1 介绍

1.1 定义

能自动执行任务的人造机器设备一般称为机器人。如工业机械臂，AGV，扫地机器人，服务机器人，机器狗，人形机器人等。

“机器人”（自动控制机器）源自捷克语的Robot一词，而捷克语的Robot一词最早出现在公元1920年捷克科幻作家恰配克的《罗索姆的万能机器人》中[6]，原文作“Robota”，后来成为西文中通行的“Robot”。中文将robot译为“机器人”。

1.2 作用

• 取代人类工作，如做一些重复性工作（太脏太累、太危险、太精细、太粗重或太反复无聊的工作）
• 协助人类工作，如做寻找仓库中货物（机器人负责把货物从仓库中找到送到人面前）

1.3 发展历程

1947年，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质，在这一需求背景下，美国开发了遥控机械臂；
1948年，美国开发了机械式的主从机械臂。机械手首先是从美国开始研制的。
1954年，美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。
2013 年 4 月，举办的汉诺威工业博览会（HANNOVER MESSE） 上， 德国联邦政府正式提出了“工业 4.0” 战略；促进机器人发展；
2015 年 5 月，中国于正式发布《中国制造2025》 计划，其中机械臂成为其中重要的细分技术攻坚领域。大量协作机器人，移动机器人公司随后成立。中国机器人进入发展快车道。随着政策发力，国内的产业链开始追赶补齐；人才涌入，人才数量增加，质量提升。
2020左右，机械臂的控制系统，减速器，伺服系统，开始发力。

1.4 分类

我国分类：

1.5 三大顾虑

• 自主及道德问题
  目前各行业机器人专业功能越来越多，越来越智能（如扫地机器人），但是类人机器人对齐人类，要全能力提升并智能，特别有挑战，涉及很多学科，目前差很多。
• 用于战争问题
  战争是残酷的，一切武器都会威胁生命，高科技本身是中性的，只要是高科技都可能被用于战争。
• 失业问题
  机器人代替工人，确实会导致失业。社会成产力的高度发展，必然会出现机器替人现象。工厂环境差（导致癌症等），工作压抑，年轻人拒绝进厂，再加上工厂利润薄，人工贵，机器人代替越来越多。产业升级，让更多的工程师就业，从而拉动服务行业规模和工资，让更多的人进入服务行业，这是目前的一个选择。

1.6 前景

2022年世界机器人大会举办期间，中国电子学会发布《2022年中国机器人产业发展报告》（下称《报告》）称，2022年，全球机器人市场规模将达到513亿美元（3000亿人民币），中国机器人市场规模将达到174亿美元（约合1191亿元人民币），增速为22%，首次超过千亿元大关。

2 种类

工业机器臂

焊接，搬运物品，打螺丝等。

1956年 日本发那科
1898年 德国库卡 美的收购
1988年 瑞士ABB
1915年 日本安川
2007年 中国埃夫特
2003年 中国汇川

目前主要的机械臂制造企业有：
日本的YAMAHA、安川、发那科、那智不二越、Denso ，
德国的KUKA，瑞士的ABB，意大利的Comau、丹麦的UR，
中国的沈阳新松机器人、 安徽埃夫特、 广州数控、遨博智能。

协作机械臂

• 丹麦优傲
  
• 中国节卡
  
  2005年 丹麦优傲
  2015年 中国遨博
  2015年 中国越疆
  2014年 中国节卡

工业移动机器人

• 美国 kiva
  
• 美国 adept
  
• 中国海康
  
• 中国极智嘉
  
• 中国旷视
  
  1997年 美国adept
  2002年 美国kiva（亚马逊12年收购）
  2000年 中国新松
  2016年 中国海康机器人
  2015年 中国极智嘉

复合机器人

扫地机器人

• 美国iRobot
  
• 中国科沃斯
  
• 中国石头科技
  
• 中国追觅
  
  1990年 美国iRobot
  1998年 中国科沃斯
  2014年 中国石头科技
  2017年 中国追觅科技

服务机器人

• 商场机器人
  
• 送餐机器人
  
• 酒店机器人
  

机器狗

• 美国波士顿公司的BigDog
  
• 小米铁蛋
  
• 中国宇树
  
  1992年 美国波士顿
  2016年 中国宇树
  2021年 小米铁蛋

人形机器人

• 美国特斯拉
  
• 中国小米
  

无人机

• 大疆无人机
  
• 某工程师开发的
  

3 技术

3.1 机器人学分类

• 卡耐基梅隆大学机器人学分类：
  1、感知。视觉传感器、图像传感器、触觉和力传感器、惯导等。
  2、认知。人工智能、知识表达、规划、任务调度、机器学习等。
  3、行为。运动学、动力学、控制、manipulation和locomotion等。
  4、数学基础。最优估计、微分几何、计算几何、运筹学等。

• 一般分类：
  1、机械
  Solidworks画基本的机械图。
  2、硬件
  模电、数电、数字信号处理；
  Altium Designer、Allegro；
  3、软件
  C开发机器人底层的控制程序（单片机）；
  C++开发算法（SLAM）；
  Python、Shell 日志压缩，OTA升级等脚本编写等；
  MATLAB、Julia 做算法验证；
  Linux、ROS、Qt、Go、Java等。
  4、数学、算法
  高等数学（微积分学）>线性代数>概率论与数理统计>大学物理>复变函数；
  有微积分（控制相关），傅立叶变换（信号处理相关），随机过程（状态估计相关），矩阵论（基础），还有最优化的知识（控制决策相关）

动力学建模，非线性控制，最优控制，SLAM，状态滤波，强化学习，计算机视觉（分类、识别、跟踪），自然语言处理。

3.2 功能分类

感知、决策、执行。

3.2.1 感知

• 倍加福单线激光雷达
  
  

三角测距和ToF（光速）测距。
机器人开发–雷达lidar

对应地图：

• 多线雷达
  
  点云数据图如下：
  
• 地图
  
• 双目相机
  
  
• 读码相机（二维码）
  
  
  
• 接近开关
  
  

3.2.2 决策

• 状态机
  
• 行为树
  
  

3.2.3 执行

AGV减震机构

• 驱动浮动，垂直导柱
  
• 双段底盘浮动
  

减速机

减速机占用工业机器人成本 35% 左右。
减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置 。在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。

电机

• 伺服电机：电流环、速度环、位置环，pid控制
  
  
  

编码器

编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。

光编：

磁编：

丝杠与导轨

• 滚珠丝杠
  
• 直线导轨
  

参考

1、wiki–机器人
2、Kiva（亚马逊）机器人介绍
3、机器人开发–技术路线简介
4、状态机与行为树BT
5、AGV 减震结构对比分析
6、我国机器人产业规模超千亿元
7、关于机械臂的发展历史
8、机械臂–发展现状与资料汇总
9、全球AMR调度系统分析（RMS、TMS）
10、机器人开发–接近开关
11、机器人开发–Pepperl+Fuchs倍加福激光雷达系列
12、机器人开发–雷达lidar
13、激光雷达–C16镭神16线三维激光雷达介绍
14、机器人开发–D435
15、机器人开发–减速机
16、机器人开发–pgv 视觉引导（Position Guided Vision）
17、机器人开发–扫地机器人系统的解决方案
18、机器人开发–机器人资料汇总
19、机器人开发–NDC方案
20、机器人开发–电机中的电流环、速度环、位置环
21、机器人开发–二维激光SLAM介绍
22、机器人开发–丝杠与导轨
23、机器人开发–AGV控制系统
24、机器人开发–伺服电机介绍
25、机器人开发–编码器