个人服务机器人

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1、4.3.2 个人服务机器人 （1）伤残助理机器人 （2）智能轮椅 （3）机器人除草机 4.3.3 工程机器人 （1）喷浆机器人 （2）压路机器人 （3）隧道凿岩机器人 （4）林木球果采集机器人 4.3.4 极限作业机器人 （1）消防机器人 包括：遥控消防机器人、喷射灭火机器人、消防侦察机器人、攀登营救机器人、救护机器人。,（2）核处理机器人 （3）水下机器人 第五章 微机器人 5.1 概述 历程：1981 扫描隧道显微镜（STM）1987 100微米的为型马达1993 用于眼球网膜显微手术的微操作机器人1995 用于生物工程细胞操作的双手微操作机器人 5.2 微机器人的概念和分类 分类：按尺寸

2、、形式、机能 5.3 微型机器人 5.3.1 微型机器人驱动方法和原理,（1）尺蠖法 （2）冲击法 （3）蠕动法 （4）震动法 （5）碰撞法 5.3.2 微型机器人 （1）管道检查微型机器人 （2）腔道检查微型机器人 （3）微型步行机器人 （4）超精密加工微型机器人 （5）高精度测量微型机器人 （6）震动式微型机器人,5.4 微操作机器人 5.4.1 微操作机器人分类微操作机器人 (micro Manipulating robot)是以亚微米、纳米运动定位技术为核心，在较小空间中进行精密操作作业的装置，可以应用于生物显微操作、微电子制造、纳米加工等领域。,微操作机器人一般按操作对象大小分类:

3、微细作业机器人 (10-310-6 m) 超微细作业机器人 (10-610-9m),国内外微操作技术及微操作机器人研究现状 微操作技术是目前国内外的研究热点，很多研究机构都针对不同的操作对象，进行了广泛的研究工作。目前已涉及的研究领域有:多自由度的微操作机器人系统，针对不同微细作业场合所采用的工具、夹具，微操作作业策略及微操作机器人遥控作业研究等。,54.2 微操作机器人介绍(1)具有视觉反馈的微操作机器人,北航的微操作机器人,(2) 双动式微操作机器人1993年日本通产省机械研究所研究了一种双动式微操作机器人。该机器人采用并联机构、压电晶体驱动、双动式控制，在高倍显微镜下，用双手操作。由于有

4、力反馈，因此可实现精细操作。,(3) STM的“原子移位“1993年日本理化学研究 所用STM的探针可使单原子 按人意愿移动。其定位平精 度10微米。,(4) 纳米移动机器人中科院沈阳自动化所，采用碰撞驱动法，尺寸直径54毫米，重量1.1克，相当减速比I=51652,5.4.3 关键技术与相关理论 正是由于微观操作与宏观操作在操作机理、操作工具等方面的种种不同，使微观操作具有很多特殊性，表现在操作手、操作平台、操作控制系统、操作机理、人机接口等各个方面。1.操作手及作业平台,综上所述，微操作机器人系统(作业手、平台、辅助设备等)应该是多自由度、宏微运动结合、运动精度高且各组成部分能协调工作的高

5、精度机械系统。采用合适的驱动方式，设计满足上述要求，且体积小，重量轻，调节方便的微操作机器人手是机器人微操作系统中的关键技术之一。2.智能操作系统及控制系统 微操作系统中的力觉系统和视觉系统是实现智能化操作的关键。 (1) 视觉系统为了实现微细作业，特别是在1mm以下对象的作业，系统必须借助光学显微镜、电子显微镜实现对操作过程的监视。,(2) 力觉系统在实际操作过程中为了更好的完成作业，仅有视觉信息还不足以反映操作的实际情况，往往还需要接触力等其他信息，因而需在微操作系统申加入微力传感器，同时这也有利于智能化控制、力遥控操作的实现。,3. 微操作相关理论问题首先，微观环境和宏观环境有很大差别，

6、在宏观作业环境中常常被忽略的因素，在微观环境中必须引起重视。特别是当操作对象的尺度减小到尺度效应明显作用的尺度时，温度、湿度、轻微振动等因素将直接影响操作的直接进行。其次，为了完成复杂操作，机器人微操作系统往往由主操作手、辅助操作手及工作平台(群手)组成，建立各组成部分之间协调工作的运动学方程，以及微操作机器人的微运动学和微动力学方程，并获得快速操作的最优解，这是微操作系统控制中的一个关键问题。最后，对具体的操作来讲，也要进行相应的理论研究。如进行微装配时，装配策略的研究。,5.5 微机器人应用 （1）生物工程,激光镊在二位空间来完成分选粒子，可进行基因转导、细胞器切割、焊接等加工。,（2）超

7、LS1制造超LSI的DRAM制造，预计2010年特征尺寸要实现70nm。为实现纳米定位，除了提高传统的传动精度外，还需要研究新方法。1995年日本神户大学研究了一种半导体曝光装置的定位平台，采用 “尺蠖法“驱动，定位精度为5nm。（3）MEMS制造MEMS制造现在用的微细加工方法有LC法和Liga法。但此法对三维复杂件加工有困难，因此，日本研究用小机床加工微元件，能加工直径为10微米的阶梯轴。 （4）纳米加工2000年东京工业大学，用AFM进行纳米加工，它的目标是原子级加工，制造纳米元件。,（5）星球探险1970年11月17日7时20分，“鲁诺寇德一号“探查机器人在月球着陆，从此揭开人类探索宇

8、宙的新纪元。,美国NASA研制的用于星球探测的微小型探查机器人GOFOR号，它的尺寸是0.4mX0.4m，重量为3.5kg。,美国NASA研制的纳米探查机器人。重量为08kg，移动方式采用腿加轮的复合结构，移动速度001m/s。,为了能在星球表面复杂地形下行走，星球探测机器人的移动机构设计非常重要。中国科学院沈阳自动化研究所针对微小型星球探测机器人的移动机构，设计了一系列的复合移动机构。“沙地一号“微小型移动机器人如图6-22，移动机构采用了轮加腿的复合机构。,“沙地二号“微小型移动机器人如图6-23，其移动机构采用了履带加腿的复合移动机构。,“沙地三号“微小型机器人如图6-24，其移动机构采

9、用了轮加腿的复合移动机构,（7）军用微小机器人军用微小机器人能完成人难以完成的使命。军用微小机器人最大的特点是外形小，有良好的隐蔽性，仿生物外形不会引起敌方注意。构造简单，制造周期短，造价低，还可以具有 “群“攻击的能力，令敌方防不胜防。军用微小机器人具有超人的功能，不怕疲劳，不惧艰险，忠于职守。,美国研制了多种用于军事用途的微小型机器人，如麻省理工学院研制的昆虫机器人 “金菲斯“。美国罗克威尔公司及IS机器人公司研究的扫雷机器蟹如图6-27。,（6） 空间飞行微机器人20世纪90年代美国Aero Vironment公司研制的微型飞机如图6-26，重量只有42g，尺寸为15cm，遥控距离为10

10、00m。,第 6章 空间机器人空间机器人是指在大气层内、外从事各种作业的机器人，包括在内层空间飞行并进行观测、可完成多种作业的飞行机器人，到外层空间其他星球上进行探测作业的星球探测机器人和在各种航天器里使用的机器人。6.1 飞行机器人多年来以军事用途为背景的大型无人飞机研究一直十分活跃，这些无人飞机越来越智能化，所以它们也是一类机器人。特别能体现无人飞机具有机器人特性的是近年来出现的微型飞行器，这种微型飞行器尺寸如同人的手掌大小，翼展长15cm左右，能像鸟一样飞行，并具有昆虫智能水平。这类飞行器常常被称为微型飞行机器人。微型飞行机器人技术主要包括三个方面:一是微型飞行器平台;二是相关的部件技术

11、;三是它的发射方式。,微型飞行器平台主要有固定翼、旋翼和扑翼三种。固定翼式微型飞行机器人相对来说最容易实现，是目前微型飞行机器人主要采用的飞行机构。,美国证在进行研究的黑蜘蛛 (Black Widow)微型飞行机器人采用的就是这种飞行机构。黑蜘蛛微型飞行机器人翼展15cm，重56.7g，航程1km，飞行速度69km/h，室外续航时间为20min。黑蜘蛛微型飞行机器人的机翼呈圆盘形，头部装有10.16cm的螺旋桨，重110mg，效率达82%。 黑蜘蛛微型飞行机器人的地面站包括控制器、电视监视器、天线及气动发射装置，它们装在一个小手提箱中，箱申还装有操作人员用的眼镜，用它可以观察电视摄像机的实况图

12、像。它的数据链路的距离为1.5km。,1998年初美国加利福尼亚大学开始研制一种扑翼式微型飞行机器人，称为“机器苍蝇”。研制的目的是利用仿生原理获得苍蝇的杰出的飞行性能，计划到2004年能够飞行。这种微型飞行机器人具有重要的军事用途，利用它可以进行城市环境中的秘密监视和侦察。“机器苍蝇”的尺寸如普通苍蝇大小，样子也像苍蝇。重约43mg，直径510mm。不过它有4只翅膀而不是2只，有一个玻璃眼睛而不是两只球形眼睛。它的身体用像纸一样薄的不锈钢制成，翅膀用聚酪树脂做成。机器苍蝇由太阳能电池驱动，一个微型压电石英驱动器以每秒180次的频率扇动它的4只翅膀。,相关的部件技术1. 体积小、重量极轻的大功

13、率高能量密度的发动机和电源动力系统一般占微型飞行机器人总重量的60%，它所消耗的能量占总能量的90%，另外的10%供电子仪器使用。D-STAR公司正在研制一种Neutrino的微型柴油机，它的直径为2cm，可产生80W的功率。,2.要研究产生升力的新方法，要解决在低雷诺数空气动力 学环境下的飞行稳定与控制问题。 3.飞行控制。如何控制微型飞行机器人的飞行是另一个难点。 发射方式微型飞行机器人与无人飞机另一个显著区别是它不需要专门的起飞和降落区,5.2 星球探测机器人人们对于外层空间其他星球是否能够居住、是否具有可利用的资源、是否存在生命充满了幻想，21世纪将是人类开发太阳系新的星球的时代。,格

14、林威治时间1997年7月4日I7时7分，美国国家航空航天局发射的火星“探路者“号宇宙飞船在经过7个月的飞行之后成功地在火星表面着陆。“探路者“飞船首次携带了一个名为“索杰纳“ 的火星探测机器人。“索杰纳“的任务是对登陆器周围进行搜索， 探测火星的气候及地质方面的数据。,对星球探测机器人要具有如下一些能力:O探测的范围必须非常广，就距离而言，应在几十公里到几百公里的范围内移动;O必须能够进行地下探测，从深度方面看，应能在几十厘米到几米范围内进行探测;O必须能长时间进行探测;Q必须能完成诸如采样、分析等功能;O必须配备观测和实验仪器;O能在复杂地形下移动。,星球探测机器人所涉及的关键技术如下。O星

15、球探测机器人在重量、尺寸和功耗等方面受到的严格限制。星球探测机器人的机械结构应力求紧凑、体积小、重量轻，同时与之配套的驱动机构应具备良好的稳定性和较强的爬坡和越障能力。 星球探测机器人的电源主要用于提供动力和为仪器供电。目前可选择的电池有化学电池、燃料电池、太阳能电池和同位素电池。O星球探测机器人如何适应空间温度、宇宙射线、真空、反冲原子等苛刻的末知环境。外层空间的星球环境可能比地球环境更为复杂。因此，在设计星球探测机器人时必须考虑到地球上没有的一些特殊环境可能对机器人造成的损害。O如何建立一个易于操作的星球探测机器人系统。,一个星球探测机器人通常包括探测车和微型机械手两部分。探测车用于为探测

16、提供移动载体，要求能跨越障碍并能快速行迸。因此，它必须是小型化和轻量化的，并配有多种传感器。微型机械手主要用于对岩石及土壤取样及进行处理。这里介绍几个国外开发的星球探测机器人系统，可以了解星球探测机器人的基本构成。(1)Rocky7火星探测机器人 Rocky“I火星探测机器人重约t5ke尺寸为48cmX64cmX32cm，有6个轮子，由太阳能电池板供电。(2) FIDO火星探测机器人FID0是美国喷气推进实验室 (JPL)正在研制的一种高度自主控制的火星探测机器人。它利用车上的计算机视觉和自主控制技术进行导航，并能够将桅杆上的相机观测到的图像相机械臂的动作很好地结合起来。机械结构采用六轮悬吊式

17、，带有一个可折叠的具有4个自由度的桅杆，桅杆上装有一台多视野的立体全息相机，一台集成科学仪器，一台分光仪。,(3)日本的Micro 5Micro 5由日本宇航中心、梅基大学和绰大学联合研制开发的一种体积小、重量轻、低能耗的星球探测机器人。该机器人采用五点接触悬吊结构，带有两个立体相机用于前方的地形观测。在机器人的周围还装有六个COMS相机用于导航和科学观测。此外，还装有俯仰和翻滚倾斜仪用于车的姿态检测，装有编码器进行航位推算。计算机在线处理这些传感器的信息，进行环境识别、路径规划和导航控制。Micro5具有与地面之间的通信系统，可以将漫游车所观测到的图像、收集到的数据及自身的动力学数据传给地面系统，操作者可以在地面利用遥操作技术对MicrO5进行控制。日本宇宙科学研究所 (ISAS)也对月球漫游车进行了一系列的研究。其中的一种方案是具有子母结构的月球漫游车。,