智能機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第1章緒論機(jī)器人概念與定義1.11.1機(jī)器人概念與定義機(jī)器人的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。早在我國(guó)的西周時(shí)期，一名叫做偃師的能工巧匠造就了一個(gè)能歌善舞的偶人，這是有據(jù)可查的第一個(gè)“機(jī)器人”。1.1機(jī)器人概念與定義機(jī)器人的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。在1800年前的漢朝，張衡造出了舉世聞名的地動(dòng)儀和計(jì)里鼓車。1.1機(jī)器人概念與定義機(jī)器人的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。在三國(guó)時(shí)期的諸葛亮發(fā)明了木牛流馬，用來運(yùn)送糧草。1.1機(jī)器人概念與定義機(jī)器人的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。在國(guó)外，公元前2世紀(jì)亞歷山大時(shí)期，古希臘人造就出了“自動(dòng)機(jī)”——以空氣、水、蒸汽壓力為動(dòng)力的會(huì)動(dòng)的雕像。1.1機(jī)器人概念與定義在科學(xué)界，機(jī)器人的定義沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見。1886年法國(guó)作家利爾亞在他的小說《未來的夏娃》中將外表像人的機(jī)器起名為“安德羅丁”。1.1機(jī)器人概念與定義在科學(xué)界，機(jī)器人的定義沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見。1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機(jī)器人》。劇本中，卡佩克把捷克語“Robota”寫成了“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，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。1.1機(jī)器人概念與定義在1967年日本召開了第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上，人們提出了兩個(gè)有代表性的定義。一個(gè)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)器半人性、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)，森政弘又提出了自動(dòng)性、智能性、個(gè)體性、半機(jī)器半人行、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。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、耳接收遠(yuǎn)方信息）和接觸傳感器；（3）具有平衡覺和固有覺得傳感器。1.1機(jī)器人概念與定義《英國(guó)簡(jiǎn)明牛津字典》的定義：“機(jī)器人是貌似人的自動(dòng)機(jī)，具有智力和順從于人但不具人格的機(jī)器?！?.1機(jī)器人概念與定義美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）的機(jī)器人定義：“機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動(dòng)作來執(zhí)行種種任務(wù)，并具有編程能力的多功能機(jī)械手（manipulator）?！?.1機(jī)器人概念與定義日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）的定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器（endeffector）的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過自動(dòng)完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器?！?.1機(jī)器人概念與定義美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的定義：“機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置?！?.1機(jī)器人概念與定義國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義：“機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)?！?.1機(jī)器人概念與定義我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“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。”1.1機(jī)器人概念與定義感覺要素運(yùn)動(dòng)要素思考要素1一個(gè)機(jī)器人要具備智能必須具備三個(gè)基本要素：23機(jī)器人分類1.21.2機(jī)器人分類1.2.1根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用環(huán)境分類1.2.2根據(jù)機(jī)器人自主性分類1.2.3根據(jù)機(jī)器人功能分類1.2.1根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用環(huán)境分類圖1-1romat系列工業(yè)機(jī)器人

圖1-2服務(wù)機(jī)器人

根據(jù)機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境，國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人。1.2.1根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用環(huán)境分類考慮到我國(guó)在應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和公共安全事件中，對(duì)特種機(jī)器人有著相對(duì)突出的需求，將機(jī)器人劃分為工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人三類。圖1-3根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的機(jī)器人主要分類1.2.2根據(jù)機(jī)器人自主性分類根據(jù)機(jī)器人的自主性，機(jī)器人可分為遙控機(jī)器人和自主機(jī)器人兩大類。圖1-4遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人圖1-5足球機(jī)器人1.2.3根據(jù)機(jī)器人功能分類1.家用機(jī)器人

日本從1977年開始研制導(dǎo)盲機(jī)器人，又稱導(dǎo)盲犬。它用蓄電池作為動(dòng)力源，身上裝有電腦和感覺裝置。感覺裝置不斷地檢測(cè)路標(biāo)，根據(jù)檢測(cè)信號(hào)帶領(lǐng)盲人繞過障礙物前進(jìn)，如圖1-6所示。圖1-6導(dǎo)盲機(jī)器人1.2.3根據(jù)機(jī)器人功能分類2.醫(yī)療機(jī)器人

在美國(guó)，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局的理查德?薩特瓦上校是這項(xiàng)工作的負(fù)責(zé)人，他負(fù)責(zé)的“先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)”，實(shí)際上就是遠(yuǎn)距離外科手術(shù)系統(tǒng)。

另外，從事這方面研究工作的還有斯坦福研究所和麻省理工學(xué)院等，如圖1-7所示。圖1-7機(jī)器人用于醫(yī)學(xué)外科手術(shù)領(lǐng)域1.2.3根據(jù)機(jī)器人功能分類

目前，受關(guān)注的是機(jī)器人玩具，它實(shí)際是一種智能玩具，能夠開發(fā)兒童的智能，讓兒童在玩耍中學(xué)到一些高技術(shù)知識(shí)。我國(guó)機(jī)器人玩具還比較少，而在美國(guó)、日本等國(guó)，機(jī)器人玩具則已非常普遍。日本是機(jī)器人玩具發(fā)展較早的國(guó)家，如圖1-8所示為日本索尼公司推出犬型機(jī)器人愛寶。3.娛樂機(jī)器人圖1-8日本索尼公司推出犬型機(jī)器人愛寶1.2.3根據(jù)機(jī)器人功能分類4.類機(jī)器人

美、日等國(guó)都在研制類人機(jī)器人方面進(jìn)行了很多有益的探索，并取得了很多研究成果。

我國(guó)也在這方面做了很多工作，國(guó)防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出了兩足行走機(jī)器人、北京航天大學(xué)、北京科技大學(xué)研制出了多指靈巧手等。圖1-9為DLR-HIT型仿人靈巧手。圖1-9DLR-HIT型仿人靈巧手1.2.3根據(jù)機(jī)器人功能分類5.農(nóng)業(yè)機(jī)器人

近年農(nóng)業(yè)機(jī)器人的問世，有望改變傳統(tǒng)的勞動(dòng)方式。在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的方面，目前日本居于世界各國(guó)之首，如圖1-10為農(nóng)業(yè)機(jī)器人在采摘西紅柿。圖1-10農(nóng)業(yè)機(jī)器人在采摘西紅柿

1.2.3根據(jù)機(jī)器人功能分類6.軍用機(jī)器人（1）地面軍用機(jī)器人

地面機(jī)器人主要是指智能或遙控的輪式和履帶式車輛。地面軍用機(jī)器人又可分為自主車輛和半自主車輛。自主車輛依靠自身的智能自主導(dǎo)航，躲避障礙物，獨(dú)立完成各種戰(zhàn)斗任務(wù)；半自主車輛可在人的監(jiān)視下自主行使，在遇到困難時(shí)操作人員可以進(jìn)行遙控干預(yù)。如圖1-11為履帶軍用機(jī)器人。圖1-11履帶軍用機(jī)器人1.2.3根據(jù)機(jī)器人功能分類6.軍用機(jī)器人（2）無人機(jī)

被稱為空中機(jī)器人的無人機(jī)是軍用機(jī)器人中發(fā)展最快的家族，從1913年第一臺(tái)自動(dòng)駕駛儀問世以來，無人機(jī)的基本類型已達(dá)到300多種，目前在世界市場(chǎng)上銷售的無人機(jī)有40多種。如圖1-12為美軍“捕食者”無人機(jī)。綜觀無人機(jī)發(fā)展的歷史，可以說現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是無人機(jī)發(fā)展的動(dòng)力，高新技術(shù)的發(fā)展是它不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)。圖1-12美軍“捕食者”無人機(jī)1.2.3根據(jù)機(jī)器人功能分類6.軍用機(jī)器人（3）水下機(jī)器人

水下機(jī)器人分為有人機(jī)器人和無人機(jī)器人兩大類：有人潛水器機(jī)動(dòng)靈活，便于處理復(fù)雜的問題，但人的生命可能會(huì)有危險(xiǎn)，而且價(jià)格昂貴；無人潛水器就是人們所說的水下機(jī)器人，“科夫”就是其中的一種。它適于長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的考察任務(wù)，近20年來，水下機(jī)器人有了很大的發(fā)展，它們既可軍用又可民用。

如圖1-13為TRITONLOGGING公司SAWFISH水下伐木機(jī)器人。圖1-13SAWFISH水下伐木機(jī)器人1.2.3根據(jù)機(jī)器人功能分類6.軍用機(jī)器人（4）空間機(jī)器人

空間機(jī)器人是一種低價(jià)位的輕型遙控機(jī)器人，可在行星的大氣