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1、机器人技术及其应用概论你现在浏览的是第一页，共20页你现在浏览的是第二页，共20页机器人的结构机器人的结构机器人运动学（重点）机器人运动学（重点）机器人静力学（重点）机器人静力学（重点）机器人动力学（重点）机器人动力学（重点）主主 要要 内内 容：容：v 机器人的控制机器人的控制 v 机器人的感觉机器人的感觉你现在浏览的是第三页，共20页1.1机器人的定义机器人的定义1 机器人概述机器人概述机器人机器人一词的出现：一词的出现：1920年、捷克作家、年、捷克作家、KarelCapek、RossumsUniversalRobots，“Robota”（奴隶）写成了（奴隶）写成了“Robot”。小说在
2、小说在1924年和年和1927年的时候被纷纷传到了日本、法国和欧年的时候被纷纷传到了日本、法国和欧洲国家，洲国家，机器人机器人这个名词就向全世界铺展开来。这个名词就向全世界铺展开来。故事情节：故事情节：带感情带感情的机器人消灭了人类的机器人消灭了人类，一对男女机器，一对男女机器人相爱人相爱，世界又起死回生。，世界又起死回生。你现在浏览的是第四页，共20页上世纪上世纪6060年代，可实用机械的机器人被称为工业机器人年代，可实用机械的机器人被称为工业机器人上世纪上世纪8080年代到现在，机器人正越来越向智能化方向发展年代到现在，机器人正越来越向智能化方向发展目前尚无一个统一的机器人的定义。目前尚无
3、一个统一的机器人的定义。目前尚无一个统一的机器人的定义。目前尚无一个统一的机器人的定义。机器人学是一门不断发展的科学，对机器人的定义也随其机器人学是一门不断发展的科学，对机器人的定义也随其机器人学是一门不断发展的科学，对机器人的定义也随其机器人学是一门不断发展的科学，对机器人的定义也随其发展而变化。发展而变化。发展而变化。发展而变化。你现在浏览的是第五页，共20页（2 2）日日本本工工业业机机器器人人协协会会(JIRA)(JIRA)的的定定义义：工工业业机机器器人人是是“一一种种装装备备有有记记忆忆装装置置和和末末端端执执行行器器(endeffector)的的，能能够够转转动动并并通通过过自自
4、动动完完成成各种移动来代替人类劳动的通用机器各种移动来代替人类劳动的通用机器”。（1 1）美国机器人协会）美国机器人协会(RIA)(RIA)的定义：的定义：机器人是机器人是“一种用于移动各种材料、一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手编程能力的多功能机械手(manipulator)”。国际上，关于机器人的定义主要有以下几种：国际上，关于机器人的定义主要有以下几种：你现在浏览的是第六页，共20页（3 3）美国国家标准局）美国国家标准局(NBS)(NBS)的定义：的
5、定义：机器人是机器人是“一种能够进行编程一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。（4 4）国际标准化组织国际标准化组织(ISO)(ISO)的定义：的定义：“机器人是一种自动的、位置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械手，这种机械手具有几个轴，可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，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，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，以执行种种任务以执行种种任务”。你现在浏览的是第七页，共20页（5）我我国国对对
6、机机器器人人的的定定义义。蒋蒋新新松松院院士士曾曾建建议议把把机机器器人人定定义义为为“一一种种拟拟人人功功能能的的机机械械电电子子装装置置”(a mechantronic device toimitatesomehumanfunctions)。参参考考各各国国的的定定义义，对对机机器器人人给给出出以以下下定定义义：机机器器人人是是一一种种计计算算机机控控制制的的可可以以编编程程的的自自动动机机械械电电子子装装置置，能能感感知知环环境境，识识别别对对象象，理理解解指指示示命命令令，有有记记忆忆和和学学习习功功能能，具具有有情情感感和和逻逻辑辑判判断断思思维，能自身进化，能计划其操作程序来完成任
7、务。维，能自身进化，能计划其操作程序来完成任务。你现在浏览的是第八页，共20页1.2机器人的发展及应用机器人的发展及应用一、古代机器人一、古代机器人春秋后期，春秋后期，鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不三日不下下”。机器马车机器马车机器马车机器马车西周时期，西周时期，出现了能歌善舞的伶人，出现了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。这是我国最早记载的机器人。公元前公元前2世纪世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人器人自动机。可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。自动机。可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。你
8、现在浏览的是第九页，共20页汉代大科学家张衡汉代大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。每行不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。后汉三国时期后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了了“木牛流马木牛流马”。用其运送军粮，支援前方战争。用其运送军粮，支援前方战争。写字机器人写字机器人写字机器人写字机器人17381738年年，法国天才技师杰克，法国天才技师杰克戴戴瓦克逊发明瓦克逊发明了一只机器鸭。它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进了一只机器鸭。它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进
9、食和排泄。食和排泄。你现在浏览的是第十页，共20页 1919世纪中叶世纪中叶出现了科学幻想派和机械制作派出现了科学幻想派和机械制作派 。18861886年未来的年未来的夏娃问世。在机械实物制造方面，夏娃问世。在机械实物制造方面，18931893年摩尔制造了年摩尔制造了“蒸汽人蒸汽人”，“蒸汽人蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。17731773年年，自动书写玩偶、自动演奏玩偶等被连续推出。现在保，自动书写玩偶、自动演奏玩偶等被连续推出。现在保留下来的瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，还定期弹奏音乐供留下来的瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，还定期弹奏音乐供参观者欣赏
10、。参观者欣赏。19271927年年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报电报箱箱”。可以回答一些问题。可以回答一些问题。你现在浏览的是第十一页，共20页二、现代机器人二、现代机器人1952年年，第一台数控机床的诞生，为机器人的开发奠定了基础。，第一台数控机床的诞生，为机器人的开发奠定了基础。1954年年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。利。主从机器人主从机器人主从机器人主从机器人1948年年，美国原子能委员会的美国原子能委员会的阿尔贡研究所开发了机械式的主阿尔贡研究所开发了机械
11、式的主从机械手。从机械手。你现在浏览的是第十二页，共20页1962年年美国美国AMF公司推出的公司推出的“VERSATRAN”和和UNIMATION公司推出的公司推出的“UNIMATE”是机器人产品最早的实用机型是机器人产品最早的实用机型（示教再现）。（示教再现）。VERSATRANUNIMATE你现在浏览的是第十三页，共20页l1965年年，MIT的的Roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统定位简单积木的机器人系统l1970年年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议l1973年
12、年，辛辛那提，辛辛那提米拉克隆公司的理查德米拉克隆公司的理查德豪恩制造了第一台由豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人小型计算机控制的工业机器人l1980年后年后，日本赢得了，日本赢得了“机器人王国机器人王国”的美称的美称你现在浏览的是第十四页，共20页各种用途的机器人各种用途的机器人：水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等人等新的机器人名称：新的机器人名称：“软件机器人软件机器人”、“网络机器人网络机器人”、机器人化机器、机器人化机器德国排爆机器人德国排爆机器人德国排爆机器人德国排爆机器人相扑机器人相扑机
13、器人无人驾驶振动式压路机无人驾驶振动式压路机你现在浏览的是第十五页，共20页机器鱼机器鱼“自由泳自由泳”“过龙门过龙门”在水中在水中“戏球戏球”自主地避开障碍物自主地避开障碍物机机器器鱼鱼我我国国研研制制的的排排爆爆机机器器人人你现在浏览的是第十六页，共20页70年代的萌芽期，年代的萌芽期，80年代的开发期和年代的开发期和90年代的适用化期。年代的适用化期。l1972年开始研制自己的工业机器人年开始研制自己的工业机器人l“七五七五”期间，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研期间，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机
14、器人l1986年国家高技术研究发展计划（年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施计划）开始实施l上世纪上世纪90年代初期起，形成了一批机器人产业化基地年代初期起，形成了一批机器人产业化基地我国工业机器人的发展：我国工业机器人的发展：你现在浏览的是第十七页，共20页日本和美国在日本和美国在日本和美国在日本和美国在2020世纪世纪世纪世纪6060年代就已经开始进行机器人的年代就已经开始进行机器人的年代就已经开始进行机器人的年代就已经开始进行机器人的研究，与他们相比较，我国还存在较大的差距，因此需要研究，与他们相比较，我国还存在较大的差距，因此需要研究，与他们相比较，我国还存在较大的差距，因此
15、需要研究，与他们相比较，我国还存在较大的差距，因此需要更多的人加入到发展机器人的事业中来。更多的人加入到发展机器人的事业中来。更多的人加入到发展机器人的事业中来。更多的人加入到发展机器人的事业中来。你现在浏览的是第十八页，共20页理由之三：理由之三：理由之三：理由之三：机器人做人做不了的事情。机器人做人做不了的事情。比如人比如人们对太空的认识，对原子分子进行搬迁的机器人们对太空的认识，对原子分子进行搬迁的机器人为什么要发展机器人为什么要发展机器人?理由之二：理由之二：理由之二：理由之二：机器人做人不愿意做或做不好的事机器人做人不愿意做或做不好的事。比如有毒的、高温的或危险的环境，汽车生比如有毒
16、的、高温的或危险的环境，汽车生产线上的焊接工作产线上的焊接工作机器人汽车焊接生产线机器人汽车焊接生产线理由之一：理由之一：理由之一：理由之一：提高生产效率降低人的劳动强度。提高生产效率降低人的劳动强度。比如焊机器人提高生产效率，提高汽车焊接的质比如焊机器人提高生产效率，提高汽车焊接的质量，降低工人的劳动强度量，降低工人的劳动强度 汽车装配机器人汽车装配机器人你现在浏览的是第十九页，共20页小结小结:机器人的外型不一定像人；机器人的外型不一定像人；机器人技术是集机械学、力学、电子学、机器人技术是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、生物学、控制论、人工智能、系统工程等多种学科于一体的综合性很强的新人工智能、系统工程等多种学科于一体的综合性很强的新技术。技术。你现在浏览的是第二十页，共20页