机械工程导论第八讲幻灯片.ppt

智能装备及机器人 未来机械工程科学发展的总趋势将是智能、数字化；交叉、综合化；柔性、集成化；精密、 微型化；高效、清洁化。其中智能装备及机器人已成为一个热门的研究课题。 1、机器人的定义 美国机器人协会（RIA）的机器人定义：“机器人是用以搬运材料、零件、工具的可编程序的多功能操作器或是通过可改变程序动作来完成各种作业的特殊机械装置。” 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。” 总之，机器人是自动执行工作的机器装置，是一种智能的机电一体化系统。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据人工智能技术制定的原则行动。它的任务是协助或取代人类工作，例如生产业、建筑业或是危险的工作。 机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物，在工业、医学、农业、建筑业、军事等领域中都有重要的用途。 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”。 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。” 控制 系统 驱动 器 电力 单元 传感 器 机身 机器人处理信息的过程与人相似:获取信息-处理与判断信息-执行动作 机器人的大脑，机器人的指挥中枢。主要由微控制器、存储器、输入输出端口组成 机器人的动力来源，包括电源、调节电路以及电源开关 机器人通过传感器检测环境，获取信息,根据外界环境做出反应 由电机、机械手等组成。可以让机器人在控制器的命令下完成动作 机器人的外形，将机器人的框架、传感器、主板、电机等组装并固定起来 2、机器人的组成 * 机器人的动作机构具有类似与人或其它生物的某些器官的功能。 是一种自动机械装置，自动完成多种操作或动作功能，可以再编程，程序流程可变，具有适应性。 具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习。 3、机器人的特点 4、机器人的能力评价标准 智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等； 机能，指变通性、通用性或空间占有性等； 物理能，指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。 因此，可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具， 可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。 5、机器人的发展方向 横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。 纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明。 6、机器人的发展历史 1910年?捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说中，根据Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。 1911年?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Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77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体。 1912年?美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。 1913年?诺伯特·维纳出版《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。 1914年?美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人（即世界上第一台真正的机器人），并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。 1915年?在达特茅斯会议上，马文·明斯基提出了他对智能机器的看法：智能机器“能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。 1950年，美国作家埃萨克·阿西莫夫在他的科幻小说《I，Robot》中首次使用了“Robotics” ，即“机器人学”。阿西莫夫提出了“机器人三原则”： 1.机器人不应伤害人类,且在人类受到伤害时不可袖手旁观； 2.机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外； 3.机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。 ???机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则，阿西莫夫因此被称为“机器人学之父”。 1959