人工智能与机器人技术课件.ppt
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- 人工智能 机器人 技术 课件
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1、人工智能与机器人人工智能与机器人2 1.7 1.7 机器人技术指标指标体系与评价内容机器人技术指标指标体系与评价内容 1.31.3机器人分类机器人分类1.11.1机器人发展史机器人发展史1.21.2机器人的定义机器人的定义 1.6 1.6 机器人相关主要技术与学科机器人相关主要技术与学科1.5 1.5 机器人的优缺点机器人的优缺点1.4 1.4 机器人化机器机器人化机器1.8. 1.8. 机器人技术展望机器人技术展望3机器人的模样一定要像人吗?机器人的模样一定要像人吗?v 有些人认为,最高级的机器人要做的和人一模一样,其实非也。v 实际上,机器人是利用机械传动、现代微电子技术组合而成的一种能模
2、仿人某种技能的机械电子设备,他是在电子、机械及信息技术的基础上发展而来的。v 然而,机器人的样子不一定必须像人,只要能自主完成人类所赋予他的任务与命令,就属于机器人大家族的成员。41.11.1 机器人发展史机器人发展史1.1.11.1.1古代机器人古代机器人 公元前公元前1066-1066-前前771771,列子列子汤问篇汤问篇记载,我国西周时代,记载,我国西周时代,木偶工匠木偶工匠偃师偃师,向周武穆王献上,向周武穆王献上“木制伶人木制伶人”,能歌善舞,栩栩,能歌善舞,栩栩如生。如生。 春秋后期,我国著名的木匠春秋后期,我国著名的木匠鲁班鲁班,在机械方面也是一位发明,在机械方面也是一位发明家,
3、公元前家,公元前400400至至350350年,年,墨子墨子鲁问篇鲁问篇记载记载“公输子(鲁班)公输子(鲁班)削竹木以为鹊削竹木以为鹊, ,他曾制造过一只木鸟他曾制造过一只木鸟,成而飞之成而飞之, ,三日不下三日不下”。 公元前公元前2 2世纪,亚历山大时代的古希腊人发明了世纪,亚历山大时代的古希腊人发明了自动机自动机-以水、空气和蒸汽压力为动力以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像,可以自己开门、的会动的雕像,可以自己开门、借助蒸汽唱歌。借助蒸汽唱歌。5 公元公元25-22025-220年,东汉时期,发明了年,东汉时期,发明了“记里鼓车记里鼓车”,它靠传动,它靠传动齿轮和凸轮杠杆等机械驱动,
4、车行一里,车上木人受凸轮的牵动,齿轮和凸轮杠杆等机械驱动,车行一里,车上木人受凸轮的牵动,由绳索拉起木人右臂击鼓,无需人手工测量计程。由绳索拉起木人右臂击鼓,无需人手工测量计程。6 指南车,它与指指南车,它与指南针利用地磁效应不南针利用地磁效应不同,它是利用齿轮传同,它是利用齿轮传动系统,根据车轮的动系统,根据车轮的转动,由车上木人指转动,由车上木人指示方向,不论车子转示方向,不论车子转向何方,木人的手始向何方,木人的手始终指向南方。终指向南方。7 后汉三国时期,后汉三国时期,三国志三国志诸葛亮传诸葛亮传载:载:“九九年,亮复出祁山,以木牛运年,亮复出祁山,以木牛运”,“十二年春,亮悉大十二年
5、春,亮悉大众由斜谷出,以流马运众由斜谷出,以流马运”。 木牛流马木牛流马“口内舌头扭转,即不能动弹;再扭回口内舌头扭转,即不能动弹;再扭回来,复奔跑如飞。来,复奔跑如飞。” “ “搬运粮米,甚是便利。牛马皆不水食,可以昼搬运粮米,甚是便利。牛马皆不水食,可以昼夜搬运不绝也夜搬运不绝也”。8 17381738年,法国天才技师杰克年,法国天才技师杰克戴戴瓦克逊发明瓦克逊发明了一只机器鸭,它会嘎嘎叫,会游泳和喝水,还会了一只机器鸭,它会嘎嘎叫,会游泳和喝水,还会进食和排泄。进食和排泄。进入自动机械时期进入自动机械时期第一次工业革命第一次工业革命1.1.2 1.1.2 近代近代机器人机器人9v 166
6、2年,日本的竹田近江利用钟表年,日本的竹田近江利用钟表技术发明技术发明了自了自动机器玩偶,并在动机器玩偶,并在大阪大阪的道顿堀演出的道顿堀演出。 v 1738年,法国天才技师年,法国天才技师杰克杰克戴戴瓦克逊发明了一只瓦克逊发明了一只机器鸭机器鸭,它会嘎嘎叫,会游泳和喝水,还会进食和排,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。行医学上的分析。 10v 1773年,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路易道罗斯。他们连续推出了自动书写玩偶、自动演奏玩偶等,他们创
7、造的自动玩偶是利用齿轮和发条原理而制成的.v 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。 11v 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。 v 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,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。 12 1920 1920年,捷
8、克作家卡雷尔年,捷克作家卡雷尔卡佩克发表了科幻剧本卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人罗萨姆的万能机器人。卡佩克在剧本中把捷克语。卡佩克在剧本中把捷克语“RobotaRobota”写成了写成了“RobotRobot”,引起了大家的广泛关注,引起了大家的广泛关注,被当成了机器人一词的起源。被当成了机器人一词的起源。 19391939年年 美国纽约世博会上展出了西屋电气公司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制造的家用机器人ElektroElektro。它由电缆控制,可以行。它由电缆控制,可以行走,会说走,会说7777个字,甚至可以抽烟,不过离真正干家务个字,甚至可以抽烟,不过离真
9、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。加具体。13 1950 1950年,美国作家埃萨克年,美国作家埃萨克阿西莫夫在他的科幻小说阿西莫夫在他的科幻小说I I,RobotRobot中首次使用了中首次使用了“RoboticsRobotics” ,即,即“机器人机器人学学”。机器人三定律机器人三定律Three Laws of RoboticsThree Laws of RoboticsA robot may not injure a human being or, through inaction, A robot may not
10、 injure a human being or, through inaction, allow a human being to come to harm. allow a human being to come to harm. 机器人不得伤害人类,或看到人类受到伤害而袖手旁观。机器人不得伤害人类,或看到人类受到伤害而袖手旁观。A robot must obey orders given it by human beings except A robot must obey orders given it by human beings except where such orders
11、would conflict with the First Law. where such orders would conflict with the First Law. 在不违反第一定律的前提下,机器人必须绝对服从人类给与的任何在不违反第一定律的前提下,机器人必须绝对服从人类给与的任何命令。命令。A robot must protect its own existence as long as such A robot must protect its own existence as long as such protection does not conflict with the
12、First or Second Law. protection does not conflict with the First or Second Law. 在不违反第一定律和第二定律的前提下,机器人必须尽力保护自己。在不违反第一定律和第二定律的前提下,机器人必须尽力保护自己。14 19541954年年 美国人(美国人(George C. DevolGeorge C. Devol)乔治)乔治德沃尔德沃尔制造出世界上第一台制造出世界上第一台可编程的机器人可编程的机器人,并在,并在19561956年获得年获得美国专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工美国专利。这种机械手能按照不同的程序从事
13、不同的工作,具有通用性和灵活性。作,具有通用性和灵活性。 19601960年,年,ConderConder公司购买专利并制造了样机。公司购买专利并制造了样机。 1.1.31.1.3 现代机器人现代机器人 现代机器人的研究始于现代机器人的研究始于20世纪中期,其技术背景是世纪中期,其技术背景是计算机和自动化的发展,以及计算机和自动化的发展,以及原子能原子能的开发利用的开发利用。 自自1946年第一台数字年第一台数字电子计算机电子计算机问世以来,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、低价格的方向取得了惊人的进步,向高速度、大容量、低价格的方向发展。发展。 15 1959 195
14、9年年 德沃尔与美国发明家德沃尔与美国发明家约瑟夫约瑟夫英格伯格英格伯格联手制造出联手制造出第一台工业机器人。第一台工业机器人。 1962 1962年,美国万能自动化(年,美国万能自动化(UnimationUnimation)公司的第一台机器)公司的第一台机器人人UnimateUnimate在美国通用汽车公司(在美国通用汽车公司(GMGM)投入使用)投入使用 标志着标志着第一代机器人的诞生第一代机器人的诞生。 1961年,年,Unimation公司(通用机械公司)成立,生产和销售了公司(通用机械公司)成立,生产和销售了第一台工业机器第一台工业机器“Unimate”,即万能自动之意。,即万能自动
15、之意。 随后,成立了世界上第一家机器人制造工厂随后,成立了世界上第一家机器人制造工厂美国万能自动化美国万能自动化(Unimation)公司。由于英格伯格长期对工业机器人的研发和宣传,被)公司。由于英格伯格长期对工业机器人的研发和宣传,被称为称为“工业机器人之父工业机器人之父”。16 1962年,年,A.M.F.(机械与铸造)公司,研制出一台数(机械与铸造)公司,研制出一台数控自动通用机,取名控自动通用机,取名“Versatran”,即多用途搬运之意,即多用途搬运之意,并以并以“Industrial Robot”为商品广告投入市场。与为商品广告投入市场。与Unimation公司生产的公司生产的U
16、nimate一样成为真正商业化的工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。机器人研究的热潮。17传感器的应用传感器的应用19611961年年 恩斯特采用的恩斯特采用的触觉传感器触觉传感器19621962年年 托莫维奇和博尼在世界上最早的托莫维奇和博尼在世界上最早的“灵巧手灵巧手”上用到了上用到了压力传感器压力传感器19631963年年 麦卡锡则开始在机器人中加入麦卡锡则开始在机器人中加入视觉传感系统视觉传感系统19651965年年 MITMIT推出了世界上第一个带有视觉传感器,能识别并定位积推出
17、了世界上第一个带有视觉传感器,能识别并定位积 木的机器人系统木的机器人系统19651965年年 约翰约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制出霍普金斯大学应用物理实验室研制出BeastBeast机器人。能机器人。能 通过声纳系统、光电管等装置,根据环境校正自己的位置通过声纳系统、光电管等装置,根据环境校正自己的位置“有感觉有感觉”的机器人的机器人18 20 20世纪世纪6060年代中期开始,美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱年代中期开始,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。丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。 开始向人工智能进发开始向人工智能进发 1968 1968
18、年年 美国斯坦福美国斯坦福研究所公布他们研发成功研究所公布他们研发成功的机器人的机器人ShakeyShakey。它带有。它带有视觉传感器,成为第一个视觉传感器,成为第一个运用逻辑思维自行定位物运用逻辑思维自行定位物体,并在物体周围移动的体,并在物体周围移动的智能机器人。不过控制它智能机器人。不过控制它的计算机有一个房间那么的计算机有一个房间那么大。大。ShakeyShakey可以算是可以算是世界世界第一台智能机器人。第一台智能机器人。19 1967 1967年,年, UnimationUnimation公司第一台喷涂用机器人出口公司第一台喷涂用机器人出口到日本川崎重工业公司。到日本川崎重工业公
19、司。 1968年,第一台智能机器人年,第一台智能机器人Shakey在斯坦福研在斯坦福研究所诞生。究所诞生。 1972年,年,IBM公司开发出直角坐标机器人。公司开发出直角坐标机器人。 1973年,年,Cincinnati Milacron公司推出公司推出T3型机型机器人。器人。20 1973 1973年年 美国辛辛那提美国辛辛那提. .米拉克龙(米拉克龙(Cincinnati MilacronCincinnati Milacron)公司)公司推出了第一台计算机控制的工业机器人推出了第一台计算机控制的工业机器人-T3-T3,可以力举超过,可以力举超过100100磅磅重的物体,并且可追踪在装配线上
20、工件,被誉为重的物体,并且可追踪在装配线上工件,被誉为“未来工具未来工具” ” 。 第一次机器人和小型计算机结合第一次机器人和小型计算机结合 1978 1978年年 美国万能自美国万能自动化动化UnimationUnimation公司推公司推出通用工业机器人出通用工业机器人PUMAPUMA,标志着工业机器人技术标志着工业机器人技术已经成熟已经成熟。PUMAPUMA至今仍至今仍然工作在工厂第一线。然工作在工厂第一线。21 1978 1978年,第一台年,第一台PUMAPUMA机器人在机器人在UnimationUnimation公司诞生。公司诞生。 1982 1982年,年,Westinghous
21、eWestinghouse公司兼并公司兼并UnimationUnimation公司,随后公司,随后又卖给了瑞士的又卖给了瑞士的StaubliStaubli公司。公司。 19901990年,年,Cincinnati MilacronCincinnati Milacron公司被瑞士公司被瑞士ABBABB公司兼并。公司兼并。22v 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。v 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
22、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。 2324 1997 1997年年7 7月月4 4日,携日,携带火星探路者的飞船着带火星探路者的飞船着陆火星。探路者名叫陆火星。探路者名叫“索杰纳索杰纳”,是一个小,是一个小型机器人轮探测车,型机器人轮探测车,重重1010公斤,造价公斤,造价万美元。它具有人工万美元。它具有人工智能,使用太阳能动力。智能,使用太阳能动力。它的行驶速度最快为每它的行驶速度最快为每分钟英尺。它专找岩分钟英尺。它专找岩石
23、爬,目的是搜集有关石爬,目的是搜集有关岩石成分的数据。岩石成分的数据。 1984 1984年年 英格伯格再推机器人英格伯格再推机器人HelpmateHelpmate,这种机器人能在医院,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:里为病人送饭、送药、送邮件。同年,他还预言:“我要让机器人我要让机器人擦地板,做饭,出去帮我洗车,检查安全擦地板,做饭,出去帮我洗车,检查安全”。25 1998 1998年世界著名玩年世界著名玩具厂商丹麦乐高具厂商丹麦乐高(LEGO)(LEGO)公司推出机器人公司推出机器人(Mind-(Mind-storms)storms)套件,让机器套件,让机器人
24、制造变得跟搭积木一人制造变得跟搭积木一样,相对简单又能任意样,相对简单又能任意拼装,使机器人开始走拼装,使机器人开始走入个人世界,同时掀起入个人世界,同时掀起了机器人教育的热潮。了机器人教育的热潮。26 1999 1999年年 日本索尼公司推出犬型机器人爱宝日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)(AIBO),创造过,创造过2020分钟内卖掉分钟内卖掉30003000只的纪录,被抢购一空,从此娱乐机器人成只的纪录,被抢购一空,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。为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。AIBO-AIBO-人工智能机器人(人工智能机器人(artificial int
25、elligence robotartificial intelligence robot)的缩写)的缩写27 2002 2002年年5 5月月2 2日日, ,纽约证交所,本田制造的名叫阿西(纽约证交所,本田制造的名叫阿西(AsimoAsimo)四)四英尺高的白色机器人摇响开市铃声,庆祝本田在美国上市英尺高的白色机器人摇响开市铃声,庆祝本田在美国上市2525周年,周年,摇响了机器智能时代的开始。摇响了机器智能时代的开始。A Advanced dvanced 新纪元新纪元 S Step in tep in 进入进入 I Innovative nnovative 创新创新 MoMobility bi
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