科技前沿,仿真機器人

1、最 特 別 的 機 器 人 科 技 刖 沿課程 院系 專業(yè) 學號 姓名最特別的機器人科技前沿【摘要】機器人的出現(xiàn)和發(fā)展，對全人類的發(fā)展具有巨大的影響，機器在很多 領(lǐng)域代替了人類自己操作，使人類的生產(chǎn)能力有了巨大的提高。隨著智能機器人 的研發(fā)，機器人將進一步為人類服務(wù)，本文主要從不同的角度來探討仿真機器人 的科技原理、應(yīng)用、影響等?！娟P(guān)鍵字】機器人；仿真系統(tǒng)；應(yīng)用；影響；發(fā)展在人類的發(fā)展史中，機器人扮演著一個十分重演的角色，特別是現(xiàn)代機器人。 首先讓我們來看看機器人的發(fā)展簡史。追根溯源，早在三千多年前的西周時代， 我國就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者”，這可能是世界上最早的“機器人”。 在近代

2、，隨著第一次、第二次工業(yè)革命，各種機械裝置的發(fā)明與應(yīng)用，世界各地 出現(xiàn)了許多“機器人”玩具和工藝品。這些裝置大多由時鐘機構(gòu)驅(qū)動，用凸輪和杠 桿傳遞運動。1920年，捷克作家K.凱比克在一科幻劇本中首次提出了 ROBOT （漢語前譯為“勞伯”）這個名詞?，F(xiàn)在已被人們作為機器人的專用名詞。1950 年美國作家I.阿西莫夫提出了機器人學（Robotics）這一概念，并提出了所謂的 “機器人三原則”，艮即： 1.機器人不可傷人；2.機器人必須服從人給與，但不和（1） 矛盾的指令；3.在與（1）、（2）原則不相矛盾的前提下，機器人可維護自身 不受傷害。上世紀50，60年代，隨著機構(gòu)理論和伺服理論的發(fā)展，

3、機器人進入 了使用化階；70年代，隨著計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能 技術(shù)的發(fā)展，機器人得到了迅速發(fā)展；進入80年代，隨著傳感技術(shù)，包括視覺 傳感器、非視覺傳感器（力覺、觸覺、接近覺等）以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，出 現(xiàn)了第二代機器人一有感覺的機器人。它能夠獲得作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對象的部分有 關(guān)信息，進行一定的實時處理，引導機器人進行作業(yè)。第二代機器人已進隨著時 代的發(fā)展，入了使用化，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用?？茖W技術(shù)日新月異。我們的生活無時無刻不在被新科學新技術(shù)影響著、改變 著。特別是機器人的到來更是給我們的生活和生產(chǎn)帶來了巨大的改變，特別是工 業(yè)機器人在日本大力發(fā)展之后，機器人的發(fā)展

4、迎來了一個新的春天。到了上世紀 80年代，隨著科技的進步，人類也在不斷地研發(fā)更人性化的機器人，于是科學 家們開始了研究一種新的機器人一一仿真機器人。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。既 然有了技術(shù)，人類就想最大化利用他們，讓他們具有更大的價值，于是人們將機 器人的技術(shù)（如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等）擴散和滲透到各個領(lǐng)域形成 了各式各樣的新機器一一仿真機器人?？吹椒抡鏅C器人這幾個字，就能想到仿真技術(shù)是他的核心技術(shù)，那么下面就 針對機器人仿真技術(shù)和仿真設(shè)計簡單介紹一下。機器人系統(tǒng)仿真是指通過計

5、算機 對實際的機器人系統(tǒng)進行模擬的技術(shù)。通過計算機對實際的機器人系統(tǒng)進行 模擬。機器人系統(tǒng)仿真可以通過單機或多臺機器人組成的工作站或生產(chǎn)線。 仿真可以通過交互式計算機圖形技術(shù)和機器人學理論等，在計算機中生成 機器人的幾何圖形，并對其進行三維顯示，用來確定機器人的本體及工作 環(huán)境的動態(tài)變化過程。通過系統(tǒng)仿真，可以在制造單機與生產(chǎn)線之前模擬 出實物，縮短生產(chǎn)工期，可以避免不必要的返工。在使用的軟件中，工作 站級的仿真軟件功能較全，實時性高且真實性強，可以產(chǎn)生近似真實的仿 真畫面；而微機級仿真軟件隨實時性和真實性不高，但具有通用性強、使 用方便等優(yōu)點。目前機器人系統(tǒng)仿真所存在的主要問題是仿真造型與實

6、際 產(chǎn)品之間存在誤差，需要進一步的研究解決。那么機器人仿真到底應(yīng)用在哪呢？機器人仿真主要應(yīng)用在兩個方面：一是機 器人本身的設(shè)計和研究，這里機器人本身包括機器人的機械結(jié)構(gòu)以及機器人的控 制系統(tǒng)，它們主要包括機器人的運動學和動力學分析。各種規(guī)劃和控制方法的研 究等。機器人仿真系統(tǒng)可為這些研究提供靈活和方便的研究工具，它的用戶主要 是從事機器人設(shè)計和研究的部門和高等學校。機器人仿真的第二個方面的主要應(yīng) 用是那些以機器人為主體的自動化生產(chǎn)線，它包括機器人工作站的設(shè)計、機器人 的選型、離線編程和碰撞檢測等。機器人可為此提供既經(jīng)濟又安全的設(shè)計和試驗 的手段，它的用戶主要是那些使用機器人的產(chǎn)業(yè)部門。目前，用

7、于這方面的機器 人仿真系統(tǒng)最常見的ROBCAD和IGRIP。下面以機器人離線編程為例來說明機器 人仿真系統(tǒng)的應(yīng)用。機器人是一種通用機械，通過重新編程，它可以完成不同 的工作任務(wù)當機器人改變工作任務(wù)時，通常需中斷機器人的當前工作，先對機 器人進行示教編程，然后機器人按照新的程序執(zhí)行新的工作.若借助于機器人仿 真系統(tǒng).就是可首先在仿真系統(tǒng)上進行離線編程，然后將編好的程序裝到機器人 中，機器人便可按照新的程序執(zhí)行新的工作，因此，機器人可不必中斷當前的工 作，從而提高了生產(chǎn)效率，而且這種方法既經(jīng)濟又安全。利用機器人仿真系統(tǒng)進 行離線編程在國外已十分普遍，它是機器人仿真系統(tǒng)應(yīng)用最普遍和最典型的例 子。機

8、器人仿真系統(tǒng)的另外一個應(yīng)用是它可以用于機器人的教學和培訓。機器人 是一個比較昂貴的設(shè)備，在進行機器人教學時，不可能用許多實際的機器人來作 為教學和培訓的試驗設(shè)備，機器人仿真系統(tǒng)可為此提供一個方便和靈活的試驗工 具和手段。國外很早便認識到機器人仿真在機器研究和應(yīng)用方面的重要作用，并從70 年代開始進行了這方面的研究工作。在許多從事機器人研究的部門都裝備有功能 較強的機器人仿真軟件系統(tǒng)，它們?yōu)闄C器人的研究提供了靈活和方便的工具，比 如，美國Cornell大學開發(fā)了一個通用的交互式機器人圖形仿真系INEFFABELLE， 它不是針對某個具體機器人，而是利用它可以很容易建立所需要的機器人及環(huán)境 的模型

9、，并且具有圖形顯示和運動的功能，它能進行機器人系統(tǒng)的分析、綜合及 離線編程。美國Maryland大學開發(fā)了一個機械手設(shè)計和分析的工具，它能產(chǎn)生 機械手的動力學模型。根據(jù)需要可以自動產(chǎn)生F0RTRAN的仿真程序，同時也可 產(chǎn)生符號表示的雅可比矩陣MIT開發(fā)了一個機器人CAD軟件包OPTARM H，它可 用于時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃的研究。Michigan大學開發(fā)了一個機器人圖形編程系統(tǒng) PR0GREss，其特點是菜單驅(qū)動和光標控制，并能有219圖形符號來仿真外界 的傳感器和執(zhí)行部件，以使用戶獲得更加接近真實的編程環(huán)境。國內(nèi)從80年代后期起，許多單位也開始從事機器人仿真技術(shù)的研究工作。 在國家高技術(shù)計劃自

10、動化領(lǐng)域智能機器凡號題中，清華大學浙江大學、沈陽自 動化所及上海受大等單位承擔了機器人系統(tǒng)仿真的研制任務(wù)，取得了多項研究成 果，本文后面還將對此工作專門介紹。哈工大、北航、國防科大等單位承擔了機 器人機構(gòu)仿真的任務(wù)，攝后也研制成功一個大型的機器人仿真軟件。還有不少單 位針對某一具體方面進行了廣泛深入的機器人仿真技術(shù)的研究。如今機器人足球比賽是一個有趣且復(fù)雜的新興人工智能研究領(lǐng)域，他融合了 實時視覺系統(tǒng)、機器人控制、無線通訊、多機器人控制等多個領(lǐng)域的技術(shù)，為人 工智能和智能控制的理論學習與研究及多種技術(shù)的集成應(yīng)用提供了相當好的實 驗平臺。對足球機器人系統(tǒng)的2種主要工作模式進行了比較和分析，并討論

11、了仿 真比賽的機制，對于分布式人工智能理論的研究具有重要意義。仿真機器人的發(fā)展體現(xiàn)了近幾年科技在不斷地快速發(fā)展，任何事物都具有兩 面性，發(fā)展快了，可能會是人類進步的腳步加快，也可會是把握不住方向，失去 控制。不過考慮這些好像還有點早。就只針對仿真機器人來說，我還是比較有信 心的，比較看好他?？萍疾粩嘣谶M步，仿真機器人的技術(shù)也會不斷的完善，相信 不久的將來仿真機器人就會來到我們的身旁，日本已經(jīng)出現(xiàn)了仿真機器人保姆 等，或許以后人類不用自己動手做飯，不用自己開車，小孩也不用自己帶了，都 交給仿真機器人了，或許以后不再有學校，學習知識只用跟著仿真機器人學習就 好了，它可能是最稱職的導師了，呵呵。再向遠處想想，或許在將來機器人總 動員瓦力里面的場景會出現(xiàn)，那就有點可怕了，人們什么都不用干，吃的喝的 召之即來，衣服顏色自動換，走路不用走最后人類離開了機器什么都干不了，臉