機器人技術(shù)概況和新進展

1、ISAS機器人技術(shù)概況和新進展專業(yè)：軟件工程 班號：1003完成人：胡永勝中國的機器人技術(shù)概況王磊世界的機器人技術(shù)概況段哨中國的機器人新進展吳玉翠世界的機器人新進展指導(dǎo)教師：崔柯梅答辯日期：2010年12月10日起源西周時期，我國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機器人。春秋后期，我國著名的木匠魯班，在機械方面也是一位發(fā)明家，據(jù)墨經(jīng)記載，他曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”，體現(xiàn)了我國勞動人民的聰明智慧。1800年前的漢代，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動儀，而且發(fā)明了計里鼓車。計里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。后漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地創(chuàng)

2、造出了“木牛流馬”，并用其運送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。中國第一代個人機器人2006年4月28日，對于沈陽新松機器人自動化股份有限公司來說，注定要載入史冊。這一天，他們自主研發(fā)的我國第一代個人機器人“亮亮”、“月月”帶著眾人的企盼正式誕生了。概況我國的機器人研究開發(fā)工作始于2 0世紀(jì)70年代末，在國家“863”、“973”、“九五攻關(guān)”等高技術(shù)發(fā)展計劃的重點支持下，取得了重大發(fā)展。一方面，以清華大學(xué)、上海交通大學(xué)，中國科學(xué)院等科研院所為代表，重點對機器人基礎(chǔ)技術(shù)進行研究，諸如機器人機構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)分析與綜合，機器人運動的控制算法，多傳感器控制系統(tǒng)，遙控操作技術(shù)等均取得長足進展；另一方面，大批專業(yè)

3、生產(chǎn)機器人以及自動化設(shè)備的公司成立，推動了機器人技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程。 u 家務(wù)型機器人：能幫助人們打理生活，做簡單的家務(wù)活。u 操作型機器人：能自動控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用于相關(guān)自動化系統(tǒng)中。 u 程控型機器人：按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。 u 示教再現(xiàn)型機器人：通過引導(dǎo)或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重復(fù)進行作業(yè)。 u 數(shù)控型機器人：不必使機器人動作，通過數(shù)值、語言等對機器人進行示教，機器人根據(jù)示教后的信息進行作業(yè)。 u 感覺控制型機器人：利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。 u 適應(yīng)控制型機器人：能適應(yīng)環(huán)境的變化

4、，控制其自身的行動。 u 學(xué)習(xí)控制型機器人：能“體會”工作的經(jīng)驗，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“學(xué)”的經(jīng)驗用于工作中。極限作業(yè)機器人仿真機器人1.5 應(yīng)用排爆機器人管家機器人智能機器人智能機器人具備形形色色的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器，如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺。除具有感受器外，它還有效應(yīng)器，作為作用于周圍環(huán)境的手段。這就是筋肉，或稱自整步電動機，它們使手、腳、長鼻子、觸角等動起來。 我們從廣泛意義上理解所謂的智能機器人，它給人的最深刻的印象是一個獨特的進行自我控制的“活物”。其實，這個自控“活物”的主要器官并沒有像真正的人那樣微妙而復(fù)雜。我們稱這種機器人為自控機器人，以便使它同前面談到的機器

5、人區(qū)分開來。它是控制論產(chǎn)生的結(jié)果，控制論主張這樣的事實：生命和非生命有目的的行為在很多方面是一致的。正像一個智能機器人制造者所說的，機器人是一種系統(tǒng)的功能描述，這種系統(tǒng)過去只能從生命細胞生長的結(jié)果中得到，現(xiàn)在它們已經(jīng)成了我們自己能夠制造的東西了。智能機器人能夠理解人類語言，用人類語言同操作者對話，在它自身的“意識”中單獨形成了一種使它得以“生存”的外界環(huán)境實際情況的詳盡模式。它能分析出現(xiàn)的情況，能調(diào)整自己的動作以達到操作者所提出的全部要求，能擬定所希望的動作，并在信息不充分的情況下和環(huán)境迅速變化的條件下完成這些動作。當(dāng)然，要它和我們?nèi)祟愃季S一模一樣，這是不可能辦到的。不過，仍然有人試圖建立計算

6、機能夠理解的某種“微觀世界”。比如維諾格勒在麻省理工學(xué)院人工智能實驗室里制作的機器人。這個機器試圖完全學(xué)會玩積木：積木的排列、移動和幾何圖案結(jié)構(gòu)，達到一個小孩子的程度。這個機器人能獨自行走和拿起一定的物品，能“看到”東西并分析看到的東西，能服從指令并用人類語言回答問題。更重要的是它具有“理解”能力。為此，有人曾經(jīng)在一次人工智能學(xué)術(shù)會議上說過，不到十年，我們把電子計算機的智力提高了10倍；如維諾格勒所指出的，計算機具有明顯的人工智能成分。 定義中的第二個關(guān)鍵詞是“多功能”。其含義是：機器人是多用途的，即可完成多種工作，如用于激光切割的機器人，對其終端工具稍加改變，即可用于焊接、噴漆或裝置操作等工

7、作。第三個關(guān)鍵詞是“操作機構(gòu)”。其含義為：機器人工作時，需要一個移動工作對象的機構(gòu)。正如機器人與其他自動化機器的區(qū)別在于它的程序可重編性和萬能性，機器人與計算機的區(qū)別在于它有一個操作機構(gòu)。最后，讓我們研究“多種預(yù)編動作程序”的意義。其含義為：機器人工作處于動態(tài)過程中，即以連續(xù)生產(chǎn)活動為其主要特征。雖然這個定義看來相當(dāng)抽象，而且有些模棱兩可，但它確實把工業(yè)機器人與固定程序自動化機器區(qū)別開來，與類似食品處理機那種只需要更換配件便可完成調(diào)料至絞餡的多功能機器區(qū)別開來。同時，它也使機器人遠遠脫離了科學(xué)幻想類小說的范疇，因為機器人能否具備任何人類特征，歸根到底是依賴于人類的創(chuàng)造才能。中國機器人新進展 一

8、 、工業(yè)機器人：據(jù)對家用戶的統(tǒng)計分析，國內(nèi)工業(yè)機器人主要應(yīng)用在汽車、機械制造等行業(yè)。中國工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)機器人作為現(xiàn)代制造業(yè)主要的自動化裝備,已廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機械、電子信息、家電、化工等行業(yè),進行焊接、裝配、搬運、加工、噴涂、碼垛等復(fù)雜作業(yè).目前,全世界機器人的擁有量已達80多萬臺,對于提高工業(yè)自動化水平,提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、增強企業(yè)市場競爭力、改善勞動條件等起到重大的作用.據(jù)預(yù)測,19962000年期間,工業(yè)機器人的需求量以每年13%的速度增長。二 、網(wǎng)絡(luò)機器人雖然網(wǎng)絡(luò)機器人進入國內(nèi)只有短短4年多的時間，但已在廣大互聯(lián)網(wǎng)個人用戶與企業(yè)用戶中迅速普及。網(wǎng)絡(luò)機器人包括傳

9、統(tǒng)意義上的機器人與網(wǎng)絡(luò)接口兩部分（完整意義上的網(wǎng)絡(luò)機器人應(yīng)是兩者合二為一）。將網(wǎng)絡(luò)機器人接入基于Internet等網(wǎng)絡(luò)的所謂的"網(wǎng)絡(luò)機器人平臺"，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)機器人應(yīng)用系統(tǒng)，可使操作者（可以是世界某地的互聯(lián)網(wǎng)上某一非專業(yè) 用戶）通過Web接口對網(wǎng)絡(luò)機器人進行監(jiān)視，控制其完成各種移動和操作，或提供有關(guān)環(huán)境信息、知識、智能，幫助網(wǎng)絡(luò)機器人自主或半自主地完成指定任務(wù)。例如，目前常用的“飛信助手”三、醫(yī)用機器人：醫(yī)用機器人的主要研究內(nèi)容包括：醫(yī)療外科手術(shù)的規(guī)劃與仿真、機器人輔助外科手術(shù)、最小損傷外科、臨場感外科手術(shù)等。目前市場上醫(yī)療用機器人，仍是以操控式機械手臂加上顯微影像顯示系統(tǒng)所結(jié)

10、合操作、共同使用之手術(shù)型機器人為主。目前最新的是由美國IS（Intuitive Surgical）公司所制造的機器人內(nèi)窺鏡手術(shù)裝置“達芬奇系統(tǒng)”。長處在于可大幅降低手術(shù)過程中的感染問題，并進入一般醫(yī)師手部所無法伸入之器官組織；此外，配合視訊傳輸與影像顯示技術(shù)的進步，可望能進一步實現(xiàn)遠距手術(shù)。醫(yī)療用機器人的進階應(yīng)用之一則朝向讓機器人成為人體一部分人機一體的方向邁進。譬如正在發(fā)展中的人工心臟、視網(wǎng)膜、能接收神經(jīng)信號的智能型義肢等，讓身體因受傷或生病而出現(xiàn)功能缺陷的人，可以有更多替換或矯正的選擇。四、空間機器人探月計劃中的“主角”，是以月球車為代表的太空機器人。雖然將來探月計劃中，太空機器人及其設(shè)計

11、方案是否會采用市場化招標(biāo)的形式來進行，目前還沒有確定，但國內(nèi)眾多航天科研機構(gòu)、高校已經(jīng)爭相開始了空間機器人的研究。作為國內(nèi)研究空間機器人的權(quán)威機構(gòu)，清華大學(xué)智能技術(shù)與系統(tǒng)國家實驗室專家在接受電話采訪時告訴記者，由于月球上的環(huán)境惡劣，在適應(yīng)系統(tǒng)、密封、熱控、潤滑、能源、通訊等方面的要求都較高，因此月球機器人的設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其研究涉及到許多學(xué)科和領(lǐng)域。據(jù)了解，國家高技術(shù)航天領(lǐng)域空間機器人工程研究中心也已經(jīng)成立，空間機器人研究在許多關(guān)鍵技術(shù)方面已取得進展。清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校，近期也紛紛展出了它們的月球車。世界機器人新發(fā)展We must try

12、our best to develop this kind of technology,and in turn,it will give us the chance of changing our life! Howard gardner如今的現(xiàn)狀隨著計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機器人在功能和技術(shù)層次上有了很大，移動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術(shù)就是典型的代表。由于這些技術(shù)的發(fā)展，推動了機器人概念的延伸。80年代，將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統(tǒng)稱為智能機器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導(dǎo)了機器人技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間

13、，水下機器人、空間機器人、空中機器人、地面機器人、微小型機器人等各種用途的機器人相繼問世，許多夢想成為了現(xiàn)實。將機器人的技術(shù)（如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等）擴散和滲透到各個領(lǐng)域形成了各式各樣的新機器機器人化機器。當(dāng)前與信息技術(shù)的交互和融合又產(chǎn)生了“軟件機器人”、“網(wǎng)絡(luò)機器人”的名稱，這也說明了機器人所具有的創(chuàng)新活力。水下機器人無人遙控潛水器，也稱水下機器人。一種工作于水下的極限作業(yè)機器人，能潛入水中代替人完成某些操作,又稱潛水器。水下環(huán)境惡劣危險,人的潛水深度有限，所以水下機器人已成為開發(fā)海洋的重要工具。無人遙控潛水器主要有，有纜遙控潛水器和無纜遙控潛水器兩種，其中有纜避控潛水器又分為水中

14、自航式、拖航式和能在海底結(jié)構(gòu)物上爬行式三種?？臻g機器人是用于空間探測活動的特種機器人，它是一種低價位的輕型遙控機器人，可在行星的大氣環(huán)境中導(dǎo)航及飛行?？臻g機器人是在空間環(huán)境中活動的，空間環(huán)境和地面環(huán)境差別很大，空間機器人工作在微重力，高真空，超低溫，強輻射，照明差的環(huán)境中，因此，空間機器人與地面機器人的要求也必然不相同，有它自身的特點?？臻g機器人人智能程度比較高，功能比較全?？臻g機器人消耗的能量要盡可能小，工作壽命要盡可能長，而且由于是工作在太空這一特殊的環(huán)境之下，對它的可靠性要求也比較高。此外，空間機器人是在一個不斷變化的三維環(huán)境中運動并自主導(dǎo)航?？臻g機器人幾乎不能夠在空間停留，所以必須能實

15、時確定它在空間的位置及狀態(tài)；要能對它的垂直運動進行控制；要為它的星際飛行預(yù)測及規(guī)劃路徑?？臻g建筑與裝配一些大型的安裝部件，比如無線電天線，太陽能電池，各個艙段的組裝等艙外活動都離不開空間機器人，機器人將承擔(dān)各種搬運，各構(gòu)件之間的連接緊固，有毒或危險品的處理等任務(wù)。在不久的將來，人造空間站初期建造一半以上的工作都將由機器人完成。衛(wèi)星和其他航天器的維護與修理隨著人類在太空活動的不斷發(fā)展，人類在太空的“財產(chǎn)”也越來越多，在這些財產(chǎn)中人造衛(wèi)星占了絕大多數(shù)。如果這些衛(wèi)星一旦發(fā)生故障，丟棄它們再發(fā)射新的衛(wèi)星就很不經(jīng)濟，必須設(shè)法修理后使它們重新發(fā)揮作用。但是如果派宇航員去修理，又牽涉到艙外活動的問題，而且由

16、于航天器在太空中，是處于強烈宇宙輻射的環(huán)境之下，人根本無法執(zhí)行任務(wù)，所以只能依靠機器人。空間機器人所進行的維護和修理工作有回收失靈衛(wèi)星，對故障衛(wèi)星進行就地修理，為空間飛行器補給物資等。空間生產(chǎn)和科學(xué)實驗 宇宙空間為人類提供了地面上無法實現(xiàn)的微重力和高真空環(huán)境，利用這一環(huán)境可以生產(chǎn)出地面上無法或難以生產(chǎn)出的產(chǎn)品。在太空中還可以進行地面上不能做的科學(xué)實驗。和空間裝配，空間修理不同，空間生產(chǎn)和科學(xué)實驗主要在艙內(nèi)環(huán)境里進行，操作內(nèi)容多半是重復(fù)性動作，在多數(shù)情況下，宇航員可以直接檢查和控制。這時候的空間機器人如同工作在地面的工廠里的生產(chǎn)線上一樣。因此，可以采用的機器人多是通用型多功能機器人。 空間機器人

17、在保證空間活動的安全性，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，擴大空間站的作用等方面都將發(fā)揮巨大的作用空中機器人空中機器人空中機器人又叫無人機，近年來在軍用機器人家族中，無人機是科研活動最活躍、技術(shù)進步最大、研究及采購經(jīng)費投入最多、實戰(zhàn)經(jīng)驗最豐富的領(lǐng)域。80多年來，世界無人機的發(fā)展基本上是以美國為主線向前推進的，無論從技術(shù)水平還是無人機的種類和數(shù)量來看，美國均居世界之首位?？v觀無人機發(fā)展的歷史，可以說現(xiàn)代戰(zhàn)爭是推動無人機發(fā)展的動力。而無人機對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響也越來越大。一次和二次世界大戰(zhàn)期間，盡管出現(xiàn)并使用了無人機，但由于技術(shù)水平低下，無人機并未發(fā)揮重大作用。朝鮮戰(zhàn)爭中美國使用了無人偵察機和攻擊機，不過數(shù)量有限。在隨后的越南戰(zhàn)爭、中東戰(zhàn)爭中無人機已成為必不可少的武器系統(tǒng)。而在海灣戰(zhàn)爭、波黑戰(zhàn)爭及科索沃戰(zhàn)爭中無人機更成了主要的偵察機種。研制歷史今后的發(fā)展趨勢工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展