机器人技术.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机器人技术,Robot Technique,退出,1,第1页,总目录,一、人类梦想和追求,二、概念和分类,三、机器人近代发展和应用,四、未来展望,退出,三、,机器人近代发展和应用,3.1工业机器人发展,1）发展历史（见后表）,2）应用现实状况,1998年国际机器人联合会调研汇报：,（1）截止到1997年底,历年来世界上共销售工业机器人95万台,现役工业机器人总数为71.1万台。1997年世界上共装备各种工业机器人85000台,比1996年增加6.5%,销售额为48亿美元。,51,第51页,52,第52页,（2）预计1997202023年世界机器人年平均增加9%,202023年销售量比1997年增加41%。在机械行业不景气情况下,机器人能连续增加,也显示了机器人在工业生产中主要性。,（3）工业机器人是一个对生产条件和生产环境适应性和灵活性很强柔性自动化设备。在技术发达国家中,工业机器人已在生产中得到了广泛应用。工业机器人应用使产品质量及生产率都得到了很大提升,而且因为机器人是一个能适应产品快速更新换代柔性自动化设备,所以,它应用大大缩短了新产品换产周期,从而提升了产品在市场上竞争力。在当代工业技术革命中,工业生产日趋向柔性自动化方向发展,工业机器人技术已成为当代工业技术革命中一个组成部分。,53,第53页,工业机器人录象放映,54,第54页,3.2非制造环境下机器人发展,近年来，非制造环境下机器人伴随机器人智能程度和技术发展,拓宽了其潜在应用领域,出现了以下发展热点：,仿人机器人,（1）工业机器人是为工业生产而设计,为了适应各种不一样应用现场,其形状各种多样,但根本没有一点人模样,这也使很多机器人兴趣者大失所望。为了使机器人更轻易让人接收,也为了让机器人像人一样能完成各种工作,各国都在开发不一样规格、不一样功效仿人机器人,55,第55页,（2）从仿人机器人集成情况看,日本本田企业P2、P3最先进。P2机器人于1996年问世,身高185cm,体重210kg。它能经过重力感应器和脚底触觉感应器把地面信息传到大脑(电脑),机器人电脑再依据情况进行判断,进而平衡身体,稳步前进。它不但能够走平路,而且能够爬台阶和在倾斜路面上行走;不但能够推车,而且能够经过遥控拧螺钉。P3机器人是P2机器人改进型,它比P2更先进。P3身高160cm,体重130kg,与人类愈加靠近。,（3）为了深入推进仿人机器人发展,日本于1998年推出了人型机器人计划。该计划为期5年,共分两个阶段:第一阶段为19981999年;第二阶段为2000202023年,总投资200亿日元,这也是它第三个机器人计划。日本第一个机器人计划是1983年开启“极限作业机器人”计划,为期8年,总投资155亿日元;第二个机器人计划是1991年开启为期2023年“微机械技术”开发计划,总投资250亿日元,当前仍在执行中。,56,第56页,法国国家试验室,BIP2023,57,第57页,早稻田大学,WENDY,拟人机器人,58,第58页,英国大学研制气囊驱动拟人机器人,美国大学研制电传动拟人机器人,59,第59页,日本研制拟人机器人,60,第60页,拟人移动机器人录影播放,61,第61页,军用机器人,（1）伴随武器系统不停发展,士兵在战场上生存条件越来越差。为了保护士兵生命,无人作战系统应用越来越广泛。,（2）军用无人作战系统按不一样应用空间分为水下机器人系统、地面机器人系统、无人机(空中机器人)和空间机器人系统。,（3）其中无人机发展最快,已得到广泛应用。在北约对南联盟空袭过程中就曾大量使用了无人机,其中有多驾被击落。,（4）微型无人机是90年代中期出现一个新生事物,因为微型无人机在战场侦察、生化探测等很多方面有着巨大应用潜力,所以发展尤其快。现在微型无人机还处于研究阶段,其飞行方式,有像飞机一样采取固定翼,有像昆虫一样采取扑翼,也有像直升飞机一样采取旋翼。微型飞机碰到主要困难有动力问题、空气动力学问题、通讯与控制问题、侦察传感器问题等。,（5）地面军用机器人很多人认为是很遥远事情,对现在战争影响不大,其实不然,美国从19992005财年计划投入4.586亿美元,202023年以前将有一大批遥控及半自主地面军用机器人装备美国陆海空三军。,62,第62页,扫雷轮式移动军用机器人,无人移动侦察车,63,第63页,微型无人飞行机器人,小型无人飞行机器人,64,第64页,*水下机器人和空间机器人,（1）现在水下机器人已能下潜到世界上最深海底,空间机器人索杰纳也已成功地登上了火星。,（2）国家高技术研究发展计划(863计划)支持研制6000,m,自治水下机器人于1997年圆满完成了太平洋洋底调查任务,取得了大量数据和资料，表明了我国已掌握水下机器人技术，探测应用实用阶段,海底作业型机器人如探测、取物、救险、埋缆正在研制之中。,65,第65页,水下机器人-水下移动潜水器,66,第66页,Rocky 7(,美国喷气动力试验室)。采取六轮独立悬挂系统，前后独立转向机构。其简化型号“索杰纳”曾于1997年4月成功登陆火星,67,第67页,MARSOKHOD,月球探测车,(俄罗斯),LUNOKHOD,月球探测车,(俄罗斯),68,第68页,空间机器人-月球车录象放映,69,第69页,*服务机器人,（1）当前在非制造领域中已开发出各种实用化服务机器人,如在农业中收获机器人、嫁接机器人、除草 机器人,在建筑业中钢构架焊接、涂覆、检验、测量机器人,在电力工业中检验、清扫、除污、高空高压作业机器人,在石油、煤气行业中管道和贮罐检验、修补机器人,等等。,（2）服务机器人与人们生活亲密相关,服务机器人应用将不停改进人们生活质量,这也正是人们所追求目标。一旦服务机器人和其它机电产品一样被人们接收,走进千家万户,其市场将不可限量。,（3）由机器人主刀外科手术也已成为现实。现在世界各国都在主动研制各种用途服务机器人:智能轮椅、机器人病房、移动病人等助老助残机器人,火灾侦察、人员营救、灭火等消防机器人,高楼清洗、飞机清洗等保洁机器人,等等。,70,第70页,电缆操作机器人,农用采摘机器人,71,第71页,娱乐服务机器人,录象放映,72,第72页,机器人狗录象放映,73,第73页,*,微型机器人,（1）微型机器人技术是正在兴起机器人新领域,包含微机械及其基础材料、微电子、微驱动与控制技术、微测量技术、微传感器、微能源、微系统设计等。,(2)微小型机器人在民用、军用、科学试验中将大有用武之地。尽管其实用化还在研究之中,但已显现出远大前途。微小型机器人技术将会对机器人引发一场革命,并将对社会各方面产生重大影响。,74,第74页,*机器人化机器,（1）基于机器人技术发展和现实生产与产品需求,机器人技术不停向新领域渗透,并形成和有望形成机器人新产品,如在工程机械中无人驾驶振动压路机、沥青摊铺机、混凝土搅拌机(站);地下工程机械中喷浆机器人、凿岩机器人、盾构机器人。,（2）把传统机器人技术与不停发展当代科学技术及千变万化市场需求相结合,使机器人进入更辽阔天地,无疑对机器人发展含有十分主要意义。,75,第75页,*,机器人足球,（1）机器人足球是一个新生事物。现在机器人足球不论从外形还是功效,离人们期望值还很远,有时甚至感觉机器人还很笨。因为机器人技术方面限制,机器人还没有真正意义上腿,所谓踢足球实际上是用身子,“,推,”,球。,（2）现在机器人足球比赛主要有两个分支,一个是韩国微机器人世界杯,MiroSot,一个是日本机器人世界杯,RoboCup。,我国国内机器人足球也有了自己队伍,并于1999年11月举行首届中国机器人足球锦标赛。,76,第76页,机器人足球比赛录象放映,77,第77页,3.3机器人包括理论和技术,1）机器人理论和技术,基础理论,（1）机器人运动学和动力学，运动学分析、动力学建模、运动规划等。,（2）机器人设计理论，机器人机构分析和综合、机器人结构设计优化、机器人关键器件设计、机器人仿真等。,（3）机器人仿生学，仿生运动和动力学、仿生机构学、仿生感知和控制理论、仿生器件设计和制造等,（4）机器人系统理论，多机器人系统理论、机器人-人融合、以及机器人与其它机器系统协调和交互。,（5）机器人操作和移动理论，机器人装配理论、机器人移动理论、足式机器人步态理论等。,（6）微机器人学，微机器人分析、设计、制造和控制等理论方法。,78,第78页,*机器人主要技术,机器人技术包含：机器人制造技术、操作和执行技术、驱动和控制技术、检测和感知技术、机器人智能技术、试验和评价技术、人机交互和融合技术、通讯技术、机器人能源和通讯技术、技术规范和标准等。,2）机器人研究包括学科和技术,机器人是一个多学科和技术交叉和结合综合高技术领域。从某种意义上讲,一个国家机器人技术水平高低反应了这个国家综合技术实力高低。,智能机器人是含有感知、思维和行动功效机器,是机构学、测试技术、制造技术、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等各种学科和技术综合结果。,79,第79页,3.4,中国机器人研究和应用,1）研究结果,我国机器人研究始于70年代，经过,“,七五,”,攻关、,“,863,”,计划,掌握了第一代示教再现型机器人技术，完成了许多基础研究工作。,已研制出各种工业机器人，用于喷漆、焊接、装卸料、装配等作业，已经有数百台次投入工业应用。,近十年来，在第二代(遥控)机器人和第三代(智能)机器人研究领域也取得发展,使机器人应用研究开始扩展到各种非制造领域,如核工业、石油化工、水下工程、地下管道等。,清华大学精仪系制造工程研究所、机械系、自动化系和计算机系等单位在装配机器人、步行机器人、机器人化机器、微操作机器人、生物基因组装机器人、医疗康复机器人、焊接机器人、机器人仿生学、机器人智能和控制、机器人视觉等研究上已取得国内领先，甚至国际先进研究结果，并正在继续深入开展先进机器人技术研究。,80,第80页,清华制造所研制国内第一台机器人化机器-虚拟轴机床,81,第81页,清华制造所研制履带式机器人,清华制造所研制,四足全方位步行机器人,82,第82页,清华制造所研制,双三足步行机器人,清华制造所研制五足步行机器人,83,第83页,清华制造所研制,排水管道清淤机器人,84,第84页,清华制造所研制生物芯片基因探针分配机器人系统,85,第85页,清华制造所研制六自由度高精度微动机器人,86,第86页,清华正在研制拟人机器人,87,第87页,2）存在问题和差距,工业机器人产业化研究和开发不力，基础条件微弱、关键技术与部件不配套、市场应用不足等种种原因,未能形成真正产品，机器人产业化和应用水平已极大落后于世界先进国家。,“,九五,”,期间我国在先进机器人基础和技术研究方面投入削减，各项研究工作速度减慢，与世界水平差距正在加大。,88,第88页,四、,未来展望,4.1技术发展,1）二十一世纪技术热点和特征,机器人已在工业领域得到了广泛应用,而且正以惊人速度不停向军事、医疗、服务、娱乐等非工业领域扩展。毋庸质疑,二十一世纪机器人技术必将得到更大发展,成为各国必争之知识经济制高点和研究热点,未来技术发展特点：许多国家都已将机器人技术列入高技术发展计划。当今机器人技术发展趋势主要有两个突出特点:一个是在横向上,机器人应用领域在不停扩大,机器人种类日趋增多;另一个是在纵向上,机器人性能不停提升,并逐步向智能化方向发展。,89,第89页,技术纵向上发展特征：,提升机器人智能化、机动性、可靠和安全性、以及与人类环境完美融入性。追求主要目标是,“,融入人类生活，和人类一起协同工作。从事一些人类无法从事工作，以更大灵活性给人类社会带来更多价值,”,。,90,第90页,2）机器人技术发展方向,智能机器人发展,（1）含有感知功效机器人和含有自主功效智能机器人技术将快速发展，计算机小型化与智能化、传感器系统集成化与智能化将促使智能机器人发展。,（2）在二十一世纪,各种智能机器人将得到广泛应用。含有像人四肢、灵巧双手、双目视觉、力觉及触觉感知功效仿人型智能机器人将被研制成功,并得到应用。,91,第91页,微型机器人发展,（1）将登上历史舞台微型机器人发展还面临着许多技术上难题,不过,MEMS,技术、,LIGA,技术和微细加工技术进步将使各种微型机器人走向应用。,（2）微型机器人将会首先在医疗、军事、环境、空间等科技领域得到应用。,新型机器人关键器件技术发展,当前,机器人技术发展尚存在许多待处理瓶颈问题，如驱动器、能源和控制器。从仿生学角度看,二十一世纪将出现与人体执行、感知和大脑类似新机器人器件和系统。,92,第92页,专题技术发展,（1）到二十一世纪,机器人种类将大量增加，机器人种类多样性和机器人应用广泛性,要求机器人系统逐步走向标准化、模块化、开放化和网络化。,（2）网络机器人技术，通信网络技术发展完全能够将各种机器人连接到计算机网络上,并经过网络对机器人进行有效控制。这种技术包含网络遥操作控制技术、众多信息组压缩与扩展方法及传输技术等。,（3）虚拟机器人技术，许多特种机器人在使用时,遥控是一个主要伎俩。基于多传感、多媒体和虚拟现实、增强现实(或临场感)虚拟遥控操作和人机交互,将成为需要共同发展一项技术。,（4）多智能体协调控制技术，用于实现决议和操作自治性、由多智能体组成群行为控制是一个含有挑战性关键技术,这里包含任务解释和表示、学习、实时推理和广义反应能力、监控和异况处理、多智能体协调等。,(5)软机器人技术许多特种机器人,尤其是用于医疗和护理、休闲和娱乐等场所时,经常处于与人共存环境中。现在大多数机器人,因为在设计时未考虑与人共存,用是金属等硬材料。软机器人技术要求其结构和对应控制以及所用传感器,在机器人意外地碰撞人或相互碰撞时是,“,软,”,增强人对机器人安全感和亲近感。,93,第93页,4.2,应用前景,在未来12023年中,科学与技术发展将会使机器人技术提升到一个更高水平。机器人将成为人类多才多艺和聪明伶俐,“,搭档,”,愈加广泛地参加人类各方面生产活动和社会生活,。,1）机器人将愈加广泛地代替人从事各种生产作业,它将从当前已广泛地用汽车、机械制造、电子工业及塑料制品等生产领域扩展到核能、采矿、冶金、石油、化学、航空、航天、船舶、建筑、纺织、制衣、医药、生化、食品等工业领域，进而应用在非工业领域中,如在农业、林业、畜牧业和养殖业等方面。,机器人将成为人类社会生产活动“主劳力”，人类将从繁重、重复单调、有害健康和危险生产劳动中解放出来,从而有更多时间去学习、研究和创造。,94,第94页,2）机器人将成为人类探索与开发宇宙、海洋和地下未知世界有力工具,将人送入太空进行宇宙探索非常危险和昂贵，机器人将代替人从事空间作业和太空探索。当前，航天飞机已经将舱外作业机器人带入太空进行太空作业，火星探测车已被送到火星表面上,并成功地完成了预定探测任务。,水下和地底作业对于人来说是一项危险作业,也是人类未处理难题，水下和地下机器人将处理这个问题，被用于海底和地底探索与开发、海洋和地下资源利用、水下作业与救生等。水下和地底作业对于人来说是一项危险作业,也是人类未处理难题,95,第95页,3）机器人将在未来战争中发挥主要作用,军用机器人能够是一个武器系统,如机器人坦克、自主式地面车辆、扫雷机器人等,也能够是武器装备上一个系统或装置,如军用飞机,“,副驾驶员,”,系统、舰船作战管理系统、武器装备自动故障诊疗与排除系统、坦克炮装弹机器人系统等。,未来可能出现机器人化部队或兵团。在未来战争中将会出现机器人对机器人战斗。,96,第96页,4）机器人将用于提升人类健康水平与生活质量,改进生活条件,提升生活水准一直是人类面临一个主要课题。在二十一世纪,服务机器人将进入家庭和服务产业。,家庭服务机器人能够从事清洁卫生、园艺、炊事、垃圾处理、家庭护理与服务等作业。,在医院,机器人能够从事手术、化验、运输、康复及病人护理等作业。,在商业和旅游业中导购机器人、导游机器人和演出机器人都将得到发展。智能机器人玩具和智能机器人宠物种类将不停增加。各种机器人体育运动比赛和文艺演出将层出不穷。机器人不再是只用于生产作业工具,大量服务机器人、演出机器人、科教机器人、机器人玩具和机器人宠物将进入人类社会,使人类生活愈加丰富多彩,。,97,第97页,4.3我国未来对策,1）需求,面对国外机器人技术不停发展和国际市场激烈竞争,需要发展我国机器人技术和产业。,改革开放深入及与国际市场接轨,新产品、新工艺要求需要有新装备来武装制造业。工业机器人不但在制造业中担负简单、重复体力劳动,更主要是在确保产品质量,提升生产效率,把人从恶劣、危险作业环境中替换出来等方面显示优越性。,人民生活水平提升和国防力量强大，对非制造环境下机器人技术和装备开发提出了迫切需求。,98,第98页,2）对策,加速我国国产机器人产业化,从1993年开始,已将研制重点转移到工业机器人开发应用上，我国将采取应用工程与支柱产业相互接轨形式,选择汽车、电子等有代表性行业,开辟几个适合中国国情应用工程,拓建几个不一样类型机器人产业。,开展先进机器人技术研究,开发更高级、更含有自主性智能工业机器人，把机器人技术推广到更多工业自动化生产领域和其它更广泛应用领域。,拓展非制造环境下机器人应用范围,以代替人从事危险、恶劣环境下工作,人力难为、单调重复工作和提升人们生活质量为重点,如水下机器人、地下机器人、机器人化工程机械、管道机器人、微操作机器人、医用机器人和服务机器人,在一些应用领域形成机器人产业并力争进入国际市场。,中国机器人发展应以市场为导向,以技术为驱动,沿着知识创新、技术创新、产品创新、机制创新路子,向着提升对国民经济贡献率和增强综合国力目标,努力开拓前进。,99,第99页,