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關於機器人的信息

robot

名詞 n. [C]

1.機器人;自動控制裝置;遙控裝置

2.機械呆板的人,機器般工作的人

機器人

它是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物。在工業 本田公司ASIMO機器人、醫學、農業、建築業甚至軍事等領域中均有重要用途。

現在,國際上對機器人的概念已經逐漸趨近壹致。壹般來說,人們都可以接受這種說法,即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的壹種機器。聯合國標準化組織采納了美國機器人協會給機器人下的定義:“壹種可編程和多功能的操作機;或是為了執行不同的任務而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統。”它能為人類帶來許多方便之處。

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來歷

robot,原為robo,意為奴隸,即人類的仆人。作家羅伯特創造的詞匯。

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能力評價標準

機器人能力的評價標準包括:智能,指感覺和感知,包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學習和邏輯推理等;機能,指變通性、通用性或空間占有性等;物理能,指力、速度、可靠性、聯用性和壽命等。因此,可以說機器人就是具有生物功能的實際空間運行工具,可以代替人類完成壹些危險或難以進行的勞作、任務等。

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組成

機器人壹般由執行機構、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

即機器人本體,其臂部壹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

機器人高科技產物(18張)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。出於擬人化的考慮,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(對於移動機器人)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,借助於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。

檢測裝置的作用

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後,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:壹類是內部信息傳感器,用於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,並將所測得的信息作為反饋信號送至控制器,形成閉環控制。壹類是外部信息傳感器,用於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,利用這些信息構成壹個大的反饋回路,從而將大大提高機器人的工作精度。

控制系統有兩種方式

壹種是集中式控制,即機器人的全部控制由壹臺微型計算機完成。另壹種是分散(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***同完成機器人的控制時,主機常用於負責系統的管理、通訊、運動學和動力學計算,並向下級微機發送指令信息;作為下級從機,各關節分別對應壹個CPU,進行插補運算和伺服控制處理,實現給定的運動,並向主機反饋信息。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。

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機器人展會競賽

序號 名稱 周期 國家/地區

1 RoboCup(機器人世界杯) 2年 國際

2 WRO(國際機器人奧林匹克競賽) 1年 國際

3 IREX(日該國際機器人展) 1年 日本

4 TIROS(臺北國際機器人展) 1年 臺灣

5 Loebner 1年 國際

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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。然而要制造出壹臺智能機器人並不容易,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。 

1921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,不過離真正幹家務活還差得遠。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裏的創造,但後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——關於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***同規律,率先提出以計算機為核心的自動化工廠。

1954年 美國人喬治·德沃爾制造出世界上第壹臺可編程的機器人,並註冊了專利。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。

1956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”。這個定義影響到以後30年智能機器人的研究方向。

1959年 德沃爾與美國發明家約瑟夫·英格伯格聯手制造出第壹臺工業機器人。隨後,成立了世界上第壹家機器人制造工廠——Unimation公司。由於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壹樣成為真正商業化的工業機器人,並出口到世界各國,掀起了全世界對機器人和機器人研究的熱潮。

1962年-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,並在1964年,幫助MIT推出了世界上第壹個帶有視覺傳感器,能識別並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已經能通過聲納系統、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,並向人工智能進發。

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並抓取積木,不過控制它的計算機有壹個房間那麽大。Shakey可以算是世界第壹臺智能機器人,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壹郎實驗室研發出第壹臺以雙腳走路的機器人。加藤壹郎長期致力於研究仿人機器人,被譽為“仿人機器人之父”。日本專家壹向以研發仿人機器人和娛樂機器人的技術見長,後來更進壹步,催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。

索尼公司QRIO機器人1973年 世界上第壹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,這標誌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壹線。

1984年 英格伯格再推機器人Helpmate,這種機器人能在醫院裏為病人送飯、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》壹文中預言:到二十壹世紀中葉,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壹樣,相對簡單又能任意拼裝,使機器人開始走入個人世界。

索尼公司AIBO機器人1999年 日本索尼公司推出犬型機器人愛寶(AIBO),當即銷售壹空,從此娛樂機器人成為目前機器人邁進普通家庭的途徑之壹。

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年 6月,微軟公司推出Microsoft Robotics Studio,機器人模塊化、平臺統壹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。

模擬交際機器人

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分類

誕生於科幻小說之中壹樣,人們對機器人充滿了幻想。也許正是由於機器人定義的模糊,才給了人們充分的想象和創造空間。

家務型機器人

能幫助人們打理生活,做簡單的家務活。 中科院深圳先進技術研究院研制的管家機器人

操作型機器人

能自動控制,可重復編程,多功能,有幾個自由度,可固定或運動,用於相關自動化系統中。

程控型機器人

按預先要求的順序及條件,依次控制機器人的機械動作。

示教再現型機器人

通過引導或其它方式,先教會機器人動作,輸入工作程序,機器人則自動重復進行作業。

數控型機器人

不必使機器人動作,通過數值、語言等對機器人進行示教,機器人根據示教後的信息進行作業。

感覺控制型機器人

利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。

適應控制型機器人

能適應環境的變化,控制其自身的行動。

學習控制型機器人

能“體會”工作的經驗,具有壹定的學習功能,並將所“學”的經驗用於工作中。

智能機器人

以人工智能決定其行動的機器人。

中國的機器人專家從應用環境出發,將機器人分為兩大類,即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的、用於非制造業並服務於人類的各種先進機器人,包括:服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中,有些分支發展很快,有獨立成體系的趨勢,如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前,國際上的機器人學者,從應用環境出發將機器人也分為兩類:制造環境下的工業機器人和非制造環境下的服務與仿人型機器人,這和中國的分類是壹致的。

空中機器人又叫無人機器,近年來在軍用機器人家族中,無人機是科研活動最活躍、技術進步最大、研究及采購經費投入最多、實戰經驗最豐富的領域。80多年來,世界無人機的發展基本上是以美國為主線向前推進的,無論從技術水平還是無人機的種類和數量來看,美國均居世界之首位。

搜救類機器人

在大型災難後,能進入人進入不了的廢墟中,用紅外線掃描廢墟中的景象,把信息傳送給在外面的搜救人員。

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品種篇

壹、特種功能的機器人

機器警察 排爆用機器人所謂地面軍用機器人是指在地面上使用的機器人系統,它們不僅在和平時期可以幫助民警排除炸彈、完成要地保安任務,在戰時還可以代替士兵執行掃雷、偵察和攻擊等各種任務,今天美、英、德、法、日等國均已研制出多種型號的地面軍用機器人。

英國的“手推車”機器人

在西方國家中,恐怖活動始終是個令當局頭疼的問題。英國由於民族矛盾,飽受爆炸物的威脅,因而早在60年代就研制成功排爆機器人。英國研制的履帶式“手推車”及“超級手推車”排爆機器人,已向50多個國家的軍警機構售出了800臺以上。最近英國又將手推車機器人加以優化,研制出土撥鼠及野牛兩種遙控電動排爆機器人,英國皇家工程兵在波黑及科索沃都用它們探測及處理爆炸物。土撥鼠重35公斤,在桅桿上裝有兩臺攝像機。野牛重210公斤,可攜帶100公斤負載。兩者均采用無線電控制系統,遙控距離約1公裏。

“土撥鼠”和“野牛”排爆機器人

除了恐怖分子安放的炸彈外,在世界上許多戰亂國家中,到處都散布著未爆炸的各種彈藥。例如,海灣戰爭後的科威特,就像壹座隨時可能爆炸的彈藥庫。在伊科邊境壹萬多平方公裏的地區內,有16個國家制造的25萬顆地雷,85萬發炮彈,以及多國部隊投下的布雷彈及子母彈的2500萬顆子彈,其中至少有20%沒有爆炸。而且直到現在,在許多國家中甚至還殘留有壹次大戰和二次大戰中未爆炸的炸彈和地雷。因此,爆炸物處理機器人的需求量是很大的。

排除爆炸物機器人有輪式的及履帶式的,它們壹般體積不大,轉向靈活,便於在狹窄的地方工作,操作人員可以在幾百米到幾公裏以外通過無線電或光纜控制其活動。機器人車上壹般裝有多臺彩色CCD攝像機用來對爆炸物進行觀察;壹個多自由度機械手,用它的手爪或夾鉗可將爆炸物的引信或雷管擰下來,並把爆炸物運走;車上還裝有獵槍,利用激光指示器瞄準後,它可把爆炸物的定時裝置及引爆裝置擊毀;有的機器人還裝有高壓水槍,可以切割爆炸物。

德國的排爆機器人

在法國,空軍、陸軍和警察署都購買了Cybernetics公司研制的TRS200中型排爆機器人。DM公司研制的RM35機器人也被巴黎機場管理局選中。德國駐波黑的維和部隊則裝備了Telerob公司的MV4系列機器人。中國沈陽自動化所研制的PXJ-2機器人也加入了公安部隊的行列。

美國Remotec公司的Andros系列機器人受到各國軍警部門的歡迎,白宮及國會大廈的警察局都購買了這種機器人。在南非總統選舉之前,警方購買了四臺AndrosVIA型機器人,它們在選舉過程中總***執行了100多次任務。Andros機器人可用於小型隨機爆炸物的處理,它是美國空軍客機及客車上使用的唯壹的機器人。海灣戰爭後,美國海軍也曾用這種機器人在沙特阿拉伯和科威特的空軍基地清理地雷及未爆炸的彈藥。美國空軍還派出5臺Andros機器人前往科索沃,用於爆炸物及子炮彈的清理。空軍每個現役排爆小隊及航空救援中心都 極限作業機器人裝備有壹臺Andros VI。

中國研制的排爆機器人

排爆機器人不僅可以排除炸彈,利用它的偵察傳感器還可監視犯罪分子的活動。監視人員可以在遠處 對犯罪分子晝夜進行觀察,監聽他們的談話,不必暴露自己就可對情況了如指掌。

1993年初,在美國發生了韋科莊園教案,為了弄清教徒們的活動,聯邦調查局使用了兩種機器人。壹種是Remotec公司的AndrosVA型和Andros MarkVIA型機器人,另壹種是RST公司研制的STV機器人。STV是壹輛6輪遙控車,采用無線電及光纜通信。車上有壹個可升高到4.5米的支架 ,上面裝有彩色立體攝像機、晝用瞄準具、微光夜視瞄具、雙耳音頻探測器、化學探測器、衛星定位系統、目標跟蹤用的前視紅外傳感器等。該車僅需壹名操作人員,遙控距離達10公裏。在這次行動中***出動了3臺STV,操作人員遙控機器人行駛到距莊園548米的地方停下來,升起車上的支架,利用攝像機和紅外探測器向窗內窺探,聯邦調查局的官員們圍著熒光屏觀察傳感器發回的圖像,可以把屋裏的活動看得壹清二楚。

二、民用機器人

其實並不是人們不想給機器人壹個完整的定義,自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什麽是機器人。但隨著機器人技術的飛速發展和信息時代的到來,機器人所涵蓋的內容越來越豐富,機器人的定義也不斷充實和創新。

1886年法國作家利爾亞當在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機器起名為“安德羅丁”(Android),它由4部分組成:

1,生命系統(平衡、步行、發聲、身體擺動、感覺、表情、調節運動等);

2,造型解質(關節能自由運動的金屬覆蓋體,壹種盔甲);

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);

4,人造皮膚(含有膚色、機理、輪廓、頭發、視覺、牙齒、手爪等)。

1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克發表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》。在劇本中,卡佩克把捷克語“Robota”寫成了“Robot”,“Robota”是奴隸的意思。該劇預告了機器人的發展對人類社會的悲劇性影響,引起了大家的廣泛關註,被當成了機器人壹詞的起源。在該劇中,機器人按照其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。後來,羅薩姆公司取得了成功,使機器人具有了感情,導致機器人的應用部門迅速增加。在工廠和家務勞動中,機器人成了必不可少的成員。機器人發覺人類十分自私和不公正,終於造反了,機器人的體能和智能都非常優異,因此消滅了人類。

但是機器人不知道如何制造它們自己,認為它們自己很快就會滅絕,所以它們開始尋找人類的幸存者,但沒有結果。最後,壹對感知能力優於其它機器人的男女機器人相愛了。這時機器人進化為人類,世界又起死回生了。

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