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1、河南工程学院机器人技术基础考查课专业论文服务型机器人技术应用现状与前景学生姓名：宋昊东学院：机械工程学院专业班级：机制1242专业课程：机器人技术基础任课教师：李辉2015年12月28日目录前言1摘要、关键词21各国服务型机器人技术的发展32近年来机器人的发展阶段33服务新机器人发展现状43.1室内办公环境服务机器人43.2家用服务型机器人53.3娱乐服务型机器人64总结7参考文献8前言对于我们来说机器人并不陌生，因为有好多关于机器人的电影、动画片、 漫画、小说等知名度很高，使得现在社会中不管是小孩就连不识字的老人都 知道有那么一种神奇的东西，它能在人们无法适应的恶劣的环境下干活，他 能做很多
2、人们做不了的事，甚至有人发出这种言论：机器人将取代人类。那 么机器人到底是什么呢？在大多数人的眼里机器人就是一种长得像人的一种机器，但是其实不然， 机器人并不是一定是人的模样，它是一种智能化的机器，有的很小，有的却 是庞然大物，只有一小部分长得像人，做的像人只是拉近我们与它们的距离， 更具有亲切感，使机器人更具有人性化，就跟人们害怕看到他们同类的骨架 却不怕一个活生生的人的道理是一样的。有关于机器人的定义有很多并且不 一其原因是它本身就有一定的模糊性。一般来说，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能 力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给 机器人下的定
3、义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任 务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”它能为人类带来许多方 便之处。摘要：现代机器人的诞生标志着人类对于智能机器的梦想开始变成现实，这对人 类社会来说是一场革命。现在，各种类型的机器人正逐渐进入人们的生产和生活, 对人类社会产生着日益重大的影响。服务型机器人是作为机器人类型中最为实用 而最贴近生活的存在，作为服务型的机器人有室内办公环境服务型机器人、娱乐 场所服务型机器人、家用服务型机器人等。今后的发展与应用前景大好、潜力巨 大。关键词：服务型机器人 技术 应用 发展前景服务型机器人技术应用现状与前景1各国服务型机器人技术的发展2
4、006年8月3日，我国首台参考国内众多美女的长相合成的智能“美女机 器人”亮相。根据指挥员的口令，“美女机器人”不仅能完成简单的前进、后退 等动作，还可以跟人聊天讲笑话，可以在家中用摄像系统识别坏人。“在家里， 机器人将会教孩子们学英语，给父母传送信息，当人们疲倦时，它还能即兴表演 歌舞提神；在公共场所，它们可以充当邮局的服务人员，可以负责安全巡逻，还 能搜寻闯入者的踪迹并把他们的图像传送到监视中心。”韩国专家介绍说。据韩 国媒体报道，韩国计划在2013年进入全球机器人技术前三强，到2020年实现 家家户户都有机器人。目前，韩国正在进行2007年网络智能机器人大规模生产 前的准备。韩国政府希望
5、，就像上世纪80年代半导体一跃成为高科技主力军一 样，家用机器人将是本世纪初韩国高科技的领军产业。美国加州大学资深教授、 机器人专家伍德约翰教授在其专著机器人产业的未来中指出，对未来影响 最大的4项技术是：生物技术、纳米技术、巨型计算机技术和智能机器人技术。 他认为，日本长期以来将机器人作为一个战略产业，并给予大力支持，这是政府 决策的巨大成功，使日本在汽车、电子、机械、工程等方面处于世界领先地位获 得了可靠的物质技术基础。越来越多的国家将机器人视为信息时代的“宠儿”， 甚至认为机器人产业可能会像汽车产业一样，成为国家重要的经济支柱。在这种战略思想驱使下，机器人市场日益成为人们开拓的重要目标。
6、目前， 世界上至少有48个国家在发展机器人，其中25个国家已涉足服务型机器人开 发。在日本、北美和欧洲，迄今已有7种类型计40余款服务型机器人进入实 验和半商业化应用。日本是世界上发展服务型机器人最早的国家，目前已有10 多种服务型机器人问世。去年9月，开始向市场推出一种可以识别1万个单词 的智能机器人，可以为主人充当“家庭保姆”，这将是市场上首次出售用于家庭 生活的可以与人交流的智能机器人，表明日本家庭将迎来机器人保姆时代。2近年来机器人的发展阶段现代机器人的诞生标志着人类对于智能机器的梦想开始变成现实，这对人类 社会来说是一场革命。现在，各种类型的机器人正逐渐进入人们的生产和生活， 对人类
7、社会产生着日益重大的影响。近50年来，机器人的发展突飞猛进，大致 经历了三个发展阶段：第一代是属于示教再现型的简单个体机器人；第二代为具 备初步感觉和协调能力的群体劳动机器人；第三代为具有感知能力和独立判断、 行动能力的智能机器人。前两类机器人的活动范围往往局限在工厂生产线和特殊 工作场合，如矿山、核反应堆、海底等。而智能机器人则更广泛地服务于人们 生产和生活的各个方面，比如办公室的助手机器人，博物馆的导游机器人，医院 的护理机器人，用于监视和安全防卫的机器人，水下勘测机器人，排雷除弹机器 人等等。有第三代机器人之称的智能服务型机器人是当今机器人学科发展的重要 方向。3服务新机器人发展现状服务
8、型机器人是作为机器人类型中最为实用而最贴近生活的存在，目前世界 服务机器人的发展速度飞快，技术更新迅猛。以下为几种服务型机器人的发展现 状：3.1室内办公环境服务机器人为了适用于办公室等室内场所的履带式服务机器人平台，提高自主移动机器 人控制系统的性能，选用高性能微处理器ARM9系列的S3C2410处理器作为移 动机器人的控制中心，并在嵌入式Linux系46统下实现机器人的控制。系统引 入了多种环境感知器件，采用模糊逻辑实现准确的运动路线控制。该自主服务机 器人由中央控制器、感知子系统、驱动子系统、电源系统组成。整体尺寸420mm X 400mm X 84mm。在移动机器人设计过程中，采用模块
9、化设计，不同功能结构分 别进行设计，各模块之间连接采用最优方式。机器人中央控制器采用ARM9系列的S3C2410处理器，具有高性能、低功耗、 接口丰富和体积小等优良特性，适合服务机器人系统使用。红外模块选用DC12V 四路红外遥控收发器，该收发器有四组，共十二个接口。当按动红外发射器， 有信号输入时，输出口输出常开口接入的电压。该发射器性能稳定，使用简单。 电机驱动采用L298N芯片，L298N具有体积小、操作电压范围大、抗干扰能力 强、配备了散热片、输出电流大等性能，并且可以同时驱动两台电机。可通过改 变PWM波形的占空比控制电机转速，还可控制电机转向。光电编码器的输出是 两路相位不同的脉冲
10、信号,据此可判断电机的转动方向。超声测距模块结构简单， 体积小，检测距离为1. 0cm500. 0cm (精确到mm)。在测距范围、精度及功 耗方面符合要求。出于对移动机器人工作环境的分析，采用将三个超声模块放 置在移动机器人本体的前部，且两两夹角均为45，避免了超声模块之间的相 互干扰。机械结构设计机器人平台由电动机、减速箱、驱动器和光电编码器组成。 两台电机分别驱动左右轮为机器人提供动力，驱动器对电机的转速和转向进行控 制，并通过光电编码器对电机的转速和位置的反馈进行不断地调整，它们共同组 成一个闭环系统。基于机器人尺寸、重量和功耗等各方面的考虑，机器人采用双 电机的差动驱动方式。电机为恒
11、定励磁磁通的空心杯直流减速电机。电机部分还 包括减速齿轮箱，用来降低输出的转速，同时增大输出力矩。电机的另一端连有 光电编码器，实时进行位置和速度的检测。系统选用容量为4. 0Ah的铅酸(LEAD -ACID) 6V可充电电池，能够连续使用超过8小时。考虑到电机的正常工作电 压为12V，使用2节上述电池串联直接给电机供电。另接出两路通过LM2575转 换成5V恒定电压分别为驱动芯片L298N和ARM板供电。该类机器人采用了履带差动转向方式。履带式具有支撑面积大、接地比压小、 运动平稳、不易倾倒、不易打滑、牵引附着性能好等优点。每条履带由单个驱动 轮驱动，通过分别控制左、右履带的速度完成各种基本
12、动作。车轮为铝制齿形轮， 并将车轮适度镂空以减轻重量。通过传感器来感知外部环境获得环境信息，采用 模糊逻辑的方法对机器人进行运动控制，再通过无线通信模块实现导航控制，更 好地满足了控制系统的要求。这种方案针对室内自主服务型机器人在成本和性能 上做到了较好的折中，包括嵌入式平台的选择、功能模块的选择以及硬件平台的 搭建。因而依靠简单的结构设计，经济的器件而拥有低廉的价格，同时具有良 好的性能和广阔前景。3.2家用服务型机器人家用机器人是现在最前端的研究方向，致力于解决人类生活中的困难而研发 的家用机器人定能为人类分忧。近年来，以机器人技术为代表的现代工业技术已经发展到了“无人车间”、“无 人工厂
13、”的水平，然而随着人们生活水平的提高，一种用机器人代替人类从事各 种繁的家务劳动的需求也随之产生。正是基于此，家庭服务型机器人开始成为焦 点，各种各样的服务型机器人也应运而生。清洁机器人是服务型机器人的一种。 在西方发达国家，对办公室、工厂等场所，已经开始由清洁机器人来代替人完成 各种清洁任务。随着科学技术的发展与人类文明的提升，人类希望摆脱家务劳动 的繁琐，一旦清洁机器人的价格达到人们的心理承受能力以下，那么清洁机器人 进入家庭的前景将被非常看好。在日本，东日本铁路公司、shinko电器公司和Howa工业有限公司联合研制 了车站地面清扫机器人，机器人可沿墙壁从任何一个位置自动启动，利用不断旋
14、 转的刷子将废弃物扫入自带容器中。日本静甲株式会社的清水工厂开发出一种自 动清扫机器人，可用于各种工厂的清扫工作，机器人采用光纤陀螺控制方向，采 用编码器和超声波传感器测距，采用光学探测器探测障碍物；机器人的四周装有 橡胶垫，橡胶垫内部装有触觉传感器，一旦机器人与人接触，触觉传感器信号会 使机器人停下来，以保证人的安全。这些应用还都是用于工业或者公共的场合， 真正具有里程碑意义的是2002年9月清洁机器人“Roomba”在美国面市，这 是一款面向家庭的机器人。重约2kg，直径为762mm (30)，具有高度自主能力， 可以游走于房间各家具缝隙间，灵巧地完成清扫工作,据说这是将用于军事的“躲 避
15、地雷的移动技术”应用到了吸尘器上。“ Roomba ”的动作有点迟缓，但却能稳 定、安全地完成任务。由于能够在完成任务后自动切断电源，所以可以在外出期 间让“Roomba”在家进行清扫。英国、法国和澳大利亚也都推出过清洁机器人产品。在国内，对清洁机器人 相关技术如机器感知、机器人导航和定位与路径规划、机器人控制、电源与电源 管理、动力驱动等技术的研究，哈尔滨工业大学、华南理工大学、上海交通大学 等高校，也对清洁机器人进行了大量的研究，并取得了一些成果。这些都为清洁 机器人的研究开发和推广奠定了物质和技术基础。为了制作一个能够覆盖全区域 的清洁机器人，首先是设计一个移动的平台。为了简便起见，设计
16、了 4轮车身， 其中两个前轮做主动轮，两个后轮做从动轮。主动轮用两个直流电机，从动轮用 两个万向轮。吸尘装置用一个直流电机带动一个离心式风机产生负压达到吸尘的 目的。在车身后部放置一个储存垃圾的箱体，此箱体带有一个用伺服电机控制的 门，当垃圾装满后，可排放到指定的地点。在车身的最后还设计了一个抹地机械 手，进一步达到清洁的目的。还有一种新开发的音控家用吸尘机器人也是比较尖端的研究成果。智能吸尘 机器人能将移动机器人技术和吸尘器技术有机地融合起来，实现家庭、宾馆及写 字楼等室内环境的半自动或全自动清洁。吸尘机器人作为智能移动机器人实用化 发展的先行者，因此具有广泛的市场前景,近年来已受到国内外的重视,成为服务 机器人的一个新的研究方向。其研究开始于20世纪80年代,到目前为止，已经产 生了一些概念样机和产品。本文从实用化、低成本出发，研制实现了一种基于 SP
