机器人学
详细内容
机器人学(英语:robotics)是一门包含了数学、物理、自动化、机械、电子等多领域,主要从事机器人的软硬件设计、开发及应用的学科[1]。
“机器人”(英语:Robot)这个词最初是由捷克作家卡雷尔·恰佩克(Karel Čapek)在他的科幻小说《R.U.R(Rossum公司的通用机器人)》(1920年)中创造的,而机器人学这个词最初是艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)在他的科幻短篇小说《环舞(Runaround)》”(1941年)中使用的。[2]
一.主要课程
1.基础课程
大学数学、大学物理、机器人运动学与动力学、计算机视觉、电路、数字电子电路、模拟电子电路、C语言等。
2.专业课
机器人导论、图像与感知技术、机器人运动规划、人形机器人 、计算机视觉、人机交互 、移动机器人设计等。[3]
二.发展历史
公元1927年,一个由德国演员布里居·海默(Brigitte Helm)演示、女性人形的机械式人类(德语:Maschinenmensch),第一次在弗里茨·朗执导的德国科幻电影《大都会》(德语:Metropolis)中出现。
1942年,科幻作家以撒·艾西莫夫(英语:Isaac Asimov)勾勒出他的机器人学三大法则
1948年,以撒·艾西莫夫提出了模控学原理,成为日后机器人学的基础。
直至20世纪中才出现了全自动的机器人。第一个可数位操控及可编程化的机器人:通用机械手,于1961年建立,功能为从压铸机中举起高热的金属片并推叠起来。今日商业及工业机器人已被广泛地应用在可以比人工更廉价、或更精确可靠的工作上。机器人也被雇用于肮脏、危险或令人感到乏味的工作。关于机器人的广泛应用还有:制造、组装、封装及包装、运输、地球及太空探索、外科手术、武器、实验研究、保全,以及消费性和工业产品的大量生产。[4]
三.机器人分类
1.国际标准
“机器人学”在本科阶段没有详细划分方向,对于研究生阶段可细分为多个研究方向。但是国际上尚未找到详细的划分标准,现在教育教学上常见划分标准大多根据“负载重量”“控制方式”“自由度”“应用领域”等方面。
- 操作型机器人
能自动控制,可重复编程,多功能,有几个自由度,可固定或运动,用于相关自动化系统中。
- 程控型机器人
按预先要求的顺序及条件,依次控制机器人的机械动作。
- 示教再现型机器人
通过引导或其它方式,先教会机器人动作,输入工作程序,机器人则自动重复进行作业。
- 数控型机器人
不必使机器人动作,通过数值、语言等对机器人进行示教,机器人根据示教后的信息进行作业。
- 感觉控制型机器人
利用传感器获取的信息控制机器人的动作。
- 适应控制型机器人
机器人能适应环境的变化,控制其自身的行动。
- 学习控制型机器人
机器人能“体会”工作的经验,具有一定的学习功能,并将所“学”的经验用于工作中。
- 智能机器人
以人工智能决定其行动的机器人。
2.国内标准
我国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机器人和特种机器人。
所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。
在特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。[5]