机器人论文6905999066

1机器人技术在各领域的应用摘要：机器人应用和发展前景综述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。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。正文：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。其中,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。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，具体应用如下所述。一、在航空制造业中应用的机器人在航空制造业中用的机器人主要是工业机器人，相对于汽车而言，机器人在航空制造业应用起步还是相对来说比较晚，飞机零部件体积非常大,产量还是比较低的，这一系列的原因，就限制了机器人的应用。该类领域机器人主要功能有（1）完成飞机表面的涂层任务。一般隐身战斗机需要在飞机的表面涂一层隐形材料，这种材料可以吸收雷达波，这样雷达就检测不出来了。飞机非常大，而且曲面外表面非常复杂，用人工来涂的话，一个是涂层的厚度不容易保证，另外一个是表面的光洁度不太好，契合度也不高。（2）完成复合材料的编织任务。有一些机器人的尾翼或者机翼采用复合材料，我们先做一个模具，这个模具跟飞机翅膀的大小差不多，在模具上编织这种复合材料，碳纤维，编织完以后把模具去掉，中间填树脂，这种编织的动作非常复杂，这就可以用工业机器人来完成。还有就是缝合，我们铺的很多这种碳纤维，要把它缝起来，缝合的话，也需要机器人来完成，这都是焊工件的缝合的机器人。（3）完成切割，激光切割任务。复合材2料强度非常高，钢性并没有像金属那么好，但是切割的时候，有时候采用剪切的方式可能比较困难，激光切割就可以，但是激光切割需要一个运动单元带进激光头进行运动，这时候机器人就提供了很好的工具。复合材料的大量使用为激光切割、加工带来了机遇。以前激光切割用在汽车上，航空件上，切割金属，激光的优势并不是很明显，效率比较低，切割钢板的时候，还不如剪切机器线，一下剪断了。但是对于复合材料，激光切割就可以用得非常普遍。（4）完成摩擦，搅拌焊接任务。会经常用到很多很多的铝材，铝材料焊接很难的，铝材主要是靠摩擦焊。有时候两个工件相对运动，相对运动的话，高速运转的时候可以产生热，从而使这种金属熔化，粘贴在一起。还有就是两个工件对接，靠一个摩擦轮旋转摩擦产生热，使得两个工件结合起来。运动过程中，摩擦头走得比较复杂的曲线，这时候就由机器人来完成。机器人的运动轨迹，可以搞得比较复杂，这就用机器人进行航空的焊接。二、在航天领域中的应用的机器人航天领域中的应用主要是分两类：一类就是太空机器人，就是在空间站上用的一些机器人和卫星上用的一些机器人。还有另外一种机器人就是星球探测机器人，在月球上，在火星上行走的机器人。所谓太空机器人就是什么呢？搭建在各类航天器上的机械臂和卫星上，卫星走的时候，卫星外表面可以装两个机械臂，可以对卫星表面进行修复，可以捡一些空中垃圾，这都可以的。还有就是在空间站上装一些机械臂，主要是完成空间的建筑，装配，以及航天器的修复，这是太空机器人。还有就是星球探测机器人，主要是指在外星球表面行走的各种探测器，就是在月球上，或者在火星上放一台机器人，可以看各种星球表面的三维图象，分析这种星球上的一些元素，含量，或者是分布情况，看看有没有水源，看看有没有氧气或者其他气体等等。无论是太空机器人，还是星球探测机器人，他们所处的环境都非常恶劣，微重力，高真空，超低温，强辐射，照明差等环境下，所以对于太空机器人来讲，它重量要轻，运动速度要慢。机器人的机架空间站是飘浮在空中的，它的速度一快的话会影响空间站的运动轨迹。另外重量要轻，还有抗干扰能力要强。太空当中，不能回收，回不来的，人也没法上去修。一般的机器人六个自由度就可以操作了，但是在空间进行的七个自由度和八个自由3度，自由度越多，运动起来越困难。但是自由度越多越灵活，自由度越多，容错性也好。在空间运营中间，有一个关节锁死了，照样运行。容错性比较强，可靠性比较高。可靠性不高的话，发射起来就失败了。另外对星球探测机器人应该具有良好的几何通过性，外星球表面说不定比地球的表面还要复杂，必须有越障形式，抗冲突性，行驶起来比较平稳。不平稳的话，采集的图片和信息都是不稳定的，还有必须有控制特性。有时候可以采用遥控操作，有时候失败的话就完全靠机器人自主来运行。另外比较低的能量消耗，这是太空机器人和星球探测机器人应该具备的一些特点三、在中医领域应用的机器人随着机器人技术的发展和人们对中医诊疗仪器的需求，机器人也开始在中医领域进行研究和应用，通过联合从事中医诊疗设备研究开发的科研院所、企业进行多学科的合作，结合中医理论和现代技术来开发具有创新性的中医诊疗设备，推动中医诊疗技术的发展。该类领域的机器人主要有以下功能（1）完成中医诊断任务。近年来，中医脉象、舌象的仪器开发了不少，包括最近研制的四诊合参仪等，为推动中医的客观化起到了重要的作用。中医四诊机器人主要是解决中医临床四诊的客观化和标准化，以及实现远程诊断时的四诊信息采集。因此在设计中要考虑使用的方便和快捷，整个操作过程由机器人自动完成，比如脉诊和望诊的自动准确定位，而不需要医生人为的操作，切诊过程能模拟医生的手法，望诊时通过摄像头完成视觉数据采集和图像识别，获取我们需要的望诊数据，能与病人进行自动问诊和对话，记录病人的声音，通过嗅觉传感器获取有关病人的气味，如果是基于计算机的机器人即可连上网络进行远程控制实现中医远程诊断。随着对中医的深入研究和人工智能技术的发展，将来中医诊断机器人也可以独立承担起中医专家的诊断工作。（2）完成中医药服务任务。中医药服务机器主要针对目前的中药配方和汤剂的煎制，随着中药事业的发展，人们生活节奏的加快，出现了许多新的情况，如医生的开处方采用计算机输入，收费采用计算机联网管理，中药的煎制有了煎药机，因此中药饮片厂开始承担为一些大医院的病人中医煎药，但中药煎制工序复杂，大量工作需要人工去完成，而采用人工作业，加上环境杂乱很容易出错，卫生条件差也不便于对煎药的质量检查与管理，也不适应4大批量的规模加工。因此可以开发煎药流水线，由抓药机器人完成处方的配药，由流水线上的机器人来完成每帖药的煎制任务，包括浸泡、装入煎药机、先下、后下、头煎、二煎、灌装等等，这种生产方式更符合中药生产的GMP要求。（3）完成中医教学仿真任务。中医临床实习教学是学生见习的一个重要阶段，学生们要到医院接触各种病人。但目前一般院校由于学生人数多，都达不到上述要求，使得出现刚毕业的中医专业学生不会把脉，针灸专业不会用针灸治病，骨伤专业学生不会正骨。中医教学仿真机器人主要解决中医诊断治疗过程中的一些实际环境与操作问题，弥补仅通过课堂教学的不足。在这方面现在相似的设备已有不少，如中医正骨仿真机器人，学生可以在机器人身上实施各种正骨手法，通过机器人身上的多种传感器，可以显示你操作和用力是否正确，用力的大小，尤其是一些像颈椎、腰椎等人体危险部位的正骨操作，可为学生解决训练操作的临床实践困难问题。其它如中医脉象手、中医针灸模型，它们可以仿真病人的脉象、人体的各个部位的穴位，但要成为仿真机器人在设计的功能和技术上里机器人的要求还有很大差距。仿真机器人的制作技术和成本都很高，但可以避免在病人身上操作带来的危险和痛苦，为学生带来了更多的学习和实践机会。四、在服务领域应用的机器人服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。主要有以下几种服务机器人（1）智能轮椅机器人轮椅。该机器人主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。机器人轮椅关键技术是安全导航问题，采用的基本方法是靠超声波和红外测距，个别也采用了口令控制。超声波和红外导航的主要不足在于可控测范围有限，视觉导航可以克服这方面的不足。在机器人轮椅中，轮椅的使用者应是整个系统的中心和积极的组成部分。对使用者来说，机器人轮椅应具有与人交互的功能。这种交互功能可以很直观地通过人机语音对话来实现。尽管个别现有的移动轮椅可用简单的口令来控制，但真正具有交互功能的移动机器人和轮椅尚不多见。（2）爬缆索机器人。该机器人主要有以下功能：a、沿索爬升功能：机器人可沿任意倾斜度的缆索爬升，可爬升的缆索标高为160米，缆索倾斜度0～90(，可适应的缆索直径为90～200毫米，机器5人爬升速度为8米/秒。b、缆索检测功能：机器人上装有钢丝绳检测系统，可沿缆索检测钢丝是否有断丝，以便及时更换缆索。c、缆索清洗功能:在机器人本体上配备有各种形状的清洗刷和特定的水基清洗液，可完成缆索去尘、脱脂和去聚乙烯表面静电等工作。d、具有一定智能：机器人具有良好的人机交互功能，在高空可以判断是否到顶、风力大小等一些环境情况，并实施相应的动作。（3）消防机器人。该类机器人主要有以下几种：a、遥控消防机器人：当消防人员难于接近火灾现场灭火时，或有爆炸危险时，便可使用这种机器人。这种机器人装有履带，最大行驶速度可达10公里/小时，每分钟能喷出5吨水或3吨泡沫。b、喷射灭火机器人：这种机器人于1989年研制成功，属于遥控消防机器人的一种，用于在狭窄的通道和地下区域进行灭火。机器人高45厘米，宽74厘米，长120厘米。它由喷气式发动机或普通发动机驱动行驶。当机器人到达火灾现场时，为了扑灭火焰，喷嘴将水流转变成高压水雾喷向火焰。c、消防侦察机器人：消防侦察机器人诞生于1991年，用于收集火灾现场周围的各种信息，并在有浓烟或有毒气体的情况下，支援消防人员。机器人有4条履带，一只操作臂和9种采集数据用的采集装置，包括摄像机、热分布指示器和气体浓度测量仪。五、在包装中应用的机器人机器人技术在包装工程领域中，应用已有很长的历史。包装应用机器人作业的有很多方面，其中最为成熟的是堆码、装箱和灌装机器人。在美国、日本、德国等国家许多包装工序是用机器人来完成的。每年一度的国际包装机械展览会上，都会推出新的包装机器人。包装工业机器人用途，主要用于体积大而笨重物件的搬运、装卸和堆码等；人体不能接触的洁净产品的包装，如食品、药品，特别是生物制品和微生物制剂：及对人体有害的化工原料的包装。随着机器人技术的成熟和产业化的实现，使得包装工程领域中应用机器人的范围越来越广。该类机器人主要有以下功能：(1)集合包装装箱：一次将多个包装件进行一次装箱。(2)粉料大袋的袋装：一次性将粉料装入特定软袋中，同时完成特定位置的堆码。例如水泥及化工产品粉剂的集装袋包装。(3)高速的装盒装箱折边封合多工位包装:一些大型纸箱和托盘的多工位快速包装，如将纸箱装填完货物后的折边、压边、封合等。(4)重物的6搬运捆扎:靠人搬运难以实现的重型产品的包装、搬运和捆扎。如金属铸件的堆码、捆扎、裹包，尤其是贵重有色金属中的铝锭、铜锭、锌锭等。还有大型冷库中的冻肉及制品的搬运与堆码等。(5)易脆物品的包装实现:一次性将成组的瓶装产品进行装箱，例如，瓶装啤酒，瓶装汽水饮料等物品的装填包装等。(6)有害液体的包装化学和农药等对人体有害液体的灌装。(7)识别和检测:对一些包装产品和包装货物在不同条件下，不同部位的自动识别和多种信息检测，同时还具有分级和分类的功能。六、在农业中应用的机器人农业机器人出现后，发展很快，许多国家在农业机器人的研制和发展，出现了多种类型农业机器人。目前日本居于世界各国之首。在进入21世纪以后，新型多功能农业机器人得到日益广泛地应用，智能化机器人也会在广阔的田野上越来越多地代替手工完成各种农活，第二次农业革命将深入发