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课件30张PPT。机器人的身体结构（1）机器人的大脑
（2）机器人的手
（3）机器人的眼睛
（4）机器人的鼻子
（5）机器人的耳朵机器人器官机器人的大脑机器人的大脑是是机器人的核心，一般采用计算机控制系统（PC机、嵌入式计算机系统等），简单的可采用单片机系统。嵌入式系统:
对于嵌入式系统，至今没有确切的定义，多指置于电子设备内部，完成某种特定功能的计算机系统，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点。
20世纪60年代，嵌入式计算机技术首先应用于国防系统中；20世纪70至80年代，逐渐应用于工业控制领域；目前该技术已广泛应用于国防、工业、科研、家电等领域。为了适应不断变化的市场需求，嵌入式微处理器的各项性能指标不断提高，位数从4位-64位，寻址空间从64kB-16MB甚至更大，处理速度从0.1MIPS到2000MIPS，封装从8引脚到144个引脚，功耗逐渐降低、集成度逐步提高。
机器人的大脑 嵌入式计算机系统有如下特点：
采用专用的嵌入式CPU，通常具有体积小、功耗低、集成度高的特点，为特定的用户群设计。
专用性和算法唯一性，一般设计为完成一定的任务，一旦设计完成就不再改变，进入市场后具有较长的生命周期。
软硬件相互依赖，软件和硬件在设计初期就相互配合，具有很强的依赖性，尽量提高效率、减少对资源的浪费。
结构紧凑、资源有限，在相当有限的硅片容量上实现特定的功能，结构尽可能的简洁紧凑。
多为实时控制系统，一般用于军工产品、通信设备、工业控制，要求实时性高。 机器人的手 机器人要模仿动物的一部分行为特征，自然应该具有动物脑的一部分功能。 机器人光有电脑发号施令还不行，最基本的还得给机器人装上各种感觉器官。机器人必须有“手”和“脚”，这样它才能根据电脑发出的“命令”动作。 “手”和“脚”不仅是一个执行命令的机构，它还应该具有识别的功能，这就是我们通常所说的“触觉”。
由于动物和人的听觉器官和视觉器官并不能感受所有的自然信息，所以触觉器官就得以存在和发展。动物对物体的软，硬，冷，热等的感觉就是靠的触觉器官。在黑暗中看不清物体时，往往要用手去摸一下，才能弄清楚。大脑要控制手，脚去完成指定的任务，也需要由手和脚的触觉所获得的信息反馈到大脑里，以调节动作，使动作适当。因此，我们给机器人装上的手应该是一双会“摸”的、有识别能力的灵巧的“手”。机器人的手机器人的手机器人的手一般由方形的手掌和节状的手指组成。为了使它具有触觉，在手掌和手指上都装有带有弹性触点的触敏元件（如灵敏的弹簧测力计）。如果要感知冷暖，还可以装上热敏元件。当触及物体时，触敏元件发出接触信号，否则就不发出信号。在各指节的连接轴上装有精巧的电位器（一种利用转动来改变电路的电阻因而输出电流信号的元件），它能把手指的弯曲角度转换成“外形弯曲信息”。
把外形弯曲信息和各指节产生的“接触信息”一起送入电子计算机，通过计算就能迅速判断机械手所抓的物体的形状和大小。　 现在，机器人的手已经具有了灵巧的指，腕，肘和肩胛关节，能灵活自如的伸缩摆动，手腕也会转动弯曲。通过手指上的传感器还能感觉出抓握的东西的重量，可以说已经具备了人手的许多功能。机器人的手机器人的眼睛 人的眼睛是
感觉之窗，人有
80%以上的信息
是靠视觉获取，
能否造出“人工眼”
让机器也能象人那样识文断字，看东西，
这是智能自动化的重要课题。关于机器识别的理论，方法和技术，称为模式识别。所谓模式是指被判别的事件或过程，它可以是物理实体，如文字，图片等，也可以是抽象的虚体，如气候等。机器识别系统与人的视觉系统类似，由信息获取，信息处理与特征抽取，判决分类等部分组成。机器人的眼睛
机器认字
大家知道，信件投入邮筒需经过邮局工人分拣后才能发往各地。一人一天只能分拣2-3千封信，现在采用机器分拣，可以提高效率十多倍。机器认字的原理与人认字的过程大体相似。先对输入的邮政编码进行分析，并抽取特征，若输入的是个6字，其特征是底下有个圈，左上部有一直道或带拐弯。
其次是对比，即把这些特征与机器里原先规定的0到9这十个符号的特征进行比较，与哪个数字的特征最相似，就是哪个数字。这一类型的识别，实质上叫分类，在模式识别理论中，这种方法叫做统计识别法。
机器人认字的研究成果除了用于邮政系统外，还可用于手写程序直接输入，政府办公自动化，银行合计，统计，自动排版等方面。机器识图
现有的机床加工零件完全靠操作者看图纸来完成。能否让机器人来识别图纸呢？这就是机器识图问题。机器识图的方法除了上述的统计方法外，还有语言法，它是基于人认识过程中视觉和语言的联系而建立的。把图像分解成一些直线、斜线、折线、点、弧等基本元素，研究它们是按照怎样的规则构成图像的，即从结构入手，检查待识别图像是属于哪一类“句型”，是否符合事先规定的句法。按这个原则，若句法正确就能识别出来。
机器识图具有广泛的应用领域，在现代的工业，农业，国防，科学实验和医疗中，涉及到大量的图象处理与识别问题。 机器识别物体
机器识别物体即三维识别系统。一般是以电视摄像机作为信息输入系统。根据人识别景物主要靠明暗信息，颜色信息，距离信息等原理，机器识别物体的系统也是输入这三种信息，只是其方法有所不同罢了。由于电视摄像机所拍摄的方向不同，可得各种图形，如抽取出棱数，顶点数，平行线组数等立方体的共同特征，参照事先存储在计算机中的物体特征表，便可以识别立方体了。
目前，机器可以识别简单形状的物体。对于曲面物体，电子部件等复杂形状的物体识别及室外景物识别等研究工作，也有所进展。物体识别主要用于工业产品外观检查，工件的分选和装配等方面。机器人的鼻子 人能够嗅出物质的气味，分辨出周围物质的化学成分，这是由上鼻道的粘模部分实现的。在人体鼻子的这个区域，在只有五平方厘米的面积上却分布有五百万个嗅觉细胞。嗅觉细胞受到物质的刺激，产生神经脉冲传送到大脑，就产生了嗅觉。人的鼻子实际上就是一部十分精密的气体分析仪。人的鼻子是相当灵敏的，就算在一升水中放进二百五十亿分之一的乙硫醇（就是一种特殊的具有异常臭味的化学物质），人的鼻子也能够闻出来。
机器人的鼻子也就是用气体自动分析仪做成的。我国已经研制成功了一种嗅敏仪，这种气体分析仪不仅能嗅出丙酮、氯仿等四十多种气体，还能够嗅出人闻不出来但是却可以导致人死亡的一氧化碳（也就是我们通常所用的煤气）。
这种嗅敏仪有一个由二氧化锡，氯化钯等物质烧结而成的探头（相当于鼻粘模）。当它遇到某些种类气体的时候，它的电阻就发生变化，这样就可以通过电子线路做出相应的显示，用光或者用声音报警。同时，用这种嗅敏仪还可以查出埋在地下的管道漏气的位置。 现在利用各种原理制成的气体自动分析仪已经有很多种类，广泛应用于检测毒气，分析宇宙飞船座舱里的气体成分，监察环境等方面。　　 这些气体分析仪，原理和显示都和电现象有关，所以人们把它叫做电子鼻。把电子鼻和电子计算机组合起来，就可以做成机器人的嗅觉系统了。 机器人的耳朵 人的耳朵是仅次于眼睛的感觉器官，声波扣击耳膜，引起听觉神经的冲动，冲动传给大脑的听觉区，因而引起人的听觉。机器人的耳朵通常是用“微音器”或录音机来做的。被送到太空去的遥控机器人，它的耳朵本身就是一架无线电接收机。人的耳朵是十分灵敏的。我们能听到的最微弱的声音，它对耳膜的压强是每平方厘米只有一百亿分之几公斤。这个压强的大小只是大气压强的一百亿分之几。可是用一种叫做钛酸钡的压电材料做成的“耳朵”比人的耳朵更为灵敏，即使是火柴棍那样细小的东西反射回来的声波也能被它“听”的清清楚楚。如果用这样的耳朵来监听粮库，那么在二到三公斤的粮食里的一条小虫爬动的声音也能被它准确地“听”出来。
用压电材料做成的“耳朵”之所以能够听到声音，其原因就是压电材料在受到拉力或者压力作用的时候能产生电压，这种电压能使电路发生变化。这种特性就叫做压电效应。当它在声波的作用下不断被拉伸或压缩的时候，就产生了随声音信号变化而变化的电流，这种电流经过放大器放大后送入电子计算机（相当于人大脑的听区）进行处理，机器人就能听到声音了。但是能听到声音只是做到了第一步，更重要的是要能识别不同的声音。目前人们已经研制成功了能识别连续话音的装置，它能够以百分之九十九的比率，识别不是特别指定的人所发出的声音，这项技术就使得电子计算机能开始“听话”了。这将大大降低对电子计算机操作人员的特殊要求。操作人员可以用嘴直接向电子计算机发布指令，改变了人在操作机器的时候手和眼睛忙个不停而与此同时嘴巴和耳朵却是闲着的状况。
一个人可以用声音同时控制四面八方的机器，还可以对楼上楼下的机器同时发出指令，而且并不需要照明，这样就很适宜于在夜间或地下工作。这项技术也大大加速了电话的自动回答，车票的预定以及资料查找等服务工作的自动化实现的进程。现在人们还在研究使机器人能通过声音来鉴别人的心理状态，人们希望未来的机器人不光能够听懂人说的话，还能够理解人的喜悦，愤怒，惊讶，犹豫和暧昧等情绪。这些都会给机器人的应用带来极大的发展空间。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。机器人和人能友好相处吗？专家认为，机器人发生事故的原因不外乎3种：1、硬件系统故障；2、软件系统故障；3、电磁波的干扰。
这种意外伤人事件是偶然也是必然的，因为任何一个新生事物的出现总有其不完善的一面。随着机器人技术的不断发展与进步，这种意外伤人事件越来越少，近几年没有再听说过类似事件的发生。正是由于机器人安全、可靠地完成了人类交给的各项任务，使人们使用机器人的热情才越来越高。美国正在研究一种航天器内使用的机器人，计划在两年之后被宇航员带入太空，做一些宇航员无法做到的事情，成为宇航员最得力的助理。这种机器人只有垒球那么大，可以对航天器中的生命维持系统进行自动监视、摄像和排除障碍等，同时还可以代替已损坏的传感器完成监视任务。可以说，有了它，今后的航天器在太空中飞行将更加安全。 　　
人与机器人一起做实验机器人是人类的助手和朋友 在科幻小说和电影电视中，我们对机器人作战的场面已不陌生。机器人不外乎分为两种，一种是人类的朋友，协助正义战胜邪恶；另一种则是人类的敌人，给世界带来灾祸。英国雷丁大学教授凯文·渥维克是控制论领域知名专家，他在《机器的征途》一书中描写了机器人对未来社会的影响。他认为50年内机器人将拥有高于人类的智能。机器人在某些方面确实比人类强，比如：速度比人快，力量比人大等，但机器人的综合智能较人类还相去甚远，还没有对人类形成任何威胁。但这是否说明人类永远能控制或战胜自己的创造物呢？现在还不得而知。
这些预见从另一个角度给人们敲响了警钟，不要给自己创造敌人。克隆技术的出现，在社会上引起了很大的争议，大多数国家禁止克隆人。对于机器人还没有到这种地步，因为现在的机器人不仅未对我们构成威胁，而且给社会带来了巨大的裨益。对于一些对人类有害，如带攻击武器的军用机器人应有所选择并限制起其发展，我们不应将生杀大权交给机器人。导盲机器人为盲人引路
机器人与人共舞随着工业化的实现，信息化的到来，我们开始进入知识经济的新时代。创新是这个时代的源动力。文化的创新、观念的创新、科技的创新、体制的创新改变着我们的今天，并将改造我们的明天。新旧文化、新旧思想的撞击、竞争，不同学科、不同技术的交叉、渗透，必将迸发出新的精神火花，产生新的发现、发明和物质力量。机器人技术就是在这样的规律和环境中诞生和发展的。
科技创新带给社会与人类的利益远远超过它的危险。机器人的发展史已经证明了这一点。机器人的应用领域不断扩大，从工业走向农业、服务业；从产业走进医院、家庭；从陆地潜入水下、飞往空间；......。机器人展示出它们的能力与魅力，同时也表示了它们与人的友好与合作。 “工欲善其事，必先利其器”。人类在认识自然、改造自然、推动社会进步的过程中，不断地创造出各种各样为人类服务的工具，其中许多具有划时代的意义。
作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。世间万物，人力是第一资源，这是任何其它物质不能替代的。尽管人类社会本身还存在着不文明、不平等的现象，甚至还存在着战争，但是，社会的进步是历史的必然， 所以，我们完全有理由相信，象其它许多科学技术的发明发现一样，机器人也应该成为人类的好助手、好朋友。中国的未来在科学。展望未来，科学技术的灯塔指引着更加美好的明天。 怎样学习机器人机器人系统是一个综合性非常强的研究平台，涉及机械、电子、计算机、控制、光学等学科，软硬兼备、理论与实际相结合，既培养理论研究水平，又锻炼科研动手能力。
机器人工程是既制作产品、又使所制作的产品运动起来的学问。学好了这门课程，能全面提高自己，有利于处理在今后工程中所遇到的问题。
学好这门课，要求多思考、勤动手，敢于面对困难和失败，挑战自我。
许多富有挑战性的领域有待人们去研究！

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