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机器人学的研究领域
➢应用研究 ❖机器人在工业、农业、建筑中的应用 ❖机器人在服务业的应用 ❖机器人在核能、高空、水下等危险环境中的应用 ❖机器人军事领域的应用 ❖机器人在医疗领域的应用 ❖机器人在CMIS和FMS中的应用 ❖机器人在微观领域的应用 ❖以机器人为单元的可重构加工制造系统（无人化 工厂）
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机器人系统的基本结构
关节式机械系统 内
变速机构 传
感
执行装置
器
交互作用
外
环境
传 感
器
内传感信息 计 控 算制 机器
外 传 感 信 息
)
(
机器人模型 环境模型 工作任务 控制算法
计算机语言
任务
任务
内传感信息
控制器
执行机构
外传感信息
环境
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机器人学的研究领域
➢驱动、建模与控制 ❖超低惯性驱动电机 ❖直接驱动与交流驱动，伺服驱动 ❖控制机理（理论）：分级递阶控制、专家控制、 神经网络控制、预测控制等 ❖控制系统：结构体系、控制器 ❖在线控制与实时控制 ❖视觉控制与声音控制、语音控制等
机器人介绍
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内容提要
• 机器人定义 • 机器人的发展历程 • 机器人的特点 • 机器人的分类 • 机器人系统的基本结构 • 机器人学的研究领域 • 机器人的发展方向
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机器人定义
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器，这种机器具 有几个轴，能够借助于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。”
Байду номын сангаас15
机器人的发展方向
机器人总体上向着智能化方向发展。下面是部分具体的 发展方向：
➢拟人化：不仅外观像人，能力与智能也像人 ➢多功能化：为人类提高多种高质量的服务 ➢灵巧化：精度提高，灵活性、适应性加强 ➢普及化：各种机器人玩具 ➢大型化与小型化 临场感技术、虚拟现实技术、多智能体技术、人工神经 网络技术、仿生技术、信息融合技术、纳米技术等的进 一步发展，必将使机器人技术的发展如虎添翼。
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机器人学的研究领域
➢自动规划与调度 ❖环境模型的描述 ❖任务规划与路径规划 ❖协调操作与运动规划 ❖任务协商与调度 ❖制造（加工）系统中的机器人调度 ❖非结构环境下的规划
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机器人学的研究领域
➢计算机系统 ❖智能机器人控制计算机系统的体系结构 ❖通用与专用的机器人计算机语言 ❖神经计算机与并行处理 ❖人机通讯 ❖多智能体系统
❖运用传感器感测环境的能力； ❖分析任务空间和执行操作规划的能力； ❖自动指令模式能力。
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机器人的分类
➢按几何结构分类：利用坐标特性分类。 ❖直角坐标机器人：由互相垂直的导轨和手臂构成。 ❖柱面坐标机器人：主要由垂直柱子、水平手臂和底 座构成。工作区间为圆柱面。 ❖球面坐标机器人：由底座、球关节和手臂构成。其 工作区间为球面。 ❖关节式球面坐标机器人：由躯干、上臂和前臂构成。
机器人的分类
➢按几何结构分类：利用机构特性分类。 ❖串联机器人：各连杆为串联 ❖并联机器人：各连杆为并联
➢按几何结构分类：利用尺寸分类。 大型机器人、一般机器人、微机器人
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机器人的分类
➢按应用领域分类： ❖工业机器人：应用于工农业生产，主要应用于制 造业，如弧焊机器人、喷漆机器人、装配机器人 等。 ❖服务机器人：一种自主或半自主工作，为人们提 供服务的机器人，如导游机器人、家用机器人等。 ❖探索机器人：用于太空、海洋、地下探险和探索。 ❖军事机器人：用于军事目的。可分为陆、海、空 军用机器人。如无人战机、机器人战士等。 我国按照应用领域将机器人分为：工业机器人，服
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机器人定义
• 阿西莫夫“机器人三守则” (1950, 小说《我是机器人》)
(1) 机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人将受害而袖
手旁观。 (2) 机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类。 (3) 机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者
人类命令它作出牺牲。
4
机器人的发展历程
✓指南车，张衡 ，东汉，机器人雏形 ✓安德罗丁，加拿大，摩尔，1893，蒸汽动力，可行走 ✓Unimate, 美国, Unimation公司, 1962, 第一台机器人, 用于配
合压铸机上下料 ✓Versatran, 美国, AMF公司, 1963，第一台工业机器人 ✓计算机控制的机器人，1974 ✓示教再现机器人，1982 ✓多种机器人：工业机器人、移动机器人、拟人机器人、特
种机器人等，具有视觉、语音等功能，具有一定智能。
5
机器人的特点
机器人是机构学、控制论、电子技术及计算机等现代科 学综合的产物。 (1)通用性：某种执行不同的功能和完成多样的简单任务 的实际能力。 (2)适应性：对环境的自适应能力。包括：
务机器人，特种机器人。
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机器人的分类
➢按智能程度分类： ❖一般机器人：只有一般编程能力和操作功能 ❖智能机器人：根据智能程度分为： 传感型、交互型、自主型智能机器人
➢按机器人的移动性分类： ❖固定式机器人：固定在底座上，如工业机器人。 ❖移动机器人：根据移动方式分为：轮式、履带式、 足式等。如足式机器人中的人形机器人等。
机器人学的研究领域
➢应用研究 ❖机器人在工业、农业、建筑中的应用 ❖机器人在服务业的应用 ❖机器人在核能、高空、水下等危险环境中的应用 ❖机器人军事领域的应用 ❖机器人在医疗领域的应用 ❖机器人在CMIS和FMS中的应用 ❖机器人在微观领域的应用 ❖以机器人为单元的可重构加工制造系统（无人化 工厂）
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机器人系统的基本结构
关节式机械系统 内
变速机构 传
感
执行装置
器
交互作用
外
环境
传 感
器
内传感信息 计 控 算制 机器
外 传 感 信 息
)
(
机器人模型 环境模型 工作任务 控制算法
计算机语言
任务
任务
内传感信息
控制器
执行机构
外传感信息
环境
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机器人学的研究领域
➢驱动、建模与控制 ❖超低惯性驱动电机 ❖直接驱动与交流驱动，伺服驱动 ❖控制机理（理论）：分级递阶控制、专家控制、 神经网络控制、预测控制等 ❖控制系统：结构体系、控制器 ❖在线控制与实时控制 ❖视觉控制与声音控制、语音控制等
机器人介绍
1
内容提要
• 机器人定义 • 机器人的发展历程 • 机器人的特点 • 机器人的分类 • 机器人系统的基本结构 • 机器人学的研究领域 • 机器人的发展方向
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机器人定义
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器，这种机器具 有几个轴，能够借助于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。”
Байду номын сангаас15
机器人的发展方向
机器人总体上向着智能化方向发展。下面是部分具体的 发展方向：
➢拟人化：不仅外观像人，能力与智能也像人 ➢多功能化：为人类提高多种高质量的服务 ➢灵巧化：精度提高，灵活性、适应性加强 ➢普及化：各种机器人玩具 ➢大型化与小型化 临场感技术、虚拟现实技术、多智能体技术、人工神经 网络技术、仿生技术、信息融合技术、纳米技术等的进 一步发展，必将使机器人技术的发展如虎添翼。
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机器人学的研究领域
➢自动规划与调度 ❖环境模型的描述 ❖任务规划与路径规划 ❖协调操作与运动规划 ❖任务协商与调度 ❖制造（加工）系统中的机器人调度 ❖非结构环境下的规划
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机器人学的研究领域
➢计算机系统 ❖智能机器人控制计算机系统的体系结构 ❖通用与专用的机器人计算机语言 ❖神经计算机与并行处理 ❖人机通讯 ❖多智能体系统
❖运用传感器感测环境的能力； ❖分析任务空间和执行操作规划的能力； ❖自动指令模式能力。
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机器人的分类
➢按几何结构分类：利用坐标特性分类。 ❖直角坐标机器人：由互相垂直的导轨和手臂构成。 ❖柱面坐标机器人：主要由垂直柱子、水平手臂和底 座构成。工作区间为圆柱面。 ❖球面坐标机器人：由底座、球关节和手臂构成。其 工作区间为球面。 ❖关节式球面坐标机器人：由躯干、上臂和前臂构成。
机器人的分类
➢按几何结构分类：利用机构特性分类。 ❖串联机器人：各连杆为串联 ❖并联机器人：各连杆为并联
➢按几何结构分类：利用尺寸分类。 大型机器人、一般机器人、微机器人
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机器人的分类
➢按应用领域分类： ❖工业机器人：应用于工农业生产，主要应用于制 造业，如弧焊机器人、喷漆机器人、装配机器人 等。 ❖服务机器人：一种自主或半自主工作，为人们提 供服务的机器人，如导游机器人、家用机器人等。 ❖探索机器人：用于太空、海洋、地下探险和探索。 ❖军事机器人：用于军事目的。可分为陆、海、空 军用机器人。如无人战机、机器人战士等。 我国按照应用领域将机器人分为：工业机器人，服
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机器人定义
• 阿西莫夫“机器人三守则” (1950, 小说《我是机器人》)
(1) 机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人将受害而袖
手旁观。 (2) 机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类。 (3) 机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者
人类命令它作出牺牲。
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机器人的发展历程
✓指南车，张衡 ，东汉，机器人雏形 ✓安德罗丁，加拿大，摩尔，1893，蒸汽动力，可行走 ✓Unimate, 美国, Unimation公司, 1962, 第一台机器人, 用于配
合压铸机上下料 ✓Versatran, 美国, AMF公司, 1963，第一台工业机器人 ✓计算机控制的机器人，1974 ✓示教再现机器人，1982 ✓多种机器人：工业机器人、移动机器人、拟人机器人、特
种机器人等，具有视觉、语音等功能，具有一定智能。
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机器人的特点
机器人是机构学、控制论、电子技术及计算机等现代科 学综合的产物。 (1)通用性：某种执行不同的功能和完成多样的简单任务 的实际能力。 (2)适应性：对环境的自适应能力。包括：
务机器人，特种机器人。
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机器人的分类
➢按智能程度分类： ❖一般机器人：只有一般编程能力和操作功能 ❖智能机器人：根据智能程度分为： 传感型、交互型、自主型智能机器人
➢按机器人的移动性分类： ❖固定式机器人：固定在底座上，如工业机器人。 ❖移动机器人：根据移动方式分为：轮式、履带式、 足式等。如足式机器人中的人形机器人等。