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機械與車輛學院 《工業(yè)機器人》結(jié)課論文 （2013-2014學年第一學期） 論文題目：工業(yè)機器人課程設(shè)計實習報告 --實現(xiàn)機器人服務人類還有多久 姓名： 學號：1004040410 班級：機械電子工程四班 指導老師：曹少泳 時間：2013年 11 月 18 日 成績： 目錄 摘要： 2 關(guān)鍵詞： 2 1 機器人概述 3 1.1機器人分類 3 1.2機器人特點 4 1.2.1通用性 4 1.2.2適應性 4 2 機器人職能 4 2.1工業(yè)機器人 4 2.2特種機器人 5 3 服務人類的機器人 5 3.1服務機器人分類 6 3.1.1醫(yī)療服務機器人 6 3.1.2健康福利服務機器人 6 3.1.3公共服務機器人 6 3.1.4家庭服務機器人 7 3.1.5娛樂機器人 7 3.1.6教育機器人 7 3.2國內(nèi)外服務機器人發(fā)展現(xiàn)狀 7 3.2.1歐美國家 7 3.2.2韓國 8 3.2.3中國 8 3.3服務機器人市場需求及趨勢 9 3.4服務機器人為什么“可望不可即” 9 3.5服務機器人還有多遠 10 4總結(jié) 10 參考文獻 11 摘要： 機器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史。人類希望制造一種像人一樣的機器，以便代替人類完成各種工作。在機器人大家族中，服務機器人是最晚出現(xiàn)，而擁有最有發(fā)展?jié)摿Φ臋C器人之一。但現(xiàn)階段種種問題壓迫服務機器人普及。在很多研究時間過長、研究經(jīng)費龐大、構(gòu)件材料高昂和控制系統(tǒng)復雜化情況下，服務機器人在未來段時間都難以普及普羅大眾。更何況要機器人服務人類，未嘗有點天荒夜唐，但在一些科研報告中體現(xiàn)到，服務機器人的普及率正在逐年遞增，在很多可省的成本上研發(fā)者和廠家都已經(jīng)做出巨大貢獻，人類未來的服務機器人可將在未來二十年可以得到真正服務機器人服務人類。 關(guān)鍵詞：機器人 服務機器人 服務 未來 正文： 1 機器人概述 機器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。 國際上對機器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般來說，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(xiàn)各種功能的一種機器。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義：“一種可編程和多功能的操作機；或是為了執(zhí)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(tǒng)?！彼転槿祟悗碓S多方便之處！ 1.1機器人分類 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。我國的機器人專家從應用環(huán)境出發(fā)，將機器人分為兩大類，即工業(yè)機器人和特種機器人；所謂工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務于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(nóng)業(yè)機器人、機器人化機器等。在特種機器人下，有些分支發(fā)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(huán)境出發(fā)將機器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下的服務與仿人型機器人，這和我國的分類是一致的。 表一 機器人分類 分類名稱 簡要解釋 操作型機器人 能自動控制，可重復編程，有幾個自由度，可固定或運動，用于相關(guān) 系統(tǒng)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(xiàn)型機器人 通過引導或其他方式，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(yè)。 數(shù)控型機器人 通過數(shù)值、語言等對機器人進行示教，機器人根據(jù)示教后的信息進行作業(yè)。 分類名稱 簡要解釋 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 機器人能適應環(huán)境的變化，控制其自身的行動。 學習控制型機器人 機器人能“體會”工作經(jīng)驗，具有一定的學習功能，并將所“學”的經(jīng)驗用于工作中。 智能機器人 以人工智能決定其行動的機器人 1.2機器人特點 機器人具有下列兩個主要特征。 1.2.1通用性 機器人的通用性（versatility）取決于其幾何特性和機械能力。通用性指的是某種執(zhí)行不同的功能和完成多樣的簡單任務的實際能力。通用性也意味著，機器人具有可變的幾何結(jié)構(gòu)，即根據(jù)生產(chǎn)工作需要進行變更的幾何結(jié)構(gòu)；或者說，在機械結(jié)構(gòu)上允許機器人執(zhí)行不同的任務或以不同的方式完成同一工作。 1.2.2適應性 機器人的適應性（adaptivity）是指其對環(huán)境的自適應能力，即所設(shè)計的機器人能夠自我執(zhí)行未經(jīng)完全指定的任務，而不管任務執(zhí)行過程中所發(fā)生的沒有預計到的環(huán)境變化。這一能力要求機器人認識其環(huán)境，即具有人工知覺。 2 機器人職能 2.1工業(yè)機器人 機器人一向是受關(guān)注的焦點。在工業(yè)上，各種類型的工業(yè)機器人展示著“十八般武藝”，人們可以想象機器人是如何代替人手進行一些高精度，高危險的工作環(huán)境。 我記得在電視上觀看過2011中國國際工業(yè)博覽會展會現(xiàn)場，有一場機器人“搬運比賽”不斷上演，多家機器人公司帶了目前運用極廣的高速“碼垛機器人”。他們不僅比速度，而且還比“力氣”，如日本發(fā)那科的機器人就能一次性搬運整層貨物。展會工作人員錢晶介紹，搬運、堆放貨物是一件繁重的工作，現(xiàn)在機器人已經(jīng)可以代替人在車間、碼頭、倉庫等完成這些物流工作。一個小型“智能機器人車身工廠”也被搬到了工博會現(xiàn)場，完成1輛車身的焊接噴涂時間只需1分多鐘。此外，還有“會雕刻的機器人”，這臺機器人正轉(zhuǎn)動著機械臂刻繪一尊觀音，線條清晰，速度極快…… 工博會上出現(xiàn)的這些工業(yè)機器人不僅是一種展示，已經(jīng)應用到了實際的生產(chǎn)、制造環(huán)節(jié)。在記者采訪ABB機器人業(yè)務單元中國區(qū)負責人顧純元時，他覺得：“工業(yè)機器人是勞動力和生產(chǎn)力的解放。工業(yè)機器人在一些高危行業(yè)代替人完成任務，并且能將人從大量重復性、枯燥的生產(chǎn)流水線上解放出來。同時，還大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量?！? 2.2特種機器人 經(jīng)過多年的發(fā)展，機器人不再是制造業(yè)的專項名詞。隨著技術(shù)的發(fā)展和社會的需求，目前各種功能的服務機器人相繼出現(xiàn)，有能照料老人的家政機器人、陪伴孩子學習的書童機器人、能夠做飯的廚師機器人等。 在2011年上海工博會上，除了“重磅出場”的工業(yè)機器人外，還出現(xiàn)了許多服務機器人的身影。在中國科學院展區(qū)，一個身著紅色連衣裙，身高160厘米的卡通智能服務機器人能和觀眾自由對話，這臺機器人可充當迎賓小姐、展廳講解員。而在復旦大學展區(qū)，名為“愛家一號”的智能家庭服務機器人惹人喜愛。小家伙“人小鬼大”，能通過自動感應、遠程遙控、語音交流等，讓主人隨時隨地知曉家里的一切。 然而，相比能上天、入地、下海、替人類干“苦差事”的工業(yè)機器人，這些智能服務機器人目前在現(xiàn)實生活中的應用仍然很少，普通老百姓“可望而不可即”。 3 服務人類的機器人 相信人們都在很多科幻電影中接觸過服務性機器人，服務機器人是機器人家族中的一位年輕成員服務機器人的應用范圍很廣，主要從事維護保養(yǎng)、修理、運輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護等工作。國際機器人聯(lián)合會經(jīng)過多年的搜集整理，給服務機器人一個初步的定義：服務機器人是一種半自主或全自主工作的機器人，它能完成有益于人哩健康的服務工作，但不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備。服務機器人的定位就是服務。從機器人的功能特點上講，它與工業(yè)機器人的一個本質(zhì)區(qū)別在于，工業(yè)機器人的工作環(huán)境都是已知，而服務機器人所面臨的工作環(huán)境絕大多數(shù)都是未知的。 3.1服務機器人分類 根據(jù)服務對象和應用目的不同，可以分為六大類： 3.1.1醫(yī)療服務機器人 醫(yī)療服務機器人：能夠直接為醫(yī)生提供服務，幫助醫(yī)生對病人進行手術(shù)治療的服務機器人。 醫(yī)療外科機器人是醫(yī)療服務機器人的典型代表，它可以由醫(yī)生對機器人進行遙控操作，在醫(yī)生難以直接進行手術(shù)的部位由機器人準確地完成各種手術(shù)。而外科手術(shù)導航系統(tǒng)和可以進入人體的微機器人診療系統(tǒng)也都可以為醫(yī)生進行手術(shù)提供必要的手術(shù)信息和輔助手段。因此，采用醫(yī)療服務機器人進行手術(shù)可以減小創(chuàng)面、縮短手術(shù)時間，從而達到減少病人痛苦，并使病人早日痊愈的目的。 3.1.2健康福利服務機器人 健康福利服務機器人是指在醫(yī)院里為醫(yī)生或病人提供服務的服務機器人。其中一種服務機器人可以提供指定負載力和行走速度的步行訓練和為腿部受傷的病人提供術(shù)后康復訓練治療。許多研究單位和公司正在積極開發(fā)的各種類型的智能輪椅和智能病床也都屬于健康福利服務機器人。 3.1.3公共服務機器人 公共服務機器人的范圍最為廣泛，只要能夠為公眾或公用設(shè)備提供服務的機器人都屬于該類型服務機器人。例如，在展覽會會場、辦公大樓、旅游景點為客人提供信息咨詢服務的迎賓導游機器人，在建筑物內(nèi)或居民區(qū)內(nèi)進行自動巡視的保安巡邏機器人，加油站里的自動加油機器人，高樓擦窗和壁面清洗機器人，飛機清洗機器人，下水道清洗機器人等。此外還有機器郵遞員以及用于多種用途的自主移動機器人平臺，它們可在辦公室內(nèi)部傳遞信件或其他物品。目前這些機器人在技術(shù)上都已經(jīng)相當成熟，在價格上也基本上被用戶接受，并已在許多國家得到了實際應用。隨著機器人技術(shù)的進一步發(fā)展，在不久的將來，會有越來越多的公共服務機器人進入我們的日常生活。 3.1.4家庭服務機器人 自動割草機和全自動吸塵器是家庭服務機器人的典型代表。凱馳RC3000是世界上第一臺能夠自行完成所有家庭地面清潔工作的清潔機器人。 該機器人內(nèi)置四種清潔程序，保證在遇到不同污漬的地面時，可以調(diào)整其清潔程序；通過傳感器對于地板污漬的判斷，選擇合適的應用程序。內(nèi)置光敏傳感器，確保在遇到樓梯與臺階時，能夠自動避讓。扁平的設(shè)計使其能夠清潔床、沙發(fā)、茶幾等家具的下面。其相應的基站一直發(fā)射紅外定位和導航信號來指引機器人回到充電站完成充電和垃圾處理的任務；同時能夠根據(jù)用戶設(shè)定的信息來控制機器人完成相應的操作。 3.1.5娛樂機器人 娛樂機器人的種類很多，其中主要是以機器狗AIBO為代表的機器寵物。AIBO的出現(xiàn)不但給索尼公司帶來了新的商機，也為機器人如何進入尋常家庭提供了一個新的發(fā)展思路。 3.1.6教育機器人 教育機器人的發(fā)展則是通過以“機器人足球”比賽為代表的各種類型的機器人競賽進行的。機器人競賽的參賽隊伍主要由大、中、小學生組成。由于機器人競賽不但具有很好的觀賞性，而且可以使參賽的學生在創(chuàng)新能力、動手能力等方面都可以得到很好的鍛煉，所以深受學校和學生家長的歡迎，并越來越多地受到各國政府的重視。目前一些國家正在積極組織機器人國際比賽，并提出了舉行機器人奧林匹克競賽的想法。 3.2國內(nèi)外服務機器人發(fā)展現(xiàn)狀 3.2.1歐美國家 歐美國家在服務機器人產(chǎn)品研制開發(fā)方面起步較早。歐洲在以康復機器人為代表的服務機器人方面的研究起源20世紀70年代中期的Spartacus和Heidelberg操作手項目。Spartacus項目是法國項目，開始于高位截癱病人遠程操作手可行性研究。這個項目最大的結(jié)論是把操作手裝在輪椅上能提高它的效率。由德國聯(lián)邦研發(fā)技術(shù)部支持的Heidelberg項目是基于工作站的早期 1987年，英國人MikeTopping研制了Handy1康復機器人樣機，使一個患有腦癱的11歲男孩第一次能夠獨立就餐。它屬于工作站式機器人，在已知的環(huán)境中，機器人按操作要求，從相應的物品架上抓取所需物品。屬于此類型的還有美國的DeVAR機器人，加拿大的Regencies機器人和法國的Master機器人。 3.2.2韓國 韓國將服務機器人技術(shù)列為未來國家發(fā)展的10大“發(fā)動機”產(chǎn)業(yè)，他們已經(jīng)把服務型機器人作為國家的一個新的經(jīng)濟增長點進行著重發(fā)展，對機器人技術(shù)給予了重點扶持，通過不斷地努力，韓國近幾年來也逐漸躋身研究機器人的世界潮流。韓國信息通信部官員表示，雖然韓國的機器人技術(shù)起步比美國、日本和歐洲的競爭者要晚，但是有望在未來5～10年內(nèi)迎頭趕上。2011年韓國科學家成功研制出世界上最聰明的類人機器人“Android”，它集眾多前沿科技在一身，包括實時數(shù)據(jù)傳輸、音像和力覺感應器、高速處理器等，通過它身上裝備的音像及力覺感應器可以探測前方物體的運動，能夠識別說話聲，然后向服務器發(fā)送數(shù)據(jù)，服務器將數(shù)據(jù)處理后會下達指令給機器人，幫助它與人類以及周圍環(huán)境進行互動,同時“夏娃機器人2號”是韓國科學家最新研制的一款娛樂型機器人，這位“女性”機器人不僅能和觀眾進行對話，還能和人進行眼神接觸，并會表達各種情緒和唱歌，唱歌時能對上口形和隨著歌曲扭動手臂、臀部和膝蓋。 3.2.3中國 我國在服務機器人領(lǐng)域的研發(fā)與日本、美國等國家相比起步較晚，但國家對此非常重視。近年來，在國家863計劃的支持下，我國在服務機器人研究和產(chǎn)品研發(fā)方面已開展了大量工作，并取得了一定的成績。智能機器人主題在863的旗幟下，團結(jié)了近幾千人的研究開發(fā)隊伍，圓滿完成各項任務，建成了一批高水平的研究開發(fā)基地，造就了一支跨世紀的研究開發(fā)隊伍，為我國21世紀機器人技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 2012年由北京理工大學牽頭、中科院沈陽自動化所、兵器工業(yè)集團惠豐機械有限公司、中科院自動化所等單位參加，通過三年的奮斗，研制的“匯童”仿人機器人，取得了重大成果,“匯童”仿人機器人具有視覺、語音對話、力覺、平衡覺等功能的自主知識產(chǎn)權(quán)的仿人機器人，功能達到了國際先進水平，研制的“匯童”仿人機器人在國際上首次實現(xiàn)了模仿太極拳、刀術(shù)等人類復雜動作。 3.3服務機器人市場需求及趨勢 全球范圍（主要是在發(fā)達國家）的服務機器人具有廣闊的市場空間。由于發(fā)達國家的勞動力價格日趨上漲，人們越來越不愿意做一些瑣事，因此，在發(fā)達國家，類似于清潔、看護、保安等工作從事的人越來越少。為了彌補此類勞動力不足的現(xiàn)象，對服務機器人的需求越來越大。 目前，我國的服務機器人主要有吸塵器機器人，教育、娛樂、保安機器人，智能輪椅機器人，智能穿戴機器人，智能玩具機器人，同時還有一批為服務機器人提供核心控制器、傳感器和驅(qū)動器功能部件的企業(yè)。 在中國，人口老齡化是亟待解決的一個問題。目前，我國60歲以上人口已經(jīng)超過總?cè)丝诘?0%，預計到2015年，全國老年人口總數(shù)將達到2億人。此外，我國殘疾人占總?cè)丝诒戎鼐邮澜巛^高國家之列?？梢灶A想，在不久的將來，對老年人和殘疾人的護理需要很大的人力、財力。如果我們使用服務機器人，提供諸如取物、喂飯、翻書等服務，幫助照顧老年人和殘疾人的日常生活，提高他們的生活質(zhì)量，那將會減少整個社會對護理人員數(shù)量和質(zhì)量的需求。 3.4服務機器人為什么“可望不可即” 在一篇報道上中國科學院自動化研究所工作人員劉益群說過一段話：“智能服務機器人目前在日本等‘機器人王國’都還沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在我國的應用范圍就更小了，只在一些科技館、展廳和部分高級餐廳使用。在2011年這屆工博會上展出的卡通智能服務機器人，成本就要20多萬元，市場售價為30萬元以上，單單機器人外殼成本就要2萬元。成本難以降低，無法量產(chǎn)，目前更多是處于技術(shù)研究、提高以及展示的階段，離進入尋常百姓家還有一定的距離。” 智能機器人在研發(fā)階段往往需要投入巨大的科研經(jīng)費，再加上機器人本身的各種新型設(shè)備，導致最終產(chǎn)品的價格居高不下，普通百姓難以接受，因而難以成功打入大眾市場。 一直以來，由于過分重視技術(shù)而忽略消費者的需求和支付能力，服務型機器人難以商業(yè)化，只能淪為消費者眼里在展覽館中陳列的神奇產(chǎn)品。盡管形形色色的智能服務機器人不斷被研發(fā)出來，但我國至今幾乎還沒有成功實現(xiàn)市場化的產(chǎn)品。 服務型機器人的商業(yè)化還有很漫長的路要走，消費者還不能承受為機器人付出高昂的費用，工程師們不應只是悶在實驗室里研究機器人技術(shù)，還要看看人們的需求和消費者的承受能力。 人們一直憧憬過多十幾二十年可以享受像電影《我，機器人》里面服務機器人達到每5個人就可以擁有一個機器人，機器人為人類服務，成為人類不可缺少的一部分。個人覺得，服務機器人為什么這么有不可及其中一個或不重要的原因：人們過于追求人形機器人。在一些研究表明，人類在研究新型的機器時很多時候都嘗試追求完美擬人效果。雖然在很多時候追求擬人效果的機器人可能是在研究方向是一個很好的出發(fā)點，但只也往往帶來很多研究時間過長，研究經(jīng)費龐大，構(gòu)件材料高昂，控制系統(tǒng)復雜化。 3.5服務機器人還有多遠 在一些報刊我們已經(jīng)看到一些小型的機器人應用正在不斷地與市場對接。一款名叫“愛家一號”低成本服務機器人，成本大約為5000元，未來推向市場，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)以后的售價估計是1萬元左右。相比動輒10萬元以上的服務機器人，這個價格很多消費者都能承受。在這么多年研發(fā)下來最大的體會是，以技術(shù)為前提將成本控制住，小型服務機器人就大有應用前景。以往研發(fā)出來的服務機器人往往因為成本過高，導致企業(yè)不愿意進行商業(yè)化生產(chǎn)，從而無法從實驗室走向市場。 一些專家認為：隨著未來城市化進程加速、人口老齡化和人口素質(zhì)的提高，服務型機器人的商業(yè)應用將會加速發(fā)展，老百姓對小型服務機器人的需求也會加大。新聞報道現(xiàn)已經(jīng)有好幾個有意向的企業(yè)尋找一些科研機構(gòu)淺談相關(guān)事項，可以憧憬未來產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)后服務機器人在人們家家戶戶出現(xiàn)的場景。 4總結(jié) 機器人經(jīng)歷多年的發(fā)展，在工業(yè)上已經(jīng)取得很好的認可度，取得人們對其欣賞，替代人類在一些惡劣工作環(huán)境很好的完成所需的工作。機器人是不僅僅趨于為人類工業(yè)做服務，而更要為人類服務，從事更多未來人類不愿意從事的行業(yè)，代替人類做一些瑣碎，繁雜的工作，或者更好與人類一起生活。 很多人都期望人類可以達到《我，機器人》里面的服務機器人遍及，人類真正享受生活。因為現(xiàn)在技術(shù)水平還有更多社會因素，服務機器人不能更好的遍及人類，成為它名字一樣的服務機器人。但在多方的研究者和科研機構(gòu)及廠家努力，他們已經(jīng)努力把研究成本，材料成本和利潤減少，而促成人類可以盡快達到服務機器人真正服務人類，遍及人類個個生活環(huán)節(jié)。我個人覺得，未來20年后機器人可以真正服務人類。 參考文獻 [1]顧震宇．全球工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與趨勢Ⅱ．機電一體化．2006． [2]杜志傻，工業(yè)機器人的應用及發(fā)展建勢01．機械工程師．2002. 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