機器人技術及應用

1、機器人技術及應用機器人技術及應用周賢濤鄭州大學機械學院 2022015044420220150444一、機器人原理機器人瓦力的原理是一種物理狀態(tài)？具有一定的形態(tài)？機器人的外形究竟是什么樣子？這取決于人們想讓它做什么樣的工作？其功能設定決定了機器人的大小、形狀、材質和特征等等.像大腦就是限制機器人的程序或指令組,當機器人接收到傳感器的信息后,能夠遵循人們編寫的程序指令,自動執(zhí)行并完成一系列的動作.限制程序主要取決于下面幾種因素,使用傳感器的類型和數量,傳感器的安裝位置,可能的外部鼓勵以及需要到達的活動效果.動作就是機器人的活動,有時即使它根本不動,這也是它的一種動作表現,任何機器人在程序的指令下

2、要執(zhí)行某項工作必定是靠動作來完成的.他是一個智能的機器人產,但是他的智能已經和我們人類沒什么區(qū)別了.如果在現實生活中有這樣的機器人的話,就完全可以代替人類來做任何事情了.這是我的看法.下面是現在我們現實生活中智能機器人的五個組成局部,電子計算機是智能模擬的物質技術工具.它是一種自動、高速處理信息的電子機器.它采用五個與大腦功能相似的部件組成了電腦,來模擬人腦的相應功能.這五個部件是,1 1輸入設備模擬人的感受器眼、耳、鼻等用以接受外來的信息.人通過輸入設備將需要計算機完成的任務、課題、運算步驟和原始數據采用機器所能接受的形式告訴計算機,并經輸入設備把這些存放到存貯器中.2 2存貯器模擬人腦的記

3、憶功能,將輸入的信息存儲起來,供隨時提取使用,是電子計算機的記憶置.3 3運算器模擬人腦的計算、判斷和選擇功能,能進行加減乘除等算術運算和邏輯運算.4 4限制器人腦的分析綜合活動以及通過思維活動對各個協(xié)調工作的限制功能,根據存貯器內的程序,限制計算機的各個局部協(xié)調工作.它是電腦的神經中樞.5 5輸出設備模擬人腦的思維結果和對外界刺激的反映,把計算的結果報告給操作人員或與外部設備聯(lián)系,指揮別的機器動作.人工智能的產生是人類科學技術進步的結果,是機器進化的結果.人類的開展史是人們利用各種生產工具有目的地改造第一自然自然造成的環(huán)境、如江河湖海、山脈森林等,創(chuàng)造第二自然即人化自然,如人造房屋、車輛機器

4、等的歷史.人類為了解決生理機能與勞動對象之間的矛盾,生產更多的財富,就要使其生產工具不斷向前開展.人工智能是隨著科學技術的發(fā)展,在人們創(chuàng)造了各種復雜的機器設備,大大延伸了自己的手腳功能之后,為了解決迫切要延伸思維器官和放大智力功能的要求而產生和開展起來的.人工智能的出現深化了意識對物質的反作用的原理.人工智能是人類意識自我熟悉的產物.電腦的出現意味著人類意識已能局部地從人腦中分化出來物化為物質的機械運動.這不僅延長了意識的器官,也說明意識能反過來創(chuàng)造人腦.這是意識對人腦的巨大的反作用.從意識與人腦的相互關系中進一步深化了意識對物質形態(tài)進步的反作用,意識作為最高的物質屬性對于物質運動開展的反作用

5、.這樣的效果人類不會放棄.科技在進步人類的要求也不斷的提升.這就是今后機器人為什么會繼續(xù)開展的原因.不過我也相信機器人不管怎么樣有些方面還是不能與人類相比的,同時人是無法取代的.二、機器人應用機器人應用和開展前景綜述研制機器人的最初目的是為了幫助人們擺脫繁重勞動或簡單的重復勞動,以及替代人到有輻射等危險環(huán)境中進行作業(yè),因此機器人最早在汽車制造業(yè)和核工業(yè)領域得以應用.隨著機器人技術的不斷開展,工業(yè)領域的焊接、噴漆、搬運、裝配、鑄造等場合,己經開始大量使用機器人.另外在軍事、海洋探測、航天、醫(yī)療、農業(yè)、林業(yè)甚到效勞娛樂行業(yè),也都開始使用機器人.一、國內外機器人的主要應用方面從機器人的用途來分,可以

6、分為兩大類：軍用機器人和民用機器人.軍用機器人主要用于軍事上代替或輔助軍隊進行作戰(zhàn)、偵察、探險等工作.根據不同的作戰(zhàn)空間可分為地面軍用機器人、空中軍用機器人即無人飛行機卜水下軍用機器人和空間軍用機器人等.軍用機器人的限制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遙控式等多種方式.在民用機器人中,各種生產制造領域中的工業(yè)機器人在數量上占絕對多數,成為機器人家族中的主力軍；其它各種種類的機器人也開始在不同的領域得到研究開發(fā)和應用.總體看來,假設按用途分,民用機器人可以分為以下幾個主要類別：1工業(yè)機器人這是機器人中數量和種類最多的一種機器人,廣泛用于工業(yè)領域的各行各業(yè).工業(yè)機器人一般由機械本體、限制器、伺

7、服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置等構成,是一種仿人操作、自動限制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產設備.特別適合于多品種、變批量的柔性生產.它對穩(wěn)定、提升產品質量,提升生產效率,改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用.工業(yè)機器人并不是在簡單意義上代替人的勞動,它既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反響和分析判斷水平,又具有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的水平,從某種意義上說它也是機器的進化過程產物.機器人技術是綜合了計算機、限制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術,是當代研究十分活潑,應用日益廣泛的領域.機器人應用情況,是一個國家工業(yè)

8、自動化水平的重要標志三、機器人的開展摘要：本文通過簡單介紹機器人的誕生、開展過程以及未來開展趨勢,討論了機器人及其技術發(fā)展的情況,并進一步說明了機器人與現代科學技術革命有著密切的關系,符合科技革命關于生產實踐需要的理論.機器人作為一種高技術,是不斷開展和完善的,這種不斷的開展和完善是通過技術革命的內在推動力來實現的.同時,機器人的開展和廣泛應用,極大地推動著科學技術的發(fā)展和人類社會的進步.1 1 現代機器人的產生1.1.1 1 早期機器人的出現機器人,英語為ROBOROBOT T 意思是一種干臟活的人形機器.它表達了人類長期以來的一種愿望,即創(chuàng)造一種像人一樣的智能機器,以便能夠代替人去進行各種

9、各樣的工作.機器人雖然是一個新造詞,但關于機器人這一思想的淵源,卻可以追溯到遙遠的古代.早在我國西周時期,就有能工巧匠侶師制作了一個歌舞“機器人獻給周穆王；公元前 3 3 世紀,古希臘創(chuàng)造家戴達羅斯用青銅為可里特島國王邁諾斯塑造了一個守衛(wèi)寶島的青銅衛(wèi)士塔羅斯；我國東漢時期,張衡創(chuàng)造了用于軍事的指南車,可以說它是最早的移動機器人雛形.隨著科技的開展,1818 世紀出現了以蒸汽機創(chuàng)造為標志的第一次技術革命,這引起了古代機器人技術的進步.1891893 3年MorMore e制造了“蒸汽人,它的腰由桿件支撐,靠蒸汽驅動雙腿沿圓周運動.以上這些自動玩具或自動作業(yè)機的出現均是以當時的科學和技術為根底.用

10、現代的眼光來看,它們的功能是單一的,實現方法是落后的,但它們卻代表了當時的最高科技水平.1.1. 2 2 現代機器人的產生2020 世紀,人類取得了輝煌的成就,從量子力學、 相對論的創(chuàng)立,原子能的應用,脫氧核糖核酸雙螺旋結構的發(fā)現,到信息技術的騰飛,人類基因工作草圖的繪就,世界科學發(fā)生了深刻的變革.信息技術、生物技術、新材料技術、先進制造技術、海洋技術、航空航天技術等都取得了重大突破.此時,科學技術化,技術科學化,科學技術密不可分,出現了人類歷史上第一次科學與技術的綜合性革命一一現代科技革命.現代機器人是電子工程學、機械學、限制論與限制工程學、計算機科學與工程、人類學、社會學、人工智能、生物學

11、等多學科的集成,所以它是多學科科技革命的必然結果.當時電子計算機已經出現,電子技術也有了長足的開展,產業(yè)領域出現了受計算機限制的可編程的數控機床,與機器人相關的限制技術和零部件加工有了扎實的根底.另一方面,人類需要開發(fā)自動機械,代替人去從事一些惡劣環(huán)境下的工作,比方在原子能的研究過程中,由于存在大量放射性,要求用某種操作機械代替人來處理放射性物質.正是在這一背景下,美國原子能委員會的阿爾貢研究所于 19471947 年開發(fā)了一種遙控機械手代替人,19481948 年又開發(fā)了主從機械手.19541954 年美國人喬治？德沃爾設計出了第一臺可編程(示教再現型)的工業(yè)機器人,在此根底上,創(chuàng)立了 Un

12、5mtUn5mt 匕 onon 公司,并于 1961962 2年生產出來,取名為 UnimateUnimate.此機器人在美國通用汽車公司(CM)(CM)投入使用,這標志著第一代機器人的誕生.從此,機器人開始成為社會系統(tǒng)中的一員,影響著社會的開展、科技的進步.2 2 現代機器人的開展從 2 20 0 世紀 6 60 0 年代初,美國生產出最初的工業(yè)機器人,到2 20 0世紀8 80 0年代初,機器人技術經歷了一個長期緩慢的開展過程.到了 2020 世紀 9090 年代,隨著計算機技術、微電子技術、網絡技術等的快速開展,機器人技術也得到了飛速開展.除了工業(yè)機器人水平不斷提升之外,各種用于非制造業(yè)

13、的先進機器人系統(tǒng)也有了長足的進展.現將按工業(yè)機器人、特種機器人兩條技術開展路線分述機器人的開展進程.2.2. 1 1 工業(yè)機器人的開展進程問1 1機器人操作機.通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設計等現代設計方法的運用,機器人操作機已實現了優(yōu)化設計.以德國 KUKAKUKA 公司為代表的機器人公司,已將機器人并聯(lián)平行四邊形結構改為開鏈結構,拓展了機器人的工作范圍,加之輕質鋁合金材料的應用,大大提升了機器人的性能.此外采用先進的 R RV V 減速器及交流伺服電機,使機器人操作機幾乎成為免維護系統(tǒng).2 2并聯(lián)機器人.利用機器人技術,采用并聯(lián)機構,實現高精度測量及加工,這是工業(yè)機器人技術向數1/41/

14、4 頁控技術的拓展,為將來實現機器人和數控技術一體化奠定了根底.意大利 COMACOMAU U 司,日本 FANUFANUC C 等公司已開發(fā)出了此類產品.我國的燕山大學、哈爾濱工業(yè)大學等也研制出了此類產品.3 3機器人限制系統(tǒng).由于限制理論、限制技術和計算機技術的開展,機器人限制系統(tǒng)的性能進一步提.高,已由過去限制標準的 6 6 軸機器人開展到現在能夠限制 2121 軸甚至 2727 軸,并且實現了軟件伺服和全數字限制,出現了基于學習或進化方式的限制方法.人機界面更加友好,基于圖形操作的界面也已問世.編程方式仍以示教編程為主,但在某些領域的離線編程已實現實用化.4 4機器人傳感系統(tǒng).微電子技

15、術和新材料的發(fā)展,推動了傳感技術的進步.激光傳感器、視覺傳感器、力傳感器、觸覺傳感器在機器人系統(tǒng)中已得到成功應用,并實現了焊縫自動跟蹤和自動化生產線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等,大大提升了工業(yè)機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應性.日本KAwASAKIYASKAwArANuKAwASAKIYASKAwArANuc c和瑞典 ABBABB 德國 KuKAREIsKuKAREIs 等公司皆推出了此類產品.5 5網絡化機器人群體.互聯(lián)網的出現,使機器人由過去的獨立應用向網絡化應用邁進了一大步.日本 YJASKAwYJASKAwA A 德國 KUKKUKA A 公司的最新機器人控制器已實現了與 CaI

16、dCaIdusus、PID5LusPID5Lus 總線及一些網絡的聯(lián)接,出現了網絡化工業(yè)機器人群體,使機器人由過去的專用設備向標準化設備開展.6 6機器人可靠性.由于微電子技術的快速開展和大規(guī)模集成電路的應用,使機器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提升.過去機器人系統(tǒng)的可靠性 MTBFMTBF一般為幾千小時,而現在已到達 5 5 萬小時,幾乎可以滿足任何場合的需求.2.2.2 2 特種機器人的開展進程隨著人類的活動領域不斷擴大,機器人應用也從制造領域向非制造領域迅速開展.像海洋開發(fā)、宇宙探測、采掘、建筑、醫(yī)療、農林業(yè)、效勞、娛樂等行業(yè)都提出了自動化和機器人化的要求.這些行業(yè)與制造業(yè)相比,其主要特點是工作

17、環(huán)境的非結構化和不確定性,因而對機器人的要求更高,需要機器人具有行走功能,對外感知水平以及局部的自主規(guī)劃水平等,是機器人技術的一個重要開展方向.1 1水下機器人.美國的 AUSSAUSS 俄羅斯的 MKMK8888、法國的EPAVLAREPAVLAR 沖國的“探索者和 CR-01ACR-01A 等水下機器人已用于海洋石油開采,海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設和檢查、電纜敷設和維護以及大壩檢查等方面,形成了有纜水下機器人RoVRoV和無纜水下機器人AUVAUV兩大類.2 2空間機器人.空間機器人是先進機器人的重要研究領域,引起了各國的高度重視.目前美、俄、加拿大等國已研制出各種空間機器人.最早的太空

18、機器人出現在 2 20 0 世紀 7070 年代,前蘇聯(lián)的月球一 1717 探測器把世界上第一臺月球巡視機器人一一月球車一 1 1 帶到了月球.后來,月球一 2121 探測器把實用型月球車一 2 2 帶到月球,此車重840kg,840kg,車上安裝有電視攝像機和多種環(huán)境科學測量儀器,它在月球上工作了 4 4 個多月,行程37km,37km,把大量的月球照片和測量結果發(fā)送回地球.再如美國 NASANASA 的空間機器人幼 Mor,Mor,它是一輛自主移動車,重量為U.5kg,U.5kg,有6 6個車輪,它在火星上的成功應用,引起了全球的廣泛關注.3 3核工業(yè)用機器人.國外的研究主要集中在機構靈巧

19、,動作準確可靠、反響快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手以及半自主和自主移動機器人.已完成的典型系統(tǒng),如美國 oRMLoRML 基于機器人的放射性儲罐清理系統(tǒng)、反響堆用雙臂操作器,加拿大研制成功的輻射監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng),德國的C C7 7 靈巧手等.4)4)地下機器人.地下機器人主要包括采掘機器人和地下管道檢修機器人兩大類.主要研究內容為：機械結構、行走系統(tǒng)、傳感器及定位系統(tǒng)、限制系統(tǒng)、通信及遙控技術.目前日、美、德、中等國家已研制出了地下管道和石油、天然氣等大型管道檢修用的機器人,各種采掘機器人及自動化系統(tǒng)正在研制中.5)5)醫(yī)用機器人.醫(yī)用機器人的主要研究內容包括：醫(yī)療外科手術的規(guī)劃與仿真、機器人輔助外科手術、最小損傷外科、臨場感外科手術等.美國已開展臨場感外科(TelepresenceSurgely)(TelepresenceSurgely)的研究,用于戰(zhàn)場模擬、手術培訓、解剖教學等.法、英、意、德等國家聯(lián)合開展了圖像引導型矯形外科(Telemahcs)(Telemahcs)方案、袖珍機器人(Biomed)(Biomed)方案以及用于外科手術的機電手術工具等工程的