1毕树生：机器人在航空领域的应用

1毕树生：机器人在航空领域的应用............................................................................................12毕树生：机器人在航空领域的应用............................................................................................53毕树生：机器人在航空领域的应用............................................................................................84毕树生：机器人在航空领域的应用..........................................................................................115毕树生：机器人在航空领域的应用..........................................................................................156毕树生：机器人在航空领域的应用..........................................................................................187毕树生：机器人在航空领域的应用..........................................................................................218毕树生：机器人在航空领域的应用..........................................................................................251毕树生：机器人在航空领域的应用:46腾讯科技我要评论(0)腾讯科技讯11月21日，深圳市创新大讲堂开始第二场，北京航空航天大学的机器人研究所所长毕树生为市民以“机器人在航空领域的应用”为主题，进行了精彩的演讲，同时，我国机器人学和机器人应用方面著名的专家贠超教授也一起参与了此次演讲。以下为此次演讲实录：主题：机器人在航空领域的应用时间：2008年11月21日地点：龙岗中专主持人：尊敬的各位领导，各位科技辅导员，各位同学，下午好！今天第一位的演讲嘉宾是毕树生教授，他是北京航空航天大学的机器人研究所所长，博士生导师，在机器人学和机器人研究方面取得了很多成就，是教育部新世纪优秀人才，美国ICPE会员，中国机械工程学会高级会员，中国自动化学会高级会员，中国机器工程学会生物制造分会理事，中国自动化学会机器人分会理事等等兼职。那么曾经承担过，现在也是承担多项国家调研科学基金，国家863、973等重大项目。发表论文100余篇，其中多篇被FCI、EI等收录，下面就有请毕教授给我们讲座。欢迎！毕树生在深圳市创新大讲堂做主题演讲毕树生：各位老师，各位同学，下午好！非常高兴，非常荣幸有这样的机会与各位老师，各位同学进行面对面的交流，今天我建设的题目是机器人在航空航天领域中的应用，我介绍的内容分四部分。第一项我想简单介绍一下什么是机器人，也就是说机器人有没有一个确切的定义，因为在座的同学和老师并不是从事机器人研究的，有必要解释一下。第二我想介绍一下空中飞行机器人。第三想介绍一下机器人在航空制造业的应用。第四项内容介绍一下机器人的航天领域中的应用。因为机器人在航空航天领域内主要分这么三类，一类就是在空中飞行的这种无人驾驶飞行器，一类是机器人用在飞机制造业中，还有一种就是常说的这种月球车，火星探测器以及太空机器人，这三种机器人并没有太直接的联系。首先我想解释一下什么是机器人，这是一个非常难以回答的问题，也是一个没有统一答案的问题。但是我们人总有一种习惯，总希望给一种东西，给一种装置，一个确切的定义。但是机器人从上个世纪50年代出现以来，机器人的定义一直没有一个确切的答案。不同的国家，不同领域的专家的定义都是不同的。也就是说，仁者见仁，智者见智。我这里简单介绍一下几种国家对机器人不同的解释。美国是发明第一台工业机器人的国家。他对机器人的定义是这样的，机器人是一种可编程的多功能机械装置，针对不同的作业任务编制相应的运动程序，机械装置就能执行搬运物料、零部件、工具及特殊设备的工作。前苏联，它解释机器人是一种可编程序的多功能执行机构，它被使用于通过各种液晶编程的动作，来搬运金属部件，工具或特殊装置，完成各种任务。国际标准化组织，也就是IFO，它解释机器人是一种具有控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。这几种定义主要是指的工业机器人。现在我们工业机器人在汽车制造领域，家电领域用的已经非常普遍，我这里就不做介绍。随着科技水平的提高，我们机器人已经深入到我们的一些生活当中，我们的学习过程当中，我们的娱乐过程当中。所以机器人的定义也在不断完善和发展。这里举几个例子，一个就是日本，根据现存机器人它有一个定义，它说机器人是一种具有移动性，个体性，智能性，通用性，对现存机器人有一个定义，他是机器人是一种具有移动性、个体性、智能性，通用性，半机械半人性，自动性，奴隶性这七个特征的柔性机器，基本上把现有的机器人都包括进去了。我们中国的专家也对机器人有一个定义，和日本专家的定义差不多。中国专家认为，机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具有一些与生物相似的这种能力，包括感知能力，对话能力，动作能力和协同作业能力，是一种具有高度灵活性的自动化及其。另外还有很多很多的定义，同学们在网上查一查这个定义，很多。但是，这是否意味着现在大家都接受这种定义呢？也不尽然。随着机器人的发展，机器人的定义也在不断变化。我这里举几个例子，现在人们已经可以制造各种人工性器官，人工心脏，人工肺脏。心脏在人体是仅次于大脑的器官，人可以制造出来，代替人的心脏。还有就是说，现在人们已经可以通过大脑控制一些简单的机械，运动的本体是机械，控制的是人的大脑，机器人还是人。现在人们已经可以开以用微电脑来控制动物的行动。山东科技大学就在鸽子的脑袋上安装一个控制装置，对鸽子的大脑进行不断刺激，鸽子就可以按照人的意愿来飞行。还有南京航空航天大学可以对壁虎的爬行进行控制。本体是肉体，但是控制是一个电脑，这是机器人还是人？所以无法下定义。所以机器人在进化，也就是机器人的概念在不断扩展。现在机器人领域的专家对机器人的概念或者机器人的定义现在也不进行争论。但总的来说，机器人的发展趋势是这样的。现在机器人身上的生物特性慢慢地增加，比如我们看到一些电视上一些娱乐机器人，有表情，可以简单的绘画，这都是一些生物特性逐渐增加，而机器特性慢慢慢慢减弱，我们不是看到机械臂或者刚性的部件，这是一个总的趋势。我刚才说了，现在机器人已经深入到我们的生活，已经运用到各个领域，包括娱乐，包括服务，包括教育，还有工业生产，军用各个领域，介绍起来内容非常繁多。今天我想介绍一下机器人在航空航天领域当中的运用。因为我来自于航空航天大学，我觉得有必要对这个进行一些介绍。首先我想介绍一下空中飞行机器人，也就是这种无人飞行器，这种飞行器是以自身程序控制为主的空中飞行器。咱们平时的航母严格来说不算机器人，但是如果说这个飞行器能够有自驾仪，能够以自身程序控制为主进行的话，这就是一个飞行机器人。现在空中飞行机器人已经得到了应用，它因为重量小，和咱们传统的大型的这种客机、运输机，战斗机相比，它重量非常小，成本也比较低，机动性比较高，隐秘性比较好，所以说它特别适宜于执行危险性比较大的任务。应用领域包括军事领域，民用领域，甚至将来的航天领域。在军事领域，各种飞行器，各种飞行机器人可以弥补侦察卫星和侦查飞机的一些空白区，可以作为通信中继，可以当作反辐射和攻击武器，也可以靠近敌人的雷达，干扰敌人的雷达和破坏中枢，还可以涂上一些反射材料来试探敌人的雷达性能参数，也可以作为边境或者海防缉私巡逻，也可以作为靶机训练等等。这是在军事领域。在民用领域也有很多的应用，包括航空遥感、资源勘探，大地测绘，还有包括发生地震或煤矿倒塌时，在倒塌空间内寻找幸存者和遇难者，咱们这次汶川大地震就用上了这种无人直升飞机，拍摄了据说一千多幅照片，然后这种飞行器也可以进入核、生、化污染区，一边对这种污染区进行监测，以便实时地进行控制。另外呢也可以未来在城市环境中进行秘密监测和侦查。还有就是我们可以在草原上，对野生动物群进行跟踪等等。这都是一些潜在的应用。空中飞行机器人，大家也可以想象出来，主要分三类。一种就是固定的飞行器，也就是常说的军用的这种无人驾驶飞机，还有旋翼式飞行器，也就类似于直升机，第三种是扑翼式飞行器。每一种我简单举几个例子，目前最成功的无人驾驶飞机已经得到应用的就是美国，最新式的X-47A无人驾驶飞机，这种无人驾驶飞机可以在航空母舰上起落，它是在完全自动驾驶状态下飞行的。另外，法国达索公司研究一种也是这种无人驾驶飞机。第四类，他也开发了一种苍鹭式，苍鹭远程无人驾驶飞机，它的最高飞行高度可以达到九千米，它可以在千里之外进行侦查任务，连续飞行三十个小时。它只是在起落或着陆的时候采取遥控，在整个飞机驾驶过程中主要是自动驾驶仪。我们国家也开展了无人驾驶飞机，这个我就不想讲了，但是我想介绍我们所的，我们所也研究了一种比较小型的无人驾驶飞机，也就是微型飞行机器人，它的翼尾在一米五左右，一米五到两米左右吧。它在整个飞行过程当中是完全自主的，只是在着陆和起飞的时候人员进行遥控。它实际航程可以达到90公里，去年南极考察就携带着这种无人驾驶飞机，就是我们所开发的无人驾驶飞机。这都是稍微大型的，就是几米或者几十米长的无人驾驶飞机固定翼的。2毕树生：机器人在航空领域的应用:46腾讯科技我要评论(0)还有就是这两年，国际上不断地出现一些新的型号的小型固定翼飞行器，最著名的就是1997年美国AeroVironment公司研发的这种黑寡妇固定翼飞行器，它只有15厘米大小，很小的一个固定飞行器。它直径只有15厘米，重量只有60克，但是它的续航时间可以达到22分钟，普通速度20米每秒，它可以携带一些一些摄像机，一些传感器，这是比较有名的。另外我们国家南航，西北工大，北航都开发了一些小型的无人飞行器，这是固定翼的。固定翼是相对来说比较成熟的飞行机器人，旋翼的现在也是达到应用的程度，这是美国“火力侦察兵”的无人直升机，还有我们国产的“WD100型”无人驾驶飞机，这都可以在自主导航的情况下飞行。还有就是小型的无人驾驶飞行器，也就是空中飞行机器人。这是斯坦福大学开发出来的旋翼式飞行器，这个也是15厘米大小，重量只有300克，携带载荷可以达到100克，上面可以附带一些红外成像器，GPS导航系统，还有一些陀螺等等传感器。另外美国霍尼韦尔这个公司大家都知道，做芯片的，他也开发了一种微型侦查设备，就是小的直升机，这个直升机高度只有一尺左右，它巡航的速度是80公里每小时，升限可以达到3000米，它可以在雨雾、沙尘中飞行，它可以实时把图象传输到地面，地面的设备可以存储60分钟的录像，它自身也可以存储10分钟的图象，这是已经在军队中应用的空中飞行机器人。2005年我们去日本开会的时候，和贠超教授去日本开会的时候，05年日本已经开发出一种世界上最小的旋翼式的微型飞行机器人，直径只有13厘米，重量只有8克左右，它可以携带微型陀螺，带有蓝牙的CMOS相机，可以对地面上的情况进行录像。假如这些飞行器用在一些煤矿塌陷救灾过程中，人进不去，可以放一个直升机下去，看看下面有没有人生还，这都有可能的。这就是空中飞行机器人旋翼。扑翼，因为地球上飞行的鸟也好，昆虫也好，大部分都是采取扑翼式飞行方式，扑翼式飞行方式，也有