机器人应用125

机器人的发展根据机器人的发展进程，通常把它分为三代：第一代的机器人是一种“遥控操作器”。第二代的机器人是一种按人事先编好的程序对机器人进行控制，使其自动重复完成某种操作的方式。第三代机器人是智能机器人，它是利用通过各种传感器、测量器等来获取环境的信息，然后利用智能技术进行识别、理解、推理并最后作出规划决策，能自主行动实现预定目标的高级机器人。到了近代，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。从机器人的用途来分，可以分为两大类：工业机器人和非制造环境下的机器人。1）工业机器人的定义和特点定义：工业机器人是一种在自动控制下，能够重复编程完成某些操作或移动作业的多功能、多自由度的机械装置，可以在无人参与下自动的执行搬运、装配、焊接和喷涂等多种操作和移动功能的自动化装置。1概念焊接工业机器人铆接工业机器人ABB公司的机器人正在焊接CLOOS公司的机器人正在焊接工件操作机器人-点焊机器人焊接和喷涂工业机器人焊接中的大阪变压器公司的机器人搬运和装配工业机器人KUKA机器人在搬运玻璃板KUKA公司的机器人正在涂漆在生产线上工作的喷漆工业机器人机器人化装配生产线KUKA公司的机器人在给铸件打毛刺钻孔机器人多足移动机器人操作机器人-点焊机器人特点：工业机器人是机电一体化的工业生产用自动化装置。工业机器人是为工业大生产而设计的,为了适应各种不同的生产应用,其形状多种多样,但根本没有一点人模样,它具有如下特点：(1)能高强度地、持久地在各种生产和工作环境中从事单调重复的劳动，使人类从繁重体力劳动中解放出来。(2)对工作环境有很强适应能力，能代替人在有害场所从事危险工作。(3)具有很广泛的通用性，比一般自动化设备有更广的使用，既能满足大批量生产的需要，又能满足产品灵活多变的中、小批量的生产作业。(4)具有独特的柔性，它可以通过软件调整等手段加工多种零件，可以灵活、迅速实现多品种、小批量的生产。(5)动作准确性高，可保证产品质量的稳定性。(6)能显著地提高生产率和大幅度降低产品成本2）工业机器人的分类工业机器人的分类方法很多，还没有一种分类可以满意地将各类机器人均包括在内，目前多数的分类只能按各种特征、性能来考虑。2工业机器人的近代发展和应用1）工业机器人的发展历史（见下表）年代发展进程1958年美国联合控制公司研制出第一台数控工业机器人原型1959年美国UNIMATION公司推出第一台工业机器人60年代随着传感技术和工业自动化的发展,工业机器人进入成长期,机器人开始向实用化发展,并被用于焊接和喷涂作业中70年代随着计算机和人工智能的发展,机器人进入实用化时代。日本虽起步较晚,但结合国情,面向中小企业,采取了一系列鼓励使用机器人的措施,其机器人拥有量很快超过了美国,一举成为“机器人王国”80年代机器人发展成为具有各种移动机构、通过传感器控制的机器。工业机器人进入普及时代,开始在汽车、电子等行业得到大量使用,推动了机器人产业的发展。为满足人们个性化的要求,工业机器人的生产趋于小批量、多品种90年代初期,工业机器人的生产与需求进入了高潮期。1990年世界上新装备机器人81000台,1991年新装备76000台。1991年底世界上已有53万台工业机器人工作在各条战线上。随后由于受到日本等国经济危机的影响,机器人产业也一度跌入低谷。近两年随着世界经济的复苏,机器人产业又出现了一片生机。90年代还出现了具有感知、决策、动作能力的智能机器人,产生了智能机器或机器人化机器。随着信息技术的发展,机器人的概念和应用领域也在不断扩大1998年国际机器人联合会的调研报告：（1）截止到1997年底,历年来世界上共销售工业机器人95万台,现役工业机器人总数为71.1万台。1997年世界上共装备各种工业机器人85000台,比1996年增长6.5%,销售额为48亿美元。（2）预计1997～2002年世界机器人年平均增长9%,2001年销售量比1997年增长41%。在机械行业不景气的情况下,机器人能连续增长,也显示了机器人在工业生产中的重要性。（3）工业机器人是一种对生产条件和生产环境的适应性和灵活性很强的柔性自动化设备。在技术发达国家中,工业机器人已在生产中得到了广泛的应用。工业机器人的应用使产品质量及生产率都得到了很大提高,并且由于机器人是一种能适应产品迅速更新换代的柔性自动化设备,所以,它的应用大大缩短了新产品的换产周期,从而提高了产品在市场上的竞争力。在当代工业技术革命中,工业生产日趋向柔性自动化方向发展,工业机器人技术已成为现代工业技术革命中的一个组成部分。2）工业机器人应用现状1概念1）定义和特点定义：非制造环境下的机器人涵盖了除工业机器人外的所有其它类型的机器人。特点：非制造环境下的机器人除具有工业机器人的基本属性和使用特点外，具有比工业机器人适应面更广、自动化和智能化更高、对工作环境的适应能力更强、操作功能更复杂、以及能满足特殊要求等特性。各种非制造环境下的机器人非制造环境下的机器人-步行拟人机器人非制造环境下的各种机器人非制造环境下的机器人-康复机器人2）非制造环境下的机器人表8按应用领域分类名称特征说明服务机器人指能在人类生活、工业、农业生产中代替人的工作,从事家庭服务和社会服务的机器人，要求它能更完美的在人生活的环境中与人共处军用机器人满足各种国防和军事用途的机器人，一般要求它具有遥控、多操作、移动、感知和较高的智能空间机器人用于空间作业的机器人，具有功率重量比大，能在失重状态下代替人完成任务水下机器人在水下作业的机器人，具有足够的抗压能力和密封性能，可实现有人或无人操作医疗机器人能完成各种医疗操作和康复治疗的机器人，具有高可靠性、无污染操作等特点2）分类非制造环境下的机器人按应用领域可分为:表9按重要特征分类名称特征说明机器人化机器基于机器人技术，为满足现实生产对自动化机器的特殊需求，研制的新的机器系统，它具有机器人的特征，采用了各种机器人技术以实现机器的功能。微型机器人微机器人又分为微型机器人和微操作机器人。微型机器人是指外形很小(不大于1cm3),便于进入微小空间进行可控操作的微型机械,将来有可能借助于生物工程和分子组装实现1nm～1μm的纳米机械或分子机械。微操作机器人的外形尺寸未必很小,但其操作尺寸很小,位移为微米、亚微米级高精度的机械。拟人机器人在形状和动作，以及智能水平上与人类似的机器人，双足步行实现移动功能是它的主要特征飞行机器人无人飞行器仿生机器人模仿各种生物的动作和功能的机器人按重要特征又可分为服务机器人（1）目前在非制造领域中已开发出多种实用化的服务机器人,如在农业中的收获机器人、嫁接机器人、除草机器人,在建筑业中的钢构架焊接、涂覆、检查、测量机器人,在电力工业中的检查、清扫、除污、高空高压作业机器人,在石油、煤气行业中的管道和贮罐的检查、修补机器人,等等。（2）服务机器人与人们生活密切相关,服务机器人的应用将不断改善人们的生活质量,这也正是人们所追求的目标。一旦服务机器人和其它机电产品一样被人们接受,走进千家万户,其市场将不可限量。（3）由机器人主刀的外科手术也已成为现实。现在世界各国都在积极研制各种用途的服务机器人:智能轮椅、机器人病房、移动病人等助老助残机器人,火灾侦察、人员营救、灭火等消防机器人,高楼清洗、飞机清洗等保洁机器人,等等。服务机器人-外墙清洗移动机器人服务机器人-玻璃清洗机器人世界上最大的机器人是普茨麦斯特公司、道尼尔公司、AEG公司的经过近5年的开发，研制成功了“清洗巨人”。目前已在德国法兰克福机场上岗工作。服务机器人-导盲犬服务机器人-加油机器人法国的公共汽车加油机器人德国的汽车加油机器人“护士助手”机器人家庭服务机器人医疗康复机器人独当一面服务比医生护士更优秀如今，机器人在日常生活中越来越有用武之地了：他们能做技术活儿，胜任高级仆人，甚至当上了寂寞男人的女朋友。但有一个特殊的领域，可以将机器人的专业技术、机械力量和情感智能综合起来，让它独当一面。新一期《大众科技》介绍了多款最新医疗康复用机器人，他们分工细致，可为不同需要的病人提供贴身服务，比医生和护理工人更加优胜。大力搬运员丽芭服务对象：行动不便者丽芭敦厚结实，能举起和移动重达135磅的人。躺在他宽大稳健的臂膀里，是百分百的安全舒适。丽芭还能识别特定语句执行任务，例如“丽芭，请把我从躺椅上抬起来”。情绪抚慰者泰莫服务对象：患有焦虑症的少年儿童数据表明，9至17岁的少年儿童中，有13%受到焦虑症和情绪紊乱困扰。而这些孩子还不懂得表达自己的不适，也难以像大人一样想办法调节情绪。通过测量心跳速度和出汗情况，泰莫的传感器能了解到孩子所受的压力和焦虑。它还能感知孩子的情绪变化：如果孩子变得暴躁，用手指戳它，泰莫的耳朵会立即变硬；而当孩子平静下来，友好地抚摸它，泰莫就会马上软化来回应。超级轮椅佩尔玛服务对象：无法行动的脊椎受损病人据统计，美国有430万人依赖轮椅行动，但在代步以外，大部分轮椅都不具有其他功能。对于脊椎受损患者，他们除了不能行走，双臂也陷于瘫痪。佩尔玛就并非轮椅这么简单，她的机械臂能辅助病人完成喝水、服药、吃饭等动作。贴心提示员康帕服务对象：爱忘事的老人和病人“现在该吃药啦”“半小时后该出去散散步啦”康帕就像最细致的护士姑娘，按照备忘录及时提醒她的病人。通过康帕的接触屏，就能与医生进行视频通话。当病人感觉不适时，康帕会第一时间拨通急救电话。全能男管家赫伯服务对象：日常生活需要打理的人谁不想要一个可靠、周到的全能管家呢？尤其是生活无法自理的老人和病人。在机器仆人已经相当发达的今天，“男管家赫伯”也堪称当中的佼佼者。赫伯可谓“入得厨房、出得厅堂”：它既能有条不紊地在设备齐全的厨房里忙碌，决不会泼洒一滴热汤或酒水；又能识别各种物品，准确地为主人送来所需。平衡恢复师莱塞服务对象：平衡障碍患者莱塞帮助患者恢复平衡力的方式，是模拟各种容易失衡的状态。当患者站在训练板上，就像来到一个类似wii的虚拟环境，莱塞设定了各种失衡环境，例如上自动扶梯、玩帆板运动。预计2015年莱塞能正式投入应用。康复指导师泰佐服务对象：接受行动康复治疗的病人它看起来更像一个笨拙可爱的雪人，但内部的26个关节足以让它成为瑜伽师傅。泰佐懂得30个训练动作，能带领病人伸展手臂、弯腰碰触脚趾。泰佐将在明年推出市场，售价为10000美元。医疗机器人-外科手术机器人临场感远距离外科手术系统是由斯坦福研究所的菲利普·格林先生发明的，所以又称格林系统。格林系统是让外科医生坐在一个大操纵台前，带上三维眼镜，盯着一个透明的工作间，观看手术室内立体摄像机摄录并传送过来的手术室和病人的三维立体图像。与此同时，外科医生的两手手指分别钩住操纵台下两台仪器上的控制环。仪器中的传感器可测量出外科医生手指的细微动作并把测量结果数字化，随后传送到两只机械手上，机械手随外科医生动作，为病人作手术，外科医生是在病人图像上作手术，但感觉却与现场手术无异。机械手还会通过传感器把手术时的所有感觉反馈给外科医生。目前，专家们已利用这套系统为一头猪作了手术并获得了成功。此外，专家们还通过一系列试验验证了这套系统的精度。例如，指挥机械手把小棍穿过小垫圈而不会碰到垫圈壁。再如，把葡萄切成1毫米厚的薄片等试验。手术医生的手正在灵活操作手术专家利用操作台发送手术指令从人手到机械臂，手术的精确度更高目前医生和护士可以通过RP-7远程诊断机器人进行会诊，该机器人装配有照相机和屏幕，可使远程医生观看患者的病情状况，机器人可以连接听诊器、耳镜和超声波扫描器。它能使医生远程实现真实的医学诊断。远程诊断机器人神经外科手术机器人内容来自环视旅游网第一个神经外科机器人医生这种神经外科手术机器人是卡尔加里大学研发的，它们有感觉，这是大脑手术的必备条件，神经外科医生就靠它根据大脑的柔软度判断手术进程。娱乐服务机器人-机器狗在1997年日本举行的国际机器人展览会上，日本索尼公司的机器狗