随外科医生动作，为病人作手术。声频部分能同时传来手术所发出的所有声音，使人有亲临其境之感。,4.3 按照机器人的用途分,84,医疗机器人-外科手术机器人,4.3 按照机器人的用途分,85,机器人的分类及应用-医疗机器人,脑外科及其任辅助系统,该脑外科机器人辅助系统是由北京航空航天大

35、学、清华大学和海军总院共同研制开发的。1997年5月用该机器人为病人实施了首例开颅手术,到2000年11月已为140多位病人实施了这种手术。,4.3 按照机器人的用途分,86,机器人的分类及应用救护机器人,4.3 按照机器人的用途分,87,机器人的分类及应用清扫机器人,4.3 按照机器人的用途分,88,服务机器人,89,4.3.4 探索机器人（特种机器人）机器人除了在工农业上广泛应用之外，还越来越多地用于极限探索，即在恶劣或不适于人类工作的环境中执行任务。例如，在水下（海洋）、太空以及在放射性(有毒或高温等环境中进行作业。人类借助潜水器具潜人到深海之中探秘，已有很长的历史。,4.3 按照机器人

36、的用途分,90,特种机器人,4.3 按照机器人的用途分,91,然而，由于危险很大、费用极高，所以水下机器人就成了代替人在这一危险的环境中工作的最佳工具。空间机器人是指在大气层内和大气层外从事各种作业的机器人，包括在内层空间飞行并进行观测、可完成多种作业的飞行机器人，到外层空间其他星球上进行探测作业的星球探测机器人和在各种航天器里使用的机器人。,4.3 按照机器人的用途分,92,机器人技术用于海洋开发，特别是深海资源的开发，一直是的许多国家积极关注的目标。法国、美国、俄罗斯、日本、加拿大等国从20世纪70年代开始先后研制了几百台不同结构形式和性能指标的水下机器人。法国的EPAVLARD、美国的A

37、USS、俄罗斯的MT-88等水下机器人已用于海洋石油开采、海底勘查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护、以及大坝检查等方面。我国在90年代中期研制的蛟龙号载人潜水器水下机器人在太平洋深海试验成功，海深达 5000m 以上，使我国在深海探测和探索方面跃居世界先进水平。,4.3 按照机器人的用途分,93,4.3 按照机器人的用途分,94,机器人的分类及应用-水下机器人,载人潜水器,4.3 按照机器人的用途分,95,机器人的分类及应用-水下机器人,1995年8月，CR-01 6000米无缆自治水下机器人研制成功，使我国机器人的总体技术水平跻身于世界先进行列，成为世界上拥有潜深6000米自治水下

38、机器人的少数国家之一。,4.3 按照机器人的用途分,96,4.3 按照机器人的用途分,97,特种机器人,4.3 按照机器人的用途分,98,近年来随着各种智能能机器人的研究与发展，能在宇宙空间作业的所谓空间机器人就成为新的研究领域，并已成为空间开发的重要组成部分。美、俄、加拿大等国已研制出各种空间机器人。如美国NASA的空间机器人Sojanor等。Sojanor是一辆自主移动车，重量为11.5kg，尺寸63048mm，有6个车轮，它在火星上的成功应用，引起了全球的广泛关注。,4.3 按照机器人的用途分,99,4.3 按照机器人的用途分,100,按机器人的形态分：仿生型 自由度一般较多，具有更强的

39、适应性和灵活性，但控制更复杂，成本更高，刚性较差。,仿狗机器人,蛇形机器人,4.3 按照机器人的用途分,101,拟物机器人 仿照各种各样的生物，日常使用物品，建筑物，交通工具等做出的机器人，采用非智能或智能的系统来方便人类生活的机器人。比如：机器宠物狗“爱宝”（Aibo），六脚机器昆虫，轮式、履带式机器人。,4.3 按照机器人的用途分,102,娱乐服务机器人-机器狗,4.3 按照机器人的用途分,103,仿人机器人 模仿人的形态和行为而设计制造的机器人就是仿人机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。机器人一般根据不同应用需求被设计成不同形状和功能，如步行机器人、写字机器人、奏乐机器人、玩具机

40、器人等。而仿人机器人研究集机械，电子，计算机，材料，传感器，控制技术等多门科学于一体，代表着一个国家的高科技发展水平。,4.3 按照机器人的用途分,104,法国N A O 机器人,4.3 按照机器人的用途分,105,4.3 按照机器人的用途分,106,类人型机器人,4.3 按照机器人的用途分,107,微小管道机器人,4.3 按照机器人的用途分,108,机器人的分类及应用仿生机器人,4.3 按照机器人的用途分,109,机器人的分类及应用微型机器人,4.3 按照机器人的用途分,110,2023/4/4,110,4.3 按照机器人的用途分,111,六轮漫游机器人,仿鱼机器人,仿鸟机器人,六足漫游机器

41、人,4.3 按照机器人的用途分,112,无人飞行机器人,4.3 按照机器人的用途分,113,军用机器人-排弹移动机器人,4.3 按照机器人的用途分,114,特种机器,4.3 按照机器人的用途分,115,机器人的分类及应用-机器人警察,英国“手推车”机器人,4.3 按照机器人的用途分,116,机器人的分类及应用-机器人警察,在西方国家中，恐怖活动始终是个令当局头疼的问题。英国由于民族矛盾，饱受爆炸物的威胁，因而早在60年代就研制成功排爆机器人。最近英国又将手推车机器人加以优化，研制出土拨鼠及野牛两种遥控电动排爆机器人，英国皇家工程兵在波黑及科索沃都用它们探测及处理爆炸物。土拨鼠重35公斤，在桅杆

42、上装有两台摄像机。野牛重210公斤，可携带100公斤负载。两者均采用无线电控制系统，遥控距离约1公里。,“土拨鼠”和“野牛”机器人,4.3 按照机器人的用途分,117,机器人的分类及应用-军用机器人,遥控扫雷车,4.3 按照机器人的用途分,118,机器人的分类及应用-机器人保安,美国机器人系统技术公司正在研制一种MDARS-E室外型机器人，即将进入工程制造阶段。机器人可识别并绕过障碍物，若绕不过去，就停下来，并通知控制站操作人员。它的负载主要有立体摄像机，前视红外摄像机，多普勒雷达，4线激光扫描仪，超声波传感器，微波及光缆通信网络，视频标签阅读器。导航传感器有差分GPS系统、陀螺仪、倾斜仪、4

43、轮编码器及驾驶定位传感器。MDARS-E在值班时可自主进行监视，发现入侵者或异常情况时，视频链路自动启动，控制站记录下音响及视频警报，保安人员可以由远处观察那里的情况，或与入侵者对话。,MDARS-E室外保安机器人,4.3 按照机器人的用途分,119,特种机器人（四）,4.3 按照机器人的用途分,120,机器人的分类及应用微型机器人,4.3 按照机器人的用途分,月球车,机器人的分类及应用航天机器人,4.3 按照机器人的用途分,122,机器人的分类及应用航天机器人,4.3 按照机器人的用途分,123,4.1 按机器人的机构特征来分4.2 按机器人技术水平发展分 4.3 按照机器人的用途分4.4

44、其他机器人分类,第 四章 机器人的分类,Artificial Intelligence and Robotics,2023/4/4,123,124,4.4.1、按智能水平划分,125,4.4.2按其驱动方式的不同分类,液压机器人Hydraulic robot气动机器人 Pneumatic robot电动机器人Electrical robot,126,4.4.3 按替代人的器官类型分,操作机器人（手 manipulator）移动机器人（腿 locomotive robot）视觉机器人（眼 visual robot）.,4.4.4 按与环境相关程度分,固定臂机器人 Fixed Arm Robot可移动机器人 Mobile Robot,127,4.4.5 按运动方式分,点位控制型机器人 受控运动方式为自一点位目标移向另 一点位目标，只在目标点上完成操作连续控制型 机器人终端按预期轨迹和速度运动,4.4.6 按搬持重量及动作范围分,超大型机器人 可搬重量为1t以上的机器人大型机器人 可搬重量为100kg-1t,动作范围为10m3以上的机器人中型机器人 可搬重量为10-100kg,动作范围为1-10m3的机器人小型机器人 可搬重量为0.1-10kg,动作范围为0.1-1m3的机器人超小型机器人 可搬重量为 小于0.1kg,动作范围为小于0.1m3的机器人,128,129,THE END,