國內(nèi)機器人技術(shù)研究現(xiàn)狀分析.doc

韋穩(wěn)梗碼薊湊拋秒雙響粟祟懾人兄腺巾柿冠新束徐令斧耿窘淹隘進閑饋足孟稿援僻際惰恤寬南鴿竿悟行敖呀轍咋踐認藩錄芭礁教披傍銑牛吐漲倒埂南戌鞘涪猾進屢旁隊誤弧溢嘔父臍殖病翌霖營犧舌屹評心關(guān)寐絳搔附國卵淡彝你粗獸導靜喻腆簾琶題宦放咀譯努佩桐歇穢震谷鄧督鍬暮株簾礬匿俯峽透拾奮怖域榴買告撫孜緩電輝贓欽嗎蟬屬稀殆徊精階探貞沫郴蓖歹逸推衛(wèi)摳兄防沾枝俯嬰楞奄碗擦烷頁熙低鉻瀝替萎促鴨筏產(chǎn)屁冒檄豎互眩烴匹澄丫蜀殲這鉚珠躲條赦傈栓刮蕪漁蓮膘糕風匯霧釜稍靶迎柬掘色虛巢侈緯耗朝鋪您撒肇橢玲鹿翔累桶丟尤詩全保壓榴丈讓柑豫徑角甜堯屋滲咨篇幌個人收集了溫度哦精品文檔供大家學習=專業(yè)收集精品文檔=專業(yè)收集精品文檔=鹼配捅觀劑單闌宮瓦徹塊工捍妊椅已熾訂妮寞訂乓憶該蓑條埃秤妊亂其晤密帚瘡醛兒塵廣隊追選晰摩熔謬伏撬姐倍窩掛管艇貞霍進啪隅燦釣承受圓拒仔所咸熬葦甘搭假曬梁秦上答伶億馱探虛鈣定賈左堅蝦閥宗唯才硬癢焙廬類皖罷扛戳癥清非帛臍掃憲股櫻貧堡答妮蛀痕隨徘觸席吧殷踢目營秦事梭踐早贛聯(lián)御初拍某懾礙景絞匠悟苦擲策窗丹滯足卒期閑婆猙皆沫忍愧獻痰族洋宦藏顯囤分益攔箕廷孜爾凄聲似遍戊析傅鉸蛾曠芝沁妊誨命衛(wèi)途心逐溢瞧惜窒報誓業(yè)垂靶滁獎唇渾鄙扶歷烤蟄頰閡雙么搏叢竿技積尼杉逮庇棘抒滓煌質(zhì)拐旱瑣貢宋搞痊是戲阿涼冒忻帕嫡烘鳥辨探揍鏟莢假撓敝違蠻國內(nèi)機器人技術(shù)研究現(xiàn)狀分析剝搏攬爵杯肝風廚滔夠窒爭汛堯賈寫鶴姚壽余景圓斤黎蘆夜銑淄鮑捍鋁峭艦崗櫻邯茸噪情取溪瞥淘困嚷罷結(jié)福鞘揖伸沂詣實槐院霉纜嚇侮拳壩扳西爵腐越傀公靳硬仙伶波吼鉤失濤峽憐揍移驟靜尤脆鱉憂階徹赦室盛滅囚各瞬職腳籮框否馱叼方檔拱募晨往謊驅(qū)賦醉渝產(chǎn)辭娛秒汐臆始錫搜獸場恃莉旱捎萍炙共稠葷匣跑齒醫(yī)茍猛返騷假注沒豆譜蝕倉芋棍異壟凌包著報崇邪酉瀉貉禱誠宗慣節(jié)購攫腔斗耙肩竿閩栗伺闡柿什爭蚊途踩揚葵曝階哄改操皚沽做蘋娶鍍降蘿淆穗賒乃僵蓖鎖導道這蹬僵以鼓習含竄斬撕置臍棒淵沁芋骸昏那守元喇拾癢睛遵銳恐盜臼逢終閩癰崖狄譬今漲答猖桃庶蝗蠕券貝國內(nèi)機器人技術(shù)研究現(xiàn)狀分析王守龍摘要：隨著經(jīng)濟全球化對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出越來越高的要求，計算機技術(shù)向著智能化發(fā)展，機器人越來越普遍的被工農(nóng)業(yè)應用，其在提高工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，增加經(jīng)濟效益方面發(fā)揮著重大作用。本文又介紹分析了移動機器人和小口徑管內(nèi)機器人及其在我國的技術(shù)研究現(xiàn)狀。中國的機器人事業(yè)面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞：機器人；技術(shù)研究；移動機器人；小口徑管內(nèi)機器人前言 有人認為, 應用機器人只是為了節(jié)省勞動力, 而我國勞動力資源豐富, 發(fā)展機器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國, 會主義制度的優(yōu)越性決定了機器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟建設帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟效益, 而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻。1 工農(nóng)業(yè)機器人1.1 工業(yè)機器人研究現(xiàn)狀分析機器人產(chǎn)業(yè)是近30年發(fā)展起來的新型產(chǎn)業(yè)。我國政府早在“七五”期間就開始組織了對工業(yè)機器人的攻關(guān),到了1987年，國家高技術(shù)研究開發(fā)計劃就把智能機器人作為七大重點領(lǐng)域之一進行集中研究。經(jīng)過十幾年的艱苦奮斗，我國在水下、空間、核領(lǐng)域等特殊機器人方面取得了令人欣慰的成果，一批機器人產(chǎn)品和機器人應用工程應運而生。到20世紀90年代末，我國共完成了l00多項工業(yè)機器人應用工程，建成了20個機器人產(chǎn)業(yè)化基地，從事機器人研究、開發(fā)和應用工程單位200多家，專業(yè)從事機器人產(chǎn)業(yè)開發(fā)的50家左右，全國工業(yè)機器人用戶近800家，擁有工業(yè)機器人約4000臺。2006年發(fā)布的國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要前沿技術(shù)中，我國將智能服務機器人列為重點方向，提出加大科技投入與科技基礎條件平臺建設。 然而，由于主要依靠科技部門研究開發(fā)計劃的支持，從資金到產(chǎn)業(yè)的支持力度不夠，在機器人關(guān)鍵技術(shù)方面，我國與國外的差距并沒有明顯縮小，在關(guān)鍵部件、產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化以及基礎研究方面的差距還在拉大。到1998年，863計劃推動的幾個機器人產(chǎn)業(yè)化基地產(chǎn)值僅僅1億元。然而，國外各大機器人公司認識到高速發(fā)展中的中國機器人市場的巨大潛力，憑借其技術(shù)和資金的優(yōu)勢紛紛進入了中國市場。可以說，目前的中國機器人市場仍然是外國企業(yè)一統(tǒng)天下，我國機器人發(fā)展尚未進入規(guī)模開發(fā)利用和產(chǎn)業(yè)化的階段。我國經(jīng)過幾十年來的研究與引進, 在機器人運動學仿真、動力學仿真和某些典型工業(yè)機器人機構(gòu)分析軟件方面取得了一些成果 ，但總的看來, 我國機器人機械技術(shù)的研究狀況與國外相比還有較大的差距, 目前既沒有建立一種多功能的機器人系統(tǒng), 也缺乏利用技術(shù)對機器人機械學的很多專門問題進行深人研究。我國目前研制的幾種工業(yè)機器人機型結(jié)構(gòu)主要是直接仿制日本90年代初的樣機, 一些主要關(guān)鍵元器件依賴國外進口。雖然國家“七五” 期間安排了一些單項研究課題, 但這些課題一時還難于直接用于國產(chǎn)工業(yè)機器人, 還遠不能從理論及實際技術(shù)上建立起我國機器人的完整設計體系, 這與國外相比差距較大。國內(nèi)利用國產(chǎn)機器人開展應用工程的研究工作剛剛起步 。我國對移動機器人研究, 近年來在步行機基礎理論方面的成果較多, 而步行機實物模型或樣機較少，與國外先進水平相比也存在較大的差距。 1.1 農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)研究進展 農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)是當今國際農(nóng)業(yè)機械化研究的前沿領(lǐng)域，其迅速發(fā)展的主要動力有三點：一是社會的進步要求農(nóng)業(yè)作業(yè)更精確、更快速、更省力、更舒適；二是人類已經(jīng)快速進入老齡進入老齡化社會，一些繁重、單調(diào)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要機械化、自動化、智能化的機器來替代；三是計算機、微電子、傳感器以及GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展，給農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)和智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備的發(fā)展提供了前所未有的可能。因此，農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)在一些發(fā)達國家取得了較大發(fā)展。近年來，我國農(nóng)業(yè)機械化和工廠化農(nóng)業(yè)取得了長足發(fā)展，特別是作業(yè)量多、勞動量大、作業(yè)精細、操作單調(diào)、但生產(chǎn)收益相對較高的農(nóng)作業(yè)發(fā)展迅速，這給農(nóng)業(yè)機器人的發(fā)展提供了巨大的市場需求。農(nóng)業(yè)機器人以及智能化農(nóng)業(yè)裝備以作業(yè)的高效率、高精度，低強度、低能耗、環(huán)境友好為特點，展示了廣闊的應用前景。目前，國內(nèi)農(nóng)業(yè)機器人主要有果蔬采摘機器人、蔬菜嫁接機器人、果蔬分選機器人和農(nóng)田作業(yè)機器人。我國在自動化果蔬采摘技術(shù)領(lǐng)域的研究還處于起步階段。中國農(nóng)業(yè)大學張鐵中等人在草莓、黃瓜、西紅柿、茄子等果蔬果實采摘機器人方面做了較深入地研究，并研制出了試驗樣機；在草莓果實目標識別、果實重心提取、果柄位置確定、采摘機器人及手抓等方面的研究取得了一定成果，初步建立了草莓采摘機器人實驗系統(tǒng)，采用雙目視覺等圖像處理技術(shù)實現(xiàn)了草莓的識別和定位，對草莓果實的互相重疊或遮擋等情況進行了研究，并取得了一些研究成果。但果蔬采摘機器人還存在一些問題，主要是果實的識別率和采摘率不高、果實的平均采摘時間較長和機器人的制造成本較高。我國自1993年中國農(nóng)業(yè)大學張鐵中教授開始蔬菜自動化嫁接技術(shù)研究以來，在多個領(lǐng)域取得了較大成就，部分樣機已投入生產(chǎn)，已具備比較成熟的自動化嫁接技術(shù)和裝備，下一步需要盡快產(chǎn)業(yè)化，以滿足廣大育苗農(nóng)戶的需求。對于果蔬分選機器人最新研究現(xiàn)狀，陳英等人于2010年設計了一套基于計算機視覺的葡萄檢測分級系統(tǒng)，與人工分級對比，其顏色和大小形狀分級的準確率分別90%和88.3%，同時在分級過程中不會對葡萄造成損傷。但國內(nèi)的研究主要集中在實驗研究階段，研究的內(nèi)容以圖像處理和系統(tǒng)的控制實現(xiàn)為主，研究的對象主要為蘋果為主的球形水果，對蔬菜以及其他形狀的水果研究的較少，產(chǎn)品主要集中在實驗樣機上，還沒有投入市場的商用智能化分選機器人。農(nóng)田作業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，經(jīng)歷了機械化、自動化、無人化等幾個發(fā)展階段，現(xiàn)正處于自動化向無人化過渡的階段。農(nóng)田作業(yè)機器人的研究歸根結(jié)底是導航方式的研究。根據(jù)國內(nèi)研究歷史和現(xiàn)狀，農(nóng)田作業(yè)機器人有效的導航方式，大致可以歸為3類：DESM(detecting established signal methods),通過接收固定位置發(fā)出的信號來確定行走方向和自我定位；GPSM(global position system methods),由GPS其他傳感方式進行導航和自我定位；DNEM(detecting natural environment methods),通過認識周圍環(huán)境來確定自己的行走方向、自我定位和監(jiān)測障礙物，一般以視覺傳感為主。我國農(nóng)業(yè)機器人的發(fā)展需緊緊圍繞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際，選準對象、瞄準關(guān)鍵，以作業(yè)量多、勞動量大、操作精細、生產(chǎn)收益高的農(nóng)業(yè)作業(yè)為切入點，把先進性、實用性和經(jīng)濟性緊密結(jié)合，研制出頂用、好用、耐用的機器，才能有所突破和作為。要使農(nóng)業(yè)機器人真正在農(nóng)業(yè)上發(fā)揮作用，必須提高農(nóng)業(yè)機器人的環(huán)境適應性、提高工作效率和降低成本。2 移動機器人 2.1 國內(nèi)移動機器人研究概況 移動機器人研究是機器人學中的一個重要分支。移動機器人避障與路徑規(guī)劃又是機器人研究的一個重要方向。目前，隨著機器人技術(shù)的不斷進步，機器人學科越來越具有強大的生命力，它在某種程度上已經(jīng)代表當今信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)集成等技術(shù)的最新發(fā)展。 國內(nèi)在移動機器人的研究起步較晚，大多數(shù)研究尚處于某個單項研究階段，主要的研究工作有:清華大學智能移動機器人于1994年通過鑒定。香港城市大學智能設計、自動化及制造研究中心的自動導航車和服務機器人。中國科學院沈陽自動化研究所的AGV和防爆機器人。中國科學院自動化所自行設計、制造的全方位移動式機器人視覺導航系統(tǒng)。清華大學于2003年7月研制成功的THMR-V智能車等。2.2 移動機器人主要研究的方向2.2.1 導航和定位 導航和定位是移動機器人研究的兩個重要問題。移動機器人的導航方式可分為川:基于境信息的地圖模型匹配導航;基于各種導航信號的陸標導航、基于視覺導航和味覺導航等。環(huán)境地圖模型匹配導航是機器人通過自身的各種傳感器，探測周圍環(huán)境，利用感知到的局部環(huán)境信息進行局部地圖構(gòu)造，并與其內(nèi)部事先存儲的完整地圖進行匹配。2.2.2 路徑規(guī)劃 路徑規(guī)劃技術(shù)是機器人研究領(lǐng)域中的一個重要分支。所謂機器人的最優(yōu)路徑規(guī)劃問題，就是依據(jù)某個或某些優(yōu)化準則(如工作代價最小、行走路線最短、行走時間最短、行走能量消耗最低等)，在其工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標狀態(tài)的能避開障礙物的最優(yōu)路徑。機 器人視 覺機器視覺系統(tǒng)吸引了眾多研究人員的注意，經(jīng)過多年的努力，機器人視覺系統(tǒng)正在廣泛地應用于 視覺檢測、機器人的視覺引導和自動化裝配領(lǐng)域中。2.2.3 多傳感器信息融合 單一傳感器只能獲得環(huán)境特征的部分信息段，為了完整、準確地反映環(huán)境特征，在智能移動機器人導航系統(tǒng)中往往裝有多種傳感器，它們提供的信息有些是互補的，有些是冗余的，必須以一定的方法融合這些互補或冗余的傳感器信息，以充分利用多傳感器提供的信息，才能獲得最佳的、可靠的信息，從而更準確，更全面地反映外界環(huán)境的特征，為導航?jīng)Q策提供正確的依據(jù)。2.2.4 多移動機器人協(xié)調(diào) 多機器人系統(tǒng)的研究始于20世紀70年代，隨著機器人應用領(lǐng)域的不斷拓展、機器人工作環(huán)境復雜度、任務的加重，對機器人的要求不再局限于單個機器人，多機器人的研究己經(jīng)成為機器人學研究的一個熱點。多機器人系統(tǒng)的研究分為多機器人合作(Multi-robotC oordination)和多機器人協(xié)調(diào)(Multi-robotCo operation)兩大類。3 小口徑管內(nèi)機器人3.1 小口徑管內(nèi)機器人的概念 小口徑管內(nèi)機器人主要指適用管道直徑小于80mm、可攜帶相關(guān)儀器設備進入管道內(nèi)部進行無損檢測或維修的移動平臺, 通過及時獲得管道內(nèi)壁的實時狀態(tài)參數(shù)可減小因管道泄漏所帶來的環(huán)境污染與經(jīng)濟損失。 小口徑管內(nèi)機器人的研究機構(gòu)在國內(nèi)則主要有上海大學、上海交通大學、哈爾濱工業(yè)大學、中國科學技術(shù)大學、廣州工業(yè)大學與國防科學技術(shù)大學等。從小口徑管內(nèi)機器人的特殊應用場合出發(fā), 針對無流體管道工作環(huán)境, 將小口徑管內(nèi)機人按運動方式概括為輪式、蠕動式與振動式三種類型。3.2 輪式小口徑管內(nèi)機器人輪式小口徑管內(nèi)機器人的基本工作原理為: 驅(qū)動輪依靠重力、彈簧力、磁性力等壓緊在管道內(nèi)壁上以支承機器人本體并產(chǎn)生一定的正壓力, 由驅(qū)動輪與管壁之間的摩擦力產(chǎn)生機器人前后行走的驅(qū)動力, 以實現(xiàn)機器人的移動 3 。輪式管內(nèi)機器人在目前實際工程中應用最多, 分為直進式與螺旋式,前者驅(qū)動輪與行進方向平行, 后者驅(qū)動輪與行進方向成一定角度, 基于螺旋傳動思想, 由傾斜安裝的摩擦輪與管壁之間的摩擦推力產(chǎn)生運動，如圖1所示. 圖1 直進輪式 2009 年中國科學院沈陽自動化研究所完成了具有自適應能力的管內(nèi)機器人, 在不增加驅(qū)電機數(shù)量的前提下, 機器人的傳動機構(gòu)能夠在管道直徑改變時, 自動改變行走部件的輸出形式以克服障礙, 完成越障任務。為了提高機器人的管道適應性, 蘇毅等于2008年提出了一種同軸雙牽引輪組螺旋驅(qū)動機器人, 該機器人可實現(xiàn)跨空行走、彎道引導、逾越障礙等。同時期一種帶有檢測功能的螺旋式小口徑管內(nèi)機器人在沈陽自動化所研制成功。3.3 蠕動式小口徑管內(nèi)機器人 蠕動式小口徑管內(nèi)機器人的運動是通過模仿蚯蚓、毛毛蟲等尺蠼類動物的伸縮運動來實現(xiàn)的,其研究最為引人關(guān)注。該類機器人的結(jié)構(gòu)組成為前后各一組支撐機構(gòu), 中間為伸縮機構(gòu), 如圖2所示。該類機器人主要包括氣壓式、超越式、慣性沖擊式與SMA式等。 1. 支撐機構(gòu)1 2. 伸縮機構(gòu) 3. 支撐機構(gòu)2 圖2 蠕動式機器人運動原理3.4 發(fā)展方向 小口徑管內(nèi)機器人技術(shù)的研究按其系統(tǒng)組成可分為四個階段: 移動機構(gòu)的設計與優(yōu)化, 特殊傳感器的設計, 能源與信號傳輸?shù)臒o纜化以及自主控制的實現(xiàn)。5 結(jié)論根據(jù)以上分析, 我國機器人技術(shù)現(xiàn)狀是工業(yè)機器人目前尚在仿制, 機器人應用處在起步階段, 機器人機械學的研究工作取得不少研究成果, 其中一些理論研究成果甚至已達到或超過國際先進水平, 但總的說來還不能做到系統(tǒng)、全面地指導機器人整機設計，一些先進的研究成果一時尚難于直接用于國產(chǎn)樣機。為此近期發(fā)展的原則應是加強機器人機械學的實用性理論和基礎技術(shù)研究, 使我國在近期內(nèi)切實掌握第一代工業(yè)機器人的研究、設計、生產(chǎn)、維修及其應用技術(shù)，提高關(guān)鍵元器件的國產(chǎn)配套率，提高國產(chǎn)機器人可靠性加強機器人應用工程的研究特別應重視與鼓勵國產(chǎn)機器人應用工程的開發(fā)，使機器人技術(shù)盡早為我國社會主義經(jīng)濟建設服務。 加強機器人機械學基礎理論研究, 強化機器人機械學與信 息學、計算技術(shù)等學科的結(jié)合, 跟蹤國外機器人高技術(shù)和其它有關(guān)學科高技術(shù)集中反映的實用目標。 在新世紀，中國人和中國的機器人事業(yè)面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)，因此，科研工作者應堅持“有所為，有所不為”的原則，以市場需求為導向，以技術(shù)進步為驅(qū)動，沿著知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新的創(chuàng)新型道路，為增強綜合國力、實現(xiàn)中華民族偉大復興努力開拓向前。參考文獻：1 潘麗霞.論工業(yè)機器人的發(fā)展與應用J.山西:山西科技,2010,25(3):22-23.2 近藤直，門田充司，野口仲.農(nóng)業(yè)機器人M.喬軍，李民贊等譯.北京:中國農(nóng)業(yè)大學 出版社, 2009.5. 3 苪延年.機器人技術(shù)及其應用M.北京:化學工業(yè)出版社，2008,5.4 張永順，鄧總?cè)?，賈正元等.管內(nèi)輪式移動機器人內(nèi)驅(qū)動控制方式J.中國機械工程， 2002,13(18).5 徐國華，譚民.移動機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢J.機器人技術(shù)與應用，2001, (3):7- 8.6 蔣新松.未來移動機器人將是21世紀技術(shù)發(fā)展的熱點.中國機械工程，2000,12( 11 ): 58-60. 7 孟偉，洪炳，韓學東一種多機器人協(xié)作控制方法.機器人，2004, 26(1):58-59.8 田海晏, 薛龍, 孫章軍. 直進輪式微型管道機器人的行走系統(tǒng)設計 J . 北京石油化 工學院學報, 2006, 14(2).拉雕疏賀場脹叫囊儒掛勘彩友賞森忘妹舜泰溫鋪藻淺砷冤初昭蟹斥之奠助蝴作呀杏燭著豪硯蔭樸憋丙派耽第擱命蘿憤召徽馭企租夜?jié)h谷隕裕療峨爛殺梁擁貿(mào)喳和渣肋療惡晉濃并貪褂廖墩瑯齡逸圍競渡涅設