第一篇：機器人論文

機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其未來趨勢

21世紀以來,國內(nèi)外對機器人技術(shù)的發(fā)展越來越重視。機器人技術(shù)作為20世紀人類最偉大的發(fā)明之一,自問世以來,就一直備受矚目。40余年來,有關(guān)它的研究取得了長足的進展。各種形態(tài)、功能的機器人相繼面世,而未來的機器人將是一種能夠代替人類在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下從事危險、復(fù)雜勞動的自動化機器,是集機械學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、控制論、計算機、人工智能和系統(tǒng)工程等多學(xué)科知識于一身的高新技術(shù)綜合體。機器人技術(shù)被認為是對未來新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義的高技術(shù)之一。歐盟在第七框架計劃(FP7)中規(guī)劃了“認知系統(tǒng)與機器人技術(shù)”研究、美國啟動了“美國國家機器人計劃”、日本、韓國在服務(wù)型機器人方面也制定了相應(yīng)的研究計劃,我國在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)、國家自然科學(xué)基金、國家科技重大專項等規(guī)劃中對機器人技術(shù)研究給予極大的重視.國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界對機器人技術(shù)引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展也寄予厚望.由此可見,機器人技術(shù)是未來高技術(shù)、新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)之一,對于國民經(jīng)濟和國防建設(shè)具有重要意義。

你初印象中的機器人是什么樣子的呢?是不是說一個長的像機器人樣子的玩意就是機器人呢?其實說起機器人,我們頭腦里馬上會聯(lián)想到那些會唱歌跳舞干工作而且有頭有手的小東西。其實那只是機器人的狹意理解。人們提出來機器人的定義是能夠感知環(huán)境,能夠有學(xué)習(xí)、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機器。人們提出來機器人的定義是能夠感知環(huán)境,能夠有學(xué)習(xí)、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機器。可以說與人類類比的話,機器人的完整意義應(yīng)該是一種可以代替人進行某種工作的智能程序化及自動化設(shè)備。近些年來,機器人技術(shù)研究和應(yīng)用取得了突出的進展,但仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。

作為人類20世紀最偉大的發(fā)明之一,機器人在短短的幾十年內(nèi)發(fā)生了日新月異的變化。近幾年機器人已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有代表性的戰(zhàn)略目標。機器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生根本性變化,而且將對人類社會產(chǎn)生深遠的影響。隨著社會生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展,機器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展。從自動化生產(chǎn)線到海洋資源的探索,乃至太空作業(yè)等領(lǐng)域,機器人可謂是無處不在。目前機器已經(jīng)走進人們的生活與工作,機器人已經(jīng)在很多的領(lǐng)域代替著人類的勞動,發(fā)揮著越來越重要的作用,人們已經(jīng)越來越離不開機器人幫助。一直以來,機器人就在逐步融入我們的生活中,每一年我們都可以看見新的機器人面世,也可以看到越來越多的機器人應(yīng)用到各個領(lǐng)域。機器人行業(yè)的發(fā)展與30年前的電腦行業(yè)極為相似。今天在汽車裝配線上忙碌的一線機器人,正是當年大型計算機的翻版。而機器人行業(yè)的利基產(chǎn)品也同樣種類繁多,比如協(xié)助醫(yī)生進行外科手術(shù)的機械臂、在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場上負責(zé)排除路邊炸彈的偵察機器人、以及負責(zé)清掃地板的家用機器人,還有不少參照人、狗、恐龍的樣子制造機器人玩具。

機器人從面世到進入本世紀,發(fā)展不可以不謂之快,各國對其的研究與投產(chǎn)從未間斷。據(jù)國際機器人聯(lián)盟調(diào)查,2004年,全球個人機器人約有200萬臺,到2008年,還將有700萬臺機器人投入運行。按照韓國信息通信部的計劃,到2013年,韓國每個家庭都能擁有一臺機器人;而日本機器人協(xié)會預(yù)測,到2025年,全球機器人產(chǎn)業(yè)的“蛋糕”將達到每年500億美元的規(guī)模(現(xiàn)在僅有50億美元)。與20世紀70年代PC行業(yè)的情況相仿,我們不可能準確預(yù)測出究竟哪些用途將推動這個新興行業(yè)進入臨界狀態(tài)。不過看起來,機器人很可能在護理和陪伴老年人的工作上大展宏圖,或許還可以幫助殘疾人四處走走,并增強士兵、建筑工人和醫(yī)護人員的體力與耐力。

目前,我國從事機器人研發(fā)和應(yīng)用工程的單位200多家,擁有量為3500臺左右,其中國產(chǎn)占20%,其余都是從日本、美國、瑞典等40多個國家引進的。2000年已生產(chǎn)各種類型工業(yè)機器人和系統(tǒng)300臺套,機器人銷售額6.74億元,機器人產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟的年收益額為47億元,我國對工業(yè)機器人的需求量和品種將逐年大幅度增加。

在計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、MEMS技術(shù)等新技術(shù)發(fā)展的推動下,機器人技術(shù)正從傳統(tǒng)的工業(yè)制造領(lǐng)域向醫(yī)療服務(wù)、教育娛樂、勘探勘測、生物工程、救災(zāi)救援等領(lǐng)域迅速擴展,適應(yīng)不同領(lǐng)域需求的機器人系統(tǒng)被深入研究和開發(fā)。機器人技術(shù)所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域眾多,其中包括工業(yè)機器人、移動機器人、醫(yī)療與康復(fù)機器人和仿生機器人領(lǐng)域等。

工業(yè)機器人已廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)的點焊、弧焊、噴漆、熱處理、搬運、裝配、上下料、檢測等作業(yè).在物流、碼垛、食品和藥品等領(lǐng)域,工業(yè)機器人正逐步代替人工從事繁重枯燥的包裝、碼垛、搬運作業(yè).工業(yè)機器人研究的運動學(xué)標定、運動規(guī)劃、控制等已有成熟的控制方案.但由于工業(yè)機器人是一個非線性、多變量的控制對象,而制造業(yè)也對機器人性能提出新需求,機器人的控制方法仍是研究重點,工業(yè)機器人技術(shù)也朝著智能化、重載、高精度、高速、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展.結(jié)合位置、力矩、力、視覺等信息反饋,柔順控制、力位混合控制、視覺伺服控制等方法得到大量研究,以適應(yīng)高速、高精度、移動機器人的應(yīng)用廣泛,覆蓋了地面、空中和水下,乃至外太空.機器人利用航跡推算、計算機視覺、路標識別、無線定位、SLAM等技術(shù)進行定位;基于地圖完成機器人運動路徑的規(guī)劃和運動控制;結(jié)合語音識別、圖像識別,實現(xiàn)友好的人機交互,提供引導(dǎo)、解說、物品遞送等服務(wù).為家庭、老人、殘障人服務(wù)的,具有單臂或多臂的移動機器人研究得到重視。

機器人技術(shù)的研究和應(yīng)用已從傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域快速擴展到其他領(lǐng)域,如醫(yī)療康復(fù)、家政服務(wù)、外星探索、勘測勘探等.而無論是傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域還是其他領(lǐng)域,對機器人性能要求的不斷提高,使機器人必須面對更極端的環(huán)境、完成更復(fù)雜的任務(wù),因而,也為機器人研究提供了新的動力。過去的工業(yè)機器人又聾又啞,靈活性差,但是它們精確性好,效率也高。放棄了傳感器,視覺系統(tǒng)等零部件后,可視化機器人正變的越來越普遍,功能也多了起來,這個行業(yè)正在經(jīng)歷急劇性的改變。通過對最近創(chuàng)業(yè)公司、機器人新應(yīng)用以及技術(shù)發(fā)展的分析,可以發(fā)現(xiàn)這些改變在中國的發(fā)展趨勢中已初見端倪,他們正不斷的投資以及收購機器人公司。在過去的 50 多年里,制造業(yè)的工業(yè)機器人輕松地干著又臟又枯燥又危險的活,但是今天的顧客想要更加個性化的產(chǎn)品,想要有更快的機器人,同時成本在下降,公司高管們也希望自動化帶來了更高的效率,在這個條件下,很多新的領(lǐng)域都出現(xiàn)并雇傭了移動和可視化機器人,尤其是中小企業(yè)和物流業(yè),政府,農(nóng)業(yè),調(diào)查,建設(shè)和醫(yī)療也是如此。過去幾年中,工業(yè)機器人領(lǐng)域的收入已經(jīng)占了整個行業(yè)的銷售額的 75%(據(jù)國際機器人聯(lián)合會(IFR)報道)。在未來的幾年里,據(jù)包括 IFR 等機構(gòu)的預(yù)測,工業(yè)機器人領(lǐng)域?qū)霈F(xiàn)兩位數(shù)的年均復(fù)合增長率。無論如何,在研究工業(yè)機器人的五個最大用戶國的數(shù)據(jù)中,除了中國外,其他四國的年復(fù)合增長率預(yù)測將達到 6% 到 9%,而中國則有望超過 25%。在政策刺激和自我驅(qū)動下,中國經(jīng)濟已經(jīng)持續(xù)通過了工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和消費驅(qū)動增長的所有經(jīng)濟階段。在機器人領(lǐng)域,驅(qū)動增長的因素有很多:出口汽車的質(zhì)量水平要求達到能夠被證明實現(xiàn)機器人自動化;政府 5 年多種激勵計劃培育本土機器人產(chǎn)業(yè);不斷增長的薪資改變了工人與工業(yè)機器人雇傭結(jié)構(gòu);高端工業(yè)機器人技術(shù)人才的大量需求。

如此看來,中國正在吞并買賣雙方市場。不管怎樣,對中國公司來說,占領(lǐng)國內(nèi)的機器人市場需要他們支撐起當下缺失的部分,這很難,需要提高整體質(zhì)量和精確度。如臂端工具,減速器和諧波傳動這類零部件將需要實現(xiàn)本土制造,不再進口。中國風(fēng)投公司正并購國際公司,同時投資國內(nèi)致力于嘗試完善零部件的公司和國際公司,并重新定位自己在國內(nèi)的銷售和制造方向。

工業(yè)機器人中在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的最多,多家汽車公司采用與人類和共同協(xié)作的機器人替代了舊式工業(yè)機器人,獲得所需要的靈活性。這是一個由優(yōu)傲開啟的充滿活力正在增長的的機器人領(lǐng)域,同時也充滿了來 Kuka,ABB 和其他國際機器人公司的競爭。

這些協(xié)作機器人的主要優(yōu)勢是它們靈活、安全和能快速應(yīng)用,還有便于訓(xùn)練。購買協(xié)作機器人投入生產(chǎn)可能不利于利潤增長,但確是很好的業(yè)務(wù),尤其是對于那些想要使用機器人的企業(yè)來說。在最近的針對農(nóng)業(yè)這個對成本非常敏感的產(chǎn)業(yè)的調(diào)查中,我們發(fā)現(xiàn)很多公司都偏向于向農(nóng)民提供機器人使用服務(wù),而不是向他們售賣機器人。稀釋、播種、灌溉、航空成像和分析就是這些農(nóng)業(yè)機器人服務(wù)的典型案例。提供服務(wù)而不是銷售產(chǎn)品的觀念一直以來都是向市場推廣未經(jīng)測試過的產(chǎn)品的一個好方法,而相關(guān)創(chuàng)業(yè)公司也從中發(fā)現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟的好處。分析利用無人機航拍的數(shù)據(jù)并規(guī)劃出可以付諸實施的計劃,這已經(jīng)跨越了產(chǎn)業(yè)的邊界,不僅僅是大型企業(yè)需要這項技術(shù),還有石油和天然氣公司、非政府組織,以及政府也希望利用這項技術(shù)來監(jiān)控人類難以進入的區(qū)域。安全公司也將「機器人即服務(wù)」這一理念應(yīng)用在了安保等領(lǐng)域。性能越來越好、價格越來越低的視覺系統(tǒng),特別是低成本的 3D 視覺系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和運動系統(tǒng)讓很多創(chuàng)業(yè)公司能夠為工廠、倉庫和分發(fā)中心提供高效的物料搬運服務(wù)。在金融危機期間,物流行業(yè)的資本支出沒有大幅增加,因為已有的系統(tǒng)似乎能夠處理所有的載負。但是我們知道,消費者只想更快地拿到自己的貨物,但物流倉庫不會持續(xù)對新技術(shù)、新方法投入太多資金。進一步來說,這些新技術(shù)需要和物流行業(yè)現(xiàn)有的設(shè)施和系統(tǒng)兼容;很少有公司會為了新技術(shù)而重新建一個倉庫,或者改變自己的方法和系統(tǒng)。中國同時也在刺激著國內(nèi)的機器人產(chǎn)業(yè)增長。但中國在核心技術(shù)方面仍處于落后地位,所以需要一些公司成為拓荒者,用創(chuàng)新將產(chǎn)業(yè)向前推進。

通過分析已有的機器人技術(shù)研究工作,機器人技術(shù)的應(yīng)用和研究顯現(xiàn)出從工業(yè)領(lǐng)域快速向其他領(lǐng)域延伸擴展.而傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域?qū)ψ鳂I(yè)性能提升的需求、其他領(lǐng)域的新需求,極大促進了機器人理論與技術(shù)的進一步發(fā)展.在工業(yè)領(lǐng)域,工業(yè)機器人的應(yīng)用已不再僅限于簡單的動作重復(fù).對于復(fù)雜作業(yè)需求,工業(yè)機器人的智能化、群體協(xié)調(diào)作業(yè)成為解決問題的關(guān)鍵;對于高速度、高精度、重載荷的作業(yè),工業(yè)機器人的動力學(xué)、運動學(xué)標定、力控制還有待深入研究;而機器人和操作員在重疊的工作空間合作作業(yè)問題,則對機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計、感知、控制等研究提出了確保人機協(xié)同作業(yè)安全的新要求.在工業(yè)領(lǐng)域以外,機器人在醫(yī)療服務(wù)、野外勘測、深空深海探測、家庭服務(wù)和智能交通等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景.在這些領(lǐng)域,機器人需要在動態(tài)、未知、非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜環(huán)境完成不同類型的作業(yè)任務(wù),這就對機器人的環(huán)境適應(yīng)性、環(huán)境感知、自主控制、人機交互提出了更高的要求.1)環(huán)境適應(yīng)性.機器人的工作環(huán)境可以是室內(nèi)、室外、火山、深海、太空,乃至地外星球,其復(fù)雜的地面或地形、不同的氣壓變化、巨大的溫度變化、不同的輻照、不同的重力條件導(dǎo)致機器人的機構(gòu)設(shè)計和控制方法必須進行針對性、適應(yīng)性的設(shè)計.通過仿生手段研究具有飛行、奔跑、跳躍、爬行、游動等不同運動能力的、適應(yīng)不同環(huán)境條件的機器人機構(gòu)和控制方法對于提高機器人的環(huán)境適應(yīng)性具有重要的理論價值.2)環(huán)境感知.面對動態(tài)變化、未知、復(fù)雜的外部環(huán)境,機器人對環(huán)境的準確感知是進行決策和控制的基礎(chǔ).感知信息的融合、環(huán)境建模、環(huán)境理解、學(xué)習(xí)機制是環(huán)境感知研究的重要內(nèi)容.3)自主控制.面對動態(tài)變化的外部環(huán)境,機器人必須依據(jù)既定作業(yè)任務(wù)和環(huán)境感知結(jié)果利用內(nèi)建算法進行規(guī)劃、決策和控制,以達到最終目標.在無人干預(yù)或大延時無法人為干預(yù)的情況下,自主控制可以確保機器人規(guī)避危險、完成既定任務(wù).4)人機交互.人機交互對于提升機器人作業(yè)能力、滿足復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)需求具有重要作用.實時作業(yè)環(huán)境的三維建模,聲覺、視覺、力覺、觸覺等多種人機互的實現(xiàn)方式、人機交互中的安全控制等都是人機交互中的重要研究內(nèi)容.針對上述問題的研究,通過與仿生學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、腦科學(xué),以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合,可能將加速機器人理論、方法和技術(shù)研究工作的進展.機器人技術(shù)與仿生學(xué)的結(jié)合,不僅可以促進高適應(yīng)性的機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的研究,對于機器人的感知、控制與決策方法的研究也能夠提供有力的支持.機器人學(xué)與神經(jīng)科學(xué)、腦科學(xué)的結(jié)合,將使得人–機器人間的應(yīng)用接口更加方便,通過神經(jīng)信號控制智能假肢、外骨骼機器人或遠程遙操控機器人系統(tǒng),利用生物細胞來提升機器人的智能,為機器人研究提供了新的思路.機器人學(xué)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合,使機器人可以通過互聯(lián)網(wǎng)獲取海量的知識,基于云計算、智能空間等技術(shù)輔助機器人的感知和決策,將極大提升機器人的系統(tǒng)性能.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。隨著社會的發(fā)展,機器人將使人們從繁重的體力和危險的環(huán)境中解放出來,給人們帶來更好的生活環(huán)境,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。展望21世紀,機器人將會與20世紀計算機的普及一樣,深入地應(yīng)用到各個領(lǐng)域。所以很多專家預(yù)測,在21世紀的前20年是機器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個重要時期,也是智能機器人發(fā)展的一個關(guān)鍵時期。目前國際上很多國家,也對機器人對人類社會的影響的估計提出了新的認識,同時,我們也可以看到機器人技術(shù),涉及到多個學(xué)科,機械、電工、自動控制、計算機測量、人工智能、傳感技術(shù)等等,它是一個國家高技術(shù)實力的一個重要標準。

我們期待機器人在未來能給我們帶來更多的驚喜。

第二篇：機器人概論論文

論機器人

摘要：簡要回顧了機器人技術(shù)的發(fā)展歷程，介紹了當今世界機器人技術(shù)。并預(yù)測了今后機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢及發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞： 機器人，機器人技術(shù)，發(fā)展

機器人的誕生與發(fā)展

1920年克作家卡雷爾.卡佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》。劇情是這樣的 ：羅薩姆公司把機器人作為人類生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品推向市場，讓它去充當勞動力，以呆板的方式從事繁重的勞動。后來，羅薩姆公司使機器人具有了感情，在工廠和家務(wù)勞動中，機器人成了必不可少的成員。該劇預(yù)告了機器人的發(fā)展對人類社會的影響。在劇本中，卡佩克把捷克語“Robota”(農(nóng)奴)寫成了“Robot”（機器人）。這也是人類社會首次使用“機器人”這一概念。

自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機的誕生，推動了現(xiàn)代機器人的發(fā)展。50年代是機器人的萌芽期，其概念是“一個空間機構(gòu)組成的機械臂，一個可重復(fù)編程動作的機器”。1954年美國戴沃爾發(fā)表了“通用重復(fù)型機器人”的專利論文，首次提出“工業(yè)機器人”的概念；1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺數(shù)控工業(yè)機器人原型；1959年美國UNIMATION公司推出第一臺工業(yè)機器人。60年代隨著傳感技術(shù)和工業(yè)自動化的發(fā)展，工業(yè)機器人進入成長期，機器人開始向?qū)嵱没l(fā) 展，并被用于焊接和噴涂作業(yè)中。70年代隨著計算機和人工智能的發(fā)展，機器人進入實用化時代。日本雖起步較晚，但結(jié)合國情，面向中小企業(yè)，采取了一系列鼓勵使用機器人的措施，其機器人擁有量很快超過了美國，一舉成為“機器人王國”。80年代，機器人發(fā)展成為具有各種移動機構(gòu)、通過傳感器控制的機器。工業(yè)機器人進入普及時代，開始在汽車、電子等行業(yè)得到大量使用，推動了機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為滿足人們個性化的要求，工業(yè)機器人的生產(chǎn)趨于小批量、多品種。90年代初期，工業(yè)機器人的生產(chǎn)與需求進入了高潮期：1990年世界上新裝備機器人81000臺，1991年新裝備76 000臺。1991年底世界上已有53萬臺工業(yè)機器人工作在各 條戰(zhàn)線上。隨后由于受到日本等國經(jīng)濟危機的影響，機器人產(chǎn)業(yè)也一度跌入低谷。近兩年隨著世界經(jīng)濟的復(fù)蘇，機器人產(chǎn)業(yè)又出現(xiàn)了一片生機。90年代還出現(xiàn)了具有感知、決策、動作能力的智能機器人，產(chǎn)生了智能機器或機器人化機 器。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，機器人的概念和應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大。

機器人的現(xiàn)狀

1、制造環(huán)境下作業(yè)的工業(yè)機器人

國際機器人聯(lián)合會于1998年對世界上機器人的應(yīng)用情況進行了調(diào)研，截止到1997年底，歷年來世界上共銷售工業(yè)機器人95萬臺，現(xiàn)役工業(yè)機器人總數(shù)為71.1萬臺。1997年世界上共 裝備各種工業(yè)機器人85 000臺，比1996年增長6.5%，銷售額為48億美元，比1996年減少4％。銷售量上升而銷售額下降主要是由于機器人單價下降和美元對其它貨幣之間的匯率變化造成的。預(yù)計1997～2002年世界機器人年平均增長9％，2001年銷售量比1997年增長41％。在機械行業(yè)不景氣的情況下，機器人能連續(xù)增長，也顯示了機器人在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性。

2、非制造環(huán)境下的特種機器人

隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人智能程度在不斷提高，這也拓寬了機器人的應(yīng)用領(lǐng)域，出現(xiàn)了一些新的發(fā)展熱點。

(1)仿人機器人 工業(yè)機器人是為工業(yè)大生產(chǎn)而設(shè)計的，為了適應(yīng)各種不同的應(yīng)用現(xiàn)場，其形狀多種多樣，但根本沒有一點人模樣，這也使很多機器人愛好者大失所望。為了使機器人更容易讓人接受，也為了讓機器人像人一樣能完成各種工作，各國都在開發(fā)不同規(guī)格、不同 功能的仿人機器人。從仿人機器人的集成情況看，日本本田公司的P2、P3最先進。P2機器人于1996年問世，身高185 cm，體重210 kg。它能通過重力感應(yīng)器和腳底的觸覺感應(yīng)器把地面的信息傳到大腦（電腦），機器人的電腦再根據(jù)情況進行判斷，進而平衡身體，穩(wěn)步前進。它不僅可以走平路，而且可以爬臺階和在傾斜路面上行走；不僅可以推車，而且可以通過遙控擰螺釘。P3機器人是P2 機器人的改進型，它比P2更先進。P3身高160 cm，體重130 kg，與人類 更加接近。為了進一步推動仿人機器人的發(fā)展，日本于1998年推出了人型機器人計劃。該計劃為期5年，共分兩個階段：第一階段為1998～1999年；第二階段為2000～2002年，總投資200億日元，這也是它的第三個機器人計劃。日本的第一個機器人計劃是1983年啟動的“極限作業(yè)機器人”計劃，為期8年，總投資155億日元；第二個機器人計劃是1991年啟動的為期10年的“ 微機械技術(shù)”開發(fā)計劃，總投資250億日元，目前仍在執(zhí)行中。

(2)軍用機器人 隨著武器系統(tǒng)的不斷發(fā)展，士兵在戰(zhàn)場上的生存條件越來越差。為了保護士兵的生命，無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。軍用無人作戰(zhàn)系統(tǒng)按不同的應(yīng)用空間分為水下機器人系統(tǒng)、地面機器人系統(tǒng)、無人機（空中機器人）和空間機器人系統(tǒng)。其中無人機發(fā)展最快，已得到廣泛的應(yīng)用。在北約對南聯(lián)盟的空襲過程中就曾大量使用了無人機，其中有多駕被擊落。微型無人機是90年代中期出現(xiàn)的一個新生事物，由于微型無人機在戰(zhàn)場偵察、生化探測等諸多方面有著巨大的應(yīng)用潛力，所以發(fā)展特別快?，F(xiàn)在微型無人機還處于研究階段，其飛行方式，有像飛機一樣采用固定翼的，有像昆蟲一樣采用撲翼的，也有像直升飛機一樣采用旋翼的。微型飛機遇到的主要困難有動力問題、空氣動力學(xué)問題、通訊與控制問題、偵察傳感器問題等。地面軍用機器人很多人認為是很遙遠的事情，對現(xiàn)在的戰(zhàn)爭影響不大，其實不然，美國從1999～2005財年計劃投入4.586億美元，2005年以前將有一大批遙控及半自主地面軍用機器人裝備美國陸?？杖姟?/p>

(3)水下機器人和空間機器人 現(xiàn)在的水下機器人已能下潛到世界上最深的海底，空間機器人索杰納也已成功地登上了火星。國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)支持研制的6000 m自治水下機器人于1997年圓滿完成了太平洋洋底調(diào)查任務(wù)，獲得了大量數(shù)據(jù)和資料。這次應(yīng)用調(diào)查任務(wù)的完成不但表明了我國已掌握研制水下機器人的高技術(shù)能力和手段，而且已經(jīng)進入洋底多金屬結(jié)核資源的探測應(yīng)用的實用階段，海底作業(yè)型機器人如探測、取物、救險、埋纜正在研制之中。

(4)服務(wù)機器人 這是指能在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中代替人的工作，從事家庭服務(wù)和社會服務(wù)的機器人。目前在非制造領(lǐng)域中已開發(fā)出多種實用化的服務(wù)機器人，如在農(nóng)業(yè)中的收獲機器人、嫁接機器人、除草機器人，在建筑業(yè)中的鋼構(gòu)架焊接、涂覆、檢查、測量機器人，在電力工業(yè) 中的檢查、清掃、除污、高空高壓作業(yè)機器人，在石油、煤氣行業(yè)中的管道和貯罐的檢查、修補機器人，等等。

世界機器人之父恩格爾伯格認為，服務(wù)機器人與人們生活密切相關(guān)，服務(wù)機 器人的應(yīng)用將不斷改善人們的生活質(zhì)量，這也正是人們所追求的目標。一旦服務(wù)機器人和其它機電產(chǎn)品一樣被人們接受，走進千家萬戶，其市場將不可限量。恩格爾伯格創(chuàng)建的TRC公司的第一個服務(wù)機器人產(chǎn)品是醫(yī)院用的“護士助手”機器人，它于1 985年開始研制，1990年開始出售，目前已在許多國家?guī)资裔t(yī)院投入使用，且市場前景看好?，F(xiàn)在世界各國都在積極研制各種用途的服務(wù)機器人：智能輪椅、機器人病房、移動病人等助老助殘機器人，火災(zāi)偵察、人員營救、滅火等消防機器人，高樓清洗、飛機清洗等保潔機器人，等等。

(5)微型機器人 微型機器人技術(shù)是正在興起的機器人新領(lǐng)域，包括微機械及其基礎(chǔ)材料、微電子、微驅(qū)動與控制技術(shù)、微測量技術(shù)、微傳感器、微能源、微系統(tǒng)設(shè)計等。微小型機器人在民用、軍用、科學(xué)實驗中將大有用武之地。盡管其實用化還在研究之中，但已顯現(xiàn)出遠大前程。微小型機器人技術(shù)將會對機器人引發(fā)一場革命，并將對社會各方面產(chǎn)生重大影響。

機器人技術(shù)發(fā)展預(yù)測及策略

隨著人類活動領(lǐng)域的不斷擴展和對快捷舒適生活方式的要求，同時隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展和人工智能研究的逐步深入，在本世紀機器人技術(shù)仍將保持高速的發(fā)展態(tài)勢，并將呈現(xiàn)以下幾方面的趨勢：

1、開發(fā)具有高智能的智能機器人將成為機器人技術(shù)的一個發(fā)展重點。智能機器人具有較高的思維判斷能力，語言理解和表達能力，能夠較好地與人類交流，并能夠完成比較復(fù)雜的任務(wù)。

2、較強的自適應(yīng)性將成為未來機器人的一個重要發(fā)展方向。自適應(yīng)性強意味著機器人能夠自發(fā)調(diào)整自己的行為狀態(tài)來適應(yīng)外部環(huán)境的變化，從而提高了機器人工作的穩(wěn)定性。

3、在工業(yè)機器人大力普及的同時，服務(wù)性機器人將快速走進人類生活的方方面面，而且擁有較強的語言交流能力，仿人形的外部特征的仿人機器人將極大拉近人類與機器人之間的距離。

4、多機器人協(xié)作以發(fā)揮群體智能的多機器人系統(tǒng)將越來越受到重視。雖然隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人的能力不斷提高, 機器人應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍也在不斷擴展，但是對于一些復(fù)雜的任務(wù)，單個機器人不再是最好的解決方案,而由是多個機器人組成的系統(tǒng)。

機器人技術(shù)將是決定一個國家現(xiàn)代化程度的重要標志。一個國家的機器人技術(shù)要發(fā)展首先需要國家的大力扶植,即國家從政策和資金上支持本國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在日本機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期,日本出臺了一系列支持本國機器人發(fā)展的政策,如購買本國機器人的公司會在稅收上得到優(yōu)惠,大力鼓勵購買國產(chǎn)機器人,為機器人的發(fā)展提供了良好的環(huán)境;同時國家也在科研經(jīng)費上支持機器人技術(shù)的研究,并以經(jīng)費引導(dǎo)本國機器人技術(shù)的發(fā)展方向,為以后日本成為機器人行業(yè)最大的生產(chǎn)國和出口國奠定了基礎(chǔ)。其次,各科研機構(gòu)應(yīng)勇于創(chuàng)新,大膽改革,依據(jù)“需求牽引、技術(shù)驅(qū)動”的方針,闖出一條適合國情的科研、生產(chǎn)、銷售一體化的道路,使我國成為新的機器人王國。

在21 世紀，技術(shù)的發(fā)展將加快,市場的競爭將更加激烈,如何快速發(fā)展我國的機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已迫在眉睫。因此,為了我國未來機器人的發(fā)展,各科研機構(gòu)應(yīng)當改變過去各自為政的局面,加強彼此的技術(shù)交流與合作。我們一定能夠完全自主制造出自己的工業(yè)機器人，并且將工業(yè)機器人推廣應(yīng)用到制作與非制造等廣大的行業(yè)中，提高我國勞動力成本，提高我國企業(yè)的生產(chǎn)效率和國際競爭力，從整體上提高我國社會生產(chǎn)的安全高效，為實現(xiàn)偉大祖國的復(fù)興貢獻力量。

鄭州輕工業(yè)學(xué)院

《機 器 人 概 論》論 文

題

目：論機器人

姓

名：樊

學(xué)

號：541101010108

所在學(xué)院：電氣信息工程學(xué)院

年級專業(yè)：自動化11-01

第三篇：工業(yè)機器人論文

走進科技論文

0903030409

顏衛(wèi)勤

工業(yè)機器人論文

在科技界，科學(xué)家會給每一個科技術(shù)語一個明確的定義，但機器人問世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統(tǒng)一的意見。原因之一是機器人還在發(fā)展，新的機型，新的功能不斷涌現(xiàn)。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學(xué)問題。就像機器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。其實并不是人們不想給機器人一個完整的定義，自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什么是機器人。但隨著機器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時代的到來，機器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富，機器人的定義也不斷充實和創(chuàng)新。

在此，我僅根據(jù)自己的所學(xué)及課本給出的定義概述一下有關(guān)機器人的定義。機器人（Robot）是1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》的劇本中，塑造的一個具有人的外表、特征和功能，愿意為人服務(wù)的機器奴仆“Robota”一詞衍生出來的。根據(jù)這個定義，我們可以這樣說：機器人是一個在三維空間中具有多自由度的，并能實現(xiàn)諸多擬人動作和功能的機器；而工業(yè)機器人（Industrial Robot）則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機器人。

而美國機器人工業(yè)協(xié)會（U.S.RIA）提出的工業(yè)機器人定義為機器人是“一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機械手(manipulator)或者通過不同程序的調(diào)用來完成各種工作任務(wù)的特種裝置”。日本機器人協(xié)會(JIRA)的定義則是：工業(yè)機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器(end effector)的，能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。可見美國機器人協(xié)會和日本機器人協(xié)會給出了相類似的定義。國際標準化組織(ISO)的定義：“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)”。而我國科學(xué)家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。在我國，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的機器人我們稱為工業(yè)機器人。通常人們對工業(yè)機器人的定義是：工業(yè)機器人是一種能模擬人的手、臂的部分動作, 按照預(yù)定的程序、軌跡及其它要求, 實現(xiàn)抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置。

工業(yè)機器人的最顯著的特點簡單概述為可編程、擬人化、通用性、機電一體化。

工業(yè)機器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機座和執(zhí)行機構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構(gòu)，用以使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令信號，并進行控制。工業(yè)機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。

工業(yè)機器人按執(zhí)行機構(gòu)運動的控制機能，又可分點位型和連續(xù)軌跡型。點位型只控制執(zhí)行機構(gòu)由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機構(gòu)按給定軌跡運動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。工業(yè)機器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業(yè)程序文件，通過RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構(gòu)按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領(lǐng)動執(zhí)行機構(gòu)，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號傳給驅(qū)動機構(gòu)，使執(zhí)行機構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動作。示教輸入程序的工業(yè)機器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人。

具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業(yè)機器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動完成更為復(fù)雜的工作。

清潔機器人的涵蓋范圍廣泛，依照IFR World Robotic的分類，可分為產(chǎn)業(yè)型與家用型兩大類，在產(chǎn)業(yè)型方面例如地板清潔（吸塵與洗地）、風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)清潔、除草、大樓窗戶清洗、水箱清潔等。目前為止應(yīng)用最成功的仍屬地板清潔型機器人，包括機場、大賣場、工廠、飯店大廳等大范圍面積的場所，原因在于地板屬于2-D幾何平面，技術(shù)相對較為單純。而家用型的地板清潔機器人（吸塵器）在近年來則快速竄起，成為市場主流產(chǎn)品，根據(jù)IFR World Robotics 2005的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，服務(wù)型機器人中，清潔機器人仍是主要應(yīng)用。其中家用清潔機器人更占整體服務(wù)型機器人的95%以上，其中2005-2008年更可高達447萬臺。

家用型清潔機器人受到熱烈歡迎的主要原因在于已開發(fā)與開發(fā)中國家多以雙薪家庭為主，并逐漸走向少子化與高齡化的趨勢，在家庭人口結(jié)構(gòu)變少的情況下，清潔工作的替代便成為新興市場發(fā)展的重要需求，遂使的清潔機器人成為各國爭相投入的技術(shù)研發(fā)重點。

隨著自動化技術(shù)與人工智能的快速發(fā)展，機器人在人類的環(huán)境中扮演越來越重要的腳色。傳統(tǒng)上機器人的應(yīng)用層面多集中于工業(yè)化的生產(chǎn)系統(tǒng)與制造流程上，專門應(yīng)付長時間作業(yè)、大量重復(fù)性動作、系統(tǒng)復(fù)雜且需要精密控制、高危險性等工作上。而近年來的演進則漸漸朝向服務(wù)型機器人的方向快速蓬勃發(fā)展。那么在我們身邊有什么樣的機器人呢？ 生活中常見的工業(yè)機器人有如下幾種：

點焊機器人，這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。

弧焊機器人也是工業(yè)機器人中一個最重要的方面，像我們汽車的后橋，進行焊接的時候，它連續(xù)焊接，所以它的特點是連續(xù)軌跡控制，所以它要求的軌跡精度要求非常高，一般來說也是五到六個自由度，由于它焊槍比較小，所以在五到十公斤就可以了，這個方面是在國際和國內(nèi)應(yīng)用非常大的一類機器人，在另一方面像搬運和鉚接，這些工作場合下，像搬運，主要是要求機器人有很高的速度，承載能力很多、很強，像日本的大庫機器人，它可以承載三百公斤，抓取、來進行搬運和碼垛。

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，那么這個也可以看到幾個方面，包括人是一個非常珍貴的生物，那么包括人的眼球、神經(jīng)、血管都很精細，那么如果人手術(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，那么這是在德國，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)。還有一類叫康復(fù)機器人，康復(fù)機器人像比方說，現(xiàn)在發(fā)病量比較大的是偏癱和半身不遂這種病患，當他恢復(fù)治療完以后，需要對他的肢體進行鍛煉和恢復(fù)，那么如果醫(yī)生是有限的，不可能一個醫(yī)生，天天給一個病人進行按摩或牽引這樣的工作，那么家庭的人員都上班，沒有時間照顧，那么用一個機器人，可以對他的手進行牽動，天天強迫他進行鍛煉，使人的肌肉的恢復(fù)達到最好，更為精細的工作像很多大學(xué)和一些醫(yī)院在開發(fā)像人的腦手術(shù)，這個是很危險的事情，但是，已經(jīng)得到了很好的例證，包括北航開發(fā)出了對人腦的定位和鉆孔這樣的工作，還包括像美國已經(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。

由此可見，工業(yè)機器人是人類的得力助手，隨著社會的發(fā)展，大量的工業(yè)機器人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，機器人來做這些危險環(huán)境的工作，展望21世紀工業(yè)機器人將是一個與20世紀計算機的普及一樣，會深入地應(yīng)用到各個領(lǐng)域，有人說在21世紀的前20年是機器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個重要時期，也是智能機器人發(fā)展的一個關(guān)鍵時期，目前國際上很多國家，也對機器人對人類社會的影響的估計提出了新的認識，同時，我們也可以看到機器人技術(shù)，涉及到多個學(xué)科，機械、電工、自動控制、計算機測量、人工智能、傳感技術(shù)等等，它是一個國家高技術(shù)實力的一個重要標準。所以，作為當代大學(xué)生，作為一名機械專業(yè)的學(xué)生，我們的使命任重而道遠。

第四篇：納米機器人論文

納米機器人在生物學(xué)上的應(yīng)用

學(xué)號：34 姓名:100821234 學(xué)院：生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 班級：1008212

摘要：納米技術(shù)與分子生物學(xué)的結(jié)合將開創(chuàng)分子仿生學(xué)新領(lǐng)域。分子仿生學(xué)模仿細胞生命過程的各個環(huán)節(jié)，以分子水平上的生物學(xué)原理為參照原型，設(shè)計制造各種各樣的可對納米空間進行操作的“功能分子器件”———納米機器人。納米機器人的研制和開發(fā)將成為２１世紀科學(xué)發(fā)展的一個重要方向。關(guān)鍵字：納米技術(shù) 納米機器人 分子馬達 1前沿：納米機器人的研究屬于分子仿生學(xué)的范疇，它根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計原型，設(shè)計制造可對納米空間進行操作的“功能分子器件”。納米生物學(xué)的近期設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。合成生物學(xué)對細胞信號傳導(dǎo)與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)重新設(shè)計，開發(fā)“在體”（in vivo）或“濕”的生物計算機或細胞機器人，從而產(chǎn)生了另種方式的納米機器人技術(shù)。

2納米生物學(xué)與納米機器人

納米生物學(xué)的設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。涉及的內(nèi)容可歸納為以下三個方面：

①在納米尺度上了解生物大分子的精細結(jié)構(gòu)及其與功能的聯(lián)系。

②在納米尺度上獲得生命信息，例如，利用掃描隧道顯微鏡獲取細胞膜和細胞表面的結(jié)構(gòu)信息等。

③納米機器人的研制。

納米機器人是納米生物學(xué)中最具有誘惑力的內(nèi)容。

第一代納米機器人是生物系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的有機結(jié)合體，這種納米機器人可注入人體血管內(nèi)，進行健康檢查和疾病治療。還可以用來進行人體器官的修復(fù)工作、作整容手術(shù)、從基因中除去有害的DNA，或把正常的ＤＮＡ安裝在基因中，使機體正常運行[1]。

第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置。

第三代納米機器人將包含有納米計算機，是一種可以進行人機對話的裝置。

3納米機器人不久將進入我們的生活

用不了多久，個頭只有分子大小的納米機器人將源源不斷地進入人類的日常生活。它們將為我們制造鉆石、艦艇、鞋子、牛排和復(fù)制更多的機器人。要它們停止工作只需啟動事先設(shè)定的程序。表面來看，上述想法近乎不可思議：一項單一的技術(shù)在應(yīng)用初期就能治病、延緩衰老、清理有毒的廢物、擴大世界的食物供應(yīng)、筑路、造汽車和造樓房？這并非天方夜譚，也許在21世紀中葉前就可以實現(xiàn)。全世界的研究機構(gòu)都在想方設(shè)法將這些設(shè)想變成現(xiàn)實。美國總統(tǒng)克林頓曾經(jīng)宣布成立美國國家納米研究機構(gòu)，承諾提供50億美元進行這方面的嘗試。

其實，納米技術(shù)一詞由來已久。理查德·費恩曼是繼愛因斯坦之后最有爭議和最偉大的理論物理學(xué)家，1959年他在一次題目為《在物質(zhì)底層有大量的空間》的演講中提出：將來人類有可能建造一種分子大小的微型機器，可以把分子甚至單個的原子作為建筑構(gòu)件在非常細小的空間構(gòu)建物質(zhì)，這意味著人類可以在最底層空間制造任何東西。從分子和原子著手改變和組織分子是化學(xué)家和生物學(xué)家意欲到達的目標。這將使生產(chǎn)程序變得非常簡單，你只需將獲取到的大量的分子進行重新組合就可形成有用的物體。事實上，每一個細胞都是一個活生生的納米技術(shù)應(yīng)用的實例：細胞不僅將燃料轉(zhuǎn)化為能量，而且按照儲存在DNA中的信息來建造和激活蛋白質(zhì)和酶，通過對不同物種的DNA進行重組，基因工程家已經(jīng)學(xué)會建造新的這類

納米工具，例如用細菌細胞來生產(chǎn)醫(yī)用激素。1990年 我國著名學(xué)者周海中教授在《論機器人》一文中預(yù)言：到二十一世紀中葉，納米機器人將徹底改變?nèi)祟惖膭趧雍蜕罘绞健?/p>

3納米機器人結(jié)構(gòu)與特點

米機器人警察不在理論上，納米機器可以構(gòu)建所有的物體。當然從理論到真正實現(xiàn)應(yīng)用是不能等同的，但納米機械專家已經(jīng)表明，實現(xiàn)納米技術(shù)的應(yīng)用是可行的。在掃描隧道電子顯微鏡幫助下，納米機械專家已經(jīng)能將獨立的原子安排成自然界從未有的結(jié)構(gòu)。此外，納米機械專家還設(shè)計出了只由幾個分子組成的微小齒輪和馬達。（切勿將這些齒輪和馬達與那些由數(shù)以百萬計分子組成的用傳統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建的微小齒輪和馬達相混淆，這些機器同未來制造的機器相比較實在是太巨大了）。

25年內(nèi)，納米技術(shù)學(xué)家期望實現(xiàn)這些存在于科學(xué)陳列室中的想法，創(chuàng)造出真實的、可以工作的納米機器。這些納米機器有微小的“手指”可以精巧地處理各種分子；有微小的“電腦”來指揮“手指”如何操作。“手指”可能由碳納米管制造，它的強度是鋼的100倍，細度是頭發(fā)絲的五萬分之一?！半娔X”可能由碳納米管制造，這些碳納米管既能做晶體管又能做連接它們的導(dǎo)線。“電腦”也可能由DNA制造，用適當?shù)能浖妥銐虻撵`巧性進行武裝的納米機器人可以構(gòu)建任何物質(zhì)。

納米機器人執(zhí)行任何任務(wù)包括自身復(fù)制都必須動用大量的納米機器。血液里可能存在數(shù)以百萬計的納米機器人；在每一個有毒廢物地點可能需要數(shù)以萬億計的納米機器人，要制造一輛汽車可能要調(diào)動數(shù)以一百億億計的納米機器人同時工作。然而沒有一個生產(chǎn)線可以生產(chǎn)如此巨大數(shù)量的納米機器人。

但是納米科學(xué)家眼中的納米機器可以做到這點。他們設(shè)計的納米機器人可以完成兩件事情：執(zhí)行它們的主要任務(wù)和制造出它們自身完美的復(fù)制體。如果第一個納米機器人能夠制造出兩個復(fù)制體，這兩個復(fù)制體每個又可制造出兩個自己的復(fù)制體，很快就可 以獲得萬億個納米機器人。但是，假如納米

機器人忘記停止復(fù)制會發(fā)生什么？如果沒有一些內(nèi)建的停止信號，納米機器人忘記停止復(fù)制這種災(zāi)難的可能后果將會是無法計算的。納米機器人在人體內(nèi)快速復(fù)制能夠比癌癥擴散還要快地布滿正常組織；一個發(fā)瘋的制造食物機器人能夠把地球的整個生物圈變成一塊巨大的奶酪。納米技術(shù)學(xué)家沒有回避危險，但是他們相信他們能控制災(zāi)難的發(fā)生。其中一個辦法是設(shè)計出一種軟件程序使納米機器人在復(fù)制數(shù)代后自我摧毀。另一種辦法是設(shè)計出一種只在特定條件下復(fù)制的機器人，例如只有在有毒化學(xué)物質(zhì)以較高濃度出現(xiàn)時機器人才能復(fù)制，或者在一個很窄的溫度和濕度范圍內(nèi)機器人才能復(fù)制。就像電腦病毒的傳播一樣，所有以上這些努力都無法阻止那些不懷好意的人有意釋放某種納米機器人作為害人武器。事實上，一些批評家指出納米技術(shù)可能的危險要大于它的益處。然而，僅僅這些利益就已經(jīng)太具誘惑力了，納米技術(shù)必將超過電子計算機和基因制藥而成為新世紀的技術(shù)發(fā)展方向。世界可能會需要一個納米技術(shù)免疫系統(tǒng)，這個系統(tǒng)中納斷地在微觀世界中同那些不懷好意的機器人進行戰(zhàn)斗[2]

。納米機器人的動力——分子馬達

分子馬達（molecular motor），是美國康奈爾大學(xué)研究人員在活細胞內(nèi)的能源機制啟發(fā)下，制造出的一種馬達。這種微型馬達以三磷酸腺苷酶為基礎(chǔ)，依靠為細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）為能源。

美國科學(xué)家正在進行一項新研究，讓納米儀器利用為精子長距離游動提供能量的生物能為動力，用來釋放藥物，或者在人體內(nèi)執(zhí)行機械功能。

首先，這些研究人員針對精子的特殊部位，用一個可以粘貼在特殊的金表面的標簽取代了己糖激酶(糖酵解的第一個酶)。這種酶即使在受到限制的時候，仍然能產(chǎn)生作用。接著，他們在糖酵解途經(jīng)的第二個酶——葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶上作了標記。這種酶在受到限制后，還仍然具有活性。粘附在相同支撐物上的這些酶會依次產(chǎn)生作用，第一個反應(yīng)的產(chǎn)物將會成為第二個反應(yīng)的[2]李易 納米技術(shù)取得進展【J】國外科技動態(tài) 1998.11

[3]李沐純等.中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2003

[4]納米機器人——分子仿生學(xué)新領(lǐng)基礎(chǔ)[3]。

域《中國高新技術(shù)企業(yè)評價》2001

穆凱和特拉維斯表示，這只是在無機支撐物上復(fù)制整個糖酵解途徑的最初幾步，他們指出，他們的研究從原理上為精子中的糖酵解途徑的組織如何在納米設(shè)備上產(chǎn)生三磷酸腺甙提供了一個天然的工程學(xué)解決方案。我國在納米機器人研究上的進展

一臺能夠在納米尺度上操作的機器人系統(tǒng)樣機由中國科學(xué)院沈陽自動化所研制成功，并通過了國家“863”自動化領(lǐng)域智能機器人專家組的驗收。在一個演示中，沈陽自動化所的研究人員操縱“納米微操作機器人”，在一塊硅基片上１×２μｍ的區(qū)域上清晰刻出“ＳＩＡ”三個英文字母（沈陽自動化所的縮寫）；另一個演示顯示，在一個５×５μｍ的硅基片上，操作者將一個４μｍ長、100ｎｍ（納米）粗細的碳納米管準確移動到一個刻好的溝槽里。據(jù)介紹，由重慶科研人員開發(fā)的這種名為“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”的納米機器人醫(yī)生已經(jīng)是第二次被列入國家“863計劃”，前一次獲得了該計劃500萬元基金支持，并于2004年獲得“863計劃”專家組驗收，但這種機器人目前還只能鉆進人的肚子里通過傳輸圖像“瞧病”，還沒有治病的本事。參考文獻

[1]姜忠義 納米生物技術(shù)【M】 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2003

第五篇：機器人設(shè)計論文

綠化植樹機器人設(shè)計

摘要：

這個機器人是針對大量綠色植樹而設(shè)計的，利用機械四足作為其活動方式，機器人通過視頻識別系統(tǒng)在有限范圍內(nèi)對地形與植被作出判斷，然后通過自動行走系統(tǒng)移動到目標地點前面，再通過機械手取出攜帶的植物幼苗，通過這個可以360度旋轉(zhuǎn)的機械臂進行種植工作，機械臂可以進行種植、培土、等工作。種植完成后還將用一層可分解的塑料薄膜覆蓋植物幼苗，保證其在能夠自行成長前的安全。

關(guān)鍵詞：

綠化植樹、四足行走、山坡作業(yè)、視頻識別、機械臂操作

設(shè)計背景：

地球現(xiàn)在正面臨著綠色植被在不斷減少的危機，而人類也因為這樣要面對日益嚴峻的環(huán)境問題。大量植樹還原綠色植被是一個相當重要的手段來解決這個難題，但是依靠人力去做的話，效率始終不夠高。所以在這里我想設(shè)計一個專門用于大作業(yè)量的綠化植樹機器人。

設(shè)計思路：

這個機器人，是需要面對山坡這樣的陡峭地形的，由于特殊的使用環(huán)境，機器人的活動方式要求能夠靈活的應(yīng)對顛簸不平的土地，機械四足需要能夠根據(jù)不同的地勢調(diào)整四足的高度，確保平穩(wěn)的行走，這種活動方式才能使機器人輕松到達山崖大部分位置。移動起來必須十分的輕巧，以避免對其他植物的傷害。由于這個機器人對視頻識別有著較高的要求，所以必須在這方面有所突破，同時當發(fā)現(xiàn)有雜草或者有害植物的時候，還可以通過高溫蒸汽將其殺死，來保證種植的植物幼苗的生長。360度旋轉(zhuǎn)的機械臂可以保證種植過程的順利進行。

詳細具體設(shè)計方案：

一． 整體結(jié)構(gòu)：

1.整個機器人分成上下兩大部分，上部分是機械手臂，主要實現(xiàn)機器人的整個種植操作，下部是機器人的機身和四足，包括：植物幼苗存放倉、紅外線距離測量儀、攝像頭、電腦處理系統(tǒng)。

2.機器人是通過電力驅(qū)動的，所以必須攜帶儲電池，也是安裝在機身。二． 中央處理系統(tǒng)：

機器人的機身將安裝一個中央處理系統(tǒng)，作為機器人的大腦，它主要調(diào)節(jié)機器人三大系統(tǒng)：機械四足行走系統(tǒng)、機器人視覺系統(tǒng)、機械臂控制系統(tǒng)。中央處理系統(tǒng)要接收和分析紅外線距離測量儀、攝像頭、機械臂傳感器等反饋信息，以及控制四足的行進系統(tǒng)、機械臂操作等。三． 機械四足行走系統(tǒng)： 1.機械四足的形狀：

一開始的時候，我曾經(jīng)很困惑于如何把握行走穩(wěn)定與行走速度之間的平衡，后來設(shè)想出仿人類四肢的關(guān)節(jié)加上圓形的腳盤這個方案，總體感覺可以滿足行走的需要。2.如何實現(xiàn)行進：

參考了機械小狗的設(shè)計，將機械四足連接在機器人的中央處理系統(tǒng)而成為一個整體，接受中央處理系統(tǒng)的控制。每次改變一個機械足的位置，實現(xiàn)整個機器人的行

走。

3.如何保持位置穩(wěn)定：

在機器人機身安裝有3個紅外線距離探測器，當機器人識別到了目標之后，三個探測器同時從3個方向測量其與目標的實時距離，這樣就可以確定機器人和目標的相對三維位置。確定了相對位置之后，將數(shù)據(jù)傳送給中央處理系統(tǒng)。再次調(diào)節(jié)四足關(guān)節(jié)處的角度以及腳盤關(guān)節(jié)處的角度，讓機器人可以平穩(wěn)的站立。四． 機器人視覺系統(tǒng)：

1.識別原理：

當機器從人移動到距離目標五米范圍內(nèi)，就開始識別目標的過程了。負責(zé)識別目標地點的攝像頭就安裝在機身上。

識別的工作原理是根據(jù)環(huán)境顏色和形狀的不同作判斷，再通過視頻攝像和經(jīng)過中央處理系統(tǒng)程序計算識別出來的。2.攝像頭要求：

由于工作需要，攝像頭的視角范圍必須足夠大。因此攝像頭的形狀設(shè)計為圓球形，好像眼球一樣可以轉(zhuǎn)動。

五． 機械臂夾持系統(tǒng)：

當目標已經(jīng)識別出來之后就應(yīng)該開始收集工作了。這個機器人的收集垃圾的工作是通過外夾式機械臂來完成的。1.手指類型：結(jié)合課堂知識，機械臂的手指類型選擇是由被握持物件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)的不同而決定的。由于這個機器人針對的目標是裝有植物幼苗的器皿，因此機械手指的設(shè)計采用針對圓柱形物件的特殊中空手指，你也可以說沒有手指，可以直接將圓柱狀的幼苗器皿卡住，種入泥土中。另外內(nèi)面將采用柔性材料鑲襯橡膠來增加摩擦力。

2.驅(qū)動裝置：采用直流伺服電機驅(qū)動機械臂的各個關(guān)節(jié)。3.除草系統(tǒng)：通過識別系統(tǒng)識別出雜草或者有害植物的時候，還可以通過手臂中的高溫蒸汽將其殺死，來保證種植的植物幼苗的生長。

六． 植物幼苗存放倉：

植物幼苗存放倉將安裝在機器人機身上部，以輕型塑料制作，為倉盒狀，可以有透明的材料遮擋惡劣的天氣環(huán)境。倉的下部安裝有平衡測試儀器，防止裝幼苗的時候由于重心變化而導(dǎo)致機身傾斜。七． 可能遇到的實際問題：

這只是一個機器人的理論設(shè)計而已，我也想到了一些實際上可能遇到的問題，比如：具體的行走效率有多高？遇到坡度太大的地形，如何保證安全的攀登上去？機器人是采用電力驅(qū)動的，但電池的體積和質(zhì)量都不能太大，如何可以保證電力的持久供給？

簡易設(shè)計圖：