机器人技术发展简介

1. 机器人技术发展简介 浙江大学 工业控制技术国家重点实验室 熊 蓉

2. 内容 • 什么是机器人 • 机器人的发展历史和趋势 • 机器人的分类 • 机器人的组成和技术 • 新型智能机器人 • 机器人竞赛

3. 什么是机器人（robot） • 日本： • 森政弘与合田周平： • 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 • 加藤一郎：具有如下3个条件的机器 • 具有脑、手、脚等三要素的个体； • 具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器； • 具有平衡觉和固有觉的传感器。

4. 什么是机器人（robot） • 美国： • 易于再编程的装置 手动装置、固定顺序的装置都不认为是机器人

5. 什么是机器人（robot） • 中国： • 机器人是一种自动化的机器 • 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 • 协同能力

6. 什么是机器人（robot） • 国际标准化组织对工业机器人的定义 （1987年） • 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。

7. 机器人的功能 • 节省劳动力 • 搬运机器人、清扫机器人…… • 进行极限作业 • 喷漆机器人、空间机器人、海底机器人 • 用于医疗、福利 • 外科手术、智能轮椅…… • 与人协调作业 • 机器宠物

8. 机器人的发展历史 • 1920年，捷克作家卡雷尔·卡佩克在科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》中定义了“robota” • 1954年，George Deval开发出第一台可编程机器人 • 1962年，Unimation公司成立，出现了最早了工业机器人，第一位用户是GM • 1964年，MIT，Stanford University等成立人工智能研究所 • 1965年，Carnegie Mellon University 建立机器人研究所

9. 1967年，第一台Unimate公司的喷涂用机器人出口到日本1967年，第一台Unimate公司的喷涂用机器人出口到日本 • 1968年，第一台智能机器人Shakey在斯坦福研究所(SRI)诞生

10. 1972，IBM公司开发出内部使用的制造机器人，并发展成为IBM7565商用机器人1972，IBM公司开发出内部使用的制造机器人，并发展成为IBM7565商用机器人

11. 1973年，Cincinnati Milacron公司推出T3 型机器人

12. 1978年，第一台PUMA机器人由Unimation装运到GM公司1978年，第一台PUMA机器人由Unimation装运到GM公司

13. 80年代开始，各种机器人公司陆续成立，并不断出现兼并和调整80年代开始，各种机器人公司陆续成立，并不断出现兼并和调整 • 1983年，美国开始将机器人学列入教学计划。 • 1994年，CMU利用Dante机器人探测Alaska spurr火山采集火山气体样本

14. 1995年，Intuitive Surgical 公司推出外科手术机器人。

15. 1997年，NASA的探险者登陆火星，并由旅行者将所拍摄的照片发回地球1997年，NASA的探险者登陆火星，并由旅行者将所拍摄的照片发回地球

16. 1997年，Honda推出人形机器人P3 • 1999年，Sony推出机器狗Aibo

17. 2000年，Honda推出第二代人形机器人Asimo, Sony推出人形机器人Qiro

18. 2001年，加拿大MD机器人公司建造的“空间站远程操纵系统”发射进入太空轨道2001年，加拿大MD机器人公司建造的“空间站远程操纵系统”发射进入太空轨道

19. 机器人发展趋势 工程、社会服务、人类生活等各个领域 用于制造生产线 适应非结构环境下的 各种灵活需求 结构化环境下 规则工作 具有综合和集成能力的 智能机器人 具有简单智能的 工业机器人

20. 卡内基梅隆的科学家预测： • 未来的机器人将使目前资讯科技革命的贡献相形见绌，机器人市场将超越资讯业，成为全球最大的工业。 • 日本： • 拥有世界上58％的机器人 • 大力发展机器人教育和机器人产业

21. 机器人的分类 • 按所替代的人体器官分类 • 按基于什么样的信息进行动作分类 • 按机器人的应用分类

22. 分类1——按所替代的人体器官分类 • 操作机器人 • 移动机器人 • 视觉机器人

23. 操作机器人 • 机械臂——相当于手臂 • 机械手——相当于手指

24. 移动机器人 • 轮式：独轮、两轮、三轮、四轮 • 腿式：两足、多足 • 履带 • 躯干

25. 视觉机器人 • 产品检测 • 人脸检测 • 人脸识别 • 物体识别 • ……

26. 分类2——按操纵信息分类 • 操纵机器人 • 程序机器人 • 示教再现机器人 • 数控机器人 • 智能机器人

27. 分类3——按机器人的应用分类 • 工业机器人 • 特种机器人 • 服务机器人 • 娱乐机器人 • 军用机器人 • 水下机器人 • 农业机器人 • ……

28. 机器人的组成 • 机械手或移动车 • 末端执行器 • 驱动器 • 传感器 • 控制器 • 处理器 • 软件

29. 驱动器 • 电动机 • 伺服电机 • 步进电机 • 直流电机 • 液压驱动器 • 气动驱动器 • 形状记忆金属驱动器 • 磁致伸缩驱动器

30. 传感器 • 位置传感器 • 速度/加速度传感器 • 力/力矩传感器 • 触觉传感器 • 接近觉传感器 • 测距仪 • 嗅觉传感器 • 视觉系统 • 语音识别和语音合成编码器

31. 所涉及的研究领域 • 机械设计与制造 • 传感器 • 运动学与动力学 • 人工智能 • 通讯 • 材料 • 能源 • ……

32. 人工智能 • 规划和配置 • 机器人动作规划、路径规划 • 机器感知 • 计算机视觉 ，例：人脸重构 • 语义识别 • 信息融合 • 机器学习和知识发现 • 分布式人工智能 • 分布式问题求解 • 多智能体行为协调

33. 例：地图构建 • 目标：自动构建环境地图，用于侦察、救援、导航等等 • 单机器人地图构建 • 同时定位与地图构建 • 机器视觉 • 多传感器信息融合 • 路径规划

34. 多机器人地图构建 • 分布式人工智能

35. 人工智能发展趋势 单主体静态可预测环境中的问题求解 标准问题：国际象棋的人－机对抗 多主体动态不可预测环境中的问题求解 标准问题：足球的机－机对抗和人－机对抗

36. 下棋 对抗 足球对抗 环境 静态 动态 状态改变 依次动作 实时 可用信息 完全 不完全 传感信息特征 符号 非符号 控制 集中 分布

37. 新型智能机器人 • 护士助手 • 智能轮椅 • 家用及办公机器人 • 水下机器人 • 空间机器人 • 军用机器人 • 类人机器人

38. TRC公司开发的“护士助手”机器人 松下电工研制的医院智能跑腿机器人 护士助手

39. 智能轮椅

40. 家用伙伴型机器人 日本东芝的家用机器人ApriAlpha主要功能：与人沟通、聊天、认人 三菱重工的wakamaru，可以进行声音识别、生活情景对话会话。

41. 家用清洁机器人 日立家用清洁机器人 直径25cm×高度13cm 打扫完毕后自动进入“充电兼垃圾回收站”

42. 办公/商务服务机器人 富士通服务机器人，可以胜任引导、搬运、巡视、提供信息等事务，可以回应人的招呼

43. 清洗机器人 哈工大研制的面壁清洗机器人 北航研制的擦窗机器人

44. 清洗机器人 德国汉萨航空公司委托普茨迈斯特公司研制的“清洗巨人”

45. 水下机器人 “探索者号”水下1000米机器人 水下6000米无缆自治机器人

46. 水下机器人 澳大利亚机器人研究中心研制的水下机器人

48. 浅水机器人

49. 空间机器人

50. 军用机器人