机器人概论期末论文.docx

1、机器人概论期末论文 机器人学概论论文机器人发展与应用 南昌大学机电工程材料成型及控制工程102班 唐小龙 59012100982012/5/10机器人发展一、机器人发展的简介与展望阿西莫夫提出的“机器人三定律”：第一，机器人不得伤害人，也不得在人造受伤害时袖手旁观；第二，机器人必须服从人的命令，除非该命令与第一定律相抵触；第三，机器人必须保护自己，除非保护行为与上述两定律相抵触。这三条定律明确规定了人与机器人的主从关系和相互制约关系，几十年来已成为公认的研制和使用机器人必须遵循的基本准则。1机器人通常可以分为三代：第一代，可编程机器人，从上个世纪60年代后半期开始投入使用，这也是当代工业机器人

2、中主要的类型，这类机器人一般可以根据操作员所编写的程序，完成一些重复性操作。第二代，自适应机器人，或感知机器人，具有不同程度的感知能力，这归功于近些年来各种传感器的广泛应用。第三代，智能机器人，具有感知，识别，推理，规划和学习等诸智能机制，主要处于试验阶段。2由于人类的需求，随着科技的发展，依靠信息的交流，现代科技界对机器人发展提出了展望，主要沿着三个方向发展：一是让机器人具有更强的智能和功能；二是让机器人更具人形，也就是更像人；三是微型化，让机器人可以做更多细致的工作。3这些都可以让机器人更有能力并更好的为人类服务。而，我认为这些都需要人类在信息技术方面有更好的提高。二、机器人发展离不开信息

3、技术人类对机器人需求呈现越来越多的趋势，例如人们要求生产工业型机器人、军事型机器人、生活型机器人、医疗型机器人等。由于机器人的发展涉及到机械、电子、控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，故而机器人的不断发展必然会对科技提出越来越高的要求，因此对有关机器人的科技也就要求日益精进了。而，信息技术无疑是其中比较重要乃至不可或缺的一部分。因为随着机器人技术的不断发展，必然会逐渐向以人为中心的个人化方向发展，并将服务于人类生活的各个领域，因而必然会对机器人的网络化和智能化提出更高的要求，而这些就必然会要求信息技术得到更好的发展以满足人类的要求。例如

4、，伺服驱动的数字化和高度集成化、智能化技术，要满足这一技术的要求就必须实现软件伺服控制，从而使在在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法（如：最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等）成为可能，而这无疑要求信息技术方面有更好的突破。而，实际上，机器人的所有动作都需要信息技术的支持，因为一个机器人如果要发生一些行为，就要控制多个关节（或说是部件），并要检测多个传感器的信息，需要很强的处理信息的能力，然后才能更好地应对不同的工作环境，做出更有效率的工作行为。这无疑显示了机器人的发展离不开信息技术的发展，尤其要为机器人建立相关的信息系统，并进行信息管理。因为机器人的控制系统必然要求信息技术的嵌入，而

5、控制系统好比机器人的中枢神经，其重要性不言而喻。三、机器人发展对社会的影响机器人的出现并高速发展是社会和经济发展的必然，是为了提高社会的生产水平和人类的生活质量。机器人可以为人类提供更多的劳动力，人们可以让机器人做那些人们做不了、不愿做或做不好的事，例如，人们可以让机器人做火山探险、空间探索等人类难以完成的工作，也可以让机器人做喷漆、重物搬运等对人体有害的工作，也可以让机器人那些单调枯燥的重复性劳作等。机器人发展到现在，已经出现或者人们想象的机器人越来越多，例如，护士机器人、脑外科机器人、消防机器人、导游机器人、水下探索机器人、农林业机器人、军用机器人、娱乐机器人等，可以说随着机器人的不断发展

6、，机器人将会逐渐向人类社会走近并将影响着人类社会的各行各业的发展乃至影响到人类生活的方方面面。借助人类为机器人建立的信息平台，机器人的发展有着极好的前景，随着机器人的发展，人们可以借助机器人让人类社会的生产力提高到一个更高的水平，那将会更好地促进人类社会的发展。当然，就目前乃至以后很长地一段时间来说，机器人不会创造，这或许是社会发展的局限性，因而那些创造性的发展还是要依靠人类整体，可以说离开了人类，社会的发展将会停滞不前。由此可见，机器人充其量只能辅助人类，而并不能主导社会的发展，这也是人类不允许发生的。可以说，人类才是社会的永远的主导力量，机器人只能是人类的附属。不过，在人类不断地让机器人更

7、加智能化，自然不能抹灭会出现像机械公敌中桑尼一样的具有独立的行为和思考能力的机器人的可能性。随着人类为机器人不断创造更佳的程序，我相信是会出现智慧程序的，甚至会让机器人能够像人类一样具有独立行为和思考的能力。真到了那个时候，阿西莫夫提出的“机器人三定律”也许也不管用了。不过，那时人类应该具有了控制这些机器人的方法，因为没有人会想被自己创造的机器人反制。其实如果真的出现独立于人类而存在的机器人，那么从他们的角度来说，人类也就变成了另一种意义上的机器人。那时只要两者找到一个平衡点，或许通过道德与法律的约束，或许通过其他方法，以使两者共同生存。四、机器人发展与信管专业的联系机器人学是一门高度交叉的前

8、沿科学，内容包括机械学、电子学、自动控制和计算机等相关内容。但其中有一点是必不可少的，那就是不管是什么机器人总免不了程序设计这一步，这就和我所学的信息管理与信息系统专业脱离不了关系了，因为这个专业就有相当一部分程序设计的内容。而且机器人的存在也离不开信息系统的建立，以及需要人们进行信息的管理。而且机器人如果要有能力执行人类交与的任务，都需要人们通过程序设计这一关为机器人建立完备的信息系统，并进行更好的信息管理，即让机器人有一定的程序基础，进而建立机器人的信息系统，并在必要的基础上让机器人模拟一定的工作行为，只有这样机器人才有可能会做出物理行为，并借助这些行为而为人类工作或提供各种服务。而人们为

9、了便于控制与管理机器人也要通过信息系统的平台对机器人进行信息管理。要满足以上的要求就必须培养相应的程序设计师，而信息管理与信息系统这个专业就有培养程序设计师的方向，相信在有了这个专业要求学习的程序基础的人，可以更容易地掌握机器人需要的程序。并且，这个专业有信息管理的思想，因而在这基础上，学习了这个专业的人能够更加容易上手通过信息系统管理机器人的工作。机器人的作用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、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种

10、功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”能力评价标准机器人能力的评价标准包括：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、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人是具有生物功能的三维空间坐标机器。机器人的组成机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移

11、动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，此外也有采用液压、气动等驱动装置。检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调

12、整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。另一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完

13、成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。机器人发展史1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷尔恰佩克在他的科幻小说罗萨姆的机器人万能公司中，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。1939年

14、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。1942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。1948年 诺伯特维纳出版控制论，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。1954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，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。1956年 在达特茅斯会议

15、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。1959年 德沃尔与美国发明家约瑟夫英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。1962年 美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运),与Unimation公司生产的Unimate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机器人研究的热潮。1962年-1963年

16、传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT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。1965年约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60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。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。1968年 美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人