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機器人總動員

發布時間:2018-10-08 16:28 來源:荊楚網

機器人發展史

智能型機器人是最復雜的機器人,也是人類最渴望能夠早日制造出來的機器朋友。然而要制造出一臺智能機器人并不容易,僅僅是讓機器模擬人類的行走動作,科學家們就要付出了數十甚至上百年的努力。

1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說中,根據Robota(捷克文,原意為勞役、苦工)和Robotnik(波蘭文,原意為工人),創造出機器人這個詞。

1939年 美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機器人Elektro。它由電纜控制,可以行走,會說77個字,甚至可以抽煙,不過離真正干家務活還差得遠。但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體。

1942年 美國科幻巨匠阿西莫夫提出機器人三定律。雖然這只是科幻小說里的創造,但后來成為學術界默認的研發原則。

1948年 諾伯特·維納出版《控制論——關于在動物和機中控制和通訊的科學》,闡述了機器中的通信和控制機能與人的神經、感覺機能的共同規律,率先提出以計算機為核心的自動化工廠。

1954年 在達特茅斯會議上,馬文·明斯基提出了他對智能機器的看法:智能機器能夠創建周圍環境的抽象模型,如果遇到問題,能夠從抽象模型中尋找解決方法。這個定義影響到以后30年智能機器人的研究方向。

1956年 美國人喬治·德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機器人,并注冊了專利。這種機械手能按照不同的程序從事不同的工作,因此具有通用性和靈活性。 [3] 

1959年 德沃爾與美國發明家約瑟夫·英格伯格聯手制造出第一臺工業機器人。隨后,成立了世界上第一家機器人制造工廠——Unimation公司。由于英格伯格對工業機器人的研發和宣傳,他也被稱為工業機器人之父

1962年 美國AMF公司生產出“VERSTRAN”(意思是萬能搬運),與Unimation公司生產的Unimate一樣成為真正商業化的工業機器人,并出口到世界各國,掀起了全世界對機器人和機器人研究的熱潮。

1962-1963年 傳感器的應用提高了機器人的可操作性。人們試著在機器人上安裝各種各樣的傳感器,包括1961年恩斯特采用的觸覺傳感器,托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的靈巧手上用到了壓力傳感器,而麥卡錫1963年則開始在機器人中加入視覺傳感系統,并在1964年,幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺傳感器,能識別并定位積木的機器人系統。

1965年 約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室研制出Beast機器人。Beast已經能通過聲吶系統、光電管等裝置,根據環境校正自己的位置。20世紀60年代中期開始,美國麻省理工學院、斯坦福大學、英國愛丁堡大學等陸續成立了機器人實驗室。美國興起研究第二代帶傳感器、有感覺的機器人,并向人工智能進發。

1968年 美國斯坦福研究所公布他們研發成功的機器人Shakey。它帶有視覺傳感器,能根據人的指令發現并抓取積木,不過控制它的計算機有一個房間那么大。Shakey可以算是世界第一臺智能機器人,拉開了第三代機器人研發的序幕。

1969年 日本早稻田大學加藤一郎實驗室研發出第一臺以雙腳走路的機器人。加藤一郎長期致力于研究仿人機器人,被譽為仿人機器人之父。日本專家一向以研發仿人機器人和娛樂機器人的技術見長,后來更進一步,催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO

1973年 世界上第一次機器人和小型計算機攜手合作,就誕生了美國Cincinnati Milacron公司的機器人T3

1978年 美國Unimation公司推出通用工業機器人PUMA,這標志著工業機器人技術已經完全成熟。PUMA至今仍然工作在工廠第一線。

1984年 英格伯格再推機器人Helpmate,這種機器人能在醫院里為病人送飯、送藥、送郵件。同年,他還預言:我要讓機器人擦地板,做飯,出去幫我洗車,檢查安全

1990年 中國著名學者周海中教授在《論機器人》一文中預言:到二十一世紀中葉,納米機器人將徹底改變人類的勞動和生活方式。

1998年 丹麥樂高公司推出機器人(Mind-storms)套件,讓機器人制造變得跟搭積木一樣,相對簡單又能任意拼裝,使機器人開始走入個人世界。

1999年 日本索尼公司推出犬型機器人愛寶(AIBO),當即銷售一空,從此娛樂機器人成為機器人邁進普通家庭的途徑之一。

2002年 美國iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba,它能避開障礙,自動設計行進路線,還能在電量不足時,自動駛向充電座。Roomba是目前世界上銷量最大、最商業化的家用機器人。iRobot公司北京區授權代理商:北京微網智宏科技有限公司。

2006 6月,微軟公司推出Microsoft Robotics Studio,機器人模塊化、平臺統一化的趨勢越來越明顯,比爾·蓋茨預言,家用機器人很快將席卷全球。

 

機器人組成部分

機器人一般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統和復雜機械等組成。

執行機構

機器人高科技產物(18)

即機器人本體,其臂部一般采用空間開鏈連桿機構,其中的運動副(轉動副或移動副)常稱為關節,關節個數通常即為機器人的自由度數。根據關節配置型式和運動坐標形式的不同,機器人執行機構可分為直角坐標式、圓柱坐標式、極坐標式和關節坐標式等類型。出于擬人化的考慮,常將機器人本體的有關部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部(夾持器或末端執行器)和行走部(對于移動機器人)等。

驅動裝置

是驅使執行機構運動的機構,按照控制系統發出的指令信號,借助于動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號,輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅動裝置主要是電力驅動裝置,如步進電機、伺服電機等,此外也有采用液壓、氣動等驅動裝置。

檢測裝置

是實時檢測機器人的運動及工作情況,根據需要反饋給控制系統,與設定信息進行比較后,對執行機構進行調整,以保證機器人的動作符合預定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類:一類是內部信息傳感器,用于檢測機器人各部分的內部狀況,如各關節的位置、速度、加速度等,并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器,形成閉環控制。一類是外部信息傳感器,用于獲取有關機器人的作業對象及外界環境等方面的信息,以使機器人的動作能適應外界情況的變化,使之達到更高層次的自動化,甚至使機器人具有某種“感覺”,向智能化發展,例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環境的有關信息,利用這些信息構成一個大的反饋回路,從而將大大提高機器人的工作精度。

控制系統

一種是集中式控制,即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散(級)式控制,即采用多臺微機來分擔機器人的控制,如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時,主機常用于負責系統的管理、通訊、運動學和動力學計算,并向下級微機發送指令信息;作為下級從機,各關節分別對應一個CPU,進行插補運算和伺服控制處理,實現給定的運動,并向主機反饋信息。根據作業任務要求的不同,機器人的控制方式又可分為點位控制、連續軌跡控制和力(力矩)控制。

 

機器人有哪些傳感器

據檢測對象的不同可分為內部傳感器和外部傳感器。

a.內部傳感器:用來檢測機器人本身狀態(如手臂間角度)的傳感器。多為檢測位置和角度的傳感器。

b.外部傳感器:用來檢測機器人所處環境(如是什么物體,離物體的距離有多遠等)及狀況(如抓取的物體是否滑落)的傳感器。具體有物體識別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器,聽覺傳感器等。

明暗覺

檢測內容:是否有光,亮度多少

應用目的:判斷有無對象,并得到定量結果

傳感器件:光敏管、光電斷續器

色覺

檢測內容:對象的色彩及濃度

應用目的:利用顏色識別對象的場合

傳感器件:彩色攝像機、濾波器、彩色CCD

位置覺

檢測內容:物體的位置、角度、距離

應用目的:物體空間位置、判斷物體移動

傳感器件:光敏陣列、CCD

形狀覺

檢測內容:物體的外形

應用目的:提取物體輪廓及固有特征,識別物體

傳感器件:光敏陣列、CCD

接觸覺

檢測內容:與對象是否接觸,接觸的位置

應用目的:確定對象位置,識別對象形態,控制速度,安全保障,異常停止,尋徑

傳感器件:光電傳感器、微動開關、薄膜特點、壓敏高分子材料

壓覺

檢測內容:對物體的壓力、握力、壓力分布

應用目的:控制握力,識別握持物,測量物體彈性

傳感器件:壓電元件、導電橡膠、壓敏高分子材料

力覺

檢測內容:機器人有關部件(如手指)所受外力及轉矩

應用目的:控制手腕移動,伺服控制,正解完成作業

傳感器件:應變片、導電橡膠

接近覺

檢測內容:對象物是否接近,接近距離,對象面的傾斜

應用目的:控制位置,尋徑,安全保障,異常停止

傳感器件:光傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器、電渦流傳感器、霍爾傳感器

滑覺

檢測內容:垂直握持面方向物體的位移,重力引起的變形

應用目的:修正握力,防止打滑,判斷物體重量及表面狀態

傳感器件:球形接點式、光電旋轉傳感器、角編碼器、振動檢測器

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