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机器人学的过去和未来

来源:本站整理  本站 字体:[ ]  2007-02-20

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1 基于符号的机器人学诞生与发展的简要历史
  工程学科的一个共同点是:先有工程实践。机器人学的诞生也不例外,是随着工业机器人的诞生与发展而进行的,直至七十年代,工业机器人整个系统基本定型,发展主要在于单元器件性能的逐步改进。这时机器人学向深度和广度发展,成为一门非常综合和活跃的学科,这也是工程性质学科的另一个共同点:到一定时期,理论将超前于工程实践。George C. Devol于五十年代中期发明工业机器人,是可重复编程的PTP控制的操作手,和Jeseph F.Engelberger共同发展这一全新工具概念后,于1959年成立第一家工业机器人公司Unimation lnc.启发工业机器人发明的前期工作是二战中开始的主从控制的遥控机器人的开发,主要用于放射性物质的处理。

  工业机器人发展的主要历史事件如下:
  1954年:美国G.C.Devol,发明可编程机器人,专利号2988237
  1959年:美国行星公司制造第一台商用机器人
  1960年:美国Unimation公司成立
  1970年:Victor Sheinman验证Starford Manipulator
  1971年:日本工业机器人协会成立
  1974年:美国Cincinnati Milaeron公司推出第一台小型机控制的机器人T3
  1976年:Ralph Bolles发展了机器人编程语言AL
  1978年:Unimation公司推出可用于装配的通用机器人PUMA
  1978年:日本,牧野洋发明SCARA装配机器人

  机器人学研究的主要事件有:
  1954年:DenavitHartenberg1954)提出用于表达空间杆件几何关系的一般方法,可用于解机器人正运动学
  1962Ernst1962)和Boni1962)分别研究带触觉和压觉传感器的机械手
  1964Uicker1964)的博士论文研究了空间杆件的动力学
  1968Pieper1968)的博士论文中用代数方法解逆运动学问题
  1968McCarthy1968)在Stanford AI Lab研究带摄像机、麦克风的机器人,能根据人的指令发现并抓取积木
  1971KahnRoth1971)研究机器人的最少时间控制
  1972Paul1972)研究关节空间轨迹规划
  1973BollesPaul1973)用装有视觉和力觉的Stanford arm完成水泵装配
  1974Bejezy1974)研究机器人的动力学和计算力矩控制
  1976Bolles1976)发展了机器人编程语言AL
  1979Paul1979)研究了笛卡尔空间的轨迹规划
  1979Lozano—PerezWesley1979)研究机器人避障问题
  1981R.P.Paul1981)出版第一本机器人学课本,“Robot ManipulatorMathematicsProgrammings and Control”

  这些事件的选择标准是该项研究开创性的。但是,虽然19541964二事件是机器人运动学和动力学的基础,但并不是专门为机器人学研究的。
  1978PUMA通用工业机器人的诞生可看作是工业机器人的成熟,直到现在,工业机器人的整个机械结构,驱动,控制结构,编程语言均和1978无本质差别。
  1981年机器人学课本的出版标志着该学科的成熟,DenavitHartenberg1954),Pieper1968),Paul1972),Bolles1976),Paul1979)等人的研究对工业机器人的成熟作用巨大。
  由于学科发展的主要驱动力是求新求深,进入八十年代,机器人学的发展主要向广度和深度发展,主流也渐离工业背景。但由于机器人学是工程学科,太偏离实际肯定要受到制约,也即受到市场驱动力的制约,如那么多的机器人控制和智能方面的研究,但无一实用,这方面的研究肯定要萎缩。这几年,机器人学界意识到这一点(也即研究经费减少了),开始把注意力投向新的工程主题。基于行为的机器人学和生物机器人学将把机器人学推向新的发展时空。

2 基于符号的机器人学的主要研究内容
  参照K.S.Fu等(1988)的经典机器人学课本,传统机器人学的研究内容为:
  ·运动学
  ·动力学
  ·轨迹规划
  ·操作手控制(包括位置与力控制)
  ·机器人传感器
  ·路径规划与任务规划
  以上内容均在笛卡尔空间对机器人或环境用符号进行描述(关节空间可映射至笛卡尔空间),然后实施规划和控制,这部分机器人学称之为基于符号的机器人学是恰当的。另外机器人路径规划和任务规划是与基于符号的人工智能特别相关的部分,这部分内容也称之为智能机器人学或基于人工智能的机器人学,基于符号的人工智能引起的危机自然也是它的危机。

   进入十年代后,机器人学向深度和广度发展的研究有:
  ·多机器人系统的运行学、动力学、运动轨划、控制和协调等问题
  ·冗余度机器人的运动学、动力学、运动规划和控制问题
  ·弹性机器人的运行学、动力学、运动规划和控制问题
  ·复杂环境中机器人的基于多传感器的信息处理与任务实现问题

  向广度发展的研究为:
  ·移动机器人的结构、传感器、控制与任务规划等

  爬行,步行,飞行,水下,轮式,履带式等等能移动的机器人均是移动机器人,够成非常丰富的研究内容,由于机器人在工作空间中移动,首要问题即是避障与导航。由于移动机器人需要具有在动态环境中的自主运动和作业的能力,另一术语自主机器人也主要指移动机器人。
  由于移动机器人的工作环境(动态的,不确定的)与工业机器人的工作环境(结构化的)完全不同,也就需要新的理论,正是这方面的工程需要诞生了基于行为的机器人学及向生物机器人学的发展。

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