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現(xiàn)代機器人的功能

機器人發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)是第四代了。這種現(xiàn)代化的機器人在許多方面的功能都超過人類。 機器人比人更清潔。這可能會引起你的疑問：機器人不是滿身油污嗎？也許有些工業(yè)機器人確實可能滿身油污，但我們這里所說的清潔是指機器人帶的塵埃很少很少。一個人穿普通衣

服，在走路時一般身上帶有750萬個塵埃，只不過人類的肉眼看不見罷了。在通常情況下，這

些塵埃沒有什么關系，但在某些高科技的研究室、化驗室或生產場所，塵埃一多就會出廢品。如我們制造電腦的重要器件時需要在 10級潔凈室中完成。按國際標準，在每立方英尺 （相當于0.0283 立方米）空間內直徑大于 0.5 微米的塵埃不能超過 10個，才能算作 10級潔凈室。而在每立方英尺空間空若同樣大小的塵埃在 100個以內則叫 100級潔凈室。即使進入 100級潔凈室，工作人員也必須換上特制的無塵衣服、無塵手套、無塵面罩等等，還應該在進入潔凈室前5 個小時內不能吸煙和使用化妝品。至于10級潔凈室，由于條件實在太苛刻，基本上只能由機器人進去操作。

機器人干活比人精細。用機器人加工零部件，誤差可控制在 1毫米之內，廢品率幾乎為零。加工速度快，如機器人每班可完成25～30 個精密工件，質量合格率為 100％，而工人每班只能完成同樣的工件6個，而且還有 10％的次品。

機器人的耐力比人好。它可以一連幾天不休息，而人卻不行，過度勞累就會病倒。機器人不怕環(huán)境惡劣、高溫、低溫、高壓、缺氧、有毒、放時性污染、深水潛水??許多特殊工種都是它們大顯身手的領域。

 

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現(xiàn)代機器人發(fā)展現(xiàn)狀

新鄉(xiāng)學院    王輝

關鍵詞：焊接機器人、微機器人、家庭服務機器人、發(fā)展、現(xiàn)狀。

1焊接機器人的研究現(xiàn)狀

機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，當前對機器人技術的研究十分活躍。工業(yè)機器人先后經(jīng)歷從第一

代示教再現(xiàn)機器人、第二代離線編程機器人，到現(xiàn)在的第三代智能機器人三個過程。從目前國內外的研究現(xiàn)狀來看，焊接機器人技術研究主要集中在焊縫跟蹤技術、離線編程與路徑規(guī)

劃技術、多機器人協(xié)調控制技術、專用弧焊電源技術、焊接機器人系統(tǒng)仿

真技術、遙控焊接技術等七個方面

 

現(xiàn)代機器人保養(yǎng)

1.1焊縫跟蹤技術的研究

國內外焊接機器人技術的研究現(xiàn)狀，并展望了焊接機器人技術的發(fā)展趨勢。焊接機器人；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢感器一般分為三類：并列雙絲電弧傳感器、擺動電弧傳感器、旋轉式掃描電弧傳感器，其中旋轉電弧傳感器比前兩者的偏差檢測靈敏度高，控制性能較好。光學傳感器的種類很多，主要包括紅外、光電、激光、視覺、光譜和光纖式，光學傳感器的研究又以視覺傳感器為主，視覺傳感器所獲得的信息量大，結合計算機視覺和圖像處理的最新技術，大大增強弧焊機器人的外部適應能力。激光跟蹤傳感器具有優(yōu)越的性能，成為最有前途、發(fā)

展最快的焊接傳感器。

1.2離線編程與路徑規(guī)劃技術的研究

針對弧焊應用，自動編程技術可以表述為在編程各階段中，能夠輔助編程者完成獨立的、具有一定實施目的和結果的編程任務的技術，具有智能化程度高、編程質量和效率高等特點。離線編程技術的理想目標是實現(xiàn)全自動編程，即只需輸入工件的模型，離線編程系統(tǒng)中的專家系統(tǒng)會自動制定相應的工藝過程，

并最終生成整個加工過程的機器人程序。目前，還不能實現(xiàn)全自動編程，自動編程技術是當前研究的重點。

1.3多機器人協(xié)調控制技術的研究

多機器人系統(tǒng)是指為完成某一任務由若干個機器人通過合作與協(xié)調組合成一體的系統(tǒng)。它包含兩方面的內容，即多機器人合作與多機器人協(xié)調。當給定多機器人系統(tǒng)某項任務時，首先面臨的問題是如何組織多個機器人去完成任務，如何將總體任務分配給各個成員機器人即機器人之間怎樣進行有效的合作。當以某種機制確定了各自任務與關系后，問題變?yōu)槿绾伪３謾C器人間的運動協(xié)調一致，即多機器人協(xié)調。對于由緊耦合子任務組成的復雜任務而言，協(xié)調問題尤其突出。智能體技術是解決這一問題最有力的工具，多智能體系統(tǒng)是研究在一

定的網(wǎng)絡環(huán)境中，各個分散的、相對獨立的智能子系統(tǒng)之間通過合作，共同完成一個或多個控制作業(yè)任務的技術。多機器人焊接的協(xié)調控制是目前的一個研究熱點問題。

1.4專用弧焊電源的研究

一般采用熔化極氣體保護焊（MIG焊、MAG焊、CO焊）或非熔化極氣體保護焊（TIG、等離子弧焊）方法，熔化極氣體保護焊焊接電源主要使用晶閘管電源與逆變電源。近年來，弧焊逆變器的技術已趨于成熟，機器人用的專用弧焊逆變電源大多為單片微機控制的晶體管式弧焊逆變器，并配以精細的波形控制和模糊控制技術，工作頻率在20~50kHz，最高的可達200kHz，焊接系統(tǒng)具有十分優(yōu)良的動特性，非常適合機器人自動化和智能化焊接。還有一些特殊功能的電源，如適合鋁及其鋁合金TIG焊的方波交流電源、帶有專家系統(tǒng)的焊接電源等。目前，有一種采用模糊控制方法的焊接電源，可以更好保證焊縫熔寬和熔深的基本一致，不僅焊縫表面美觀，而且還能減少焊接缺陷?；『鸽娫床粩嘞驍?shù)字化方向發(fā)展，其特點是焊接參數(shù)穩(wěn)定,受網(wǎng)路電壓波動、溫升、元器件老化等因素的影響很小，具有較高的重復性，焊接質量穩(wěn)定、成形良好。另外,利用DSP的快響應，可以通過主控制系統(tǒng)的指令精確控制逆變電源的輸出,使之具有輸出多種電流波形和弧壓高速穩(wěn)定調節(jié)的功能，適應多種焊接方法對電源的要求。

1.5仿真技術的研究

機器人在研制、設計和試驗過程中，經(jīng)常需要對其運動學、動力學性能進行分析以及進行軌跡規(guī)劃設計，而機器人又是多自由度、多連桿空間機構，其運動學和動力學問題十分復雜，計算難度和計算量都很大。若將機械手作為仿真對象，運用計算機圖形技術與CAD技術和機器人學理論在計算機中形成幾何圖形，并用動畫顯示，然后對機器人的機構設計、運動學正反解分析、操作臂控制以及實際工作環(huán)境中的障礙避讓和碰撞干涉等諸多問題進行模擬仿真，這樣就可以很好地解決研發(fā)機械手過程中出現(xiàn)的問題。

1.6遙控焊接技術的研究

遙控焊接是指人在離開現(xiàn)場的安全環(huán)境中對焊接設備和焊接過程進行遠程監(jiān)視和控制，從而完成完整的焊接工作。在核電站設備的維修、海洋工程建設以及未來的空間站建設中都要用到焊接，這些環(huán)境中的焊接工作不適合人類親臨現(xiàn)場，而目前的技術水平還不可能實現(xiàn)完全的自主焊接，因此需要采用遙控焊接技術。目前，美國、歐洲、日本等國對遙控焊接進行了深入的研究，國內哈爾濱工業(yè)大學也正在進行這方面的研究。為了適應工業(yè)生產系統(tǒng)向大型、復雜、動態(tài)和開放方向發(fā)展的需要，國際機器人界都在加大科研力度，對機器人技術進行深入研究。

 

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2微機器人的研究現(xiàn)狀

微機器人學包括微型機器人和微動機器人[1]。兩者相比,微動機器人技術發(fā)展較快,因為微動機器人的外形尺寸不必很小,它的大部分研究問題仍屬宏觀范疇。微動機器人系統(tǒng)是指末端工具在一個較小的工作空間(如mm尺度)內進行系統(tǒng)精度達到1~5μm或100 nm~1. 0μm的操作,被操作的主要對象是生物細胞、微電子元件、光纖等微觀尺度的物體。該系統(tǒng)進行的操作是微細的,而裝置本身并不是微型的,因此微動機器人系統(tǒng)一般由以下幾個方面組成:高倍頻、高分辨率的顯微視覺系統(tǒng);對操作對象進行固定的作業(yè)平臺及夾持設備;能夠改變操作對象位姿的多自由度操作機器人手[2]。從20世紀80年代末期開始,國內外學者就已陸續(xù)研究出多種不同結構的微動機器人。在醫(yī)療應用領域,微機器人能有效地減輕病人在治療時的痛苦,有極好的應用前景。2001年9月5日,世界第1臺腦外科手術機器人在倫敦研制成功[3],如圖1所示。這臺名叫“探路者”的機器人通過計算機控制,操作準確無誤,可減輕病人在手術時的痛苦。德國PI公司也研制出用于腦部手術的微動機器人[4],如圖2所示。美國紐約的ComellUniversity醫(yī)學院已用微動機器人進行了動物的輸精管手術實驗。法國于1995年研制了一種醫(yī)用管道微機器人,它的直徑為1 cm,長度為3 cm,一端是可更換的頭部裝置。美國加州理工大學研制了一種主動內窺檢查的微機器人,它的尾部帶有電纜,其主體主要由支撐器和延展器組成,采用蚯蚓蠕動方式運動。意大利研制了用于結腸檢查的攜帶主動內窺鏡的微機器人,由母體、微型手臂、人機接口組成,母體由3個模塊組成,其中2個模塊起定位和支撐作用, 1個模塊起伸縮作用。美國MIT生物儀器實驗室研制了一臺稱作“納米步行者”的3條腿無線微型機器人[3],可在亞原子級的范圍內進行操作。它的每條腿由4個壓電陶瓷電子管驅動,在連續(xù)運動時,還可以連續(xù)使用交替的三角形支撐,能夠適應各種條件。圖1　腦外科手術機器人圖2　PI公司研制的腦部手術機器人美國MIT人工智能實驗室研制出一種微型器螞蟻[4],如圖3所示。這個微小的螞蟻體積只有16. 386 2 cm3,但是卻集成了17個傳感器,包括4個光敏元件、4個紅外接收器、4個碰撞傳感器、4個食物傳感器和1個傾斜傳感器。美國加州大學伯克力分校研制了微型機器人蒼蠅[4],如圖4所示。這是迄今為止最小的可以拍打翅膀的機器人。這個微型機器人蒼蠅的翅翼只有3 cm,質量約300 mg,與一只蜜蜂的質量相當,該計劃是美國國防部投資的,希望用于戰(zhàn)場偵察,它還可用作氣象傳感器和通氣管道檢查員。圖3　微型器螞蟻圖4　微型機器人蒼蠅清華大學在周兆英教授的帶領下于2001年研制出目前世界最細的超聲馬達[3],質量36 mg,長5 mm,是一個直立的圓柱通過周邊牽動的導線開始運轉時,它的“頭部”均勻地旋轉,“腳底”則同時發(fā)出有韻律的振動。如圖5所示。這種微馬達使微小機器人在人體血管內的移動成為可能。

3我國家庭服務機器人產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

時至今日，機器人已從第一代示教再現(xiàn)型機器人、第二代帶感覺的機器人發(fā)展到第三代智能機器人，而服務機器人正是第三代機器人的典型代表。目前國外的科學家們在移動機構設計、傳感器融合與環(huán)境建模技術、路徑規(guī)劃技術、能源技術、智能控制技術、人機交互技術、成本控制等方面都取得了長足的進步。美國iRobot公司推出室內地毯和地板清潔機器人，具有污物探測功能，可根據(jù)房間地面的具體情況進行有重點的清潔。本田公司的雙足機器人“ASIMO”，步行時速達3km幾乎與人類相同。索尼QRIO機器人可以漫步、跳舞，做很多高難度動作而且能識別口語并做出回應。三菱重工的家用機器人“Wakamaru”能識別家庭成員的臉部特征，并通過轉動臉部和手腕來表現(xiàn)喜怒哀樂。韓國的“irobi”機器人不僅能念書、唱歌、講故事當家里無人的時候，它還可以確認大門是否上鎖以及煤氣是否關閉。假如有人闖進家門，它還可以將其拍攝下來給主人發(fā)電子郵件。美國的“InTouch Health”遠程醫(yī)療機器人具有時雙向的視頻和語音傳送系統(tǒng)以及行走系統(tǒng)，已成為醫(yī)與患者之間的連心橋。配備有各種檢測裝置的機器人保更成為美國軍方后勤部門以及各大公司的新寵。根據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(United NatioEconomic Commision for Europe,UNECE)統(tǒng)計，計2003年底，全球服務機器人總臺數(shù)約為132萬臺，其中教育娛樂機器人與家務機器人分占第一、二名，各為6臺與60萬臺，占52.39%、45.98%。國際機器人聯(lián)合會在球機器人相關發(fā)展調查報告中指出，自2004至2007年服務機器人產量大幅成長為670萬臺，而各種不同使用別的機器人中，家務機器人將躍升成為主流，占總產量61.83%，教育娛樂機器人則降低所占比例為37.25%，居第二位［1］。該項變化的主要原因在于，在機械控制技術趨成熟的情況下，從事有目的活動的家務輔助機器人，可發(fā)展到使用者所需要的水平，因此在該類型機器人數(shù)大幅增加的情況下，預計將會擠壓娛樂機器人占有比例日本機器人協(xié)會的調查報告顯示，工業(yè)機器人未來成長空間已經(jīng)十分有限；反觀服務機器人將有大幅成預估2010年約有171億美元，2025年將有517億美元的市規(guī)模。英國半導體行業(yè)研究機構(VLSI Research)調查估，至2010年全球智能機器人市場將達593億美元，而能機器人所需各種零組件相關市場商機也達數(shù)十億美元上。韓國信息通信部調查研究報告指出，2012年全球智機器人產值將高達2500億美元。雖然各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)對機人的種類劃分不是很統(tǒng)一，導致預測結果有差異，但都明了服務機器人未來良好的發(fā)展態(tài)勢。

 

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