机 器 人 技 术 及其应用 彭中波 重庆交通大学 机电与汽车工程学院 2006

 机器人的结构 机器人运动学（重点） 机器人静力学（重点） 机器人动力学（重点） 本 课 程 主 要 内 容：  机器人的控制  机器人的感觉

1.1 机器人的定义 第一章 机器人概述 机器人一词的出现： 1920 年、捷克作家、 Karel Capek 、 《 Rossum’s Universal Robots 》， “Robota” （奴隶）写成了 “Robot ” 。 小说在 1924 年和 1927 年的时候被纷纷传到了日本、法国 和欧洲国家，机器人这个名词就向全世界铺展开来。 故事情节：带感情 的机器人消灭了人类 ，一对男女机 器人相爱 ，世界又起死回生。

上世纪 60 年代，可实用机械的机器人被称为工业机器人 上世纪 80 年代到现在，正越来越向智能化方向发展 因此，至今为止也没有一个统一的机器人的定义。 因此，至今为止也没有一个统一的机器人的定义。 机器人学是一门不断发展的科学，对机器人的定义也随其 机器人学是一门不断发展的科学，对机器人的定义也随其发展而变化。

（ 2 ）日本工业机器人协会 (JIRA) 的定义： （ 2 ）日本工业机器人协会 (JIRA) 的定义：工业机器人是 “ 一种装 备有记忆装置和末端执行器 (end effector) 的，能够转动并通过自 动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器 ” 。 （ 1 ）美国机器人协会 (RIA) 的定义： （ 1 ）美国机器人协会 (RIA) 的定义：机器人是 “ 一种用于移动各 种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种 种任务的，并具有编程能力的多功能机械手 (manipulator)” 。 国际上，关于机器人的定义主要有以下几种：

（ 3 ）美国国家标准局 (NBS) 的定义：机器人是 “ 一种能够进行编 程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置 ” 。 （ 4 ） 国际标准化组织 (ISO) 的定义： “ 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手，这种机械手具有几个 轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专 用装置，以执行种种任务 ” 。

蒋新松院士 （ 5 ）我国对机器人的定义。蒋新松院士曾建议把机器人定义为 “ 一种拟人功能的机械电子装置 ”(a mechantronic device to imitate some human functions) 。 机器人 是一种 计算机控制的可以编程的自动机械电子装置，能感知环境，识别 对象，理解指示命令，有记忆和学习功能，具有情感和逻辑判断 思维，能自身进化，能计划其操作程序来完成任务。 参考各国的定义，对机器人给出以下定义： 机器人 是一种 计算机控制的可以编程的自动机械电子装置，能感知环境，识别 对象，理解指示命令，有记忆和学习功能，具有情感和逻辑判断 思维，能自身进化，能计划其操作程序来完成任务。

1.2 机器人的发展及应用 一、古代机器人 春秋后期，鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行 “ 三日 不下 ” 。 机器马车 西周时期，出现了能歌善舞的伶人， 这是我国最早记载的机器人。 公元前 2 世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的 机器人 ── 自动机。可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。

汉代大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓 车。每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。 后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地 创造出了 “ 木牛流马 ” 。用其运送军粮，支援前 方战争。 写字机器人 1738 年，法国天才技师杰克 · 戴 · 瓦克逊发 明了一只机器鸭。它会嘎嘎叫，会游泳和喝水， 还会进食和排泄。

19 世纪中叶出现了科学幻想派和机械制作派 。 1886 年《未来的 夏娃》问世。在机械实物制造方面， 1893 年摩尔制造了 “ 蒸汽人 ” ， “ 蒸汽人 ” 靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。 1773 年，自动书写玩偶、自动演奏玩偶等被连续推出。现在 保留下来的瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，还定期弹奏 音乐供参观者欣赏。 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 ” 。可以回答一些问题。

二、现代机器人 1952 年，第一台数控机床的诞生，为机器人的开发奠定了基 础。 1954 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。 主从机器人 1948 年，美国原子能委员会 的阿尔贡研究所开发了机械式的 主从机械手。

1962 年美国 AMF 公司推出的 “VERSATRAN” 和 UNIMATION 公司 推出的 “UNIMATE” 是机器人产品最早 的实用机型（示教再现）。 VERSATRAN UNIMATE

1965 年， MIT 的 Roborts 演示了第一个具有视觉传感器的、能识 别与定位简单积木的机器人系统 1970 年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议 1973 年，辛辛那提 · 米拉克隆公司的理查德 · 豪恩制造了第一台由 小型计算机控制的工业机器人 1980 年后，日本赢得了 “ 机器人王国 ” 的美称

各种用途的机器人： 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 新的机器人名称： “ 软件机器人 ” 、 “ 网络机器人 ” 、机器人化机器 德国排爆机器人 相扑机器人 无人驾驶振动式压路机

机器鱼 “ 自由泳 ”“ 过龙门 ” 在水中 “ 戏球 ” 自主地避开障碍物 机器鱼机器鱼机器鱼机器鱼 我国研制的排爆机器人我国研制的排爆机器人

70 年代的萌芽期， 80 年代的开发期和 90 年代的适用化期。 1972 年开始研制自己的工业机器人 “ 七五 ” 期间，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发， 研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人 1986 年国家高技术研究发展计划（ 863 计划）开始实施 上世纪 90 年代初期起，形成了一批机器人产业化基地 我国工业机器人的发展：

日本和美国在 20 世纪 60 年代就已经开始进行机器人 的研究，与他们相比较，我国还存在较大的差距，因此 需要更多的人加入到发展机器人的事业中来。 日本和美国在 20 世纪 60 年代就已经开始进行机器人 的研究，与他们相比较，我国还存在较大的差距，因此 需要更多的人加入到发展机器人的事业中来。

3. 按机器人的智能程度分 一般机器人： （ 1 ）一般机器人：只具有一般编程能力和操作功能 智能机器人： （ 2 ）智能机器人：具有不同程度的智能  传感型机器人  交互型机器人  自主型机器人

理由之三： 理由之三：机器人做人做不了的事情。比如 人们对太空的认识，对原子分子进行搬迁的 机器人 为什么要发展机器人 ? 理由之二： 理由之二：机器人做人不愿意做或做不好的 事。比如有毒的、高温的或危险的环境，汽 车生产线上的焊接工作 机器人汽车焊接生产线 理由之一： 理由之一：提高生产效率降低人的劳动强度。 比如焊机器人提高生产效率，提高汽车焊接 的质量，降低工人的劳动强度 汽车装配机器人

本章小结 :   机器人的外型不一定像人  机器人技术是集机械学、力学、电子学、 生物学、 控制论、人工智能、系统工程等多种学科于一体的 综合性很强的新技术

Class is over. Bye-bye!