移动机器人的定位.ppt

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1、2023/6/30,1,机器人技术 绪论Introduction of Robotics,1.1 机器人学的发展12 机器人的特点、结构与分类13 机器人学与人工智能14 如何学好机器人技术,2023/6/30,2,Robotics 绪论,1.1机器人学的发展机器人的由来6）1738年，法国技师杰克戴瓦克逊发明机器鸭7）1768-1774，瑞士钟表匠制作的木偶机器人8）1920捷克剧作家Karel Capek首次提出Robota一词9）1950美国科幻作家Assimov,提出机器人三守则10）1953年研制成功多轴数控铣床11）1954美国人设计了第一台电子可编程机器人12）1962美国GM公

2、司使用全球第一台机器人Unimate,2023/6/30,3,Robotics 绪论,1.1机器人学的发展机器人的由来13）70年代 机器人技术发展成为专门学科14）80年代 开始进入智能机器人研究阶段,南京工业大学自动化学院,4,“机器人三原则”，阿西莫夫，科幻作家，19401 机器人不应伤害人类；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。,2023年6月30日,河北科技大学机械电子工程学院,5,2023/6/30,6,Robotics 绪论,1.1机器人学的发展机器人的定义美国、日本机器人协会、ISO定义不同共同属性：1）象人或人的一

3、部分，并模仿人的动作 2）具有智能或感觉与识别能力 3）是人制造的机器或机械电子装置,2023年6月30日,7,国际和国外相关组织的定义,国际标准化组织（ISO）的定义：机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务。美国国家标准局（NBS）的定义：机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置。美国机器人协会（RIA）的定义：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手。日本工业机器人协

4、会（JIRA）的定义：工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。,2023年6月30日,8,有关学者的定义,在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上提出了两个有代表性的定义。森政弘与合田周平提出的定义：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象。日本早稻田大学加藤一朗（日本机器人之父）教授认为：机器人是由能工作的手，能行动的脚和有

5、意识的头脑组成的个体，同时具有非接触传感器（相当于耳、目）、接触传感器（相当于皮肤）、固有感及平衡感等感觉器官的能力。,2023年6月30日,9,也有一些组织和学者针对不同形式的机器人分别给出具体的解释和定义，而机器人则只作为一种总称。例如，日本工业机器人协会（JIRA）列举了6种型式的机器人：(1)手动操纵器：人操纵的机械手，缺乏独立性；(2)固定程序机器人：缺乏通用性；(3)可编程机器人：非伺服控制；(4)示教再现机器人：通用工业机器人；(5)数控机器人：由计算机控制的机器人；(6)智能机器人：具有智能行为的自律型机器人。,2023年6月30日,10,综合诸家的解释，概括各种机器人的性能，

6、我们认为可以按以下特征来描述机器人：1.机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官(如 肢体、感官等)的功能；2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变，是柔性加工主要组成部分；3.机器人具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等；4.机器人具有独立性，完整的机器人系统，在工作中可以不依赖于人的干预。,2023/6/30,11,Robotics 绪论,1.1机器人学的发展机器人学的进展简单历史回顾目前发展情况 1）机器人投资理论 2）日本成为机器人生产大国，美国为研究大国 3）机器人产业迅速发展 4）应用范围遍及各领域 5）机器人学兴起 6）机器人向智能化发展,202

7、3/6/30,12,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类机器人的主要特点-通用性和适应性通用性versatility-可执行不同功能和完成不同任务的能力 取决于其结构特点和承载能力 一般自由度越多，通用性越强适应性adaptivity-主要指其对工作环境变化的适应能力 需具有（1）传感与测量环境变化的能力（2）分析任务和执行操作规划的能力（3）自动执行指令能力,2023/6/30,13,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类机器人系统的结构 机器人系统由机械部分、环境测量、任务规划、控制器等四部分组成，结构如图1.1。,2023/6/30,14,Robotic

8、s 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类,2023/6/30,15,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类机器人的自由度1）刚体的自由度 任何空间刚体具有6个自由度，即可任意运动。2）机器人的自由度 机器人靠末端执行器工作，末端执行器具有6个自由度即可保证其灵活运动。3个位置、3个姿态自由度。图1.4,2023/6/30,16,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类机器人的自由度3）自由度与机动性 一般自由度越多，机器人越灵巧。,2023/6/30,17,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类机器人的分类按几何结构分:直角坐标机器人、柱面坐标机器

9、人、球面坐标机器人、关节球面坐标机器人。按机器人控制分：非伺服机器人、伺服机器人（点、轨迹）按用途分：工业机器人、探索机器人、服务机器人、军事机器 人（地面、海洋、空中）按机器智能分：一般机器人、智能机器人（传感机器人、交互 机器人、自主机器人）按移动性分：固定机器人、移动机器人（轮式、履带、步行）,2023/6/30,18,Robotics 绪论,它主要由垂直柱子、水平手臂（或机械手）和底座构成。水平机械手装在垂直柱子上，能自由伸缩，并可沿垂直柱子上下运动。垂直柱子安装在底座上，并与水平机械手一起在底座上移动。机器人的工作包迹（区间）就形成一圆柱体。,2023/6/30,19,Robotic

10、s 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类机器人的分类,2023/6/30,20,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类机器人的分类,2023/6/30,21,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类,2023/6/30,22,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类,2023/6/30,23,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类,2023/6/30,24,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类,2023/6/30,25,Robotics 绪论,1.2机器人的特点、结构与分类 著名机器人,2023年6月30日,26,工

11、业机器人,汽车装配机器人,2023年6月30日,27,汽车装配机器人,2023年6月30日,28,一汽红旗轿车机器人焊接线,2023年6月30日,29,弧焊机器人,2023年6月30日,30,点焊机器人,铆接机器人,2023年6月30日,31,海洋探测机器人,1990年日本海洋科技中心 研制的“海沟号”缆控式无人潜水器（左）及其在大海中工作时的情况（右）,2023年6月30日,32,CR-01型6000米水下无缆机器人,1995年8月我国沈阳自动化所机器人中心研制的CR-01型6000米水下无缆机器人（上）和正在下水的情况（右）,2023年6月30日,33,空间机器人,美国航空航天局（NASA

12、）研究的月球车在月球表面时的情形,2023年6月30日,34,美国航空航天局（NASA）研究的“索杰纳”火星车,2023年6月30日,35,1997年7月4日17时07分，美国航空航天局（NASA）发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星（Mars）表面着陆，“索杰纳”火星车在火星上成功地工作了250天。2003年6月先后升空的美国“勇气”（Spirit）号和“机遇”（Opportunity）号火星车经过1.2亿公里和半年多的长途飞行，分别于2004年1月3日和24日先后登陆火星，向地球传来大量清晰的火星图片。,2023年6月30日,36,日本研究的火星探测机器人,2023年6月30日,37,军

13、用机器人,英国研制的履带式“手推车”（上图）、“土拨鼠”（右图右）和“野牛”（右图左）排爆机器人在波黑及科索沃战争中用来探测及处理爆炸物,机器警察,2023年6月30日,38,德国的排爆机器人,我国沈阳自动化所研制的排爆机器人,2023年6月30日,39,工兵机器人,美国将M60坦克的炮塔去掉后改装的豹式扫雷车,2023年6月30日,40,德国研制的Minebreaker 2000机器人扫雷车,2023年6月30日,41,保安机器人,美国研制的MDARS-E型室外保安机器人,MPR-800多用途机器人，可用于扫雷、灭火、核生化污染清除等多项危险工作,2023年6月30日,42,侦察机器人,美国

14、研制的“徘徊者”侦察机器人由M113装甲运输车改装而成,美国国防高级研究计划局正在研制的只有2.54厘米大小昆虫机器人,2023年6月30日,43,水下扫雷机器人,2023年6月30日,44,瑞典博福斯公司研制的“双鹰”水下扫雷机器人,2023年6月30日,45,美国罗克威尔公司及IS机器人公司研制的一种名叫“水下自主行走装置”（ALUV）的水下扫雷机器蟹,2023年6月30日,46,无人机,“暗星”无人机,“别动队”无人机,法国“红隼”无人机,高空无人侦察机,2023年6月30日,47,鬼怪式无人机,发射Brevel无人机,只有15厘米的微型无人机,2023年6月30日,48,特种机器人,复

15、合式直径6.14米盾构掘进机,隧道凿岩机器人,2023年6月30日,49,自动无轨堆垛机,机器人化装载机,自动摊铺机,2023年6月30日,50,移动机器人,法国国家科学研究中心和系统分析与结构实验室共同研制的HILARE 2型移动机械手,2023年6月30日,51,法国蒙特皮里亚（Montpellier）微电子与机器人实验室研制的 LIRMM移动机器人,2023年6月30日,52,微型机器人,工业管道机器人移动探测系统,SMA六足微型机器人 外观如同一只小甲虫，外形尺寸为253030mm3，重20克，步行速度18mm/分，有12个自由度，SMA（形状记忆合金）作为驱动源。微小型机器人将来可能

16、在细小管道检测及医疗方面发挥作用。,2023年6月30日,53,微型飞行器：被认为是未来战场上的重要侦察和攻击武器，能以可接受的成本执行某一有价值的任务。这种飞行器必须能够传输实时图像或执行其它功能，有足够小的尺寸（小于20厘米）、足够的巡航范围（如不小于5公里）和飞行时间（不小于15分钟）。,微型战术无人机：可用于战争危险估计、目标搜索、通信中继，监测化学、核或生物武器，侦察建筑物内部情况。可适用于城市、丛林等多种战争环境。因为其便于携带，操作简单，安全性好的优点，可以在部队中大量装备。,2023年6月30日,54,微操作机器人系统,华中科技大学控制系智能与控制工程研究所研制的HUST-MR

17、801型双手协调微操作机器人实验系统,2023年6月30日,55,娱乐机器人,机器人足球赛,2023年6月30日,56,机器人相扑大赛,相扑机器人,2023年6月30日,57,机器狗与机器昆虫,2023年6月30日,58,小提琴机器人和吹笛机器人,吹笛机器人,小提琴机器人,2023年6月30日,59,机器人乐队,2023年6月30日,60,舞蹈机器人和机器龟,机器人舞蹈,机器龟走迷宫,2023年6月30日,61,服务机器人,脑外科机器人辅助系统,护士助手机器人,2023年6月30日,62,遥控操作手术（格林系统）,2023年6月30日,63,导盲机器人和智能轮椅,智能轮椅,导盲机器人,2023

18、年6月30日,64,爬缆索机器人和清洗巨人,爬缆索机器人:在高空缆索上自动完成检查、打磨、清洗、去静电、底涂和面涂及一系列的维护工作。,清洗巨人：利用两套计算机和一个机器人控制器来控制飞机的清洗，不仅减轻了工人的劳动强度，而且大大提高了工作效率。例如，人工清洗一架波音747飞机需要95个工时，而机器人清洗仅需12个工时。,2023年6月30日,65,高楼擦窗和壁面清洗机器人,2023年6月30日,66,消防机器人和救援机器人,2023年6月30日,67,雕刻机器人和汽车加油机器人,加油机器人：汽车驶入加油岛，前轮触发一个概略定位器，给出汽车的概略位置。机器人臂抓起相应的油枪，机器人臂伸出，机器

19、人臂上装有一台微型摄像机，它找到油箱盖，利用一个吸气装置将其打开，然后机器人手爪拧开加油口密封盖，插入加油软管。加完油后，机器人盖上密封盖及油箱盖。与此同时，计算机已为用户结完帐。整个过程只需两、三分钟。,雕刻机器人：电脑雕刻系统集扫描、编辑、排版、雕刻诸功能于一体，是CAD/CAM一体化的典型产品，能方便快捷地在各种材质上雕刻出逼真、精致、耐久的二维图形及三维立体浮雕。,2023年6月30日,68,导游机器人和礼仪机器人,2023年6月30日,69,农业和林业机器人,摘西红柿机器人,温室中的嫁接机器人,2023年6月30日,70,林木球果采集机器人,伐根机器人,2023年6月30日,71,仿

20、人形机器人,日本本田公司投入巨资，经过10多年的开发，于1997年研制出了在世界上居领先地位的双足步行机器人P3，按研制时间先后，把双足步行机器人分别命名为P1、P2、P3等。P3的高度为160cm，体重130公斤。被称为二哥的机器人P2身高1.80米，体重120公斤，看起来笨头笨脑，但行动起来却很灵活，它们不仅能在平坦的地面上行走，还能够完成上台阶和用扳手拧螺钉等高难动作。,2023年6月30日,72,我国研究的仿人型机器人,哈尔滨工业大学双足步行机器人在爬楼梯,国防科技大学研制“先行者”仿人型机器人,2023年6月30日,73,北航的多指灵巧手,哈工大研究的多指灵巧手,2023/6/30,74,Robotics 绪论,1.3机器人学与人工智能机器人学与人工智能的关系1.传感信息处理2.机器人规划3.专家系统4.自然语言理解,2023/6/30,75,Robotics 绪论,1.3机器人学与人工智能机器人学的研究领域1.传感器与感知系统2.驱动、建模与控制3.自动规划与调度4.计算机系统5.应用研究6.微型机器人7.自动化(Robotics and Automation),2023/6/30,76,Robotics 绪论,1.3机器人学与人工智能智能机器人,