人工智能与机器人技术课件

人工智能与机器人人工智能与机器人人工智能与机器人2 1.7 1.7 机器人技术指标机器人技术指标指标体系与评价内容指标体系与评价内容1.31.3机器人分类机器人分类1.11.1机器人发展史机器人发展史1.21.2机器人的定义机器人的定义 1.6 1.6 机器人相关主要技术与学科机器人相关主要技术与学科1.5 1.5 机器人的优缺点机器人的优缺点1.4 1.4 机器人化机器机器人化机器1.8.1.8.机器人技术展望机器人技术展望21.7机器人技术指标指标体系与评价内容1.3机器3机器人的模样一定要像人吗？机器人的模样一定要像人吗？v有些人认为，最高级的机器人要做的和人一模一样，其实非也。v实际上，机器人是利用机械传动、现代微电子技术组合而成的一种能模仿人某种技能的机械电子设备，他是在电子、机械及信息技术的基础上发展而来的。v然而，机器人的样子不一定必须像人，只要能自主完成人类所赋予他的任务与命令，就属于机器人大家族的成员。3机器人的模样一定要像人吗？有些人认为，最高级的41.11.1 机器人发展史机器人发展史1.1.11.1.1古代机器人古代机器人 公元前公元前1066-1066-前前771771，列子列子汤问篇汤问篇记载，我国西周时代，记载，我国西周时代，木偶工匠木偶工匠偃师偃师，向周武穆王献上，向周武穆王献上“木制伶人木制伶人”，能歌善舞，栩栩，能歌善舞，栩栩如生。如生。春秋后期，我国著名的木匠春秋后期，我国著名的木匠鲁班鲁班，在机械方面也是一位发明，在机械方面也是一位发明家，公元前家，公元前400400至至350350年，年，墨子墨子鲁问篇鲁问篇记载记载“公输子（鲁班）公输子（鲁班）削竹木以为鹊削竹木以为鹊,他曾制造过一只木鸟他曾制造过一只木鸟,成而飞之成而飞之,三日不下三日不下”。公元前公元前2 2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了自动机自动机-以水、空气和蒸汽压力为动力以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像，可以自己开门、借的会动的雕像，可以自己开门、借助蒸汽唱歌。助蒸汽唱歌。41.1 机器人发展史1.1.1古代机器人公元前5 公元公元25-22025-220年，东汉时期，发明了年，东汉时期，发明了“记里鼓车记里鼓车”，它靠传动，它靠传动齿轮和凸轮杠杆等机械驱动，车行一里，车上木人受凸轮的牵动，齿轮和凸轮杠杆等机械驱动，车行一里，车上木人受凸轮的牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓，无需人手工测量计程。由绳索拉起木人右臂击鼓，无需人手工测量计程。5公元25-220年，东汉时期，发明了“记里鼓车”，6 指南车，它与指指南车，它与指南针利用地磁效应不南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的动系统，根据车轮的转动，由车上木人指转动，由车上木人指示方向，不论车子转示方向，不论车子转向何方，木人的手始向何方，木人的手始终指向南方。终指向南方。6指南车，它与指南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传7 后汉三国时期，后汉三国时期，三国志三国志诸葛亮传诸葛亮传载：载：“九九年，亮复出祁山，以木牛运年，亮复出祁山，以木牛运”，“十二年春，亮悉大十二年春，亮悉大众由斜谷出，以流马运众由斜谷出，以流马运”。木牛流马木牛流马“口内舌头扭转，即不能动弹；再扭回口内舌头扭转，即不能动弹；再扭回来，复奔跑如飞。来，复奔跑如飞。”“搬运粮米，甚是便利。牛马皆不水食，可以昼搬运粮米，甚是便利。牛马皆不水食，可以昼夜搬运不绝也夜搬运不绝也”。7后汉三国时期，三国志诸葛亮传载：“九年，亮复8 17381738年，法国天才技师杰克年，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，还会了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。进食和排泄。进入自动机械时期进入自动机械时期第一次工业革命第一次工业革命1.1.2 1.1.2 近代近代机器人机器人81738年，法国天才技师杰克戴瓦克逊发明了一9v1662年，日本的竹田近江利用钟表年，日本的竹田近江利用钟表技术发明技术发明了自了自动机器玩偶，并在动机器玩偶，并在大阪大阪的道顿堀演出的道顿堀演出。v1738年，法国天才技师年，法国天才技师杰克杰克戴戴瓦克逊发明了一只瓦克逊发明了一只机机器鸭器鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。学上的分析。91662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自10v1773年,在当时的自动玩偶中，最杰出的要数瑞士的钟表匠杰克道罗斯和他的儿子利路易道罗斯。他们连续推出了自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，他们创造的自动玩偶是利用齿轮和发条原理而制成的.v现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，它制作于二百年前，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键而弹奏音乐，现在还定期演奏供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。101773年,在当时的自动玩偶中，最杰出的要11v1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。v进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些适用化的机器人相继问世，1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。111893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠12 1920 1920年，捷克作家卡雷尔年，捷克作家卡雷尔卡佩克发表了科幻剧本卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人罗萨姆的万能机器人。卡佩克在剧本中把捷克语。卡佩克在剧本中把捷克语“RobotaRobota”写成了写成了“RobotRobot”，引起了大家的广泛关注，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。被当成了机器人一词的起源。19391939年年 美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人造的家用机器人ElektroElektro。它由电缆控制，可以行走，。它由电缆控制，可以行走，会说会说7777个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远，但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具差得远，但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。体。121920年，捷克作家卡雷尔卡佩克发表了科幻剧本13 1950 1950年，美国作家埃萨克年，美国作家埃萨克阿西莫夫在他的科幻小说阿西莫夫在他的科幻小说I I，RobotRobot中首次使用了中首次使用了“RoboticsRobotics”，即，即“机器人学机器人学”。机器人三定律机器人三定律Three Laws of RoboticsThree Laws of RoboticsA robot may not injure a human being or,through inaction,A robot may not injure a human being or,through inaction,allow a human being to come to harm.allow a human being to come to harm.机器人不得伤害人类，或看到人类受到伤害而袖手旁观。机器人不得伤害人类，或看到人类受到伤害而袖手旁观。A robot must obey orders given it by human beings except A robot must obey orders given it by human beings except where such orders would conflict with the First Law.where such orders would conflict with the First Law.在不违反第一定律的前提下，机器人必须绝对服从人类给与的任何在不违反第一定律的前提下，机器人必须绝对服从人类给与的任何命令。命令。A robot must protect its own existence as long as such A robot must protect its own existence as long as such protection does not conflict with the First or Second Law.protection does not conflict with the First or Second Law.在不违反第一定律和第二定律的前提下，机器人必须尽力保护自己。在不违反第一定律和第二定律的前提下，机器人必须尽力保护自己。131950年，美国作家埃萨克阿西莫夫在他的科幻小14 19541954年年 美国人（美国人（George C.DevolGeorge C.Devol）乔治）乔治德沃尔德沃尔制造出世界上第一台制造出世界上第一台可编程的机器人可编程的机器人，并在，并在19561956年获得年获得美国专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工美国专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，具有通用性和灵活性。作，具有通用性和灵活性。19601960年，年，ConderConder公司购买专利并制造了样机。公司购买专利并制造了样机。1.1.31.1.3 现代机器人现代机器人现代机器人的研究始于现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及计算机和自动化的发展，以及原子能原子能的开发利用的开发利用。自自1946年第一台数字年第一台数字电子计算机电子计算机问世以来，计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。发展。141954年美国人（GeorgeC.Devo15 1959 1959年年 德沃尔与美国发明家德沃尔与美国发明家约瑟夫约瑟夫英格伯格英格伯格联手制造出联手制造出第一台工业机器人。第一台工业机器人。1962 1962年，美国万能自动化（年，美国万能自动化（UnimationUnimation）公司的第一台机器人）公司的第一台机器人UnimateUnimate在美国通用汽车公司（在美国通用汽车公司（GMGM）投入使用）投入使用 标志着标志着第一代机器人的诞生第一代机器人的诞生。1961年，年，Unimation公司（通用机械公司）成立，生产和销售了公司（通用机械公司）成立，生产和销售了第一台工业机器第一台工业机器“Unimate”，即万能自动之意。，即万能自动之意。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂美国万能自动化美国万能自动化（Unimation）公司。由于英格伯格长期对工业机器人的研发和宣传，被称）公司。由于英格伯格长期对工业机器人的研发和宣传，被称为为“工业机器人之父工业机器人之父”。151959年德沃尔与美国发明家约瑟夫英格伯格联手161962年，年，A.M.F.（机械与铸造）公司，研制出一台数（机械与铸造）公司，研制出一台数控自动通用机，取名控自动通用机，取名“Versatran”，即多用途搬运之意，即多用途搬运之意，并以并以“IndustrialRobot”为商品广告投入市场。与为商品广告投入市场。与Unimation公司生产的公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。机器人研究的热潮。161962年，A.M.F.（17传感器的应用传感器的应用19611961年年 恩斯特采用的恩斯特采用的触觉传感器触觉传感器19621962年年 托莫维奇和博尼在世界上最早的托莫维奇和博尼在世界上最早的“灵巧手灵巧手”上用到了上用到了压力传感器压力传感器19631963年年 麦卡锡则开始在机器人中加入麦卡锡则开始在机器人中加入视觉传感系统视觉传感系统19651965年年 MITMIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积 木的机器人系统木的机器人系统19651965年年 约翰约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制出霍普金斯大学应用物理实验室研制出BeastBeast机器人。能机器人。能 通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置“有感觉有感觉”的机器人的机器人17传感器的应用1961年恩斯特采用的触觉传感器1962年18 20 20世纪世纪6060年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。开始向人工智能进发开始向人工智能进发 1968 1968年年 美国斯坦福美国斯坦福研究所公布他们研发成功研究所公布他们研发成功的机器人的机器人ShakeyShakey。它带有。它带有视觉传感器，成为第一个视觉传感器，成为第一个运用逻辑思维自行定位物运用逻辑思维自行定位物体，并在物体周围移动的体，并在物体周围移动的智能机器人。不过控制它智能机器人。不过控制它的计算机有一个房间那么的计算机有一个房间那么大。大。ShakeyShakey可以算是可以算是世界世界第一台智能机器人。第一台智能机器人。1820世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦19 1967 1967年，年，UnimationUnimation公司第一台喷涂用机器人出口公司第一台喷涂用机器人出口到日本川崎重工业公司。到日本川崎重工业公司。1968年，第一台智能机器人年，第一台智能机器人Shakey在斯坦福研在斯坦福研究所诞生。究所诞生。1972年，年，IBM公司开发出直角坐标机器人。公司开发出直角坐标机器人。1973年，年，CincinnatiMilacron公司推出公司推出T3型机器型机器人。人。191967年，Unimation公司第一台喷涂用20 1973 1973年年 美国辛辛那提美国辛辛那提.米拉克龙（米拉克龙（Cincinnati MilacronCincinnati Milacron）公司）公司推出了第一台计算机控制的工业机器人推出了第一台计算机控制的工业机器人-T3-T3，可以力举超过，可以力举超过100100磅重磅重的物体，并且可追踪在装配线上工件，被誉为的物体，并且可追踪在装配线上工件，被誉为“未来工具未来工具”。第一次机器人和小型计算机结合第一次机器人和小型计算机结合 1978 1978年年 美国万能自美国万能自动化动化UnimationUnimation公司推公司推出通用工业机器人出通用工业机器人PUMAPUMA，标志着工业机器人技标志着工业机器人技术已经成熟术已经成熟。PUMAPUMA至今至今仍然工作在工厂第一线。仍然工作在工厂第一线。201973年美国辛辛那提.米拉克龙（Cincin21 1978 1978年，第一台年，第一台PUMAPUMA机器人在机器人在UnimationUnimation公司诞生。公司诞生。1982 1982年，年，WestinghouseWestinghouse公司兼并公司兼并UnimationUnimation公司，随后公司，随后又卖给了瑞士的又卖给了瑞士的StaubliStaubli公司。公司。19901990年，年，Cincinnati MilacronCincinnati Milacron公司被瑞士公司被瑞士ABBABB公司兼并。公司兼并。211978年，第一台PUMA机器人在Unimati22v随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。v80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。22随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使232324 1997 1997年年7 7月月4 4日，携日，携带火星探路者的飞船着带火星探路者的飞船着陆火星。探路者名叫陆火星。探路者名叫“索杰纳索杰纳”，是一个小型，是一个小型机器人轮探测车，重机器人轮探测车，重1010公斤，造价公斤，造价万美元。它具有人工智万美元。它具有人工智能，使用太阳能动力。能，使用太阳能动力。它的行驶速度最快为每它的行驶速度最快为每分钟英尺。它专找岩分钟英尺。它专找岩石爬，目的是搜集有关石爬，目的是搜集有关岩石成分的数据。岩石成分的数据。1984 1984年年 英格伯格再推机器人英格伯格再推机器人HelpmateHelpmate，这种机器人能在医院，这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年，他还预言：里为病人送饭、送药、送邮件。同年，他还预言：“我要让机器人我要让机器人擦地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全擦地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全”。241997年7月4日，携带火星探路者的飞船着陆火星25 1998 1998年世界著名玩年世界著名玩具厂商丹麦乐高具厂商丹麦乐高(LEGO)(LEGO)公司推出机器人公司推出机器人(Mind-(Mind-storms)storms)套件，让机器套件，让机器人制造变得跟搭积木一人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走拼装，使机器人开始走入个人世界，同时掀起入个人世界，同时掀起了机器人教育的热潮。了机器人教育的热潮。251998年世界著名玩具厂商丹麦乐高(LEGO)公26 1999 1999年年 日本索尼公司推出犬型机器人爱宝日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)(AIBO)，创造过，创造过2020分钟内卖掉分钟内卖掉30003000只的纪录，被抢购一空，从此娱乐机器人成只的纪录，被抢购一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。AIBO-AIBO-人工智能机器人（人工智能机器人（artificial intelligence robotartificial intelligence robot）的缩写）的缩写261999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIB27 2002 2002年年5 5月月2 2日日,纽约证交所，本田制造的名叫阿西（纽约证交所，本田制造的名叫阿西（AsimoAsimo）四）四英尺高的白色机器人摇响开市铃声，庆祝本田在美国上市英尺高的白色机器人摇响开市铃声，庆祝本田在美国上市2525周年，周年，摇响了机器智能时代的开始。摇响了机器智能时代的开始。A Advanced dvanced 新纪元新纪元 S Step in tep in 进入进入 I Innovative nnovative 创新创新 MoMobility bility 移动工具移动工具 272002年5月2日,纽约证交所，本田制造的名叫阿28SONYSONY公司的公司的QRIOQRIOQrioQrio的四个型号拥有各自不同的性格：的四个型号拥有各自不同的性格：KenKen的性格为对宇宙及科学等感兴趣的知的性格为对宇宙及科学等感兴趣的知识探求型，知识渊博且有独到的见解，识探求型，知识渊博且有独到的见解，特长为猜谜及健谈，具有与人自然交流特长为猜谜及健谈，具有与人自然交流的谈话能力；的谈话能力；AudreyAudrey属于喜欢小孩子的稳重和蔼型，属于喜欢小孩子的稳重和蔼型，特长为朗读连环画，具有使人开心的对特长为朗读连环画，具有使人开心的对话技术；话技术；CharlieCharlie属于喜欢电影及音乐的逗人开心属于喜欢电影及音乐的逗人开心型，擅长舞蹈与运动，能够进行全身协型，擅长舞蹈与运动，能够进行全身协调地运动控制，可以随音乐起舞；调地运动控制，可以随音乐起舞；MarcoMarco对时装及艺术感兴趣，活泼但对时装及艺术感兴趣，活泼但“不不够稳重够稳重”，特长为唱歌，可以根据声音，特长为唱歌，可以根据声音合成展示丰富的音乐内容。合成展示丰富的音乐内容。Qrio Qrio最吸引人的不是功最吸引人的不是功能上的进步，而是它完全模能上的进步，而是它完全模拟人类独有的拟人类独有的“性格性格”。28SONY公司的QRIOQrio的四个型号拥有各自不同的性29 2002 2002年年 丹麦丹麦iRobotiRobot公司推出了吸尘器机器人公司推出了吸尘器机器人RoombaRoomba，它拥有的数学，它拥有的数学运算法自动设计行进路线，可以能避开障碍，察觉陡坡以免摔下楼梯，运算法自动设计行进路线，可以能避开障碍，察觉陡坡以免摔下楼梯，还能在电量不足时，自动驶向充电座。还能在电量不足时，自动驶向充电座。RoombaRoomba是目前世界上销量最大、是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。最商业化的家用机器人。292002年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器30 伊拉克战争中，美国马萨诸伊拉克战争中，美国马萨诸塞州伯灵顿的塞州伯灵顿的iRobotiRobot公司制造的公司制造的PackbotEODPackbotEOD炸弹处理型机器人在炸弹处理型机器人在伊拉克战场上大显身手，帮助士伊拉克战场上大显身手，帮助士兵排除炸弹。兵排除炸弹。“徘徊者徘徊者”无人战车无人战车30伊拉克战争中，美国马萨诸塞州伯灵顿的iRobot31 日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器人。器人。6070年代是机器技术获得巨大发展的阶段。年代是机器技术获得巨大发展的阶段。80 80年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，年代，机器人在发达国家的工业中大量普及应用，如焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、如焊接、喷漆、搬运、装配。并向各个领域拓展，如航天、水下、排险、核工业等，机器人的感知技术得到相应的发水下、排险、核工业等，机器人的感知技术得到相应的发展，产生第二代机器人。展，产生第二代机器人。31日本、西欧各国、前苏联也相断引进或自行研制工业机器32 9090年年代代，机机器器人人技技术术在在发发达达国国家家应应用用更更为为广广泛泛，如如军军用用、医医疗疗、服服务务、娱娱乐乐等等领领域域，并并开开始始向向智智能能型型（第第三三代代）机机器人发展。器人发展。随着机器人技术的发展形成了新学科随着机器人技术的发展形成了新学科 机器人学。机器人学。建立了相应学术组织，定期举办学术活动。建立了相应学术组织，定期举办学术活动。国际会议：国际会议：ISIPISIP、IEEEIEEEIROSIROS、ICR&A ICR&A 等。等。国际杂志：国际杂志：Robtics Research Robtics Research、Robotica Robotica、Robotics and Automation Robotics and Automation 等。等。32随着机器人技术的发展形成了新学科机器人学。建立331.1.4机器人在中国机器人在中国70年年代代末末，中中国国科科学学的的春春天天到到来来，对对机机器器人人的的研研究究也开始起步。也开始起步。1981198119851985：中国第六个五年计划阶段中国第六个五年计划阶段在在各各大大学学和和研研究究所所建建立立了了许许多多的的机机器器人人研研究究室室,许许多多大大学学和和研研究究所所开开始始购购买买国国外外的的机机器器人人产产品品,研研究究开开发发机机器器人技术正式纳入第七个五年计划人技术正式纳入第七个五年计划.1986198619901990：中国第七个五年中国第七个五年计划划阶段段 政府开始在国家计划中支持机器人技术的研究与开发政府开始在国家计划中支持机器人技术的研究与开发各各大大学学和和研研究究所所开开始始研研究究各各种种机机器器人人相相关关技技术术开开发发了了一一些些工业机器人原型工业机器人原型.331.1.4机器人在中国70年代末，中国科34 我国机器人技术起步较晚，我国机器人技术起步较晚，70年代末，一些院校和企年代末，一些院校和企业，开始研制专用机械手，业，开始研制专用机械手，80年代初，开发小型的教育机器年代初，开发小型的教育机器人。人。1985年哈工大研制出国内第一台弧焊机器人（华宇年哈工大研制出国内第一台弧焊机器人（华宇号）号）。国家国家“863”计划把机器人技术作为重点发展技术来支持。计划把机器人技术作为重点发展技术来支持。建立了建立了“机器人示范工程中心机器人示范工程中心”和机器人国家开放实验室和机器人国家开放实验室（沈阳自动化所、哈工大、合肥机械所、上海交大、南开大（沈阳自动化所、哈工大、合肥机械所、上海交大、南开大学）。学）。34我国机器人技术起步较晚，70年代末，一些院校和企352024/7/2135沈阳自动化所沈阳自动化所机器人示范工程机器人示范工程以高校和科研院所为主，以高校和科研院所为主，863大发展大发展863高技术高技术863计划简介计划简介发展计划简介发展计划简介中国机器人之父中国机器人之父蒋新松院士蒋新松院士863计划总共包括计划总共包括7 7个领域。个领域。智能机器人是自动化领域的两个分支之一。智能机器人是自动化领域的两个分支之一。863计划支持的研究开发项目：计划支持的研究开发项目：基基础础研研究究，关关键键技技术术，原原型型开开发发，工工程程应应用用，期期刊刊机器人技术与应用机器人技术与应用352023/8/1635沈阳自动化所机器人示范工程以36v蒋新松，中国科学院沈阳自动化所研究员，学术委员蒋新松，中国科学院沈阳自动化所研究员，学术委员会主任，中国工程院院士，会主任，中国工程院院士，自动控制自动控制、机器人学机器人学专家。中专家。中国机器人事业的主国机器人事业的主奠基人奠基人。长期为我国工业自动化、机器。长期为我国工业自动化、机器人产业化呕心沥血。创建了我国第一个机器人工程研究开人产业化呕心沥血。创建了我国第一个机器人工程研究开发中心。领导研制了水下机器人系列产品，工业机器人、发中心。领导研制了水下机器人系列产品，工业机器人、特种机器人。担任国家特种机器人。担任国家“863”计划自动化领域首席科学家计划自动化领域首席科学家期间，在领导期间，在领导CIMS方面获得方面获得国际国际奖励。为我国自动控制和奖励。为我国自动控制和机器人研制事来业作出了重要贡献。机器人研制事来业作出了重要贡献。36蒋新松，中国科学院沈阳自动化所研究员，学37v他是我国机器人事业的开拓者，在多种机器人的研究、开发、工程应用及产业化方面作出了开创性的贡献；创建国家机器人技术研究开发工程中心和中科院机器人学开放实验室，为我国机器人学研究及机器人技术工程化建立了基地；参加“863”计划的制订，1978年获全国科学大会成果奖，中国科学院重大成果奖；我国第一台计算机控制的示教再现机器人SXJ-1号，1981年获中国科学院科技进步二等奖；海人一号水下机器人样机，1987年获中国科学院科技进步二等奖；中型水下机器人RECON-IV（300米水深、有缆），1991年获中国科学院科技进步一等奖，1992年获国家科技进步二等奖。v由于他对事业孜孜以求，疏于自己健康，于1997年3月突发心脏病，经抢救无效在沈阳逝世（66岁）。37他是我国机器人事业的开拓者，在多种机器人的研382024/7/2138选择生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术选择生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术和新材料和新材料7个领域个领域15个主题作为我国高技术研究与开发的重点。个主题作为我国高技术研究与开发的重点。智能机器人是智能机器人是自动化领域的两个分支之一。自动化领域的两个分支之一。1996年年7月月，国国家家科科技技领领导导小小组组批批准准将将海海洋洋高高技技术术作作为为863计计划划的的第第八个领域。这时，八个领域。这时，863计划共有八个领域、计划共有八个领域、20个主题。个主题。863计划计划王大珩中国科学院院士，中国工程院院士，我国应用光学及中国科学院院士，中国工程院院士，我国应用光学及光学工程的主要奠基人之一。光学工程的主要奠基人之一。王淦昌 中国科学院院士、著名高能物理学家。中国科学院院士、著名高能物理学家。杨嘉墀杨嘉墀(chi)(chi)中国科学院院士，著名中国科学院院士，著名空间空间自动控制专家。自动控制专家。陈芳允陈芳允 863863倡议人之一，中国科学院院士，著名电子学家。倡议人之一，中国科学院院士，著名电子学家。由于科学家的建议和邓小平同志的对建议的批示都是在由于科学家的建议和邓小平同志的对建议的批示都是在1986年年3月作出的，月作出的，这个宏伟计划被命名为这个宏伟计划被命名为“863”计划计划。以高校和科研院所为主。以高校和科研院所为主。382023/8/1638选择生物技术、航天39v智能机器人主题的内容和目标：智能机器人主题的内容和目标：v智能机器人体系结构；智能机器人机构；机器人智能机器人体系结构；智能机器人机构；机器人智能控制；人工智能技术在机器人中的应用；机器人智能控制；人工智能技术在机器人中的应用；机器人视觉及非视觉传感器；人机智能交互技术；机器人需视觉及非视觉传感器；人机智能交互技术；机器人需要的其他技术。要的其他技术。v研制能感知环境、自主决策和灵活动作的智能机研制能感知环境、自主决策和灵活动作的智能机器人；完成高精度装配机器人；水下无缆作业机器人；器人；完成高精度装配机器人；水下无缆作业机器人；恶劣环境下作业机器人；跟踪国际机器人技术的前沿。恶劣环境下作业机器人；跟踪国际机器人技术的前沿。39智能机器人主题的内容和目标：40 我国也建立了机器人学的学术组织，定期举办学术活我国也建立了机器人学的学术组织，定期举办学术活动。动。中国自动化学会中国自动化学会中国自动化学会机器人竞赛中国自动化学会机器人竞赛工作委员会工作委员会中国自动化学会智能自动化专业委员会中国自动化学会智能自动化专业委员会等。等。学术会议：每两年左右去办一次大型全国性会议。学术会议：每两年左右去办一次大型全国性会议。学术刊物：学术刊物：机器人机器人 、机器人技术与应用机器人技术与应用 等。等。机器人竞赛：机器人竞赛：“中国机器人大赛暨中国机器人大赛暨RoboCupRoboCup公开赛公开赛”、“CCTVCCTV全国大学生机器人电视大赛暨亚太地区机器人大全国大学生机器人电视大赛暨亚太地区机器人大赛国内选拔赛赛国内选拔赛”等。等。40我国也建立了机器人学的学术组织，定期举办学术活动。41v中国机器人大赛暨中国机器人大赛暨RoboCup公开赛是由公开赛是由中国自动化学会机器人竞赛工作委员会主办，该会于2001年6月21日成立。它的成立标志着我国机器人竞赛事业进入了一个新的阶段。宗旨是通过组织机器人比赛和技术研讨，让更多的群众尤其是青少年朋友了解机器人，喜爱机器人，向他们普及现代科学知识，为我国的机器人事业培养更多的优秀人才。同时通过机器人比赛和技术研讨，也为推动和促进机器人与自动化技术的发展与创新，为我国的快速持续发展贡献力量。中国机器人大赛暨中国机器人大赛暨RoboCup公开赛公开赛41中国机器人大赛暨RoboCup公开赛是由中国42CCTV全国大学生机器人电视大赛v中国中央电视台为了选拔能够代表中国参赛的代中国中央电视台为了选拔能够代表中国参赛的代表队，自表队，自2002年开始举办中央电视台机器人电视大赛，年开始举办中央电视台机器人电视大赛，并且由每年的国内赛冠军代表中国参加亚广联亚太地并且由每年的国内赛冠军代表中国参加亚广联亚太地区机器人大赛的比赛，区机器人大赛的比赛，“亚广联亚太地区机器人大赛亚广联亚太地区机器人大赛”是由亚广联节目部发起倡导的，并于是由亚广联节目部发起倡导的，并于1999年在亚广年在亚广联年会上正式通过了该项目的提案。联年会上正式通过了该项目的提案。42CCTV全国大学生机器人电视大赛中国中央电431.2.1 1.2.1 机器人名词的产生机器人名词的产生封建封建神学神学文艺文艺复兴复兴生理生理学和学和医学医学上帝造人说上帝造人说法国法国 笛卡尔笛卡尔人是机器人是机器英国哲学家霍布斯英国哲学家霍布斯人不过是一架正立行走的机器：心脏是汲筒，四人不过是一架正立行走的机器：心脏是汲筒，四肢是杠杆，关节是齿轮，神经是游丝肢是杠杆，关节是齿轮，神经是游丝人人机器机器？1.2相关定义与术语相关定义与术语431.2.1机器人名词的产生封建神学文艺复兴生理学和医学441.2.2 Robot机器人机器人英文英文robot来自捷克来自捷克语robota而中文翻译成而中文翻译成罗伯特，机器奴仆，机器助手，罗伯特，机器奴仆，机器助手，也许更好也许更好不强调它要有人态，不会产生错觉不强调它要有人态，不会产生错觉441.2.2Robot机器人英文robot45 捷克语捷克语robotarobota“劳役、苦工劳役、苦工”波兰语波兰语robotnikrobotnik “工人工人”捷克斯洛伐克语捷克斯洛伐克语RobotRobot用来称呼剧中的机器人用来称呼剧中的机器人英语英语 robotrobot 德语德语 robotrobot日语日语 俄语俄语 中国中国 机器人机器人 45捷克语robota波兰语robotnik捷克斯洛伐克语461.2.3机器人的定义机器人的定义机机器器人人问问世世已已有有几几十十年年，但但没没有有一一个个统统一一的的意意见见。原原因因之之一一是是机机器器人人还还在在发发展展，另另一一原原因因主主要要是是因因为为机机器器人人涉涉及及到到了了人人的的概概念念，成成为为一一个个难难以以回回答答的的哲哲学学问问题题。也也许许正正是是由由于于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。美美国国机机器器人人协协会会（RIA)RIA)：一一种种用用于于移移动动各各种种材材料料、零零件件、工工具具或或专专用用装装置置的的，通通过过程程序序动动作作来来执执行行各各种种任任务务，并并具具有有编程能力的多功能操作机（编程能力的多功能操作机（Manipulator）。）。美美国国家家标标准准局局：一一种种能能够够进进行行编编程程并并在在自自动动控控制制下下完完成成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。461.2.3机器人的定义机器人问世已有几十年，但没47 19871987年年国国际标准准化化组织(ISO)(ISO)对工工业机机器器人人的的定定义：“工工业机机器器人人是是一一种种具具有有自自动控控制制的的操操作作和和移移动功功能能，能能完完成成各各种作种作业的可的可编程操作机。程操作机。日日本本工工业业标标准准局局：一一种种机机械械装装置置，在在自自动动控控制制下下，能能够够完成某些操作或者动作功能。完成某些操作或者动作功能。英英国国：貌貌似似人人的的自自动动机机，具具有有智智力力的的和和顺顺从从于于人人的的但但不不具有人格的机器。具有人格的机器。中中国国：我我国国科科学学家家对对机机器器人人的的定定义义是是：“机机器器人人是是一一种种自自动动化化的的机机器器，这这种种机机器器具具备备一一些些与与人人或或生生物物相相似似的的智智能能能能力力，如如感感知知能能力力、规规划划能能力力、动动作作能能力力和和协协同同能能力力，是是一一种种具有高度灵活性的自动化机器具有高度灵活性的自动化机器”。471987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定48国际标准化组织（国际标准化组织（ISO）的定义）的定义“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务专用装置，以执行各种任务”。48国际标准化组织（ISO）的定义“机器人是一种49 尽尽管管各各国国定定义义不不同同，但但基基本本上上指指明明了了作作为为“机机器器人人”所具有的二个共同点：所具有的二个共同点：1)是是一一种种自自动动机机械械装装置置，可可以以在在无无人人参参与与下下，自自动动完完成成多多种操作或动作功能，即种操作或动作功能，即具有通用性。具有通用性。2)2)可以再编程，程序流程可变，即可以再编程，程序流程可变，即具有柔性具有柔性(适应性）。适应性）。机器人集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机机器人集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果，技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。的领域之一。49尽管各国定义不同，但基本上指明了作为“机器人”50共同属性共同属性有类人的功能有类人的功能根据人的根据人的编程编程能能自动自动的工作的工作人造的机器或机械电子装置人造的机器或机械电子装置如果并不刻意追求严格定义，如果并不刻意追求严格定义，那可以认为机器人是一种那可以认为机器人是一种具有拟人功能的、具有拟人功能的、可编程的、自动化的可编程的、自动化的机械电子装置。机械电子装置。50共同属性有类人的功能根据人的编程能自动的工作人造的机器或51（1 1）深海载人潜水器）深海载人潜水器目标任务目标任务7000米（全球米（全球98海域）海域）中国（中国（5002005年下水工程应用年下水工程应用目的意义目的意义抢占国际海地资源抢占国际海地资源海洋资源开发海洋资源开发国家未来可持续发展国家未来可持续发展51（1）深海载人潜水器目标任务52图：图：5000米载人深潜首试成功，米载人深潜首试成功，“蛟龙蛟龙”首破首破4000米深度米深度“蛟龙蛟龙”号载号载人潜水器人潜水器5000米米级海试共进行了级海试共进行了5次下潜，下潜深次下潜，下潜深度分别为：度分别为：4027、5057、5188、5184和和5180米。米。期间获得了大量期间获得了大量的视像资料和近的视像资料和近底微地形地貌测底微地形地貌测量数据，检验了量数据，检验了潜水器在大深度潜水器在大深度环境下的各项功环境下的各项功能指标与作业性能指标与作业性能。能。52图：5000米载人深潜首试成功，“蛟龙”首破4000米深53（2 2）微机电系统）微机电系统MEMSMEMS目标任务目标任务围围绕绕产产业业化化支支撑撑关关键键技技术术，开开展展设设计计方方法法与与工工具具、制制造造工工艺艺、封封装装与与检检测测、集集成成技技术术等等研研究究，微微器器件与系统应用推广。件与系统应用推广。目的意义目的意义在在医医疗疗卫卫生生、生生物物基基因因、环环保保监监测测、IT与与家家电电、军军事事武武器器等等方方面面有广泛应用前景。有广泛应用前景。53（2）微机电系统MEMS目标任务54（3 3）数控关键技术与装备）数控关键技术与装备目标任务目标任务推动中档车床和铣床推动中档车床和铣床/加加工中心装备产业化发展，面工中心装备产业化发展，面向国防应用的高精尖装备竞向国防应用的高精尖装备竞争前核心技术。争前核心技术。目的意义目的意义提高制造业基础装备核心提高制造业基础装备核心竞争力打破国外封锁掌握发竞争力打破国外封锁掌握发展主动权。展主动权。54（3）数控关键技术与装备目标任务55（4 4）大型工程机械）大型工程机械目标任务目标任务盾盾构构6.3米米全全断断面面盾盾构构机机装装备备与与实实际际3km施施工工应应用用智智能能化化机机群群工程机械的工程示范应用。工程机械的工程示范应用。目的意义目的意义增增强强自自主主设设计计与与制制造造能能力力，带带动动若若干干典典型型行行业业成成套套关关键键装装备备发发展展，抵抵制制长长期期依依赖赖进进口口促促进进国国家家城城市市、道道路路等等方方面面基基础础实实施施建建设设发展。发展。55（4）大型工程机械目标任务56盾构掘进机盾构掘进机56盾构掘进机57（5 5）仿人形机器人）仿人形机器人目标任务目标任务 综综合合高高技技术术演演示示平平台台无无电电缆缆，动动态态行行走走，速速度度1.5km1.5km小小时时多多仿仿人形机器人协调运动。人形机器人协调运动。目的意义目的意义带带动动相相关关机机构构、传传感感、控控制制与与交交互互等等智智能能技技术术发发展展，推推动动多多交交叉叉学学科科技技术术革革新新与与发发展展，在在社社会会与与家家庭庭服服务务、危危险险环环境境、军军事事应应用用、科科技技奥奥运运等等方方面面具具有有广广泛泛应用前景。应用前景。57（5）仿人形机器人目标任务581.31.3 机器人分类机器人分类目目前前，世世界界上上已已经经有有了了上上万万种种机机器器人人。这这些些形形状状各各异异、功功能能不不同同、种种类类众众多多的的机机器器人人，根根据据分分类类方方法法的的不不同同，可以分成不同的类别，而且有着不同的认识。可以分成不同的类别，而且有着不同的认识。关于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，关于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按发展时代分，有的按有的按发展时代分，有的按替代人的器官类型分替代人的器官类型分，有的，有的按运动方式分按运动方式分，有的按其驱动方式分，有的按应用领域，有的按其驱动方式分，有的按应用领域分分581.3机器人分类目前，世界上已经有了上万种机器人。这591.3.1一般的分类方式一般的分类方式分类名称分类名称简要解释简要解释操作型机器人操作型机器人能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。定或运动，用于相关自动化系统中。程控型机器人按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。示教再现型机器人示教再现型机器人通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。机器人则自动重复进行作业。数控型机器人不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。感觉控制型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作。适应控制型机器人机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。学习控制型机器人机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。智能机器人智能机器人以人工智能决定其行动的机器人。以人工智能决定其行动的机器人。59 1.3.1一般的分类方式分类名称简要解释操作型机601.3.21.3.2 按替代人的器官类型分按替代人的器官类型分操作机器人（手操作机器人（手manipulator）移动机器人（腿移动机器人（腿locomotiverobot）视觉机器人（眼视觉机器人（眼visualrobot）.1.3.31.3.3 按与环境相关程度分按与环境相关程度分固定臂机器人固定臂机器人FixedArmRobot可移动可移动机器人机器人 MobileRobot601.3.2按替代人的器官类型分操作机器人（手611.3.41.3.4 按其构成机构分按其构成机构分直角坐标机器人直角坐标机器人Cartesiancoordinate圆柱坐标机器人圆柱坐标机器人Cylindricalcoordinate极坐标机器人极坐标机器人Polarcoordinate多关节型机器人多关节型机器人Articulatedrobot并联关节机器人并联关节机器人Parallellinkedrobot串并联关节机器人串并联关节机器人 Hybridlinkedrobot1.3.51.3.5按其驱动方式分按其驱动方式分液压机器人液压机器人Hydraulicrobot气动机器人气动机器人Pneumaticrobot电动机器人电动机器人Electricalrobot611.3.4按其构成机构分直角坐标机器人Carte621.3.61.3.6 按运动方式分按运动方式分点位控制型机器人点位控制型机器人 受控运动方式为自一点位目标移向另受控运动方式为自一点位目标移向另 一点位目标，只在目标点上完成操作一点位目标，只在目标点上完成操作连续控制型连续控制型 机器人终端按预期轨迹和速度运动机器人终端按预期轨迹和速度运动1.3.7 1.3.7 按搬持重量及动作范围分按搬持重量及动作范围分超大型机器人超大型机器人 可搬重量为可搬重量为1t1t以上的机器人以上的机器人大型机器人大型机器人 可搬重量为可搬重量为100kg-1t,100kg-1t,动作范围为动作范围为10m10m3 3以上的机器人以上的机器人中型机器人中型机器人 可搬重量为可搬重量为10-100kg,10-100kg,动作范围为动作范围为1-10m31-10m3的机器人的机器人小型机器人小型机器人 可搬重量为可搬重量为0.1-10kg,0.1-10kg,动作范围为动作范围为0.1-1m30.1-1m3的机器人的机器人超小型机器人超小型机器人 可搬重量为可搬重量为 小于小于0.1kg,0.1kg,动作范围为小于动作范围为小于0.1m30.1m3的机器人的机器人621.3.6按运动方式分点位控制型机器人受控运631.3.8 按机器人用途分按机器人用途分农业机器人农业机器人：采摘、嫁接：采摘、嫁接排险救灾排险救灾：排雷、除匪、爆炸物处理：排雷、除匪、爆炸物处理医用机器人医用机器人：微型机器人：微型机器人肠内窥镜、血管疏通、肠内窥镜、血管疏通、脑外科手术、微驱动系统脑外科手术、微驱动系统DNA娱乐机器人娱乐机器人：迎宾小姐、智能宠物、：迎宾小姐、智能宠物、AIBO、电影、电影军用机器人军用机器人：无人飞机：无人飞机U-2、海湾战争中、海湾战争中“先锋号先锋号”无人机，无人机，科索沃战争中科索沃战争中“捕食者捕食者”无人战机无人战机极限作业机器人极限作业机器人：核反应堆：核反应堆、空间机器人、空间机器人水下机器人水下机器人：水下：水下6000米无缆自治机器人米无缆自治机器人工业机器人工业机器人：搬运、制造、装配、焊接、喷漆、铸造、：搬运、制造、装配、焊接、喷漆、铸造、码垛、井下、码垛、井下、631.3.8按机器人用途分农业机器人：采摘、嫁接排险641.3.9 1.3.9 还可以按驱动形式、用途、结构和智能水平等观点还可以按驱动形式、用途、结构和智能水平等观点划分划分、按驱动形式、按驱动形式气压驱动气压驱动液压驱动液压驱动电驱动电驱动交流伺服驱动交流伺服驱动直流伺服驱动直流伺服驱动2 2、按用途划分、按用途划分1 1）工业机器人）工业机器人弧焊机器人弧焊机器人点焊机器人点焊机器人搬运机器人搬运机器人装配机器人装配机器人喷涂机器人喷涂机器人抛光机器人抛光机器人641.3.9还可以按驱动形式、用途、结构和智能水平等观656566即：特种机器人即：特种机器人空间机器人空间机器人水下机器人水下机器人军用机器人军用机器人教学机器人教学机器人服务机器人服务机器人医用机器人医用机器人排险救灾机器人排险救灾机器人固定式固定式移动式移动式轮式轮式履带式履带式足式足式蛇行蛇行竞赛机器人竞赛机器人66即：特种机器人空间机器人水下机器人军用机器人教学机器人673 3、按智能水平划分、按智能水平划分分分 类类 名名 称称简简 要要 解解 释释人工操作装置有几个自由度，有操作员操纵，能实现若干预定的功能。固定顺序机器人按预定的不变顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。可变顺序机器人按预定的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。但顺序和条件可作适当改变。示教再现型机器人通过手动或其它方式，先引导机器人动作，记录下工作程序，机器人则自动重