第一章机器人技术 绪论

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• 1968年，美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机 器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发 现并抓取积木，不过控制它的计算机有一个房间那 么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开 了第三代机器人研发的序幕 • 1969年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第 一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研 究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本 专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见 长 • 1973年， 世界上第一次机器人和小型计算机携手合 作，就诞生了美国Cincinnati Milacron公司的机器人 T3。
1.2机器人的特点、 结构与分类
1.2.4机器人的分类
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Robotics 绪论
1.2机器人的特点、 结构与分类
1.2.4机器人的分类
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著名机器人
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1.2机器人的特点、 结构与分类
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第一代
第二代
第三代
第一个可编程机 器人，1954 第一个工业机器 人，1959 操作型机器人
以传感器为标志， 智能机器人，1968， 21世纪百度文库及 1965 1965年左右研制， 1990年左右普及 自动型机器人 马文·明斯基， 1956 智能机器人
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著名机器人
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著名机器人
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著名机器人
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著名机器人
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1.2机器人的特点、 结构与分类
1.2.3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 2011-6-4
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Robotics 绪论
1.2机器人的特点、 结构与分类
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机器人的定义
• 加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人： 1 具有脑、手、脚等三要素的个体； 2 具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触 传感器； 3 具有平衡觉和固有觉的传感器。 强调机器人应当仿人，靠手进行作业，靠脚实现移动，由 脑完成统一指挥。
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1.1机器人学的发展 1.1机器人学的发展
1.1.3机器人学的进展 1.1.3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
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1.3机器人学与人工智能
1.3.3智能机器人
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1）东汉、张衡发明的指南车 2）1768-1774，瑞士钟表匠制作的木偶机器人 3）1920捷克剧作家Karel Capek首次提出Robota一词 4）1950美国科幻作家Assimov,提出机器人三守则 5）1954美国人设计了第一台电子可编程机器人 6）1962美国GM公司使用全球第一台机器人Unimate
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• 1999年，日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，当即销 售一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途 径之一 • 2006年 6月，微软公司推出Microsoft Robotics Studio，机 器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显，比尔·盖茨预言 ，家用机器人很快将席卷全球
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• 1954年，美国人乔治·德沃尔制造出世界上 第一台可编程的机器人，并注册了专利。 这种机械手能按照不同的程序从事不同的 工作，因此具有通用性和灵活性
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• 1965年，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室 研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系 统、光电管等装置，根据环境校正自己的位 置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工 学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续 成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代 带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工 智能进发。
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机器人的定义
• 欧美国家认为：机器人应该是由计算机控 制的通过编排程序具有可以变更的多功能 的自动机械。 • 日本认为“机器人就是任何高级的自动机 械”，这就把那种尚需一个人操纵的机械 手包括进去了。
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机器人的定义
在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上 • 森政弘与合田周平提出的：“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”。 • 森政弘又提出了用移动性、个体性、智能性、通用性、半 机械半人性、自动性、作业性、信息性、柔性、有限性等 10个特性来表示机器人的形象。
1.2.3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。
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1.2机器人的特点、结构与分类
1.2.4机器人的分类（考点）
按几何结构分:直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标 按几何结构分 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） 按机器人控制分 按用途分：工业机器人、探索机器人、服务机器人、军事机器 按用途分 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 按机器智能分 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） 按移动性分
机器人技术 绪论 Introduction of Robotics
1. 1 1．2 1．3 1．4
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机器人学的发展 机器人的特点、 机器人的特点、结构与分类 机器人学与人工智能 如何学好机器人技术
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1.1机器人学的发展 1.1机器人学的发展
1.1.1机器人的由来 1.1.1机器人的由来
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1.2机器人的特点、结构与分类
1.2.2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。
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1.2机器人的特点、结构与分类
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机器人的定义
• 1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义：“工业 机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各 种作业的可编程操作机。” • 我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的 机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智 能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力， 是一种具有高度灵活性的自动化机器” • 机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合
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• 1978年，美国Unimation公司推出通用工业机 器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经 完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一 线 • 1984年，英格伯格再推机器人Helpmate，这 种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送 邮件。同年，他还预言：“我要让机器人擦 地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全”。 • 1998年 ，丹麦乐高公司推出机器人(Mindstorms)套件，让机器人制造变得跟搭积木一 样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始 走入个人世界。
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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。
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1.2机器人的特点、 1.2机器人的特点、结构与分类 机器人的特点
1.2.1机器人的主要特点---通用性和适应性 机器人的主要特点---通用性和适应性 机器人的主要特点--• 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
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1.3机器人学与人工智能
1.3.2机器人学的研究领域 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 传感器与感知系统 驱动、建模与控制 自动规划与调度 计算机系统 应用研究 微型机器人 自动化(Robotics and Automation)
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1.2机器人的特点、 结构与分类
著名机器人
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著名机器人
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1.3机器人学与人工智能
1.3.1机器人学与人工智能的关系 1. 2. 3. 4. 传感信息处理 机器人规划 专家系统 自然语言理解
“机器人三原则”，阿西莫夫，科幻作家，1940 1 机器人不应伤害人类； 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 机器人应遵守人类的命令， 背的命令除外； 背的命令除外； 3 机器人应能保护自己，与第一条相抵触 机器人应能保护自己， 者除外。 者除外。
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• 魏国马钧，生于扶风（今陕西扶风县）， 发明指南车、水转百戏、记里鼓车等
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• 写字玩偶
• 1773年，瑞士的钟表匠道罗斯父子连续推出了自动书写玩 偶、自动演奏玩偶等，他们创造的自动玩偶是利用齿轮和 发条原理而制成的。瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩 偶，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键而弹奏音乐
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1.1机器人学的发展 1.1机器人学的发展
1.1.2机器人的定义 1.1.2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
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机器人的定义
• 粗略的说，机器人是自动执行工作的机器装置。机器人可接 受人类指挥，也可以执行预先编排的程序，也可以根据以人 工智能技术制定的原则纲领行动。