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1、智能机械的进展,机械与动力工程学院化工过程机械,引言,智能机械学是一门高度交叉学科，涉及机械、电子、计算机、自动控制、人工智能、生物以及人类学等众多领域；智能机械技术是多种学科综合发展的成果，代表高技术前沿，应用不断扩大；研究发展智能机械技术受到世界各国重视：美国“国家关键技术”，“国防部和能源部关键技术”；欧共体“EUREKA”计划，“信息技术研究发展战略计划”；日本通产省“极限环境下作业的机器人”，新加波，韩国，巴西各有计划；,引言,在传统机械中使用智能技术，使得机械能够通过各种传感器获取工作过程和环境信息，并借助智能技术自主地或交互地做出决策与控制。智能化机械具有自我感知、自主决策、自动
2、控制等功能，实际上是一类智能机器人。,智能机械的提出,1956年在达特茅斯会议上，马文明斯基提出了他对智能机器的看法：智能机器“能够创建周围环境的抽象模型，如果遇到问题，能够从抽象模型中寻找解决方法”。,智能机械的定义,科学家认为，只有按人脑的工作方式工作的机器才能称为智能机器；而工程师则认为，不管智能实现的途径是什么，只要机器有人脑的某些功能，就能称为智能机器。当前，为了促进智能机械的研究与发展，我们采用工程师的观点，即只要求该机械具有某些人类的智能，而不管其实现的途径是什么。,智能机械的特征,(1)多信息感知与融合；(2)知识表达、获取、存储和处理(主要是识 别、推理与决策)；(3)联想记
3、忆；(4)自治控制，即自相似、自学习、自适应、自 组织、自维护；(5)容错。,古代探索,1768-1774年，瑞士钟表匠德罗斯父子三人合作制作出三个真人大小的机器人写字偶人、绘画偶人和弹风琴偶人。,齿轮和发条原理,机器人概念早已出现，自古以来就有不少科学家和能工巧匠制造出了一些具有人类特点和模拟动物特征的机器人雏形。据记载西周时期能工巧匠偃师造出能歌善舞的伶人；墨经记载春秋时鲁班研制一种木鸟，空中飞行“三日而不下”；东汉科学家张衡发明了地动仪、计里鼓车和指南车。,古代探索,1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。使智能机械成为可能。,国外起步,1954年美国人
4、乔治德沃尔（George C.Devol）研制出第台电子可编程序工业机器可编程关节传送装置，1960年美国“联合控制公司”根据Devol的专利生产出第一台真正意义上的工业机器人，1969年通用汽车公司用21台工业机器人组成轿车自动焊接生产线。,国外起步,国内起步,我国已在“七五”计划中把智能机械列人国家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个智能机械研究示范工程，全面展开了智能机械基础理论与基础元器件研究。,中南大学于2000年开发了隧道凿岩机器人,是双臂型机器人。它两只巨大的铁臂上各有一个6米长的钻头，可以在任何坚硬的岩石上打出所需要的炮眼。只需操作者在电脑上输入工作界面面积和炮眼数目
5、，机器人便自动设计钻孔的疏密布局并予以执行。其工作界面最大可以达到90平方米。,国内起步,智能机械的组成,第一代智能机械,可编程、示教再现功能，已经商品化实用化；所谓示教，即由人教机器运动的轨迹、停留点位、停留时间，机器依照人教的行为、顺序、速度重复运动，即再现。手把手示教：喷涂机器人，控制面板重复；,第二代智能机械,装备一定的传感装置，能获取作业环境、操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，能做出简单推理，对动作进行反馈；如焊接机器人的焊缝自动跟踪技术：焊枪按示教位置运行，要求焊接位置非常准确；受热等其他原因，被焊接位置变形，需要能自动跟踪焊缝；传感器感知焊缝位置，反馈控制修正焊枪位置偏差
6、，自动跟踪焊缝；,第三代智能机械,高度自适应的自治机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断决策，在作业环境中可独立行动；感知自身状态：位置，自身是否故障；感知外界状态：道路，协作机器人距离、相互作用力等；根据内外信息综合处理，进行逻辑推理、判断、决策，在变化的内、外环境中自主决定自身行为；,二十世纪七十年代机器人产业得到蓬勃发展，机器人技术发展成为专门学科机器人学，机器人应用领域进一步扩大。大规模集成电路和计算机的发展使其性能大大提高，成本不断下降。二十世纪八十年代不同结构、不同控制方法和不同用途的工业机器人在发达国家进入了实用化普及阶段。随着传感技术和智能技术的发展，已经进入智能
7、机器人研究阶段。现在由工业机器人向特种机器人、拟人机器人发展。,现代智能机械,现代智能机械,工业机器人特种机器人 拟人机器人,不同应用领域内的智能机械,工业机器人：弧焊机器人，点焊机器人，装配机器人，喷涂机器人，搬运机器人，抛光机器人，切割机器人，数控机器人；农业机器人：嫁接机器人，采摘机器人，移栽机器人，施肥机器人，喷药机器人，除草机器人，收割机器人，果实分拣机器人，自动挤奶机器人；服务机器人：礼仪接待机器人，医用辅助机器人，助残机器人（道盲），清洗机器人，建筑机器人；特种机器人：排爆机器人，水下机器人，空间机器人，微型机器人；拟人机器人：模仿人的动作、表情，一定智能；,智能机械脚,智能机械
8、脚让截肢者步态更自然,采摘智能机械,采摘西红柿：手抓利用西红柿重量自锁，简单实用，中心偏离5mm也可抓到；林木球果采摘机器人：东北林业大学，梳，捋，,水下智能机械,遥控潜水器，观测设备有声纳、照明灯、照相机、微光摄像机，以及机械手等作业设备；97年沈阳自动化所研制的6000米自治水下机器人CR-01，无人无缆，进行摄像、拍照、测量，探测与水文观测；,智能电动轮椅,36台摄像机，每3台构成一个立体摄像单元，12个摄像单元按正12面体配置，前后、上下、左右全方位实时立体监视，对3米内障碍物测量评估，在发生碰撞、台阶跌落、翻到等危险情况时报警、自动减速、紧急停止；姿态极端改变时无线通知护理人员；识别手势指示前行，刹车；,瓶颈,成本高昂：智能机械由于采用了大量高科技元件,制作成本比较高,而且其组装工艺的愈加精湛也会使其成本增高；较易损坏：智能机械系统庞大,各部件本身精密细致,连接精巧繁多。,发展方向,柔性化灵捷化智能化信息化模糊处理并行化神经网络机器情感,结语,智能机械是时代发展的产物,不以个 人意志为转移,其强大的生命力决定了它 不可能因为一些不足而停止发展,其改进 与普及是大势所趋。,
