控制機器人行走設(shè)計【含CAD高清圖紙和說明書】

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中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目 控制機器人行走設(shè)計 系 別 工程技術(shù)系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 劉博若 學(xué) 號 05208320 指導(dǎo)教師 耿宏偉 職 稱 講 師 2012 年 4 月 26 日 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué)生姓名 劉博若 學(xué)號 05208320 專業(yè)班級 08機制03班 指導(dǎo)教師 耿宏偉 職稱 講師 單 位 中國地質(zhì)大學(xué) 課題性質(zhì) 設(shè)計R 論文□ 課題來源 科研□ 教學(xué)□ 生產(chǎn)□ 其它R 畢業(yè)設(shè)計題目 控制機器人行走設(shè)計 一、研究的目的、意義 目的：研制機器人的最初目的是為了幫助人們擺脫繁重勞動或簡單的重復(fù)勞動，以及替代人到有輻射等危險環(huán)境中進行作業(yè)，因此機器人最早在汽車制造業(yè)和核工業(yè)領(lǐng)域得以應(yīng)用。隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域、軍事、海洋探測、航天、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、林業(yè)也都開始使用機器人。 本課題選用輪式作為機器人平臺設(shè)計研究，兩輪式機器人在國內(nèi)外還處于剛剛起步階段，其前景廣闊，適用性較廣，在教學(xué)、科研、野外作業(yè)、民用運輸方面有著廣泛的應(yīng)用前景，在反恐及其它尖端領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價值。已經(jīng)初步做出了簡單的實驗?zāi)Ｐ停鉀Q了輪式機器人的傳動機構(gòu)難題。 該輪式機器人運動響應(yīng)迅速，具有高機動的零半徑轉(zhuǎn)向能力，并且在運動過程中不存在失穩(wěn)狀態(tài)。攝像頭的密封式結(jié)構(gòu)可以將內(nèi)部器件密封保護起來，免受外界環(huán)境的影響，非常適合在潮濕、多塵土、多輻射或有毒的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。它具有廣闊的應(yīng)用前景，例如，通過搭載視覺傳感器或氣體傳感器等設(shè)備，它可以在缺少人干預(yù)的環(huán)境中進行戰(zhàn)場偵察、室內(nèi)或庫房的巡邏及行星探測等任務(wù)，也可以通過搭載聲光電等設(shè)備作為一種新穎的具有移動性和交互性的兒童玩具。 意義：在當今世界機器人已經(jīng)越來越廣泛的進入人類的生活，在各個領(lǐng)域內(nèi)都有著機器人的利用，如機械制造，車輛運用，冶金，醫(yī)療等等行業(yè)。在軍事上，隨著機器人的廣泛應(yīng)用，世界各軍事大國也在加緊對軍用機器人的開發(fā)，應(yīng)用。 遙控車輛的操作員一般通過無線電向車輛及其任務(wù)系統(tǒng)發(fā)出大部分指令和派遣任務(wù)。對于車輛所處的環(huán)境、活動狀態(tài)等信息，則主要靠各種傳感器來獲得。遠程車輛沒有地形分析能力，也不能進行軍事機動，更不能接收其它來源的信息，其所有認知過程都由操作員負責。遠程車輛可完成探雷、排雷、爆破、爆炸物處理、未爆物排除、物資處理及單兵偵察與監(jiān)視等任務(wù)。經(jīng)過初期的可行性研究，遙控車輛的研究集中于標準遙控系統(tǒng)的建立。標準遙控系統(tǒng)包括體系結(jié)構(gòu)的定義及各功能模塊的研制，目標是不依賴于具體的車輛平臺、任務(wù)以及執(zhí)行硬件，而能夠根據(jù)需要快速實現(xiàn)車輛的遙控化。美國在波黑戰(zhàn)爭中就利用標準遙控系統(tǒng)快速地研制了Panther遙控掃雷車(在M60坦克底盤的基礎(chǔ)上)以及Mini flail小型掃雷車。遙控機器人車輛是較低級的機器人系統(tǒng)，必須由操作者進行遠距離控制，在目前的技術(shù)水平條件下，這種車輛的研制易獲成功，周期短，費用低。我所進行的設(shè)計就是設(shè)計出一雙輪式的遠程控制機器人，以實現(xiàn)在遠程的無人減少人員，經(jīng)濟的損失。并通過這次設(shè)計檢驗自己在機械設(shè)計這一專業(yè)類所學(xué)知識的掌握情況，并進一步的查漏補缺，完算自己的知識體系，為以后的工作生活打下堅實的基礎(chǔ)。 二﹑現(xiàn)狀： 國內(nèi)無人車輛的研究起步較晚，直到80年代末才開始這方面的研究。在863高技術(shù)計劃中，把智能移動機器人技術(shù)研究作為一個研究項目，對路徑規(guī)劃、測距系統(tǒng)、圖像處理技術(shù)、自動技術(shù)系統(tǒng)等進行了研究，并取得了許多成績，制成了無人駕駛的車輛。 上海大學(xué)談士力教授等科研人員經(jīng)過3年多時間的協(xié)作攻關(guān)，研制成功球形壁面爬行機器人。經(jīng)專家鑒定，這種機器人的爬行、吸附機理和機構(gòu)的應(yīng)用研究，為實用化提供了理論依據(jù)和實驗平臺，并具創(chuàng)新性，其性能達到國際先進水平。球形壁面爬行機器人可用來代替人工進行的一些危險操作，進行各種儲存有毒有害介質(zhì)的球形儲存罐的檢修工作。其中包括核工業(yè)和城市石化工業(yè)球形儲液罐的視覺檢查、超聲側(cè)厚和焊縫探傷等作業(yè)?！∏蛐伪诿媾佬袡C器人采用了縮放機構(gòu)原理、氣動驅(qū)動、真空吸附的六足移動方案，具備在最小曲率半徑為2至5米的球形壁面上完成任意方向的直線移動和原地轉(zhuǎn)向的能力，可采用多種步態(tài)行走，并能跨越300毫米高的條形障礙，其球面吸附機構(gòu)采用具有真空傳感功能的鉸接式橡膠真空吸盤，機器人的移動速度可達每分鐘10米。該機器人的控制系統(tǒng)采用上下微機控制方式，實現(xiàn)了18個關(guān)節(jié)聯(lián)動控制，具備自動行走和手動遙控動能。 北京郵電大學(xué)以孫漢旭教授為首的研究小組承擔的國家自然科學(xué)基金項目的研究，經(jīng)過幾年的艱苦努力，開發(fā)出了擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、國內(nèi)首創(chuàng)且具有國際先進水平的球形機器人。北京大學(xué)相關(guān)機構(gòu)對球形機器人進行了全面查新，結(jié)果表明，目前該結(jié)構(gòu)的球形機器人在國內(nèi)外尚無先例，屬創(chuàng)新性研究球形機器人是20世紀90年代機器人研究界提出的一個嶄新課題。北京郵電大學(xué)機器人實驗室研制的球形機器人采用了一種全新、高效的內(nèi)驅(qū)動方式，球形機器人能自如地完成直線、圓弧運動，運動速度達到了3m/s，能夠爬上20度的斜坡，并且能夠?qū)崿F(xiàn)原地自轉(zhuǎn)。在靜止狀態(tài)下球形機器人能夠沿任意方向啟動運動。　 近些年來，隨著航天事業(yè)的飛速發(fā)展，我國開始了月球車系統(tǒng)的研究。月球車即月球探測機器人，分為有人駕駛和無人遙控兩種。我國研究的重點在后者，這是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到機械、機器人的遙控作業(yè)、空間技術(shù)、通訊和信號處理、加工自動化和人工智能等諸多學(xué)科和領(lǐng)域。主要任務(wù)是：從遙感數(shù)據(jù)驗證天文學(xué)推理的各種科學(xué)理論與事實，對特定地區(qū)進行探測，判斷月球上的水溫、火山、峽谷、月球表面生成與進化過程，對月球表面的太陽輻射線、太陽風、隕石等的活動情況進行探測，對月球上的巖石進行全面的調(diào)查與分析，對月球上所有區(qū)域的資源數(shù)據(jù)進行收集，為建立天文臺做地盤的調(diào)查，做各種元素的加熱實驗及氦－3的抽樣實驗。月球車的設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其研究涉及到許多學(xué)科和領(lǐng)域，如機械、機器人的遙控作業(yè)、空間技術(shù)、通訊和信號處理、加工自動化和人工智能等。 3、 設(shè)計內(nèi)容 結(jié)合輕型機器人平臺的研究，本文主要圍繞輕型雙輪式機器人的設(shè)計進行研究。對機器人的整體方案進行設(shè)計，計算并校核機器人的軸部件，并對機器人的控制系統(tǒng)進行研究與設(shè)計。 四、進度安排 1. 查閱資料，完成開題報告； 2011.12.10—2011.12.20 2. 結(jié)合課題進行外文資料閱讀，完成英文翻譯； 2011.12.21—2011.12.31 3. 學(xué)習、了解相關(guān)的知識，完成文獻綜述； 2012.1.1—2012.1.20 4．設(shè)計并繪制設(shè)計的整體圖； 2012.1.21—2012.2.1 5. 設(shè)計并繪制控制系統(tǒng)的電路圖； 2012.2.2—2012.3.20 6．對設(shè)計內(nèi)容進行修改； 2012.3.21—2012.4.20 7．整理資料，編寫設(shè)計說明書；準備答辯。 2012.4.21—2012.5.5 五、參考文獻 1.吳紹斌，陳慧巖，軍用地面無人車輛的發(fā)展.車輛與動力技術(shù)2002年第4期 2.王榮本 李兵,世界智能車輛的研究概況. 3.馮巧玲，自動控制原理.北京航空航天大學(xué)出版社，2003 4.陳海初,李滿天,王振華等,壓電陶瓷驅(qū)動三自由度精密移動定位微小機器人 5.魏丕勇，小型無人地面機動平臺驅(qū)動與控制方法研究。北京理工大學(xué)博士學(xué)位論文?！?005：51－57 6．徐灝，機械設(shè)計手冊.　　北京：機械工業(yè)社，2002 7．李宜達,　控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真.清華大學(xué)出版社，2004 8.王曉明，電動機的單片機控制.北京航空航天大學(xué)出版社，2002 9.刑俊文，輪式兩棲車可升降獨立懸架的方案設(shè)計和仿真研究.裝甲兵工程學(xué)院碩士學(xué)位論文.2001 10．小栗富士雄，小栗達男，機械設(shè)計禁忌手冊.機械工業(yè)出版社，2003 指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見： 審查結(jié)果： 同 意□ 不 同 意□ 教研室主任簽名： 年 月 日 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計文獻綜述 系 別： 工程技術(shù)系 專 　業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 姓 名： 劉博若 學(xué) 號： 05208320 　 2012年3月1日 1. 引 言 在當今世界機器人已經(jīng)越來越廣泛的進入人類的生活，在各個領(lǐng)域內(nèi)都有著機器人的利用，如機械制造，車輛運用，冶金，醫(yī)療等等行業(yè)。在軍事上，隨著機器人的廣泛應(yīng)用，世界各軍事大國也在加緊對軍用機器人的開發(fā)，應(yīng)用。其主要的發(fā)展方向就是遠程遙控機器人的研制和應(yīng)用。遙控車輛是軍用地面無人車輛的起始發(fā)展階段，其研制時間長，技術(shù)較為成熟，目前許多國家的部隊中都裝備有各種不同的遙控車輛。 遙控車輛是初級的不具備智能的無人車輛，它由遠程受控車輛(以下簡稱遠程車輛)和控制臺(單元)組成。操縱者操縱控制臺(單元)發(fā)出各種指令，經(jīng)通信連接傳送至遠程車輛，由遠程車輛上的各種執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行各種指令，實現(xiàn)操縱者的控制要求。采用遙控形式的地面車輛(機器人)誕生于二戰(zhàn)時期。由于能承擔排除地雷和爆炸物、清障、三防偵察以及開辟通道等各種高危工作,世界各國從上世紀70年代末紛紛開始了遙控車輛的研制工作。 遙控車輛的操作員一般通過無線電向車輛及其任務(wù)系統(tǒng)發(fā)出大部分指令和派遣任務(wù)。對于車輛所處的環(huán)境、活動狀態(tài)等信息，則主要靠各種傳感器來獲得。遠程車輛沒有地形分析能力，也不能進行軍事機動，更不能接收其它來源的信息，其所有認知過程都由操作員負責。遠程車輛可完成探雷、排雷、爆破、爆炸物處理、未爆物排除、物資處理及單兵偵察與監(jiān)視等任務(wù)。 經(jīng)過初期的可行性研究，遙控車輛的研究集中于標準遙控系統(tǒng)的建立。標準遙控系統(tǒng)包括體系結(jié)構(gòu)的定義及各功能模塊的研制，目標是不依賴于具體的車輛平臺、任務(wù)以及執(zhí)行硬件，而能夠根據(jù)需要快速實現(xiàn)車輛的遙控化。美國在波黑戰(zhàn)爭中就利用標準遙控系統(tǒng)快速地研制了Panther遙控掃雷車(在M60坦克底盤的基礎(chǔ)上)以及Mini flail小型掃雷車。 遙控機器人車輛是較低級的機器人系統(tǒng)，必須由操作者進行遠距離控制，在目前的技術(shù)水平條件下，這種車輛的研制易獲成功，周期短，費用低。 2. 兩輪式機器人研究探討 研制機器人的最初目的是為了幫助人們擺脫繁重勞動或簡單的重復(fù)勞動，以及替代人到有輻射等危險環(huán)境中進行作業(yè)，因此機器人最早在汽車制造業(yè)和核工業(yè)領(lǐng)域得以應(yīng)用。隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域、軍事、海洋探測、航天、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、林業(yè)也都開始使用機器人。 本課題選用輪式作為機器人平臺設(shè)計研究，兩輪式機器人在國內(nèi)外還處于剛剛起步階段，其前景廣闊，適用性較廣，在教學(xué)、科研、野外作業(yè)、民用運輸方面有著廣泛的應(yīng)用前景，在反恐及其它尖端領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價值。已經(jīng)初步做出了簡單的實驗?zāi)Ｐ?，解決了輪式機器人的傳動機構(gòu)難題。 該輪式機器人運動響應(yīng)迅速，具有高機動的零半徑轉(zhuǎn)向能力，并且在運動過程中不存在失穩(wěn)狀態(tài)。攝像頭的密封式結(jié)構(gòu)可以將內(nèi)部器件密封保護起來，免受外界環(huán)境的影響，非常適合在潮濕、多塵土、多輻射或有毒的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。它具有廣闊的應(yīng)用前景，例如，通過搭載視覺傳感器或氣體傳感器等設(shè)備，它可以在缺少人干預(yù)的環(huán)境中進行戰(zhàn)場偵察、室內(nèi)或庫房的巡邏及行星探測等任務(wù)，也可以通過搭載聲光電等設(shè)備作為一種新穎的具有移動性和交互性的兒童玩具。 3. 研究啟發(fā) 我所進行的設(shè)計就是設(shè)計出一雙輪式的遠程控制機器人，以實現(xiàn)在遠程的無人偵查任務(wù)，減少人員，經(jīng)濟的損失。并通過這次設(shè)計檢驗自己在機械設(shè)計這一專業(yè)類所學(xué)知識的掌握情況，并進一步的查漏補缺，完算自己的知識體系，為以后的工作生活打下堅實的基礎(chǔ)。 參考文獻： 1.吳紹斌，陳慧巖，軍用地面無人車輛的發(fā)展.車輛與動力技術(shù)2002年第4期 2.王榮本 李兵,世界智能車輛的研究概況. 3.馮巧玲，自動控制原理.北京航空航天大學(xué)出版社，2003 4.陳海初,李滿天,王振華等,壓電陶瓷驅(qū)動三自由度精密移動定位微小機器人 5.魏丕勇，小型無人地面機動平臺驅(qū)動與控制方法研究。北京理工大學(xué)博士學(xué)位論文?！?005：51－57 7．李宜達,　控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真.清華大學(xué)出版社，2004 8.王曉明，電動機的單片機控制.北京航空航天大學(xué)出版社，2002 4 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計外文資料翻譯 系 別： 工程技術(shù)系 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 姓 名： 劉博若 學(xué) 號： 05208312 2011 年12 月 30 日 外文翻譯 外文資料： Robots First, I explain the background robots, robot technology development. It should be said it is a common scientific and technological development of a comprehensive results, for the socio-economic development of a significant impact on a science and technology. It attributed the development of all countries in the Second World War to strengthen the economic input on strengthening the country's economic development. But they also demand the development of the productive forces the inevitable result of human development itself is the inevitable result then with the development of humanity, people constantly discuss the natural process, in understanding and reconstructing the natural process, people need to be able to liberate a slave. So this is the slave people to be able to replace the complex and engaged in heavy manual labor, People do not realize right up to the world's understanding and transformation of this technology as well as people in the development process of an objective need. Robots are three stages of development, in other words, we are accustomed to regarding robots are divided into three categories. is a first-generation robots, also known as teach-type robot, it is through a computer, to control over one of a mechanical degrees of freedom Through teaching and information stored procedures, working hours to read out information, and then issued a directive so the robot can repeat according to the people at that time said the results show this kind of movement again, For example, the car spot welding robots, only to put this spot welding process, after teaching, and it is always a repeat of a work It has the external environment is no perception that the force manipulation of the size of the work piece there does not exist, welding 0S It does not know, then this fact from the first generation robot, it will exist this shortcoming, it in the 20th century, the late 1970s, people started to study the second-generation robot, called Robot with the feeling that This feeling with the robot is similar in function of a certain feeling, for instance, force and touch, slipping, visual, hearing and who is analogous to that with all kinds of feelings, say in a robot grasping objects, In fact, it can be the size of feeling out, it can through visual, to be able to feel and identify its shape, size, color Grasping an egg, it adopted a acumen, aware of its power and the size of the slide. Third-generation robots, we were a robotics ideal pursued by the most advanced stage, called intelligent robots, So long as tell it what to do, not how to tell it to do, it will be able to complete the campaign, thinking and perception of this man-machine communication function and function Well, this current development or relative is in a smart part of the concept and meaning But the real significance of the integrity of this intelligent robot did not actually exist, but as we continued the development of science and technology, the concept of intelligent increasingly rich, it grows ever wider connotations. Now, I would like to briefly outline some of the industrial robot situation. So far, the industrial robot is the most mature and widely used category of a robot, now the world's total sales of 1.1 million Taiwan, which is the 1999 statistics, however, 1.1 million in Taiwan have been using the equipment is 75 million, this volume is not small. Overall, the Japanese industrial robots in this one, is the first of the robots to become the Kingdom, the United States have developed rapidly. Newly installed in several areas of Taiwan, which already exceeds Japan, China has only just begun to enter the stage of industrialization, has developed a variety of industrial robot prototype and small batch has been used in production. Spot welding robot is the auto production line, improve production efficiency and raise the quality of welding car, reduce the labor intensity of a robot. It is characterized by two pairs of robots for spot welding of steel plate, bearing a great need for the welding tongs, general in dozens of kilograms or more, then its speed in meters per second a 5-2 meter of such high-speed movement. So it is generally five to six degrees of freedom, load 30 to 120 kilograms, the great space, probably expected that the work of a spherical space, a high velocity, the concept of freedom, that is to say, Movement is relatively independent of the number of components, the equivalent of our body, waist is a rotary degree of freedom We have to be able to hold his arm, Arm can be bent, then this three degrees of freedom, Meanwhile there is a wrist posture adjustment to the use of the three autonomy, the general robot has six degrees of freedom. We will be able to space the three locations, three postures, the robot fully achieved, and of course we have less than six degrees of freedom. Have more than six degrees of freedom robot, in different occasions the need to configure. The second category of service robots, with the development of industrialization, especially in the past decade, Robot development in the areas of application are continuously expanding, and now a very important characteristic, as we all know, Robot has gradually shifted from manufacturing to non-manufacturing and service industries, we are talking about the car manufacturer belonging to the manufacturing industry, However, the services sector including cleaning, refueling, rescue, rescue, relief, etc. These belong to the non-manufacturing industries and service industries, so here is compared with the industrial robot, it is a very important difference. It is primarily a mobile platform, it can move to sports, there are some arms operate, also installed some as a force sensor and visual sensors, ultrasonic ranging sensors, etc. It’s surrounding environment for the conduct of identification, to determine its campaign to complete some work, this is service robot’s one of the basic characteristics. For example, domestic robot is mainly embodied in the example of some of the carpets and flooring it to the regular cleaning and vacuuming. The robot it is very meaningful, it has sensors, it can furniture and people can identify, It automatically according to a law put to the ground under the road all cleaned up. This is also the home of some robot performance. The medical robots, nearly five years of relatively rapid development of new application areas. If people in the course of an operation, doctors surgery, is a fatigue, and the other manually operated accuracy is limited. Some universities in Germany, which, facing the spine, lumbar disc disease, the identification, can automatically use the robot-aided positioning, operation and surgery Like the United States have been more than 1,000 cases of human eyeball robot surgery, the robot, also including remote-controlled approach, the right of such gastrointestinal surgery, we see on the television inside. a manipulator, about the thickness fingers such a manipulator, inserted through the abdominal viscera, people on the screen operating the machines hand, it also used the method of laser lesion laser treatment, this is the case, people would not have a very big damage to the human body. In reality, this right as a human liberation is a very good robots, medical robots it is very complex, while it is fully automated to complete all the work, there are difficulties, and generally are people to participate. This is America, the development of such a surgery Lin Bai an example, through the screen, through a remote control operator to control another manipulator, through the realization of the right abdominal surgery A few years ago our country the exhibition, the United States has been successful in achieving the right to the heart valve surgery and bypass surgery. This robot has in the area, caused a great sensation, but also, AESOP's surgical robot, In fact, it through some equipment to some of the lesions inspections, through a manipulator can be achieved on some parts of the operation Also including remotely operated manipulator, and many doctors are able to participate in the robot under surgery Robot doctor to include doctors with pliers, tweezers or a knife to replace the nurses, while lighting automatically to the doctor's movements linked, the doctor hands off, lighting went off, This is very good, a doctor's assistant. Robot is mankind's right-hand man; friendly coexistence can be a reliable friend. In future, we will see and there will be a robot space inside, as a mutual aide and friend. Robots will create the jobs issue. We believe that there would not be a "robot appointment of workers being laid off" situation, because people with the development of society, In fact the people from the heavy physical and dangerous environment liberated, so that people have a better position to work, to create a better spiritual wealth and cultural wealth. 譯文資料： 機器人 首先我介紹一下機器人產(chǎn)生的背景，機器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說是一個科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個綜合性的結(jié)果，同時，為社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了一個重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強了經(jīng)濟的投入，就加強了本國的經(jīng)濟的發(fā)展。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么隨著人類的發(fā)展，人們在不斷探討自然過程中，在認識和改造自然過程中，需要能夠解放人的一種奴隸。那么這種奴隸就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫?fù)雜和繁重的體力勞動，實現(xiàn)人們對不可達世界的認識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個客觀需要。 機器人有三個發(fā)展階段，那么也就是說，我們習慣于把機器人分成三類，一種是第一代機器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機器人，它是通過一個計算機，來控制一個多自由度的一個機械，通過示教存儲程序和信息，工作時把信息讀取出來，然后發(fā)出指令，這樣的話機器人可以重復(fù)的根據(jù)人當時示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動作，比方說汽車的點焊機器人，它只要把這個點焊的過程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對于外界的環(huán)境沒有感知，這個力操作力的大小，這個工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實際上這種從第一代機器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀70年代后期，人們開始研究第二代機器人，叫帶感覺的機器人，這種帶感覺的機器人是類似人在某種功能的感覺，比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進行相類比，有了各種各樣的感覺，比方說在機器人抓一個物體的時候，它實際上力的大小能感覺出來，它能夠通過視覺，能夠去感受和識別它的形狀、大小、顏色。抓一個雞蛋，它能通過一個觸覺，知道它的力的大小和滑動的情況。第三代機器人，也是我們機器人學(xué)中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運動，感知思維和人機通訊的這種功能和機能，那么這個目前的發(fā)展還是相對的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機器人實際上并沒有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來越豐富，它內(nèi)涵越來越寬。 下邊我簡單介紹一下工業(yè)機器人的一些情況。到目前為止，工業(yè)機器人是最成熟，應(yīng)用最廣泛的一類機器人，世界總量目前已經(jīng)銷售110萬臺，這是1999年的統(tǒng)計，但這110萬臺在已經(jīng)進行裝備使用的是75萬臺，這個量也是不小的?？傮w情況看，日本在工業(yè)機器人這一塊，是首位的，成為機器人的王國，美國發(fā)展也很迅速，目前在新安裝的臺數(shù)方面，已經(jīng)超過了日本，中國剛開始進入產(chǎn)業(yè)化的階段，已經(jīng)研制出多種工業(yè)機器人樣機，已有小批量在生產(chǎn)中使用。 點焊機器人主要是針對汽車生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，提高汽車焊接的質(zhì)量，降低工人的勞動強度的一種機器人。它的特點是通過機器人對兩個鋼板進行點焊的時候，需要承載一個很大的焊鉗，一般在幾十公斤以上，那么它的速度要求在每秒鐘一米五到兩米這樣的高速運動，所以它一般來說有五到六個自由度，負載三十到一百二十公斤，工作的空間很大，大概有兩米，這樣一個球形的工作空間，運動速度也很高，那么自由度的概念，就是說，是相對獨立運動的部件的個數(shù)，就相當于我們?nèi)梭w，腰是一個回轉(zhuǎn)的自由度，我們大臂可以抬起來，小臂可以彎曲，那么這就三個自由度，同時腕部還有一個調(diào)整姿態(tài)來使用的三個自由度，所以一般的機器人有六個自由度，就能把空間的三個位置，三個姿態(tài)，機器人完全實現(xiàn)，當然也有小于六個自由度的，也有多于六個自由度的機器人，只是在不同的需要場合來配置。 第二類是服務(wù)機器人，隨著工業(yè)化的發(fā)展，尤其近十年以來，機器人的發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓寬，目前一個很重要的特征，大家都知道，機器人已經(jīng)從制造業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向了非制造業(yè)和服務(wù)行業(yè)，剛才談的汽車制造屬于是制造業(yè)，但服務(wù)行業(yè)包括清潔、加油、救護、搶險、救災(zāi)這些等等，都屬于非制造行業(yè)和服務(wù)行業(yè)，那么這里邊跟工業(yè)機器人相比，它有一個很重要的不同，它主要是一個移動平臺，它能夠移動、去運動，上面有一些手臂進行操作，同時還裝有一些像力覺傳感器和視覺傳感器、超聲測距傳感器等等。它對周邊的環(huán)境進行識別，來判斷它的運動，完成某種工作，這是服務(wù)機器人的基本的一個特點。 例如，家務(wù)機器人主要體現(xiàn)在像一些對地毯和地板定期的它能夠進行清掃和吸塵，它這個機器人很有意思，它有傳感器，它能夠把家具和人能識別出來，它自動的按照一種規(guī)律，能根據(jù)路徑把地面全部的清掃干凈，這也是家務(wù)中一些機器人的表現(xiàn)。 那么醫(yī)療機器人，是近五年來發(fā)展比較迅速的一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。如果人手術(shù)的時候，醫(yī)生來手術(shù)，一個是疲勞，另一個人手操作的精度還是有限的。在德國一些大學(xué)里面，面向人的脊椎，如腰間盤突出這種病，進行識別以后，能夠自動地用機器人來輔助進行定位，進行操作和手術(shù)。像美國已經(jīng)有一千多例機器人對人眼球進行手術(shù)，這樣的機器人，還包括通過遙控操作的辦法，實現(xiàn)對人的胃腸這種手術(shù)，大家在電視里邊看到，一個機械手，大概有手指這樣粗細的一個機械手，通過插入腹臟以后，人在屏幕上操作這個機器手，同時對它用激光的方法對病灶進行激光的治療，這樣的話，人就不用很大幅度地破壞人的身體，這實際對人的一種解放，是非常好一種機器人，醫(yī)療機器人它也很復(fù)雜，一方面它完全自動去完成各種工作，是有困難的，一般來說都是人來參與，這是美國開發(fā)的一個林白手術(shù)這樣一個例子，人通過在屏幕上，通過一個遙控操作手來控制另一個機械手，實現(xiàn)通過對人的腹腔進行手術(shù)，前幾年我們國家展覽會上，美國已經(jīng)成功的實現(xiàn)了對人的心臟瓣膜的手術(shù)和搭橋手術(shù)，這已經(jīng)在機器人領(lǐng)域中，引起了很大的轟動，還包括，AESOP的這種外科手術(shù)機器人，它實際上通過一些儀器能夠?qū)θ说囊恍┎∽冞M行檢查，通過一個機械手就能夠?qū)崿F(xiàn)對人的某些部位進行手術(shù)，還包括遙操作機械手，以及多個醫(yī)生可以在機器人共同參與下進行手術(shù)，包括機器人給大夫醫(yī)生拿鉗子、鑷子或刀子來代替護士的工作，同時把照明能夠自動的給醫(yī)生的動作聯(lián)系起來，醫(yī)生的手到哪兒，照明就去哪兒，這樣非常好的，一個醫(yī)生的助手。 機器人是人類的得力助手，能友好相處的可靠朋友，將來我們會看到人和機器人會存在一個空間里邊，成為一個互相的助手和朋友。機器人會不會產(chǎn)生飯碗的問題。我們相信不會出現(xiàn)“機器人上崗，工人下崗”的局面，因為人們隨著社會的發(fā)展，實際上把人們從繁重的體力和危險的環(huán)境中解放出來，使人們有更好的崗位去工作，去創(chuàng)造更好的精神財富和文化財富。