1、机器人技术导论机器人技术导论 什么是机器人什么是机器人?为什么要使用机器人为什么要使用机器人?机器人的历史机器人的历史机器人的应用机器人的应用R2-D2Star Wars3PO终结者终结者世界上第一台工业机器人样机世界上第一台工业机器人样机(1954)(1954)，两年后，被称为机器，两年后，被称为机器人之父的人之父的Joseph Joseph EngelbergerEngelberger创立了第一家机器人公司创立了第一家机器人公司世界上第一台实验室机器人样世界上第一台实验室机器人样机机(1960)(1960)，美国斯坦福大学，美国斯坦福大学我国自主研制的我国自主研制的2020公斤点焊机器人公
2、斤点焊机器人 一汽一汽“红旗红旗”轿车机器人焊接线轿车机器人焊接线 l目前还没有一个统一的有关机器人定义目前还没有一个统一的有关机器人定义 l一般来说我们认为机器人是一般来说我们认为机器人是计算机控制的可以计算机控制的可以编程的能够完成某种工作或可以移动的自动化编程的能够完成某种工作或可以移动的自动化机械机械，这是美国工程师协会制定的一个定义，这是美国工程师协会制定的一个定义 l日本和其他国家也对机器人有不同的看法，他日本和其他国家也对机器人有不同的看法，他们认为从完整的更为深远的机器人定义来看，们认为从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机应该更强调机器人智
3、能，所以人们又提出来机器人的定义是器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器的这种机器l在在19671967年日本召开的第一届机器人学术会议提年日本召开的第一届机器人学术会议提出两个有代表性的定义。出两个有代表性的定义。l一是森政弘与合田周平提出的：一是森政弘与合田周平提出的：“机器人是一机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等机械半人性、自动性、奴隶性等7 7个特征的柔性个特征的柔性机器机器”。l加藤一郎提出的具有如下加藤一郎提
4、出的具有如下3 3个条件的机器称为个条件的机器称为机器人：机器人：具有脑、手、脚等三要素的个体；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）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和接触传感器；具有平衡觉和固有觉的传感器。l19881988年法国的埃斯皮奥将机器人定义为：年法国的埃斯皮奥将机器人定义为：“机机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统，并以此系统的使用方法作为划好的作业系统，并以此系统的使用方法作为研究对象研究对象”。 l19871987年国际标准化组织对工业机
5、器人进行了定年国际标准化组织对工业机器人进行了定义：义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作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和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机机。” l我国科学家对机器人的定义是：我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一种自动化的机器，所不同的是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、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，是一种具有规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器高度灵活性的自动化机器”。 关于机器人如何分类
6、，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，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。有的按结构分，有的按应用领域分。我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即大类，即工业机器人和特种机器人工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于机器人则是除工业
7、机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。 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
8、复编程，多功能，有几个自由能自动控制，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。度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。程控型机器人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按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。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。工作程序，机器人则自动重复进行作业。数控型机器人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
9、进行作业。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。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。机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。学习控制型机器人学习控制型机器人机器人能机器人能“体会体会”工作的经验，具有一定的学习工作的经验，具有一定的学习功能，并将所功能，并将所“学学”的经验用于工作中。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。19201920年，有一个捷克斯洛伐克作家叫卡佩克，他年，有一个
10、捷克斯洛伐克作家叫卡佩克，他写了一本科幻小说，叫罗萨姆的机器人万能公司。写了一本科幻小说，叫罗萨姆的机器人万能公司。这本小说中他构思了一个和幻想了一个机器人，它的这本小说中他构思了一个和幻想了一个机器人，它的名字叫罗伯特，也就是我们英文中的名字叫罗伯特，也就是我们英文中的RobotRobot，它可以它可以不吃饭，它能够不知疲劳的，不知疲倦地进行工作。不吃饭，它能够不知疲劳的，不知疲倦地进行工作。在在19201920年前后，第一次世界大战以后，是各国工年前后，第一次世界大战以后，是各国工业发展比较迅速的时期，电影摩登时代，卓别林业发展比较迅速的时期，电影摩登时代，卓别林主演的人变成了机器人，在生
11、产线中天天的进行劳动。主演的人变成了机器人，在生产线中天天的进行劳动。人们在这种烦躁的体力劳动中就幻想有一种能代替人人们在这种烦躁的体力劳动中就幻想有一种能代替人完成这样工作的想像、一种需要。完成这样工作的想像、一种需要。这个小说在这个小说在19241924年和年和19271927年的时候被纷纷传到年的时候被纷纷传到了日本、法国和欧洲国家，还变成了一种当时的木了日本、法国和欧洲国家，还变成了一种当时的木偶剧和一些话剧，所以这样的一个机器人的名词就偶剧和一些话剧，所以这样的一个机器人的名词就向全世界铺展开来，当时人们还认为是一个科幻小向全世界铺展开来，当时人们还认为是一个科幻小说，还没有把它跟我
12、们日常的学习工作和生产结合说，还没有把它跟我们日常的学习工作和生产结合起来。起来。但通过这样一个小说，一个罗伯特但通过这样一个小说，一个罗伯特( (Robot)Robot)这这样一个名词，它体现了人类长期的一种愿望，这种样一个名词，它体现了人类长期的一种愿望，这种愿望就是创造出一种机器，能够代替人进行各种工愿望就是创造出一种机器，能够代替人进行各种工作。这种想法是机器人产生的一种客观的要求。作。这种想法是机器人产生的一种客观的要求。真正机器人的发展是真正机器人的发展是在在19471947年，美国橡树年，美国橡树岭国家实验室在研究岭国家实验室在研究核燃料的时候，大家核燃料的时候，大家知道核燃料，
13、它有知道核燃料，它有X X射射线对人体是有伤害的，线对人体是有伤害的，必须有一台机器来完必须有一台机器来完成像搬运和核燃料的成像搬运和核燃料的处理这样的工作。在处理这样的工作。在19471947年产生了世界上年产生了世界上第一台主从遥控的机第一台主从遥控的机器人器人 1947 1947年以后，是计算机电子技术发展比较迅速年以后，是计算机电子技术发展比较迅速的时期，因此各国已经开始利用当时的一些现代的的时期，因此各国已经开始利用当时的一些现代的技术，进行了机器人研究。技术，进行了机器人研究。 19541954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利
14、。该专利的要点是借助伺服技术念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。种控制方式。19621962年美国研制成年美国研制成功功PUMAPUMA通用示教再现型通用示教再现型机器人，那么这就标志机器人，那么这就标志着机器人走向成熟着机器人走向成熟应该说第一台可用应该说第一台可用的机器人在的机器人在19471947年产生，年产
15、生，真正意义的机器人在真正意义的机器人在19621962年产生。年产生。 机器人有三个方面是我们必要去发展的理由机器人有三个方面是我们必要去发展的理由: :一个是机器人干人不愿意干的事一个是机器人干人不愿意干的事，把人从有毒的、有，把人从有毒的、有害的、高温的或危险的环境中解放出来；害的、高温的或危险的环境中解放出来；机器人可以干不好干的活机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳, ,一天焊几千个点，一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很就重复性的劳动，一方面他很累，但
16、是产品的质量仍然很低；低；机器人干人干不了的活机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。上述方面的三个问题，也器人，都是人们不可达的工作。上述方面的三个问题，也就是说机器人发展的三个理由。就是说机器人发展的三个理由。 自从自从6060年代机器
17、人进入工业领域以来，世界各国历年代机器人进入工业领域以来，世界各国历年累计销售机器人总台数达到约万台，其中包括年累计销售机器人总台数达到约万台，其中包括日本装备的专用工业机器人。然而早期的许多机器人现日本装备的专用工业机器人。然而早期的许多机器人现在已经退役，因此实际装备机器人的数量较低，估计全在已经退役，因此实际装备机器人的数量较低，估计全世界实际装备工业机器人的数量为万台。世界实际装备工业机器人的数量为万台。日本占世界实际装备机器人总数的一半以上，主要日本占世界实际装备机器人总数的一半以上，主要是因为日本的数字中包括了各种工业机器人，但是它所是因为日本的数字中包括了各种工业机器人，但是它所
18、占的比例不断下降，而欧盟及美国工业机器人的数量分占的比例不断下降，而欧盟及美国工业机器人的数量分别增加了别增加了1111及及1414，各为，各为17.617.6万台和万台和9.39.3万台，而我万台，而我国仅为国仅为000000台。台。 美国是机器人的诞生地，早在美国是机器人的诞生地，早在19621962年就研制出世界年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称上第一台工业机器人，比起号称 机器人王国机器人王国 的日本起的日本起步至少要早五六年。经过步至少要早五六年。经过3030多年的发展，美国现已成为多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。综观世界上的机器人强国之一
19、，基础雄厚，技术先进。综观它的发展史，道路是曲折的，不平坦的。它的发展史，道路是曲折的，不平坦的。 美国政府从美国政府从6060年代到年代到7070年代中的十几年期间，并没有年代中的十几年期间，并没有把工业机器人列入重点发展项目，只是在几所大学和少数把工业机器人列入重点发展项目，只是在几所大学和少数公司开展了一些研究工作。对于企业来说，在只看到眼前公司开展了一些研究工作。对于企业来说，在只看到眼前利益，政府又无财政支持的情况下，宁愿错过良机，固守利益，政府又无财政支持的情况下，宁愿错过良机，固守在使用刚性自动化装置上，也不愿冒着风险，去应用或制在使用刚性自动化装置上，也不愿冒着风险，去应用或制
20、造机器人，加上当时美国失业率高达造机器人，加上当时美国失业率高达6.656.65，政府担心发，政府担心发展机器人会造成更多人失业，因此不予投资，也不组织研展机器人会造成更多人失业，因此不予投资，也不组织研制机器人，这不能不说是美国政府的战略决策错误。制机器人，这不能不说是美国政府的战略决策错误。 7070年代后期，美国政府和企业界虽有所重视，但在技年代后期，美国政府和企业界虽有所重视，但在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，致使日本洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，致使日本的工业
21、机器人后来居上，并在工业生产的应用上及机器人的工业机器人后来居上，并在工业生产的应用上及机器人制造业上很快超过了美国，产品在国际市场上形成了较强制造业上很快超过了美国，产品在国际市场上形成了较强的竞争力。的竞争力。 进入进入8080年代之后，美国才感到形势紧迫，政府和企业年代之后，美国才感到形势紧迫，政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，一方面界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划、提高鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国再次工投资，增加机器人的研究经费，把机器人看
22、成美国再次工业化的特征，使美国的机器人迅速发展。业化的特征，使美国的机器人迅速发展。 80 80年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国领了美国6060的机器人市场。的机器人市场。 尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在忽视应用开发研究
23、的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。具体表现在：也很强。具体表现在：（1 1）性能可靠，功能全面，精确度高；）性能可靠，功能全面，精确度高；（2 2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首；水平高居世界之首；（3 3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用；在航天、汽车工业中广泛应用；（4 4）高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展）高智能
24、、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。迅速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。 在前苏联（主要是在俄罗斯），从理论和实践上探在前苏联（主要是在俄罗斯），从理论和实践上探讨机器人技术是从讨机器人技术是从5050年代后半期开始的。到了年代后半期开始的。到了5050年代后期年代后期开始了机器人样机的研究工作。开始了机器人样机的研究工作。19681968年成功地试制出一台年成功地试制出一台深水作业机器人。深水作业机器人。19711971年研制出工厂用的万能机器人。早年研制出工厂用的万能机器人。早在前苏联第九个五年计划（在前苏联第九个五年计
25、划（19701970年一年一19751975年）开始时，就年）开始时，就把发展机器人列入国家科学技术发展纲领之中。到把发展机器人列入国家科学技术发展纲领之中。到19751975年，年，已研制出已研制出3030个型号的个型号的120120台机器人，经过台机器人，经过2020年的努力，前年的努力，前苏联的机器人在数量、质量水乎上均处于世界前列地位。苏联的机器人在数量、质量水乎上均处于世界前列地位。国家有目的地把提高科学技术进步当作推动社会生产发展国家有目的地把提高科学技术进步当作推动社会生产发展的手段，来安排机器人的研究制造；有关机器人的研究生的手段，来安排机器人的研究制造；有关机器人的研究生产、
26、应用、推广和提高工作，都由政府安排，有计划、按产、应用、推广和提高工作，都由政府安排，有计划、按步骤地进行。步骤地进行。日本在日本在6060年代末正处于经济高度发展时期，年代末正处于经济高度发展时期，年增长率达年增长率达1111。第二次世界大战后，日本的劳。第二次世界大战后，日本的劳动力本来就紧张，而高速度的经济发展更加剧了动力本来就紧张，而高速度的经济发展更加剧了劳动力严重不足的困难。为此，日本在劳动力严重不足的困难。为此，日本在19671967年由年由川崎重工业公司从美国川崎重工业公司从美国UnimationUnimation公司引进机器人公司引进机器人及其技术，建立起生产车间，并于及其技
27、术，建立起生产车间，并于19681968年试制出年试制出第一台川崎的第一台川崎的“尤尼曼特尤尼曼特”机器人。机器人。 正是由于日本当时劳动力显著不足，机器人在企业里正是由于日本当时劳动力显著不足，机器人在企业里受到了受到了“救世主救世主”般的欢迎。日本政府一方面在经济上采般的欢迎。日本政府一方面在经济上采取了积极的扶植政策，鼓励发展和推广应用机器人，从而取了积极的扶植政策，鼓励发展和推广应用机器人，从而更进一步激发了企业家从事机器人产业的积极性。尤其是更进一步激发了企业家从事机器人产业的积极性。尤其是政府对中、小企业的一系列经济优惠政策，如由政府银行政府对中、小企业的一系列经济优惠政策，如由政
28、府银行提供优惠的低息资金，鼓励集资成立提供优惠的低息资金，鼓励集资成立“机器人长期租赁公机器人长期租赁公司司”，公司出资购入机器人后长期租给用户，使用者每月，公司出资购入机器人后长期租给用户，使用者每月只需付较低廉的租金，大大减轻了企业购入机器人所需的只需付较低廉的租金，大大减轻了企业购入机器人所需的资金负担；政府把由计算机控制的示教再现型机器人作为资金负担；政府把由计算机控制的示教再现型机器人作为特别折扣优待产品，企业除享受新设备通常的特别折扣优待产品，企业除享受新设备通常的40%40%折扣优折扣优待外，还可再享受待外，还可再享受 13 13的价格补贴。另一方面，国家出的价格补贴。另一方面，
29、国家出资对小企业进行应用机器人的专门知识和技术指导等等。资对小企业进行应用机器人的专门知识和技术指导等等。 这一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，这一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年，到经过短短的十几年，到8080年代中期，已一跃而为年代中期，已一跃而为“机器人机器人王国王国”，其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。，其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：“日本机器人的发展经过了日本机器人的发展经过了6060年代的摇篮期，年代的摇篮期，7070年代的
30、实年代的实用期，到用期，到8080年代进人普及提高期。年代进人普及提高期。”并正式把并正式把19801980年定为年定为“产业机器人的普及元年产业机器人的普及元年”，开始在各个领域内广泛推广，开始在各个领域内广泛推广使用机器人。使用机器人。 日本政府和企业充分信任机器人，大胆使用机器人。日本政府和企业充分信任机器人，大胆使用机器人。机器人也没有辜负人们的期望，它在解决劳动力不足、提机器人也没有辜负人们的期望，它在解决劳动力不足、提高生产率、改进产品质量和降低生产成本方面，发挥着越高生产率、改进产品质量和降低生产成本方面，发挥着越来越显著的作用，成为日本保持经济增长速度和产品竞争来越显著的作用，
31、成为日本保持经济增长速度和产品竞争能力的一支不可缺少的队伍。能力的一支不可缺少的队伍。 日本在汽车、电子行业大量使用机器人生产，使日日本在汽车、电子行业大量使用机器人生产，使日本汽车及电子产品产量猛增，质量日益提高，而制造成本汽车及电子产品产量猛增，质量日益提高，而制造成本则大为降低。从而使日本生产的汽车能够以价廉的绝本则大为降低。从而使日本生产的汽车能够以价廉的绝对优势进军号称对优势进军号称“汽车王国汽车王国”的美国市场，并且向机器的美国市场，并且向机器人诞生国出口日本产的实用型机器人。此时，日本价廉人诞生国出口日本产的实用型机器人。此时，日本价廉物美的家用电器产品也充斥了美国市场物美的家用
32、电器产品也充斥了美国市场这使这使“山姆山姆大叔大叔”后悔不已。日本由于制造、使用机器人，增大了后悔不已。日本由于制造、使用机器人，增大了国力，获得了巨大的好处，迫使美、英、法等许多国家国力，获得了巨大的好处，迫使美、英、法等许多国家不得不采取措施，奋起直追。不得不采取措施，奋起直追。 有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国我国劳动力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国，它不仅能为我国的经济情。这是一种误解。在我国，它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为
33、建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。发展做出卓越的贡献。 我国已在我国已在“七五七五”计划中把机器人列人国家重点科计划中把机器人列人国家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十几年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、研究。十几年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人及水下
34、作业、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人及水下作业、军用和特种机器人。目前，示教再现型机器人技术已基军用和特种机器人。目前，示教再现型机器人技术已基本成熟，并在工厂中推广应用。我国自行生产的机器人本成熟，并在工厂中推广应用。我国自行生产的机器人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂投入运行。喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂投入运行。19861986年年3 3月开始的国家月开始的国家863863高科技发展规划已列入研究、高科技发展规划已列入研究、开发智能机器人的内容。就目前来看，我们应从生产和开发智能机器人的内容。就目前来看，我们应从生产和应用的角度出发，结合我国国情，加快生产结构简单
35、、应用的角度出发，结合我国国情，加快生产结构简单、成本低廉的实用型机器人和某些特种机器人。成本低廉的实用型机器人和某些特种机器人。 总结一下，机器人有三个发展阶段，习惯于把机器人分成三类：总结一下，机器人有三个发展阶段，习惯于把机器人分成三类：一种是第一代机器人，那么也叫一种是第一代机器人，那么也叫示教再现型机器人示教再现型机器人，它对于外，它对于外界的环境没有感知，操作力的大小，工件存在不存在，焊的好与坏，界的环境没有感知，操作力的大小，工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺陷，因此，陷
36、，因此，2020世纪世纪7070年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的带感觉的机器人机器人，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉，在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来，感觉，在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来，它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色。它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色。第三代机器人，机
37、器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫第三代机器人，机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人智能机器人，只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，目前的发，只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是科学技术的发展，义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是科学技术的发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。 以美国歌唱演员麦当娜为原型的机器人以美国歌唱演员麦当娜为原型的机器人 在人
38、的感觉器官中，视觉是最重要的。据不完全统计，人的视在人的感觉器官中，视觉是最重要的。据不完全统计，人的视觉细胞数量约在数量级觉细胞数量约在数量级1010的的8 8次方，比听觉细胞多二三千倍，是皮次方，比听觉细胞多二三千倍，是皮肤触觉细胞的一百多倍。因而可以说，人类从外界获取的信息有肤触觉细胞的一百多倍。因而可以说，人类从外界获取的信息有8080是依靠眼睛得到的。人的视觉主要有以下功能：是依靠眼睛得到的。人的视觉主要有以下功能：1 1、立体感觉能力。对于立体物体，人眼能根据它的各立体面、立体感觉能力。对于立体物体，人眼能根据它的各立体面所反射光线的差别进行辨识，再通过大脑神经将视网膜得到的各面所
39、反射光线的差别进行辨识，再通过大脑神经将视网膜得到的各面图像自动组合成立体形象。图像自动组合成立体形象。2 2、测定物体大小及其所在位置远近的能力。、测定物体大小及其所在位置远近的能力。3 3、自动跟踪和观察运动目标对象的能力。、自动跟踪和观察运动目标对象的能力。4 4、人的视神经有快速接受和传输视觉信息的能力。例如当人、人的视神经有快速接受和传输视觉信息的能力。例如当人刚睡醒睁开眼时，就能一眼把满视野环境中的一切物体尽收入眼底刚睡醒睁开眼时，就能一眼把满视野环境中的一切物体尽收入眼底，并传输给大脑，其信息量之大，处理速度之快，是难以比拟的。，并传输给大脑，其信息量之大，处理速度之快，是难以比
40、拟的。5 5、感觉色彩的能力。视神经具有全色的功能，因而正常人的、感觉色彩的能力。视神经具有全色的功能，因而正常人的眼睛不但能分辨出各种颜色，而且能分辨出同类色彩中的细微的变眼睛不但能分辨出各种颜色，而且能分辨出同类色彩中的细微的变化。化。 机器人视觉系统主要应用于以下三方面：机器人视觉系统主要应用于以下三方面： 1 1、用视觉进行产品检验，代替人的目检。包括：形状、用视觉进行产品检验，代替人的目检。包括：形状检查和测量零件几何尺寸、形状和位置；缺陷检验检查零检查和测量零件几何尺寸、形状和位置；缺陷检验检查零件是否损坏，划伤；齐全检验检查零件是否齐全。件是否损坏，划伤；齐全检验检查零件是否齐全
41、。 2 2、在机器人进行装配、搬运等工作时，用视觉系统对、在机器人进行装配、搬运等工作时，用视觉系统对一组需装配的零、部件逐个进行识别，并确定它在空间的一组需装配的零、部件逐个进行识别，并确定它在空间的位置和方向，引导机器人的手准确地抓取所需的零件，并位置和方向，引导机器人的手准确地抓取所需的零件，并放到指定位置，完成分类、搬运和装配任务。放到指定位置，完成分类、搬运和装配任务。 3 3、为移动机器人进行导航。利用视觉系统为移动机器、为移动机器人进行导航。利用视觉系统为移动机器人提供它所在环境的外部信息，使机器人能自主地规划它人提供它所在环境的外部信息，使机器人能自主地规划它的行进路线，回避障
42、碍物，安全到达目的地，并完成指令的行进路线，回避障碍物，安全到达目的地，并完成指令的工作任务。的工作任务。 听觉传感器是机器人的耳朵。若仅仅要求它对声音产生听觉传感器是机器人的耳朵。若仅仅要求它对声音产生反应，作为一个开关量输出形式的听觉传感器是比较简单的，反应，作为一个开关量输出形式的听觉传感器是比较简单的，只需用一个声只需用一个声电转换器就能办到。但若让家用机器人能电转换器就能办到。但若让家用机器人能够听懂主人的语言指令，根据指令去打扫房间，开关房门，够听懂主人的语言指令，根据指令去打扫房间，开关房门，倒垃圾倒垃圾那就很困难了。而若进一步要求机器人能与主人那就很困难了。而若进一步要求机器人
43、能与主人对话，区别主人和其他人的声音，从而只执行主人的命令，对话，区别主人和其他人的声音，从而只执行主人的命令，那就是困难重重了。那就是困难重重了。 现在的研究水平只是通过语音处理及辨现在的研究水平只是通过语音处理及辨识技术识别讲话人，还可以正确理解一些极简单的语句。由识技术识别讲话人，还可以正确理解一些极简单的语句。由于人类的语言非常复杂、词汇量相当丰富，即使是同一个人，于人类的语言非常复杂、词汇量相当丰富，即使是同一个人，其发音也会随环境及身体状况变化而变化。其发音也会随环境及身体状况变化而变化。因此，要使机器人的听觉系统具有接近人耳的功能，除因此，要使机器人的听觉系统具有接近人耳的功能，
44、除了扩大计算机容量和提高其运算速度外，还需人们在其他方了扩大计算机容量和提高其运算速度外，还需人们在其他方面做大量、艰苦的研究、探索工作。面做大量、艰苦的研究、探索工作。 给机器人装上鼻子就要用到嗅觉传感器，使它能感受给机器人装上鼻子就要用到嗅觉传感器，使它能感受各种气味，从而用来识别其所在环境中有害气体，并测定各种气味，从而用来识别其所在环境中有害气体，并测定有害气体的含量。目前还做不到让机器人像人一样闻出多有害气体的含量。目前还做不到让机器人像人一样闻出多种气味的机器鼻子。种气味的机器鼻子。 常用的嗅觉传感器是半导体气体传感器，它是利用半常用的嗅觉传感器是半导体气体传感器，它是利用半导体气
45、敏元件同气体接触，造成半导体的物理性质变化，导体气敏元件同气体接触，造成半导体的物理性质变化，借以测定某种特定的气体成分及其含量的。大气中的气味借以测定某种特定的气体成分及其含量的。大气中的气味各种各样，而目前研制出的气体传感器只能识别像各种各样，而目前研制出的气体传感器只能识别像H2 、C2、CO、NO等少数气体。因此除特殊需要安装探测等少数气体。因此除特殊需要安装探测特定气体的气体传感器外，一般的机器人基本上没有嗅觉。特定气体的气体传感器外，一般的机器人基本上没有嗅觉。 触觉是接触、滑动、压觉等机械刺激的总称触觉是接触、滑动、压觉等机械刺激的总称。多数动物的触觉。多数动物的触觉器是遍布全身
46、的，像人的皮肤位于人的体表，依靠表皮的游离神经器是遍布全身的，像人的皮肤位于人的体表，依靠表皮的游离神经末梢能感受温度。痛觉、触觉等多种感觉末梢能感受温度。痛觉、触觉等多种感觉 ，因此，对人来说，除，因此，对人来说，除了视觉以外，触觉接受外界的信息量最多。但是昆虫或甲壳类动物了视觉以外，触觉接受外界的信息量最多。但是昆虫或甲壳类动物的触觉器官却集中在头部的触角中。像蟋蟀与虾的触须有身体长度的触觉器官却集中在头部的触角中。像蟋蟀与虾的触须有身体长度的的2 25 53 3倍。依靠长触须可确认远处物体所在的位置倍。依靠长触须可确认远处物体所在的位置 ，判别其大，判别其大小小 。要使机器人具有动物那样
47、敏感的触觉是相当困难的，机器人。要使机器人具有动物那样敏感的触觉是相当困难的，机器人装上触觉传感器的目的是检测机器人的某些部位（如手或足）与外装上触觉传感器的目的是检测机器人的某些部位（如手或足）与外界物体是否接触，识别物体的形状和在空间的位置，保证机器人的界物体是否接触，识别物体的形状和在空间的位置，保证机器人的手能牢固地抓住物体，或保证其足能稳稳地踩在地面上。虽然这些手能牢固地抓住物体，或保证其足能稳稳地踩在地面上。虽然这些事情大多数都可以用视觉传感器来解决，但视觉系统造价昂贵，控事情大多数都可以用视觉传感器来解决，但视觉系统造价昂贵，控制复杂，特别是在暗处，或者障碍物存在于视觉传感器和对
48、象物之制复杂，特别是在暗处，或者障碍物存在于视觉传感器和对象物之间，就无法获得视觉信息。与视觉系统相比，触觉系统要简单得多，间，就无法获得视觉信息。与视觉系统相比，触觉系统要简单得多，价钱也便宜得多，这就是广泛使用触觉传感器的原因所在。因此，价钱也便宜得多，这就是广泛使用触觉传感器的原因所在。因此，给机器安装上恰当的触觉传感器，使机器人具有一定的触觉知能，给机器安装上恰当的触觉传感器，使机器人具有一定的触觉知能，就有更重要的意义了。就有更重要的意义了。 机器人的触觉集中在手上，因为它主要是用机器人的触觉集中在手上，因为它主要是用手指来接触物体的。要想获得较多的触觉信息，手指来接触物体的。要想获
49、得较多的触觉信息，最好在手指表面大范围地分布相同的触觉传感器；最好在手指表面大范围地分布相同的触觉传感器；用像人的皮肤那样柔软而富有弹性的材料制作机用像人的皮肤那样柔软而富有弹性的材料制作机器人的手，藉以增大与物体的接触面，牢固地握器人的手，藉以增大与物体的接触面，牢固地握住物体。此外，还希望触觉传感器形体小、重量住物体。此外，还希望触觉传感器形体小、重量轻、灵敏度高、集成度高、可靠性高。轻、灵敏度高、集成度高、可靠性高。 接近觉传感器是机器人用以探测自身与周围物体之间接近觉传感器是机器人用以探测自身与周围物体之间相对位置和距离的传感器。接近觉原本不是人的专门感觉，相对位置和距离的传感器。接近
50、觉原本不是人的专门感觉，故没有专司其职的接近觉器官。人是依靠自己各种感觉器故没有专司其职的接近觉器官。人是依靠自己各种感觉器官的综合感觉能力来感觉自己和周围物体之间的相对位置官的综合感觉能力来感觉自己和周围物体之间的相对位置和距离的大致感觉的。因此，在仿照人的功能来使机器人和距离的大致感觉的。因此，在仿照人的功能来使机器人具有接近觉，其复杂程度可想而知，而利用一些特定的物具有接近觉，其复杂程度可想而知，而利用一些特定的物理现象来研制专门的接近觉传感器，相对而言就显得简单理现象来研制专门的接近觉传感器，相对而言就显得简单易行了。易行了。 机器人安装接近觉传感器主要目的有以下三个：其机器人安装接近
