第28卷 增刊
2002年12月
自 动 化 学 报
ACT A AU T OM A T ICA SIN ICA
V ol.28,Suppl.
Dec.,2002
无所不在的传感与机器人感知1)
葛运建1 张建军1,2 戈 瑜1 吴仲城1 高理富1,2
1(中国科学院合肥智能机械研究所 合肥 230031)
2(中国科学技术大学自动化系 合肥 230031)
(E-mail:yjge@https://www.doczj.com/doc/195761529.html,)
摘 要 传感技术是信息时代信息获取、处理和传输的源头,是“最高意义上的自动化”的技术基础.文中通过概述当今世界上传感器技术的发展与现状,回顾我国机器人传感技术的发展历程,揭示我国在该领域与发达国家的主要差距和发展方向,希望能为促进我国传感技术水平的提高出力.
关键词 传感技术,智能传感器,智能机器人,机器人感知系统
中图分类号 T P273
1)国家自然科学基金(60175027)、攀登计划B特别支持项目、“863”机器人技术主题项目(2001A A423300)资助
收稿日期 2002-04-23 收修改稿日期 2002-08-12
UBIQUITOUS SENSING AND ROBOT PERC EPTION
GE Yun-Jian1 ZH ANG Jian-Jun1,2 GE Yu1 WU Zhong-Cheng1 GAO Li-Fu1,2
1)(I nstitute of Intellig ent M achines,Chinese A cad emy o f S ciences,H e f ei 230031)
2)(Dep artment o f A utomation,Univ er sity of S cience and T echnology of China,H ef ei 230031)
(E-mail:yun jian ge@https://www.doczj.com/doc/195761529.html,)
Abstract Sensing technology is the source f or acquisit ion,processing and transmission of inf ormat ion in t his Info-Era.It is also the t echnical basis of t he“T op-level A ut omat ion”.In t his paper,the stat e of the art and f uture development of t he sensor technology are summarized,and the current domest ic sit uation and development st ag es of sensor technology are review ed.T he major gap bet ween China and w est ern countries and our development direction are described in order t o call up
the eff orts from bot h academy and societ y.
Key words Sensing technology,smart sensor,int elligent robot,robot percept ual syst em
1 引言
21世纪是信息时代,信息时代是信息决定一切,信息无所不在.信息技术是由信息获
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取、信息处理、信息传输三大基本技术组成.随着计算机和网络技术的发展,目前信息处理和信息传输已经基本上做到无所不在,而信息的源头——信息获取的现状离无所不在的要求还有相当大的差距.
信息获取技术说到底就是传感技术,传感技术距离无所不在的差距,一方面表现在传感器在感知信息方面的技术落后,另一方面也表现在传感器自身在智能化和网络化方面的技术落后.
随着现代工业的发展,自动化技术的水平已经成为衡量现代工业发展水平的最重要的标志.早在20世纪90年代末期,宋健同志就指出,智能机器人是最高意义上的自动化.因此,我们可以得到这样一种关系链:
信息时代→信息无所不在→传感无所不在→机器人感知→智能机器人→最高意义上的自动化
2 无所不在的传感
传感技术是新技术革命和信息社会的重要技术基础,现代科技的开路先锋.传感器是流程自动控制系统和信息系统的关键基础器件,其技术水平直接影响到相应系统的水平,自动化技术水平越高,对传感器技术依赖程度就越大,因此在当今世界,传感器技术已是涉及国民经济及国防科研的最重要技术之一,各发达国家都将传感器技术作为本世纪重点技术加以发展.
传感器可以有多种分类方法,按功能可划分为传统传感器和智能传感器;按用途可划分为工业过程控制用传感器和特种传感器.特种传感器目前的代表是机器人传感器.
2.1 传感器发展现状
传感器技术与通信技术、计算机技术共同构成21世纪信息产业的三大支柱.如果说计算机是人类大脑的扩展,那么传感器就是人类五官的延伸.当集成电路、计算机技术取得飞速发展时,人们逐步认识到,作为信息获取装置的传感器没有跟上信息技术的发展,而惊呼“大脑发达、五官不灵”.
从20世纪80年代起,在世界范围内掀起了一股“传感器热”,传感器发展十分迅速,近10几年来其产量及市场需求年增长率平均在10%以上.目前世界上从事传感器研制生产的单位已达到5000余家.美国、欧洲、俄罗斯各自拥有1000余个从事传感器研究和生产的厂家,日本有800余家.
我国传感器的研制开发虽然起步不晚,但受到国民经济发展水平及资金的限制,以及在实际上对其重要性认识的误区,致使传感器行业技术还很落后.目前我国从事传感器开发生产的单位达到1300余家,研究开发领域包括光敏、热敏、力敏、电压敏、磁敏、气敏、湿敏、声敏、射线敏、离子敏、生物敏以及各种传感器、变送器、二次仪表等多种类型,主要产品有3000多种.1990年传感器产量达到1亿只,产值是5.8亿元,利税1.7亿元,预计到2010年我国传感器产量将达到约10亿只,产值约为60亿元,并有少量可供出口.尽管我国传感器的研究与发展有了很大的进步,但与发达国家相比还有很大差距,主要表现在产品的质量、生产规模、市场开发、销售等方面[1].
综观我国传感器产业,主要存在以下两个问题.
1)在产业结构方面主要是企业分散、实力不强、市场开拓不力.我国传感器研究和生产
单位形成规模的寥寥无几,多数是低水平的重复.传感器属于多学科交叉、技术密集的高技术产品,其技术水平决定于科学研究的水平,而我国在传感器研究方面投资强度偏低,科研设备落后,加之科研和生产脱节,影响了科研成果的转化,使我国传感器产品综合实力较低.世界传感器的种类约有2万种,而我国目前仅有3000多种,现有产品在长期稳定性和可靠性的水平方面也与国外有较大差距,限制了其应用领域和产业的发展.
2)在产业格局方面厂商多,大规模的企业少,传感器品种多,档次不高.我国研制、生产和销售传感器、执行器与变送器的厂家中,代理商、销售商占相当部分,还包括若干外国公司驻华商社,专业公司很少.我国的1000多种传感器,950多种元器件产品,基本涵盖了信息采集的各个领域.但水平还处在国际80年代末或90年代初的水平.
2.2 传感器技术发展趋势
国外发展传感器枝术主要有两条不同途径,一条是以美国为代表的先军工后民用、先提高后普及的路子;另一条是以日本为代表的侧重实用化和商品化,先普及后提高,由引进、消化、仿制到自行改进设计创新的路子.据国内专家评估,我国传感器技术与国外先进国家相比,在科研开发上落后10年,在生产技术上落后15年.国外传感器技术发展较快,主要有以下的原因.
1)功能敏感材料是传感器之本,国外对功能陶瓷、石英、记忆合金、化学气相沉积金刚石、多孔硅、功能高分子、纳米级超细粉末等功能材料研究倍加重视,为新型传感器诞生提供基础.
2)足够的科研经费及高素质的科研人才是传感器研究发展的两大主要支柱.例如,美国霍尼威尔公司的固态传感器发展中心每年用于研究设备的投资达5000万美元,并且大约每三年更新大部分仪器设备.日本认为市场竞争是以技术实力为基础的,经济竞争归根结底是技术的竞争.谁的技术发展快,新产品投资多,谁就能适应市场的发展,在竞争中立于不败之地.
3)传感器原理不难,也不保密,而最保密的是工艺.国外不少媒体认为传感器不是一般的工业产品,而是一种完美的工艺作品.国外的传感器公司普遍不惜重金加强工艺研究,依靠工艺突破保持技术领先.
4)国外厂商对传感器均严格按照各项设计指标进行检验,并建立各种数据建库,形成严格的全面质量管理体系,大大增加传感器的生命力和竞争力.他们还十分重视市场调研分析,调研分析包括应用前景、技术、工艺先进性、可行性、国家或行业优惠政策、投入产出比、综合效益分析、市场需求、综合可行性讨论等方面.
传感技术发展的总趋势被概括为利用新材料、新工艺实现微型化、集成化,利用新原理、新方法实现更多种类的信息获取,再辅以先进的信息处理技术提高传感器的各项技术指标,以适应更广泛的应用需求.微型化、集成化、多功能化、智能化、系统化、网络化、低功能、无线、便携式等将成为新型传感器的显著特点.传感器技术的竞争将从芯片制造工艺转化到封装技术竞争,主要技术正在现有基础上予以延伸和提高.本世纪初,微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术将达到成熟期,光电子技术将进入发展中期,超导电子等新技术将进入发展初期,均为加速研制新一代传感器提供了发展的条件.我国应抓住当前传感器发展的大好机遇,借力信息、环保生态等新兴产业的飞速发展和迅猛崛起,不失时机地开发新产品,使之成为国民经济新的增长点[2].
专家认为,传感器技术今后的发展方向如下[3]:
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1)加速开发新型敏感材料,通过微电子、光电子、生物化学、信息处理等各种学科,各种新技术的互相渗透和综合利用,可望研制出一批基于新型敏感材料的先进传感器;
2)向高精度发展,研制出灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性;
3)向高可靠性、宽温度范围发展,传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能,研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向;
4)向微型化发展,通过发展新的材料及加工技术实现传感器微型化将是近10年研究的热点;
5)向微功耗及无源化发展,开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向;
6)向智能化数字化发展;
7)向网络化、分布式控制发展[4].
2.3 智能传感器与其技术发展
智能传感器是具有一种或多种敏感功能,它能够完成信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通讯,内部可实现自检、自校、自补偿、自诊断等部分功能或全部功能的器件.智能传感器的准确度、稳定性和可靠性都是传统传感器不可比拟的.它的出现也使对传感器硬件性能的苛刻要求有所减轻,因为依靠软件可以帮助提高传感器的性能.近年来,由于大规模集成电路的发展使得可能将传感器与相应的电路都集成到同一芯片上,这种传感器叫做集成化智能传感器[5].
传感技术与智能技术结合之后,使传感器由单一功能、单一检测对象向多功能和多变量测试发展;由被动地进行信号转换向主动控制传感器特性和主动进行信息处理发展;由孤立的元器件概念向系统化、网络化发展,并使传感技术随着无所不在的计算机网络的发展而发展.这种技术上的飞跃不仅使传感器的性能大大提高,而且将带来高额的技术附加值,能够创造较大的经济效益.要实现无所不在的传感,传感器向网络化发展将成为今后研究的热点[6].
3 机器人感知
3.1 机器人和自动化
机器人技术已成为当今应用广泛、发展迅速最引人注目的高技术之一.在加快我国工业化的过程中,发展机器人及自动化装备技术是推进我国经济结构战略性调整、以信息化提升制造与自动化技术水平、加快实现国家工业化的重要举措.
机器人技术是一门综合性高技术,它涉及到控制工程、计算机、人工智能、微电子、传感、新材料、仿生技术等多种学科,是先进制造技术的典型代表.智能机器人,即先进机器人技术被宋健同志称为“当代最高意义上的自动化”,集中反映在“感知(传感器,信息融合)、决策(智能控制)、执行(机构及驱动)和交互(人-机,多机,网络化)”几大技术特征上.近20年来,机器人技术有了很大的发展,特别是工业机器人已经达到产业化水平,但是智能机器人技术尚有相当的基础技术研究问题需要探索,需要解决.
人类的活动领域不断扩大,机器人应用也从制造领域向非制造领域发展.像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求.这些行业与制造业相比,其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性,因而对机器人的要求
更高,需要机器人具有行走功能、对外感知能力以及局部的自主规划能力等,这是机器人技术的一个重要发展方向.
国家“863”计划机器人技术主题专家组在机器人主题“十五”发展纲要中指出:“21世纪初我国国民经济和社会发展对机器人技术和自动化装备技术提出了迫切需求,机器人技术又将在生产和社会应用中获得新发展.发展机器人技术是实现我国传统产业改造升级、实现工业化的需要;是促进我国制造业“两个根本性转变”,实现高技术产业化的需要;是提高军事装备的制造能力、增强国防实力、国家安全与国际地位的需要;是提高人民生活水平的需要;是实现党中央第三步战略目标的需要,是国民经济持续发展的基本保证.因此,发展机器人及自动化装备技术势在必行.”
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机器人、智能机器和自动化装备.这些机器人从外观上已远远脱离了最初工业机器人所具有的形状,更加符合应用领域的特殊要求,但其功能和智能程度却大大超出了工业机器人的范围,从而使机器人及自动化技术呈现出更加广阔的发展空间.
目前全球范围内的工业机器人,以每年30%以上的速度增长,并推动着工业高速发展.机器人技术及相关自动化装备的发展水平和拥有量已成为衡量一个国家工业水平的重要标志.德国机器人学与系统动力学研究所(DLR)的G.Hirzinger 在2000年IARP 研讨会上指出:“人们希望AI 能够推动机器人技术快速发展,使机器人更具智能.但他们忽略了一些事情,例如尽管逻辑决策的作用很大,但传感器的感知与反馈是更高级智能行为的真正基础[7].事实上,工业机器人在很大程度上仍像几年前一样笨”.其言外之意是机器人传感器的应用还很不够,面向应用需求的机器人传感技术研究与开发是先进机器人研究和发展的关键.
从20世纪90年代开始,机器人的研究中出现了一些新的局面,即与其他领域和学科的交叉,特别是与传感器技术、驱动技术、控制技术、通信技术和计算机技术的交叉,新世纪先进机器人的研究无论是从深度还是从广度上来看,都出现多样化趋势.传感技术的进步,将是机器人智能化的关键和特色,特别是新型传感器的应用、多传感器的信息融合等将成为新一代机器人实现更高级智能行为的基础.
我国机器人与制造自动化技术在总体技术水平上仅相当于国外发达国家80年代初的水平.我们今后的任务是:进一步突出和提升国家在世界战略必争的战略性、前沿性、前瞻性的高技术研究地位与影响力;针对影响国民经济基础实施建设与长远发展的领域,全面打破重大成套技术装备长期依赖进口的局面;进一步扩大机器人与制造自动化技术对国民经济建设发展的贡献作用;在若干高附加值的关键部件和共性基础核心技术、相关集成技术获得突破;加强机器人技术对制造业底层自动化的支撑作用;让服务机器人走近非制造业社会,走近老百姓的生活[8]
.
3.2 智能机器人与传感技术
机器人一般有相当于人脑的思维子系统,相当于眼睛、皮肤、耳等功能的感觉子系统,相当于手脚功能的运动子系统.人脑、手足、皮肤、眼睛、耳、舌等的功能在机器人中分别对应于判断、控制、把握、行走、触觉、视觉、听觉、味觉等,各种功能之间有着很强的关联性和依赖性.而使这些功能得以充分发挥的是传感器,例如机器人装配作业,一般要有决定零件安装位置的距离传感器,检测零件形状的视觉或触觉传感器,以及能检测手的把握状态和安装状129增刊 葛运建等:无所不在的传感与机器人感知
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态的滑觉传感器和力觉传感器.机器人能够根据从这些传感器获取的信息做出判断、控制并进行有效工作[9].
我国智能机器人的研究重点在于特种机器人,特种机器人在危险或恶劣环境下工作,要求具有一定的自主能力,这种自主性有赖于感知信息的提供.例如,我国水下机器人的研究已达到国际先进水平,中国科学院沈阳自动化研究所研制了1000米和6000米无人无缆水下机器人和中、小型有缆水下机器人.有缆水下机器人已经形成了系列产品,但由于水下的特殊环境,国内外水下机器人均未见到有完善的力感知系统,使得没有力传感器的水下机器人仍以观察型为主,使水下机器人的应用受到了很大的局限,这已制约着我国作业型水下机器人应用的进一步提高.
在机器人研究前沿中,我国已经建立了若干个研究实验平台,如水下机器人实验平台(中国科学院沈阳自动化所)、步行机器人实验平台(哈尔滨工业大学和国防科技大学)、机器人装配实验平台(上海交通大学)等,这些实验平台的建立为机器人学相关领域的研究和发展提供了良好的基础.但缺少机器人传感器实验平台不能不说有一点缺撼.值得欣慰的是,在“863”机器人技术主题的支持下,中国科学院合肥智能机械研究所正在构筑一个面向各种先进机器人传感器及系统的实验研究平台.
机器人传感器主要包括机器人视觉、力觉、触觉、接近觉、距离觉、姿态觉、位置觉等传感器,由于机器人视觉研究的重要性和复杂性,一般将机器人视觉研究单独列为一个学科,所以我们讨论的机器人传感技术主要是指机器人非视觉传感技术.与大量使用的工业检测传感器相比,机器人传感器对传感信息的种类和智能化处理的要求更高.无论研究与产业化,均需要有多种学科专门技术和先进的工艺装备作为支撑.
临场感技术是以人为中心,通过各种传感器将远地机器人与环境的交互信息(包括视觉、力觉、触觉、听觉等)实时地反馈到本地操作者处,生成和远地环境一致的虚拟环境,使操作者产生身临其境的感受,从而实现对机器人带感觉的控制,完成作业任务.临场感的实现不仅可以满足高技术领域发展的急需,如空间探索、海洋开发,以及原子能应用,而且可以广泛地应用于军事领域和民用领域,因此,临场感技术已成为目前机器人传感技术研究的热点之一.
经过数年的努力,我国机器人传感技术在原有的相关研究基础近乎空白的情况下,有了长足的进步,研究和发展均取得了可喜的成就.
在我国机器人传感技术发展的历程中,“863”智能机器人传感技术网点实验室发挥了重要作用.该实验室是“863”智能机器人主题的七个网点实验室之一,依托于中国科学院合肥智能机械研究所,于1988年筹建,1991年初步建成并对外开放运行.自1991年以来,实验室组织全国10多个大学和科研单位的研究人员,资助各类传感器及相关技术的研究课题40多项.这些课题主要是对智能机器人主题下达的基础研究和应用开发课题的补充和支撑,课题内容涉及机器人的多维力觉、触觉、滑觉、距离觉、姿态觉、温觉及视觉应用等传感器的研究,采用了力学、电子学、光学、机械、超声、生物等多种技术,应用了专家系统、神经网络、模糊理论、信息融合等方法,使我国机器人传感器研究的布局更全面合理,为机器人传感器的研究和发展奠定了技术基础.实验室支持的多数课题的研究成果,或解决了当前机器人研究的燃眉之急,或填补了国内相关方面研究的空白,取得了一批具有国际先进水平的成果,具备了小批量制造一些先进传感器的能力,其技术内容几乎覆盖了机器人传感技术的全部,并培养和组建了一支初具规模的研究队伍.
我国机器人传感器的主要代表如下[10].
1)六维力/力矩传感器系列
六维力传感器是机器人最重要的外部传感器之一,它能同时获取三维空间的全部力分量信息,被广泛用于力/位置控制、轴孔配合、轮廓跟踪及双机器人协调等机器人控制之中.80年代末,西方巴黎经济统筹委员会还对我国和东欧各国禁运该类产品.中国科学院、国家基金委、国家“863”计划等先后多次资助该类项目的研究,研究成果包括:六维腕力传感器、六维/多维指力传感器、六维/多维脚力传感器等,其中中国科学院合肥智能机械所研制的SAFM S 型系列六维腕力/指力传感器已成为国内各智能机器人研究单位的首选,并有少量输出海外.
2)触觉传感器系列
触觉传感器通过接触方式去感知目标物的表面形貌特征、接触力信息,进而实现目标识别、判别接触位置以及有无滑动的趋势等,是一种与视觉相互补的感觉功能.我国已研制成功光学阵列触觉传感器、触觉临场感实验系统、多功能类皮肤触觉传感器、主动式触觉实验系统、机器人自动抓握和分类物体系统等,这些成果在利用新技术、新工艺、新方法等方面都取得了突破性进展.
3)位置/姿态传感器系列
位置/姿态传感器用于对机器人和机器人末端执行器的位置和姿态的判断.我国已成功研制出气流式倾角传感器、液体倾角传感器、激光轴角编码器、超声、激光、红外测距传感器等,其中气流式倾角传感器已实用于机器人姿态控制; 58mm 光学倍频激光轴角编码器,无电细分的原始角分辨率达到162000P/R,将我国机器人位置传感器的制造技术带入世界先进水平行列.
4)带有力和触觉临场感的机器人装配作业平台
该平台实现了操作员操作机器人主手,通过远距离的从手完成目标搜索、抓取操作时有亲临作业现场的力/触感觉;首次实现了六维腕力传感器的动态补偿,使其动态响应小于5毫秒;将运动视觉与超声测距相结合的方法用于机器人作业中的工件识别、定位与抓取,使机器人作业能适应非结构化环境和复杂的工艺过程.
3.3 近期我国机器人传感器研究的重点问题
根据我国机器人技术发展的需要,以下力及相关传感器将是近期我国机器人传感器研究的重点:
1)水下机器人力感知系统,在高静水压和具有腐蚀性的深海作业,必然对所需的力传感器提出许多苛刻的要求,这将是一个极富挑战性的课题;
2)空间机器人力感知系统,针对空间舱外作业型机器人,目前还没有实用化的力感知系统,主要原因在于传统的应变式力传感器无法适用空间的高真空、高温差、高辐射环境[11]
;
3)柔顺运动控制用柔性力/力矩传感器,这种传感器有可能从传感器反馈方面去实现力/位置混合控制的柔顺运动;
4)多指灵巧手或传感化的末端执行器用的小型多维指力/力矩传感器,这种传感器用于多指灵巧手和传感化的末端执行器融为一体的先进自动化工具;5)多维加速度传感器可看成是一种测量多分量惯性力信息的多维力/力矩传感器,其信息可用于机器人运动中的惯性力补偿、重力补偿甚至直接由加速度反馈控制;131
增刊 葛运建等:无所不在的传感与机器人感知
132自 动 化 学 报 28卷
6)以力觉/触觉临场感为特色的虚拟现实I/O工具对恶劣环境下的遥操作机器人、大时延控制的空间机器人具有重要意义,它使操作人员对虚拟环境和远距离环境不仅看得见,而且摸得着;
7)微机器人研究将突破人类操作能力的尺度极限,将人类带入微米、纳米世界.随着微机器人、微驱动系统研究和应用的进展,对微型多维力/力矩传感器的需求也必然增加.
3.4 机器人传感器的产业化发展
目前机器人产业对传感器的需求量不大,使机器人传感器产业形成的经济可行性尚不具备.因此,机器人传感器产业化的问题就须另辟蹊径.将研究成果辐射和转换面向其它应用领域,研制适合于工业、交通、体育、医学等多种行业的检测和传感装置.如利用六维力传感原理,中国科学院合肥智能机械所与沈阳体育学院合作研制开发出“运动员全力测试平台”和“多维力动态测试平台”,可广泛用于体育科研、训练和运动生理医学等方面,已在我国国家举重队和国家射击队实际使用,并为我国悉尼奥运夺金牌计划的实现做出了贡献;利用光学阵列触觉传感器,北京理工大学开发出触觉指纹传感器,有望在信息安全方面取得突破性进展,受到有关单位的高度重视;北京信息工程学院研制的气流式倾角传感器在导弹、坦克、舰船等的姿态参考系统和地面雷达控制系统找到用武之地,也可用于测量道路、桥梁、矿井及房屋、建筑的倾斜度;它们为机器人传感器产业化方向提供了良好的开端.
3.5 机器人传感技术的未来发展趋势
未来机器人传感技术的研究,除不断改善传感器的精度、可靠性和降低成本等努力外,热点可能会随着机器人技术转向微型化、智能化,以及应用领域从工业结构环境拓展至深海、空间和其它人类难以进入的非结构环境,使机器人传感技术的研究与微电子机械系统、虚拟现实技术有更密切的联系.同时,对传感信息的高速处理、多传感器融合和完善的静、动态标定测试技术也将会成为机器人传感器研究和发展的关键技术.
另外,随着机器人技术的发展,适应未来机器人的感知系统及相关研究将成为我们的主要任务.可以预见的未来机器人及相关研究包括以下方面.
1)多智能体机器人,工业系统正向大型、复杂、动态和开放的方向转变,传统的工业系统和多机器人技术遇到了严重的挑战.分布式人工智能(Distributed Artificial Intelligence, DAI)与多智能体系统(M ulti-Agent System,MAS)理论为解决这些挑战提供了一种最佳途径.将DAI和MA S应用于工业和多机器人系统的结果,便产生了一门新兴的机器人技术领域——多智能体机器人系统(M ulti-Ag ent Robot System,M ARS).在多智能体机器人系统中,最集中和关键的问题表现在其体系结构、相应的协调合作机制以及感知系统的规划和协商等.
2)网络机器人,通信网络技术的发展完全能够将各种机器人连接到计算机网络上,并通过网络对机器人进行有效地控制.这种技术包括网络遥操作控制技术、网络化传感器和传感器网络化技术、众多信息组的压缩与扩展方法及传输技术等[12].
3)机器人虚拟遥操作和虚拟传感器,许多特种机器人在使用时,遥控是一个主要手段.基于多传感、多媒体和虚拟现实、临场感的虚拟遥控操作和人机交互,将成为需要共同发展的一项技术.
虚拟传感器是对真实物理传感器的抽象表示,通过虚拟传感器可利用计算机软件仿真各种类型的机器人传感器,实现基于虚拟传感信息的控制操作.机器人虚拟传感器概念的提出并实际应用于机器人的实际控制操作,可望大大缓解目前由于缺少某些种类的传感器信
息,或由于操作环境极端恶劣目前还不能提供在该环境下工作的传感器信息而不能实现的机器人理想操作控制的矛盾.并且,随着虚拟传感器研究的不断深入和功能完善,也有可能,今后由虚拟传感器完全取代或部分取代某些实际的物理传感器,使机器人感知系统的构成大大简化、功能大大增强、成本大大降低.
4 结束语
目前我国传感器第一大用户冶金行业所需100种专用高附加值传感器几乎全部依靠进口.我国的化工行业、安全监测等传感器领域几乎全部被美国公司所占据.未来的发展给了我们机遇与挑战并存,我们应大力呼吁各级领导更加重视传感器技术的发展,加大投资力度,加快建设步伐,抓紧产业技术改造和产品结构调整,紧紧依靠科技进步,重视基础研究,注重多学科的交叉研究,主动、积极拓宽传感器技术在信息、环保、国防、医疗、能源、化工、冶金、交通、机械等领域的应用,跟踪国外传感器最新的技术发展,使我国传感器技术研究迈上新台阶,为我国的国民经济发展和国防现代化建设做出应有贡献.
我们希望通过机器人技术、传感技术、计算机技术与智能技术等的结合和学科交叉,以研制出多种实用的先进机器人为创新目标,重点进行先进机器人的控制、结构及其感知系统的基础性、前瞻性、战略性研究,为形成我国具有自主知识产权的先进机器人大产业提供源源不断的理论基础和技术支持,并使我国先进机器人研究从理论和应用都达到发达国家的水平,甚至达到国际领先水平.
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葛运建 研究员,博士生导师.主要研究方向为机器人学、传感技术、虚拟现实、计算机应用.
张建军 博士研究生.主要研究方向为机器人学、虚拟现实、计算机应用.
戈 瑜 研究员.主要研究方向为机器人学、传感技术、虚拟现实.
吴仲城 博士后.主要研究方向为机器人学、传感技术、精密机械.
高理富 博士研究生.主要研究方向为机器人学、传感技术、计算机应用.133增刊 葛运建等:无所不在的传感与机器人感知
工业机器人工作站系统集成技术 一、说明 1．课程的性质和内容 《工业机器人工作站系统集成技术》课程是技师学院工业机器人应用与维护专业的专业课。主要内容包括：模块一工业机器人码垛工作站系统集成、模块二工业机器人涂胶装配工作站系统集成、模块三工业机器人装配工作站系统集成。 2．课程的任务和要求 本课程的主要任务是培养学生熟练操作ABB机器人，能够独立完成机器人的基本操作，能够根据工作任务对ABB机器人进行程序编写，为学生从事专业工作打下必要的专业基础。 （1）通过本课程的学习，学生应该达到以下几个方面的专业基础。 （2）熟悉ABB机器人安全注意事项，掌握示教器的各项操作。 （3）掌握ABB机器人的基本操作，理解系统参数配置；学会手动操纵。 （4）掌握ABB机器人的I/O标准板的配置，学会定义输入、输出信号，了解Profibus适配器的连接。 （5）掌握ABB机器人的各种程序数据类型，熟悉工具数据、工件坐标、有效载荷数据的设定。 （6）掌握RAPID程序及指令，并能对ABB机器人进行编程和调试。 （7）熟悉ABB机器人的硬件连接。 3.教学中应该注意的问题 （1）本课程的教学以ABB机器人的应用。维护为主，注意培养学生对机器人编程和维护的能力。 （2）在本课程的教学中应该注意培养学生的逻辑思维能力。 （3）编程教学时，应让学生重点掌握机器人的数据类型和指令功能。二、学时分配表
三、课程内容及要求 模块一工业机器人码垛工作站系统集成 教学要求 1．了解工业机器人码垛工作站的组成。 2．掌握码垛工作站的机械装配。 3．掌握码垛工作站系统编程。 教学内容 任务1 认识码垛工业机器人工作站 任务2 筛选皮带机构的组装、接线与调试 任务3 立体码垛单元的组装、程序设计与调试 任务4 步进升降机构的组装、接线与调试 任务5 检测排列单元的程序设计与调试 任务6 机器人单元的程序设计与调试 任务7 机器人自动换夹具的程序设计与调试 任务8 机器人轮胎码垛入仓的程序设计与调试 任务9 机器人车窗分拣及码垛程序设计与调试 任务10 工作站整机程序设计与调试 教学建议 本项目的主要教学目标是使学生对码垛工作的有系统认识和形成编程逻辑。讲授是，注意结合简单的实例阐述本课程的作用，对于理论的知识可以先作简单的介绍，在后面的教学中再进一步深化。 模块二工业机器人涂胶装配工作站系统集成 教学要求 1．了解工业机器人涂胶工作站的组成。 2．掌握涂胶工作站的机械装配。 3．掌握涂胶工作站系统编程。 教学内容 任务1 认识涂装工业机器人 任务2 上料涂胶单元的组装、程序设计与调试 任务3 多工位旋转工作台的组装、程序设计与调试 任务4 机器人单元的程序设计与调试 任务5 机器人自动换夹具的程序设计与调试 任务6 汽车车窗框架预涂胶的程序设计与调试 任务7 机器人拾取车窗并涂胶的程序设计与调试 任务8 机器人装配车窗的程序设计与调试
机器人视觉传感技术及应用 摘要：机器人视觉技术是指机器人工作时通过视觉传感器对环境物体获取视觉信息，让机器人识别物体来进行各种工作。本文介绍了机器人技术中所常用的视觉传感器的种类、结构。原理和功能。介绍了弧焊机器人视觉传感技术较为前沿的一些应用和研究，包括焊缝跟踪和获取熔池信息。简要说明了视觉技术在农业采摘机器人方面的应用。 关键词：机器人、视觉、弧焊、采摘机器人 1．绪论 机器人视觉是使机器人具有视觉感知功能的系统。机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的一维、二维和三维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确定其位置及各种状态。机器人视觉视觉侧重于研究以应用为背景的专用视觉系统，只提供对执行某一特定任务相关的景物描述。机器人视觉硬件主要包括图像获取和视觉处理两部分，而图像获取由照明系统、视觉传感器、模拟－数字转换器和帧存储器等组成。根据功能不同，机器人视觉可分为视觉检验和视觉引导两种，广泛应用于电子、汽车、机械等工业部门和医学、军事领域。 2. 机器人常用的视觉传感器 2.1光电二极管与光电转换器件 图2.1是pn型光电二级管的结构。如果让光子射入半导体的pn结边界耗尽层，就会激励起新的空穴。利用电场将空穴和电子分离到两侧，就可以的到与光子量成比例的反向电流。Pn型元件的优点是暗电流小，所以被广泛用于照度计和分广度计等测量装置中。
图2.1 pn型光电二极管结构 在高响应的发光二极管中pin结型与雪崩型。前者在pn结边界插入一个本征半导体i 层取代其耗尽层。给它施加反向偏压，可以减少结电容，获得高速响应；而后者是在pn结上加100伏左右的反向偏置电压产生强电场，激励载流子加速，与原子碰撞产生电子雪崩现象。这些高速型二极管的响应速度很快，能用于高速光通信等。 2.2 PSD PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感探测器）是测定入射光位置的传感器，由发光二级管、表面电阻膜、电极组成。入射光产生的光电流通过电阻膜到达元件两端的电极，流入各个电极的电流与电阻值存在对应关系，而电阻值又与光的入射位置及到各个电极距离成比例，因此根据电流值就能检测到光入射的位置。PSD元件中有一维和二维两种，它们都具有高速性，但要注意入射到开口部分的散射光的影响。 2.3CCD图像传感器 电荷耦合器件（CCD：Charge Coupled Device）图像传感器是由多个光电二极管传送储存电荷的装置。它有多个MOS（Metal Oxide Semiconductor）结构的电极，电荷传送的方式是通过向其中一个电极上施加与众不同的电压，产生所谓的势阱，并顺序变更势阱来实现的。根据传送电荷需要的脉冲信号的个数，施加电压的方法有两相方式和三相方式。 CCD图像传感器有一维形式的，是将发光二极管和电荷传送部分一维排列制成的。此外还有二维形式的，它可以代替传统的硒化镉光导摄像管和氧化铅光电摄像管二维传感器。二维传感器属于水平和垂直传送电荷传感器，传送方式有行间传送、帧—行间传送、帧传送及全帧传送四种方式。 图2.2所示为行间传送方式，采取一维摄像区域（接收部分）与传送区域平行布置结构
智能移动机器人的现状和发展 姓名 学号 班级：
智能移动机器人的现状及其发展 摘要：本文扼要地介绍了智能移动机器人技术的发展现状，以及世界各国智能移动机器人的发展水平，然后介绍了智能移动机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能移动机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能移动机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能移动机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能移动机器人；发展现状；应用；趋势 1引言 机器人是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。智能移动机器人则是一个在感知 - 思维 - 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能移动机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能 力。智能移动机器人与工业机器人的根本区别在于，智能移动机器人具有感知功 能与识别、判断及规划功能[1] 。 随着智能移动机器人的应用领域的扩大，人们期望智能移动机器人在更多领 域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能移动机器人所处的环境 往往是未知的、很难预测。智能移动机器人所要完成的工作任务也越来越复杂; 对智能移动机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。目前，国内外对 智能移动机器人的研究不断深入。 本文对智能移动机器人的现状和发展趋势进行了综述，分析了国内外的智能 移动机器人的发展，讨论了智能移动机器人在发展中存在的问题，最后提出了对 智能移动机器人发展的一些设想。 1
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910293212.6 (22)申请日 2019.04.12 (71)申请人 黄河水利职业技术学院 地址 475004 河南省开封市东京大道1号 (72)发明人 张天鹏 张研 盛任 (74)专利代理机构 重庆市信立达专利代理事务 所(普通合伙) 50230 代理人 包晓静 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称一种工业机器人的多元感知信息处理系统及方法(57)摘要本发明属于工业机器人技术领域，公开了一种工业机器人的多元感知信息处理系统及方法，包括：供电模块、摄像模块、指令输入模块、语音采集模块、主控模块、驱动模块、执行模块、空间定位模块、故障诊断模块、声控模块、能效评测模块、显示模块。本发明通过声控模块采用小波去噪的方法来去除语音信号中大部分噪声，大大提高对操作人员语音指令的识别率，并且利用本体来进行语义解析，提升声控效果；同时，通过能效评测模块对工业机器人能效进行专业评测，适用性以及针对性更强、准确性更高；得到的能效值还可以作为工业机器人的节能评价指标，一方面为工业机器人的高能效化发展提供理论支持，另 一方面对节能环保有一定的促进作用。权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 109866226 A 2019.06.11 C N 109866226 A
1.一种工业机器人的多元感知信息处理方法，其特征在于，所述工业机器人的多元感知信息处理方法包括： 第一步，利用摄像器对空间进行扫描摄像操作；指令输入模块利用输入设备输入工业机器人控制指令数据；语音采集模块利用麦克风采集工作人员的声音数据； 第二步，主控模块通过驱动模块利用动力装置和传动机构对工业机器人进行驱动操作；通过执行模块利用机械臂进行执行工业作业任务；通过空间定位模块利用空间定位器控制机械臂进行空间定位操作；通过故障诊断模块利用诊断电路诊断工业机器人故障信号；通过声控模块利用声音识别控制器根据语音指令控制工业机器人；然后，通过能效评测模块利用评测程序评估工业机器人的能效数据信息； 第三步，显示模块利用显示器显示摄像数据、指令、故障信号、能效评测数据。 2.如权利要求1所述的工业机器人的多元感知信息处理方法，其特征在于，所述工业机器人的多元感知信息处理方法的声控控制方法如下： (1)工业机器人通过设置在其头部的麦克风阵列接收操作人员发出的声音信号； (2)对麦克风阵列采集的声音信号进行采样，并对采样后的声音信号进行小波变换去噪处理； (3)对去噪后的声音信号进行语义解析，获取其中的语音指令，机器人根据此语音指令进行相应的操作。 3.如权利要求1所述的工业机器人的多元感知信息处理方法，其特征在于，所述工业机器人的多元感知信息处理方法的采用小波去噪方法进行去噪的具体过程为： a)对采样后的声音信号进行小波分解，把信号分解到多尺度； b)小波分解高频系数的阈值量化； c)过滤后的声音信号的小波重构。 4.如权利要求1所述的工业机器人的多元感知信息处理方法，其特征在于，所述工业机器人的多元感知信息处理方法的能效评测方法如下： 1)获取整个测试过程中电能，即为供给能，记为W 输入； 2)确定输出有效能的计算和测试方法：针对工业机器人的输出方式制定对应的输出有效能计算和测试方法； 3)计算输出有效能：计算得到工业机器人的有效能标称值，记为W 输出； 4)计算工业机器人能效：基于步骤1)和步骤3)获取的耗电量W 输入和有效能标称值W 输出， 根据以下公式计算工业机器人能效： 5.一种基于权利要求1所述工业机器人的多元感知信息处理方法的工业机器人的多元感知信息处理系统，其特征在于，所述工业机器人的多元感知信息处理系统包括： 供电模块，与主控模块连接，用于为工业机器人进行供电； 摄像模块，与主控模块连接，用于通过摄像器对空间进行扫描摄像操作； 指令输入模块，与主控模块连接，用于通过输入设备输入工业机器人控制指令数据；语音采集模块，与主控模块连接，用于通过麦克风采集工作人员的声音数据； 权 利 要 求 书1/2页2CN 109866226 A
一、机器人系统集成介绍 1.机器人工业化模式 工业机器人系统集成商处于机器人产业链的下游应用端，为终端客户提供 应用解决方案，其负责工业机器人应用二次开发和周边自动化配套设备的集成，是工业机器人自动化应用的重要组成。只有机器人本体是不能完成任何工作的，需要通过系统集成之后才能为终端客户所用。 相较于机器人本体供应商，机器人系统集成供应商还要具有产品设计能力、对终端客户应用需求的工艺理解、相关项目经验等，提供可适应各种不同应用 领域的标准化、个性化成套装备。从产业链的角度看，机器人本体（单元）是 机器人产业发展的基础，而下游系统集成则是机器人商业化、大规模普及的关键。本体产品由于技术壁垒较高，有一定垄断性，议价能力比较强，毛利较高。而系统集成的壁垒相对较低，与上下游议价能力较弱，毛利水平不高，但其市 场规模要远远大于本体市场。 工业机器人产业化过程中，可以归纳为三种不同的发展模式，即日本模式、欧洲模式和美国模式。 日本模式：各司其职，分层面完成交钥匙工程。即机器人制造厂商以开发 新型机器人和批量生产优质产品为主要目标，并由其子公司或社会上的工程公 司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统，并完成交钥匙工程； 欧洲模式：一揽子交钥匙工程。即机器人的生产和用户所需要的系统设计 制造，全部由机器人制造厂商自己完成； 美国模式：采购与成套设计相结合。美国国内基本上不生产普通的工业机 器人，企业需要时机器人通常由工程公司进口，再自行设计、制造配套的外围 设备，完成交钥匙工程中国与美国类似，机器人公司集中在机器人系统集成领域。 目前，国内的机器人企业多为系统集成商。根据国际经验来看，国内的机 器人产业发展更接近于美国模式，即以系统集成为主，单元产品外购或贴牌， 为客户提供交钥匙工程。与单元产品的供应商相比，系统集成商还要具有产品 设计能力、项目经验，并在对用户行业深刻理解的基础之上，提供可适应各种 不同应用领域的标准化、个性化成套装备。 中国机器人市场基础低、市场大。中国机器人产业化模式较可行的是从集 成起步至成熟阶段采用分工模式。即美国模式（集成）-日本模式（核心技术）-德国模式（分工合作）。 2.工业机器人集成产业应用方向
更多论文请加QQ 1634189238 492186520 第一章绪论 1.1 工业机器人的发展及分类 1.1.1 工业机器人的发展 工业机器人的发展通常可规划分为三代： 第一代工业机器人：通常是指目前国际上商品化与使用化的“可编程的工业机器人”，又称“示教再现工业机器人”，即为了让工业机器人完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需要的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业顺序和作业时间等），通过直接或间接手段，对工业机器人进行“示教”，工业机器人将这些知识记忆下来后，即可根据“再现”指令，在一定精度范围内，忠实的重复再现各种被示教的动作。1962年美国万能自动化公司的第一台Unimate工业机器人在美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代工业机器人的诞生。 第二代工业机器人：通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）功能的“智能机器人”。即有传感器得到触觉、力觉和视觉等信息计算机处理后，控制机器人的操作机完成相应的适当操作。1982年美国通用汽车在装配线上为工业机器人装备了视觉系统，从而宣布了新一代智能工业机器人的问世。 第三代工业机器人：即所谓的“只治式工业机器人”。它不仅具有感知功能，而且还有一定的决策及规划能力。第一代工业机器人目前仍处在实验室研究阶段。工业机器人经历了诞生---成长---成熟期后，已成为制造业中不可缺少的核心装备，世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在个条生产线上，特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途发特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人的操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术、生产了部分机器人的关键元器件，开发出喷漆、焊弧、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台配套喷漆机器人在二十与家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。 但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。 1.1.2 工业机器人的分类 工业机器人按不同的方法可分下述类型 工业机器人按操作机坐标形式分以下几类：（坐标形式是指操作机的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式。）
十大优秀工业机器人系统集成商 分析 十大优秀工业机器人系统集成商分析 工业机器人产业是一个集系统集成、先进制造和精密配套融合一体的产业，是一个需要技术、制造、研发沉淀经验的行业。从我国机器产业链发展来看，由于受核心技术限制等多方面因素影响，我国工业机器人产业目前获得突破的主要为系统集成领域。国内一些领先企业从集成应用开始，主要借助对国内市场需求、服务等优势，逐渐脱颖而出，取得了不错的市场成绩。笔者对获得2013年十大优秀工业机器人系统集成商的发展概况及主要产品进行了简单归纳分析，以飨读者。 1、佛山市利迅达机器人系统有限公司（简称：利迅达） 佛山市利迅达机器人系统有限公司是从事机器人系统自动化集成和工业智能化设备研发、生产的高科技企业。公司筹备于2008年，于2010年4月正式成立，经过数年迅猛增长，已发展成为华南地区乃至国内规模最大，实力最强的专业工业机器人应用系统集成商。
利迅达与欧州多家高技术企业的机器人系统研发生产企业战略合作，令利迅达由一开始就在一个国际级的高起点上，再根据中国市场实际，研发出一系列具自有知识产权的全新意念的金属产品表面处理综合系统。其中“机器人打磨拉丝 系统”被评为2011年广东省高新技术产品；“机器人智能化焊接系统”被评为2012年广东省高新技术产品。公司为顺德区百家智能制造工程试点示范企业，在2013年被认定为国家级高新技术企业。 2、厦门思尔特机器人系统有限公司（简称：思尔特） 思尔特创建于2004年6月，位于厦门集美灌南工业区，是厦门市高新技术企业。思尔特多年来为中联、徐工、柳工、厦工、龙工、玉柴等多家国内大中型企业服务，设计制造出技术先进的机器人系统。 2009年，思尔特在上海成立全资子公司上海思尔特机器人科技有限公司，针对冲压机、折弯机、压铸机、弯管机、热锻机等机床的自动上下料生产线的研发、设计、制造。 2010年，思尔特决定打造西南区制造基地，于2010年7月注册成立全资子公司成都思尔特机器人科技有限公司。成都思尔特是西南地区首家专业机器人系统集成商，具有年集成200套机器人系统的能力，主营方向为汽车零部件及薄板焊接的机器人应用。 3、无锡丹佛数控装备机械科技有限公司（简称：丹佛） 无锡丹佛数控装备机械科技有限公司成立于2010年，现阶段主要经营项目分别为：abb工业机器人、韩国现代工业机器人、焊接机器人、搬运机器人、涂装机器人、机床上下料机器人、码垛机器人、焊接机器人、机器人取毛刺等等，同时为客户提供夹具设计制造及交钥匙工程。 丹佛又与几家大型的融资企业签订战略合作合伙，为那些有订单有市场而没有太多
第1章人工智能概述课后题答案 1.1什么是智能?智能包含哪几种能力？ 解：智能主要是指人类的自然智能。一般认为，智能是是一种认识客观事物和运用知识解决问题的综合能力。 智能包含感知能力，记忆与思维能力，学习和自适应能力，行为能力 1.2人类有哪几种思维方式?各有什么特点？ 解：人类思维方式有形象思维、抽象思维和灵感思维 形象思维也称直感思维，是一种基于形象概念，根据感性形象认识材料，对客观对象进行处理的一种思维方式。 抽象思维也称逻辑思维，是一种基于抽象概念，根据逻辑规则对信息或知识进行处理的理性思维形式。 灵感思维也称顿悟思维，是一种显意识与潜意识相互作用的思维方式。 1.3什么是人工智能?它的研究目标是什么？ 解：从能力的角度讲，人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现智能；从学科的角度看，人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，使它能模拟、延伸和扩展人类智能的学科。 研究目标： 对智能行为有效解释的理论分析； 解释人类智能； 构造具有智能的人工产品； 1.4什么是图灵实验？图灵实验说明了什么？ 解：图灵实验可描述如下，该实验的参加者由一位测试主持人和两个被测试对象组成。其中，两个被测试对象中一个是人，另一个是机器。测试规则为：测试主持人和每个被测试对象分别位于彼此不能看见的房间中，相互之间只能通过计算机终端进行会话。测试开始后，由测试主持人向被测试对象提出各种具有智能性的问题，但不能询问测试者的物理特征。被测试对象在回答问题时,都应尽量使测试者相信自己是“人”，而另一位是”机器”。在这个前提下，要求测试主持人区分这两个被测试对象中哪个是人，哪个是机器。如果无论如何更换测试主持人和被测试对象的人，测试主持人总能分辨出人和机器的概率都小于50%，则认为该机器具有了智能。 1.5人工智能的发展经历了哪几个阶段？ 解：孕育期，形成期，知识应用期，从学派分立走向综合，智能科学技术学科的兴起
多年质保操作简单方便快捷—————————————————————————————————————————————随着我们生产设备的进步，越来越多的企业希望能够更好的利用非人力资源，因为用人成本一年比一年增加，而工业机器人的出现正能将中国工业推向机械自动化、无人化并且创造更高的附加值。接下来由安徽泰珂森智能装备科技有限公司为您简单介绍其系统集成商排名，希望能给您带来一定程度上的帮助。 No.1安徽泰珂森智能装备科技有限公司 公司不断拓展科研和创新能力，产品和服务涉及工业视觉检测，工业机器人自动化应用工程，工业机器人周边产品研发等领域。 No2.拓科智能 深圳市拓科智能科技有限公司于2015年成立，16年3月深圳龙华办公厂房启用，而6月上海分公司成立，年底东莞松山湖生产基
多年质保操作简单方便快捷—————————————————————————————————————————————地启用。目前主要在手机、笔记本电脑、平板电脑、音响、电视机等3C数码产品的智能自动化生产设备、智能自动化检测设备领域。 作为新锐公司，拓科智能在3C电子行业拥有“自动USB插拔烧录设备”、“手机包装线”“手机PCBA测试线”“MMI”“自动手机标签贴附设备”等诸多硬件，并理提供软硬件系统集成解决方案。 No.3利迅达 作为一家以打磨抛光用工业机器人起家的系统集成商，自2008年筹建至今，广东利迅达机器人系统股份有限公司一直在不断拓宽自身在机器人领域的版图。 安徽泰珂森智能装备科技有限公司集机械手、工业机器人系统集成研发、制造、销售、自动化控制工程承包于一体的综合性自动化技术企业。公司在自动化领域具备充足的技术研发能力和丰富的项目经
机器人最实用的10种传感器盘点 随着智能化的程度提高，机器人传感器应用越来越多。智能机器人主要有交互机器人、传感机器人和自主机器人3种。从拟人功能出发，视觉、力觉、触觉最为重要，早已进入实用阶段，听觉也有较大进展，其它还有嗅觉、味觉、滑觉等，对应有多种传感器，所以机器人传感产业也形成了生产和科研力量。 内传感器 机器介机电一体化的产品，内传感器和电机、轴等机械部件或机械结构如手臂（Arm）、手腕（Wrist）等安装在一起，完成位置、速度、力度的测量，实现伺服控制。 位置（位移）传感器 直线移动传感器有电位计式传感器和可调变压器两种。角位移传感器有电位计式、可调变压器（旋转变压器）及光电编码器三种，其中光电编码器有增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器一般用于零位不确定的位置伺服控制，绝对式编码器能够得到对应于编码器初始锁定位置的驱动轴瞬时角度值，当设备受到压力时，只要读出每个关节编码器的读数，就能够对伺服控制的给定值进行调整，以防止机器人启动时产生过剧烈的运动。 速度和加速度传感器 速度传感器有测量平移和旋转运动速度两种，但大多数情况下，只限于测量旋转速度。利用位移的导数，特别是光电方法让光照射旋转圆盘，检测出旋转频率和脉冲数目，以求出旋转角度，及利用圆盘制成有缝隙，通过二个光电二极管辨别出角速度，即转速，这就是光电脉冲式转速传感器。此外还有测速发电机用于测速等。 应变仪即伸缩测量仪，也是一种应力传感器，用于加速度测量。加速度传感器用于测量工业机器人的动态控制信号。一般有由速度测量进行推演、已知质量物体加速度所产生动力，即应用应变仪测量此力进行推演，还有就是下面所说的方法： 与被测加速度有关的力可由一个已知质量产生。这种力可以为电磁力或电动力，最终简化为对电流的测量，这就是伺服返回传感器，实际又能有多种振动式加速度传感器。
智能机器人的发展与应用前景 摘要 本文介绍了智能机器人的发展概况、机器人的感官系统、机器人运动系统及人工智能技术在机器人中的应用,智能机器人是一个在感知-思维-效应方面全面模拟人的机器系统,外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场,可以全面地考察人工智能各个领域的技术,研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。 关键词: 智能机器人感官仿生人工智能 1.引言 人们通常把机器人划分为三代。第一代是可编程机器人。这种机器人一般可以根据操作人员所编的程序,完成一些简单的重复性操作。这一代机器人是从60年代后半叶开始投入实际使用的,目前在工业界已得到广泛应用。第二代是“感知机器人”,又叫做自适应机器人,它在第一代机器人的基础上发展起来的,能够具有不同程度的“感知”周围环境的能力。这类利用感知信息以改善机器人性能的研究开始于70年代初期,到1982年,美国通用汽车公司为其装配线上的机器人装配了视觉系统,宣告了感知机器人的诞生,在80年代得到了广泛应用。第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制,它可以把感知和行动智能化结合起来,因此能在非特定的环境下作业,称之为智能机器人。智能机器人与工业机器人的根本区别在于,智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能。而感知本身,就是人类和动物所具有的低级智能。因此机器的智能分为两个层次:①具有感觉、识别、理解和判断功能; ②具有总结经验和学习的功能。所以,人们通常所说的第二代机器人可以看作是第一代智能机器人。 2.智能机器人的感官系统 2.1触觉传感器 英国近几年在阵列触觉传感方面开展了相当广泛的研究。例如:Sussex大学和Shack-leton系统驱动公司研制的基于运动的介电电容传感的阵列;由威尔士大学和软件科学公司研制的采用压强技术的装在机器人夹持器上的传感器。 2.2视觉传感 在机器人视觉方面,目前市场上销售的有以下6类传感器:①隔开物体的二维视觉:双态成像;②隔开物体的二维视觉:灰度标成像;③触觉或叠加物体的二维视觉;④二维观察;⑤二维线跟踪;⑥使用透视、立体、结构图示或范围找寻技术从隔开物体中提取三维信息。在这类系统方面,它们只能做一些很简单的操作。例如:为了使机器人具有某种程度的人眼功能,已进行大量的研究工作并向如下两类系统发展:①从一维物体中提取三维信息;②活动机器人导航、探路和躲避障碍物的现场三维分析。伦敦大学目前正在研究一种双目视觉机器人的实时图像处理机。还有正在研究机器人视觉系统的教育机构有:考文垂工业大学、爱丁堡大学、格拉斯哥大学、格温特大学;而伯明翰大学则专门研究惯性传感器。另外,还有许多从事传感系统开发的单位,都进行了传感反馈研究。如米德尔塞克斯工业大学致力于使机器人能组织和使用来自不同类型传感器的数据。这种机器人能“看”、“感”和“听”,它更接近于人。 2.3听觉传感
工业机器人系统集成市场现状与特点 目前大多数国内机器人厂商业务集中于此，竞争激烈从产业链的角度看，机器人本体（单元）是机器人产业发展的基础，而下游系统集成则是机器人商业化、大规模普及的关键。只有机器人裸机是不能完成任何工作的，需要通过系统集成之后才能为终端客户所用。系统集成方案解决商处于机器人产业链的下游应用端，为终端客户提供应用解决方案，其负责工业机器人软件系统开发和集成，是工业机器人自动作业的重要构成。在我国，系统集成商多是从国外购臵机器人整机，根据不同行业或客户的需求，制定符合生产需求的解决方案。 系统集成想从小做大规模并不容易。系统集成企业的工作模式是非标准化的，从销售人员拿订单到项目工程师根据订单要求进行方案设计，再到安装调试人员到客户现场进行安装调试，最后交给客户使用，不同行业的项目都会有其特殊性，很难完全复制。如果专注于某个领域，可以获得较高的行业壁垒，但这个壁垒也使系统集成企业很难跨行业去扩张，其规模也很难上去。 尽管存在诸多障碍，近年来国内还是涌现一批系统集成行业的佼佼者。国际机器人系统集成企业主要有kuka、abb、发那科、科马、锐驰机器人、徕斯等。国内涉足下游集成应用领域的上市公司包括新松机器人、博实股份、天奇股份、广州数控、埃斯顿等，其中新松机器人为国内最大的系统集成商，主要从事工业机器人及自动化成套装备系统的研发、制造。新三板公司有伯朗特、林克曼、拓斯达等。 机器集成产业现状 机器人系统集成商作为中国机器人市场上的主力军，普遍规模较小，年产值不高，面临强大的竞争压力。根据GGII的数据显示，截至2014年9月，中国机器人相关企业428家，其中系统集成商就占88%，并且从相关市场数据来看，现阶段国内集成商规模都不大，销售收入1个亿以下的企业占大部分，能做到5个亿的就是行业的佼佼者，10个亿以上的全国范围屈指可数。 一般工业是指非汽车行业。目前汽车行业的自动化程度比较高，供应商体系相对稳定。而一般工业的自动化改造需求相对旺盛。全球工业机器人集成从应用角度看“搬运”占比最高。全球工业机器人销量中，半数机器人用于搬运应用。搬运应用中又可以按照应用场景不同分为拾取装箱、注塑取件、机床上下料等。按照应用来分，占比前三的应用为搬运50%，焊接28%，组装9%。现阶段工业机器人系统集成有如下特点： 1)不能批量复制 系统集成项目是非标准化的，每个项目都不一样，不能100%复制，因此比较难上规模。能上规模的一般都是可以复制的，比如研发一个产品，定型之后就
机器人焊接传感技术 人的智能标志之一是能够感知外部世界并依据感知信息而采取适应性行为。要使机器人焊接系统具有一定的智能，研究机器人对焊接环境、焊缝位置及走向以及焊接动态过程的智能传感技术是十分必要的。机器人具备对焊接环境的感知功能可利用计算技术视觉技术实现，将对焊接工件整体或局部环境的视觉模型作为规划焊接任务、无碰路径及焊接参数的依据，这里需要建立三维视觉硬件系统，以及实现图像理解、物体分割、识别算法软件等技术。 视觉焊缝跟踪传感器是焊接机器人传感系统的核心和基础之一。为了获取焊缝接头的三维轮廓并克服焊接过程中弧光的干扰，机器人焊缝跟踪识别技术一般是采用激光、结构光等主动视觉的方法，从而正确导引机器人焊枪终端沿实际焊缝完成期望的轨迹运动。由于采用的主动光源的能量大都比电弧光的能量小，一般将这种传感器放在焊枪的前端以避开弧光直射的干扰。主动光源一般为单光面或多光面的激光域扫描的激光束水山工业 os 且肃缺的瞄姑扭价曙檀辱馏健权层处理稳定、简单、实用性好。 结构光视觉是主动视觉焊缝跟踪的另一种形式，相应的传感器主要有两部分组成：一个是投影器，用它的辐射能量形成一个投影光面；一个是光电位置探测器件，常采用面阵 CCD 摄像机。它们以一定的位置关系装配后，并配以一定的算法，便构成了结构光视觉传感器，它能感知投影面上所有可视点的三维信息。一条空间焊缝的轨迹可看成是由一系列离散点构成的，其密集程度根据控制的需要而定，焊缝坐标系的原点便建立在这些点上，传感器每次测得一个焊缝点位姿并可获得未知焊缝点的位姿启发信息。导引机器人焊枪完成整个光滑连续焊缝的跟踪。 焊接动态过程的实时检测技术主要指在焊接过程中对熔池尺寸、熔透、成形以及屯弧行为等参数的在线检测，从而实现焊接质量的实时控制。由于焊接过程的：弧光干扰复杂的物理化学反应、强非线性以及大量的不确定性因素的作用，使得对焊接过程可靠而实用的检测成为瞩目的难题。长期以来；已有众多学者探索过用多种途径及技术手段检测尝试，在一定条件下取得了成功，各种不同的检测手段、信息处理方法以及不同的传感原理、技术实现手段，实质上是要求综合技术的提高。从熔池动态变化和熔透特征检测来看，目前认为计算机视觉技术、温度场测量、熔池激励振荡、电弧传感等方法用于实时控制的效果较好。
浅谈机器人视觉技术 摘要 机器人视觉是使机器人具有视觉感知功能的系统，是机器人系统组成的重要部分之一。机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确定其位置。机器人视觉广义上称为机器视觉，其基本原理与计算机视觉类似。计算机视觉研究视觉感知的通用理论，研究视觉过程的分层信息表示和视觉处理各功能模块的计算方法。而机器视觉侧重于研究以应用为背景的专用视觉系统，只提供对执行某一特定任务相关的景物描述。机器人视觉硬件主要包括图像获取和视觉处理两部分，而图像获取由照明系统、视觉传感器、模拟－数字转换器和帧存储器等组成。本文介绍了机器人的发展以及视觉计算理论和视觉的关键技术。 关键词：机器人、视觉、计算、关键技术 一、机器人发展概述 科学技术的发展,诞生了机器人。社会的进步也提出要求,希望创造出一种能够代替人进行各种工作的机器,甚至从事人类不能及的事情。自从1959年诞生第一台机器人以来,机器人技术取得了很大的进步和发展,至今已成为一门集机械、电子、计算机、控制、传感器、信号处理等多学科门类为一体的综合性尖端科学。当今机器人技术的发展趋势主要有两个突出的特点:一个是在横向上,机器人的应用领域在不断扩大,机器人的种类日趋增多;另一个是在纵向上,机器人的性能不 断提高,并逐步向智能化方向发展。前者是指应用领域的横向拓宽,后者是在性能及水平上的纵向提高。机器人应用领域的拓宽和性能水平的提高,二者相辅相成、相互促进。 智能机器人是具有感知、思维和行动功能的机器,是机构学、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术的综合成果阎。智能机器人可获取、处理和识别多种信息,自主地完成较为复杂的操作任务,比一般的工业机器人具有更大的灵活性、机动性和更广泛的应用领域。要使机器人拥有智能,对环境变化做出反应,首先,必须使机器人具有感知
一、选择题（每题2分，共10分） 1.具有一个旋转轴和两个平移轴的机器人为 B 机器人。 A 直角坐标型 B 圆柱坐标型 C 球坐标型 D 关节型 2.气流负压吸盘采用 B ，能保证吸盘内持续产生负压。 A 挤压排气 B 气流负压 C 真空抽气 D 电磁吸力 3.工业机器人工作站是以 B 作为加工主体的作业系统。 A 周边设备 B 工业机器人 C 末端执行器 D 控制系统 4.真空式手爪属于 B 。 A 机械式夹手爪 B 气吸式手爪 C 多指手爪 D 磁吸式手爪 5.工业机器人弧焊工作站的周边设备有 B 。 A 机器人 B 变位机 C 焊钳 D 机器人控制柜 二、填空题（每空1分，共55分） 1.伺服监控寄存器IB80000=1表示运动控制器操作准备就绪。 2.“Servo Parameter”的Pn.50B Digits:0]用于设定反转限位信号的类型。 3.伺服固定参数是由所使用电机和其它设备的固有值决定的。 4.关节坐标型机器人由大小两臂和立柱组成。 5.系统“自动配置”时，超行程设置为 Disabled（无效）。 6.机器人的自由度要根据其用途选择，一般在 3～6 个之间。 7.连续轨迹控制是指机器人按照规定的路径平稳和准确的运动。 8.如果DX100控制柜不位于工作场地内，可通过外部设备远程接通和切断控制电源。 9.机器人的定位精度由机械误差、控制算法与系统分辨率等组成。 10.伺服固定参数“功能选择标志1 (funct ion selection flag)”的bit3用于正向超程设置。 11.直角坐标型机器人由三个相互正交的平移坐标轴组成，各个坐标轴运动独立，其工作空间图形为长方形。 12.可以进行自动化搬运作业的工业机器人称为搬运机器人。 13.根据吸盘内腔负压产生的方法，真空式吸盘可分为真空吸盘、气流负压吸盘和挤气负压吸盘等三种基本类型。 14.DX100控制柜的I/O单元的型号为JZNC-YIU01-E 。 15.关节坐标型机器人大小臂之间用铰链连接形成肘关节，大臂和立柱连接形成肩关节，可实现三个方向的旋转运动。 16.工业机器人的技术参数反映了机器人的适用范围和工作性能，是选择和使用机器人时必须考虑的关键问题。 17.扩散反射型光电传感又称为漫射型光电传感。 18.MP2310的Ethernet通信IP地址默认为 192.168.1.1 。 19.光电传感器的输出形式为集电极开路输出，有 NPN 型和 PNP 型。 20.应根据机器人的应用场合，如易燃、易爆、高温、腐蚀的环境中，选择机器人所需要的防护等级。 21.圆柱坐标型机器人由支柱和水平臂组成。 22.电动式机器人是由电动机驱动执行机构运动的。 23.机器人外部控制主要包括：外部急停、外部暂停、外部伺服ON 、 外部运行等。 24.光电传感器的输出电路形式有二线制、三线制、四线制。 25.MP2310的Ethernet通信IP地址在 218IFA 中设置。 26.工业机器人按驱动方式分为液压式、气动式和电动式机器人。 27.“可选SVB”模块SVB-01安装于 MP2310的可选插槽中。 28.如果使用PLC发送高频脉冲给伺服驱动器，控制伺服电机运行，PLC的输出类型必须选择晶体管类型。 29.工业机器人按执行机构的运动控制方式分为点位控制和连续轨迹控制。
摘要 随着机器人的应用范围的不断拓宽，机器人所面临的工作环境也越来越复杂，往往是未知的、动态的、非结构化的，所以，要在这种环境下实时地完成各种任务，就对机器人的控制提出了新的挑战。 本文的主要工作和创新点包括：对移动机器人的硬件模块进行了分析。详细研究了移动机器人的感知系统，包括超声波传感器和视觉传感器两大模块。移动机器人采用了两款超声波传感器组合使用，用于探测更为全面的障碍物特征信息。通过对基于行为控制技术的论述，设计了一种用于移动机器人完成多目标任务的基于行为控制系统。另外机器人采用了 Sony EVI-D31 PTZ 摄像头，成功地实现了计算机串口控制，大大的扩展了机器人的视觉功能，可以更多的获取外界信息。 关键词：移动机器人、硬件模块、行为控制。
Abstract With the development of applied range, the work condition faced by robot is more complex, which always is unknown, dynamic and unstructured. So the control of robot t o fulfill a mission in real time under this environment has a new challenge. The ma in work and innovative ideas include. The structure of RIRA-Mobile robot is introduced. Furthermore, the driving model and power model are analyzed. The perception system of RIRA-Mobile robot is demonstrated particularly, which includes two models of vision and ultrasonic sensor. RIRA-Mobile robot uses two type s ultrasonic sensors so as to detect the general obstacles’ information. In addition, Sony EVI-D31 PTZ camera is also used, which can de controlled by computer serials that the vision function of robot is extended greatly to get more environment information. Through exploring the behavior-based control technology, a behavior-based control system has been designed for mobile robot fulfilling multiple objective missions. KEYWORDS:mobile robot; hardware modules; behavior control.
第一章绪论 1 什么是人工智能？试从学科和能力两方面加以说明。 答：人工智能（学科）：人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。其近期的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。 人工智能（能力）：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。 2 为什么能够用机器（计算机）模仿人的智能？ 答：物理符号系统假设：任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必定能够执行上述 6 种功能。反之，任何系统如果具有这６种功能，那么它就能够表现出智能；这种智能指的是人类所具有的那种智能。 推论：既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么就能够用计算 机来模拟人的活动。 因此，计算机可以模拟人类的智能活动过程。 ３．现在人工智能有哪些学派？它们的认知观是什么？ 答：符号主义，又称为逻辑主义、心理学派或计算机学派。认为人工智能源于数理逻辑。连接主义，又称为仿生学派或生理学派。认为人工智能源于仿生学，特别是人脑模型的研究。
行为主义，又称为进化主义或控制论学派。认为人工智能源于控制论。 ４．你认为应从哪些层次对认知行为进行研究？ 答：应从下面４个层次对谁知行为进行研究： （１）认知生理学：研究认知行为的生理过程，主要研究人的神经系统（神经元、中枢神经系统和大脑）的活动。 （２）认知心理学：研究认知行为的心理活动，主要研究人的思维策略。 （３）认知信息学：研究人的认知行为在人体内的初级信息处理，主要研究人的认知行为如何通过初级信息自然处理，由生理活动变为心理活动及其逆过程 （４）认知工程学：研究认知行为的信息加工处理，主要研究如何通过以计算机为中心的人工信息处理系统，对人的各种认知行为（如知觉、思维、记忆、语言、学习、理解、推理、识别等）进行信息处理。 ５．人工智能的主要研究和应用领域是什么？ 答：问题求解，逻辑推理与定理证明，自然语言理解，自动程序设计，专家系统，机器学习，神经网络，机器人学，模式识别，机器视觉，智能控制，智能检索，智能调度与指挥，分布式人工智能与 Agent，计算智能与进化计算，数据挖掘与知识发现，人工生命。 6、人工智能的发展对人类有哪些方面的影响？试结合自己了解的情况何理解，从经济、社会何文化等方面加以说明？