第三章 特種機(jī)器人(new)

1、第三章第三章 特種機(jī)器人特種機(jī)器人l特種機(jī)器人分類與應(yīng)用l特種機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點l特種機(jī)器人工作環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性l特種機(jī)器人實例一、特種機(jī)器人分類與應(yīng)用一、特種機(jī)器人分類與應(yīng)用l特種機(jī)器人由于具有靈活性、機(jī)動性，可代替人完成重復(fù)、繁瑣或危險的勞動，已廣泛應(yīng)用于服務(wù)、醫(yī)療衛(wèi)生、海洋探索等領(lǐng)域。隨著機(jī)器人技術(shù)的突飛猛進(jìn)，特種機(jī)器人將呈現(xiàn)出更加廣闊的應(yīng)用前景。一、特種機(jī)器人分類與應(yīng)用一、特種機(jī)器人分類與應(yīng)用l服務(wù)機(jī)器人l醫(yī)療機(jī)器人l水下機(jī)器人l農(nóng)林業(yè)機(jī)器人l娛樂機(jī)器人二、特種機(jī)器人結(jié)構(gòu)和特點二、特種機(jī)器人結(jié)構(gòu)和特點l1.特種機(jī)器人可移動性 輪式 腳式 履帶式 混合式l2.特種機(jī)器人工作環(huán)境的多樣性和

2、復(fù)雜性輪式行走結(jié)構(gòu)輪式行走結(jié)構(gòu)腳式行走結(jié)構(gòu)腳式行走結(jié)構(gòu)履帶式行走結(jié)構(gòu)履帶式行走結(jié)構(gòu)混合式行走結(jié)構(gòu)混合式行走結(jié)構(gòu)三、特種機(jī)器人工作環(huán)境的三、特種機(jī)器人工作環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性多樣性和復(fù)雜性l特種機(jī)器人不可能像工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人那樣總是具有良好結(jié)構(gòu)化的或抑制的環(huán)境。l其使用環(huán)境的有關(guān)信息往往是多義、不完全或不準(zhǔn)確的，而且可能隨著時間改變 。四、特種機(jī)器人實例四、特種機(jī)器人實例l近年來，特種機(jī)器人的發(fā)展非常迅速，新的機(jī)型不斷問世；整機(jī)性能不斷提高；應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，已經(jīng)涉及到醫(yī)療、海洋探測、太空、娛樂、醫(yī)療衛(wèi)生等很多領(lǐng)域。l隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步和機(jī)器人制造和使用成本的不斷降低，可以預(yù)見在不久的將

3、來特種機(jī)器人將會應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，呈現(xiàn)出更好的使用前景。四、特種機(jī)器人實例四、特種機(jī)器人實例l1.服務(wù)機(jī)器人l2.醫(yī)療機(jī)器人l3.水下機(jī)器人l4.農(nóng)林業(yè)機(jī)器人l5.娛樂機(jī)器人1.服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人導(dǎo)游機(jī)器人導(dǎo)游機(jī)器人l導(dǎo)游機(jī)器人裝備有先進(jìn)的計算機(jī)語音處理系統(tǒng)，它能使用語言與人類交流，機(jī)器人內(nèi)的計算機(jī)可以根據(jù)雷達(dá)選擇行走路線。這種機(jī)器人可以用于商店導(dǎo)購、賓館服務(wù)及盲人導(dǎo)向等多方面的服務(wù)工作。導(dǎo)游機(jī)器人 1.服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人爬纜索機(jī)器人爬纜索機(jī)器人l上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所于1997年與上海黃浦江大橋工程建設(shè)處合作研制了一臺斜拉橋纜索涂裝維護(hù)機(jī)器人樣機(jī)。l該機(jī)器人系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是機(jī)

4、器人本體，一部分是機(jī)器人小車。機(jī)器人本體可以沿各種傾斜度的纜索爬升，在高空纜索上自動完成檢查、打磨、清洗、去靜電、底涂和面涂及一系列的維護(hù)工作。機(jī)器人本體上裝有CCD攝像機(jī)，可隨時監(jiān)視工作情況。另一部分地面小車，用于安裝機(jī)器人本體并向機(jī)器人本體供應(yīng)水、涂料，同時監(jiān)控機(jī)器人的高空工作情況。l機(jī)器人具有以下功能： 沿索爬升功能、纜索檢測功能、纜索清洗功能、具有一定智能爬纜索機(jī)器人 1.服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人-清洗機(jī)器人清洗機(jī)器人l北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢與鐵道部北京鐵路局科研所為北京西客站合作開發(fā)了一臺玻璃頂棚（約3000平米）清洗機(jī)器人。該機(jī)器人由機(jī)器人本體和地面支援機(jī)器人小車兩

5、大部分組成。機(jī)器人本體是沿著玻璃壁面爬行并完成擦洗動作的主體，重25公斤，它可以根據(jù)實際環(huán)境情況靈活自如地行走和擦洗，而且具有很高的可靠性。地面支援小車屬于配套設(shè)備，在機(jī)器人工作時，負(fù)責(zé)為機(jī)器人供電、供氣、供水及回收污水，它與機(jī)器人之間通過管路連接。擦窗機(jī)器人 1.服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人-清洗機(jī)器人清洗機(jī)器人l大樓清洗機(jī)器人是以爬壁機(jī)器人為基礎(chǔ)開發(fā)出來的，它只是爬壁機(jī)器人的用途之一。爬壁機(jī)器人有負(fù)壓吸附和磁吸附兩種吸附方式，大樓擦窗機(jī)器人采用的是負(fù)壓吸附方式。磁吸附爬壁機(jī)器人也已在我國問世，并已在大慶油田得到了應(yīng)用。面壁清洗機(jī)器人 1.服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人-清洗巨人清洗巨人l清洗巨人的英文名字叫

6、SKYWASH，它是用來清洗飛機(jī)的，它的機(jī)械臂向上可伸33米高，向外可伸27米遠(yuǎn)，它可以清洗任何類型的飛機(jī)，有時它甚至可以越過一架停著的飛機(jī)去清洗另一架飛機(jī)。 l“清洗巨人”利用兩套計算機(jī)和一個機(jī)器人控制器來控制飛機(jī)的清洗。利用微機(jī)對航空公司的整個機(jī)隊的飛機(jī)外形進(jìn)行編程，清洗時先將飛機(jī)的機(jī)型數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，工作時，兩臺機(jī)器人位于飛機(jī)的兩側(cè)，在機(jī)翼與飛機(jī)頭部（或尾部）的中間，利用裝在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上的專用激光攝像機(jī)確定精確的工作位置。傳感器得到飛機(jī)的三維輪廓，并將此信息送往計算機(jī)進(jìn)行處理，計算機(jī)將機(jī)器人當(dāng)前的位置與所存儲的飛機(jī)的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行比較，并由當(dāng)前的位置計算出機(jī)器人的坐標(biāo)。清洗巨人 l通過使用“

7、清洗巨人”不僅減輕了工人的勞動強(qiáng)度，而且大大提高了工作效率。 l今后的研究可分為兩步，第一步是全面開發(fā)“清洗巨人”在飛機(jī)方面的應(yīng)用，如對飛機(jī)進(jìn)行除漆、拋光、噴漆。第二步則是把它作為工作平臺使用，用它來清洗造船廠的窗戶、大門，清洗過街天橋、隧道以及機(jī)場建筑物。1.服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人-清洗巨人清洗巨人2.醫(yī)療機(jī)器人醫(yī)療機(jī)器人-進(jìn)入血管的機(jī)器人進(jìn)入血管的機(jī)器人l超微技術(shù)現(xiàn)在與老百姓關(guān)系還不密切，這主要是因為它們還不實用。美國斯坦福大學(xué)的現(xiàn)代超微物理學(xué)專家本杰明金博士作了這樣的描述：未來人們將研制出高度智能化的人造跳蚤、蜘蛛等動物。它們集超微型電腦、驅(qū)動器、傳動裝置、傳感器、電源等于一體，成為人類十

8、分獨特、而且非常得力的助手。它們將廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、航天、軍事等各個領(lǐng)域。與目前許多處于試驗階段的高新尖端技術(shù)一樣，超微技術(shù)產(chǎn)品的潛在價值和用途一時還很難設(shè)想。但是，可以相信在將來的某一天，這種巧奪天工的產(chǎn)品，會悄悄進(jìn)入我們的家庭，起到種種奇妙無比的作用。2.醫(yī)療機(jī)器人醫(yī)療機(jī)器人-遙控操作手術(shù)（或稱遠(yuǎn)程手遙控操作手術(shù)（或稱遠(yuǎn)程手術(shù)）術(shù)）l格林系統(tǒng)是由菲利普格林先生發(fā)明的臨場感遠(yuǎn)程外科手術(shù)系統(tǒng)。外科醫(yī)生坐在一個大操縱臺前，帶上三維眼鏡，盯著一個透明的工作間，觀看手術(shù)室內(nèi)立體攝像機(jī)攝錄并傳送過來的手術(shù)室和病人的三維立體圖像。與此同時，外科醫(yī)生的兩手手指分別勾住操縱臺下兩臺儀器上的控制環(huán)。

9、儀器中的傳感器可測量出外科醫(yī)生手指的細(xì)微動作并把測量結(jié)果數(shù)字化，隨后傳送到兩只機(jī)械手上，機(jī)械手隨外科醫(yī)生動作，為病人作手術(shù)。格林系統(tǒng) l麻省理工學(xué)院的W亨特及其同事研制的MSR1，這是一種專門用于顯微外科手術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的特點是：按比例縮小外科醫(yī)生的動作，使機(jī)器人所作的剪切僅為外科醫(yī)生動作的百分之一，而且計算機(jī)可以濾去手的抖動，同時還能檢查手術(shù)動作對病人是否安全，如發(fā)現(xiàn)問題會及時報警。外科醫(yī)生通過傳感器能得到作手術(shù)時的所有實際感覺。如果需要，計算機(jī)還能放大機(jī)器人所遇到的作用力。由于具有上述特點，這種裝置極適合于作眼部手術(shù)。2.醫(yī)療機(jī)器人醫(yī)療機(jī)器人-遙控操作手術(shù)（或稱遠(yuǎn)程手遙控操作手術(shù)

10、（或稱遠(yuǎn)程手術(shù)）術(shù)）3.水下機(jī)器人水下機(jī)器人l海洋占地球表面積的71，它擁有14億立方公里的體積。在海底及海洋中，蘊藏著極其豐富的生物資源及6000億億噸的礦產(chǎn)資源。海洋還是一個無比巨大的能源庫，全世界海洋中儲存著2800億噸石油，近140億立方米的天然氣。因此，洋底的探測和太空探測類似，同樣具有極強(qiáng)的吸引力、挑戰(zhàn)性。l眾所周知，海底世界不僅壓力非常大，而且伸手不見五指，環(huán)境非常惡劣。不論是沉船打撈、海上救生、光纜鋪設(shè)，還是資源勘探和開采，一般的設(shè)備很難完成。于是人們將目光集中到了機(jī)器人身上，希望通過機(jī)器人來解開大海之迷，為人類開拓更廣闊的生存空間。3.水下機(jī)器人水下機(jī)器人-無纜水下機(jī)器人無纜

11、水下機(jī)器人l水下機(jī)器人研究面臨的幾個困難： 1.在海洋中，機(jī)器人上的每一個部件都必須能承受住巨大的壓力而不變形、不破壞。 2.在高壓環(huán)境下，耐高水壓的動態(tài)密封結(jié)構(gòu)和技術(shù)也是水下機(jī)器人的一項關(guān)鍵技術(shù)。 3.如何利用新的信息處理技術(shù)研制出精度更高、誤碼率更低、作用距離更大的水聲設(shè)備。 4.水下機(jī)器人的回收至今仍是一個沒有完全解決的問題，尤其是在深海區(qū)的回收更加艱難。3.水下機(jī)器人水下機(jī)器人“探索者號”水下1000米機(jī)器人 “探索者號”入海 水下6000米無纜自治機(jī)器人 水下6000米機(jī)器人下海 3.水下機(jī)器人水下機(jī)器人-進(jìn)軍查林杰海淵進(jìn)軍查林杰海淵l馬里亞納海溝是世界上海洋中最深的海溝，馬里亞納海

12、溝的最深處叫查林杰海淵，它的名字是為了紀(jì)念發(fā)現(xiàn)它的英國“查林杰8號”船而得名的。日本的海溝號潛水器測得的深度為10911.4米。 l1986年，日本海洋科技中心開始計劃研制“海溝”號無人潛水器，經(jīng)過6年的努力，研制出海溝無人潛水器。 “海溝”號潛水器分為兩個部分，一個是中繼站，它與母船通過一次纜相連；另一個是潛水器，它通過250米長的二次纜與中繼站相連。中繼站自己不能運動，依靠母船的拖曳。它帶有攝像機(jī)、聲吶等，它所帶的深度計可由海水的壓力計算其深度?！昂咸枴睙o人潛水器 “海溝號”無人潛水器在大海中 4.農(nóng)林業(yè)機(jī)器人農(nóng)林業(yè)機(jī)器人l可以提高勞動生產(chǎn)率，解決勞動力的不足；改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，防止農(nóng)

13、藥、化肥等對人體的傷害；提高作業(yè)質(zhì)量等。l農(nóng)業(yè)機(jī)器人有如下的特點：1）農(nóng)業(yè)機(jī)器人一般要求邊作業(yè)邊移動；2）農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的行走不是連接出發(fā)點和終點的最短距離，而是具有狹窄的范圍，較長的距離及遍及整個田間表面的特點；3）使用條件變化較大，如氣候影響，道路的不平坦和在傾斜的地面上作業(yè)，還須考慮左右搖擺的問題；4）價格問題，5）農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用者是農(nóng)民，不是具有機(jī)械電子知識的工程師，因此要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人必須具有高可靠性和操作簡單的特點。摘西紅柿機(jī)器人 4.農(nóng)林業(yè)機(jī)器人農(nóng)林業(yè)機(jī)器人-嫁接機(jī)器人嫁接機(jī)器人l嫁接機(jī)器人技術(shù)，是近年在國際上出現(xiàn)的一種集機(jī)械、自動控制與園藝技術(shù)于一體的高新技術(shù)，它可在極短的時間內(nèi)，把

14、蔬菜苗莖桿直徑為幾毫米的砧木、穗木的切口嫁接為一體，使嫁接速度大幅度提高；同時由于砧、穗木接合迅速，避免了切口長時間氧化和苗內(nèi)液體的流失，從而又可大大提高嫁接成活率。因此，嫁接機(jī)器人技術(shù)被稱為嫁接育苗的一場革命。嫁接機(jī)器人 嫁接機(jī)器人在溫室中 4.農(nóng)林業(yè)機(jī)器人農(nóng)林業(yè)機(jī)器人-林木球果采集機(jī)器人林木球果采集機(jī)器人l東北林業(yè)大學(xué)研制出了林木球果采集機(jī)器人。可以在較短的林木球果成熟期大量采摘種子，對森林的生態(tài)保護(hù)、森林的更新以及森林的可持續(xù)發(fā)展等方面都有重要的意義。l林木球果采集機(jī)器人由機(jī)械手、行走機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成。 l試驗表明，這種球果采集機(jī)器人每臺能采集落葉松果500公斤，是

15、人工上樹采摘的3035倍。這種機(jī)器人采摘林木球果時，對母樹破壞較小，采凈率高，對森林生態(tài)環(huán)境的保護(hù)及林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有益。 林木球果采集機(jī)器人4.農(nóng)林業(yè)機(jī)器人農(nóng)林業(yè)機(jī)器人-伐根機(jī)器人伐根機(jī)器人 l為克服我國的森林資源危機(jī)，改進(jìn)森林資源利用，充分發(fā)揮林地效益，其重要途徑是：一、充分利用森林采伐剩余物；二、培育優(yōu)質(zhì)工業(yè)用材林。在采伐剩余物中，伐根占有相當(dāng)大的比重。伐區(qū)的伐根蓄積量很大，用途廣 。將伐根取出利用，經(jīng)濟(jì)效益極為可觀。l東北林業(yè)大學(xué)研制了一種先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用、效率高、對地表破壞程度小、伐根收集率高、清除伐根程度符合森林更新要求、對環(huán)境沒有污染的智能型伐根清理機(jī)器人。使用智能伐根清理機(jī)器人，

16、效率高，同時地表坑徑小利于造林，減少了采伐跡地水土流失，減輕了勞動程度，保證安全作業(yè)，有顯著經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益。4.農(nóng)林業(yè)機(jī)器人農(nóng)林業(yè)機(jī)器人-伐根機(jī)器人伐根機(jī)器人l智能型伐根清理機(jī)器人主要由行走機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。機(jī)器人的駕駛室內(nèi)利用攝像鏡頭和顯示器組成實時監(jiān)控系統(tǒng)對作業(yè)目標(biāo)進(jìn)行搜索，操作人員可以在機(jī)器人駕駛室內(nèi)即可進(jìn)行伐根清理作業(yè)。l使用智能型伐根機(jī)器人促進(jìn)人工更新造林保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有現(xiàn)實的意義和實用價值，該機(jī)器人在林業(yè)生產(chǎn)，城市建設(shè)綠化，輸變電線路改造與建設(shè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。伐根機(jī)器人 5.娛樂機(jī)器人娛樂機(jī)器人機(jī)器人足球賽機(jī)器人足球賽l現(xiàn)在機(jī)器人足球比賽已成為一種時尚運動，很多國家都有了自己的機(jī)器人足球比賽。l在世界上比較有影響的賽事主要有兩個，一個是由國際機(jī)器人足球聯(lián)合會（FIRA）組織的微機(jī)器人世界杯Mirosot，另一個是由國際人工智能協(xié)會組織的機(jī)器人世界杯RoboCup。 機(jī)器人足球賽 “踢” 足球機(jī)器人 5.娛樂機(jī)器人娛樂機(jī)器人機(jī)器小狗機(jī)器小狗l1999年6月，日本索尼公司研制的娛樂機(jī)器人機(jī)器小狗“愛寶一經(jīng)上市大受歡迎， 一方面是因為“愛寶”作為高科技的象征，他具有了部分智能，而這種智能正是人們所渴望