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机器人文献综述

机器人文献综述

摘要:机器人是一种由主体结构、控制器、指挥系统和监测传感器组成的,能够模拟人的某些行为、能够自行控制、能够重复编程、能在二维空间内完成一定工作的机电一体化的生产设备。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息传感技术、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。也是一个国家工业自动化水平的重要标志。

关键词:机器人历史机器人分类移动机器人技术

一、引言[1]

机器人是当代自动化技术和人工智能技术发展的典型体现,也代表着制造技术发展的新水平,是一种由主体结构、控制器、指挥系统和监测传感器组成的,能够模拟人的某些行为、能够自行控制、能够重复编程、能在二维空间内完成一定工作的机电一体化的生产设备。机器人尤其是工业机器人的广泛应用,极大提高了生产力。目前世界上使用的机器人已有百万之多,并且次数目仍在快速增长。其应用领域也从传统的制造业、军事应用逐步扩展到服务业、空间探索等。

二、机器人历史的发展[2]

2015年,国内版工业4.0规划——《中国制造2025》行动纲领出台,其中提到,我国要大力推动优势和战略产业快速发展机器人,包括医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求。那么机器人发展阶段又如何呢?

20世纪20年代前后,捷克和美国的一些科幻作家创作了一批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品,使得机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。

1954年,美国的戴沃尔制造了世界第一台机器人实验装置,发表了《适用于重复作业的通用性工业机器人》一文,并获得美国专利。

1960年,美国Unimation公司根据戴沃尔德技术专利研制出第一台机器人样机,并定型生产Unimate(意为“万能自动”)机器人。同时,美国“机床与铸造公司”(AMF)设计制造了另一种圆柱坐标形式的可编程机器人Versatran(意为“多才多艺用途搬运机器人”)。

1967年日本川崎重工公司从美国购买了机器人的生产许可证,日本从此开

始了对机器人的制造和开发热潮。

1980年,工业机器人在日本普及,

20世纪80年代,计算机技术推动机器人技术的发展达到了新的水平。

我国机器人研究起步比较晚。先是20世纪70年代的萌芽期,随后是80年代的开发期和90年代的快速发展时期。1972年,中国科学院沈阳自动化研究所开始了机器人的研究工作。1985年12月,我国第一台水下机器人“海人一号”首航成功,开创了机器人研制的新纪元。1997年,南开大学机器人与信息自动化研究所研制出我国第一台用于生物实验的微操作机器人系统。

经过30多年的发展,我国机器人的研究有了很大的发展,有的方面已达到世界先进水平,但与先进的国家相比还是有较大差距,从总体上看,我国机器人研究仍然任重道远。

三、机器人分类[2]

1、按发展时期分类

(1)第一代是示教再现型机器人,它由人操作机器手做一遍应当完成的动作或通过控制器发出指令让机械手臂动作,在动作过程中机器人会自动将这一过程存入记忆装置。

(2)第二代是有感觉的机器人,根据感觉器官(传感器)获得信息,灵活调整自己的工作状态,保证在适应环境的情况下完成工作。

(3)第三代是具有智能的机器人,根据感觉到的信息,进行独立思维、识别、推理,并做出判断和决策,不用人的参与就可以完成一些复杂的工作。

2、按几何结构分类

(1)直角坐标机器人,由三个线性关节组成,这三个关节可确定末端执行器的位置,通常还带有附加的旋转关节用来确定末端执行器的姿态。

(2)圆柱坐标机器人,由两个滑动关节和一个旋转关节来确定末端执行器的位置,也可以附加一个旋转关节来确定部件姿态。

(3)球坐标型机器人,由一个滑动关节和两个旋转关节来确定部件的位置,再用一个附加的旋转关节来确定部件的姿态。

(4)关节型机器人,由几个转动轴、摆动轴和手爪等6~7个自由度组成。

3、按机器人的控制方式分类

(1)非伺服控制机器人,按照预先编好的程序进行工作,使用定序器、插销板、终端限位开关、制动器来控制机器人的运动。

(2)伺服控制机器人,又可分为点位伺服控制机器人和连续轨迹伺服控制机器人。点位伺服控制机器人从一个端点以最快速度到达另一个端点;连续轨迹伺服控制机器人能够平滑地跟随某个规定的规迹运动。

4、按机器人的用途分类

(1)工业机器人,主要用于汽车制造、机械制造、电子器件、集成电路、塑料加工等大规模生产企业。

(2)农业机器人,主要用于农林方面。

(3)军事机器人,作用于军工方面事物。

(4)服务机器人,广泛用于医疗、娱乐、维护、保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。

四、移动机器人技术的发展[3]

机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息传感技术、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。也是一个国家工业自动化水平的重要标志。随着时代的发展,国家越来越重视移动机器人的发展,移动机器人可以代替人执行“枯燥的、恶劣的、危险的、纵深的”任务,因此在需求的牵引和技术的推动下,未来移动机器人技术的发展呈现以下趋势:

1、采用更先进的控制技术,发展更高级的自主式移动机器人;

2、采用更先进的传感器,提高机器人对环境以及自身状态的感知能力;

3、以柔性结构代替刚性结构,提高机器人操作灵活度;

4、发展人工智能与信息处理技术,提高移动机器人的智能化程度;

5、发展仿人和仿生技术,提高移动机器人环境适应能力;

6、实现移动机器人的通用化、标准化和模块化,为多种不同移动机器人协

同工作创造条件。

而在移动机器人发展中,移动机器人可控制技术的发展方向是由简单的遥控、程控方式向人们智能融合的交互控制方式转变,并逐步向全自主控制方式发展。移动机器人自主控制的能力需求主要包括:

1、全面的环境感知与智能态势认知能力。从认知理论与方法出发,开拓新的研究思路,将对环境的感知与理解从片面、离散的、被动的感知层次提高到全局的、关联的、主动的认知层次上,实现环境理解方法的新突破,使移动机器人达到更高层次自主。

2、不确定条件下的行为规划与决策能力。能够针对动态变化的环境态势作出迅速而准确的判断,以便采取相应的协作方案和有效行动。

3、大范围自主导航与控制能力。当处于一个未知的、复杂的、动态的非结构环境中,并且在没有人的干预下,通过环境感知,能够到达期望的目的地,同时应尽量减少时间或能量的消耗等。

4、多机器人分布式自主协同能力。能够在实际环境中运行时所面临的感知、执行、通信以及环境动态变化等非理想情况,甚至可能遇到的失效等极端情况进行充分考虑和处理。

5、人机智能融合与学习适应能力。能够高可靠性系统容错与重构、故障预测与自修复控制。

五、结束语

随着社会的不断发展,各行各业的分工越来越明细,尤其是在现代化的大产业中,有的人每天就只管拧一批产品的同一个部位上的一个螺母,有的人整天就是接一个线头,就像电影《摩登时代》中演示的那样,人们感到自己在不断异化,各种职业病逐渐产生,于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作,因此人们研制出了机器人,用以代替人们去完成那些单调、枯燥或是危险的工作。

习主席在致2015世界机器人大会的贺信中指出:“随着信息化、工业化不断融合,以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起,成为现时代科技创新的一个重要标志。”自1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说中创造出“机器人”一词开始,到90多年后的今天,机器人已经渗透到工业生产、交通运输、生活服务、军事作战等领域,不仅给人类社会发展带来了巨大变化,更影响着世界军事发展的步伐,改变着未来作战的样式和结构。伴随技术需求的不断加大,智能机器人呈现出更加多样化的发展趋势,高端系统的仿生性、情感化等智能特征开始凸显,功能得到了极大的扩展和完善。而如何让机器人更好地运用到未来预警侦察、精确打击、国土防卫等军事作战领域,也成为国际社会、军工

企业和军事专家们关注的焦点。

我国的工业机器人研制虽然起步晚,但是有着广大的市场潜力,有着众多的人才和资源基础。在十三五规划纲要等国家政策的鼓励支持下,在市场经济和国际竞争愈演愈烈的未来,我国自主生产的机器人将会越来越进步。

参考文献

[1] 赵东斌,易建强.全方位移动机器人导论.北京:科学出版社。

[2]张玫,邱钊碰,诸刚.机器人技术.北京:机械工业出版社。

[3]沈林成.移动机器人自主控制理论与技术.北京:科学出版社。