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1、机器人技术及其在水利行业的应用分析 倪建军 April, 2015 Analysis of Robot Technology and Its Application in Water Conservancy Industry 20152015（第三届）中国水利信息化与数字水利技术论坛（第三届）中国水利信息化与数字水利技术论坛 内容提要 1 机器人技术概述 4 应用实践探讨 2 机器人技术在水利行业的应用 3 水利行业机器人发展趋势分析 一、机器人技术 的发展概况 简述简述1 机器人学是一门高度交叉学科，涉及机械、电子、计算机、自动控制、人工 智能、生物以及人类学等众多领域。 机器人技术是多种学
2、科综合发展的成果，代表高技术前沿，应用不断扩大。 美国美国 USAUSA “国家关键技术”以及 “国防部和能源部关键技术” 欧共体欧共体 EECEEC “EUREKA”计划以及 “信息技术研究发展战略计划” 日本、新加波、韩国、日本、新加波、韩国、巴西巴西 各国都有自己的研究计划 中国中国 ChinaChina “863计划”及各级科研项目 都设有机器人专项 结论结论：研究发展机器人技术受到世界各国重视。 一、机器人技术 的发展概况 简述简述1 机器人Robot一词最先出现于1920年，捷克 作家卡雷尔卡佩克（Karel Capek）所写剧本 罗萨姆的万能机器人，剧中人造劳动者取 名Robot
3、a，意为“苦力”、“奴隶”。 反映了人类希望造出和自己一样具有思考和 劳动能力的机器代替自己工作的愿望。 “懒惰是人类前进的动力”。 一、机器人技术 的发展概况 现代机器人现代机器人2 194519501955196019651970 二战期间：二战期间：美国橡 树岭国家实验室研 制了“遥控操纵 器”第一台 主从遥控机器人 19701970年起：年起：机器人 产业得到蓬勃发展， 机器人技术发展成 为专门学科机 器人学，机器人应 用领域进一步扩大。 19801980年起：年起：不同 结构、不同控制方 法和不同用途的工 业机器人在发达国 家进入了实用化普 及阶段。 19601960年：年：美国 “
4、联合控制公司” 根据Devol的专利生 产出第一台真正意 义上的工业机器人 19691969年：年：通用汽车 公司用21台工业 机器人组成轿车 自动焊接生产线 19541954年年: :美国人 乔治德沃尔 （George C. Devol）研制出 第1台电子可编 程序工业机器人 2020世纪世纪 中期中期 19751980 一、机器人技术 的发展概况 现代机器人现代机器人2 随着传感技术和智能技术的发展，目前已经进入智能机器人研究 阶段。现在机器人由工业机器人向特种机器人、拟人机器人发展。 工业机器人工业机器人 （ABBABB公司的机械手）公司的机械手） 特种机器人特种机器人 ( (消防用灭火
5、及排爆机器人消防用灭火及排爆机器人) ) 拟人机器人拟人机器人 ( (日本软银日本软银的的 “Pepper”Pepper”) ) 一、机器人技术 的发展概况 机器人的优势与不足机器人的优势与不足3 优势优势 StrengthsStrengths 劣势劣势 WeaknessesWeaknesses 提高生产率、安全性、效率、产品 质量和产品一致性 01 02 (3D)Dirty、Dull、 Dangerous 可以在危险或者不良的环境下工作 可以不知疲倦、不知厌烦的持续工作 除了发生故障或磨损外，始终如一 地保持比人高很多的精确度 03 具有某些人类所不具有的能力 可以同时响应多个激励或处理多项
6、任务 04 带来经济和社会问题。如工人失业， 情绪上的不满与怨恨等 01 缺乏应急能力 02 在很多方面具有局限性。如自由度、 灵巧度、传感器能力、视觉系统、 实时响应 03 费用开销大。如原始的设备费、安装费、 需要周边设备、需要培训、需要编程 04 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 焊接机器人：点焊，电弧焊； 装配机器人：电子装配，汽车装配； 喷漆机器人； 搬运、码垛机器人； 浇注机器人。 工业机器人 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 可移动平台，机械手，代替或协助完成各种服务和安全 保障工作，如餐厅服务机器人、爬
7、壁清洗机器人，爬缆 索机器人等。 服务机器人 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 通过多台摄像机对车上人员实现上下、左右全方位实时立体监 视，对障碍物测量评估，在发生碰撞、台阶跌落、翻到等危险 情况时报警、自动减速、紧急停止； 姿态极端改变时可以无线通知护理人员； 还包括识别手势指令等。 康复：智能电动轮椅 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 内置数字地图，边走边通过传 感信息与地图对照，确定自身 位置和方向；根据盲人的行动 来决定自己的行动，通过声音 振动等方式提醒盲人注意安全； 通过摄像机，图像处理可以确 定周围物体的
8、形状、种类、大 小和远近灯，可以建立周围场 景3D地图。 导盲机器人 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 手工效率低、强度大； 利用机器人是防病、降低农业化肥使用的比较好的方法； 日本研究较早，韩国也在研制，我国今后需求高。 农业：嫁接机器人和移栽机器人 嫁接机器人嫁接机器人移栽机器人移栽机器人 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 西红柿采摘机器人、林木球果采摘机器人等。 采摘机器人 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 2000年美国制造Da Vinic机器人手术系统，包括控制台、 内镜
9、、切除结扎系统及三个灵活的机械手，临床应用于心 脏外科、胆囊切除等各科手术。 医疗：外科手术机器人 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 日本立命馆大学研发：1cm宽，2cm长，重5g微型医疗机器 人，前端镊子提取组织样本，微型相机抓拍图片，特殊注 射器散发药物，医生可以控制其运动。 医疗：微型医疗机器人 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 太空探测机器人 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 排爆机器人 始于20世纪60年代，用于 军警部门； 移动机构一般有轮式、履 带式、轮履结合式； 目
10、前朝着具有局部自主能 力、通过人机交互方式遥 操作的半自主方向发展； 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 空中无人机 无人驾驶飞机简称“无人机”（UAV），是利用无线电遥控 设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度 定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞 行器、无人飞艇、无人伞翼机等。 一、机器人技术 的发展概况 机器人在各行业的应用机器人在各行业的应用4 水下机器人 遥控潜水器，观测设备有 声纳、照明灯、照相机、 微光摄像机，以及机械手 等作业设备 自治水下机器人（AUV）， 无人无缆，进行摄像、拍 照、测量，探测与水文观 测 二
11、、机器人在水利 行业的应用介绍 空中无人机空中无人机1 I 在水利工程测绘中的应用 以无人机作为遥感飞行平台，在机体上装载数据遥感设备，利用遥感数据 处理系统作为技术支撑，融入“3S”技术，可以实时对地戒对目标水域迚行 观测及数据的快速处理。 智能智能鸟鸟KC2000KC2000油动三角翼油动三角翼无人机无人机 二、机器人在水利 行业的应用介绍 空中无人机空中无人机1 II 在水环境监测中的应用 无人机用于水环境监测主要是以遥感技术作为航空遥感手段，具有续航时 间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、高分辨率、机动灵活等优点， 是卫星遥感不有人机航空遥感的有力补充，在国外已得到广泛应用。 二
12、、机器人在水利 行业的应用介绍 空中无人机空中无人机1 III 在洪涝灾害监测中的应用 充分发挥无人机应急、灵活、高危作业、受地理气候影响小的特点，在重 大自然灾害戒突发事故发生时，第一时间赶赴受灾区域，提供紧急航拍遥感服 务，获取即时影像戒视频，为赈灾救灾提供决策方案，为灾情评估及灾后重建 工作提供科学依据。 二、机器人在水利 行业的应用介绍 水下机器人水下机器人2 I 在水利工程安全监测中的应用 水下机器人可以用于病险水库的坝底检测和闸门淤积情冴检查、大坝裂缝 检测、桥墩检测等等。 湖南水利科学院湖南水利科学院引进的引进的Stealth 3Stealth 3 水下机器人，进行水库大坝水下机
13、器人，进行水库大坝监测监测 二、机器人在水利 行业的应用介绍 水下机器人水下机器人2 II 在水环境监测中的应用 水下机器人携带多种传感器，实时采集和传输水质监测数据，相对于人工 操作水质检测仪采集数据来说,机器人的利用在精度和准确度上都有较大提高, 也避免了人工采集数据可能遭遇的危险。 英国英国埃塞克斯埃塞克斯( (EssexEssex) )大学胡豁生团队大学胡豁生团队 研发的用于水质测量水下机器研发的用于水质测量水下机器鱼鱼 中科院重庆分院和北航联合研发中科院重庆分院和北航联合研发的的 多多鳍式水下机器人鳍式水下机器人 二、机器人在水利 行业的应用介绍 水下机器人水下机器人2 III 在水
14、下设施维护、清洁中的应用 水下机器人可以迚行水下管道检查、维护、水工建筑的超声清洁等工作。 二、机器人在水利 行业的应用介绍 水下机器人水下机器人2 IV 在抗洪抢险中的应用 在汛前，可以利用水下机器人迚行汛前基础设施排查，通过水下声纳技术 查明基础淘空的位置和范围，采用水下视频摄像检查闸墩和闸前淤积情冴，为 下一步处置险情提供重要技术支撑作用。洪水发生之后，可以派出水下机器人 迚行在非常危险的场合实现堤坝管涌的排查和堵漏作业。 二、机器人在水利 行业的应用介绍 其他特种机器人其他特种机器人3 I 抗洪抢险打桩机器人 由于打桩环境的特殊性，使用机器打桩时，首先要解决的是打桩机的行走 问题。通过
15、选用行走机器人可以避免打桩机构在工作一线的运输问题，可适应 打桩现场复杂的工作环境，节省了人力物力，降低了打桩风险。另外，通过在 行走机构上装载其他机构，可以使其应用于其他丌同的工程领域。 二、机器人在水利 行业的应用介绍 其他特种机器人其他特种机器人3 II 涵洞探测机器人 涵洞最怕的就是渗漏戒堵塞，涵洞渗漏会带走泥土、泥砂，渗漏过度就可 能引发塌方；而涵洞堵住，水库水可能在坝体的小缝隙中冲出一个通道，最终 引发大坝坍塌，后果丌堪设想。在涵洞检测过程中，由于种种原因，如直径太 细等，人无法迚入，这个时候机器人就可以大展身手。 二、机器人在水利 行业的应用介绍 其他特种机器人其他特种机器人3
16、III 河道疏浚机器人 我国江河湖库众多，水情、气候、地质地理条件、淤积情冴各丌相同，因 此，需要开发生产门类、品种、规格比较齐全的系列河道疏浚机械。特别是高 效率而丏能够自动工作的疏浚机器人。 山东建筑大学山东建筑大学学生设计的灌区河道清淤学生设计的灌区河道清淤机器人机器人 疏浚前疏浚前疏浚后疏浚后 水利行业对机器人的特殊要求水利行业对机器人的特殊要求1 特殊要求特殊要求 Special RequestsSpecial Requests II III I 作业环境的非结构性 对象复杂和多变性 作业条件恶劣，可靠性要求高 三、机器人技术在水利 行业应用前景分析 三、机器人技术在水利 行业应用前景分析 水利机器人发展趋势水利机器人发展趋势2 I 向大型化发展 这是由水利行业应用的特殊性决定的，在水利行业中，很多场合需要大型 全自动化机器人来替代部分高强度、高风险的人工操作，比如隧洞工程中就可 以在已有的水利机械的基础上，研
