智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用“十四五”職業(yè)教育人工智能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)系列教材第1課機(jī)器人概述231知識(shí)目標(biāo)（1）熟悉機(jī)器人發(fā)展歷史。（2）熟悉機(jī)器人定義，理解和掌握機(jī)器人三原則。（3）熟悉現(xiàn)代機(jī)器人的手、眼睛與物體識(shí)別等基本結(jié)構(gòu)。能力目標(biāo)（1）掌握專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)閱讀、思考與研究的能力。（2）具備“團(tuán)隊(duì)精神”，提高學(xué)習(xí)的組織和活動(dòng)能力。

素質(zhì)目標(biāo)（1）熱愛學(xué)習(xí)，勤于思考，掌握學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)能力。（2）善于分析，培養(yǎng)關(guān)心技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的優(yōu)良品質(zhì)。（3）體驗(yàn)、積累和提高“大國(guó)工匠”的專業(yè)素質(zhì)。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

愿景

體驗(yàn)

創(chuàng)意

實(shí)踐重點(diǎn)難點(diǎn)（1）熟悉機(jī)器人發(fā)展和定義。（2）理解和遵循機(jī)器人三原則。目錄Robot名字的由來01機(jī)器人的發(fā)展02機(jī)器人概述03現(xiàn)代機(jī)器人04第1課機(jī)器人概述20世紀(jì)，人類取得了輝煌的成就，從量子理論、相對(duì)論的創(chuàng)立，原子能的應(yīng)用，脫氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，到信息技術(shù)的騰飛，人類基因組工作草圖的繪就，世界科技發(fā)生了深刻的變革。信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、海洋技術(shù)、航空航天技術(shù)等都取得了重大突破，極大地提高了社會(huì)生產(chǎn)力。Robot名字的由來0101Robot名字的由來1886年法國(guó)作家利爾亞當(dāng)在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機(jī)器起名為“安德羅丁”（android），它由4部分組成：（1）生命系統(tǒng)（平衡、步行、發(fā)聲、身體擺動(dòng)、感覺、表情、調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)等）；（2）造型解質(zhì)（關(guān)節(jié)能自由運(yùn)動(dòng)的金屬覆蓋體，一種盔甲）；（3）人造肌肉（在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態(tài)）；（4）人造皮膚（含有膚色、機(jī)理、輪廓、頭發(fā)、視覺、牙齒、手爪等）。 1920年捷克作家卡雷爾·恰佩克發(fā)表了科幻劇本《羅梭的萬能工人》。在劇本

中，恰佩克把捷克語“Robota”（奴隸）寫成“Robot”。該劇預(yù)告了機(jī)

器人的發(fā)展對(duì)人類社會(huì)的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關(guān)注，并被當(dāng)成“

機(jī)器人”一詞的起源。01Robot名字的由來在該劇中，機(jī)器人按照主人的命令默默地工作，沒有感覺和感情，以呆板的方式從事繁重的勞動(dòng)。后來，羅梭公司取得了成功，機(jī)器人也具有了感情，導(dǎo)致機(jī)器人的應(yīng)用部門迅速增加。在工廠和家務(wù)勞動(dòng)中，機(jī)器人成了必不可少的成員。機(jī)器人發(fā)覺人類十分自私和不公正，終于造反了，機(jī)器人的體能和智能都非常優(yōu)異，因此消滅了人類。但是機(jī)器人不知道如何制造自己，認(rèn)為它們自己很快就會(huì)滅絕，所以開始尋找人類的幸存者，

但沒有結(jié)果。最后，一對(duì)感知能力優(yōu)于其他機(jī)器人的男女

機(jī)器人相愛了。這時(shí)機(jī)器人進(jìn)化為人類，世

界又起死回生了。羅梭的萬能工人01Robot名字的由來在該劇中，恰佩克提出了機(jī)器人的安全、感知和自我繁殖問題?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步很可能引發(fā)人類不希望出現(xiàn)的問題。雖然科幻世界只是一種想象，但人類社會(huì)將可能面臨這種現(xiàn)實(shí)。機(jī)器人的發(fā)展0202

機(jī)器人的發(fā)展“機(jī)器人”一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的問世都是近幾十年的事，然而，人們對(duì)機(jī)器人的幻想與追求已有數(shù)千年的歷史。人類早在公元前4世紀(jì)就開始致力于想象和創(chuàng)建自動(dòng)機(jī)器，而機(jī)器人最早甚至可以追溯到古希臘，中國(guó)在周穆王時(shí)期就有跳舞機(jī)器人的傳說。幾個(gè)世紀(jì)以來，人類設(shè)計(jì)的機(jī)器人一直迷戀人類的思想，從古代石人的故事到現(xiàn)代科幻小說，無一不是。人類希望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便代替人類完成各種工作。02

機(jī)器人的發(fā)展01020304050607古代機(jī)器人棋類機(jī)器人和早期的語言實(shí)驗(yàn)圖靈測(cè)試寫字機(jī)器人機(jī)器馬車人形機(jī)器人和達(dá)芬奇騎士飛行機(jī)器人和音樂機(jī)器人02

機(jī)器人的發(fā)展1.2.1古代機(jī)器人亞里士多德是最早考慮自動(dòng)化工具以及這些工具如何影響整個(gè)社會(huì)的偉大思想家之一。公元前400年，人類第一臺(tái)自動(dòng)機(jī)器是由阿奇塔斯設(shè)計(jì)的，他今天被認(rèn)為是數(shù)學(xué)力學(xué)之父。阿奇塔斯設(shè)計(jì)的機(jī)械鴿子是一款蒸汽動(dòng)力自動(dòng)飛行器（見圖1-6），它的木質(zhì)結(jié)構(gòu)是根據(jù)鴿子的解剖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，里面裝有一個(gè)密封的鍋爐，用于生產(chǎn)蒸汽，蒸汽的壓力最終會(huì)超過結(jié)構(gòu)的阻力，使得機(jī)器鴿可以飛行。圖1-6阿奇塔斯的機(jī)器鴿02

機(jī)器人的發(fā)展公元前250年，泰斯比烏斯創(chuàng)造了一個(gè)漏壺（滴漏）或叫水鐘，它有許多精密的自動(dòng)裝置。盡管世界各地的水鐘已經(jīng)使用了幾個(gè)世紀(jì)，但正是在這段時(shí)間里，希臘和羅馬的發(fā)明家開始更新鐘表的基本設(shè)計(jì)，如鐘、鑼和移動(dòng)的小雕像等。泰斯比烏斯的設(shè)計(jì)允許將指針觸碰到響亮的鑼上，這就誕生了第一個(gè)鬧鐘，成為早期自動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的

一個(gè)例子。圖1-7泰斯比烏斯的滴漏02

機(jī)器人的發(fā)展公元前2世紀(jì)，亞歷山大時(shí)代的古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人，它是以水、空氣和蒸汽壓力為動(dòng)力的會(huì)動(dòng)的雕像，它可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。有關(guān)中國(guó)古代自動(dòng)機(jī)的記載也很多。據(jù)公元前3世紀(jì)《列子》

的記載，西周時(shí)期我國(guó)的能工巧匠偃師就用木材和皮革制造

出了一個(gè)為周穆王表演唱歌和歌舞的機(jī)器人（伶人），這是

我國(guó)最早記載的機(jī)器人。據(jù)《墨經(jīng)》記載，春秋后期，我國(guó)

著名的木匠魯班在機(jī)械方面也是一位發(fā)明家，他曾制造過一

只木鳥，能在空中飛行“三日不下”。

圖1-8為周穆王跳舞的機(jī)器人02

機(jī)器人的發(fā)展1.2.2機(jī)器馬車1800年前的漢代，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動(dòng)儀，還發(fā)明了“記里鼓車”。記里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。圖1-9張衡發(fā)明的記里鼓車02

機(jī)器人的發(fā)展后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭(zhēng)。

圖1-10木牛流馬復(fù)原圖02

機(jī)器人的發(fā)展1.2.3人形機(jī)器人和達(dá)·芬奇騎士自主技術(shù)的發(fā)展一直持續(xù)到11世紀(jì)以及世界各地。這一時(shí)期最重要的發(fā)明家之一是伊斯梅爾·賈扎里，他是伊斯蘭教黃金時(shí)代的工程師和數(shù)學(xué)家，他創(chuàng)造了分段齒輪，被許多人認(rèn)為是機(jī)器人之父。他的許多機(jī)器人作品都是由水驅(qū)動(dòng)的，包括從自動(dòng)

門到可以續(xù)杯的人形自主女服務(wù)員。在達(dá)·芬奇的后期工作中，受伊斯梅爾·賈扎里的影響尤其明顯。

1495年，這位意大利著名藝術(shù)家和畫家設(shè)計(jì)了一個(gè)

自主騎士，其中設(shè)有一系列滑輪和齒輪，使其能夠

移動(dòng)其胳膊和下巴，還能坐起來。

圖1-11達(dá)·芬奇的自主騎士02

機(jī)器人的發(fā)展達(dá)·芬奇將自己對(duì)人體解剖學(xué)的研究應(yīng)用到人形機(jī)器人上，達(dá)·芬奇的金主米蘭公爵盧多維科·斯福爾扎將其用作聚會(huì)的娛樂對(duì)象。02

機(jī)器人的發(fā)展1.2.4飛行機(jī)器人和音樂機(jī)器人主要為娛樂目的而設(shè)計(jì)的機(jī)器人在16世紀(jì)和18世紀(jì)之間變得更加流行。盡管這些機(jī)器人是為娛樂而設(shè)計(jì)的，但這些設(shè)備中使用的許多技術(shù)為后來更復(fù)雜的機(jī)器人鋪平了道路。其中一種是由德國(guó)數(shù)學(xué)家約翰內(nèi)斯·米勒馮·柯尼斯堡制造的鷹。人們知道它是在1530年代的某個(gè)時(shí)候，由木頭和鐵制成的。1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。1708年，作家約翰·威爾金斯寫了一篇關(guān)于“機(jī)器鷹”的文章，聲稱它飛向普魯士

皇帝，并返回雷吉奧·蒙塔努斯。雷吉奧·蒙塔努斯也被認(rèn)為創(chuàng)造了一種能夠飛行的

機(jī)器人。02

機(jī)器人的發(fā)展這一時(shí)期另一個(gè)關(guān)鍵人物是雅克·德·沃坎松。1737年沃坎松創(chuàng)作了長(zhǎng)笛演奏者，這是一個(gè)真人大小的類人機(jī)器人，可以在長(zhǎng)笛上演奏12首不同的歌曲。該機(jī)器人使用一系列波紋管“呼吸”，并有一個(gè)移動(dòng)的嘴和舌，可以改變氣流，使其能夠演奏樂器。圖1-12沃坎松創(chuàng)作的長(zhǎng)笛演奏者、覓食鴨子和錘鼓者02

機(jī)器人的發(fā)展然而，沃坎松最令人難忘的成就是他的覓食鴨。這只鴨子會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄（下蛋）。它也常常被認(rèn)為是利用橡皮管的第一個(gè)裝置，其本意是想把生物的功能加以機(jī)械化而進(jìn)行醫(yī)學(xué)上的分析。02

機(jī)器人的發(fā)展1.2.5棋類機(jī)器人和早期的語言實(shí)驗(yàn)19世紀(jì)，自動(dòng)機(jī)器人成為旅游景點(diǎn)和某種怪異的東西，它讓全世界的觀眾著迷和鼓舞。當(dāng)時(shí)流行的一種機(jī)器人是棋類機(jī)器人，其中最有名的是“土耳其人”，由沃爾夫?qū)ゑT·肯佩倫在十七世紀(jì)七十年代建造，并且在1854年巡回展出。雖然它看起來好像是可以下棋的機(jī)器人，但這臺(tái)設(shè)備被曝光是一個(gè)由藏在盒子里的棋手操縱的騙

局。盡管這是個(gè)騙局，但它的核心思想為真正的

國(guó)際象棋機(jī)器人提供了靈感。

圖1-13刊載于報(bào)紙上的土耳其人插圖（1845）02

機(jī)器人的發(fā)展19世紀(jì)的另一臺(tái)非凡的機(jī)器“悅耳”是由奧地利數(shù)學(xué)家和發(fā)明家約瑟夫·費(fèi)伯創(chuàng)造的一種會(huì)說話的機(jī)器人，是通過一種早期的文本到語音技術(shù)進(jìn)行操作的。這臺(tái)機(jī)器的特點(diǎn)是，有一個(gè)與鍵盤相連的人形女性臉，面部的嘴唇、下巴和舌頭可以被控制。一根風(fēng)箱和一根象牙白的蘆葦提供了機(jī)器的聲音，音調(diào)和口音可以通過鼻子上的螺絲來改變。這臺(tái)機(jī)器是費(fèi)伯25年工作的巔峰，并于1846年首次向觀眾展示?？杀氖牵S

多利亞時(shí)代的觀眾對(duì)這部機(jī)器茫然的眼神和毛骨

悚然的聲音感到不安，隨后這臺(tái)機(jī)器

就被遺忘。圖1-14悅耳02

機(jī)器人的發(fā)展20世紀(jì)初，第一個(gè)真正的國(guó)際象棋機(jī)器人誕生了，1912年由萊昂納多·托雷斯和克韋多建造的“棋手”被一些人認(rèn)為是視頻游戲的先驅(qū)。該裝置能夠和人對(duì)弈，通過電路和一個(gè)磁鐵系統(tǒng)來移動(dòng)棋子。它在1914年的巴黎世界博覽會(huì)上首次

亮相，引起了極大的轟動(dòng)和贊譽(yù)。

圖1-15棋手02

機(jī)器人的發(fā)展1.2.6寫字機(jī)器人在自動(dòng)玩偶的設(shè)計(jì)者中，最杰出的要數(shù)瑞士的鐘表匠杰克·道羅斯父子。1773年，他們連續(xù)推出了自動(dòng)書寫玩偶、自動(dòng)演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動(dòng)玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理制成的。它們有的拿著畫筆和顏色繪畫，有的拿著鵝毛蘸墨水寫字，結(jié)構(gòu)巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時(shí)。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，這些玩偶其實(shí)是身高一米的巨型玩具。在瑞士努薩蒂爾歷史博物館里保留下來了其中最早的機(jī)器人少女玩偶，它制作于二百年前，兩只手的十個(gè)手指可以按

動(dòng)風(fēng)琴的琴鍵而彈奏音樂，現(xiàn)在還定期演奏供參觀者欣

賞，展示了古代人的智慧。02

機(jī)器人的發(fā)展19世紀(jì)中葉自動(dòng)玩偶分為2個(gè)流派，即科學(xué)幻想派和機(jī)械制作派，并各自在文學(xué)藝術(shù)和近代技術(shù)中找到了自己的位置。1831年歌德發(fā)表《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克魯斯”；1870年霍夫曼出版了以自動(dòng)玩偶為主角的作品《葛蓓莉婭》；1883年科洛迪的《木偶奇遇記》問世；1886年《未來的夏娃》問世。在機(jī)械實(shí)物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，靠蒸汽驅(qū)動(dòng)雙腿沿圓周走動(dòng)。02

機(jī)器人的發(fā)展1928年，英國(guó)第一個(gè)機(jī)器人埃里克問世。埃里克是由工程師和一位一戰(zhàn)老兵共同創(chuàng)造的，它由兩個(gè)人操作，可以移動(dòng)頭部和手臂，并通過無線電信號(hào)進(jìn)行通話。它的動(dòng)作由一系列齒輪、繩索和滑輪控制，據(jù)報(bào)道，機(jī)器人能從嘴里噴出火花。

作為向卡雷爾·恰佩克在1920年創(chuàng)作的劇作《羅梭的

萬能工人》致敬，機(jī)器人埃里克的胸部被刻上了字母

R.U.R.。圖1-16埃里克02

機(jī)器人的發(fā)展1929年，日本第一個(gè)機(jī)器人“學(xué)天食”首次亮相?！皩W(xué)天食”由生物學(xué)家學(xué)天食建造，身高超過2.1米，可以通過齒輪和彈簧的運(yùn)動(dòng)來改變面部表情?！皩W(xué)天食”最偉大的成就是它書寫漢字的能力。不幸的是，這個(gè)機(jī)器人在德國(guó)巡演時(shí)失蹤了。進(jìn)入20世紀(jì)后，機(jī)器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關(guān)心與支持，一些實(shí)用化的機(jī)器人相繼問世，1927年美國(guó)西屋公司工程師溫茲利制造了第一個(gè)機(jī)器人

“電報(bào)箱”，并在紐約舉行的世界博覽會(huì)上展出。它是一個(gè)電

動(dòng)機(jī)器人，裝有無線電發(fā)報(bào)機(jī)，可以回答一些問

題，但該機(jī)器人不能走動(dòng)。

圖1-17學(xué)天食02

機(jī)器人的發(fā)展1.2.7圖靈測(cè)試20世紀(jì)40年代出現(xiàn)了第一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。1943年，沃倫·麥卡洛克和沃爾特·皮茨創(chuàng)建了一個(gè)使用電路的基本神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以更好地理解神經(jīng)元是如何在大腦中運(yùn)作的。由于使用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，他們的實(shí)驗(yàn)為第一個(gè)能夠顯示復(fù)雜行為的自主機(jī)器人鋪平了道路。1948年和1949年，威廉·格雷·沃爾特創(chuàng)造了兩個(gè)這樣的昵稱為“烏龜”的機(jī)器人埃爾默和埃爾西，這兩個(gè)機(jī)器人可以對(duì)光線做出反應(yīng)，并在電池電量不足的情況下引導(dǎo)自己到充電站。02

機(jī)器人的發(fā)展機(jī)器人歷史上的另一個(gè)里程碑發(fā)生在1950年，當(dāng)時(shí)，阿蘭·圖靈概述了他對(duì)機(jī)器人工智能的測(cè)試。圖靈測(cè)試是現(xiàn)在人工智能的基準(zhǔn)，因?yàn)樗挥脕頊y(cè)量機(jī)器的智能與人類的智能相同還是無法區(qū)分的程度。以最簡(jiǎn)單的形式，測(cè)試的目的是確定機(jī)器是否可以思考。圖靈的工作為1956年達(dá)特茅斯學(xué)院建立人工智能定義提供了必要的框架。圖1-18阿蘭·圖靈機(jī)器人概述0303

機(jī)器人概述機(jī)器人的出現(xiàn)并高速發(fā)展是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，是為了提高社會(huì)的生產(chǎn)水平和人類的生活質(zhì)量，讓機(jī)器人替人類那些人們干不了、干不好的工作。01機(jī)器人的定義02機(jī)器人三原則03機(jī)器人的分類03

機(jī)器人概述03

機(jī)器人概述1.3.1機(jī)器人的定義通常情況下科學(xué)家會(huì)給每一個(gè)科技術(shù)語下一個(gè)明確的定義，但機(jī)器人問世已有幾十年，機(jī)器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見。原因之一是機(jī)器人還在發(fā)展，新的機(jī)型，新的功能不斷涌現(xiàn)，而根本原因是因?yàn)闄C(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問題。就像機(jī)器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對(duì)機(jī)器人充滿了幻想。也許，正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。03

機(jī)器人概述1967年在日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上，就提出了兩個(gè)有代表性的定義。一是森政弘與合田周平提出的：“機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等7個(gè)特征的柔性機(jī)器”。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動(dòng)性、智能性、個(gè)體性、半機(jī)械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動(dòng)性等10個(gè)特性來表示機(jī)器人的形象。03

機(jī)器人概述另一個(gè)是加藤一郎提出的，具有如下3個(gè)條件的機(jī)器稱為機(jī)器人：（1）具有腦、手、腳等三要素的個(gè)體；（2）具有非接觸傳感器（用眼、耳接受遠(yuǎn)方信息）和接觸傳感器；（3）具有平衡覺（因身體移動(dòng)而引起的感覺）和固有覺（例如思維定勢(shì)）的傳感器。該定義強(qiáng)調(diào)了自主機(jī)器人應(yīng)當(dāng)仿人的含義，即它靠手進(jìn)行作業(yè)，靠腳實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，由腦來完成統(tǒng)一指揮的作用。非接觸傳感器和接觸傳感器相當(dāng)于人的五官，使機(jī)器人能夠識(shí)別外界環(huán)境，而

平衡覺和固有覺則是機(jī)器人感知本身狀態(tài)所不可缺少的

傳感器。03

機(jī)器人概述機(jī)器人的定義是多種多樣的，其原因是它具有一定的模糊性。動(dòng)物一般具有這樣一些要素，所以在把機(jī)器人理解為仿人機(jī)器的同時(shí)，也可以廣義地把機(jī)器人理解為仿動(dòng)物的機(jī)器。1988年法國(guó)的埃斯皮奧的定義是：“機(jī)器人學(xué)是指設(shè)計(jì)能根據(jù)傳感器信息實(shí)現(xiàn)預(yù)先規(guī)劃好的作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法作為研究對(duì)象”。1987年，際標(biāo)準(zhǔn)化組織的定義是“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)?！蔽覈?guó)科學(xué)家做出的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器

具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同

能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。03

機(jī)器人概述在研究和開發(fā)未知及不確定環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人的過程中，人們逐步認(rèn)識(shí)到機(jī)器人技術(shù)的本質(zhì)是感知、決策、行動(dòng)和交互技術(shù)的結(jié)合。隨著人們對(duì)其智能化本質(zhì)認(rèn)識(shí)的加深，機(jī)器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透。結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，人們發(fā)展了各式各樣的具有感知、決策、行動(dòng)和交互能力的特種機(jī)器人和各種智能機(jī)器，如移動(dòng)機(jī)器人、微機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、空中空間機(jī)器人、娛樂機(jī)器人等。對(duì)不同任務(wù)和特殊環(huán)境的適應(yīng)性，也是機(jī)器人與一般自動(dòng)化裝備的重要區(qū)別。這些機(jī)器人從外觀上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了

最初仿人型機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人所具有的形狀，更加符合各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的特殊

要求，其功能和智能程度也大大增強(qiáng)，從而為機(jī)器人技術(shù)開辟出更加廣闊的發(fā)展空

間。03

機(jī)器人概述時(shí)任中國(guó)工程院院長(zhǎng)宋健指出：“機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用是20世紀(jì)自動(dòng)控制最有說服力的成就，是當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化”。機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高技術(shù)的發(fā)展前沿，它在人類生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大正引起國(guó)際上重新認(rèn)識(shí)機(jī)器人技術(shù)的作用和影響。03

機(jī)器人概述1.3.2機(jī)器人三原則科幻作家艾薩克·阿西莫夫于1942年在其發(fā)表的短篇小說《跑來跑去》中創(chuàng)造了“robotics（機(jī)器人技術(shù)）”這個(gè)詞。在該小說中，為了防止機(jī)器人傷害人類，阿西莫夫列出了他的著名的機(jī)器人三原則。（1）機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；（2）機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；（3）機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。盡管這些定律是虛構(gòu)的，但這些定律為許多圍繞機(jī)器人和自主技術(shù)的倫理問題提供

了基礎(chǔ)。如今，機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則。03

機(jī)器人概述1.3.3機(jī)器人的分類關(guān)于機(jī)器人有各種分類方法，有的按控制方式分，有的按負(fù)載重量分，有的按自由度數(shù)量分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分。（1）操作型機(jī)器人：能自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個(gè)自由度，可固定或運(yùn)動(dòng)，用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)中。（2）程控型機(jī)器人：按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。（3）示教再現(xiàn)型機(jī)器人：通過引導(dǎo)或其他方式，先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。（4）數(shù)控型機(jī)器人：通過數(shù)值、語言等對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。03

機(jī)器人概述（5）感覺控制型機(jī)器人：利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作。（6）適應(yīng)控制型機(jī)器人：機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境的變化，控制其自身的行動(dòng)。（7）學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人：機(jī)器人能“體會(huì)”工作的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“學(xué)”的經(jīng)驗(yàn)用于工作中。（8）智能機(jī)器人：以人工智能決定其行動(dòng)的機(jī)器人。03

機(jī)器人概述我國(guó)的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人；而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。03

機(jī)器人概述國(guó)際上的機(jī)器人學(xué)者也從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人。圖1-20汽車加工現(xiàn)場(chǎng)：激光焊接機(jī)器人現(xiàn)代機(jī)器人0404

現(xiàn)代機(jī)器人概述現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，機(jī)器人技術(shù)自60年代初問世以來，經(jīng)歷40年的發(fā)展，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。工業(yè)機(jī)器人在經(jīng)歷了誕生—成長(zhǎng)—成熟期后，已成為制造業(yè)中不可或缺的核心裝備。當(dāng)今世界上有約75萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人正與工人并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線上。機(jī)器人的手機(jī)器人的眼睛機(jī)器識(shí)別物體04

現(xiàn)代機(jī)器人04

現(xiàn)代機(jī)器人概述1.4.1機(jī)器人的手機(jī)器人要模仿動(dòng)物的一部分行為特征，自然應(yīng)該具有動(dòng)物腦子的一部分功能。光有電腦發(fā)號(hào)施令還不行，最基本的還需要給機(jī)器人裝上各種感覺器官。機(jī)器人必須有“手”和“腳”，這樣它才能根據(jù)電腦發(fā)出的“命令”動(dòng)作?！笆帧焙汀澳_”不僅是執(zhí)行命令的機(jī)構(gòu)，還應(yīng)該具有識(shí)別的功能，這就是通常所說的“觸覺”。動(dòng)物對(duì)物體的軟、硬、冷、熱等的感覺就是靠觸覺器官。大腦要控制手、腳去完成指定的任務(wù)，也需要有觸覺所獲得的信息反饋到大腦里，以調(diào)節(jié)

動(dòng)作，使動(dòng)作適當(dāng)。因此，給機(jī)器人裝上的應(yīng)該是一雙會(huì)“摸”、有識(shí)別能力的靈

巧的“手”。機(jī)器人的手一般由方形的手掌和節(jié)狀的手指組成（見圖1-21）。為了使它具有觸覺，

在手掌和手指上都裝有帶彈性觸點(diǎn)的觸敏元件（如靈敏的彈簧測(cè)力計(jì)）。04

現(xiàn)代機(jī)器人概述

圖1-21機(jī)器人的“手”04

現(xiàn)代機(jī)器人概述為了使它具有觸覺，在手掌和手指上都裝有帶彈性觸點(diǎn)的觸敏元件（如靈敏的彈簧測(cè)力計(jì)）。如果要感知冷暖，還可以裝上熱敏元件，當(dāng)觸及物體時(shí)觸敏元件發(fā)出接觸信號(hào)。在各指節(jié)的連接軸上裝有精巧的電位器（一種利用轉(zhuǎn)動(dòng)來改變電路的電阻而輸出電流信號(hào)的元件），它能把手指的彎曲角度轉(zhuǎn)換成“外形彎曲信息”。把外形彎曲信息和各指節(jié)產(chǎn)生的“接觸信息”一起送入電腦，通過計(jì)算就能迅速判斷機(jī)械手所抓的物體的形狀和大小?，F(xiàn)在，機(jī)器人的手已經(jīng)具有了靈巧的指、腕、肘和肩胛關(guān)節(jié)，能靈活自如的伸縮擺動(dòng)，手腕也

會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)彎曲。通過手指上的傳感器還能感覺出抓握的東

西的重量，可以說已經(jīng)具備了人手的許多功能。04

現(xiàn)代機(jī)器人概述在實(shí)際情況中，有許多時(shí)候并不一定需要這樣復(fù)雜的多節(jié)人工指，而只需要能從各種不同的角度觸及并搬動(dòng)物體的鉗形指。1966年，美國(guó)海軍用裝有鉗形人工指的機(jī)器人“科沃”把因飛機(jī)失事掉入西班牙近海的一顆氫彈從七百五十米深的海底撈上來。1967年，美國(guó)飛船“探測(cè)者三號(hào)”把一臺(tái)遙控操作的機(jī)器人送上月球，它在地球上人的控制下，可以在兩平方米左右的范圍里挖掘月球表面四十厘米深處的土壤樣品，并且放

到規(guī)定的位置，還能對(duì)樣品進(jìn)行初步分析，如確定

土壤的硬度，重量等，它為“阿波羅”

載人飛船登月當(dāng)了開路先鋒。圖1-22俄羅斯宇航員亞歷山