第四章機器人分類

1、1,山東大學創(chuàng)新教育通識核心課程 人工智能與機器人 cyj@sdu.edu.cn 86358137、88399323 山東大學,Artificial Intelligence and Robo

2、tics,2,第 四章 機器人的分類,Artificial Intelligence and Robotics,3,目前，世界上已經(jīng)有了上萬種機器人。這些形狀各異、功能不同、種類眾多的機器人，根據(jù)分類方法的不同，可以分成不同的類別，而且有著不同的認識。 關(guān)于機器人如何分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標準，有的按負載重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應用領(lǐng)域分。,Artific

3、ial Intelligence and Robotics,4,經(jīng)過幾十年的發(fā)展，機器人的技術(shù)水平不斷提高，應用范圍越來越廣，從早期的焊接、裝配等工業(yè)應用，逐步向軍事、空間、水下、農(nóng)業(yè)、建筑、服務和娛樂等領(lǐng)域不斷擴展，結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。因此，機器人的分類也出現(xiàn)了多種方法、多種標準。,Artificial Intelligence and Robotics,5,4.1 按機器人的機構(gòu)特征

4、來分4.2 按機器人技術(shù)水平發(fā)展分4.3 按照機器人的用途分4.4 其他機器人分類,第 四章 機器人的分類,Artificial Intelligence and Robotics,2024/3/24,5,6,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分4.2 按機器人技術(shù)水平發(fā)展分4.3 按照機器人的用途分4.4 其他機器人分類,第 四章 機器人的分類,Artificial In

5、telligence and Robotics,2024/3/24,6,7,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,按其構(gòu)成機構(gòu)的不同分類,直角坐標機器人Cartesian coordinate 圓柱坐標機器人Cylindrical coordinate球面坐標機器人 spherical surface coordinate極坐標機器人Polar coordinate多關(guān)節(jié)型機器人Art

6、iculated robot并聯(lián)關(guān)節(jié)機器人Parallel linked robot串并聯(lián)關(guān)節(jié)機器人Hybrid linked robot,8,機器人的機械配置形式多種多樣，典型機器人的機構(gòu)運動特征是用其坐標特性來描述的。按機構(gòu)運動特征，機器人通常可分為直角坐標機器人、柱面坐標機器人、球面坐標機器人和關(guān)節(jié)型機器人等類型。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,9,4.1.1 直角坐標機器人,其運動是直線，控制簡單。但運動靈活性較

7、差，自身占據(jù)空間最大。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,10,2024/3/24,10,創(chuàng)新實驗室,,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,直角坐標型操作機如圖所示，它有三個移動關(guān)節(jié)(PPP)，可使末端操作器作三個方向的獨立位移。,11,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,12,直角坐標機器人具有空間上相互垂直的兩根或三根直線移動軸，通過直角坐標方向的3個獨立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長方體。 直角坐標機器人結(jié)構(gòu)簡單

8、，定位精度高，空間軌跡易于求解；但其動作范圍相對較小，設(shè)備的空間因數(shù)較低，實現(xiàn)相同的動作空間要求時，機體本身的體積較大。 主要用于印刷電路基板的元件插入、緊固螺絲等作業(yè)。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,13,直角坐標機器人概念：工業(yè)應用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機。他能夠搬運物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。關(guān)于機器人的定義隨著科技的不斷發(fā)展，在不斷的完

9、善，直角坐標機器人作為機器人的一種，其含義也在不斷的完善中。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,14,一、直角坐標機器人的特點： 1. 多自由度運動，每個運動自由度之間的空間夾角為直角。2. 自動控制的，可重復編程，所有的運動均按程序運行。3. 一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、操作工具等組成。 4. 靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。5. 高可靠性、高速度、高精度。 6. 可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維

10、修。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,15,二、直角坐標機器人的應用： 因末端操作工具的不同，直角坐標機器人可以非常方便的用作各種自動化設(shè)備，完成如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標跟隨、排爆等一系列工作。特別適用于多品種，便批量的柔性化作業(yè)，對于穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代期著十分重要的作用。,4.1 按機器人

11、的機構(gòu)特征來分,16,三、直角坐標機器人的分類： 1.按用途分：焊接機器人、碼垛機器人、涂膠（點膠）機器人、檢測（監(jiān)測）機器人、分揀（分類）機器人、裝配機器人、 排爆機器人、醫(yī)療機器人、特種機器人等。 2.按結(jié)構(gòu)形式分：壁掛（懸臂）機器人、龍門機器人、倒掛機器人等 3.按自由度分：兩坐標機器人、三坐標機器人、四坐標機器人、五坐標機器人、六坐標機器人。 還有其他一些分法，這里就不一一介紹了。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,17,

12、4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,18,,,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,19,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,4.1.2 圓柱坐標機器人,圓柱坐標型操作機如圖所示，它有兩個移動關(guān)節(jié)和一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(PPR)，末端操作器的安裝軸線之位姿由(z，r，θ)坐標予以表示。 該種型式的工業(yè)機器人，空間尺寸較小，工作范圍較大，末端操作器可獲得較高的運動速度。它的缺點是末端操作器離z軸愈遠，其切向線位移的分辨精度就愈低。,

13、20,控制也較簡單，運動靈活性稍好。但自身占據(jù)空間也較大。,圓柱坐標型機器人模型,Verstran 機器人,Verstran 機器人,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,21,圓柱坐標機器人 手臂至少有一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個棱柱關(guān)節(jié)，其軸線按圓柱坐標配置，運動學模型簡單直觀，易于進入開口部分。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,22,圓柱坐標機器人。柱面坐標機器人的空間位置機構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)基座、垂直移動和水平移動軸構(gòu)成，具有一個回轉(zhuǎn)和兩個平移自

14、由度，其動作空間呈圓柱形。 這種機器人結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，但缺點是在機器人的動作范圍內(nèi)，必須有沿軸線前后方向的移動空間，空間利用率較低。 主要用于重物的裝卸、搬運等作業(yè)。著名的Versatran機器人就是一種典型的柱面坐標機器人。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,23,,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,24,,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,25,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,26,4.1.3 球面坐標機器人

15、 如圖所示，其空間位置分別由旋轉(zhuǎn)、擺動和平移3個自由度確定，動作空間形成球面的一部分。其機械手能夠作前后伸縮移動、在垂直平面上擺動以及繞底座在水平面上轉(zhuǎn)動。著名的Unimate就是這種類型的機器人。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小于直角坐標和柱面坐標機器人，但仍大于多關(guān)節(jié)型機器人。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,27,球坐標型操作機如圖所示，它有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)(RRP)，末端操作器的安裝軸線之位姿由(θ，φ，

16、r)坐標予以表示。該種型式的工業(yè)機器人，空間尺寸較小，工作范圍較大,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,28,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,29,,4.1.4 多關(guān)節(jié)型 ( RRR ) 　　關(guān)節(jié)型操作機如圖所示，它有三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(RRR)，即機身上部相對于下部的轉(zhuǎn)動θY0，肩關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動θZ1和肘關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動θZ2?！?腕關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動θZ3屬于末端操作器的自由度。該種結(jié)構(gòu)的工業(yè)機器人，空間尺寸相對較小，工作范圍相對較大，還可

17、以繞過機座周圍的障礙物，是目前應用較多的一種機型。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,30,關(guān)節(jié)坐標型 (3R) 其運動耦合性強，控制較復雜。但運動靈活性最好，自身占據(jù)空間最小。,關(guān)節(jié)型搬運機器人,關(guān)節(jié)型焊接機器人,關(guān)節(jié)型機器人模型,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,31,平面關(guān)節(jié)型 (SCARA) 僅平面運動有耦合性，控制較通用關(guān)節(jié)型簡單。但運動靈活性更好，鉛垂平面剛性好。,SCARA型裝配機器人,4.1 按機器人的

18、機構(gòu)特征來分,32,多關(guān)節(jié)型機器人。 由多個旋轉(zhuǎn)和擺動機構(gòu)組合而成。這類機器人結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大、動作最接近人的動作，對噴漆、裝配、焊接等多種作業(yè)都有良好的適應性，應用范圍越來越廣。不少著名的機器人都采用了這種型式，其擺動方向主要有鉛垂方向和水平方向兩種，因此這類機器人又可分為垂直多關(guān)節(jié)機器人和水平多關(guān)節(jié)機器人。如美國Unimation公司20世紀70年代末推出的機器人PUMA就是一種垂直多關(guān)節(jié)機器人，而日本山梨大學研制的

19、機器人SCARA則是一種典型的水平多關(guān)節(jié)機器人。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,33,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,34,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,35,2024/3/24,35,4.1.5 極坐標型 ( RRP ),4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,36,極坐標系 在 平面內(nèi)取一個定點O， 叫極點，引一條射線Ox，叫做極軸，再選定一個長度單位和角度的正方向(通常取逆時針方向)。對于平面內(nèi)任何一點M，用ρ

20、表示線段OM的長度，θ表示從Ox到OM的角度， ρ叫做點M的極徑，θ叫做點M的 極角，有序數(shù)對 (ρ,θ)就叫點M 的極坐標，這樣建立的坐標系叫 做極坐標系。,x,M,ρ,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,37,極坐標型（也稱球面坐標型）(2RP) 其運動耦合性較強，控制也較復雜。但運動靈活性好。占自身據(jù)空間也較小。,極坐標型機器人模型,Unimate 機器人,4.1 按機器

21、人的機構(gòu)特征來分,38,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,39,極坐標機器人 手臂有兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個棱柱關(guān)節(jié)，其軸線按極坐標配置，運動學模型較復雜，占用空間較小，操作范圍大且靈活。,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,40,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分,41,,,,,,常用機器人結(jié)構(gòu)分類表,42,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分4.2 按機器人技術(shù)水平發(fā)展分 4.3 按照機器人的用途分4.4 機器人4.5 機器,

22、第 四章 機器人的分類,Artificial Intelligence and Robotics,2024/3/24,42,43,,按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平可以將機器人分為三代。4.2.1 第一代機器人是“示教再現(xiàn)”型。 這類機器人能夠按照人類預先示教的軌跡、行為、順序和速度重復作業(yè)。示教可以由操作員“手把手”地進行，比如，操作人員抓住機器人上的噴槍，沿噴漆路線示范一遍，機器人記住了這一連串

23、運動，工作時，自動重復這些運動，從而完成給定位置的噴漆工作。這種方式即是所謂的“直接示教”。 但是，比較普遍的方式是通過控制面板示教。操作人員利用控制面板上的開關(guān)或鍵盤來控制機器人一步一步地運動，機器人自動記錄下每一步，然后重復。 目前在工業(yè)現(xiàn)場應用的機器人大多屬于第一代。,4.2 按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平分,44,工業(yè)機器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業(yè)

24、程序文件，通過RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機器人控制柜。,4.2 按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平分,45,示教輸入型的示教方法有兩種： 一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構(gòu)按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍； 另一種是由操作者直接領(lǐng)動執(zhí)行機構(gòu)，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統(tǒng)

25、從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅(qū)動機構(gòu)，使執(zhí)行機構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動作。,4.2 按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平分,46,示教輸入程序的工業(yè)機器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人。具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業(yè)機器人，能在較為復雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業(yè)機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環(huán)境，并自動完成更為復雜的工作。,4.2 按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平分,47,4.2

26、.2 第二代機器人具有環(huán)境感知裝置 能在一定程度上適應環(huán)境的變化。以焊接機器人為例，機器人焊接的過程一般是通過示教方式給出機器人的運動曲線，機器人攜帶焊槍走這個曲線，進行焊接。這就要求工件的一致性很好，也就是說工件被焊接的位置必須十分準確。否則，機器人走的曲線和工件上的實際焊縫位置會有偏差。為了解決這個問題，第二代機器人采用了焊縫跟蹤技術(shù)，通過傳感器感知焊縫的位置，再通過反饋控制，機器人就能夠自動跟蹤焊縫，從而對示教的位置進行

27、修正，即使實際焊縫相對于原始設(shè)定的位置有變化，機器人仍然可以很好地完成焊接工作。類似的技術(shù)正越來越多地應用在機器人上。,4.2 按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平分,48,4.2.3 第三代機器人稱為“智能機器人” 具有發(fā)現(xiàn)問題，并且能自主地解決問題的能力。作為發(fā)展目標，這類機器人具有多種傳感器，不僅可以感知自身的狀態(tài)，比如所處的位置、自身的故障情況等等；而且能夠感知外部環(huán)境的狀態(tài)，比如自動發(fā)現(xiàn)路況、測出協(xié)作機器的相對位置、相互作

28、用的力等等。更為重要的是，能夠根據(jù)獲得的信息，進行邏輯推理、判斷決策，在變化的內(nèi)部狀態(tài)與變化的外部環(huán)境中，自主決定自身的行為。這類機器人具有高度的適應性和自治能力。盡管經(jīng)過多年來的不懈研究，人們研制了很多各具特點的試驗裝置，提出大量新思想、新方法，但現(xiàn)有機器人的自適應技術(shù)還是十分有限的。,4.2 按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平分,49,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分4.2 按機器人技術(shù)水平發(fā)展分4.3 按照機器人的用途分4.4

29、 其他機器人分類,第 四章 機器人的分類,Artificial Intelligence and Robotics,2024/3/24,49,50,機器人首先在制造業(yè)大規(guī)模應用，所以，機器人曾被簡單地分為兩類，即用于汽車等制造業(yè)的機器人稱為工業(yè)機器人，其他的機器人稱為特種機器人。隨著機器人應用的日益廣泛，這種分類顯得過于粗糙。現(xiàn)在除工業(yè)領(lǐng)域之外，機器人技術(shù)已經(jīng)廣泛地應用于農(nóng)業(yè)、建筑、醫(yī)療、服務、娛樂，以及空間

30、和水下探索等多種領(lǐng)域。,4.3 按照機器人的用途分,51,農(nóng)業(yè)機器人：采摘、嫁接,排險救災：排雷、除匪、爆炸物處理,醫(yī)用機器人：微型機器人——腸內(nèi)窺鏡、血管疏通、 腦外科手術(shù)、微驅(qū)動系統(tǒng)——DNA,娛樂機器人：迎賓小姐、智能寵物、AIBO、電影,軍用機器人：無人飛機U-2、海灣戰(zhàn)爭中“先鋒號”無人機， 科索沃戰(zhàn)爭中“捕食者”無人戰(zhàn)機,極限

31、作業(yè)機器人：核反應堆 、空間機器人,水下機器人：水下6000米無纜自治機器人,工業(yè)機器人：搬運、制造、裝配、焊接、噴漆、鑄造、 碼垛、井下、…,4.3 按照機器人的用途分,52,工業(yè)機器依據(jù)具體應用的不同，通常又可以分成焊接機器人、裝配機器人、噴漆機器人、碼垛機器人、搬運機器人等多種類型。 焊接機器人，包括點焊（電阻焊）和電弧焊機器人，用途是實

32、現(xiàn)自動的焊接作業(yè)。 裝配機器人，比較多地用于電子部件電器的裝配。 噴漆機器人，代替人進行噴漆作業(yè)。,4.3. 1 工業(yè)機器人,4.3 按照機器人的用途分,53,碼垛、上下料、搬運機器人的功能則是根據(jù)一定的速度和精度要求，將物品從一處運到另一處。 在工業(yè)生產(chǎn)中應用機器人，可以方便迅速地改變作業(yè)內(nèi)容或方式，以滿足生產(chǎn)要求的變化。比如，改變焊縫軌跡，改變噴漆位置，變更裝配部件或位置等等。隨著對工業(yè)生

33、產(chǎn)線柔性的要求越來越高，對各種機器人的需求也就越來越強烈。,4.3 按照機器人的用途分,54,用于機械制造業(yè)中的操作機和機械手。它能代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車、摩托車、船舶制造、某些家電產(chǎn)品、化工等行業(yè)自動化生產(chǎn)線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運、包裝、碼垛等作業(yè)的機器人。,工業(yè)機器人 Industrial Manipulator,4.3 按照機器人的用途分,55,焊接機器人（弧焊）ar

34、c welding robot,4.3 按照機器人的用途分,56,HT-10B機器人工作站,Industrial Robot Working Station—工業(yè)機器人工作站 由一臺或兩臺機器人所構(gòu)成的生產(chǎn)體系。,4.3 按照機器人的用途分,57,一汽二轎廠HT-120機器人生產(chǎn)線,Industrial Robot Production Line,由若干機器人工作站和物流系統(tǒng)組成的用以完成多項復雜作業(yè)的生

35、產(chǎn)體系。,4.3 按照機器人的用途分,58,機器人的分類及應用---工業(yè)機器人,弧焊機器人,4.3 按照機器人的用途分,59,機器人的分類及應用---工業(yè)機器人,120公斤點焊機器人,120公斤點焊機器人是以一汽紅旗車身焊裝生產(chǎn)線為應用背景，瞄準國際上典型機器人產(chǎn)品技術(shù)性能開發(fā)的一種具有先進性、可靠性的實用機器人產(chǎn)品。該機器人具有工作空間大、運動速度快和負荷能力強等特點。機器人設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，外觀宜人，運動平穩(wěn)快捷，大大地提高了點焊

36、作業(yè)的生產(chǎn)率。,4.3 按照機器人的用途分,60,機器人的分類及應用---工業(yè)機器人,5kg搬運機器人，采用五軸伺服電機驅(qū)動控制，實現(xiàn)五軸空間聯(lián)動，配置不同工具包可實現(xiàn)搬運、碼垛、焊接、裝配等工作，具有較高的柔性自動化水平。,5公斤搬運機器人,4.3 按照機器人的用途分,61,,4.3 按照機器人的用途分,62,機器人的分類及應用---工業(yè)機器人,便攜式機器人 由哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所研制的便攜式機器人，可實現(xiàn)六

37、自由度弧焊機器人的全部功能，同時可作為通用機器人完成其它工作，可任意位置安裝。機器人本體自重30Kg，便于拆裝攜帶。便攜式機器人可以作為一個流動的焊接機器人到不同的場所進行作業(yè)，特別是在一些工作空間狹小，周圍環(huán)境惡劣，工人無法作業(yè)的地方。,4.3 按照機器人的用途分,63,4.3 按照機器人的用途分,64,工業(yè)機器人（二）,4.3 按照機器人的用途分,65,4.3.2 農(nóng)業(yè)機器人 隨著機器人技術(shù)的進步，以定型物、無機

38、物為作業(yè)對象的工業(yè)機器人正在向更高層次的以動、植物之類復雜作業(yè)對象為目標的農(nóng)業(yè)機器人發(fā)展，農(nóng)業(yè)機器人或機器人化的農(nóng)業(yè)機械的應用范圍正在逐步擴大。農(nóng)業(yè)機器人的應用不僅能夠大大減輕以致代替的人們的生產(chǎn)勞動、解決勞動力不足的問題，而且可以提高勞動生產(chǎn)率，改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，防止農(nóng)藥、化肥等對人體的傷害，提高作業(yè)質(zhì)量。,4.3 按照機器人的用途分,66,但由于農(nóng)業(yè)機器人所面臨的是非結(jié)構(gòu)、不確定、不宜預估的復雜環(huán)境和工作對象，所以與工業(yè)機器人相

39、比，其研究開發(fā)的難度更大。農(nóng)業(yè)機器人的研究開發(fā)目前主要集中耕種、施肥、噴藥、蔬菜嫁接、苗木株苗移栽、收獲、灌溉、養(yǎng)殖和各種輔助操作等方面。日本是機器人普及最廣泛的國家，目前已經(jīng)有數(shù)千臺機器人應用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。,4.3 按照機器人的用途分,67,在日本、美國等發(fā)達國家，農(nóng)業(yè)人口較少，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；?、多樣化、精確化，勞動力不足的現(xiàn)象越來越明顯。許多作業(yè)項目如蔬菜、水果的挑選與采摘，蔬菜的嫁接等都是勞動力密集型的工作，再加上時令的要求，

40、勞動力問題很難解決。正是基于這種情況，農(nóng)林業(yè)機器人應運而生。使用機器人有很多好處，比如可以提高勞動生產(chǎn)率，解決勞動力的不足；改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，防止農(nóng)藥、化肥等對人體的傷害；提高作業(yè)質(zhì)量等。而隨著信息化時代的到來和設(shè)施農(nóng)業(yè)、精確農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)，一向被視為落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式也必將乘上現(xiàn)代化的快車，而農(nóng)業(yè)的新發(fā)展尤其離不開生物工程與信息化，在這方面，機器人具有得天獨厚的能力。,4.3 按照機器人的用途分,68,農(nóng)業(yè)機器人有如下的特點：

41、 (1）農(nóng)業(yè)機器人一般要求邊作業(yè)邊移動； ( 2）農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的行走不是連接出發(fā)點和終點的最短距離，而是具有狹窄的范圍，較長的距離及遍及整個田間表面的特點； ( 3）使用條件變化較大，如氣候影響，道路的不平坦和在傾斜的地面上作業(yè)，還須考慮左右搖擺的問題； ( 4）價格問題，工業(yè)機器人所需大量投資由工廠或工業(yè)集團支付，而農(nóng)業(yè)機器人以個體經(jīng)營為主，如果不是低價格，就很難普及；,4.

42、3 按照機器人的用途分,69,( 5）農(nóng)業(yè)機器人的使用者是農(nóng)民，不是具有機械電子知識的工程師，因此要求農(nóng)業(yè)機器人必須具有高可靠性和操作簡單的特點。 現(xiàn)在已開發(fā)出來的農(nóng)林業(yè)機器人有：耕耘機器人、施肥機器人、除草機器人、噴藥機器人、蔬菜嫁接機器人、收割機器人、蔬菜水果采摘機器人、林木修剪機器人、果實分揀機器人等。,4.3 按照機器人的用途分,70,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的的復雜性和作業(yè)對象特殊性使得農(nóng)業(yè)機器人研究難度更大，農(nóng)業(yè)機器

43、人的應用尚未達到商品化階段，但農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)的研究已經(jīng)在土地耕作、蔬菜嫁接、作物移栽、農(nóng)藥噴灑、作物收獲、果蔬采摘等生產(chǎn)環(huán)節(jié)取得了一些突破性進展。 例如，日本的耕作拖拉機自動行走系統(tǒng)、聯(lián)合收割機自動駕駛技術(shù)、無人駕駛農(nóng)藥噴灑機，英國的葡萄枝修剪機器人、蘑菇采摘機器人和ＶＭＳ擠牛奶機器人，我國的農(nóng)業(yè)機器人自動引導行走系統(tǒng)、蔬菜嫁接機器人，法國的水果采摘機器人，以及荷蘭開發(fā)的擠奶機器人等。,4.3 按照機器人的用途分,71,“插秧

44、機器人”試驗田中插秧。這個“機器人”可按水田形狀，根據(jù)設(shè)定路線自我糾正姿態(tài)進行插秧、播撒肥料和農(nóng)藥等勞作。,4.3 按照機器人的用途分,72,機器人的分類及應用---農(nóng)用機器人,摘西紅柿機器人,在日本、美國等發(fā)達國家，農(nóng)業(yè)人口較少，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模化、多樣化、精確化，勞動力不足的現(xiàn)象越來越明顯。許多作業(yè)項目如蔬菜、水果的挑選與采摘，蔬菜的嫁接等都是勞動力密集型的工作，再加上時令的要求，勞動力問題很難解決。正是基于這種情況，農(nóng)林業(yè)機器

45、人應運而生。,4.3 按照機器人的用途分,73,機器人的分類及應用---農(nóng)用機器人,嫁接機器人能完成砧木、穗木的取苗、切苗、接合、固定、排苗等嫁接過程的自動化作業(yè)。操作者只需把砧木和穗木放到相應的供苗臺上，其余嫁接作業(yè)均由機器自動完成，從而大大提高了作業(yè)效率和質(zhì)量，減輕了勞動強度。 嫁接機器人可以進行黃瓜、西瓜、甜瓜苗的自動嫁接，為蔬菜、瓜果自動嫁接技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化提供了可靠條件。,嫁接機器人,4.3 按照機器人的用途分,74,機器人的

46、分類及應用---農(nóng)用機器人,這種機器人的工作過程如下：用拔苗器的抓手將插盤中的籽苗拔出，放在穿過插盤傳送帶移動到盆傳送帶上的一排杯狀容器內(nèi)。在杯狀容器移動的同時，由光電傳感器探測有無缺苗，探測之后，栽培器的抓爪只拿起籽苗。每個栽培頭分別接近一只杯，在所有栽培頭都夾住籽苗之后，所有栽培頭同時栽培籽苗，確保無空盆，最大栽培速度為每小時6000棵。該機器人是第一臺能識別缺苗的機器人。利用這種機器人，栽培者只移栽真實的籽苗，并使全部籽苗都移栽到

47、盆里，減少尋找和填充空盤的必要。,移栽機器人,4.3 按照機器人的用途分,75,4.3 按照機器人的用途分,76,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的的復雜性和作業(yè)對象特殊性使得農(nóng)業(yè)機器人研究難度更大，農(nóng)業(yè)機器人的應用尚未達到商品化階段，但農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)的研究已經(jīng)在土地耕作、蔬菜嫁接、作物移栽、農(nóng)藥噴灑、作物收獲、果蔬采摘等生產(chǎn)環(huán)節(jié)取得了一些突破性進展。 例如，日本的耕作拖拉機自動行走系統(tǒng)、聯(lián)合收割機自動駕駛技術(shù)、無人駕駛農(nóng)藥噴灑機，英國的葡萄枝

48、修剪機器人、蘑菇采摘機器人和ＶＭＳ擠牛奶機器人，我國的農(nóng)業(yè)機器人自動引導行走系統(tǒng)、蔬菜嫁接機器人，法國的水果采摘機器人，以及荷蘭開發(fā)的擠奶機器人等。,4.3 按照機器人的用途分,77,4.3.3 服務機器人 機器人技術(shù)不僅在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學探索中得到了廣泛應用，也逐漸滲透到人們的日常生活領(lǐng)域，服務機器人就是這類機器人的一個總稱。 盡管服務機器人的起步較晚，但應用前景十分廣泛，目前主要應用在清潔、護理、

49、執(zhí)勤、救援、娛樂、和代替人對設(shè)備維護保養(yǎng)等場合。 國際機器人聯(lián)合會給服務機器人的一個初步定義是，一種以自主或半自主方式運行，能為人類的生活、康復提供服務的機器人，或者是能對設(shè)備運行進行維護的一類機器人。,4.3 按照機器人的用途分,78,,,,,,,2008奧運福娃機器人,4.3 按照機器人的用途分,79,娛樂舞蹈機器人,迎賓機器人-,4.3 按照機器人的用途分,80,服務機器人-外墻清洗移動機器人,服務機器人-玻璃

50、清洗機器人,4.3 按照機器人的用途分,81,機器人的分類及應用—娛樂機器人,4.3 按照機器人的用途分,82,,,4.3 按照機器人的用途分,83,機器人的分類及應用---醫(yī)療機器人,格林系統(tǒng),格林系統(tǒng)是讓外科醫(yī)生坐在一個大操縱臺前，帶上三維眼鏡，盯著一個透明的工作間，觀看手術(shù)室內(nèi)立體攝像機攝錄并傳送過來的手術(shù)室和病人的三維立體圖像。與此同時，外科醫(yī)生的兩手手指分別勾住操縱臺下兩臺儀器上的控制環(huán)。儀器中的傳感器可測量出外科醫(yī)生手

51、指的細微動作并把測量結(jié)果數(shù)字化，隨后傳送到兩只機械手上，機械手隨外科醫(yī)生動作，為病人作手術(shù)。聲頻部分能同時傳來手術(shù)所發(fā)出的所有聲音，使人有親臨其境之感。,4.3 按照機器人的用途分,84,醫(yī)療機器人-外科手術(shù)機器人,4.3 按照機器人的用途分,85,機器人的分類及應用---醫(yī)療機器人,腦外科及其任輔助系統(tǒng),該腦外科機器人輔助系統(tǒng)是由北京航空航天大學、清華大學和海軍總院共同研制開發(fā)的。1997年5月用該機器人為病人實施了首例開顱手術(shù),

52、到2000年11月已為140多位病人實施了這種手術(shù)。,4.3 按照機器人的用途分,86,機器人的分類及應用—救護機器人,4.3 按照機器人的用途分,87,機器人的分類及應用—清掃機器人,4.3 按照機器人的用途分,88,服務機器人,89,4.3.4 探索機器人（特種機器人） 機器人除了在工農(nóng)業(yè)上廣泛應用之外，還越來越多地用于極限探索，即在惡劣或不適于人類工作的環(huán)境中執(zhí)行任務。 例如，在水下（海洋）、太空以及在放

53、射性(有毒或高溫等環(huán)境中進行作業(yè)。人類借助潛水器具潛人到深海之中探秘，已有很長的歷史。,4.3 按照機器人的用途分,90,特種機器人,4.3 按照機器人的用途分,91,然而，由于危險很大、費用極高，所以水下機器人就成了代替人在這一危險的環(huán)境中工作的最佳工具。 空間機器人是指在大氣層內(nèi)和大氣層外從事各種作業(yè)的機器人，包括在內(nèi)層空間飛行并進行觀測、可完成多種作業(yè)的飛行機器人，到外層空間其他星球上進行探測作業(yè)的星球探測機器人和在各

54、種航天器里使用的機器人。,4.3 按照機器人的用途分,92,機器人技術(shù)用于海洋開發(fā)，特別是深海資源的開發(fā)，一直是的許多國家積極關(guān)注的目標。法國、美國、俄羅斯、日本、加拿大等國從20世紀70年代開始先后研制了幾百臺不同結(jié)構(gòu)形式和性能指標的水下機器人。法國的EPAVLARD、美國的AUSS、俄羅斯的MT-88等水下機器人已用于海洋石油開采、海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護、以及大壩檢查等方面。 我國在90年代中期研

55、制的蛟龍?zhí)栞d人潛水器水下機器人在太平洋深海試驗成功，海深達 5000m 以上，使我國在深海探測和探索方面躍居世界先進水平。,4.3 按照機器人的用途分,93,4.3 按照機器人的用途分,94,機器人的分類及應用---水下機器人,載人潛水器,4.3 按照機器人的用途分,95,機器人的分類及應用---水下機器人,1995年8月， CR-01 6000米無纜自治水下機器人研制成功，使我國機器人的總體技術(shù)水平躋身于世界先進行列，成為世界上

56、擁有潛深6000米自治水下機器人的少數(shù)國家之一。,4.3 按照機器人的用途分,96,,,4.3 按照機器人的用途分,97,特種機器人,4.3 按照機器人的用途分,98,近年來隨著各種智能能機器人的研究與發(fā)展，能在宇宙空間作業(yè)的所謂空間機器人就成為新的研究領(lǐng)域，并已成為空間開發(fā)的重要組成部分。美、俄、加拿大等國已研制出各種空間機器人。 如美國NASA的空間機器人Sojanor等。Sojanor是一輛自主移動車，重量為11.5

57、kg，尺寸630~48mm，有6個車輪，它在火星上的成功應用，引起了全球的廣泛關(guān)注。,4.3 按照機器人的用途分,99,,4.3 按照機器人的用途分,100,按機器人的形態(tài)分：仿生型 自由度一般較多，具有更強的適應性和靈活性，但控制更復雜，成本更高，剛性較差。,仿狗機器人,蛇形機器人,4.3 按照機器人的用途分,101,,擬物機器人 仿照各種各樣的生物，日常使用物品，建筑物，交通工具等做出的機器人，采

58、用非智能或智能的系統(tǒng)來方便人類生活的機器人。比如：機器寵物狗“愛寶”（Aibo），六腳機器昆蟲，輪式、履帶式機器人。,4.3 按照機器人的用途分,102,娛樂服務機器人-機器狗,4.3 按照機器人的用途分,103,仿人機器人 模仿人的形態(tài)和行為而設(shè)計制造的機器人就是仿人機器人，一般分別或同時具有仿人的四肢和頭部。機器人一般根據(jù)不同應用需求被設(shè)計成不同形狀和功能，如步行機器人、寫字機器人、奏樂機器人、玩具機器人等。而仿人

59、機器人研究集機械，電子，計算機，材料，傳感器，控制技術(shù)等多門科學于一體，代表著一個國家的高科技發(fā)展水平。,4.3 按照機器人的用途分,104,法國N A O 機器人,4.3 按照機器人的用途分,105,,4.3 按照機器人的用途分,106,,類人型機器人,4.3 按照機器人的用途分,107,微小管道機器人,4.3 按照機器人的用途分,108,機器人的分類及應用—仿生機器人,4.3 按照機器人的用

60、途分,109,機器人的分類及應用—微型機器人,4.3 按照機器人的用途分,110,2024/3/24,110,4.3 按照機器人的用途分,111,六輪漫游機器人,仿魚機器人,仿鳥機器人,六足漫游機器人,4.3 按照機器人的用途分,112,無人飛行機器人,4.3 按照機器人的用途分,113,軍用機器人-排彈移動機器人,4.3 按照機器人的用途分,114,特種機器,4.3 按照機器人的用途分,115,機器人的分類及應用---機器

61、人警察,英國“手推車”機器人,4.3 按照機器人的用途分,116,機器人的分類及應用---機器人警察,在西方國家中，恐怖活動始終是個令當局頭疼的問題。英國由于民族矛盾，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。。最近英國又將手推車機器人加以優(yōu)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。

62、兩者均采用無線電控制系統(tǒng)，遙控距離約1公里。,“土撥鼠”和“野牛”機器人,4.3 按照機器人的用途分,117,機器人的分類及應用---軍用機器人,遙控掃雷車,4.3 按照機器人的用途分,118,機器人的分類及應用---機器人保安,美國機器人系統(tǒng)技術(shù)公司正在研制一種MDARS-E室外型機器人，即將進入工程制造階段。機器人可識別并繞過障礙物，若繞不過去，就停下來，并通知控制站操作人員。它的負載主要有立體攝像機，前視紅外攝像機，多普勒雷達

63、，4線激光掃描儀，超聲波傳感器，微波及光纜通信網(wǎng)絡，視頻標簽閱讀器。導航傳感器有差分GPS系統(tǒng)、陀螺儀、傾斜儀、4輪編碼器及駕駛定位傳感器。MDARS-E在值班時可自主進行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)入侵者或異常情況時，視頻鏈路自動啟動，控制站記錄下音響及視頻警報，保安人員可以由遠處觀察那里的情況，或與入侵者對話。,MDARS-E室外保安機器人,4.3 按照機器人的用途分,119,特種機器人（四）,4.3 按照機器人的用途分,120,機器人的分類及應

64、用—微型機器人,,4.3 按照機器人的用途分,月球車,機器人的分類及應用—航天機器人,4.3 按照機器人的用途分,122,機器人的分類及應用—航天機器人,,4.3 按照機器人的用途分,123,4.1 按機器人的機構(gòu)特征來分4.2 按機器人技術(shù)水平發(fā)展分 4.3 按照機器人的用途分4.4 其他機器人分類,第 四章 機器人的分類,Artificial Intelligence and Rob

65、otics,2024/3/24,123,124,4.4.1、按智能水平劃分,125,4.4.2按其驅(qū)動方式的不同分類,液壓機器人Hydraulic robot氣動機器人 Pneumatic robot電動機器人Electrical robot,126,4.4.3 按替代人的器官類型分,操作機器人（手—— manipulator）移動機器人（腿—— locomotive robot）視覺機器人（眼—

66、— visual robot）………..,4.4.4 按與環(huán)境相關(guān)程度分,固定臂機器人 Fixed Arm Robot可移動機器人 Mobile Robot,127,4.4.5 按運動方式分,點位控制型機器人 受控運動方式為自一點位目標移向另 一點位目標，只在目標點上完成操作連續(xù)控制型 機器人終端按預期軌跡和速度運動,4.4.6 按搬持重量及動作范圍分,