第一篇:機(jī)器人研究進(jìn)展之我見
機(jī) 器 人 研 究 進(jìn) 展
院系:班級:姓名:學(xué)號:
機(jī)器人研究進(jìn)展
(一)機(jī)器人定義
機(jī)器人(Robot)是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮,又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序,也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作,例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè),或是危險(xiǎn)的工作。
它可以說是高級整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。目前在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。
現(xiàn)在,國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來,人們都可以接受這種說法,即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給機(jī)器人下的定義:“一種可編程和多功能的,用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī);或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。
(二)機(jī)器人的研究進(jìn)展
機(jī)器人的研究從一開始就是擬人化的,所以才有機(jī)械手、機(jī)械臂的開發(fā)與制作,也是為了以機(jī)械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險(xiǎn)。但近十幾年來,機(jī)器人的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化,而且涵蓋了許多領(lǐng)域,應(yīng)用的范疇十分廣闊。
1、可以假亂真的“女”機(jī)器人亮相世博會
05年6月9日,日本大阪大學(xué)的一名教授(右)在愛知世博會上調(diào)試一個(gè)仿真機(jī)器人。這個(gè)“女性”機(jī)器人不僅外表酷似真人,還能模仿播音員講話,同時(shí)頭部、上肢和上身能活動(dòng)?!拔队X”機(jī)器人亮相世博會
新華網(wǎng)東京6月10日電(記者何德功)世界首個(gè)“味覺”機(jī)器人9日在日本愛知世博會亮相,這款機(jī)器人能夠準(zhǔn)確辨別出數(shù)十種食物。
據(jù)《富士產(chǎn)經(jīng)商報(bào)》9日報(bào)道,這款“味覺”機(jī)器人由日本電氣公司和三重大學(xué)聯(lián)合開發(fā)。雖然名為“味覺”機(jī)器人,但它辨別食物并不是通過食物的味道,而是通過不同食物特有的“紅外指紋”。
不同食物反射紅外線的能力不同,并因此形成各自獨(dú)有的“紅外指紋”?!拔队X”機(jī)器人的左手尖安裝有紅外線探測裝置,能夠獲取所“品嘗”食物的“紅外指紋”。經(jīng)過與數(shù)據(jù)庫資料的對比后,就可以判斷食物的名稱。專家認(rèn)為,“味覺”機(jī)器人用途廣泛,可以用類似技術(shù)開發(fā)智能冰箱等新型家電產(chǎn)品。
2、日本愛知世界博覽會展覽會游泳的機(jī)器人
6月9日,在日本愛知世界博覽會機(jī)器人展覽中,由日本三菱重工業(yè)公司研制的魚形機(jī)器人吸引了不少觀眾。該款機(jī)器人長1米、重25公斤,可在水中自主游動(dòng)。三菱重工1999年曾研制出兩種魚造型的機(jī)器人
3、山東省動(dòng)物機(jī)器人研究獲突破
“動(dòng)物機(jī)器人”又稱“機(jī)器人動(dòng)物”或“智能動(dòng)物”,即用人工電信號控制動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng),使動(dòng)物變成“機(jī)器人式”的動(dòng)物。山東科大剛剛完成的這組實(shí)驗(yàn),就是用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生具有一定規(guī)律的電信號編碼,通過植入大白鼠腦內(nèi)的數(shù)根微電極將這些電信號施加到具有特定功能的神經(jīng)核團(tuán),從而使大白鼠在神經(jīng)核團(tuán)的控制下實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)等特定動(dòng)作。
(三)機(jī)器人的未來發(fā)展
未來的機(jī)器人將會朝著三個(gè)方面發(fā)展:
一、與人類社會的生活更為密切地結(jié)合起來,以為人作出更多的服務(wù)作為要素
二十年后,家中掃除、清潔的工作或老人的護(hù)理保健的工作可能全由機(jī)器人取代。美國舊金山的醫(yī)院已開始使用機(jī)器人為病人送藥、配藥的服務(wù)。美國的阿伊機(jī)器人公司的總裁接受媒體采訪時(shí)表示,該公司生產(chǎn)的家用大掃除機(jī)器人產(chǎn)品,2002年只有一百二十萬美元銷售額,到2004年已猛增10倍以上。還有,家居的全自動(dòng)化,無需駕駛的自動(dòng)汽車,等等,實(shí)在無法一一計(jì)數(shù)或作出預(yù)計(jì)。
二、仿生性,生物性的大趨向
以趣味性、生物性來制造機(jī)器狗、貓、魚等動(dòng)物。譬如日本三菱重工附屬公司Ryomei Engineering研制成功的金色機(jī)械魚“金魚虎”長1公尺,重25公斤,是一只不小的巨魚,能自動(dòng)暢游于水中,可協(xié)助監(jiān)察橋梁的保安和搜集魚汛的情況,監(jiān)視河水污染等。索尼公司研制的Aibo機(jī)器狗會對主人聲音有情緒反應(yīng),已能夠模仿喜怒哀樂和恐懼等情緒,將來可出現(xiàn)代替真正導(dǎo)盲犬的機(jī)器狗。另外,電影《侏羅紀(jì)公園》的恐龍機(jī)器人等也是例子。這類仿生性機(jī)器人還被廣泛用于軍事上的偵察救險(xiǎn)、情報(bào)傳送,甚至殺敵于無形的手段上去。美國夏威夷大學(xué)設(shè)有水下機(jī)器人研究中心,已具相當(dāng)規(guī)模。今年八月初俄羅斯迷你潛艇在海底為漁網(wǎng)所纏,困于190米下的深海,就得助于英國的“天蝎”號救援艇之助而脫險(xiǎn)的,“天蝎”號就是海底機(jī)器人。
三、最重要的發(fā)展是人性化
日本舉行的萬國博覽會,被稱為機(jī)器人的大集合之展覽會,有人甚至將之稱作“機(jī)器人萬國博覽會”,從中亦可看出日本的這一產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢及成果。在展場中,接待處、大會清掃工作、警備工作等,多以機(jī)器人的形式出現(xiàn)與取替。博覽會期間還舉辦多項(xiàng)人與機(jī)器人有關(guān)的活動(dòng),其中最引人注目的還是人工智能及人性化的機(jī)器人的表演,譬如接待處的一位女性機(jī)器人能聽、說六國語言,而且說話時(shí)眼、嘴皆會動(dòng),面部肌肉也有活動(dòng)。造型奇特有趣的高爾夫球機(jī)器人“坎迪—5”,它內(nèi)置整個(gè)高爾夫球場的3D地形和球會會員的資料,并設(shè)置有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),能作360度自如旋轉(zhuǎn),它的系統(tǒng)將愈加精密,并更具人性化,科學(xué)家預(yù)計(jì)在2020年完成其全部制作時(shí),它可充當(dāng)球僮并可從旁給予擊球建議。此外,尚有具“視覺”、“味蕾”的機(jī)器人,它的紅外線測定可以對食物及飲品的成份、含量馬上作出判定,譬如將一只蘋果擺在其手臂前,可以打印出該只蘋果的糖份、維生素含量等。最引人注目的是機(jī)器人管樂隊(duì)的演奏,以機(jī)器人演奏真正的樂器,而且隊(duì)形不斷變換,演奏技術(shù)臻于上乘。東京大學(xué)于今年八月公布已開發(fā)出人的仿真性皮膚,可如人一樣感受冷熱、痛楚、溫度反應(yīng),甚至一些人的皮膚未具有的功能都可以設(shè)定,這對仿造機(jī)器人的生命性又是一大進(jìn)步。凡此種種,不一而足。
我國的機(jī)器人研發(fā)工作基本上屬于科學(xué)研究的項(xiàng)目,據(jù)說,中國科學(xué)院目前已造出說話時(shí)嘴唇能夠活動(dòng)、眼睛能轉(zhuǎn)動(dòng)、具視覺功能的機(jī)器人,其水準(zhǔn)可媲美日本同行其實(shí),機(jī)器人的制作絕對并非只是液壓機(jī)械與電子產(chǎn)品的混成物,要將機(jī)器人造得越來越有人性化,就要兼及生命醫(yī)學(xué)、傳感、光學(xué)及創(chuàng)造性的文化產(chǎn)業(yè)等方面,比如機(jī)器人的關(guān)節(jié)就需要研究中醫(yī)的經(jīng)絡(luò)學(xué)、生物學(xué)上的神經(jīng)刺激反應(yīng)以及文化產(chǎn)品的某種造型特征(其中很重要的是民族特征的外表)等等。英國的科學(xué)家甚至預(yù)言,到2020年,隨著機(jī)器人愈來愈精密和使用有機(jī)零件制造,它們將會受到“機(jī)器人權(quán)”的保護(hù)。
(四)總結(jié)
世界上先進(jìn)的工業(yè)化國家都十分注重機(jī)器人的研究開發(fā)、實(shí)用化及事業(yè)化(產(chǎn)業(yè)化)的動(dòng)向,投入大量的資金、人力,優(yōu)化環(huán)境及指標(biāo),特別是重視培養(yǎng)年輕一輩對此一未來科學(xué)的興趣,吸引他們的投入,以形成人材梯隊(duì),鍛造出新的產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,未來的機(jī)器人將更加智能化。機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果,代表了高技術(shù)的發(fā)展前沿,它在人類生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大正引起國際上重新認(rèn)識機(jī)器人技術(shù)的作用和影響。
第二篇:工業(yè)機(jī)器人的研究進(jìn)展
工業(yè)機(jī)器人的研究進(jìn)展
工業(yè)機(jī)器人是廣泛適用的能夠自主動(dòng)作,且多軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備。它們在必要情況下配備有傳感器,其動(dòng)作步驟包括靈活的,轉(zhuǎn)動(dòng)都是可編程控制的(即在工作過程中,無需任何外力的干預(yù))。它們通常配備有機(jī)械手、刀具或其他可裝配的的加工工具,以及能夠執(zhí)行搬運(yùn)操作與加工制造的任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時(shí)間作業(yè),或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè),例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡單裝配等工序上,以及在原子能工業(yè)等部門中,完成對人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。
20世紀(jì)50年代末,美國在機(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上,采用伺服機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制等技術(shù),研制出有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作裝置,并將其稱為工業(yè)機(jī)器人;60年代初,美國研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人,并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用;1969年,美國通用汽車公司用21臺工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車車身的自動(dòng)生產(chǎn)線。此后,各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。
由于工業(yè)機(jī)器人具有一定的通用性和適應(yīng)性,能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn),70年代起,常與數(shù)字控制機(jī)床結(jié)合在一起,成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。
工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu),包括臂部、腕部和手部,有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3~6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度,其
中腕部通常有1~3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu),用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作;控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號,并進(jìn)行控制。那么工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用背景都有哪些呢?自從1959年,美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人,取名“尤尼梅遜”.后。經(jīng)過四十多年的發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中,尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中,工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中,機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高,機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大,已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè),進(jìn)而推廣到諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人等各種非制造行業(yè)。此外,在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來越多,如無人偵察機(jī)(飛行器)、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用實(shí)例。機(jī)器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。
工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研究經(jīng)歷了艱難的過程和歷史,它濃縮了人們智慧的結(jié)晶!機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機(jī)器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史。人類希望制造一種像人一樣的機(jī)器,以便代替人類完成各種工作。西周時(shí)期,我國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人,這是我國最早記載的機(jī)器人。春秋后期,我國著名的木匠魯班,在機(jī)
械方面也是一位發(fā)明家,據(jù)《墨經(jīng)》記載,他曾制造過一只木鳥,能在空中飛行“三日不下”,體現(xiàn)了我國勞動(dòng)人民的聰明智慧。
1662年,日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)器玩偶,并在大阪的道頓堀演出。1738年,法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨,它會嘎嘎叫,會游泳和喝水,還會進(jìn)食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機(jī)械化而進(jìn)行醫(yī)學(xué)上的分析。19世紀(jì)中葉自動(dòng)玩偶分為2個(gè)流派,即科學(xué)幻想派和機(jī)械制作派,并各自在文學(xué)藝術(shù)和近代技術(shù)中找到了自己的位置。在機(jī)械實(shí)物制造方面,1893年摩爾制造了“蒸汽人”,“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動(dòng)雙腿沿圓周走動(dòng)。進(jìn)入20世紀(jì)后,機(jī)器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關(guān)心與支持,一些適用化的機(jī)器人相繼問世,1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個(gè)機(jī)器人“電報(bào)箱”,并在紐約舉行的世界博覽會上展出。它是一個(gè)電動(dòng)機(jī)器人,裝有無線電發(fā)報(bào)機(jī),可以回答一些問題,但該機(jī)器人不能走動(dòng)。1959年第一臺工業(yè)機(jī)器人(可編程、圓坐標(biāo))在美國誕生,開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。
現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期,其技術(shù)背景是計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化的發(fā)展,以及原子能的開發(fā)利用。自1946年第一臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世以來,計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步,向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。
1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念,并申請了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié),利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教,機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?,F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型(示教再現(xiàn))是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相似,但外形特征迥異,主要由類似人的手和臂組成。1965年,MIT的Roborts演示了第一個(gè)具有視覺傳感器的、能識別與定位簡單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。1967年日本成立了人工手研究會(現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會),同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會。1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會議。1970年以后,機(jī)器人的研究得到迅速廣泛的普及。1973年,辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人,它是液壓驅(qū)動(dòng)的,能提升的有效負(fù)載達(dá)45公斤。到了1980年,工業(yè)機(jī)器人才真正在日本普及,故稱該年為“機(jī)器人元年”。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展,使機(jī)器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提高,移動(dòng)機(jī)器人和機(jī)器人的視覺和觸覺等技術(shù)就是典型的代表。由于這些技術(shù)的發(fā)展,推動(dòng)了機(jī)器人概念的延伸。80年代,將具有感覺、思考、決策和動(dòng)作能力的系統(tǒng)稱為智能機(jī)器人,這是一個(gè)概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導(dǎo)了機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用,而且又賦予了機(jī)器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間,水下機(jī)器人、空間機(jī)器人、空中機(jī)器人、地面機(jī)器人、微小型機(jī)器人等各種用途的機(jī)器人相繼問世,許多夢想成為了現(xiàn)實(shí)。將機(jī)
器人的技術(shù)(如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等)擴(kuò)散和滲透到各個(gè)領(lǐng)域形成了各式各樣的新機(jī)器——機(jī)器人化機(jī)器。
目前國內(nèi)外所研究的工業(yè)機(jī)器人都有哪些分類呢?從機(jī)器人的用途來分,可以分為兩大類:一軍用機(jī)器人:1地面軍用機(jī)器人2無人機(jī)3水下機(jī)器人4空間機(jī)器人和二民用機(jī)器人:1服務(wù)機(jī)器人2娛樂機(jī)器人3累人機(jī)器人4農(nóng)業(yè)機(jī)器人!
地面機(jī)器人:地面機(jī)器人主要是指智能或遙控的輪式和履帶式車輛.地面軍用機(jī)器人又可分為自主車輛和半自主車輛。自主車輛依靠自身的智能自主導(dǎo)航,躲避障礙物,獨(dú)立完成各種戰(zhàn)斗任務(wù);半自主車輛可在人的監(jiān)視下自主行使,在遇到困難時(shí)操作人員可以進(jìn)行遙控干預(yù)。無人機(jī):科學(xué)技術(shù)先進(jìn),國力較強(qiáng),因而80多年來,世界無人機(jī)的發(fā)展基本上是以美國為主線向前推進(jìn)的。水下機(jī)器人:水下機(jī)器人分為有人機(jī)器人和無人機(jī)器人兩大類:有人潛水器機(jī)動(dòng)靈活,便于處理復(fù)雜的問題,擔(dān)任的生命可能會有危險(xiǎn),而且價(jià)格昂貴。無人潛水器就是人們所說的水下機(jī)器人,“科夫”就是其中的一種。它適于長時(shí)間、大范圍的考察任務(wù),近20年來,水下機(jī)器人有了很大的發(fā)展,它們既可軍用又可民用??臻g機(jī)器人:空間機(jī)器人是一種低價(jià)位的輕型遙控機(jī)器人,可在行星的大氣環(huán)境中導(dǎo)航及飛行。為此,它必須克服許多困難,例如它要能在一個(gè)不斷變化的三維環(huán)境中運(yùn)動(dòng)并自主導(dǎo)航,幾乎不能夠停留,必須能實(shí)時(shí)確定它在空間的位置及狀態(tài),要能對它的垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制,要為它的星際飛行預(yù)測及規(guī)劃路徑。
服務(wù)機(jī)器人:服務(wù)機(jī)器人是一種可自由編程的移動(dòng)裝置,它至少應(yīng)有三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸,可以部分地或全自動(dòng)地完成服務(wù)工作。這里的服務(wù)工作指的不是為工業(yè)生產(chǎn)物品而從事的服務(wù)活動(dòng),而是指為人和單位完成的服務(wù)工作。娛樂機(jī)器人:娛樂機(jī)器人以供人觀賞、娛樂為目的,具有機(jī)器人的外部特征,可以像人,像某種動(dòng)物,像童話或科幻小說中的人物等。同時(shí)具有機(jī)器人的功能,可以行走或完成動(dòng)作,可以有語言能力,會唱歌,有一定的感知能力。類人機(jī)器人:研制出外觀和功能與人一樣的機(jī)器人是科學(xué)家們夢寐以求的愿望,也是他們不懈追求的目標(biāo)。農(nóng)業(yè)機(jī)器人:由于機(jī)械化、自動(dòng)化程度比較落后,“面朝黃土背朝天,一年四季不得閑”成了我國農(nóng)民的象征。但近年農(nóng)業(yè)機(jī)器人的問世,有望改變傳統(tǒng)的勞動(dòng)方式。在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的方面,目前日本居于世界各國之首。
當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢主要有:1 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高度、高精度、高可靠性、便于操作和維修),而單機(jī)價(jià)格不斷下降。2 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化;有關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人。3 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展,便于標(biāo)準(zhǔn)化,網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高,控制柜日漸小巧,采用模塊化結(jié)構(gòu),大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。4 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟
應(yīng)用。5 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一,紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。
總體趨勢是,從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移,從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)?靈活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實(shí)際動(dòng)作功能的智能化系統(tǒng)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來越靈巧,控制系統(tǒng)愈來愈小,其智能也越來越高,并正朝著一體化方向發(fā)展。
第三篇:我國機(jī)器人發(fā)展戰(zhàn)略之我見
我國機(jī)器人發(fā)展戰(zhàn)略之我見
一、機(jī)器人在教育領(lǐng)域的應(yīng)用
作為一名職業(yè)學(xué)校的機(jī)械專業(yè)老師,我認(rèn)為在日常教學(xué)中可以使用許多輔助教學(xué)的機(jī)器人,智能化是信息化發(fā)展的潮流,機(jī)器人又是同學(xué)們的最愛,而把適合于學(xué)生學(xué)習(xí)掌握的智能機(jī)器人引入教學(xué)中,不僅能夠打破課堂上單一的學(xué)習(xí)軟件使用與操作的現(xiàn)狀,更是豐富了教學(xué)內(nèi)容、拓展教學(xué)手段。譬如,在理論教學(xué)中,我們可以設(shè)計(jì)和開發(fā)像iPhone手機(jī)中的Siri功能一樣的智能機(jī)器人老師,學(xué)生可以在課堂上進(jìn)行自主學(xué)習(xí),通過對Siri的提問和查找資料,完成學(xué)習(xí)任務(wù),最終再通過智能機(jī)器人老師的考核,達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。如果研發(fā)出智能機(jī)器人老師,我覺得首先將會大大減少一個(gè)老師帶四五十個(gè)學(xué)生這種效率不高的傳統(tǒng)教學(xué)方式的壓力,其次教師可以從大局上把握教學(xué)過程的控制,導(dǎo)入教學(xué)和教學(xué)過程皆可以由學(xué)生自主的借助智能機(jī)器人老師完成,這樣也可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的獨(dú)立性。
在職業(yè)學(xué)校實(shí)習(xí)教學(xué)中,教師既要進(jìn)行講解還要在機(jī)床上進(jìn)行示范操作,由于學(xué)生人數(shù)眾多,不能保證所有學(xué)生都能清晰的看到教師的示范操作,如果能夠設(shè)計(jì)出代替教師示范的機(jī)器人,就可以讓多個(gè)機(jī)器人站在多臺機(jī)床邊,讓他們按照教師的要求示范,教師則負(fù)責(zé)講述,這樣就可以讓學(xué)生全方位觀察機(jī)床的使用操作。在機(jī)械加工的安全教學(xué)問題上,如果有了機(jī)器人,可以創(chuàng)造一種實(shí)驗(yàn)場所,把一些在生產(chǎn)中會出現(xiàn)的安全問題,讓機(jī)器人代替我們進(jìn)行一些破壞性的實(shí)驗(yàn),而讓學(xué)生親自觀看試驗(yàn)情況,這會對學(xué)生在安全生產(chǎn)中有很大的警示作用,必然比口頭強(qiáng)調(diào)的效果更為突出。
任何事物的出現(xiàn),都必然有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。所以也要意識到在教學(xué)中引入智能機(jī)器人要注意“度”的把握,智能機(jī)器人老師不可以代替人類老師,因?yàn)楫吘箾]有達(dá)到真正人類老師的智能化程度,所以在引入智能機(jī)器人老師教學(xué)的初級階段,仍然要把他當(dāng)做為一種教學(xué)工具,不能完全代替教師,只能代替教師完成簡單和重復(fù)的教學(xué)環(huán)節(jié),不可再重復(fù)建構(gòu)主義的路途。
此外,本人認(rèn)為智能化機(jī)器人將會在未來社會發(fā)展成為一種潮流和趨勢,這種趨勢是必然的,而到那個(gè)時(shí)候,各行各業(yè)都會因?yàn)橹悄軝C(jī)器人的出現(xiàn)而出現(xiàn)變
革,如同計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)改變?nèi)祟惿詈蜕a(chǎn)一樣,智能機(jī)器人則是下一個(gè)神話的締造者。識時(shí)務(wù)者為俊杰,作為教師的我們應(yīng)該有這種長遠(yuǎn)的眼光,今后一定要努力創(chuàng)造和緊緊把握接觸學(xué)習(xí)機(jī)器人知識的機(jī)會!根據(jù)當(dāng)前服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展熱點(diǎn),選擇了教育機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人和家庭清潔機(jī)器人三大子領(lǐng)域,簡要介紹國內(nèi)外主要廠商及代表產(chǎn)品。
教育機(jī)器人主要是應(yīng)用于機(jī)器人競賽和課堂教學(xué)。國內(nèi)外教育機(jī)器人的設(shè)計(jì)與應(yīng)用活動(dòng)豐富多彩。目前, 全球每年有一百多項(xiàng)機(jī)器人競賽, 參加人員從小學(xué)生、中學(xué)生、大學(xué)生、研究生到研究者。國際上主要的機(jī)器人競賽有: 國際機(jī)器人奧林匹克競賽、FLL機(jī)器人世錦賽、機(jī)器人世界杯足球賽等。我國每年有幾十到上百支代表隊(duì)參加這些國際競賽活動(dòng)。我國教育部門也在政策上加以引導(dǎo), 積極把教育機(jī)器人引入課堂教學(xué)。各地的重點(diǎn)中小學(xué)中均開展了機(jī)器人興趣小組活動(dòng), 有條件的地方甚至己經(jīng)開始在學(xué)生中全面開展機(jī)器人教育。北京、上海、廣東、浙江、江蘇、湖北等省市已經(jīng)先后將教育機(jī)器人納入地方課程。在機(jī)器人教育活動(dòng)積極開展的同時(shí), 對于教育機(jī)器人基礎(chǔ)開發(fā)平臺的研究也得到了蓬勃發(fā)展。國內(nèi)外出現(xiàn)不少相關(guān)產(chǎn)品。國外產(chǎn)品如丹麥樂高公司的RCX課堂機(jī)器人、美國General Robotics 公司的RB5X教育機(jī)器人、德國慧魚集團(tuán)(FISCHER)的創(chuàng)意組合模型等。國內(nèi)有上海未來伙伴機(jī)器人有限公司的能力風(fēng)暴機(jī)器人、北京通用依耐特技術(shù)開發(fā)有限公司的通用ROBOT教學(xué)機(jī)器人等,此外,南京紫光科教儀器有限公司、廣州中鳴數(shù)碼科技有限公司等在業(yè)界也有一定的知名度。
1、丹麥樂高(LEGO)公司
樂高(LEGO)公司創(chuàng)辦于丹麥,至今已有78年的發(fā)展歷史。樂高公司是世界著名的玩具制造商,其銷量始終列于世界十大玩具之列。目前樂高積木走俏全世界,在130多個(gè)國家里占有市場。樂高RCX課堂機(jī)器人是一款優(yōu)秀的科技教育產(chǎn)品。這一獨(dú)創(chuàng)性的教育工具是由美國麻省理工大學(xué)、美國TUFTS大學(xué)、樂高公司和美國國家儀器公司共同開發(fā)研制的。它將模型搭建和計(jì)算機(jī)編程有效地結(jié)合在一起, 使孩子們能夠設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人,在計(jì)算機(jī)上編寫程序,然后通過算機(jī)相連的紅外發(fā)射器將程序下載到機(jī)器人的大腦—RCX微型電腦中。啟動(dòng)RCX的開關(guān),機(jī)器人就可以完全脫離計(jì)算機(jī),按下載程序的指令獨(dú)立運(yùn)動(dòng)起來。例如,通過使用光電傳感器,學(xué)生可以讓機(jī)器人沿著一定的路線前進(jìn)或繞某一物體轉(zhuǎn)動(dòng) 2
或是藏在暗處等。
2、美國General Robotics公司
RB5X是一個(gè)專供教學(xué)使用的全智慧教學(xué)機(jī)器人,擁有完整的教案及教程,它由美國General Robotics 公司研制,主要用于輔助課堂教學(xué), 幫助學(xué)生鍛煉提高聽、說、讀、寫能力,學(xué)習(xí)學(xué)科知識、電腦知識。學(xué)生可經(jīng)過編程來控制RB5X說多國語言,讓它行走、旋轉(zhuǎn)、跳舞和撿拾物品。此外,RB5X具備各種感應(yīng)器(如聲納、觸覺感應(yīng)等)。利用RB5X可開展一系列活動(dòng)鍛煉學(xué)生的分析問題、解決問題、邏輯思維能力和培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。目前RB5X型教育機(jī)器人已被美國各州以及其他西方發(fā)達(dá)國家的中小學(xué)、初高中和大學(xué)普遍采用。
3、德國慧魚(FISCHER)集團(tuán)
德國慧魚(FISCHER)集團(tuán)總部座于德國南部黑森林的圖木嶺,創(chuàng)建于1948年。迄今為止,慧魚集團(tuán)在全球擁有33家全資子公司,全球化生產(chǎn)基地分別位于阿根廷、巴西、中國、德國、意大利、捷克和美國。1964年,慧魚創(chuàng)意組合模型(fischertechnik)誕生于德國,是技術(shù)含量很高的工程技術(shù)類智趣拼裝模型,是展示科學(xué)原理和技術(shù)過程的理想教具,也是體現(xiàn)世界最先進(jìn)教育理念的學(xué)具,為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供了最佳的載體?;埕~創(chuàng)意組合模型的主要部件采用優(yōu)質(zhì)尼龍塑膠制造,尺寸精確,不易磨損,可以保證反復(fù)拆裝的同時(shí)不影響模型結(jié)合的精確度;構(gòu)件的六面都可拼接,可實(shí)現(xiàn)隨心所欲的組合和擴(kuò)充?;埕~創(chuàng)意組合模型主要有組合包、培訓(xùn)模型、工業(yè)模型三大系列,涵蓋了機(jī)械、電子、控制、氣動(dòng)、汽車技術(shù)、能源技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域和高新學(xué)科,體現(xiàn)不同學(xué)科知識點(diǎn)的各種組合包,不僅可以應(yīng)用于中小學(xué)各個(gè)年級學(xué)科教學(xué)、還可以用于大學(xué)不同專業(yè)以及研究生工程實(shí)驗(yàn)和技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)。通過慧魚模型的使用,不僅可以讓孩子將多學(xué)科多領(lǐng)域的綜合知識融會貫通于實(shí)踐過程中,更重要的是培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
4、上海未來伙伴機(jī)器人有限公司
上海未來伙伴機(jī)器人有限公司成立于1996年,是全球第一家專業(yè)從事伙伴機(jī)器人業(yè)務(wù)的尖端技術(shù)企業(yè)。1998年,公司面向全球率先發(fā)布第一臺教育機(jī)器人產(chǎn)品,經(jīng)過十多年發(fā)展,公司已成為全球教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的開拓者與領(lǐng)導(dǎo)者。2005年,未來伙伴成功研制了中國第一臺戰(zhàn)術(shù)移動(dòng)機(jī)器人,從此正式進(jìn)入公共 3
安全領(lǐng)域,開始為政府提供高穩(wěn)定性反恐排爆機(jī)器人,目前是中國便攜式排爆機(jī)器人的開拓者與領(lǐng)域者。目前,公司擁有五大機(jī)器人品牌:能力風(fēng)暴/能力源/進(jìn)化力/創(chuàng)新核/龍衛(wèi)士,產(chǎn)品涵蓋機(jī)器人競賽、創(chuàng)新教育、機(jī)器人技術(shù)研究、反恐、家用等領(lǐng)域。其中,能力風(fēng)暴機(jī)器人主要有AS-MII系列、AS-ET系列、AS-MF系列以及VJC軟件編程系統(tǒng)。AS-MII是專門為中小學(xué)機(jī)器人教育而開發(fā)的新一代智能移動(dòng)機(jī)器人。圖形化交互式C語言(簡稱VJC)是用于該系列產(chǎn)品的軟件開發(fā)系統(tǒng), 具有基于流程圖的編程語言和交互式C語言(簡稱JC)。VJC為開發(fā)智能機(jī)器人項(xiàng)目、程序與算法、教學(xué)等提供了操作簡單而功能又強(qiáng)大的平臺。
5、北京市通用依耐特技術(shù)開發(fā)有限公司
北京市通用依耐特技術(shù)開發(fā)有限公司是致力于教育信息化產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售的高新科技企業(yè)。公司擁有一支研發(fā)、技術(shù)、銷售、服務(wù)為一體的高新技術(shù)隊(duì)伍。公司機(jī)器人事業(yè)部擁有國內(nèi)知名的機(jī)器人專家和專業(yè)的研發(fā)、設(shè)計(jì)和營銷人員。開發(fā)研制的通用ROBOT教學(xué)用機(jī)器人系列產(chǎn)品,用于普教、職教以及大學(xué)計(jì)算機(jī)語言、電子技術(shù)、單片機(jī)、機(jī)器人課程教學(xué),課外科普教育活動(dòng)以及相關(guān)競賽。該產(chǎn)品已通過中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會、中國教育學(xué)會中小學(xué)計(jì)算機(jī)教育專業(yè)委員會組織的專家鑒定。
6、南京紫光科教儀器有限公司
南京紫光科教儀器有限公司是國際機(jī)器人教育聯(lián)合會中國地區(qū)的事務(wù)局,也是中國青少年電腦機(jī)器人競賽組委會委員單位、國際機(jī)器人奧林匹克委員會會員單位。公司把先進(jìn)的教育理念引進(jìn)到中國,并在中國推廣青少年機(jī)器人教育計(jì)劃。公司在熱衷于科技創(chuàng)新的同時(shí),致力于社會科學(xué)的普及,倡導(dǎo)基礎(chǔ)素質(zhì)教育。公司提供的教育機(jī)器人系列作為中小學(xué)信息技術(shù)課程的一個(gè)很好的載體,正在被越來越多的學(xué)校所接受。其教育機(jī)器人系列產(chǎn)品主要有飛蟲(通過飛蟲翅膀的振動(dòng),掌握齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用;并通過尾巴的擺動(dòng)來學(xué)習(xí)伺服電機(jī)的應(yīng)用)、避障車(避障車是利用紅外傳感器來感應(yīng)周邊環(huán)境,遇到障礙物主動(dòng)避開的機(jī)器人。通過此機(jī)器人的學(xué)習(xí),可以使學(xué)生對紅外傳感器有一個(gè)感官的認(rèn)識)、叉車(叉車是模擬現(xiàn)實(shí)生活中叉車形狀,利用直流電機(jī)控制齒輪,齒輪帶動(dòng)齒條上下移動(dòng)的機(jī)器人。通過此機(jī)器人的學(xué)習(xí),使學(xué)生了解齒條的運(yùn)動(dòng)形式)、機(jī)器狗(機(jī)器狗是模仿寵物狗形狀的機(jī)器人,它利用三個(gè)紅外傳感器感應(yīng)信號,感應(yīng)到物體之后 4
便向感應(yīng)的方向進(jìn)攻、跟蹤),等等。
7、廣州中鳴數(shù)碼科技有限公司
廣州中鳴數(shù)碼科技有限公司是一家專門從事教學(xué)機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、實(shí)驗(yàn)機(jī)器人、仿生機(jī)器人產(chǎn)品研發(fā)的高科技企業(yè)。公司的產(chǎn)品涵蓋了從拼裝機(jī)器人的零件、學(xué)習(xí)套件到機(jī)器人玩具產(chǎn)品,相關(guān)服務(wù)包括了從機(jī)器人知識推廣、培訓(xùn)到舉辦相關(guān)的機(jī)器人競賽、展覽活動(dòng)。目前,廣州中鳴數(shù)碼公司擁有一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人產(chǎn)品,已成功研制并申請專利的產(chǎn)品有:積木式機(jī)器人,IQ系列智能機(jī)器甲蟲,15自由度6足機(jī)器獸,15自由度4足機(jī)器狗,6自由度機(jī)器手等最具代表性的機(jī)器人產(chǎn)品、學(xué)習(xí)套件以及控制軟件。這些產(chǎn)品體現(xiàn)了當(dāng)今科技的潮流和前瞻的意識,達(dá)到國內(nèi)外的領(lǐng)先技術(shù)水平。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于生活?yuàn)蕵?、青少年科技教育、機(jī)器人理論研究、機(jī)械人控制等各個(gè)領(lǐng)域。此外,公司為推進(jìn)機(jī)器人教育事業(yè)的普及,還向用戶提供相關(guān)專業(yè)化的培訓(xùn)服務(wù),包括:機(jī)器人教學(xué)課程設(shè)計(jì)、機(jī)器人工作室方案設(shè)計(jì)及建設(shè)、機(jī)器人競賽培訓(xùn)及指導(dǎo)和機(jī)器人課程校本教材的編寫等。
二、機(jī)器人的發(fā)展戰(zhàn)略
美、歐、日是工業(yè)機(jī)器人主要生產(chǎn)國家和地區(qū),掌握著大多數(shù)的核心技術(shù),德國庫卡、瑞典ABB、日本安川、發(fā)那科四大巨頭占據(jù)了全球一半的工業(yè)機(jī)器人市場。目前,美、德、日、韓等發(fā)達(dá)國家都已形成了各具特色的發(fā)展模式。美國模式的特點(diǎn)是整體研發(fā)設(shè)計(jì)與對外采購機(jī)器人本體相結(jié)合,重在系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用。德國模式的特點(diǎn)是一攬子“交鑰匙工程”,即機(jī)器人本體的生產(chǎn)和用戶所需要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造全由一家機(jī)器人廠商完成。日本模式的特點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)鏈整體推進(jìn),即以機(jī)器人本體及其零部件研發(fā)和生產(chǎn)為核心,由子公司或系統(tǒng)集成公司設(shè)計(jì)制造各行業(yè)所需要的機(jī)器人成套系統(tǒng)。韓國模式是采購與成套設(shè)計(jì)、集成相結(jié)合。機(jī)器人企業(yè)通常通過進(jìn)口關(guān)鍵零部件,自行設(shè)計(jì)、制造配套的外圍設(shè)備。
習(xí)近平總書記在今年的兩院院士大會講話中專門用一段話來論述機(jī)器人,充分體現(xiàn)了該領(lǐng)域?qū)?jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重大意義。機(jī)器人代表新的經(jīng)濟(jì)和生活形態(tài),是新型制造業(yè)的核心裝備,是人類生活的智能助手,其創(chuàng)新應(yīng)用正在推動(dòng)智能產(chǎn)業(yè)的興起。中國正處于“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展 經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級”的關(guān)鍵時(shí)期,發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對中國意義深遠(yuǎn)。
三、機(jī)器人的應(yīng)用前景和領(lǐng)域
研制機(jī)器人的最初目的是為了幫助人們擺脫繁重勞動(dòng)或簡單的重復(fù)勞動(dòng),以及替代人到有輻射等危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行作業(yè),因此機(jī)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(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展,工業(yè)領(lǐng)域的焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配、鑄造等場合,己經(jīng)開始大量使用機(jī)器人。另外在軍事、海洋探測、航天、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、林業(yè)甚到服務(wù)娛樂行業(yè),也都開始使用機(jī)器人。
從機(jī)器人的用途來分,可以分為兩大類:軍用機(jī)器人和民用機(jī)器人。軍用機(jī)器人主要用于軍事上代替或輔助軍隊(duì)進(jìn)行作戰(zhàn)、偵察、探險(xiǎn)等工作。根據(jù)不同的作戰(zhàn)空間可分為地面軍用機(jī)器人、空中軍用機(jī)器人(即無人飛行機(jī))在民用機(jī)器人中,各種生產(chǎn)制造領(lǐng)域中的工業(yè)機(jī)器人在數(shù)量上占絕對多數(shù),成為機(jī)器人家族中的主力軍;其它各種種類的機(jī)器人也開始在不同的領(lǐng)域得到研究開發(fā)和應(yīng)用??傮w看來,若按用途分,民用機(jī)器人可以分為以下幾個(gè)主要類別:
工業(yè)機(jī)器人:制造工業(yè)部門應(yīng)用機(jī)器人的主要目的在于削減人員編制和提高產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)器人無論是否與其它機(jī)器一起運(yùn)用,與傳統(tǒng)的機(jī)器相比,它具有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn):
1.生產(chǎn)過程的幾乎完全自動(dòng)化。2.生產(chǎn)設(shè)備的高度適應(yīng)能力。
機(jī)器人的工業(yè)應(yīng)用分為四個(gè)方面,即材料加工、零件制造、產(chǎn)品檢驗(yàn)和裝配。其中,材料加工往往是最簡單的。零件制造包括鍛造、點(diǎn)焊、搗碎和鑄造等。檢驗(yàn)包括顯式檢驗(yàn)(在加工過程中或加工后檢驗(yàn)產(chǎn)品表面圖像和幾何形狀、零件和尺寸的完整性)和隱式檢驗(yàn)(在加工中檢驗(yàn)零件質(zhì)量上或表面上的完整性)兩種。裝配是最復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域,因?yàn)樗赡馨牧霞庸ぁ⒃诰€檢驗(yàn)、零件供給、配套、劑壓和緊固等工序。在農(nóng)業(yè)方面,已把機(jī)器人用于水果和蔬菜嫁接、收獲、檢驗(yàn)與分類,剪羊毛和擠牛奶等。這是一個(gè)潛在的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。
在一些科幻影片、電視片或影碟中,多少具有外形的機(jī)器人常被用來協(xié)助或代替人去執(zhí)行人不樂意做或危險(xiǎn)和困難的任務(wù)。今天在現(xiàn)實(shí)生活中能夠看到的最接近于人類的機(jī)器人可能要算家用機(jī)器人了。家用機(jī)器人能夠清掃地板而不碰到家具。不過它的價(jià)格目前還較高,影響到它的推廣應(yīng)用。隨著家用機(jī)器人造價(jià)的大幅度降低,它將獲得日益廣泛的應(yīng)用。
服務(wù)機(jī)器人尚處于開發(fā)及普及的早期階段,目前國際上對它還沒有普遍承認(rèn)的嚴(yán)格定義,它的定義是由操作型工業(yè)機(jī)器人引伸而來的。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(IFR)采用的初步定義,所謂服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人,它完成的是有益于人類健康的服務(wù)工作,但不包括那些從事生產(chǎn)的設(shè)備。另一種定義把服務(wù)機(jī)器人看做一種可自由編程的移動(dòng)裝置,它至少有三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸,可以部分地或全自動(dòng)地完成服務(wù)工作。這些服務(wù)工作為個(gè)人或單位完成的,不指工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。
根據(jù)這個(gè)定義,操作型工業(yè)機(jī)器人也可以看作是服務(wù)機(jī)器人,如果它們裝備在非制造業(yè)的話。服務(wù)機(jī)器人往往是可以移動(dòng)的(并非總是移動(dòng)的)。在某些情況下,服務(wù)機(jī)器人是由一個(gè)移動(dòng)平臺構(gòu)成,在它上面裝有一只或幾只手臂,其控制方式與工業(yè)機(jī)器人手臂的控制方式相同。
服務(wù)機(jī)器人還有送信機(jī)器人、導(dǎo)游機(jī)器人、加油機(jī)器人、建筑機(jī)器人、農(nóng)業(yè)及林業(yè)機(jī)器人等。其中,爬壁機(jī)器人既可用于清潔,又可用于建筑。
中國作為亞洲第三大的工業(yè)機(jī)器人需求國,市場發(fā)展穩(wěn)定,汽車及其零部件制造仍然是工業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域,隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級不斷深入和國際制造業(yè)中心向中國的轉(zhuǎn)移,我國的機(jī)器人市場會進(jìn)一步加大,市場擴(kuò)展的速度也會進(jìn)一步提高。
近年來,我們在研究文化創(chuàng)造性產(chǎn)業(yè)時(shí),發(fā)現(xiàn)國外正在興起一個(gè)與文化產(chǎn)業(yè)、科學(xué)技術(shù)有緊密關(guān)系的未來產(chǎn)業(yè)——機(jī)器人的研究、開發(fā)及制造,參與者除了傳統(tǒng)從事學(xué)術(shù)研究的科技工作者、大學(xué)研究梯隊(duì)、企業(yè)產(chǎn)品的專門研究人員之外,更有一大批的青少年積極加入此一新興的科學(xué)技術(shù)新潮流之中。
中國工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過“七五”攻關(guān)計(jì)劃、“九五”攻關(guān)計(jì)劃和863計(jì)劃的支持已經(jīng)取得了較大進(jìn)展,工業(yè)機(jī)器人市場也已經(jīng)成熟,應(yīng)用上已經(jīng)遍及各行各業(yè),但進(jìn)口機(jī)器人占了絕大多數(shù)。我國在某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破,但還缺乏整體核心技術(shù)的突破,具有中國知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人則很少。目前我國機(jī)器人技術(shù)相當(dāng)于國外發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)80年代初的水平,特別是在制造工藝與裝備方面,不能生產(chǎn)高精密、高速與高效的關(guān)鍵部件。我國目前取得較大進(jìn)展的機(jī)器人技術(shù)有:數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)與裝備、隧道掘進(jìn)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)、工程機(jī)械智能化機(jī)器人相關(guān)技術(shù)、裝配自動(dòng)化機(jī)器人相關(guān)技術(shù)?,F(xiàn)已開發(fā)出金屬焊接、噴涂、澆鑄裝配、7
搬運(yùn)、包裝、激光加工、檢驗(yàn)、真空、自動(dòng)導(dǎo)引車等的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品,主要應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機(jī)械、家電等行業(yè)。
四、最有可能形成產(chǎn)業(yè)化的機(jī)器人種類和應(yīng)用形式
筆者認(rèn)為最有可能形成產(chǎn)業(yè)化的機(jī)器人種類分別為工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)用機(jī)器人以及服務(wù)機(jī)器人。
1、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用形式有:現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人主要用于汽車工業(yè)、機(jī)電工業(yè)(包括電訊工業(yè))、通用機(jī)械工業(yè)、建筑業(yè)、金屬加工、鑄造以及其它重型工業(yè)和輕工業(yè)部門。
2、醫(yī)用機(jī)器人研制用來為病人看病、護(hù)理病人和協(xié)助病殘人員康復(fù),能夠極大地改善傷殘疾病人員的狀態(tài),以及改善癱瘓者(包括下肢及四肢癱瘓者)和被截肢者的生活條件。醫(yī)用機(jī)器人已應(yīng)用于下列幾方面:
(1)診斷機(jī)器人,即配備有醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)的機(jī)器人
(2)護(hù)理機(jī)器人,是一些具有豐富護(hù)理經(jīng)驗(yàn)的機(jī)器人護(hù)士或護(hù)師。
(3)傷殘癱瘓康復(fù)機(jī)器人,包括假肢、矯形以及遙控等技術(shù)。
(4)家用機(jī)器人,機(jī)器人已開始進(jìn)入家庭和辦公室,用于代替人從事清掃、洗刷、守衛(wèi)、煮飯、照料小孩、接待、接電話、打印文件等。酒店售貨和餐廳服務(wù)機(jī)器人、炊事機(jī)器人和機(jī)器人保姆已不再是一種幻想。
(5)娛樂機(jī)器人,包括文娛歌舞和體育機(jī)器人。(6)醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人近年來有所突破。
3、服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人家族中的一個(gè)年輕成員,可以分為專業(yè)領(lǐng)域服務(wù)機(jī)器人和個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人,服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣,主要從事維護(hù)保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)等工作。
第四篇:聚氨酯研究進(jìn)展
聚氨酯樹脂的研究進(jìn)展
摘要:本文綜述了聚氨酯目前研究熱點(diǎn),其中包括氟硅改性、水性化、非異氰酸酯聚氨酯和聚氨酯納米復(fù)合材料的研究,指出了聚氨酯未來研究方向。
關(guān)鍵詞:聚氨酯;氟硅改性;水性;非異氰酸酯;納米復(fù)合材料
Research progress of polyurethane
Abstract:This article reviews the current research focus of polyurethane, including fluorine-modified, water-based, non-isocyanate polyurethane and polyurethane nano-composites, demonstrating future research directions of polyurethane.Keyword: polyurethane;fluorine-modified;non-isocyanate;nano-composites
引言
聚氨酯樹脂(PU)是一種重要的合成樹脂,它具有優(yōu)良的性能,如硬度范圍寬、強(qiáng)度高、耐磨、耐油、耐臭氧性能優(yōu)良,且具有良好的吸振,抗輻射和耐透氣性能,具有高拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率,良好的耐磨損性、抗撓曲性、耐溶劑性,而且容易成型加工,并具有性能可控的優(yōu)點(diǎn);它的產(chǎn)品形態(tài)多樣,如泡沫塑料、彈性體、涂料、膠黏劑、纖維素、合成革等;因此廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、建筑、機(jī)械、家具等諸多領(lǐng)域。
1.氟硅改性
氟硅改性聚氨酯是目前研究的熱點(diǎn)之一,氟硅具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu),其表面能較低,因此在成膜過程中向表面富集,可賦予改性聚合物涂膜優(yōu)良的耐水、耐油污、耐候、耐高低溫使用性能以及良好的機(jī)械性能。常有兩種: 一種方法是將含有羥基或胺基的硅氧烷樹脂或單體與二異氰酸酯反應(yīng),將有機(jī)硅氧烷引到水性聚氨酯中,利用硅氧烷的水解縮合交聯(lián)來改善聚氨酯的性能;另一種方法是在環(huán)氧硅氧烷作為后交聯(lián)劑引入到體系中,形成環(huán)氧交聯(lián)改性聚氨酯體系。Cheng(Cheng, Zhang et al.2005)等人基于聚丙二醇(PPG),聚醚接枝聚硅氧烷(PE-PSI),2,4丁二醇(BDO)合成一個(gè)新穎的硅氧烷改性聚氨酯(PE-PSI)。Luo(Luo, Huang et al.2010)等人基于異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI),以二端羥烷基聚[甲基-(3,3,3-三氟丙基)]硅氧烷(PMTFPS)為軟段,聚己內(nèi)酯(PCL)的混合軟段的基礎(chǔ)上,合成氟-硅氧烷改性聚氨酯系列。Linlin(Linlin, Xingyuan et al.2007)等以2,4-甲苯二異氰酸酯、二端羥丁基聚二甲基硅氧烷(DHPDMS)、聚四氫呋喃醚二醇、1,4-丁二醇為主要原料合成了系列的有機(jī)硅改性聚氨酯(Si-PU)。硅烷改性聚氨酯的研究十分活躍,以聚氨酯為主鏈通過硅烷封端改性,是一個(gè)重要的發(fā)展方向。Mahdi(Mahdi, Syed Z.Rochester Hills et al.2001)通過硅烷偶聯(lián)劑改性聚氨酯,提高了聚氨酯密封膠對玻璃的粘接性,而且不用底涂劑,甚至可膠接油漆面和有機(jī)物污染的表面。Sun, DX(Sun, Miao et al.2011)等用硅烷偶聯(lián)劑(SiCA)改性功能化的納米二氧化硅聚氨酯,提高其熱穩(wěn)定性、硬度、耐水性和耐候性。Xu(Xu, Lu et al.2011)等利用2-三氟甲基-4,4'-二氨基二苯醚合成了一系列含氟聚氨酯彈性體,性能測定結(jié)果表明含氟聚氨酯彈性體具有較低的表面張力,更好的疏水性、熱穩(wěn)定性、良好的機(jī)械性能和阻燃性能。
2.水性聚氨酯
20世紀(jì)60年代以來,溶劑型聚氨酯得到了廣泛的使用,然而有機(jī)溶劑使用時(shí)造成空氣污染,具有或多或少的毒性,水性聚氨酯以水為基本介質(zhì),具有不污染環(huán)境、節(jié)能、操作加工方便等優(yōu)點(diǎn),已受到人們的重視(仝鋒 2000;顏俊, 涂偉萍 et al.2001)。水性聚氨酯按照分散粒子是否帶電可分為離子型和非離子型, 而離子型水性聚氨酯按照聚氨酯主鏈上的帶電性質(zhì)又可分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型。LU(Lu, Tighzert et al.2005)等利用蓖麻油改性的水性聚氨酯與熱塑性淀粉共混,試驗(yàn)表明,兩者具有較好的相容性,這種改性彌補(bǔ)了熱塑性淀粉的耐水性、物理機(jī)械性能方面的不足,為高性能的可降解淀粉塑料的研究提供了理論支持。Tyre(Tyre 2008)等人對作為木地板涂料的水性聚氨酯-丙烯酸混合物與油性產(chǎn)品的硬度、耐磨性和耐化學(xué)性坐了詳細(xì)比較。Zhang(Zhang W)等人以聚醚多元醇、聚酯多元醇、異氰酸酯、二羥甲基丙酸、三乙烷、羥乙基丙烯酸酯為原料,合成作為水性油墨連接料的水性聚氨酯乳液,制成的水性油墨不燃,無毒,無害,環(huán)境友好,既安全又節(jié)能。Yang.Z(Yang Z 2010)等人以水和非羥基溶劑作為混合溶劑,得到環(huán)硫氯丙烷單體和巰基改性聚氨酯混合水性乳液,該乳液可以用作高效、環(huán)保的工業(yè)廢水汞離子吸附劑。Lagiewczyk(Lagiewczyk and Czech 2011)等基于羥基聚丁二烯(HTPB),聚丙二醇(PPG),二羥甲基丙酸(DMPA)和異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)制備水性聚氨酯的壓敏粘合劑(PU-PSA),其具有低粘性,低附著力和良好的凝聚力。
3.非異氰酸酯聚氨酯
20世紀(jì)90年代開始, 發(fā)達(dá)國家重視非異氰酸聚氨酯(NIPU)的開發(fā)與應(yīng)用,在歐美國家正逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,在涂料、彈性體、膠粘劑等行業(yè)的應(yīng)用大有與常規(guī)異氰酸酯競爭之勢(Rokicki 2000;Figovsky and Shapovalov 2002;Yu, Yuan et al.2009)。NIPU由環(huán)碳酸酯齊聚物與胺類齊聚物反應(yīng)制得, Garipov RM(Garipov, Sysoev et al.2003)等研究了環(huán)碳酸酯與胺的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征。Kim(Kim, Kim et al.2001)等利用二氧化碳在相轉(zhuǎn)移催化劑(PTC)作用下與二縮水甘油醚和雙酚S的反應(yīng)產(chǎn)物(DGEBS)反應(yīng)制備二元環(huán)碳酸酯。Tamami(Tamami, Sohn et al.2004)等[利用環(huán)氧大豆油(ESBO)在催化劑作用下于110 ℃與二氧化碳反應(yīng)合成大豆油環(huán)碳酸酯(CSBO),進(jìn)而與胺類化合物反應(yīng)可合成NIPU。Oleg Figovsky(Oleg Figovsky 2007)等研究了星形環(huán)碳酸酯的制備和其在合成星形羥基NIPU齊聚物、星形NIPU、星形雜化NIPU中的應(yīng)用,同時(shí)還研究了丙烯酸環(huán)氧化合物、丙烯酸環(huán)碳酸酯、丙烯酸羥基NIPU齊聚物、丙烯酸NIPU、丙烯酸雜化NIPU的制備方法。通過采用特殊的樹枝狀氨基硅烷低聚物(dendroaminosilane oligomer),可以將硅烷鏈段引入NIPU網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,成為一種雜化非異氰酸酯聚氨酯(hybrid NIPU,HNIPU)(王北海 2007)。雜化非異氰酸酯聚氨酯(HNIPU)涂料具有更好的耐化學(xué)性和透氣性,是無分子間氫鍵類似結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)聚
氨酯涂料的1.5-2.5倍(Figovsky, Shapovalov et al.2001)。Poul-Ernst Meier,Farum(DK)(Poul-Ernst Meier 2004)發(fā)明了以HNIPU為基的膠粘劑和密封膠,用于金屬表面涂裝材料。
4.聚氨酯納米復(fù)合材料
聚氨酯/納米復(fù)合材料是未來的研究方向之一,近年來國內(nèi)外聚氨酯/納米復(fù)合材料的制備方法,主要介紹了共混法、原位聚合法、插層聚合法、溶膠-凝膠法等幾種常用的納米材料改性聚氨酯的方法(Dong-mei, Shao-ling et al.2011)。Zheng(Zheng, Gao et al.)等通過分散蒙脫石和多元醇,加入氨基烷基聚硅氧烷中和,制備蒙脫土/有機(jī)硅嵌段聚氨酯納米復(fù)合材料。Petrovic(Petrovic, Cho et al.2004)等用溶膠-凝膠法制備并表征了兩系列軟段質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%和70% 的嵌段SiO2 納米復(fù)合材料,研究了不同含量球形納米SiO2溶膠對軟、硬段相分離的影響。Yang hong-yan(Hongyan, Daocheng et al.2006)等以聚四氫呋喃醚二醇-1000(PTMG)、甲苯-2,4-二異氰酸酯(TDI)、3,3-二氯-4,4-二苯基甲烷二胺(MOCA)為原料,采用預(yù)聚法合成聚氨酯彈性體,并選用納米CaCO3 對聚氨酯彈性體進(jìn)一步增強(qiáng),通過對納米CaCO3進(jìn)行表面改性及采用超聲波促進(jìn)納米粒子在基體中更好地分散,并考察了納米的CaCO3含量和合成溫度對聚氨酯彈性體力學(xué)性能的影響。You(You, Park et al.2011)等制備泡沫聚氨酯(PUF)/多壁碳納米管復(fù)合材料,并研究了其電學(xué)、熱學(xué)和形態(tài)學(xué)特性,為制備高性能復(fù)合材料提供了理論依據(jù)。
展望
1.聚氨酯制備方法多為傳統(tǒng)的制備方法,需進(jìn)一步研究新的制備方法,進(jìn)一步提高材料的綜合性能;
2.針對特定缺陷利用多元復(fù)合改性聚氨酯涂料進(jìn)行改良研究;
3.對于聚氨酯納米復(fù)合材料的研究,期待新型納米材料如納米金剛石、納米SiC等新型超硬納米材料的應(yīng)用研究;
4.聚氨酯復(fù)合材料還處于實(shí)驗(yàn)研究階段,工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域還有待于進(jìn)一步開發(fā)。
參考文獻(xiàn):
Cheng, Z., X.Y.Zhang, et al.(2005).“Synthesis and surface property of siloxane-modified aqueous 18(3): 448-452.Dong-mei, W., X.Shao-ling, et al.(2011).”Research Progress in the Preparation Methods of Figovsky, O.L.and L.D.Shapovalov(2002).“Features of reaction amino-cyclocarbonate for production of new 187: 325-332.Figovsky, O.L., L.D.Shapovalov, et al.(2001).”Nonisocyanate polyurethanes for adhesives and coatings.“ Garipov, R.M., V.A.Sysoev, et al.(2003).”Reactivity of cyclocarbonate groups in modified epoxy-amine 393(1-3): 289-292.Hongyan, Y., L.Daocheng, et al.(2006).“Study on the Properties of Polyurethane/Nano CaCO_3 Composite.” 22(6): 106-109.Kim, M.R., H.S.Kim, et al.(2001).“Syntheses and thermal properties of poly(hydroxy)urethanes by 81(11): 2735-2743.Lagiewczyk, M.and Z.Czech(2011).”Polyurethane pressure-sensitive adhesives as raw materials for the 13(1): 47-50.Linlin, F., Z.Xingyuan, et al.(2007).“Synthesis and Surface Properties of Dihydroxybutyl
Terminated-Polydimethylsiloxane Modified Polyurethane.” 23(3): 47-50.Lu, Y.S., L.Tighzert, et al.(2005).“Preparation and properties of starch thermoplastics modified with waterborne 46(23): 9863-9870.Luo, Z.H., Z.H.Huang, et al.(2010).”Synthesis and Surface Properties of Polyurethane Modified with
Fluro-Siloxane.“ Mahdi, M.Syed Z.(Rochester Hills, Hsieh, et al.(2001).Method of bonding a window to a substrate using a
silane functional adhesive composition, Essex Specialty Products, Inc.(Auburn Hills, MI).US 6828403.Oleg Figovsky, L.S.(2007).Preparation of Oligomeric Cyclocarbonates and Their Use in Nonisocyanate or
Hybrid Nonisocyanate Polyurethanes.US7232877, Homecom Communications,Inc.: 8.Petrovic, Z.S., Y.J.Cho, et al.(2004).”Effect of silica nanoparticles on morphology of segmented 45(12): 4285-4295.Poul-Ernst Meier, F.D.(2004).Plate-shaped cover material.US20040025462Al: 5.Rokicki, G.(2000).“Aliphatic cyclic carbonates and spiroorthocarbonates as monomers.” 25(2): 259-342.Sun, D.X., X.Miao, et al.(2011).“Triazole-forming waterborne polyurethane composites fabricated with silane 361(2): 483-490.Tamami, B., S.Sohn, et al.(2004).”Incorporation of carbon dioxide into soybean oil and subsequent preparation
and studies of nonisocyanate polyurethane networks.“ 92(2): 883-891.Tyre, C.I.(2008).”Utilization of polyurethane-acrylic blends to achieve optimum performance in a 1K 5(5): 60-64.Xu, W.Z., B.Lu, et al.(2011).“Synthesis and Characterization of Novel Fluorinated Polyurethane Elastomers.” 23(5): 2284-2288.Yang Z, C.N.(2010).Preparing mercury ion adsorbent used for treatment of industrial wastewater, by mixing
chloromethylthioirane monomer with water-based polyurethane dispersion to obtain polyurethane
emulsion, modifying emulsion and centrifuging emulsion, Univ Tongji(Uytj): 8.You, K.M., S.S.Park, et al.(2011).“Preparation and characterization of conductive carbon 46(21): 6850-6855.Yu, W., S.U.N.Yuan, et al.(2009).”Research Progress in Nonisocyanate Polyurethane and Its Application.“ 23(1): 11-17.Zhang W, C.N.Polyurethane vehicle for pure water based ink, prepared by mixing polyether and polyester
polyols, preparing compound emulsion, adding pure water, organic paint, auxiliary agent and grinding, ZHANG W(ZHAN-Individual): 4.Zheng, Q., C.Gao, et al.Preparing aqueous dispersion montmorillonite/organosilicon segmented polyurethane
nano composite material as coating agent by dispersing montmorillonite and polyol, adding amino alkyl polysiloxane and neutralizing, Univ Zhejiang(Uyzh): 10.仝鋒(2000).”水性聚氨酯研究進(jìn)展綜述.“ 光譜實(shí)驗(yàn)室 17(1): 55.王北海(2007).”納米結(jié)構(gòu)化的非異氰酸酯聚氨酯.“ 聚氨酯 66: 74-81.顏俊, 涂偉萍, et al.(2001).”水性聚氨酯研究進(jìn)展." 化工進(jìn)展 20(7): 22.
第五篇:藥用植物研究進(jìn)展
植物是藥物的重要來源之一,人類利用藥用植物的歷史淵遠(yuǎn)流長。今天,盡管科學(xué)家已經(jīng)能夠利用化學(xué)方法研制品類繁多的藥品,但開發(fā)利用植物藥的熱情在世界范圍內(nèi)卻有增無減。這主要是由于植物種類豐富,體內(nèi)所含的有效成分形形色色,具有開發(fā)新藥的巨大潛力;既可以從中直接發(fā)現(xiàn)新藥源;又可以發(fā)現(xiàn)新的先導(dǎo)化合物,通過結(jié)構(gòu)修飾等技技術(shù)發(fā)明新藥。
中國野生藥用植物種質(zhì)資源非常豐富,據(jù)統(tǒng)計(jì)在5000種以上,但傳統(tǒng)的中草藥獲取方法是以采集和消耗大量的野生植物資源為代價(jià)的,當(dāng)采集和消耗量超過自然資源的再生能力時(shí),必然會導(dǎo)致物種瀕危甚至滅絕。再有,自然生態(tài)環(huán)境的日益惡化,也進(jìn)一步導(dǎo)致藥用植物資源的匱乏。在已出版的《中國植物紅皮書》第一卷中,共收載了388種國產(chǎn)珍稀瀕危野生植物,其中有藥用價(jià)值的約100余種,在中國歷史上就已赫赫有名的人參、天麻、黃連、黃芪、杜仲、厚樸、巴戟天、平貝母、肉蓯蓉等,均位列其中。
迄今,為了解決藥用植物的供需矛盾,人們多采用人工栽培的方法擴(kuò)大藥源。但在人工栽培的藥用植物中,有不少名貴藥材如人參、黃連等生產(chǎn)周期很長,如果以常規(guī)方法育種或育苗,需要花費(fèi)很長時(shí)間。另有一些藥用植物如貝母(Ftitillaria spp.)、番紅花(Crocus sativus)等,因繁殖系數(shù)小、耗種量大,導(dǎo)致發(fā)展速度很慢且生產(chǎn)成本增加。還有一些藥用植物,如地黃(Rehmannia glutinosa)、太子參(Pseudostellaria heterophylla)等,則因病毒危害導(dǎo)致退化,嚴(yán)重影響了產(chǎn)量和品質(zhì)。
于是,積極研究藥用植物資源的再生技術(shù),使有限的資源為人類永續(xù)利用迫在眉睫。應(yīng)用植物組織培養(yǎng)生產(chǎn)藥用植物,具有不受地區(qū)、季節(jié)與氣候限制,便于工廠化生產(chǎn)等優(yōu)勢,同時(shí)組織培養(yǎng)中的細(xì)胞生長速度要比植物正常生長速度快,接近于分生組織的生長速度,因此利用組織培養(yǎng)手段快速繁殖藥用植物種苗,或者利用組織培養(yǎng)或細(xì)胞培養(yǎng)手段直接生產(chǎn)藥物便隨之日益發(fā)展。
目前藥用植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面:一是利用試管微繁生產(chǎn)大量種苗以滿足藥用植物人工栽培的需要;二是通過愈傷組織或懸浮細(xì)胞的大量培養(yǎng),從細(xì)胞或培養(yǎng)基直接提取藥物,或通過生物轉(zhuǎn)化、酶促反應(yīng)生產(chǎn)藥物。
我國的藥用植物組織培養(yǎng)研究,可以追溯到20世紀(jì)50年代。1964年,羅士韋教授等首先報(bào)道了人參組織培養(yǎng)獲得成功的研究成果。1983年,全國第一屆藥用植物組織培養(yǎng)討論會召開,屆時(shí)全國已有30多個(gè)單位,100余人從事藥用植物的組織培養(yǎng)研究。其中以廣西藥物所的羅漢果快速繁殖,山東大學(xué)生物系與荷澤地區(qū)中藥材試驗(yàn)站的懷地黃去病毒研究和中國藥科大學(xué)人參工業(yè)化生產(chǎn)的中間試驗(yàn)為代表性的研究成果。自此,我國藥用植物的組培研究迅速發(fā)展。1986年,由我國科學(xué)工作者編寫的有關(guān)專著《藥用植物組織培養(yǎng)》問世……到目前為止,我國的科技工作者在藥用植物組織培養(yǎng)方面已取得了巨大的成績,組織培養(yǎng)技術(shù)水平也在不斷進(jìn)步:如培養(yǎng)方法已從固體、液體、懸浮培養(yǎng),深層大罐發(fā)酵發(fā)展到液體連續(xù)培養(yǎng);培養(yǎng)材料也從藥用植物的根、莖、葉、花、胚、果實(shí)、種子等組織或器官,這些器官誘導(dǎo)出的愈傷組織或冠癭組織,一直發(fā)展到目前的細(xì)胞。
近40年來我國經(jīng)離體培養(yǎng)獲得試管植株的藥用植物已有金線蓮(Anoectochilus formosanus)、白芨(Bletilla striata)、番紅花、鐵皮石斛(Dendrobium candidum)、絞股藍(lán)(Cynostemma pentaphyllum)、苦丁茶(Ilex kudingcha)、南洋金花(Datura metel)、海巴戟(Morinda citrifolia)等100余種,其中大多數(shù)為珍貴的藥用植物。
從60年代開始的我國傳統(tǒng)藥材離體培養(yǎng)和試管繁殖研究,到目前為止已有100多種藥用植物經(jīng)離體培養(yǎng)獲得試管植株,其中有的還利用試管繁殖技術(shù)生產(chǎn)用于栽培種植藥材,如苦丁茶、蘆薈、懷地黃、枸杞、金錢蓮等。寧夏農(nóng)林科學(xué)院構(gòu)相研究所利用試管繁殖與嫩枝扦插相結(jié)合的方法繁殖新品種“寧杞一號”和“寧杞二號”苗木100多萬株,加速了該品種的推廣。
通過組織培養(yǎng)成功的藥用植物至少有200種。增養(yǎng)的藥用植物從常見的到珍稀瀕危植物、民族植物,如云南黑節(jié)草、延齡草、高山紅景天,藏藥——川西獐芽菜、莪術(shù)、水母雪蓮、星花鄉(xiāng)線菊、溪黃草、玉葉金花、遼東蔥木等。從生產(chǎn)常用藥的植物到具有抗癌、抗病毒等有效成分的植物,如紅豆杉、艾黃楊、狼毒、大戟屬、長春花、米仔蘭、狗牙花和香榧等。