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1、中职 信息技术（基础模块）（下册）任务2 认识机器人教学课件 工信版第8 章 人工智能初步目录 目录Contents8.2.1 了解机器人的定义8.2.2 了解机器人的分类8.2.3 了解机器人的应用第8 章 人工智能初步 认识机器人随 着 计 算 机 技 术、工 业 自 动 化 和 人 工 智 能 的 飞 速 发 展，人 类 繁 重 而 重 复 的 体 力 劳 动 已 逐 渐 被 各 种 机 械 所 取 代，机 器 人 的 应 用 已 经 广 泛 渗 透 到 社 会 的 各 个 领 域。当 前，世 界 各 国 都 在 积 极 发 展 新 的 科 技 生 产 力，在 未 来10 年，全球 工
2、业 机 器 人 行 业 将 进 入 一 个 前 所 未 有 的 高 速 发 展 期。研 究 和 开 发 新 一 代 机 器 人 将 成 为 今 后 科 技 发 展 的 新 重 点，而 且 机 器 人 产 业 不 论 在 规 模 上 还 是 资 本 上 都 将 大 大 超 过 今 天 的 计 算 机 产 业。因 此，全 面 了 解 机 器 人 知 识，具 备 娴熟的机器人操作技能，已成为衡量21 世纪高素质人才的基本要素之一。第8 章 人工智能初步任务情景机器人是人工智能应用的一个重要载体。小 华 在 实 习 公 司 负 责 一 条 生 产 线 的 运 行。这 条 生 产 线 有 一 个 搬 运
3、 物 料 环 节，运 输 小 车 把 物 料 放 到 地 上 以 后，需 要 人工 把 物 料 搬 运 到 流 水 线 上。小 华 每 天 需 要 把 物 料 从 地 上 搬 运 到 流 水 线 上，经 常 累 得 汗 流 浃 背。后 来 公 司 进 行 员 工 技 术 培训，小 华 掌 握 了 工 业 机 器 人 技 术，就 想 利 用 工 业 机 器 人 改 造 这 条 生 产 线 的 搬 运 环 节。经 过 领 导 同 意 后，小 华 安 装 并 调 试好 了 工 业 机 器 人，工 业 机 器 人 就 能 自 动 把 地 面 物 料 搬 运 到 流 水 线 上。只 要 科 学 地 对
4、工 业 机 器 人 进 行 维 护 保 养，工 业 机 器人能连续工作很长时间，效率也比人工高很多倍。不 同 种 类 的 机 器 人。什 么 样 的 机 器 可 以 称 之 为“机 器 人”？他 们 是 怎 么 分 类 的？又 有 哪 些 应 用 呢？什 么 工 作 可 以 由机器人替代呢？第8 章 人工智能初步第8 章 人工智能初步任务分析工 业 机 器 人 是 广 泛 用 于 工 业 领 域 的 多 关 节 机 械 手 或 多 自 由 度 的 机 器 装 置，具 有 一 定 的 自 动 性，可 依 靠 自 身 的 动 力 能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。工业机器人被广泛应用于电子、
5、物流、化工等各个工业领域之中。学 习 本 任 务 后，应 了 解 机 器 人 的 起 源、定 义 和 发 展 历 程，掌 握 机 器 人 的 分 类、应 用 及 发 展 趋 势，为 将 来 进 一 步 深 入学习机器人指明方向。第8 章 人工智能初步8.2.1 了解机器人的定义场 景3 中 描 述 了 工 业 机 器 人 的 应 用，工 业 机 器 人 在 搬 运、装 配、加 工、包 装 等 领 域 有 着 广 泛 应 用。场 景4 描 述 了 服 务机 器 人 的 应 用，服 务 机 器 人 既 可 以 在 家 庭 中 服 务，也 可 以 在 建 筑、医 疗、军 事、物 流 等 其 他 专
6、业 领 域 服 务，应 用 十 分 广泛。1 机器人的发展过程机 器 人 一 开 始 是 由 人 类 通 过 剧 本 想 象 出 来 的，类 似 中 国 的 神 话 故 事 中 的 人 物 一 样 神 通 广 大。后 来 由 于 科 学 技 术 的 发展，想象中的机器人所具备的功能慢慢得以实现。机器人的发展过程见表。第8 章 人工智能初步时间 事件春秋时代（公元前770年前467年）后期被称为木匠祖师爷的鲁班，利用竹子和木料制造出一个木鸟。它能在空中飞行，“三日不下”，这件事在古书墨经中有所记载，这可称得上世界第一个空中机器人三国时期（公元221年263年）蜀国丞相诸葛亮既是一位军事家，又是一
7、位发明家。他成功地创造出“木牛流马”，可以运送军用物资，可称为最早的陆地军用机器人1920年机器人的英文R obot一词，源自捷克剧作家创作的剧本罗萨姆的万能机器人。由于剧中的人造机器人被取名为R obota（捷克语，本意为奴隶、苦力），因此英文R obot一词开始代表机器人1942年为了预防机器人的出现可能引发的人类灾难，美国科幻小说家在我是机器人的第4个短篇转圈圈中，首次提出了“机器人学3原则”（第一条：机器人不得伤害人类，或看到人类受到伤害而袖手旁观；第二条：机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条相矛盾；第三条：机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条相矛盾。），它被称为“现代
8、机器人学的基石”，这也是“机器人学”这个名词在人类历史上的首度亮相1959年约瑟夫恩格尔伯格利用乔治德沃尔的专利技术，研制出世界上第一台真正意义上的工业机器人Unimate，开创了机器人发展的新纪元。约瑟夫恩格尔伯格对世界机器人工业的发展做出了杰出的贡献，被称为“机器人之父”第8 章 人工智能初步时间 事件1969年 日本早稻田大学的加藤一郎实验室研发出世界上第一台双脚走路的机器人1973年第一台机电驱动的6轴机器人面世。德国库卡公司（KUKA）将其使用的Unimate机器人研发改造成其第一台产业机器人，命名为Famulus，这是世界上第一台机电驱动的6轴机器人1978年美国Unimation
9、公司推出通用工业机器人，应用于通用汽车装配线，这标志着工业机器人技术已经完全成熟1983年就在工业机器人销售日渐增长的情况下，约瑟夫恩格尔伯格又毅然地将Unimation公司出让给了美国西屋电气公司（WestinghouseElectricCorporation），并创建了TRC公司，前瞻性地开始了服务机器人的研发2003年 德国库卡公司（KUKA）开发出第一台娱乐机器人Robocoaster2008年 世界上第一例机器人切除脑瘤手术成功。施行手术的是卡尔加里大学医学院研制的“神经臂”2015年世界级“网红”Sophia（索菲亚）诞生。2017年索菲亚在沙特阿拉伯首都利雅得举行的“未来投资倡议
10、”大会上获得了沙特公民身份，也是史上首位获得公民身份的机器人第8 章 人工智能初步2 机器人的定义由 于 现 代 机 器 人 的 应 用 领 域 多、发 展 速 度 快，加 上 它 涉 及 有 关 人 类 的 概 念。因 此，对 于 机 器 人，世 界 各 国 标 准 化 机构，甚至同一国家的不同标准化机构，至今尚未形成一个统一、准确、为世人所公认的严格定义。国 际 标 准 化 组 织（International Organization for Standardization，ISO）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 械
11、 手，这 种 机 械 手 具 有 几 个 轴，能 够 借 助 可 编 程 序 操 作 处 理 各 种 材 料、零 件、工 具 和 专 用装 置，执 行 各 种 任 务”。一 般 认 为，机 器 人 是 一 种 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）的具有高度灵活性的自动化机器。第8 章 人工智能初步机器人一般具有以下特征。机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体的某些器官（肢体、感受等）的功能；机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等；机器人
12、具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。第8 章 人工智能初步机 器 人 正 在 源 源 不 断 地 向 人 类 活 动 的 各 个 领 域 渗 透，它 所 涵 盖 的 内 容 越 来 越 丰 富，其 应 用 领 域 和 发 展 空 间 正 在 不 断 延 伸和扩大，这是机器人与其他自动化设备的重要区别。可 以 想 象，未 来 的 机 器 人 不 但 可 以 接 受 人 类 指 挥、运 行 预 先 编 制 的 程 序，而 且 可 以 根 据 人 工 智 能 技 术 所 制 定 的 原 则 纲 领，选择自身的行动，但机器人很难有自主的意识，一般不会产生自己独立的意志而自行其是。
13、目 前，机 器 人 的 传 感 器 远 没 有 达 到 人 类 的 感 知 水 平，它 们 感 受 不 出 类 似 于 人 类 的 基 本 需 求。目 前，所 有 的 机 器 人 所 能 感知 的 都 是 人 类 需 要 的，是 按 人 类 的 意 识 进 行 感 知 的，机 器 人 自 己 并 不 知 道 为 什 么 要 感 知，感 知 信 息 以 后 为 什 么 要 那 样 做。机器人所有感知和行为都是按人类意识运行的。第8 章 人工智能初步说一说 请 说 明 如 何 让 机 器 人 更 好地服务于人类？第8 章 人工智能初步8.2.2 了解机器人的分类 场 景3 描 述 了 机 器 人
14、在 搬 运、装 配、加 工、包 装 等 领 域 有 着 广 泛 应 用；场 景4 描 述 了 机 器 人 的 家 庭 服 务。除 此 之 外 还 有 各类机器人，那么机器人有哪些分类方法呢？机 器 人 的 种 类 和 应 用 都 很 多，目 前 的 分 类 方 法 也 有 很 多 种。但 是，由 于 人 们 观 察 问 题 的 角 度 有 所 不 同，直 到 今 天，还 没有得出一种令世人认同的分类方法。总体而言，常用的机器人分类方法主要有专业分类法和应用分类法两种。第8 章 人工智能初步1 专业分类法专 业 分 类 法 通 常 是 机 器 人 设 计、制 造 和 使 用 厂 家 技 术 人
15、员 所 使 用 的 分 类 方 法，其 技 术 性 较 强，业 外 人 士 较 少 使 用。目 前，专业分类可按机器人的控制系统技术水平、机械结构形态和运动控制方式3 种方法进行分类。（1）按控制系统技术水平分类。根 据 机 器 人 目 前 的 控 制 系 统 技 术 水 平，一 般 可 分 为 示 教 再 现 机 器 人（第 一 代）、感 知 机 器 人（第 二 代）、智 能 机 器 人（第 三 代）3 类。第 一 代 机 器 人 已 实 用 和 普 及，绝 大 多 数 工 业 机 器 人 都 属 于 第 一 代 机 器 人；第 二 代 机 器 人 的 技 术 已 部 分 实 用 化；第三代
16、机器人尚处于实验和研究阶段。第8 章 人工智能初步（2）按机械结构形态分类。根 据 机 器 人 现 有 的 机 械 结 构 形 态，研 究 人 员 将 其 分 为 圆 柱 坐 标（Cylindrical Coordinate）、球 坐 标（Polar Coordinate）、直 角 坐 标（Cartesian Coordinate）及 关 节 型（Articulated）、并 联 结 构 型（Parallel）等，其 中 以 关 节 型 机 器 人 最 为 常 用。不 同形 态 的 机 器 人 在 外 观、机 械 结 构、控 制 要 求、工 作 空 间 等 方 面 均 有 较 大 区 别。例
17、如，关 节 型 机 器 人 的 动 作 和 功 能 类 似 人 类 的 手臂；而直角坐标、并联结构型机器人的外形和控制要求与数控机床十分类似。（3）按运动控制方式分类。根 据 机 器 人 的 控 制 方 式，一 般 可 分 为 顺 序 控 制 型、轨 迹 控 制 型、远 程 控 制 型、智 能 控 制 型 等 类 别。顺 序 控 制 型 又 称 点 位 控制 型，这 种 机 器 人 只 需 要 规 定 动 作 次 序 和 移 动 速 度，而 不 需 要 考 虑 移 动 轨 迹；轨 迹 控 制 型 则 需 要 同 时 控 制 移 动 轨 迹 和 移 动 速 度，故 可 用 于 焊 接、喷 漆 等
18、 连 续 移 动 作 业；远 程 控 制 型 可 实 现 无 线 遥 控，它 多 用 于 特 定 行 业，如 军 事 机 器 人、空 间 机 器 人、水 下 机器人等；智能控制型机器人就是前述的第三代机器人，多用于服务、军事等行业，这种机器人目前尚处于试验和研究阶段。第8 章 人工智能初步2 应用分类法应用分类法是根据机器人应用环境（用途）进行分类的大众分类方法，其定义通俗，易为公众所接受。应 用 分 类 的 方 法 同 样 较 多。例 如，日 本 将 机 器 人 分 为 工 业 机 器 人 和 智 能 机 器 人 两 类；我 国 将 机 器 人 分 为 工 业 机 器 人 和 特种 机 器
19、人 两 类 等。然 而，由 于 对 机 器 人 的 智 能 性 判 别 尚 缺 乏 科 学、严 格 的 标 准，加 上 工 业 机 器 人 和 特 种 机 器 人 的 界 线 较 难 划分。因 此，在 通 常 情 况 下，公 众 较 易 接 受 的 是 参 照 国 际 机 器 人 联 合 会（IFR）的 分 类 方 法，将 机 器 人 分 为 工 业 机 器 人 和 服 务 机器人两类。如进一步细分，目前常用的机器人基本上可分为表所示的几类。第8 章 人工智能初步机器人工业机器人加工类焊接机器人研磨抛光机器人装配类装配机器人涂装机器人搬运类输送机器人装卸机器人包装类分拣机器人码垛机器人包装机器
20、人服务机器人个人/家庭服务家庭作业机器人休闲娱乐机器人残障辅助机器人住宅安全机器人专业服务军事机器人场地机器人物流机器人医疗机器人建筑机器人第8 章 人工智能初步（1）工业机器人。工 业 机 器 人（Industrial Robot，IR）是 指 在 工 业 环 境 下 应 用 的 机 器 人，它 是 一种 可 编 程 的 多 用 途、自 动 化 设 备。当 前 实 用 化 的 工 业 机 器 人 以 第 一 代 示 教 再 现 机 器人 居 多，但 部 分 工 业 机 器 人（如 焊 接、装 配 等）已 能 通 过 图 像 来 识 别、判 断、规 划或 探 测 途 径，对 外 部 环 境 具
21、 有 了 一 定 的 适 应 能 力，初 步 具 备 了 第 二 代 感 知 机 器 人 的某些功能。工 业 机 器 人 的 涵 盖 范 围 同 样 很 广，根 据 其 用 途 和 功 能，又 可 分 为 加 工、装 配、搬运、包装4 大类；在此基础上，还可对每类进行细分。（2）服务机器人。服 务 机 器 人（Personal Robot，PR）是 除 工 业 机 器 人 之 外，服 务 于 人 类 非 生 产性 活 动 的 机 器 人 的 总 称。根 据 国 际 机 器 人 联 合 会（IFR）的 定 义，服 务 机 器 人 是 一 种半 自 主 或 全 自 主 工 作 的 机 械 设 备，
22、它 能 完 成 有 益 于 人 类 健 康 的 服 务 工 作，但 不 直 接从事工业品的生产。第8 章 人工智能初步说一说 请 说 出 机 器 人 可 以 代 替 人 们完成哪些工作？第8 章 人工智能初步8.2.3 了解机器人的应用场 景3 描 述 了 工 业 机 器 人 的 应 用，工 业 机 器 人 在 搬 运、装 配、加 工、包 装 等 领 域 有 着 广 泛 应 用。场 景4 描 述 了 服 务 机 器 人的应用，服务机器人既可以在家庭服务，也可以在建筑、医疗、军事、物流等其他专业领域服务，应用十分广泛。1 工业机器人应用焊接机器人当 前 很 多 焊 接 机 器 人 控 制 系 统
23、 能 够 提 供 多 种 焊 接 功 能 包、工 艺 大 数 据 管 理、专 家 分 析 系 统 和 专 家 学 习 系 统，使 得 机 器 焊接大幅度地代替人工，模拟人工焊接技巧，使得工艺更加稳定，焊接一致性更好。第8 章 人工智能初步2 服务机器人应用扫地机器人AI 技 术 的 突 破、核 心 零 部 件 成 本 的 下 降、以 及“先 驱”产 品 的 出 现，带 动 了 智 能 服 务 机 器 人 近 两 年 的 兴 起。一 时 间，语 音交互、对话问答、人脸识别、环境感知、自主定位导航，几乎成了智能服务机器人产品的标配。最 近 两 年，随 着 人 们 收 入 和 生 活 水 平 的 提
24、 高，人 们 越 来 越 热 衷 于 追 求 高 品 质 的 家 庭 生 活，这 也 是 导 致 最 近 几 年 智 能 家 居行 业 异 常 火 爆 的 主 要 原 因。扫 地 机 器 人 作 为 智 能 电 器 类 家 居 产 品 越 来 越 受 到 广 大 家 庭 用 户 的 喜 爱，带 一 台 扫 地 机 器 人 回 家 一起 生 活 成 为 一 种 时 尚，扫 地 机 器 人 以 其 智 能 性 和 实 用 性 深 受 用 户 的 青 睐，只 要 一 个 按 钮 就 可 以 帮 助 人 们 打 扫 卫 生，我 们 就 可以节省时间享受高品质生活。第8 章 人工智能初步扫 地 机 器
25、人 的 机 身 为 无 线 机 器，以 圆 盘 形 为 主。使 用 充 电 电 池 运 作，操 作 方 式 以 遥 控 器，或 是 机 器 上 的 操 作 面 板 为 主。一 般 能 设 定 时 间 预 约 打 扫、自 行 充 电，前 方 有 设 置 感 应 器，可 侦 测 障 碍 物，如 碰 到 墙 壁 或 其 他 障 碍 物，会 自 行 转 弯，并 依 每间 不 同 厂 商 设 定，而 走 不 同 的 路 线。因 为 其 简 单 操 作 的 功 能 及 便 利 性，现 今 已 慢 慢 普 及，成 为 上 班 族 或 是 现 代 家 庭 的 常 用 家电用品。第8 章 人工智能初步说一说 发 挥 想 象 力，说 出 有 哪 些事 情 你 希 望 机 器 人 能 帮 你 完 成？第8 章 人工智能初步