机器人学概述

安徽工业大学

2015级工程硕士期末考核答题卷

专业：机械工程

课程：机器人学

姓名：

学号：1521190215

2017年1月

第一章引言

随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化，产业机器人已成为一种高新技术产业，为产业自动化发挥了巨大作用，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。

本文概括了工业机器人的概念和发展、国外国内机器人的发展现状、未来机器人的发展方向。

第二章机器人的概念与发展

2.1 机器人的定义

工业机器人的问世, 大约是25年前；微处理机的诞生, 大约是15年前。正是由于微处理机的出现, 以及各种LSI、VLSI的飞跃发展, 才使得工业机器人控制系统的机能大幅度提高, 从而使数百种不同结构、不同控制方法、不同用途的工业机器人终于在八十年代,真正进人了实用与普及的阶段, 并发挥了令人难以置信的巨大威力与经济效益。

那么, 什么是工业机器人？回答是令人遗憾的。因为关于工业机器人的定义, 仍在专家们的争议之中, 至今还没有人能够提出一个令人信服的明确定义。美国机器人协会（RIA）对机器人的定义是：“ 所谓工业机器人, 是为了完成不同的作业, 根据种种程序化的运动来实现材料、零部件、工具或特殊装置的移动并可重新编程的多功能操作机。”日本产业机器人协会（JIRA）的定义是：“ 所谓工业机器人, 是在三维空间具有类似人体上肢动作机能及其结构, 并能完成复杂空间动作的多自由度的自动机械” 或“根据感觉机能或认识机能, 能够自行决定行动的机器（智能机器人）。”

不管各国机器人专家们如何定义和解释工业机器人, 有一点是可以明确的, 这就是人们开发研究工业机器人的最终目标, 在于要研制出一种能够缥合人的所有动作特性——通用性、柔软性、灵活性的自动机械。

2.2 机器人的发展

自动化技术的发展，特别是计算机的诞生，推动了机器人的发展。人们通常把机器人划分为三代。第一代是可编程机器人。这种机器人一般可以根据操作人员所编的程序,完成一些简单的重复性操作。这一代机器人是从60年代后半叶开始投入实际使用的,目前在工业界已得到广泛应用。第二代是“感知机器人”,又叫做自适应机器人,它在第一代机器人的基础上发展起来的,能够具有不同程度的“感知”周围环境的能力。这类利用感知信息以改善机器人性能的研究开始于70年代初期,到1982年,美国通用汽车公司为其装配线上的机器人装配了视觉系统,宣告了感

知机器人的诞生,在80年代得到了广泛应用。第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制,它可以把感知和行动智能化结合起来,因此能在非特定的环境下作业,称之为智能机器人。智能机器人与工业机器人的根本区别在于,智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能。而感知本身,就是人类和动物所具有的低级智能。因此机器的智能分为两个层次:①具有感觉、识别、理解和判断功能；②具有总结经验和学习的功能。所以,人们通常所说的第二代机器人可以看作是第一代智能机器人。

第3章 国外国内机器人的发展现状

3.1 国外机器人的发展现状

美国是机器人的诞生地，早在1961年，美国的ConsolidedControlCorp和AMF公司联合研制了第一台实用的示教再现机器人。经过40多年的发展，美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。

日本在1967年从美国引进第一台机器人，1976年以后，随着微电子的快速发展和市场需求急剧增加，日本当时劳动力显著不足，工业机器人在企业里受到了 “救世主”般的欢迎，使其日本工业机器人得到快速发展，现在无论机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一，素有“机器人王国”之称。德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五六年，但战争所导致的劳动力短缺，国民的技术水平较高等社会环境，却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。此外，在德国规定，对于一些危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替普通人的劳动。这为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。目前，德国工业机器人的总数占世界第二位，仅次于日本。

法国政府一直比较重视机器人技术，通过大力支持一系列研究计划，建立了一个完整的科学技术体系，使法国机器人的发展比较顺利。在政府组织的项目中，特别注重机器人基础技术方面的研究，把重点放在开展机器人的应用研究上。而由工业界支持开展应用和开发方面的工作，两者相辅相成，使机器人在法国企业界得以迅速发展和普及，从而使法国在国际工业机器人界拥有不可或缺的一席之地。

英国纪70年代末开始，推行并实施了一系措施列支持机器人发展的政策，使英国工业机器人起步比当今的机器人大国日本还要早，并曾经取得了早期的辉煌。然而，这时候政府对工业机器人实行了限制发展的错误。这个错误导致英国的机器人工业一蹶不振，在西欧几乎处于末位。近些年，意大利、瑞典、西班牙、芬兰、丹麦等国家由于自身国内

机器人市场的大量需求，发展速度非常迅速。目前，国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS，瑞典的ABB，意大利的Gimatic及奥地利的IGM公司。

3.2 国内机器人的发展现状

我国对工业机器人的研究始于20 世纪70 年代,通过“七五”的起步，“八五”、“九五”的科技攻关，已经基本掌握了工业机器人的设计制造技术、控制系统和驱动系统的设计技术和机器人软件和编程等关键技术。形成了一批具有较强机器人科研实力的公司和院校，如中科院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化有限公司、清华大学、哈尔滨工业大学、北航等。

仿生机器人一直是我国机器人领域的研究热点。对机器人鱼的研究集中在它的驱动单元上， 因机器鱼有较高的液体推进性能， 其推进方法可以是尾鳍或者胸鳍推进。尾鳍推进机器鱼游动速度快，但灵活性较差，胸鳍推进则使机器鱼游动速度慢，但稳定性高、机动性好。国防科技大学采用胸鳍推进驱动实现机器鱼的设计； 哈尔滨工业大学采用形状记忆合金驱动对仿生鱼进行了设计，但是，机器鱼很难实现柔性的仿生运动。与其它轮式、履带式、爬行式移动机器人相比，双足机器人因能在复杂的非结构化环境中能行走， 因而具有更高的灵活性和适应性。清华大学设计了动态步行双足机器人THBIP-II，哈尔滨工程大学设计了双足机器人HEUBR_1，但仿生程度都还有待提高。

我国对机器人SLAM 研究取得了可喜的成果。具有代表性的是梁志伟等人采用基于分布式传感器感知的方法，周武等人采用遗传快速SLAM 算法，张文玲等人采用自适应SLAM 算法同时进行自身定位与环境地图的创建。针对以往速度障碍法在动态避碰应用中的不足，朱齐丹等人采用双障碍检测窗口进行动态避碰规划的改进，有效提高了机器人运动的安全性。伍明和牛长锋等人对目标跟踪方法进行了研究， 分别提出了基于扩展卡尔曼滤波和基于SIFT 特征和粒子滤波的方法，都适用于未