2022年2022年机器人 .pdf

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1、机器人技术的发展趋势与最新发展一、机器人的发展概况从机器人诞生到本世纪80 年代初 , 机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了 90 年代, 随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展, 机器人技术也得到了飞速发展。 除了工业机器人水平不断提高之外, 各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。工业机器人由操作机( 机械本体 ) 、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成, 是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量, 提高生产效率 , 改善劳动条件和产品的快速更新换代起着

2、十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、 控制论、机构学、信息和传感技术、 人工智能、 仿生学等多学科而形成的高新技术, 是当代研究十分活跃 , 应用日益广泛的领域。机器人应用情况, 是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置, 既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力 , 又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力, 从某种意义上说它也是机器的进化过程产物, 它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备 , 也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。二、机器人技术发展现状及国内外发展趋势( 一)

3、国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势: 1. 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化 ;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。2. 工业机器人控制系统向基于PC 机的开放型控制器方向发展, 便于标准化、 网络化; 器件集成度提高 , 控制柜日见小巧 , 且采用模块化结构 ; 大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。3. 机器人中的传感器作用日益重要, 除采用传统的位置、 速度、加速度等传感器外, 装配、 焊接机器人还应用了视觉、 力觉等传感器 , 而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融

4、合技术来进行环境建模及决策控制; 多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。4. 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制, 如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。5. 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统, 而是致力于操作者与机器人的人机交互控制, 即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统, 使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的 “索杰纳” 机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。6. 机器人化机械开始兴起。从94 年美国开发出“虚拟轴机床”以来, 这种新型装置已成为国际研究的热点之一, 纷纷探索开拓其实

5、际应用的领域。( 二) 国内机器人领域发展近几年的趋势: 我国的工业机器人从80 年代“七五”科技攻关开始起步, 在国家的支持下 , 通过“七五” “八五”科技攻关 , 目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术 , 生产了部分机器人关键元器件 , 开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。但总的来看,我国的工名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 业机器人技术及其工程

6、应用的水平和国外比还有一定的距离, 如: 可靠性低于国外产品 ; 机器人应用工程起步较晚, 应用领域窄 , 生产线系统技术与国外比有差距; 在应用规模上 , 我国已安装的国产工业机器人约200 台, 约占全球已安装台数的万分之四。我国的智能机器人和特种机器人在/ 8630 计划的支持下 , 也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人, 6000 米水下无缆机器人的成果居世界领先水平 ,还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种 ; 在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作 , 有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局

7、部自主系统遥控机器人、 智能装配机器人、 机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步 , 与国外先进水平差距较大, 需要在原有成绩的基础上, 有重点地系统攻关 , 才能形成系统配套可供实用的技术和产品, 以期在 / 十五 0 后期立于世界先进行列之中。三、机器人的最新发展趋势及方向近年来 , 人类的活动领域不断扩大, 机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求。 这些行业与制造业相比 , 其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性 , 因而对机器人的要求更高, 需要机器人具有行走功能, 对外感知能力以及局部的

8、自主规划能力等, 是机器人技术的一个重要发展方向。( 1) 水下机器人 : 美国的 A USS 、俄罗斯的 MT- 88、法国的 EPA VL ARD 等水下机器人已用于海洋石油开采, 海底勘查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护、以及大坝检查等方面, 形成了有缆水下机器人 ( remote operated vehicle) 和无缆水下机器人 ( autonomous under water vehicle) 两大类。( 2) 空间机器人 : 空间机器人一直是先进机器人的重要研究领域。目前美、俄、加拿大等国已研制出各种空间机器人。 如美国 NA SA 的空间机器人 Sojanor等。S

9、ljanor是一辆自主移动车 , 重量为 11.5kg, 尺寸 63048m m , 有 6个车轮 , 它在火星上的成功应用 , 引起了全球的广泛关注。( 3) 核工业用机器人 : 国外的研究主要集中在机构灵巧, 动作准确可靠、 反应快、重量轻、刚度好、便于装卸与维修的高性能伺服手, 以及半自主和自主移动机器人。已完成的典型系统 , 如美国 ORML基于机器人的放射性储罐清理系统、反应堆用双臂操作器 , 加拿来大研制成功的辐射监测与故障诊断系统, 德国的 C 7 灵巧手等。( 4) 地下机器人 : 地下机器人主要包括采掘机器人和地下管道检修机器人两在类。主要研究内容为 : 机械结构、行走系统、

10、传感器及定位系统、控制系统、通信及遥控技术。目前日、美、德等发达国家已研制出了地下管道和石油、天然气等大型管道检修用的机器人 , 各种采机器人及自动化系统正在研制中。( 5) 医用机器人 : 医用机器人的主要研究内容包括: 医疗外科手术的规划与仿真、机器人辅助外科手术、 最小损伤外科、 临场感外科手术等。 美国已开展临场感外科( telepresence surgery ) 的研究 , 用于战场模拟、手术培训、解剖教学等。法、英、意、德等国家联合开展了图像引导型矫形外科( telematics) 计划、袖珍机器人( biomed ) 计划以及用于外科手术的机电手术工具等项目的研究, 并已取得一

11、些卓有成效的结果。( 6) 建筑机器人 : 日本已研制出 20 多种建筑机器人。如高层建筑抹灰机器人、预制件安装机器人、室内装修机器人、地面抛光机器人、擦玻璃机器人等, 并已实际应有和。 美国卡内基梅隆重大学、 麻省理工学院等都在进行管道挖掘和埋设名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 机器人、内墙安装机器人等型号的研制、并开展了传感器、 移动技术和系统自动化施工方法等基础研究。英、德、法等国也在开展这方面的研究。( 7

12、) 军用机器人 : 近年来 , 美、英、法、德等国已研制出第二代军用智能机器人。其特点是采用自主控制方式, 能完成侦察、作战和后勤支援等任务, 在战场上具有看、嗅和角摸能力 , 能够自动跟踪地形和选择道路, 并且具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。如美国的Navplab 自主导航车、 SS V 半自主地面战车 , 法国的自主式快速运动侦察车( DARDS ) , 德国 M V 4 爆炸物处理机器人等。 目前美国 ORN L 正在研制和开发Abrams 坦克、 爱国者导弹装电池用机器人等各种用途的军用机器人。四、国际机器人主要研究方向目前国际机器人界都在加大科研力度, 进行机器人共性技术的研

13、究, 并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下10 个方面 :1、工业机器人操作机结构的优化设计技术: 探索新的高强度轻质材料, 进一步提高负载 / 自重比 ,同时机构向着模块化、可重构方向发展。2、机器人控制技术 : 重点研究开放式 , 模块化控制系统 , 人机界面更加友好 , 语言、图形编程界面正在研制之中。 机器人控制器的标准化和网络化, 以及基于 PC 机网络式控制器已成为研究热点。 编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外, 离线编程的实用化将成为研究重点。3、 多传感系统 : 为进一步提高机器人的智能和适应性, 多种传感器的使用是其问题解决的关键。 其研究热点在于有效

14、可行的多传感器融合算法, 特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。4、机器人的结构灵巧 , 控制系统愈来愈小 , 二者正朝着一体化方向发展。5、 机器人遥控及监控技术 , 机器人半自主和自主技术 , 多机器人和操作者之间的协调控制 , 通过网络建立大范围内的机器人遥控系统, 在有时延的情况下 , 建立预先显示进行遥控等。6、虚拟机器人技术 : 基于多传感器、 多媒体和虚拟现实以及临场感技术, 实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。7、多智能体 ( multi- agent) 调控制技术 : 这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体

15、系结构、相互间的通信与磋商机理, 感知与学习方法 , 建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。8、微型和微小机器人技术 ( micro/ miniatureobotics ) : 这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。 过去的研究在该领域几乎是空白, 因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命, 并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响 , 微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。9、软机器人技术 ( soft robotics) : 主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处, 因此其结构材料多为金属或硬性材料, 软机器人技术要求其结构、 控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的 ,机器人对人是友好的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -