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1、机器人综述摘要：随着科技的发展，机器人在越来越多的领域发挥着越来越重要的作用。机器人也已不是仅仅在科幻小说和科幻电影里出现，在很多领域里我们都可以看到机器人的身影。我们相信，随着科学技术的不断发展，在不远的将来，机器人会变得更加普遍。同时，它们所具有的功能也会越来越多。 本文介绍了机器人的发展历史，机器人发展现状，机器人的构成，机器人实例，以及机器人的发展前景。关键字：机器人 发展历史 发展现状 发展前景1 机器人的发展历史 1.1 机器人产生的背景 机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二
2、次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。1.2 机器人的发展历程几千年前，人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。科技的发展带动着机器人技术的发展，可以说机器人的发展史也是世界科技发展史的体现。科学的前沿技术在机器人中都有应用。机器人发展到目前为止共分为三个阶段。第一阶段的机器人只有“手”, 以固
3、定程序工作, 不具有外界信息的反馈能力；第二阶段的机器人具有对外界信息的反馈能力, 即有了感觉, 如力觉、触觉、视觉等；第三阶段, 即所谓“智能机器人”阶段,这一阶段的机器人已经具有了自主性,有自行学习、推理、决策、 规划等能力。第一代是可编程机器人（如下图），这类机器人一般可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作。这一带机器人从20世纪60年代后半期开始投入使用，目前他在工业界得到了广泛应用。第一代机器人第二代是感知机器人（如下图），即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。这类机器人在工业界已有应用。第二代机器人第三代机器人将具有识别、推理
4、、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，因此能在非特定的环境下作业，故称之为智能机器人（如下图）。目前，这类机器人处于试验阶段，将向实用化方向发展。第三代机器人2 机器人发展现状2.1 美国 美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，经过30多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。具体表现在：(1)性能可靠，功能全面，精确度高；(2)机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首；(3)智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用；(4)高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅
5、速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。 2.2 日本日本政府为了促进机器人的普及和利用，对使用机器人的企业实行了一系列优惠政策，如给予企业特别折旧、减税、优惠贷款等措施。为了鼓励机器人制造商进行新技术研发，政府也对其实行许多扶持政策，如优惠税制、帮助融资等等。 通过这些政策的实施及企业的不断开拓，近年来，日本机器人产业从整体上有了大幅度的提升。尤其是机器人的性能，通过“智能化”技术的应用，目前已发展到了很高的水平。由于“智能化”的推进，机器人的应用范围进一步扩大，促进了产品多元化的发展。如今，机器人产业正在向着“小而有力”的方向迅速发展2.3 德国 德国将机器人主要应用在汽车工业，
6、德国还在纺织工业中用现代化生产技术改造原有企业，报废了旧机器，购买了现代化自动设备、电子计算机和机器人，使纺织工业成本下降、质量提高。工作精准方面，德国的工业机器人最发达，现代工场使用的，加工，焊接维修等工作机器人都是德国起的步。2.4 中国我国由于从资金到产业的支持力度不够，在机器人关键技术方面，我国与国外的差距并没有明显缩小，在关键部件、产品产业化以及基础研究方面的差距还在拉大。然而，国外各大机器人公司认识到高速发展中的中国机器人市场的巨大潜力，凭借其技术和资金的优势纷纷进入了中国市场。可以说，目前的中国机器人市场仍然是外国企业一统天下，我国机器人发展尚未进入规模开发利用和产业化的阶段。
7、我国经过几十年来的研究与引进,在机器人运动学仿真、动力学仿真和某些典型工业机器人机构分析软件方面取得了一些成果，但总的看来,我国机器人机械技术的研究状况与国外相比还有较大的差距,目前既没有建立一种多功能的机器人系统,也缺乏利用技术对机器人机械学的很多专门问题进行深人研究。我国目前研制的几种工业机器人机型结构主要是直接仿制日本90年代初的样机,一些主要关键元器件依赖国外进口。虽然国家“七五”期间安排了一些单项研究课题,但这些课题一时还难于直接用于国产工业机器人,还远不能从理论及实际技术上建立起我国机器人的完整设计体系,这与国外相比差距较大。国内利用国产机器人开展应用工程的研究工作刚刚起步。我国对
8、移动机器人研究,近年来在步行机基础理论方面的成果较多,而步行机实物模型或样机较少，与国外先进水平相比也存在较大的差距。3 机器人的构成机器人系统通常由机器人本体、传感器、控制器构成，而机器人本体由传动机构和驱动装置构成。3.1 执行机构机器人臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。3.2 检测
9、装置作用：实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。另一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展。例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从
10、而将大大提高机器人的工作精度。3.3 控制器完成机器人控制功能的实现，是控制系统的核心部分，直接影响机器人性能的优劣。其主要作用是根据用户指令对机器人本体进行操作和控制，完成作业的各种动作。控制器从传感器获得机器人的内部信息和环境信息：建立环境模型，进行运动和任务进行规划；用于对机器人的各个驱动进行伺服控制以实现单轴和多轴的运动协调控制，包括高性能的计算机及相应的系统硬件和控制算法及软件。4 机器人应用领域研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊
11、接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。从机器人的用途来分，可以分为两大类：军用机器人和民用机器人。军用机器人主要用于军事上代替或辅助军队进行作战、侦察、探险等工作。根据不同的作战空间可分为地面军用机器人、空中军用机器人(即无人飞行机)、水下军用机器人和空间军用机器人等。军用机器人的控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遥控式等多种方式。在民用机器人中，各种生产制造领域中的工业机器人在数量上占绝对多数，成为机器人家族中的主力军；其它各种种类的机器人也开始在不同的领域得到研究开发和应用。4.1
12、服务机器人它是是机器人家族中的一个年轻成员，初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有意于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。高楼擦窗和壁面清洁机器人 北京航空航天大学机器人研究所发挥其技术优势与铁道部北京铁路局科研所为北京西客站合作开发了一台玻璃顶棚（约3000平米）清洗机器人。该机器人由机器人本体和地面支援机器人小车两部分组成。机器人本体是沿着玻璃壁面爬行并完成擦洗动作的主体，重25公斤，它可以根据实际环境情况灵活自如地行走和擦洗，而且具有很高的可靠性。地面支援小车属于配套设备，在机器
13、人工作时，负责为机器人供电、供气、供水及回收污水，它与机器人通过管路连接。导游机器人在1995年伦敦举行的欧洲有线通讯博览会上，一个机器人明星出尽了风头。这个圆头圆脑的家伙不停地走来走去，边向人们问候，边给参观者分发礼物。它的眼睛里装的是小型雷达，用来探测周围的行人和物体。可以自动躲避障碍物，从一个展台走向另一个展台。该机器人装备有先进的计算机语音处理系统，它能听懂人讲英语，并根据计算机存储的信息作出相应的回答。机器人体内的计算机还可以根据雷达探测到的数据，选择自己的行走路线。这种机器人可以用于商店导购、宾馆服务及为盲人导向等许多方面的服务工作。4.2 军用机器人美国的“别动队员”反坦克机器人
14、。这是一种较为简便的对付大集群坦克的反坦克机器人。菱形四轮结构，能在松土和沼泽地段行驶。有视频摄像机、信息传感器和三具美国AT4型火箭筒。使用时，操纵员可在6公里处隐蔽地段通过光纤传送指令，控制机器人驶近目标并进行瞄准攻击。车上还装有自动报警装置，操纵员根据图像显示分析敌情并指令机器人采取相应措施，这样就可使一个操纵员同时控制几辆反坦克机器人同数个目标作战。“西康”水下攻击机器人。该机器人长11米，重45吨，潜水深度6000米，实施攻击时的航速为50节，靠闭式循环内燃机驱动，通过数字水文数据库自主导航。携带的战术武器包括自备鱼雷和固定战斗部。其固定战斗部在施行自杀性攻击时，可同机器人体内剩余的
15、燃料一起爆炸。它还能往敌舰船的螺旋桨上缠绕金属缆线，实施隐蔽性破坏。执行任务时，可由辅助舰船送到作业海域，也可空投入海。“昆虫”多功能微型机器人。这是一种体积小、结构简单、价格便宜、貌似昆虫的机器人，也称小型自主机器人。该型机器人有的装有侦察监视装置，专门用于侦察探测；有的配备具有强攻击力的杀伤性兵器，可执行多种战场攻击任务。其突出特点是特征信号较弱，隐蔽性强，可秘密地靠近目标，实施高精度攻击。目前，该型机器人已发展成一个庞大的家族。5 机器人的发展趋势智能化可以说是机器人未来的发展方向，智能机器人是具有感知、思维和行动功能的机器，是机构学、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术的综合成果。智能机器人可获取、处理和识别多种信息，自主地完成较为复杂的操作任务，比一般的工业机器人具有更大的灵活性、机动性和更广泛的应用领域。以下是未来机器人发展的几个方向：(1)语言交流功能越来越完美智能机器人，既然已经被赋予“人”的特殊称义，那当然需要有比较完美的语言功能，这样就能与人类进行一定的，甚至完美的语言交流，所以机器人语言功能的完善是一个非常重要的环节。对于未来智能机器人的语言交流功能会越来越完美化，是一个必然性趋势，
