機器人技術(shù)結(jié)課報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機器人技術(shù)作為20世紀人類最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問世以來，經(jīng)歷40余年的發(fā)展已取得長足的進步。走向成熟的工業(yè)機器人，各種用途的特種機器人的實用化，昭示著機器人技術(shù)燦爛的明天。機器人技術(shù)是涉及機械學(xué)、傳感器技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)的一門綜合性高新技術(shù)，既是光機電軟一體化的重要基礎(chǔ)，又是光機電軟一體化技術(shù)的典型代表?，F(xiàn)代機器人的研究始于20世紀中期，其技術(shù)背景是計算機和自動化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。隨著計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提高，移 動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術(shù)就是典型的代表。由于

2、這些技術(shù)的發(fā)展，推動了機器人概念的延伸。在研究和開發(fā)未知及在不確定環(huán)境下作業(yè)的機器人的過程中，人們逐步認識到機器人技術(shù)的本質(zhì)是感知、決策、行動和交互技術(shù)的結(jié)合。80年代以來，人們將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統(tǒng)稱為智能機器人。智能機器人一般由三大部分組成：運動部分、智能部分和感覺部分。運動部分，包括行走機構(gòu)、機械手、手爪；智能部分，包括有認知能力、學(xué)習(xí)能力、思維能力和決策能力的裝置；感覺部分，包括有視覺、聽覺、觸覺、接近覺的裝置。機器人主流產(chǎn)品主要有兩大類，即以日本和瑞典為代表的一系列特定應(yīng)用的機器人，如弧焊、點焊、噴漆裝備、刷膠和建筑等，并形成了龐大的機器人產(chǎn)業(yè)。另一類是以美國、英國為

3、代表的智能機器人開發(fā)，由于人工智能和其它智能技術(shù)的發(fā)展遠落后于人們對它的期望，目前絕大部分研究成果未能走出實驗室。 機器人系統(tǒng)集成技術(shù)也是由幾個主要發(fā)達國家所壟斷。近年來，機器人技術(shù)并未出現(xiàn)突破性進展，各國的機器人技術(shù)研究機構(gòu)和制造廠商都繼續(xù)在技術(shù)深化、引進新技術(shù)和擴大應(yīng)用領(lǐng)域等方面進行探索。 三機器人技術(shù)發(fā)展趨勢 1 傳感型智能機器人發(fā)展較快作為傳感型機器人基礎(chǔ)的機器人傳感技術(shù)有了新的發(fā)展,各種新型傳感器不斷出現(xiàn)。例如,超聲波觸覺傳感器、靜電電容式距離傳感器、基于光纖陀螺慣性測量的三維運動傳感器,以及具有工件檢測、識別和定位功能的視覺系統(tǒng)等。我國研究成功了1種機器人插入裝配主動柔順策略模式識

4、別法。在機器人插孔搜索時,該法采用力-位置控制的主動柔順裝配方法,實現(xiàn)了可編程的機器人軸孔裝配作業(yè)。多傳感器集成與融合技術(shù)在智能機器人上獲得應(yīng)用。由于單一傳感信號難以保證輸入信息的準確性和可靠性,不能滿足智能機器人系統(tǒng)獲取環(huán)境信息及系統(tǒng)決策能力。采用多傳感器集成和融合技術(shù),利用各種傳感信息,獲得對環(huán)境的正確理解,使機器人系統(tǒng)具有容錯性,保證系統(tǒng)信息處理的快速性和正確性。在多傳感集成和融合技術(shù)研究方面,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特別引人注目,成為研究熱點。這方面的研究成果也層出不窮。2 開發(fā)新型智能技術(shù)智能機器人有許多誘人的研究新課題,對新型智能技術(shù)的概念和應(yīng)用研究正醞釀著新的突破。15年前顯遠或遙遠(

5、telepresence或telexistance),現(xiàn)在被稱為臨場感。這種技術(shù)能夠測量和估計人對預(yù)測目標的擬人運動和生 物學(xué)狀主要研究方向為智能控制、人工智能、智能機器人和工業(yè)自動化。態(tài),顯示現(xiàn)場信息,用于設(shè)計和控制擬人機構(gòu)的運動虛擬現(xiàn)實(virtual reality, VR)技術(shù)是新近研究的智能技術(shù),它是1種對事件的現(xiàn)實性從時間和空間上進行分解后重新組合的技術(shù)。這一技術(shù)包括三維計算機圖形學(xué)技術(shù)、多功能傳感器的交互接口技術(shù)以及高清晰度的顯示技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可應(yīng)用于遙控機器人和臨場感通訊等5,6。例如,可從地球上對火星探測機器人進行遙控操作,以采集火星表面上的土壤。形狀記憶合金(SMA)被

6、譽為“智能材料”。SMA的電阻隨溫度的變化而改變,導(dǎo)致合金變形,可用來執(zhí)行驅(qū)動動作,完成傳感和驅(qū)動功能。可逆形狀記憶合金(RSMA)也在微型機器上得到應(yīng)用。多智能機器人系統(tǒng)(MARS)是近年來開始探索的又一項智能技術(shù),它是在單體智能機器發(fā)展到需要協(xié)調(diào)作業(yè)的條件下產(chǎn)生的。多個機器人主體具有共同的目標,完成相互關(guān)聯(lián)的動作或作業(yè)。MARS的作業(yè)目標一致,信息資源共享,各個局部(分散)運動的主體在全局前提下感知、行動、受控和協(xié)調(diào),是群控機器人系統(tǒng)的發(fā)展。在諸多新型智能技術(shù)中,基于模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別、檢測、控制和規(guī)劃方法的開發(fā)和應(yīng)用占有重要的地位。基于專家系統(tǒng)的機器人規(guī)劃獲得新的發(fā)展,除了用于

7、任務(wù)規(guī)劃、裝配規(guī)劃、搬運規(guī)劃和路徑規(guī)劃外,又被用于自動抓取規(guī)劃。把進化編程和遺傳算法用于移動機器人自主導(dǎo)航與控制,是智能機器人技術(shù)的最新進展之一。3 采用模塊化設(shè)計技術(shù)智能機器人和高級工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)要力求簡單緊湊,其高性能部件甚至全部機構(gòu)的設(shè)計已向模塊化方向發(fā)展;其驅(qū)動采用交流伺服電機,向小型和高輸出方向發(fā)展;其控制裝置向小型化和智能化發(fā)展,采用高速CPU和32位芯片、多處理器和多功能操作系統(tǒng),提高機器人的實時和快速響應(yīng)能力。機器人軟件的模塊化則簡化了編程,發(fā)展了離線編程技術(shù),提高了機器人控制系統(tǒng)的適應(yīng)性。例如,日本日產(chǎn)公司的智能型車身焊接和裝配系統(tǒng),由于其軟件采用模塊化設(shè)計技術(shù),因而功能很

8、強。該系統(tǒng)能顯著地減少更換工具的時間,提高焊接精度和裝配生產(chǎn)率。4 微型機器人的研究有所突破有人稱微型機器和微型機器人為21世紀的尖端技術(shù)之一。已經(jīng)開發(fā)出手指大小的微型移動機器人,可用于進入小型管道進行檢查作業(yè)。預(yù)計將生產(chǎn)出毫米級大小的微型移動機器人和直徑為幾百微米甚至更小(納米級)的醫(yī)療機器人,可讓它們直接進入人體器官,進行各種疾病的診斷和治療,而不傷害人的健康。微型驅(qū)動器是開發(fā)微型機器人的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。它將對精密機械加工、現(xiàn)代光學(xué)儀器、超大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代生物工程、遺傳工程和醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)生重要影響。微型機器人在上述工程中將大有用武之地。在微型驅(qū)動器的研究方面,我國的研究成果處于國際先

9、進水平。微型機器人足球比賽系統(tǒng)是這方面的成功應(yīng)用范例之一。在大中型機器人微型機器人系列之間,還有小型機器人。小型化也是機器人發(fā)展的一個趨勢。小型機器人移動靈活方便,速度快,精度高,適于進入大中型工件進行直接作業(yè)。比微型機器人還要小的超微型機器人,應(yīng)用納米技術(shù),將用于醫(yī)療和軍事偵察目的。5應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)擴展為了開拓機器人新市場,除了提高機器人的性能和功能,以及研制智能機器人外,向非制造業(yè)擴展也是一個重要方向。開發(fā)適應(yīng)于非結(jié)構(gòu)環(huán)境下工作的機器人將是機器人發(fā)展的一個長遠方向。這些非制造業(yè)包括航天、海洋、軍事、建筑、醫(yī)療護理、服務(wù)、農(nóng)林、采礦、電力、煤氣、供水、下水道工程、建筑物維護、社會

10、福利、家庭自動化、辦公自動化和災(zāi)害救護等。6行走機器人研究引起重視行走機器人是移動機器人的一種,包括步行機,自主式移動機器人是研究最多的一種。自主機器人能夠按照預(yù)先給出的任務(wù)指令,根據(jù)已知的地圖信息作出全局路徑規(guī)劃,并在行進過程中,不斷感知周圍局部環(huán)境信息,自主地作出決策,引導(dǎo)自身繞開障礙物,安全行駛到達指定目標,并執(zhí)行要求的動作與操作。移動機器人在工業(yè)和國防上具有廣泛的應(yīng)用前景,如清洗機器人、服務(wù)機器人、巡邏機器人、防化偵察機器人、水下自主作業(yè)機器人、飛行機器人等。7 軍用機器人裝備部隊令人遺憾的是,機器人技術(shù)還被用于軍事目的。這里暫不談空間機器人和海洋(水下)機器人將十分容易地轉(zhuǎn)為軍用,僅

11、討論陸軍機器人的發(fā)展趨勢。由于微小型機器人體積小,因而生存能力特別強,具有廣泛的應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn),陸軍的機器人是相當先進的。未來無人地面車輛的大小可分為以下幾類:微型(由昆蟲到老鼠那么大),超小型(象貓一樣大),小到中型(大狗到自行車到輕便馬車那樣大),以及大型(吉普車及卡車那么大)。到2020年,高度靈活的輪履合一的機器人車輛將會成為現(xiàn)實。但步行機器人系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用仍然是很困難的。未來,半自主機器人的聯(lián)網(wǎng)是一個重要的應(yīng)用。將游動的傳感器組合起來可提供戰(zhàn)場空間的總體圖像。例如,可利用數(shù)十個小型廉價的系統(tǒng)來搜集地面上的子母彈的子彈,并將它們堆積起來。對網(wǎng)絡(luò)機器人的研究,已成為一個令人感興趣的熱點。還可以利用廉價的一次性使用的機器人作為假目標迷惑敵人。已經(jīng)提出一種稱為“機器人附屬部隊”的概念,這種部隊的核心是有人系統(tǒng),它的周圍是一些裝有武器及傳感器的各種無人系統(tǒng)。無人車輛是有威懾力的,當敵人對一支強大的一次性使用的部隊進行攻擊時,它們必然要