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作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-16 03:00
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-

2021年2月16日发(作者:分享者)














机器人



The



robot








:


□毕业设计



□毕业论文









院:





学生学号:



学生姓名:



专业班级:



指导教师:








称:



起止日期:





机电工程学院














别:



机械设计制造及其自动化






机器人




1.


机器人的作用


< br>机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工业、医


学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。



现在,国 际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来,人们都可以接受这种


说法,即机器人 是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组


织采纳了美国机器 人协会给机器人下的定义:



一种可编程和多功能的,用来搬运 材料、


零件、


工具的操作机;


或是为了 执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。



2.


能力评价标准


< br>机器人能力的评价标准包括:智能,指感觉和感知,包括记忆、运算、比较、鉴别、


判断、决策、学习和逻辑推理等;机能,指变通性、通用性或空间占有性等;物理能,


指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此,可以说机器人是具有生


物 功能的三维空间坐标机器。



3.


机器人的组成






机器人 一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。



执 行机构即机器人本体,其臂部一般采用空间开链连杆机构,其中的运动副(转动


副或移动 副)常称为关节,关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和


运动坐标形 式的不同,机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关


节坐标式等类 型。


出于拟人化的考虑,


常将机器人本体的有关部位分别称为基 座、


腰部、


臂部、腕部、手部(夹持器或末端执行器)和行走部 (对于移动机器人)等。



驱动装置是驱使执行机构运动的机构 ,按照控制系统发出的指令信号,借助于动力


元件使机器人进行动作。它输入的是电信号 ,输出的是线、角位移量。机器人使用的驱




动装置主要是电力驱动装置,如步进电机、伺服电机等,此外也有采用液压、气动等驱

< br>动装置。



检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工 作情况,根据需要反馈给控制系统,


与设定信息进行比较后,对执行机构进行调整,以保 证机器人的动作符合预定的要求。


作为检测装置的传感器大致可以分为两类:一类是内部 信息传感器,用于检测机器人各


部分的内部状况,如各关节的位置、速度、加速度等,并 将所测得的信息作为反馈信号


送至控制器,形成闭环控制。另一类是外部信息传感器,用 于获取有关机器人的作业对


象及外界环境等方面的信息,以使机器人的动作能适应外界情 况的变化,使之达到更高


层次的自动化,甚至使机器人具有某种



感觉



,向智能化发展,例如视觉、 声觉等外部


传感器给出工作对象、工作环境的有关信息,利用这些信息构成一个大的反馈 回路,从


而将大大提高机器人的工作精度。


< br>控制系统有两种方式。一种是集中式控制,即机器人的全部控制由一台微型计算机


完成。另一种是分散(级)式控制,即采用多台微机来分担机器人的控制,如当采用上、


下两级微机共同完成机器人的控制时,主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动


力 学计算,并向下级微机发送指令信息;作为下级从机,各关节分别对应一个


CPU


,进


行插补运算和伺服控制处理,实现给定的运动,并向主机反馈信息 。根据作业任务要求


的不同,机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力( 力矩)控制。



4.


机器人发展史



1920




捷克斯洛伐克作家卡雷尔


·


恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机 器人万能公


司》


中,


根据


Robota(


捷克文,


原意为


劳役、


苦工


”)



Robotnik(


波兰文,


原意为



工人


”)

< br>,


创造出



机器人



这个词。





1939




美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人


Ele ktro


。它由电


缆控制,可以行走,会说

77


个字,甚至可以抽烟,不过离真正干家务活还差得远。但它

让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。



1942




美国科幻巨匠阿西莫夫提出



机器人三定律


。虽然这只是科幻小说里的创


造,但后来成为学术界默认 的研发原则。



1948




诺伯特


·


维纳出版


《控制论》



阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、


感觉机能的共同规律,率先提出以计算机为核心的自动化工厂。



1954




美国人乔治


·


德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人,并注 册了专利。


这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作,因此具有通用性和灵活性。< /p>



1956




在达特茅斯会议上,


马文


·

< p>
明斯基提出了他对智能机器的看法:


智能机器


“< /p>



够创建周围环境的抽象模型,如果遇到问题,

< br>能够从抽象模型中寻找解决方法



。这个定


义影响到以后


30


年智能机器人的研究方向。



1959




德沃尔与美国发明家约瑟夫


·


英格伯格联手 制造出第一台工业机器人。


随后,


成立了世界上第一家机器人制 造工厂


——


Unimation


公司。


由于英格伯格对工业机器人的


研发和宣传,他也被称为



工业机器人之父





1962




美国


AMF


公司生产出


“VERSTRAN”(


意思是万能搬运


),



Unimation


公司生

< br>产的


Unimate


一样成为真正商业化的工业机器人, 并出口到世界各国,掀起了全世界对


机器人和机器人研究的热潮。



1962



-1963

< p>
年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装


各种各 样的传感器,包括


1961


年恩斯特采用的触觉传感器,托莫维 奇和博尼


1962


年在


世界上最早的< /p>



灵巧手



上用 到了压力传感器,


而麦卡锡


1963


年 则开始在机器人中加入视


觉传感系统,并在


1965

< p>
年,帮助


MIT


推出了世界上第一个带有视觉传感 器,能识别并


定位积木的机器人系统。



1965


年约翰


·


霍普金斯大学应用 物理实验室研制出


Beast


机器人。


Beast


已经能通过


声纳系统、光电管等装置,根据环境校正 自己的位置。


20


世纪


60

< p>
年代中期开始,美国


麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成 立了机器人实验室。美国兴起研


究第二代带传感器、



有感觉



的机器人,并向人工智能进发。










世界第一台智能机器人


Shakey


1968




美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人


Shakey


。< /p>


它带有视觉传感器,


能根据人的指令发现并抓取积木


,


不过控制它的计算机有一个房间那么大。


Shak ey


可以算


是世界第一台智能机器人,拉开了第三代机器人研发 的序幕。



1969




日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤


一郎长期致力于 研究仿人机器人,被誉为



仿人机器人之父


。日本专家一向以研发仿人


机器人和娱乐机器人的技术见 长,后来更进一步,催生出本田公司的


ASIMO


和索尼公


司的


QRIO




1973




世界上第一次机器人和小型计算机携手合作,就诞生了美国


Cincinnati


Milacron


公司的机器人


T3




1978




美国


Unimation


公司推出通用工业机器人


PUMA



这标志着工业机器人技术


已经完全成熟。


PUMA


至今仍然工作在工厂第一线。



1984




英格伯格再推机器人


Helpmate


,这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、


送邮件。同年,他还预言:



我要让机器人擦地板,做饭,出去帮我洗车,检查安全





1998




丹麦乐高公司推出机器人


(Mind-storms)


套件,


让机器人制造变得跟搭积木一


样,相对简 单又能任意拼装,使机器人开始走入个人世界。



1999




日本索尼公司推出犬型机器人爱宝


(AIBO)


,当即销售一空 ,从此娱乐机器


人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。



2002




美国


iRobot


公司推出了吸尘器机器人

Roomba



它能避开障碍,


自 动设计行


进路线,


还能在电量不足时,


自动驶向充电座。


Roomba


是目前世界上销量最大、


最商业


化的家用机器人。


iRobot


公司北京区授权代理商:北京微网智宏科技有限公司


< br>。



2006




6


月,微软公司推出


Microsoft Robotics Studio


,机器人模块化、平台统一化


的趋势越来越明显, 比尔


·


盖茨预言,家用机器人很快将席卷全球

< br>




5.


机器人分类篇


< br>诞生于科幻小说之中一样,人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的


模糊,才给了人们充分的想象和创造空间。



家务型机器人:能帮助人们打理生活,做简单的家务活。



操作型机器人:能自动控制,可重复编程,多功能,有几个自由度,可固定或运动,


用于相关自动化系统中。



程控型机器人:按预 先要求的顺序及条件,依次控制机器人的机械动作。



示教再现 型机器人:通过引导或其它方式,先教会机器人动作,输入工作程序,机


器人则自动重复 进行作业。



数控型机器人:不必使机器人动作,通过数值、语 言等对机器人进行示教,机器人根


据示教后的信息进行作业。



感觉控制型机器人:利用传感器获取的信息控制机器人的动作。



适应控制型机器人:能适应环境的变化,控制其自身的行动。



学习控制型机器人:能



体会



工作的经验,具有一定的学习功能,并将所





的经


验用 于工作中。



智能机器人:以人工智能决定其行动的机器人。



我国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机器人和特种机

器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机


器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括:


服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。


在 特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器


人、 军用机器人、微操作机器人等。目前,国际上的机器人学者,从应用环境出发将机


器人也 分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人,这


和我国的 分类是一致的。



空中机器人又叫无人机器,

< br>近年来在军用机器人家族中,


无人机是科研活动最活跃、


技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。


80


多年来,世界无


人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的,无论从技术水平 还是无人机的种类和数


量来看,美国均居世界之首位







6.


机器人品种篇




6.1


无人飞机



别动队



无人机



纵观无人机发展的历史,可以说现代战争是推动无人机发展的动力。而无人机 对现


代战争的影响也越来越大。一次和二次世界大战期间,尽管出现并使用了无人机,但 由


于技术水平低下,无人机并未发挥重大作用。朝鲜战争中美国使用了无人侦察机和攻击


机,


不过数量有限。


在随后的越南战争 、


中东战争中无人机已成为必不可少的武器系统。


而在海湾战争 、波黑战争及科索沃战争中无人机更成了主要的侦察机种。




越南战争期间美国空军损失惨重,被击落飞机


2500


架,飞行员死亡


5000


多名,美


国国内舆论哗然。为此美国空军较多地使用了无人机。如


< br>水牛猎手



无人机在北越上空


执 行任务


2500


多次,超低空拍摄照片,损伤率仅


4


%。


AQM-34Q


型< /p>


147


火蜂无人机飞


< br>500


多次,进行电子窃听、电台干扰、抛撒金属箔条及为有人飞机开辟通道等。



高空无人侦察机


< br>在


1982


年的贝卡谷地之战中,


以色列军队通过空中侦察发现。


叙利亚在贝卡谷地集


中了大量 部队。


6



9


日,以军出动美制


E-


2C“


鹰眼



预警飞机对叙军进行监视,同时每


天出动



侦察兵





猛犬



等无 人机


70


多架次,对叙军的防空阵地、机场进行反复侦察,


并将拍摄的图像传送给预警飞机和地面指挥部。这样,以军准确地查明了叙军雷达的位


置,接着发射





式反雷达导弹,摧毁了叙军不少的雷达、导弹及自行高炮,迫使叙军

的雷达不敢开机,为以军有人飞机攻击目标创造了条件。



鬼怪式无人机



1991


年爆发了海湾战争,美军首先面对的一个问题就是要在茫茫的沙海中找到伊拉


克隐藏的飞毛腿导弹发射器。如果用有人侦察机,就必须在大漠上空往返飞行,长时间


暴 露于伊拉克军队的高射火力之下,


极其危险。


为此,

< p>
无人机成了美军空中侦察的主力。


在整个海湾战争期间,

< br>“


先锋



无人机是美军使用最多 的无人机种,美军在海湾地区共部


署了


6


个先锋无人机连,总共出动了


522


架次,飞行时间达


1640


小时。那时,不论白天


还是黑夜,每 天总有一架先锋无人机在海湾上空飞行。



为了摧毁伊军在沿海 修筑的坚固的防御工事,


2



4


日密苏里号战舰乘夜驶至近海


区,先锋号无人机由它的甲板上起飞,用 红外侦察仪拍摄了地面目标的图像并传送给指




挥中心。几分钟后,战舰上的


406


毫米的舰炮开始 轰击目标,同时无人机不断地为舰炮


进行校射。之后威斯康星号战舰接替了密苏里号,如 此连续炮轰了三天,使伊军的炮兵


阵地、雷达网、指挥通信枢纽遭到彻底破坏。在海湾战 争期间,仅从两艘战列舰上起飞


的先锋无人机就有


151


架次,飞行了


530


多个小时,完成了目标搜 索、战场警戒、海上


拦截及海军炮火支援等任务。



Brevel


无人机



在海湾战争中,先锋无人机成了美国陆军部队的开路先锋。它为陆军第


7


军进行空


中侦察,拍摄了大量的伊军坦克、指挥中心、及导弹发射阵地 的图像,并传送给直升机


部队,接着美军就出动



阿帕奇



攻击型直升机对目标进行攻击,必要时还可 呼唤炮兵部


队进行火力支援。先锋机的生存能力很强,在


319


架次的飞行中,仅有一架被击中,有


4



5


架由于电磁干扰而失事。



除美军外,英、法、加拿大也都出动了无人机。如法国的


< p>
幼鹿



师装备有一个


“< /p>


马尔




无人机 排。当法军深入伊境内作战时,首先派无人机侦察敌情,根据侦察到的情况,


法军躲过了 伊军的坦克及炮兵阵地。



1995


年 波黑战争中,因部队急需,



捕食者



无人机很快就被运往前线。在北约空袭


塞族部队的补给线、弹药 库、指挥中心时,



捕食者



发挥了重要的作用。它首先进行侦


察,发现目标后引导有人飞机进行攻击 ,然后再进行战果评估。它还为联合国维和部队


提供波黑境内主要公路上军车移动的情况 ,以判断各方是否遵守了和平协议。美军因而




捕食者



称作


< p>
战场上的低空卫星



。其实卫星只能提供战场上的 瞬间图像,而无人机


可以在战场上空长时间盘旋逗留,因而能够提供战场的连续实时图像 ,无人机还比使用


卫星便宜得多。



1 999



3



24


日,


以美国为首的北约打着



维护人权



的幌子对南联盟开始了狂轰滥< /p>


炸,爆发了震惊世界的



科索沃战争



。在持续


78


天 的轰炸过程中,北约共出动飞机


3.2


万架次,投入舰艇


40


多艘,扔下炸弹


1.3

< br>万吨,造成了二战以来欧洲空前的浩劫。



南联盟多山、 多森林的地形以及多阴雨天的气候条件,大大影响了北约侦察卫星及


高空侦察机的侦察效 果,塞军的防空火力又很猛,有人侦察机不敢低飞,致使北约空军


无法识别及攻击云层下 面的目标。为了减少人员的伤亡,北约大量使用了无人机。科索


沃战争是世界局部战争中 使用无人机数量最多、无人机发挥作用最大的战争。无人机尽


管飞得较慢,飞行高度较低 ,但它体积小,雷达及红外特征较小,隐蔽性好,不易被击


中,适于进行中低空侦察,可 以看清卫星及有人侦察机看不清的目标。





在科索沃战争中,


美国、

< p>
德国、


法国及英国总共出动了


6

< br>种不同类型的无人机约


200


多架,它们有:美国空军的



捕食者




Predator


)、陆军的



猎人




Hunte r


)及海军的






Pioneer

< p>



德国的


CL-289



法国的



红 隼




Crecerelles





< p>
猎人




以及英国的




死鸟




Phoenix


)等无人机。



无人机在科索沃战争中主要完成了以下一些任务:中低空侦察及战场监视, 电子干


扰,战果评估,目标定位,气象资料搜集,散发传单以及营救飞行员等。



科索沃战争不仅大大提高了无人机在战争中的地位,而且引起了各国政 府对无人机


的重视。美国参议院武装部队委员会要求,


10


年内军方应准备足够数量的无人系统,使


低空攻击机中有三分之一是 无人机;


15


年内,地面战车中应有三分之一是无人系统。这< /p>


并不是要用无人系统代替飞行员及有人飞机,而是用它们补充有人飞机的能力,以便在


高风险的任务中尽量少用飞行员。无人机的发展必将推动现代战争理论和无人战争体系


的发展。





6.2


特种功能的机器人



机器警察



所谓地面军用机器人是指在 地面上使用的机器人系统,它们不仅在和平时期可以帮


助民警排除炸弹、完成要地保安任 务,在战时还可以代替士兵执行扫雷、侦察和攻击等


各种任务,今天美、英、德、法、日 等国均已研制出多种型号的地面军用机器人。



英国的



手推车



机器人



在西方国家中,恐怖活动始终是个令当局头疼的问题。英国由于民 族矛盾,饱受爆


炸物的威胁,


因而早在


60


年代就研制成功排爆机器人。


英国研制的履带式

< p>


手推车



< p>



级手推车



排爆机器人,已向


50


多个国家的军警机构售出 了


800


台以上。最近英国又将


手推车 机器人加以优化,研制出土拨鼠及野牛两种遥控电动排爆机器人,英国皇家工程


兵在波黑 及科索沃都用它们探测及处理爆炸物。


土拨鼠重


35

< p>
公斤,


在桅杆上装有两台摄


像机。野牛重


210


公斤,可携带


100

公斤负载。两者均采用无线电控制系统,遥控距离



1


公里。




土拨鼠





野牛< /p>



排爆机器人



除了恐怖分子安放的炸弹外,在世界上许多战乱国家中,到处都散布着未爆炸的各


种弹药 。例如,海湾战争后的科威特,就像一座随时可能爆炸的弹药库。在伊科边境一




万多平方公里的地区内,有


16


个国家制造的


25


万颗地雷,


85


万发炮弹,以及多国部队


投下的布雷弹及子母弹 的


2500


万颗子弹,其中至少有


20


%没有爆炸。而且直到现在,


在许多国家中甚至还残留有一次大 战和二次大战中未爆炸的炸弹和地雷。因此,爆炸物


处理机器人的需求量是很大的。



排除爆炸物机器人有轮式的及履带式的,它们一般体积不大,转向 灵活,便于在狭


窄的地方工作,操作人员可以在几百米到几公里以外通过无线电或光缆控 制其活动。机


器人车上一般装有多台彩色


CCD


摄像机用来对爆炸物进行观察;一个多自由度机械手,


用它的手爪或夹钳可将爆 炸物的引信或雷管拧下来,


并把爆炸物运走;


车上还装有猎枪,


利用激光指示器瞄准后,它可把爆炸物的定时装置及引爆装置击毁;有的机器人还装有< /p>


高压水枪,可以切割爆炸物。



德国的排爆机器人



在法国,空军、陆 军和警察署都购买了


Cybernetics


公司研制的


TRS200


中型排爆机


器人。


DM


公司研制的


RM35


机 器人也被巴黎机场管理局选中。德国驻波黑的维和部队


则装备了


Telerob


公司的


MV4


系列机器 人。我国沈阳自动化所研制的


PXJ-2


机器人也加

< p>
入了公安部队的行列。



美国

Remotec


公司的


Andros


系列机器人受到各国军警部门的欢迎,


白宫及国会大厦


的警察 局都购买了这种机器人。在南非总统选举之前,警方购买了四台


AndrosVIA


型机


器人,


它们在选举过程中总共执行了< /p>


100


多次任务。


Andros


机器人可用于小型随机爆炸


物的处理,它是美 国空军客机及客车上使用的唯一的机器人。海湾战争后,美国海军也


曾用这种机器人在沙 特阿拉伯和科威特的空军基地清理地雷及未爆炸的弹药。美国空军


还派出


5



Andros


机器人前往 科索沃,


用于爆炸物及子炮弹的清理。


空军每个现役排爆


小队及航空救援中心都装备有一台


Andros VI




我国研制的排爆机器人



排爆机器人不 仅可以排除炸弹,利用它的侦察传感器还可监视犯罪分子的活动。监


视人员可以在远处对 犯罪分子昼夜进行观察,监听他们的谈话,不必暴露自己就可对情


况了如指掌。



1993


年初,在美国发生了韦科庄园教案, 为了弄清教徒们的活动,联邦调查局使用


了两种机器人。


一种是


Remotec


公司的


AndrosV A


型和


Andros MarkVIA


型机器人,


另一


种是


RST

< p>
公司研制的


STV


机器人。


STV


是一辆


6


轮遥控车,采用无线 电及光缆通信。


车上有一个可升高到


4.5

米的支架



,上面装有彩色立体摄像机、昼用瞄准具、微光夜视




瞄具、双耳音频探测器、化学探测器、卫星定位系统、目标跟 踪用的前视红外传感器等。


该车仅需一名操作人员,


遥控距离达


10


公里。


在这次行动中共出动了


3



STV



操作人


员遥控机器人行驶到距庄园


548< /p>


米的地方停下来,升起车上的支架,利用摄像机和红外


探测器向窗 内窥探,联邦调查局的官员们围着荧光屏观察传感器发回的图像,可以把屋


里的活动看得 一清二楚。



6.3


民用机器人



机器人指挥



其实并不是人们不想给机 器人一个完整的定义,自机器人诞生之日起人们就不断地


尝试着说明到底什么是机器人。 但随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来,机器


人所涵盖的内容越来越丰富,机器 人的定义也不断充实和创新。



1886


年法国作家利尔亚当在他的小说


《未来夏娃》


中将外表像人的 机器起名为



安德


罗丁




android


),它由


4


部分组成:



1


,生命系统(平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等);



2


,造型解质(关节能自由运动的金属覆盖体 ,一种盔甲);



3


,人造肌肉(在上 述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形态);



4


,人造皮肤(含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等)。



1920


年捷克作家卡雷尔


·


卡佩克发表了科幻剧本


《罗萨姆的万能机器人》



在剧本中,


卡佩克把捷克语


“Rob ota”


写成了


“Robot”



“Robota”


是奴隶的意思。该剧预告了机器人的


发展对人类社会的悲剧性影响,引起了大家的广泛关注,被当成了机器人一词的起源。


在该剧中,机器人按照其主人的命令默默地工作,没有感觉和感情,以呆板的方式从事

< br>繁重的劳动。后来,罗萨姆公司取得了成功,使机器人具有了感情,导致机器人的应用

部门迅速增加。在工厂和家务劳动中,机器人成了必不可少的成员。机器人发觉人类十


分自私和不公正,终于造反了,机器人的体能和智能都非常优异,因此消灭了人类。



但是机器人不知道如何制造它们自己,认为它们自己很快就会灭绝,所以它们开始


寻找人类的幸存者,但没有结果。最后,一对感知能力优于其它机器人的男女机器人相


爱了。这时机器人进化为人类,世界又起死回生了。


< br>卡佩克提出的是机器人的安全、感知和自我繁殖问题。科学技术的进步很可能引发


人类不希望出现的问题。


虽然科幻世界只是一种想象,


但人类社 会将可能面临这种现实。





为了防止机器人伤害人类,科幻作家阿西莫夫(



)于


1940


年提出了


< p>


器人三原则





1


,机器人不应伤害人类;



2


,机器人应遵守人类的命令,与第一条违背的命令除外;



3


,机器人应能保护自己,与第一条相抵触者除外 。



这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三 原则作为机器人开发的


准则。




1967


年日本召开的第一届机器人学术会议上,

< br>就提出了两个有代表性的定义。



是森政弘与合田周平提 出的:



机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、 半


机械半人性、自动性、奴隶性等


7


个 特征的柔性机器



。从这一定义出发,森政弘又提出

< p>
了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限


性、


移动性等


10


个特性来 表示机器人的形象。


另一个是加藤一郎提出的具有如下


3


个条


件的机器称为机器人:



1


,具有脑、手、脚等三要素的个体;



2


,具有非接触传感器(用眼、耳接受远方信息)和接触传感器 ;



3


,具有平衡觉和固有觉的传感器。



礼仪机器人



该定义强调了机器人应当 仿人的含义,即它靠手进行作业,靠脚实现移动,由脑来


完成统一指挥的作用。非接触传 感器和接触传感器相当于人的五官,使机器人能够识别


外界环境,而平衡觉和固有觉则是 机器人感知本身状态所不可缺少的传感器。这里描述


的不是工业机器人而是自主机器人。



机器人的定义是多种多样的,其原因是它具有一定的模糊性。 动物一般具有上述这


些要素,所以在把机器人理解为仿人机器的同时,也可以广义地把机 器人理解为仿动物


的机器。



1988


年法国的埃斯皮奥将机器人定义为:



机器人学是指设计能根据传感器信息实现


预先规划好的作业系统,并以此系统的使用方法 作为研究对象




< br>1987


年国际标准化组织对工业机器人进行了定义:



工业机器人是一种具有自动控制


的操作和移动功能,能完成各种 作业的可编程操作机。




我国科学家 对机器人的定义是:



机器人是一种自动化的机器,

< p>
所不同的是这种机器


具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规 划能力、动作能力和协同能力,




是 一种具有高度灵活性的自动化机器




在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人


的过程中,人们逐步认识到机器人技术的 本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。


随着人们对机器人技术智能化本质认识的加 深,机器人技术开始源源不断地向人类活动


的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点, 人们发展了各式各样的具有感知、决策、


行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器,


如移动机器人、


微机器人、


水下机器人 、


医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。对不同任务和特殊环境的


适应性,也是机器人与一般自动化装备的重要区别。这些机器人从外观上已远远脱离了< /p>


最初仿人型机器人和工业机器人所具有的形状,


更加符合各种不同 应用领域的特殊要求,


其功能和智能程度也大大增强,从而为机器人技术开辟出更加广阔 的发展空间。



中国工程院院长宋健指出:


机器人学的进步和应用是


20


世 纪自动控制最有说服力


的成就,是当代最高意义上的自动化


”< /p>



机器人技术综合了多学科的发展成果,代表了高


技术的发展前沿,它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术

< br>的作用和影响。



我国的机器人专家从应用环境出发,将 机器人分为两大类,即工业机器人和特种机


器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多 关节机械手或多自由度机器人。而特种机


器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并 服务于人类的各种先进机器人,包括:


服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器 人、农业机器人、机器人化机器等。


在特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系 的趋势,如服务机器人、水下机器


人、军用机器人、微操作机器人等。目前,国际上的机 器人学者,从应用环境出发将机


器人也分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境 下的服务与仿人型机器人,这


和我国的分类是一致的。



古代机器人



机器人一词的出现和世界 上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们


对机器人的幻想与追求却已有< /p>


3000


多年的历史。


人类希望制造一种 像人一样的机器,



便代替人类完成各种工作。



机器马车



西周时期,我国 的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人,这是我国最早记载的


机器人。



春秋后期,我国著名的木匠鲁班,在机械方面也是一位发明家,据《墨经》 记载,


他曾制造过一只木鸟,能在空中飞行


< br>三日不下



,体现了我国劳动人民的聪明智慧。





公元前


2


世纪,


亚历山大时代的古希腊人发明了最原始 的机器人


──


自动机。


它是以


水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像,它可以自己开门,还可以借助蒸汽唱歌。



1800


年前的汉代,大科学家张衡不仅发明了地 动仪,而且发明了计里鼓车。计里鼓


车每行一里,车上木人击鼓一下,每行十里击钟一下 。



后汉三国时期,蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了

< p>


木牛流马



,并用其运 送军粮,支


援前方战争。



1662< /p>


年,日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶,并在大阪的道顿堀演


出。




1738


年,法国天才技师杰克


·


·


瓦克逊发明了一只机器鸭,它会嘎嘎叫,会游泳和


喝水, 还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分


析。



写字机器人



在 当时的自动玩偶中,最杰出的要数瑞士的钟表匠杰克


·


道罗斯和 他的儿子利


·



·


道罗斯。


1773


年,


他们连续推出了自动书写玩偶、


自动演奏玩偶等,


他们创造的自动


玩偶是利用齿轮和发条原理而制成的。它们有的拿着画笔和颜色绘画, 有的拿着鹅毛蘸


墨水写字,结构巧妙,服装华丽,在欧洲风靡一时。由于当时技术条件的 限制,这些玩


偶其实是身高一米的巨型玩具。现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂 尔历史博物


馆里的少女玩偶,它制作于二百年前,两只手的十个手指可以按动风琴的琴键 而弹奏音


乐,现在还定期演奏供参观者欣赏,展示了古代人的智慧。


19


世纪中叶自动玩偶分为


2< /p>


个流派,即科学幻想派和机械制作派,并各自在文学艺


术和近代技 术中找到了自己的位置。


1831


年歌德发表了


《浮士德》



塑造了人造人



荷蒙


克鲁斯




1870


年霍夫曼出版了以自动玩偶为主角的作品《葛蓓莉娅 》;


1883


年科洛迪


的《木偶奇遇记 》问世;


1886


年《未来的夏娃》问世。在机械实物制造方面 ,


1893


年摩


尔制造了



蒸汽人





蒸汽人



靠蒸汽驱动双腿 沿圆周走动。



进入


20


世纪后,


机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持,

< br>一些适用化的机


器人相继问世,


1927


年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人



电 报箱



,并在


纽约举行的世界博览会上 展出。它是一个电动机器人,装有无线电发报机,可以回答一


些问题,但该机器人不能走 动。


1959


年第一台工业机器人(可编程、圆坐标)在美国诞


生,开创了机器人发展的新纪元。





6.4


现代机器人


< br>现代机器人的研究始于


20


世纪中期,

< br>其技术背景是计算机和自动化的发展,


以及原


子能的开发 利用。




1946

< br>年第一台数字电子计算机问世以来,计算机取得了惊人的进步,向高速度、


大容量 、低价格的方向发展。



大批量生产的迫切需求推动了自动化技 术的进展,


其结果之一便是


1952


年 数控机床


的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础 。



另一方面,原子能实验室的恶劣环境要求某些操作机械代替 人处理放射性物质。在


这一需求背景下,


美国原子能委员会的阿 尔贡研究所于


1947


年开发了遥控机械手,

< br>1948


年又开发了机械式的主从机械手。



铆接机器人



1954


年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利。该专利的要点是


借 助伺服技术控制机器人的关节,利用人手对机器人进行动作示教,机器人能实现动作


的记 录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方


式。< /p>



作为机器人产品最早的实用机型(示教再现)是


1962


年美国


AMF


公司推 出的


“VERSTRAN”



UNIM ATION


公司推出的


“UNIMATE”

。这些工业机器人的控制方式与


数控机床大致相似,但外形特征迥异,主要由类似人 的手和臂组成。



1965


年,


MIT



Roborts

演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木


的机器人系统。

< p>





机器狗



1967

年日本成立了人工手研究会(现改名为仿生机构研究会),同年召开了日本首


届机器 人学术会。



1970


年在美国召开了 第一届国际工业机器人学术会议。


1970


年以后,

< p>
机器人的研究


得到迅速广泛的普及。




1973


年,辛辛那提


·


米拉克隆公司的理查德


·


豪恩制造了第一台由小型计算机控制的


工业机器人,它是液压驱动的,能提升的有效负载 达


45


公斤。



到了


1980


年,工业机器人才真正在日本普及,故称该年为



机器人元年







随 后,工业机器人在日本得到了巨大发展,日本也因此而赢得了



机器人王国的美






自治潜水器



随着计算机技 术和人工智能技术的飞速发展,使机器人在功能和技术层次上有了很


大的提高,移动机器 人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的


发展,推动了机器人概 念的延伸。


80


年代,将具有感觉、思考、决策和动作能力的系 统


称为智能机器人,这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术


的研究和应用,而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间,水下机器人、空间机< /p>


器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世,许多梦


想成为了现实。将机器人的技术(如传感技术、智能技术、控制技术等)扩散和渗透到


各个领域形成了各式各样的新机器


——


机器人 化机器。当前与信息技术的交互和融合又


产生了



软件机器人





网络机器人



的名称,这也说明了机器人所具有 的创新活力。





7.


人类与机器人


< br>随着社会的不断发展,各行各业的分工越来越明细,尤其是在现代化的大产业中,


有的人每天就只管拧一批产品的同一个部位上的一个螺母,


有的人整天就是接一个线头,


就像电影《摩登时代》


中演示的那样,人们感到自己在不断异化 ,各种职业病逐渐产生,


于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作,因此人们研制出了 机器人,用以代替人们


去完成那些单调、枯燥或是危险的工作。由于机器人的问世,使一 部分工人失去了原来


的工作,于是有人对机器人产生了敌意。



机器人上岗,人将下岗。



不仅在我国 ,即使


在一些发达国家如美国,也有人持这种观念。其实这种担心是多余的,任何先进的 机器


设备,都会提高劳动生产率和产品质量,创造出更多的社会财富,也就必然提供更多 的


就业机会,这已被人类生产发展史所证明。任何新事物的出现都有利有弊,只不过利大


于弊,很快就得到了人们的认可。比如汽车的出现,它不仅夺了一部分人力车夫、挑夫< /p>


的生意,


还常常出车祸,


给人类生命财产 带来威胁。


虽然人们都看到了汽车的这些弊端,


但它还是成了人 们日常生活中必不可少的交通工具。英国一位著名的政治家针对关于工


业机器人的这一问 题说过这样一段话:



日本机器人的数量居世界首位,


而失业人口最少,


英国机器人数量在发达国家中最少,

< br>而失业人口居高不下




这也从 另一个侧面说明了机


器人是不会抢人饭碗的。





美国是机器人的发源地,机器人的 拥有量远远少于日本,其中部分原因就是因为美


国有些工人不欢迎机器人,从而抑制了机 器人的发展。日本之所以能迅速成为机器人大


国,原因是多方面的,但其中很重要的一条 就是当时日本劳动力短缺,政府和企业都希


望发展机器人,国民也都欢迎使用机器人。由 于使用了机器人,日本也尝到了甜头,它


的汽车、电子工业迅速崛起,很快占领了世界市 场。从现在世界工业发展的潮流看,发


展机器人是一条必由之路。没有机器人,人将变为 机器;有了机器人,人仍然是主人。



8.


乐高


RCX NXT


机器人



RCX


是是一块可编程积木,即课堂机器人(机器人指令系统)的大脑。它是整个用


乐 高积木、马达、传感器等组建搭建的机器人系统的中枢,就像大脑一样控制、指挥机


器人 的行为。使用


ROBOLAB


软件,人们可以创造、搭建、编程 真正的机器人,让它运


动、做运动、甚至自己去






< br>RCX


升级!


NXT


机器人!< /p>



这位全新组装型机器人全身布满了感应器,让它可以根据感应到 的声音和动作做出


适当反应,也让它对于光线和触觉的反应更加灵敏。

< br>NXT


机器人的心脏系统是一个



32


位的微型处理器,可以经由



PC




Mac


操作程序。




光学传感器



根据传感器的助攻,帮助您的机器人,以







它可以让您的机器人 ,以区分轻,


皮肤黝黑,以及确定光照强度在一个房间内,或光照强度不同的颜色。



声音传感器



声音传感器可让机器人听到!



声音传感器能够测量的噪音水平都分贝(分贝)及


DBA


(频率约为


3-6


千赫哪里人耳是最敏感的 )



,以及认识到健全的模式和确定基调


的分歧。



触碰传感器


< p>
触摸传感器的反应接触和释放,机器人创造



感觉



一样,以前从未!



它可以侦测到


单个或多个按钮,压力机,和报告回给


n xt




超声波传感器



超声波传感器



看到



物体的地方! 超声波传感器是能够侦测到一个目标和措施,在


其邻近英寸或厘米。






9.


北京奥运会曾经使用过的机器人




9.1


福娃机器人


< br>福娃机器人能够感应到一米范围内的游客,与人对话、摄影留念、唱歌舞蹈,还能


回答与奥运会相关的问题。



9.2


翻译机器人



能够实现在任何时 间、场所,对任何人和任何设备的多语言服务。



9.3


安保机器人



其杰出代表为排爆机器人。




9.4


机器人学国家重点实验室



机器人学国家重点实验室(


State Key Laboratory of Robotics)


依托于中国科学院沈阳


自动化研究所,前身是中国科学院机器人学开放实验室。该实验室是我国机器人学领域


最早建立的部门重点实验室,我国机器人学领域著名科学家蒋新松院士


1989 -1997


年曾


任实验室主任。近二十年来,实验室在机器人学 基础理论与方法研究方面与国际先进水


平同步发展,并在机器人技术前沿探索和示范应用 等方面取得一批有重要影响的科研成


果,充分显示出实验室具有解决国家重大科技问题的 能力。目前,我国在沈阳浑南技术


开发区的


< br>新松机器人



公司即是我国的该科研领域的基地。该实验 室机器人学研究总体


水平在国内相关领域处于核心和带头地位,


是国内外具有重要影响的机器人学研究基地。



机器人学国家重 点实验室定位于为我国经济和社会发展、国家安全和重大科学工程


提供所需要的机器人技 术与系统,研究机器人学基础理论与方法、发展可行技术和平台


样机系统,培养和汇聚从 事机器人学研究的高水平人才,推动我国先进机器人技术与系


统的可持续发展。主要面向 发展具有感知、思维和动作能力的先进机器人系统,研究机


器人学基础理论方法、关键技 术、机器人系统集成技术和机器人应用技术。



实验室坚持对外 开放,吸引国内外专家学者开展交流与合作研究。通过设立基金课


题,

< br>实验室与国内有关从事机器人学研究的近


30


所大学、< /p>


研究所和企业建立了联系,



乎涵盖国内 从事机器人学研究的所有单位。近几年来,实验室结合自身的发展方向,有




针对性地与国内外知名科研团队建立合作关系。


这些合作,


对于本实验室加强学科建设、


了解国家需 求、建立有针对性的演示验证系统,发挥了重要作用。



水下机器人:



Rofish


为仿生机器鱼系列产品,该产品以先进的电子、机械技术,模拟鱼类的游动

方式,通过新材料对其外形进行精确仿真,使之达到以假乱真的效果。



Rofish


采用结构化的设计方法,高稳定性的电机保证其 产品的稳定性。控制方式有


两种选择:


串口

/USB


控制和遥控器控制。


产品内核采用


Bootloader


无线编程的编程方式,


可随时更 改游动程序以适应实际的环境。



性能参数:



Ø


体长:


20cm-- 80cm


,需要特殊尺寸可定做。



Ø


外形:锦鲤、金鱼、海豚、鲨鱼等,可定制。



Ø


游速:


1BL/S



BL


为身体长度,

< br>即游速与体长有关,


游速为


1


倍 体长每秒。



Ø


连续工作时间:


3-- 4


小时,锂动力电池供电。



Ø


通讯方式:


RF< /p>


通讯或声纳(


Sonar


)通讯,可选其 一。



Ø


控制方式: 串口


/USB


控制或遥控器控制,二者可选其一。



串口


/USB


控制方式可 同时控制多条机器鱼,


通过简单的编程控制可实现多鱼之间的


相 互追逐、嬉戏等。





10.


机器人



1.有一个身体



2.有记忆或程序功能



3.有大脑



1886


年法国作家利尔亚当在他的小说


《未来夏娃》


中将外表 像人的机器起名为



安德


罗丁




android


) ,它由


4


部分组成:



1


,生命系统(平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等);< /p>



2


,造型解质(关节能自由运动的金属 覆盖体,一种盔甲);



3


,人造肌肉 (在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形态);



4


,人造皮肤(含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等)。

< br>


1984


年电影《终结者》,有了真皮包裹的机器人的 创意;





1991


年电影《终结者


2


》,有了液 态金属机器人概念;



2003


年电影 《终结者


3


》,固液混合态机器人出现。



影视作品中逐渐诞生了多种自主智能生化机器人,则固液混合自主智能生化机器人< /p>


也会诞生。




11.


日本最新机器人



名古屋市商业设计研究所推出了新款机器人



网络兔 子



。它的两只耳朵可以


变换许多姿态 ,会根据人的声音作出反应。



网络兔子



通过无线通信与家里的


电脑相连,如果有电子邮件它会朗 读给人听,也可以播放网络电台的节目。最


有趣的是不同的


“< /p>


网络兔子



还能够



结婚





分手



,通过网络连接让其中一个< /p>




络兔子


”< /p>


的双耳做出一个动作,它远方的



伴侣< /p>



也会接着做出同样的动作。




三菱重工业公司的保姆机器人



若丸



连续几年都是各种机器人展上的明星 ,


在本次展会上它依然吸引着众人的目光。


< br>若丸



能在早晨来到主人床边,报告当

< br>天的天气或新闻头条。它还能记住主人的生日,或是提醒主人的结婚纪念日。




日本产业技术综合研究所制造的用于陪伴老人和小孩的机器人



Paro




本田公司的



阿西莫



双足步行机器人也继续受到关注。




阿西莫:本田公司开发的双脚步行机器人,于


2000



11


月首次在横滨 国


际和平会议中心举行的机器人展示会上亮相。


2006



12


月,本田公司曾改进

< br>过



阿西莫


< br>的性能,


增加了它的关节和马达,


使其可以以每小时


6


公里的速度小


跑,而且将其身高也由最初 的


1



2


米提 高到


1



3


米 。



美国战斗机械狗研制成功








美国战斗机器狗





网上引发轰动近日美国官方公布了 一段关于军用机械狗的录像,视频中机械


狗展示了它惊人的活动能力和适应性,一举在互 联网上造成轰动。研发公司称


经过测试,这个机械狗能在战场上为士兵运送弹药、食物和 其他物品。





































附录:





The robot


role of robots




”The role of robots Is a high


-level integration of control theory, robotics,


machinery and electronics, computers, materials and bionic product. In


industry, medicine, agriculture, construction and even the military have


important applications in such areas. Now, the international concept of robots


has been gradually approaching the same. In general, people can accept the


claim that the robot is controlled by its own power and ability to achieve the


various functions of a machine. The United Nations Organization for


Standardization adopted by the American Federation of Robotics to the robot


under the definition:


parts, tools, operating machines; or to perform different tasks have to change


and Programmable action specialized systems.


tion criteria


Capacity of evaluation criteria Robot capability evaluation criteria include:


intelligence, refers to feelings and perceptions, including memory, calculation,


comparison, identification, judging, decision-making, learning and logical


reasoning, etc.; function, refers to flexibility, versatility or space occupied, etc.;


physics can be means the power, speed, continuous operation capability,


reliability, combined with nature, life and so on. Therefore, it can be said robot


is a biological function of three- dimensional coordinates of the machine.


ition of the robot


The composition of the robot Robots in general by the executing agency,


drives, detection devices and control system, etc.. Implementing agency, the




robot body, the buttocks generally use the space for open-chain linkages, the


movement of which the Deputy (rotate or move the Deputy Vice-) often


referred to as joints, and joints shall be the number of robots are usually a few


degrees of freedom. According to joint configuration types and the different


forms of movement coordinates, the robot implementing agencies can be


divided into rectangular type, cylindrical coordinate type, polar coordinate


type and other types of joint coordinate type. For anthropomorphic


considerations, often the relevant parts of the robot body are known as the


base, waist, arm, wrist, hand (gripper or end effector) and the Ministry of


walking (for mobile robot), etc. . Drive device is driven by movement of the


body implementing agencies, in accordance with the directives issued by the


signal control system, by means of dynamic components, the robot action is


needed. It is the input signal, the output is the line, the amount of angular


displacement. Drive robot is mainly used in electric drives, such as stepper


motors, servo motors, etc. In addition, there is also hydraulic, pneumatic, etc.


drives.







Detecting device is the role of real- time detection robot's movement and


work of the required feedback to the control system, compared with the


configuration information, the right to adjust the implementing agencies to


ensure the robot's movements to meet the intended requirements. As a


sensor detecting device can be divided into two categories: one is internal


information sensors for detecting the internal situation in various parts of


robots, such as the joint position, velocity, acceleration, etc., and the


measured information as a feedback the signal sent to the controller, to form



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本文更新与2021-02-16 03:00,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:https://www.bjmy2z.cn/gaokao/657179.html

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