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从工业机器人到仿人机器人 清华大学自动化系 石宗英 报告内容 一·机器人简介 发展 定义和分类 涉及的学科和技术 二·仿人机器人研究及系统开发 性能设计 结构方案 控制系统设计 机器人简介 1.机器人的发展概况 “Robot”的出现 1921，机器人 Robot 一词最早出现于捷克斯洛伐克剧作家Karel Capek的剧本《Rossum’s Universal Robots》中.剧中把捷克语“Robota” 农奴 写成“Robot” 机器人 1942年，著名科普读物作家Isaac Asimov在科幻小说《流浪者》中提出了机器人学 Robotics 一词，预测了机器人所涉及的科学领域和存在的问题。 1950年，Isaac Asimov在科幻小说《I Robot》中，不仅描写了机器人机械方面的具体内容，而且描述了它在智能方面的内容，如机器人如何进行选择、决策等。并提出了有名的“机器人三原则”： 机器人不可伤害人或眼看人将遇害而袖手旁观。 机器人必须服从人的命令，但若命令的内容违反1时，则不受此约束。 只要不违反上述两条，机器人必须自己保卫自己。 机器人的起源 机器人起源于遥控操作器和数控机床 二战期间,为处理放射性材料研制出了遥控的主从式操作器 连杆机构 。 1949年,由于研制新型飞机时零件加工的需要,美国空军发起了对数控铣床的研制。 1953年,MIT研制出数控铣床 伺服技术与数字技术的结合 。 机器人的出现及发展 1954,George Devol 美 提出机器人不一定要象人的样子,但要能做人的工作。他具体描述了如何建造能控制的机械手,并申请了专利 1961, George Devol研制出第一台采用伺服控制技术的工业机器人。它是一台将遥控操作器的连杆机构与数控技术结合起来的设备 60年代，工业机器人进入成长期,机器人开始向实用化发展,并被用于焊接和喷涂作业中 1967, 日本的川崎重工购买了美国的专利许可,机器人远渡重洋来到日本 70年代，出现了更多的机器人商品，机器人进入实用化时代。日本成为“机器人王国” 1974年，Cincinati Milacron 推出了第一台计算机控制的工业机器人T3，它可以举起100磅重的物体，并可跟踪在装配线上的工件 80年代 ，工业机器人进入普及时代,开始在汽车、电子等行业得到大量使用,推动了机器人产业的发展。 1982年，研制出第一台示教再现机器人 90年代初,工业机器人的生产与需求进入高潮期。 1991年底世界上已有53万台工业机器人。 90年代还出现了具有感知、决策、动作能力的智能机器人,产生了智能机器或机器人化机器。随着信息技术的发展,机器人的概念和应用领域也在不断扩大 2. （工业）机器人的定义 机器人是机构学、控制论、电子技术及计算机等现代科学综合应用的产物，目前尚处于发展阶段，关于机器人的一些概念、定义，仍处于不断充实、演变之中。 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、零部件、工具或专用装置的,通过程序化的动作来执行各种任务.并具有编程能力的多功能操作机” 。 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操作机。这种操作机具有多个轴,能够借助可编程操作来处理各种材料、零部件、工具和专用装置,以执行各种任务”。 日本工业机器人协会的定义 “工业机器人是在三维空间具有类似人体上肢动作机能及结构,并能完成复杂空间动作的、多自由度的自动机械” 。 中国机械工业部 1986 的定义 “工业机器人是一种能自动定位、可重复编程的多功能、多自由度的操作机。它能搬运材料、零件或夹持工具,用以完成各种作业” 。 智能机器人,“能根据感觉机能和认知机能来自行决定行动的机器人” 总括起来可以认为，机器人是具有以下特点的机电一体自动装置： 具有高度灵活性的多功能机电装置，可通过改编程序获得灵活性。简单地更换端部工具实现多种功能。 具有移动自身、操作对象的机构，能实现人手或脚的某些基本功能。 具有某些类似于人的智能。有一定感知，能识别环境及操作对象。具有理解指令，适应环境，规划作业操作过程的能力。 机器人装配生产线 喷漆机器人 焊接机器人 鉚接机器人 毛刺清理机器人 码垛机器人 3. 机器人分类 表1.按运动机构分类 刚体的自由度：确定物体在坐标系中位姿的独