(8)--Talking-Robot-Chapter 03大话机器人讲义.pdf
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1、“大话”机器人“大话”机器人Talking about Robot Talking about Robot Outline&Contents 从工业机器人到智能机器人的历程 第一代机器人时期 第二代机器人时期 智能机器人关键技术 第三代机器人时期从工业机器人到智能机器人的历程年代年代领域领域事件事件1955理论理论Denavit和和Hartenberg发展发展了了齐次齐次变换变换(D-H)变换变换1961工业工业美国专利美国专利2,998,237,George devol的编程技术的编程技术用于机器用于机器传输传输1961工业工业第一台第一台Unimate机器人安装机器人安装,用于压铸用于压铸
2、1961技术技术由传感器的机械手由传感器的机械手MH-1,由由Ernst在麻省理工学院发明在麻省理工学院发明1961工业工业Versatran圆柱坐标机器人商业化圆柱坐标机器人商业化1965理论理论L.C.Roberts将其次变换矩阵应用与机器人将其次变换矩阵应用与机器人1968技术技术斯坦福研究院发明带视觉的自由计算机控制的行走机器人斯坦福研究院发明带视觉的自由计算机控制的行走机器人Shakey1969技术技术V.C.Sheinman及其助手发明斯坦福臂及其助手发明斯坦福臂1969理论理论用于行走机器人导向的机器人视觉在斯坦福研究院展出用于行走机器人导向的机器人视觉在斯坦福研究院展出1970
3、技术技术ETL公司发明带视觉的自适应机器人公司发明带视觉的自适应机器人1971工业工业日本工业机器人协会日本工业机器人协会(JIRA)成立成立1972理论理论R.P.Paul用用D-H矩阵计算轨迹矩阵计算轨迹1972理论理论D.E.Whiney发明操作机的协调控制方式发明操作机的协调控制方式1975工业工业美国机器人研究院成立美国机器人研究院成立1975工业工业Unimate公司发布其第一次利润公司发布其第一次利润1976技术技术在斯坦福研究院完成用机器人的编程装配在斯坦福研究院完成用机器人的编程装配1978工业工业Rose及其同事成立了机器人智能公司及其同事成立了机器人智能公司,生产第一个商
4、业视觉系统生产第一个商业视觉系统机器人发展历程从工业机器人到智能机器人的历程机器人发展共历经3个主要阶段。第一代指只有机械手的可编程机器人,起始于1954年(以Devol 的“程序化部件传输”专利为标志),历经20年,发展到1970年代末达到成熟,广泛应用到汽车、电子和机械制造等行业中。第二代指配备了力觉、视觉或触觉等传感器的感知型机器人,起始于1960年代中叶(以MIT 和斯坦福研制的带传感器机械手为标志),发展到2000年基本成熟,在制造领域和各类服务业中得到一定应用。第三代是将人工智能和机器人相结合的智能型机器人,不仅具备感觉功能,而且能根据人的命令,根据所处环境自行决策和规划。起始于1
5、980年代,以IBM研制的“深蓝”(Deepblue computer)和谷歌研制的阿尔法狗(AlphaGo)战胜人类棋手为标志,智能型机器人将在21世纪大放异彩。Outline&Contents 从工业机器人到智能机器人的历程 第一代机器人时期 第二代机器人时期 智能机器人关键技术 第三代机器人时期第一代机器人时期第一代机器人主要以示教再现为主,可完成固定工序的加工任务。其明显特征就是不带传感器,无法感知周围信息,不能根据环境变化作指令变更。1954 年是工业机器人技术发展史上的一个重要里程碑,George Devol向美国政府提出关于“程序化部件传输”的专利申请,提出了“通用自动化”,并于
6、1961 年取得专利授权。1956年,机器人之父Joseph Engelberger买下了Programmed Article Transfer 的专利,并于1956 年与 Devol 共同创立世界上第一家机器人公司Unimation(Universal 和Automation 的缩写)。为纪念他,1977 年开始设立恩格柏格机器人奖,来表彰为机器人领域做出贡献的杰出个人。1957 年Engelberger 又建立了联合控制公司,并开始生产机械手。1959年,第一个工业机器人Unimate 诞生。1961 年被安装在位于新泽西州的通用公司旗下的组装流水线上,用于压铸生产汽车的门、车窗把手、换档
7、旋钮等部件。第一代机器人时期 1960 年,“工业机器人”一词由美国金属市场报提出,并将其定义为:“用来搬运机械部件或工件的、可编程序的多功能操作器,或通过改变程序可完成各种工作的特殊机械装置”。早期的这一定义概括了工业机器人的特点,即:可编程序、用于机械部件操作。第一代机器人时期 1962 年,美国机械与铸造公司制造出世界上第一台圆柱坐标型工业机器人,命名为Verstran(Versatile Transfer,万能搬运)机器人。1967 年,一台Unimate机器人被安装在瑞典,成为欧洲安装运行的第一台工业机器人。1969 年,Unimate 公司的工业机器人进入日本市场,Unimatio
8、n公司与日本川崎重工(Kawasaki Heavy Industies)签订许可协议,生产Unimate 专供亚洲市场;同年,川崎重工成功开发了日本第一台工业机器人Kawasaki-Unimate2000。第一代机器人时期 1955 年,Denavit 和Hartenberg 针对连杆机构发展了齐次变换矩阵,将刚体空间运动转化为坐标系运动,很好地解决了机器人相邻关节空间状态的描述。School of Mechanical Engineering,Qinghai UniversityOutline&Contents 从工业机器人到智能机器人的历程 第一代机器人时期 第二代机器人时期 智能机器人关
9、键技术 第三代机器人时期School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人是“感知机器人”:感觉机器人具有一定的感觉装置。因为它具有一定的自适应能力,所以人们也叫它“自适应机器人”。特点:1、能够具有不同程度的“感知”周围环境的能力。2、能获取外界信息,经过计算机大脑的处理、分析,可对周围环境作出正确判断。第二代机器人时期School of Mechanical Engineering,Qinghai University这类利用感知信息以改善机器人性能的研究开始于70年代初期,到 1982 年,美国通用汽车公司为其装配线上的机器
10、人装配了视觉系统,宣告了感知机器人的诞生,在 80 年代得到了广泛应用。一种具有焊缝自动追踪功能焊接机器人自动循迹物流小车(AGV)第二代机器人时期School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期1962 年,IBM 公司H.A.Ernst 报道了他在麻省理工学院研制的带有触觉传感器的机器手MH-1。MH-1 系统由TX-0 计算机、控制单元和伺服机械手组成。早期的感知型机器人School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1962 年Boni开发了装有
11、压力传感器的机械手爪。1968 年,McCarthy 团队设计出带有摄像机和麦克风的机器人。1969 年斯坦福机械系维克多 沙因曼(Victor Scheinman)设计完成了全电驱动六轴关节机械臂,即著名的斯坦福机械臂(Stanford Arm)。1973 年,沙因曼创立了Vicarm 公司开始生产机器人手臂,并把设计卖Unimation公司。1978 年Unimation 与通用汽车(GM)公司合作开发出可编程通用操作(PUMA)。School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1960 年至1980 年SAIL 实验
12、室在持续研制斯坦福车(Stanford Cart)项目。Stanford Cart 是一个移动机器人,采用电视摄像机导航,并感知周围物体。该项目为探索机器视觉为移动式机器人感知环境奠定了基础。早期的感知型机器人School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1973 年,第一台机电驱动的6 轴机器人面世。德国库卡公司(KUKA)将其使用的Unimate 机器人研发改造成其第一台产业机器人,命名为Famulus。1976年,KUKA 开发了一种全新的机器人品种IR 6/60,这是真正意义上的六个机电驱动的机器人,并且还配置有
13、一台弯手设备。早期的感知型机器人School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1974 年,川崎还开发了世界上首款带精密插入控制功能的机器人,命名为”Hi-T-Hand”。1973 年,日本日立公司(Hitachi)开发出为混凝土桩行业使用的自动螺栓连接机器人。这是第一台安装有动态视觉传感器的工业机器人。早期的感知型机器人School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1973 年,辛辛那提米拉克龙公司的理查德豪恩(Richard Hohn)制造了第
14、一台商用的由微型计算机控制的工业机器人明天的工具(The Tomorrow Tool,T3)。1974 年,瑞典通用电机公司(ASEA,ABB 公司的前身)开发出世界上第一台全电力驱动、由微处理器控制的工业机器人IRB 6。信息技术推动工业机器人实用化School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1975 年,ABB 公司又开发出一个高达60 公斤有效载荷的工业机器人,命名为IRB60。同年,日本日立公司开发了第一个基于传感器的弧焊机器人,命名为“Mr.AROS”。1978 年,德国徕斯机器人公司开发了首款拥有独立控制系
15、统的六轴机器人RE15。1979 年,日本不二越株式会社(Nachi)研制出第一台电机驱动的机器人。信息技术推动工业机器人实用化School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1981 年,美国卡内基梅隆大学的Takeo Kanade设计开发出世界上第一个直接驱动机器人手臂(Direct-Drive Arms)。1981 年,美国PaR Systems 公司推出第一台龙门式工业机器人。1981 年,Fujitsu Limited Toshiba Corporation 按照Makino 指导商业化首台SCARA 机器人,命
16、名为FAROT-4SB。Profile of direct-drive arms首台龙门式机器臂Fujitsu FAROT-4SB工业机器人走向成熟的1980年代Kanade 于1974 年从日本京都大学获得电子工程博士学位,并成为京都大学信息科学系的教授,1980 年加入了卡内基梅隆大学。School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1984 年,美国Adept Technology 公司开发出第一台直接驱动的SCARA 机器人,命名为AdeptOne。1985 年,瑞士洛桑联邦理工大学(EPFL)的Clavel 博士
17、发明了一类3 自由度空间平移并联机器人,因结构像倒三角和希腊字母 而得名Delta。1990 年在美国获得了Delta机械臂的专利。工业机器人走向成熟的1980年代School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1987 年瑞士Demaurex 公司首先购买了delta 机器人的知识产权并将其产业化,主要用于巧克力、饼干、面包等食品包装。ABB 于1999 年推出IRB 340 Delta 机器人。工业机器人走向成熟的1980年代School of Mechanical Engineering,Qinghai Univer
18、sity第二代机器人时期 1992 年,瑞典ABB 公司推出一个开放式控制系统S4。1996 年,德国库卡公司(KUKA)开发出第一台基于个人计算机的机器人控制系统。工业机器人走向成熟的1980年代School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1982 年荷兰开发了一个装在茶托上的实验机械手RSI,主要完成喂饭和翻书,直接影响了后来的轮椅机械手Manus。1984 年荷兰Exact Dynamics bv公司生产Manus 并投入市场属搭载式机器人。1987 年,英国人Mike Topping 研制了Handy 1 康复
19、机器人样机。服务机器人应用的1990年代School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 美国在90 年代初,就开发了一款“护士助手”的机器人,并在多家医院使用。Stanford 在1995 年开发了MOVAR 机器人,机械手上装有力传感和接近觉传感器以保证工作安全可靠,但由于其复杂度和成本控制问题,仅停留在研发阶段。服务机器人应用的1990年代School of Mechanical Engineering,Qinghai University第二代机器人时期 1969 年日本早稻田大学加藤一郎研制出WAP-1平面自由度步
20、行机。1971年,加藤一郎又研制出了WAP-3型双足机器人。1971年,加藤实验室研制出WL-5双足步行机器人。1973年,加藤一郎所在早稻田大学科学与工程学院工程研究小组在WL-5的基础上开发了仿人型机器人WABOT-1。1984 年又开发了新型智能机器人WABOT-2。1986 年加藤实验室又研制了WL-12 步行机。服务机器人应用的1990年代School of Mechanical Engineering,Qinghai UniversityOutline&Contents 从工业机器人到智能机器人的历程 第一代机器人时期 第二代机器人时期 智能机器人关键技术 第三代机器人时期Scho
21、ol of Mechanical Engineering,Qinghai University第三代机器人时期第三代机器人是“智能的机器人”:智能机器人是靠人工智能技术决策行动的机器人,它们根据感觉到的信息,进行独立思维、识别、推理,并作出判断和决策,不用人的参与就可以完成一些复杂的工作任务。智能分拣物流机器人School of Mechanical Engineering,Qinghai University第三代机器人时期艾伦 麦席森 图灵(Alan Mathison Turing,1912 年6 月23 日 1954 年6 月7 日),英国数学家、逻辑学家,在逻辑学、计算机科学和人工智能
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