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信息技术（基础模块）
人工智能初步
任务2 认识机器人
第8章
第8章 人工智能初步
目　录
Contents
8.2.1 了解机器人的发展
8.2.2 了解机器人的分类
8.2.3 了解机器人的应用
第8章 人工智能初步
│ 认识机器人
随着计算机技术、工业自动化和人工智能的飞速发展，人类繁重而重复的体力劳动已逐渐被各种机械所取代，机器人的应用已经广泛渗透到社会的各个领域。当前，世界各国都在积极发展新的科技生产力，在未来10年，全球工业机器人行业将进入一个前所未有的高速发展期。研究和开发新一代机器人将成为今后科技发展的新重点，而且机器人产业不论在规模上还是资本上都将大大超过今天的计算机产业。因此，全面了解机器人知识，具备娴熟的机器人操作技能，已成为衡量21世纪高素质人才的基本要素之一。
第8章 人工智能初步
任务情景
机器人是人工智能应用的一个重要载体。
小华在实习公司负责一条生产线的运行。这条生产线有一个搬运物料环节，运输小车把物料放到地上以后，需要人工把物料搬运到流水线上。小华每天需要把物料从地上搬运到流水线上，经常累得汗流浃背。后来公司进行员工技术培训，小华掌握了工业机器人技术，就想利用工业机器人改造这条生产线的搬运环节。经过领导同意后，小华安装并调试好了工业机器人，工业机器人就能自动把地面物料搬运到流水线上。只要科学地对工业机器人进行维护保养，工业机器人能连续工作很长时间，效率也比人工高很多倍。
不同种类的机器人。什么样的机器可以称之为“机器人”？他们是怎么分类的？又有哪些应用呢？什么工作可以由机器人替代呢？
第8章 人工智能初步
第8章 人工智能初步
任务分析
工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。工业机器人被广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中。
学习本任务后，应了解机器人的起源、定义和发展历程，掌握机器人的分类、应用及发展趋势，为将来进一步深入学习机器人指明方向。
第8章 人工智能初步
8.2.1 了解机器人的发展
场景3中描述了工业机器人的应用，工业机器人在搬运、装配、加工、包装等领域有着广泛应用。场景4描述了服务机器人的应用，服务机器人既可以在家庭中服务，也可以在建筑、医疗、军事、物流等其他专业领域服务，应用十分广泛。
1．机器人的发展过程
机器人一开始是由人类通过剧本想象出来的，类似中国的神话故事中的人物一样神通广大。后来由于科学技术的发展，想象中的机器人所具备的功能慢慢得以实现。机器人的发展过程见表。
第8章 人工智能初步
时 间 事 件
春秋时代（公元前770年—前467年）后期 被称为木匠祖师爷的鲁班，利用竹子和木料制造出一个木鸟。它能在空中飞行，“三日不下”，这件事在古书《墨经》中有所记载，这可称得上世界第一个空中机器人
三国时期（公元221年—263年） 蜀国丞相诸葛亮既是一位军事家，又是一位发明家。他成功地创造出“木牛流马”，可以运送军用物资，可称为最早的陆地军用机器人
1920年 机器人的英文Robot一词，源自捷克剧作家创作的剧本《罗萨姆的万能机器人》。由于剧中的人造机器人被取名为Robota（捷克语，本意为奴隶、苦力），因此英文Robot一词开始代表机器人
1942年 为了预防机器人的出现可能引发的人类灾难，美国科幻小说家在《我是机器人》的第4个短篇《转圈圈》中，首次提出了“机器人学3原则”（第一条：机器人不得伤害人类，或看到人类受到伤害而袖手旁观；第二条：机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条相矛盾；第三条：机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条相矛盾。），它被称为“现代机器人学的基石”，这也是“机器人学”这个名词在人类历史上的首度亮相
1959年 约瑟夫·恩格尔伯格利用乔治·德沃尔的专利技术，研制出世界上第一台真正意义上的工业机器人Unimate，开创了机器人发展的新纪元。约瑟夫·恩格尔伯格对世界机器人工业的发展做出了杰出的贡献，被称为“机器人之父”
第8章 人工智能初步
时 间 事 件
1969年 日本早稻田大学的加藤一郎实验室研发出世界上第一台双脚走路的机器人
1973年 第一台机电驱动的6轴机器人面世。德国库卡公司（KUKA）将其使用的Unimate机器人研发改造成其第一台产业机器人，命名为Famulus，这是世界上第一台机电驱动的6轴机器人
1978年 美国Unimation公司推出通用工业机器人，应用于通用汽车装配线，这标志着工业机器人技术已经完全成熟
1983年 就在工业机器人销售日渐增长的情况下，约瑟夫·恩格尔伯格又毅然地将Unimation公司出让给了美国西屋电气公司（Westinghouse Electric Corporation），并创建了TRC公司，前瞻性地开始了服务机器人的研发
2003年 德国库卡公司（KUKA）开发出第一台娱乐机器人Robocoaster
2008年 世界上第一例机器人切除脑瘤手术成功。施行手术的是卡尔加里大学医学院研制的“神经臂”
2015年 世界级“网红”—Sophia（索菲亚）诞生。2017年索菲亚在沙特阿拉伯首都利雅得举行的“未来投资倡议”大会上获得了沙特公民身份，也是史上首位获得公民身份的机器人
第8章 人工智能初步
第8章 人工智能初步
2．机器人的定义
由于现代机器人的应用领域多、发展速度快，加上它涉及有关人类的概念。因此，对于机器人，世界各国标准化机构，甚至同一国家的不同标准化机构，至今尚未形成一个统一、准确、为世人所公认的严格定义。
国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）定义：机器人是一种“自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助可编程序操作处理各种材料、零件、工具和专用装置，执行各种任务”。一般认为，机器人是一种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）的具有高度灵活性的自动化机器。
第8章 人工智能初步
机器人一般具有以下特征。
① 机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体的某些器官（肢体、感受等）的功能；
② 机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；
③ 机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等；
④ 机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。
第8章 人工智能初步
机器人正在源源不断地向人类活动的各个领域渗透，它所涵盖的内容越来越丰富，其应用领域和发展空间正在不断延伸和扩大，这是机器人与其他自动化设备的重要区别。
可以想象，未来的机器人不但可以接受人类指挥、运行预先编制的程序，而且可以根据人工智能技术所制定的原则纲领，选择自身的行动，但机器人很难有自主的意识，一般不会产生自己独立的意志而自行其是。
目前，机器人的传感器远没有达到人类的感知水平，它们感受不出类似于人类的基本需求。目前，所有的机器人所能感知的都是人类需要的，是按人类的意识进行感知的，机器人自己并不知道为什么要感知，感知信息以后为什么要那样做。机器人所有感知和行为都是按人类意识运行的。
第8章 人工智能初步
说一说
机器人在生产生活中的应用案例。
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8.2.2 了解机器人的分类
场景3描述了机器人在搬运、装配、加工、包装等领域有着广泛应用；场景4描述了机器人的家庭服务。除此之外还有各类机器人，那么机器人有哪些分类方法呢？
机器人的种类和应用都很多，目前的分类方法也有很多种。但是，由于人们观察问题的角度有所不同，直到今天，还没有得出一种令世人认同的分类方法。总体而言，常用的机器人分类方法主要有专业分类法和应用分类法两种。
第8章 人工智能初步
1．专业分类法
专业分类法通常是机器人设计、制造和使用厂家技术人员所使用的分类方法，其技术性较强，业外人士较少使用。目前，专业分类可按机器人的控制系统技术水平、机械结构形态和运动控制方式3种方法进行分类。
（1）按控制系统技术水平分类。
根据机器人目前的控制系统技术水平，一般可分为示教再现机器人（第一代）、感知机器人（第二代）、智能机器人（第三代）3类。第一代机器人已实用和普及，绝大多数工业机器人都属于第一代机器人；第二代机器人的技术已部分实用化；第三代机器人尚处于实验和研究阶段。
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（2）按机械结构形态分类。
根据机器人现有的机械结构形态，研究人员将其分为圆柱坐标（Cylindrical Coordinate）、球坐标（Polar Coordinate）、直角坐标（Cartesian Coordinate）及关节型（Articulated）、并联结构型（Parallel）等，其中以关节型机器人最为常用。不同形态的机器人在外观、机械结构、控制要求、工作空间等方面均有较大区别。例如，关节型机器人的动作和功能类似人类的手臂；而直角坐标、并联结构型机器人的外形和控制要求与数控机床十分类似。
（3）按运动控制方式分类。
根据机器人的控制方式，一般可分为顺序控制型、轨迹控制型、远程控制型、智能控制型等类别。顺序控制型又称点位控制型，这种机器人只需要规定动作次序和移动速度，而不需要考虑移动轨迹；轨迹控制型则需要同时控制移动轨迹和移动速度，故可用于焊接、喷漆等连续移动作业；远程控制型可实现无线遥控，它多用于特定行业，如军事机器人、空间机器人、水下机器人等；智能控制型机器人就是前述的第三代机器人，多用于服务、军事等行业，这种机器人目前尚处于试验和研究阶段。
第8章 人工智能初步
2．应用分类法
应用分类法是根据机器人应用环境（用途）进行分类的大众分类方法，其定义通俗，易为公众所接受。
应用分类的方法同样较多。例如，日本将机器人分为工业机器人和智能机器人两类；我国将机器人分为工业机器人和特种机器人两类等。然而，由于对机器人的智能性判别尚缺乏科学、严格的标准，加上工业机器人和特种机器人的界线较难划分。因此，在通常情况下，公众较易接受的是参照国际机器人联合会（IFR）的分类方法，将机器人分为工业机器人和服务机器人两类。如进一步细分，目前常用的机器人基本上可分为表所示的几类。
第8章 人工智能初步
机器人 工业机器人 加工类 焊接机器人
研磨抛光机器人
装配类 装配机器人
涂装机器人
搬运类 输送机器人
装卸机器人
包装类 分拣机器人
码垛机器人
包装机器人
服务机器人 个人/家庭服务 家庭作业机器人
休闲娱乐机器人
残障辅助机器人
住宅安全机器人
专业服务 军事机器人
场地机器人
物流机器人
医疗机器人
建筑机器人
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（1）工业机器人。
工业机器人（Industrial Robot，IR）是指在工业环境下应用的机器人，它是一种可编程的多用途、自动化设备。当前实用化的工业机器人以第一代示教再现机器人居多，但部分工业机器人（如焊接、装配等）已能通过图像来识别、判断、规划或探测途径，对外部环境具有了一定的适应能力，初步具备了第二代感知机器人的某些功能。
工业机器人的涵盖范围同样很广，根据其用途和功能，又可分为加工、装配、搬运、包装4大类；在此基础上，还可对每类进行细分。
（2）服务机器人。
服务机器人（Personal Robot，PR）是除工业机器人之外，服务于人类非生产性活动的机器人的总称。根据国际机器人联合会（IFR）的定义，服务机器人是一种半自主或全自主工作的机械设备，它能完成有益于人类健康的服务工作，但不直接从事工业品的生产。
第8章 人工智能初步
说一说
机器人在哈尔滨2025年第九届亚冬会有哪些应用？
第8章 人工智能初步
8.2.3 了解机器人的应用
场景3描述了工业机器人的应用，工业机器人在搬运、装配、加工、包装等领域有着广泛应用。场景4描述了服务机器人的应用，服务机器人既可以在家庭服务，也可以在建筑、医疗、军事、物流等其他专业领域服务，应用十分广泛。
1．工业机器人应用—焊接机器人
当前很多焊接机器人控制系统能够提供多种焊接功能包、工艺大数据管理、专家分析系统和专家学习系统，使得机器焊接大幅度地代替人工，模拟人工焊接技巧，使得工艺更加稳定，焊接一致性更好。
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2．服务机器人应用—扫地机器人
AI技术的突破、核心零部件成本的下降、以及“先驱”产品的出现，带动了智能服务机器人近两年的兴起。一时间，语音交互、对话问答、人脸识别、环境感知、自主定位导航，几乎成了智能服务机器人产品的标配。
最近两年，随着人们收入和生活水平的提高，人们越来越热衷于追求高品质的家庭生活，这也是导致最近几年智能家居行业异常火爆的主要原因。扫地机器人作为智能电器类家居产品越来越受到广大家庭用户的喜爱，带一台扫地机器人回家一起生活成为一种时尚，扫地机器人以其智能性和实用性深受用户的青睐，只要一个按钮就可以帮助人们打扫卫生，我们就可以节省时间享受高品质生活。
第8章 人工智能初步
扫地机器人的机身为无线机器，以圆盘形为主。使用充电电池运作，操作方式以遥控器，或是机器上的操作面板为主。一般能设定时间预约打扫、自行充电，前方有设置感应器，可侦测障碍物，如碰到墙壁或其他障碍物，会自行转弯，并依每间不同厂商设定，而走不同的路线。因为其简单操作的功能及便利性，现今已慢慢普及，成为上班族或是现代家庭的常用家电用品。
第8章 人工智能初步
说一说
中国空间站使用的机械臂有哪些应用场景？
第6章 数字媒体技术应用
谢谢观看

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