专家机器人技术发展介绍课件

专家机器人技家机器人技术发展介展介绍什么是机器人（什么是机器人（robot）n n日本：日本：日本：日本：n n森政弘与合田周平：森政弘与合田周平：n n机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机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、奴隶性等械半人性、自动性、奴隶性等7 7个特征的柔性机器个特征的柔性机器n n加藤一郎：具有如下加藤一郎：具有如下3 3个条件的机器个条件的机器n n具有脑、手、脚等三要素的个体；具有脑、手、脚等三要素的个体；n n具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；n n具有平衡觉和固有觉的传感器。具有平衡觉和固有觉的传感器。什么是机器人（什么是机器人（robot）n n美国：美国：n n易于再编程的装置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手动装置、固定顺序的装置都不认为是机器人什么是机器人（什么是机器人（robot）n n中国：中国：n n机器人是一种自动化的机器机器人是一种自动化的机器n n这种机器具备一些与人或生物相似的智能能这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如力，如n n感知能力感知能力n n规划能力规划能力n n动作能力动作能力n n协同能力协同能力什么是机器人（什么是机器人（robot）n n国际标准化组织对工业机器人的定义国际标准化组织对工业机器人的定义（1987年）年）n n工业机器人是一种具有自动控制的操作和移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。动功能，能完成各种作业的可编程操作机。机器人的功能机器人的功能n n节省劳动力节省劳动力n n搬运机器人、清扫机器人搬运机器人、清扫机器人n n进行极限作业进行极限作业n n喷漆机器人、空间机器人、海底机器人喷漆机器人、空间机器人、海底机器人n n用于医疗、福利用于医疗、福利n n外科手术、智能轮椅外科手术、智能轮椅n n与人协调作业与人协调作业n n机器宠物机器宠物机器人的发展历史机器人的发展历史n n19201920年，捷克作家卡雷尔年，捷克作家卡雷尔年，捷克作家卡雷尔年，捷克作家卡雷尔 卡佩克在科幻剧本罗萨姆卡佩克在科幻剧本罗萨姆卡佩克在科幻剧本罗萨姆卡佩克在科幻剧本罗萨姆的万能机器人中定义了的万能机器人中定义了的万能机器人中定义了的万能机器人中定义了“robota”“robota”n n19541954年，年，年，年，George DevalGeorge Deval开发出第一台可编程机器人开发出第一台可编程机器人开发出第一台可编程机器人开发出第一台可编程机器人n n19621962年，年，年，年，UnimationUnimation公司成立，出现了最早了工业机公司成立，出现了最早了工业机公司成立，出现了最早了工业机公司成立，出现了最早了工业机器人，第一位用户是器人，第一位用户是器人，第一位用户是器人，第一位用户是GMGMn n19641964年，年，年，年，MITMIT，Stanford UniversityStanford University 等成立人工等成立人工等成立人工等成立人工智能研究所智能研究所智能研究所智能研究所n n19651965年，年，年，年，Carnegie Mellon University Carnegie Mellon University 建立机器建立机器建立机器建立机器人研究所人研究所人研究所人研究所n n19671967年，第一台年，第一台年，第一台年，第一台UnimateUnimate公司的喷涂用机器人出口到公司的喷涂用机器人出口到公司的喷涂用机器人出口到公司的喷涂用机器人出口到日本日本日本日本n n19681968年，第一台智能机器年，第一台智能机器年，第一台智能机器年，第一台智能机器人人人人ShakeyShakey在斯坦福研究所在斯坦福研究所在斯坦福研究所在斯坦福研究所(SRI)(SRI)诞生诞生诞生诞生n n1972，IBM公司开发出内部使用的制造机公司开发出内部使用的制造机器人，并发展成为器人，并发展成为IBM7565商用机器人商用机器人n n1973年，年，Cincinnati Milacron公司推出公司推出T3 型机器人型机器人n n1978年，第一台年，第一台PUMA机器人由机器人由Unimation装运到装运到GM公司公司n n8080年代开始，各种机器年代开始，各种机器年代开始，各种机器年代开始，各种机器人公司陆续成立，并不人公司陆续成立，并不人公司陆续成立，并不人公司陆续成立，并不断出现兼并和调整断出现兼并和调整断出现兼并和调整断出现兼并和调整n n19831983年，美国开始将年，美国开始将年，美国开始将年，美国开始将机器人学列入教学计划。机器人学列入教学计划。机器人学列入教学计划。机器人学列入教学计划。n n19941994年，年，年，年，CMUCMU利用利用利用利用DanteDante机器人探测机器人探测机器人探测机器人探测Alaska spurrAlaska spurr火山采集火山采集火山采集火山采集火山气体样本火山气体样本火山气体样本火山气体样本n n19951995年，年，年，年，Intuitive Surgical Intuitive Surgical 公司推出外科手术机器人。公司推出外科手术机器人。公司推出外科手术机器人。公司推出外科手术机器人。n n19971997年，年，年，年，NASANASA的探险者登陆火星，并由旅行者将所的探险者登陆火星，并由旅行者将所的探险者登陆火星，并由旅行者将所的探险者登陆火星，并由旅行者将所拍摄的照片发回地球拍摄的照片发回地球拍摄的照片发回地球拍摄的照片发回地球n n1997年，年，Honda推出推出人形机器人人形机器人P3n n1999年，年，Sony推出机推出机器狗器狗Aibon n20002000年，年，年，年，HondaHonda推出第推出第推出第推出第二代人形机器人二代人形机器人二代人形机器人二代人形机器人Asimo,Asimo,SonySony推出人形机器人推出人形机器人推出人形机器人推出人形机器人QiroQiron n20012001年，加拿大年，加拿大年，加拿大年，加拿大MDMD机器人公司建造的机器人公司建造的机器人公司建造的机器人公司建造的“空间空间空间空间站远程操纵系统站远程操纵系统站远程操纵系统站远程操纵系统”发射进入太空轨道发射进入太空轨道发射进入太空轨道发射进入太空轨道机器人发展趋势机器人发展趋势用于制造生产线用于制造生产线结构化环境下结构化环境下规则工作规则工作具有简单智能的具有简单智能的工业机器人工业机器人工程、社会服务、人类生活工程、社会服务、人类生活等各个领域等各个领域适应非结构环境下的适应非结构环境下的各种灵活需求各种灵活需求具有综合和集成能力的具有综合和集成能力的智能机器人智能机器人n卡内基梅隆的科学家预测：卡内基梅隆的科学家预测：n n未来的机器人将使目前资讯科技革命的贡献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，成为相形见绌，机器人市场将超越资讯业，成为全球最大的工业。全球最大的工业。n日本：日本：n n拥有世界上拥有世界上5858的机器人的机器人n n大力发展机器人教育和机器人产业大力发展机器人教育和机器人产业机器人的分类机器人的分类n n按所替代的人体器官分类按所替代的人体器官分类n n按基于什么样的信息进行动作分类按基于什么样的信息进行动作分类n n按机器人的应用分类按机器人的应用分类分类分类1按所替代的人体器官分类按所替代的人体器官分类n n操作机器人操作机器人n n移动机器人移动机器人n n视觉机器人视觉机器人操作机器人操作机器人n n机械臂机械臂相当于手臂相当于手臂n n机械手机械手相当于手指相当于手指移动机器人移动机器人n n轮式：独轮、两轮、三轮、四轮轮式：独轮、两轮、三轮、四轮n n腿式：两足、多足腿式：两足、多足n n履带履带n n躯干躯干视觉机器人视觉机器人n n产品检测产品检测n n人脸检测人脸检测n n人脸识别人脸识别n n物体识别物体识别n n分类分类2按操纵信息分类按操纵信息分类n n操纵机器人操纵机器人n n程序机器人程序机器人n n示教再现机器人示教再现机器人n n数控机器人数控机器人n n智能机器人智能机器人分类分类3按机器人的应用分类按机器人的应用分类n n工业机器人工业机器人n n特种机器人特种机器人n n服务机器人服务机器人n n娱乐机器人娱乐机器人n n军用机器人军用机器人n n水下机器人水下机器人n n农业机器人农业机器人n n机器人的组成机器人的组成n n机械手或移动车机械手或移动车n n末端执行器末端执行器n n驱动器驱动器n n传感器传感器n n控制器控制器n n处理器处理器n n软件软件驱动器驱动器n n电动机电动机电动机电动机n n伺服电机伺服电机n n步进电机步进电机n n直流电机直流电机n n液压驱动器液压驱动器液压驱动器液压驱动器n n气动驱动器气动驱动器气动驱动器气动驱动器n n形状记忆金属驱动器形状记忆金属驱动器形状记忆金属驱动器形状记忆金属驱动器n n磁致伸缩驱动器磁致伸缩驱动器磁致伸缩驱动器磁致伸缩驱动器传感器传感器n n位置传感器位置传感器位置传感器位置传感器n n速度速度速度速度/加速度传感器加速度传感器加速度传感器加速度传感器n n力力力力/力矩力矩力矩力矩传感器传感器传感器传感器n n触觉传感器触觉传感器触觉传感器触觉传感器n n接近觉传感器接近觉传感器接近觉传感器接近觉传感器n n测距仪测距仪测距仪测距仪n n嗅觉传感器嗅觉传感器嗅觉传感器嗅觉传感器n n视觉系统视觉系统视觉系统视觉系统n n语音识别和语音合成编码器语音识别和语音合成编码器语音识别和语音合成编码器语音识别和语音合成编码器所涉及的研究领域所涉及的研究领域n n机械设计与制造机械设计与制造机械设计与制造机械设计与制造n n传感器传感器传感器传感器n n运动学与动力学运动学与动力学运动学与动力学运动学与动力学n n人工智能人工智能人工智能人工智能n n通讯通讯通讯通讯 n n材料材料材料材料n n能源能源能源能源n n人工智能人工智能n n规划和配置规划和配置规划和配置规划和配置n n机器人动作规划、路径规划机器人动作规划、路径规划n n机器感知机器感知机器感知机器感知n n计算机视觉计算机视觉 ，例：，例：人脸重构人脸重构n n语义识别语义识别n n信息融合信息融合n n机器学习和知识发现机器学习和知识发现机器学习和知识发现机器学习和知识发现n n分布式人工智能分布式人工智能分布式人工智能分布式人工智能n n分布式问题求解分布式问题求解n n多智能体行为协调多智能体行为协调例：地图构建例：地图构建n n目标：自动构建环境地图，用于侦察、目标：自动构建环境地图，用于侦察、救援、导航等等救援、导航等等n n单机器人地图构建单机器人地图构建n n同时定位与地图构建同时定位与地图构建n n机器视觉机器视觉n n多传感器信息融合多传感器信息融合n n路径规划路径规划n n多机器人地图构建多机器人地图构建n n分布式人工智能分布式人工智能人工智能发展趋势人工智能发展趋势单主体静态可预测环境中的问题求解单主体静态可预测环境中的问题求解多主体动态不可预测环境中的问题求解多主体动态不可预测环境中的问题求解 标准问题：国际象棋的人机对抗标准问题：国际象棋的人机对抗标准问题：足球的机机对抗和人机对抗标准问题：足球的机机对抗和人机对抗 下棋下棋下棋下棋 对抗对抗对抗对抗 足球对抗足球对抗足球对抗足球对抗 环境环境环境环境 静态静态静态静态 动态动态动态动态 状态改变状态改变状态改变状态改变 依次动作依次动作依次动作依次动作 实时实时实时实时 可用信息可用信息可用信息可用信息 完全完全完全完全 不完全不完全不完全不完全 传感信息特征传感信息特征传感信息特征传感信息特征 符号符号符号符号 非符号非符号非符号非符号 控制控制控制控制 集中集中集中集中 分布分布分布分布新型智能机器人新型智能机器人n n护士助手护士助手n n智能轮椅智能轮椅n n家用及办公机器人家用及办公机器人n n水下机器人水下机器人n n空间机器人空间机器人n n军用机器人军用机器人n n类人机器人类人机器人护士助手护士助手TRCTRC公司开发的公司开发的“护士助手护士助手”机器人机器人松下电工研制的医院智能跑腿机器人松下电工研制的医院智能跑腿机器人智能轮椅智能轮椅家用伙伴型机器人家用伙伴型机器人日本东芝的家用机器人日本东芝的家用机器人ApriAlphaApriAlpha主要功能：主要功能：与人沟通、聊天、认人与人沟通、聊天、认人 三菱重工的三菱重工的wakamaruwakamaru，可以进，可以进行声音识别、生活情景对话会话。行声音识别、生活情景对话会话。家用清洁机器人家用清洁机器人日立家用清洁机器人日立家用清洁机器人直径直径25cm25cm 高度高度13cm13cm打扫完毕后自动进入打扫完毕后自动进入“充电兼垃充电兼垃圾回收站圾回收站”办公办公/商务服务机器人商务服务机器人富士通服务机器人，富士通服务机器人，可以胜任引导、可以胜任引导、搬运、巡视、提供信息等事务搬运、巡视、提供信息等事务，可，可以回应人的招呼以回应人的招呼清洗机器人清洗机器人哈工大研制的面壁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北航研制的擦窗机器人清洗机器人清洗机器人德国汉萨航空公司委托普茨迈斯特公司德国汉萨航空公司委托普茨迈斯特公司研制的研制的“清洗巨人清洗巨人”水下机器人水下机器人水下水下60006000米无米无缆自治机器人缆自治机器人“探索者号探索者号”水水下下10001000米机器人米机器人水下机器人水下机器人澳大利亚机器人研究中心研制的水下机器人澳大利亚机器人研究中心研制的水下机器人浅水机器人浅水机器人空间机器人空间机器人军用机器人军用机器人微型飞行机器人微型飞行机器人精工爱普生的精工爱普生的全球最轻微型全球最轻微型飞行机器人飞行机器人FR-FR-类人机器人类人机器人日本本田研制的日本本田研制的 ASIMOASIMO类人机器人类人机器人n n日本索尼公司开发的日本索尼公司开发的Qiro Robotn n录像录像1 1n n录像录像2 2类人机器人类人机器人日本新能源和产日本新能源和产业技术开发组织业技术开发组织展出研制的展出研制的“HRP-2 Promete”“HRP-2 Promete”在跌倒后还可以站起来 类人机器人类人机器人富士通公司研富士通公司研制的制的“HOAP-“HOAP-2”2”。机器人竞赛机器人竞赛n n主要的机器人竞赛主要的机器人竞赛n n足球机器人比赛足球机器人比赛机器人竞赛的意义机器人竞赛的意义n为相关理论和技术提供一个实践平台和检验标准，有效促进相关领域的发展。n培养多学科交叉的综合性人才、机器人工业发展的后备人才n培养学生的创新能力、理论与实践相结合能力、动手能力和协作精神主要的机器人竞赛主要的机器人竞赛n n机器人足球赛机器人足球赛n n机器人相扑赛机器人相扑赛n n空中机器人比赛空中机器人比赛n n灭火机器人比赛灭火机器人比赛n n创新性机器人大赛创新性机器人大赛n n机器人足球比赛机器人足球比赛n n19921992年，加拿大不列颠哥伦比亚大学的年，加拿大不列颠哥伦比亚大学的教授教授Alan MackworthAlan Mackworth在论文在论文On Seeing On Seeing RobotsRobots中提出设想中提出设想n n由由硬件硬件或或仿真机器人仿真机器人进行的足球赛，比进行的足球赛，比赛规则与人类正规的足球比赛规则类似赛规则与人类正规的足球比赛规则类似n n最终目标：最终目标：到到2050年，一支全自主的类年，一支全自主的类人型机器人足球队，战胜人类的足球世人型机器人足球队，战胜人类的足球世界杯冠军队界杯冠军队足球机器人系统基本框架足球机器人系统基本框架n n机器人子系统机器人子系统(智能体智能体)动作执行体动作执行体n n环境感知子系统环境感知子系统了解环境信息和位置了解环境信息和位置信息信息n n策略子系统策略子系统多机器人协作、单机器人多机器人协作、单机器人的技术动作和运动规划的技术动作和运动规划n n通讯子系统通讯子系统信息交换信息交换国际机器人足球比赛国际机器人足球比赛n nRoboCupn nFIRARoboCupn nRobot World Cupn n国际组织：国际组织：RoboCup联合会联合会(Federation)http:/www.robocup.orgn n主要活动主要活动n n各类机器人比赛各类机器人比赛n n技术会议技术会议RoboCup比赛种类比赛种类RoboCup 机器人足球比赛机器人足球比赛 仿真组仿真组仿真组仿真组 Simulation League Simulation League Simulation League Simulation League 小型组小型组小型组小型组 Small Size Robot League Small Size Robot League Small Size Robot League Small Size Robot League 中型组中型组中型组中型组 Middle Size Robot League Middle Size Robot League Middle Size Robot League Middle Size Robot League 四腿组四腿组四腿组四腿组 Sony Legged Robot League Sony Legged Robot 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