外骨骼助力机器人研究现状与关键技术
分析
王庆江
深圳第二高级技工学校广东深圳 518000
摘要：运用比较传统的运载方法以及在工具受到多方面因素的制约，在比较复杂的地形条件之下，传统运载工具不能够很好的工作，而外骨骼助力机器人有效地解决了这个问题，是一个非常明显的突破。因此，在当前世界各地，外骨骼助力机器人的研究有着非常好的前景。本文从不同方面分析外骨骼助力机器人的发展状况，主要分析了外骨骼助力机器人所涉及到的关键技术，并且作出深入的研究。
关键词：外骨骼助力机器人；研究现状；关键技术外骨骼助力机器人是一种全新的现代化装置，这种机器人融合多种信息,控制系统传感系统集于一身,并且为穿戴人员控制好功能和任务。外骨骼助力机器人是一种前沿技术装备，受到多方的关注并且取得了突出的效果。在我国，外骨骼助力机器人研究借鉴先进技术，并且不断地创新，主要研究外骨骼助力机器人在我国国内的发展现状以及其关键技术分析。
1.在国内外，外骨骼助力机器人的研究现状分析
随着时代的进步以及科技的不断发展，最新型的材料和技术充分应用在外骨骼助力机器人的发明上，促使外骨骼助
力机器人得到很好的发展。在一些发达国家，对外骨骼助力机器人进行改良，并且不断创新，经过努力，在我国国内对于外骨骼助力机器人的发明和创新也取得了很明显的成效。下面将归纳分析目前为止国内外外骨骼助力机器人的研究状况。
1.1国外对于外骨骼助力机器人的研究状况分析
表1 国外对于外骨骼助力机器人的研究表
1.2我国国内对于外骨骼助力机器人的研究状况分析
表2 国内对于外骨骼助力机器人的研究表
2.外骨骼助力机器人关键技术分析
2.1驱动技术
2.1.1液压驱动
通过运用液压驱动能够在很大程度上帮助外骨骼助力
机器人提高自身的承载能力，这种特点保证了外骨骼助力机器人能够进行搬运工作。但是，液压驱动系统有一个突出的不足之处就是效率比较低，并且产生的噪音比较大。由此看来，必须充分发挥液压驱动系统的优点，尽可能减少缺点。在这种情况之下，保证元件的数量，进行合理的结构设计，从而减少能源消耗，最终达到减重的目的。
2.1.2电动机驱动
由于电动机技术是比较成熟的，非常容易控制，但是也存在缺点，电动机动态不够平衡，并且电动机的负重能力也是有限的。如果需要比较大的动力，电击的体积也会随之增加，不利于整个结构的灵活性。我国相关技术公司，所研究的外骨骼应用的电动机驱动技术。
2.2结构技术
2.2.1有利于使用人员的控制以及驱动
在对外骨骼助力机器人进行设计的过程当中，必须注重机械结构的设计，为了使用者更加方便，必须采用模仿人形结构的特点，对各个关节进行更加精细的设计，从而促使外骨骼助力机器人更加灵活。这种机器人跟随使用者行走，在完成动作的过程当中必须有足够的自由度，相关关节的屈伸以及活动都是非常容易的，并且根据不同程度的需要进行配置，从而有利于使用者控制和驱动。
2.2.2安全性
在对外骨骼助力机器人的自由度设计当中，必须设计可调节的位置，并且满足运动范围所需要的相关需求，在关节的运动范围之内必须保证使用者更加安全。
2.2.3便于使用者进行调节
虽然外骨骼助力机器人的设计是模仿人形的，但是由于个体的相关尺寸存在差异性，那么，设计出来的外骨骼助力机器人必须有利于调节自身尺寸从而适合不同的人使用。在小腿部位以及大腿部位和相关关节部位安装调节装置，从而调节外骨骼助力机器人的宽度以及高度，满足不同人的需要。在外骨骼助力机器人的腰部设计当中，必须可以方便地调节宽度，安装插孔。
2.2.4穿戴更加舒适
为了保证外骨骼机器人在穿戴的时候使用者更加舒适，在设计的过程当中就要考虑使用者与外骨骼机器人具有足够的贴合度，并且保证使用者运动过程更加自由灵敏，综合考虑各种因素。外骨骼助力机器人结构设计必须满足使用者基本的活动，不能干涉使用者的任何动作。从而保证助力机器人相关关节设计人体关节设计处于同一条直线之上，进行更加精细的计算和分析，确定绑带的位置以及具体的数据。不仅可以保证使用者安全性还保证了使用者穿戴外骨骼助力机器人的时候更加舒适。
2.2.5携带更加方便
在满足各种要求之后，必须保证外骨骼助力机器人体积的大小，尽可能的减少尺寸，并且保证外骨骼机器人可以折叠，按照相关的方向进行折叠，有利于使用者携带。
2.3传感技术与控制技术
外骨骼助力机器人所设计的传感器通过感受穿戴者的相关动作以及速度，进行有效的反馈，从而进行及时的控制。外骨骼助力机器人充分应用传感器编码，测量关节运动过程当中所产生的推力或者拉力，使用者通过感受鞋底的力量，检测速度和姿势。通过传感器装置可以检测外骨骼助力机器人在跟随人体运动过程当中所产生的具体数据，从而进行整体检测。对于外骨骼助力机器人的控制包括不同方面。使用合理的控制策略，保证使用者和机器人产生一体化的效果，对机器人可以进行智能控制。智能控制系统能够抵抗干扰，并且增强自身功能，通过自身功能从而增强适用性，一旦发生故障能够及时的发现并且反馈出来。
2.4安全性的设计
穿戴者在使用外骨骼助力机器人活动的时候，会发生一些意外的情况，容易对使用者造成人身伤害，因此，必须保证外骨骼助力机器人有着足够的安全性。在设计的时候，保证每一个环节都有自身所对应的安全评价系统和方法。在满足的各种需要程度之后，采用一些具有较小惯性的部件，在设计关节的时候，设置缓解装置。并且控制系统也要做好安
全设置，如果发生意外状况，可以发出信号，使用者能够自由控制。并且在与使用者接触的部分安装安全气囊，从而可以在很大程度上减小由于意外对使用者造成的伤害。
2.5能源技术研究
外骨骼助力机器人的驱动系统以及控制系统都需要供电装置，主要是应用蓄电池。目前国外科技公司已经研究出先进的电池技术，将这种燃料电池装置在外骨骼助力机器人上，能够充分应用太阳能，不仅有效地降低能源消耗，而且提高了使用效率。
结语:
综上所述，目前在国外以及国内对于外骨骼助力机器人的研究已经取得了比较明显的成绩，但是，仍然有很大的提升空间。因此，相关的科技公司以及技术人员必须充分发挥自己的价值，不断地创新，从多方面进行设计，从而保证外骨骼助力机器人可以更好的为人们的生活服务。
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第五届“挑战杯，中国联通 安徽省大学生课外学术科技作品竞赛 研究报告 基于云的机器人问答系统设计与实现 薛建 2013年4月 目录 一、序言^ 1 1. 1研究背景^ 1 1.1.1人机交互技术^ 1 1.1.2自然语言识别技术^ 2 1.2国内外研究现状分析^ 3 二、系统设计^ 4 2^
1设计思路^ 4 2’ 1. 1机器人隱0 ^ 5 2‘ 1. 2讯飞语音云^ 5 2.1.3百度问答服务云 ^ 6 2.2详细设计^ 7 2.2^ 1机器人隱0模块^ 7 2.2.2讯飞语音云模 块^ 9 2.2.3百度问答服务云模块^ 10 三、系统性能分析^ 12 四、应用前景与展望未来^ 13 五、参考文献^ 14
一、序言 随着机器人技术和人工智能研究的发展，越来越多的智能机器人进入到人们的日常生活当中，但是目前人与机器人之间的交互仍然主要是通过按钮、开关等命令方式，这种交互方式显得很生硬，不够人性化。为了使得人与机器人的交互方式更加方便、自然、和谐，基于自然语义识别的人机交互系统的研究显得十分重要，这也是近年来人机交互技术的研究重点。基于云计算的机器人问答系统使用了讯飞语音云和百度知道问答服务云，实现了用户向机器人提出问题，机器人经过短暂“思考”回答出相应的答案并且在说话的同时做出相应行为的功能，该系统实现了一定程度的自然语义的识别，提供了一种更加人性化的人机交互方式。 基于云的机器人问答系统运用当前主流的云技术，将机器人技术、语音识别技术和网络查询技术结合在一起，建立一套机器人问答服务系统，提供了一种更加人性化的基于自然语言的人机交互方式。云技术的使用，提高了语音识别的效率和问题答案的准确率，为系统的可行性提供了保证。 1.1研究背景 1.1.1人机交互技术 人机交互技术是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话、交换信息的技术。人们可以借助键盘、鼠标、操作杆、位置跟踪器、数据手套等设备，用手、脚、声音、姿态和身体的动作、视线甚至脑电波等向计算机传递信息；计算机通过打印机，绘图仪、头盔式显示器、音频等输出设备或显示设备给人提供信息。 目前，人机交互技术正处于多通道、多媒体的智能人机交互阶段，已经取得了不少研究成果，不少产品已经问世。侧重多媒体技术的有:触摸式显示屏实现的“桌面”计算机，能够随意折叠的柔性显示屏制造的电子书，从电影院搬进客厅指日可待的30显示器，使用红绿蓝光激光二极管的视网膜成像显示器；侧重多通道技术的有：“汉王笔”手写汉字识别系统，结合在微软的了处16〖？0操作系统中数字墨水技术，广泛应用于0打1。60？的中文版等办公、应用软件中的181八匕^0106 连续中文语音识别系统，输入设备为摄像机、图像采集卡的手势识别技术，以1？只0肥手机为代表的可支持更复杂的姿势识别的多触点式触摸屏技术，以及1？只0肥中基于传感器的捕捉用户意图的隐式输入技术。 人机交互技术领域热点技术的应用潜力已经开始展现，比如智能手机配备的地理空间跟踪技术，应用于可穿戴式计算机、隐身技术、浸入式游戏等的动作识别技术，应用于虚拟现实、遥控机器人及远程医疗等的触觉交互技术，应用于呼叫路由、家庭自动化及语音拨号等场合的语音识别技术，对于有语言障碍的人士的无声语音识别，应用于广告、网站、产品目录、杂志效用测试的眼动跟踪技术，针对有语言和行动障
一种智能机器人系统设计和实现 我们从广泛意义上理解所谓的智能机器人，它给人的最深刻的印象是一个独特的进行自我控制的"活物".其实，这个自控"活物"的主要器官并没有像真正的人那样微妙而复杂。智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。我们称这种机器人为自控机器人，以便使它同前面谈到的机器人区分开来。它是控制论产生的结果，控制论主张这样的事实：生命和非生命有目的的行为在很多方面是一致的。正像一个智能机器人制造者所说的，机器人是一种系统的功能描述，这种系统过去只能从生命细胞生长的结果中得到，现在它们已经成了我们自己能够制造的东西了 嵌入式是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。嵌入式技术近年来得到了飞速的发展，但是嵌入式产业涉及的领域非常广泛，彼此之间的特点也相当明显。例如很多行业：手机、PDA、车载导航、工控、军工、多媒体终端、网关、数字电视…… 1 智能机器人系统机械平台的搭建 智能机器人需要有一个无轨道型的移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。在运动过程中要对移动机构进行实时控制，这种控制不仅要包括有位置控制，而且还要有力度控制、位置与力度混合控制、伸缩率控制等。智能机器人的思考要素是三个要素中的关键，也是人们要赋予机器人必备的要素。思考要素包括有判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。这些智力活动实质上是一个信息处理过程，而计算机则是完成这个处理过程的主要手段。 机器人前部为一四杆机构，使前轮能够在一定范围内调节其高度，主要功能是在机器人前部遇障碍时，前向连杆机构随车轮上抬，而遇到下凹障碍时前车轮先下降着地，以减小震动，提高整机平稳性。在主体的左右两侧，分别配置了平行四边形侧向被动适应机构，该平行四边形机构与主体之间通过铰链与其相连接，是小车行进的主要动力来源。利用两侧平行四边形可任意角度变形的特点，实现自适应各种障碍路面的效果。改变平行四边形机构的角度，可使左右两侧车轮充分与地面接触，使机器人的6个轮子受力尽量均匀，加强机器人对不同路面的适应能力，更加平稳地越过障碍，并且更好地保证整车的平衡性。主体机构主要起到支撑与连接机器人各个部分的作用，同时，整个机器人
第二十一届“冯如杯”学生课外学术科技作品竞赛项目论文 外骨骼机器人设计、控制机理研究 院（系）名称自动化科学与电气工程学院 专业名称自动化 学生姓名刘旭郑博文徐健伟 学号刘旭38030410 郑博文38030423 徐健伟38030518 指导教师刘正华副教授 2011年4月1日
摘要 外骨骼，类似某些动物的外壳，是一种能穿在人身上,提供额外的动力的机械装备，能够实现行动障碍人士的康复训练以及负重行走等功能。它主要分为三个部分：机械部分，软件部分，电气部分。其中机械部分的主要作用是承担负重，保证系统能实现运动的功能；软件部分主要用于整个系统的数据采集、控制信号的发出；电气部分主要用于给系统供电、完成信号采集、发送和运动的功能。我们设计制作了一种外骨骼机器人。本文针对此项作品主要介绍了当前外骨骼机器人的研究现状和本作品的制作背景，阐述了一种负重型外骨骼机器人的设计过程及相关结构。本文是对“外骨骼机器人设计、控制机理研究”作品的比较全面的介绍。 关键词外骨骼，机器人，PID控制，电机控制，虚拟样机 Abstract Exoskeletons, like the shells of some sorts of animals, are a kind of mechanical equipment that can help the disabled to learn to move normally and provide the users with extra strength to bear more than he can actually do walking or running. In general, it can be divided into three parts, mechanical part, software part and electrical t part. Among these, the mechanical part is used to bear the weight, the software part is to get state data and send out control signal and the electrical part is to power the system, pick signal and move. We have already made a sort of this, and with regard to it, this article is mainly about the previous studying condition and the background of this work. In addition, the procedure of our designing and working with the kind of exoskeletons is specifically described. This article is a comprehensive introduction to our work …The design of a sort of exoskeletons and study of how to control it?. Abstract Exoskeletons, Robort , PID Control, Motor control, Virtual prototype
第36卷第6期 上海师范大学学报(自然科学版)Vol.36,No.6 2007年12月 Journal of Shanghai Nor mal University(Natural Sciences)2007,Dec. 仿生机器人的研究现状及其发展方向 王丽慧,周 华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘 要:随着机器人智能化技术的进步,机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注.主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望. 关键词:仿生机器人;研究现状;发展方向 中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:100025137(2007)0620058205 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史,人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作.1959年,第一台工业机器人在美国诞生,近几十年,各种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变成了现实.随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求.在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天,仿人及仿生物机器人相继被研制出来,仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员. 1 仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人.仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类.仿生机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动. 2 仿生机器人的国内外研究现状 2.1 水下仿生机器人 水下机器人由于其所处的特殊环境,在机构设计上比陆地机器人难度大.在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑.以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形,用涡轮机驱动,具有坚硬的外壳以抵抗水压.由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展.鱼类在水下的行进速度很快,金枪鱼速度可达105k m/h,而人类最快的潜艇速度只有84km/h.所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的,鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象.仿鱼推进器效率可达到70%～ 收稿日期:2007209222 基金项目:上海师范大学理工科校级项目(SK200733). 作者简介:王丽慧(1972-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
基于单片机及传感器的机器人设计与实现 摘要:本设计基于单片机及多种传感器，完成了一个自主式移动机器人的制作。单片机作为系统检测和控制的核心，实现对机器人小车的智能控制。反射式红外光电传感器检测引导线，使机器人沿轨道自主行走；使用霍尔集成片，通过计车轮转过的圈数完成机器人行走路程测量；接近开关可探测到轨道下埋藏的金属片，发出声光信息进行指示，并能实时显示金属片距起点的位置。 关键词：单片机; 机器人; 传感器 1前言 机器人技术是融合了机械、电子、传感器、计算机、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。一些发达国家已把机器人制作比赛作为创新教育的战略性手段。如日本每年都要举行诸如“NHK杯大学生机器人大赛”、“全日本机器人相扑大会”、“机器人足球赛”等各种类型的机器人制作比赛，参加者多为学生，旨在通过大赛全面培养学生的动手能力、创造能力、合作能力和进取精神，同时也普及智能机器人的知识.[1] 开展机器人的制作活动，是培养大学生的创新精神和实践能力的最佳实践活动之一，特别是机电专业学生开展综合知识训练的最佳平台。本文针对具有引导线环境下的路径跟踪这一热点问题，基于单片机控制及传感器原理，通过硬件电路制作和软件编程，制作了一个机器人，实现了机器人的路径跟踪和自动纠偏的功能，并能探测金属，实时显示距离。 2机器人要完成的功能 选取一块光滑地板或木板，上面铺设白纸，白纸上画任意黑色线条（线条不要交叉），作为机器人行走的轨迹，引导机器人自主行走。纸下沿黑线轨迹随机埋藏几片薄铁片，铁片厚度为0.5～1.0mm。机器人沿轨迹行走一周，探测出埋藏在纸下铁片，发出声光报警，并显示铁片距离起点的位置。 3 硬件设计方案 机器人总体构成
外骨骼助力机器人研究现状与关键技术 分析 王庆江 深圳第二高级技工学校广东深圳 518000 摘要：运用比较传统的运载方法以及在工具受到多方面因素的制约，在比较复杂的地形条件之下，传统运载工具不能够很好的工作，而外骨骼助力机器人有效地解决了这个问题，是一个非常明显的突破。因此，在当前世界各地，外骨骼助力机器人的研究有着非常好的前景。本文从不同方面分析外骨骼助力机器人的发展状况，主要分析了外骨骼助力机器人所涉及到的关键技术，并且作出深入的研究。 关键词：外骨骼助力机器人；研究现状；关键技术外骨骼助力机器人是一种全新的现代化装置，这种机器人融合多种信息,控制系统传感系统集于一身,并且为穿戴人员控制好功能和任务。外骨骼助力机器人是一种前沿技术装备，受到多方的关注并且取得了突出的效果。在我国，外骨骼助力机器人研究借鉴先进技术，并且不断地创新，主要研究外骨骼助力机器人在我国国内的发展现状以及其关键技术分析。 1.在国内外，外骨骼助力机器人的研究现状分析 随着时代的进步以及科技的不断发展，最新型的材料和技术充分应用在外骨骼助力机器人的发明上，促使外骨骼助
力机器人得到很好的发展。在一些发达国家，对外骨骼助力机器人进行改良，并且不断创新，经过努力，在我国国内对于外骨骼助力机器人的发明和创新也取得了很明显的成效。下面将归纳分析目前为止国内外外骨骼助力机器人的研究状况。 1.1国外对于外骨骼助力机器人的研究状况分析 表1 国外对于外骨骼助力机器人的研究表 1.2我国国内对于外骨骼助力机器人的研究状况分析 表2 国内对于外骨骼助力机器人的研究表 2.外骨骼助力机器人关键技术分析 2.1驱动技术 2.1.1液压驱动 通过运用液压驱动能够在很大程度上帮助外骨骼助力
安防机器人的设计与制作 摘要 本设计是一台智能化的移动监控机器人，它主要包括移动机器人和主控台 两大部分，能够实现防盗监控，温度监视，火灾报警等功能。该机器人能够自主 移动，也可以通过主控台遥控机器人的动作。 本设计以单片机MTC89C52R为C中央控制核心，采用彩色CCD摄像头UM-800C 采集图像，反射型红外光电开关RMF-DU1检0 测障碍物，两个直流减速电机为 主要动力驱动，采用DF数据发射、接收模块实现数据的无线传输，采用四频道 无线微波影音传输模块无线传输视频，可以实现远程视频监控. 本设计的特色是改变了现有监控系统的单一固定形式，大大提高了监控的灵 活性和实时性，不存在监控死角。开启机器人的自动巡逻功能后，机器人可以自 动按照设定的路线巡逻，途中遇到障碍物时能够自动识别并绕过障碍物, 并且还 可以实时摄像。此外本机器人监控系统不需另外架设线路，适应性强，即投即 用，简单、方便、经济、可靠。
目录 安防机器人的设计与制作 (1) 2 设计任务 (3) 2.1 基本要求 (3) 2.2 发挥部分 (3) 3 可行性分析 (4) 3.1 机器人的可行性方案 (4) 3.2 障碍物检测 (4) 3.3 动力及转向系统 (5) 3.4 电源系统 (5) 4 总体设计 (5) 5 硬件设计 (6) 5.1STC89C52RC的最小系统电路图： (6) 5.2 带有红外光探照灯的CCD摄像头的设计 (7) 5.3 直流电机驱动设计 (7) 5.4 云台的控制 (10) 5.5 无线遥控发射接收模块 (15) 6 软件设计 (19) 6.1 机器人主程序控制流程图 (19) 6.2 自动避障算法及程序控制 (19) 6.3 串口通信参数设置 (20) 6.4 实时监控 (21) 6.5 实时报警 (21) 7 功能测试与性能调试 (22) 7.1 功能测试 (22) 7.2 性能调试 (22) 8 结束语 (22) 1 引言 近年来，随着智能机器人技术的迅速发展，智能机器人的应用领域正在不断 地扩大。并且，随着人们生活质量的日益提高，智能机器人已经开始进入了家庭 服务行业。由智能型家庭服务机器人代替人来完成清洁卫生、物品搬运、家电控制、家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、电话接听等各种家务劳动，不 仅是一项极具应用前景的高新技术行业，而且也是智能机器人目前研究的一个重 要热点。另一方面，世界各国的老龄化问题也更进一步地加剧了对智能型家庭服 务机器人的需求。例如，目前在加拿大已有3，800，000 以上人的年龄超过65 岁，在德国超过82，000，000 人的年龄在60 岁以上，分别占该国人口的12. 43% 和22%，而且近年来还有加重趋势。在中国专家预言到2010 年中国独生子女和老龄化问题将更加严重。国际上较早开展安防机器人研究的是美国与前苏联，稍后，英国、日本、法国、德国等国家也纷纷开始研究该类技术。我国大约有30 家左右的高等院校和研究院在从事各类机器人的研究工作，在40 多年来，已在
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全力满足教学需求，真实规划教学环节 最新全面教学资源，打造完美教学模式 外骨骼机器人研究发展综述 李罗川
摘要 外骨骼机器人又称可穿戴机器人，是一种结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的机器人。外骨骼机器人融合了传感、控制、驱动、信息融合、移动计算等综合技术为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构。本文介绍了外骨骼机器人的发展历史以及国内外研究现状，对外骨骼机器人的关键技术：机械结构设计，驱动单元，控制策略进行了研究，分析了其技术难点最后对其发展前景进行了说明。 关键词：外骨骼机器人关键技术
引言 (5) 1.发展历史及现状 (6) 1.1国外发展历史现状 (6) 1.2国内发展历史现状 (9) 2.关键技术分析 (11) 2.1外骨骼机器人的结构设计 (11) 2.2外骨骼机器人驱动单元 (12) 2.3外骨骼机器人的控制策略 (12) 3.外骨骼机器人技术难点分析 (15) 4.前景展望 (17) 4.1 外骨骼机器人的研究方向 (17) 4.2外骨骼机器人技术的应用 (17)
现代机器人所具有的机械动力装置使得机器人可以轻易地完成很多艰苦的任务，比如举起、搬运沉重的负载等。虽然现代机器人控制技术有了长足的发展，还远达不到人的智力水平，包括决策能力和对环境的感知能力。与此同时，人类所具有的智能是任何生物和机械装置所无法比拟的，人所能完成的任务不受人的智能的约束，而仅受人的体能的限制。因此，将人的智能与机器人所具有的强大的机械能量结合起来，综合为一个系统，将会带来前所未有的变化，这便是外骨骼机器人的设计思想。外骨骼机器人实质上是一种可穿戴机器人，穿戴在操作者的身体外部，为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能，同时又融合了传感、控制、驱动、信息融合等机器人技术，使得外骨骼能够在操作者的控制下完成一定的功能和任务。本文通过介绍外骨骼机器人的发展历史及研究现状进一步分析了外骨骼机器人的关键技术，并对其技术难点以及发展前景作了说明，以期在全面认识外骨骼机器人基础上对其开展进一步深入研究。
仿生机器人的研究综述 华明亚 （上海大学机电工程与自动化学院，上海200072） 摘要：在人类认识世界和改造世界的过程中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如星球探测、深海探测、减灾救援和反恐活动等，而仿生机器人为解决上述问题提供了一条有效途径。随着机器人技术和仿生学的发展，仿生机器人的研究正受到学者们的普遍关注。在对仿生机器人进行分类的基础上，从地面仿生机器人、水下仿生机器人以及空中仿生机器人3个方而简要介绍了国内外典型仿生机器人的研究进展，并介绍其发展趋势。 关键词：仿生机器人；机器人运动；发展趋势； Research review on bionic robot Hua Mingya (School of mechanical engineering and automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China) Abstract:: In the human understanding and transforming the world in the process, the existence of human beings can not reach the place and special occasions may endanger human life, such as planetary exploration, deep sea exploration,disaster relief and anti terrorist activities, and bionic robot provides an effective way for solving the above problems. With the development of robot technology and bionic, bionic robot research has received wide attention of scholars. In the classification based on bionic robot, bionic robot, bionic robot from air groundbionic robot, underwater 3 party and briefly introduced the research progress oftypical bionic robot at home and abroad, and introduces its development trend. Key words: Bionic robot; robot movement; development trend; 1 机器人的研究现状 1.1 机器人国外研究现状 由于仿生机器人所具有的灵巧动作对于人类的生产和科学研究活动有着极大的帮助，所以，自80年代中期以来，机器人科学家们就开始了有关仿生机器人的研究。 自1983年以来，美国Robotics Research Corporation以拟人臂组合化为设想，基于系列关节研制出K-1607等系列7自由度拟人单臂和K/ B 2017双臂一体机器人，其单臂K/ B 2017已用于空间站实验。
工业机器人毕业设计 目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算 3.5 手臂强度校核
4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢
1 绪论 1.1 工业机器人研究的目的和意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统 （FMS）、自动化工厂（ＦＡ）、计算机集成制 造系统（ＣＩＭＳ）的自动化工具。广泛采用 工业机器人、不仅提高产品的质量与数量而且 也保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强 度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低 生产成本有着十分重要的意义。与计算机、网 络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益 改变着人类的生产和生活方式。 ２０世纪８０年代以来，工业机器人技术逐渐成熟、并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及工程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 １驱动方式的改变 ２０世纪７０年代后期，日本安川电动机公司研制出了第一台全自动的工业机器人而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。但与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大的提高。因此它逐步代替了采用液压驱动的机器人成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、ＲＶ减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。 ２信息处理速度的提高 机器人的动作通常是通过机器人的各个环节的驱动电动机的运动而实现的。为了是机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算并在此基础上向机器人的各个环节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，CPU的计算能力有了很大的提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制２０多个关节。机器人控制性能的提高，也进一步促进了工业机器人本身性能的提高并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展已经出现了多台机器人通过网络共享信息并在此基础上进行协调控制的技术趋势。 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势 目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中，极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据
外骨骼机器人研究发展综述 李罗川
摘要 外骨骼机器人又称可穿戴机器人，是一种结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的机器人。外骨骼机器人融合了传感、控制、驱动、信息融合、移动计算等综合技术为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构。本文介绍了外骨骼机器人的发展历史以及国内外研究现状，对外骨骼机器人的关键技术：机械结构设计，驱动单元，控制策略进行了研究，分析了其技术难点最后对其发展前景进行了说明。 关键词：外骨骼机器人关键技术
目录 引言 (4) 1.发展历史及现状 (5) 1.1国外发展历史现状 (5) 1.2国内发展历史现状 (9) 2.关键技术分析 ...................................................................................................................... 1..1 . 2.1外骨骼机器人的结构设计..................................................................................... 1..1... 2.2外骨骼机器人驱动单元.......................................................................................... 1..2... 2.3外骨骼机器人的控制策略..................................................................................... 1.. 3... 3............................................................................................................ 外骨骼机器人技术难点分析................................................................................................................. 1..6... 4............................................................................................................ 前景展望 ........................................................................................................................................................ 1..8 . 4.1外骨骼机器人的研究方向..................................................................................... 1..8... 4.2外骨骼机器人技术的应用 .................................................................................. 1...8..
外骨骼技术研制始于1960 年代的美国，最早的研究成果是美国通用公司研发的Hardiman 外骨骼系统，其主要采用电机驱动控制，可以轻易举起重物。 1978 年，美国麻省理工学院研究出“被动式外骨骼助力机器人”。MIT的外骨骼下肢助力机器人能够在负载36公斤的情况下行走1m/s，其中80%的负重被传递到地面上。它的关节自由度配置包括髋关节有3 个自由度，膝关节 1 个自由度。穿戴者与机器人在肩膀、腕关节、大腿和脚部连接，机器人总重量是11.7Kg。驱动方式不采用电力驱动，只利用弹簧储能和变阻尼器驱动关节驱动。髋关节伸/屈运动时，伸运动时弹簧释放能量，屈运动时弹簧储存能量，膝关节利用磁流变阻尼器，踝关节利用碳纤维弹簧缓冲脚后跟对地面的冲力。传感器系统是由安装在外骨骼下肢助力机器人外壳的应变桥式应变片传感器和安装在膝关
节的电位计组成。 2004年，伯克利分校研制出的下肢外骨骼机器人BLEEX是DARPA项目的第一台带移动电源和能够负重的下肢外骨骼机器人。BLEEX由--个用于负重的背包式外架、两条动力驱动的仿生金属腿及相应动力设备组成，使用背包中的液压传动系统和箱式微型空速传感仪作为液压泵的能量来源，以全面增强人体机能。BLEEX的每条腿具有7个自由度(髋关节3个，膝关节1个，踝关节3个)，在该装置中总共有40多个传感器以及液压驱动器，它们组成了一个类似人类神经系统的局域网。BLEEX的负重量能达至75kg，并以0．9m／s的速度行走，在没有负重的情况下，能以1．3m／s的速度行走。
目前，洛克希德·马丁公司和伯克利分校共同研制了新一代外骨骼机器人HULC 。这款新型外骨骼继承了BLEEX 的优点，对一些液压传动装置和结构进行了优化设计，不但能够直立行进，还可完成下蹲和匍匐等多种相对复杂的动作，穿上HULC 后能够明显降低人体对氧气的消耗量。在一次充满电后，HULC 可保证穿着者以4．8km ／h 的速度背负90kg 重物持续行进一个小时。而穿着HULC 的冲刺速度则可达到16km ／h 。HULC 穿戴起来也非常方便，士兵只需将腿伸进靴子下方的足床，然后用皮带绑住腿部、腰部以及肩部即可，完全脱下需30秒的时间。
中国矿业大学徐海学院 双足竞步机器人设计与制作技术报告 队名：班级： 成员： 题目：双足竞步机器人的设计与制作（交叉足） 任课教师： 2015 年1月
双足竞步机器人设计与制作任务书班级学号学生姓名任务下达日期：2014年11 月24 日 设计日期：2014年11月24日至2015年1 月8 日设计题目：双足竞步机器人设计与制作（交叉足） 设计主要内容和完成功能： 1、双足竞步机器人机械图设计； 2、双足竞步机器人结构件加工； 3、双足竞步机器人组装； 4、双足竞步机器人电气图设计； 5、双足竞步机器人控制板安装； 6、整机调试 7、完成6米的马拉松比赛。 教师签字：
摘要 文章介绍了一个六个自由度的小型双足机器人的设计加工、调试与最后实现。设计过程包括机械结构设计、电路设计与制作，机器人步态规划算法研究，利用Atmega8芯片实现了对六个舵机的分时控制，编写VC上位机软件,通过串口通信对双足竞步机器人进行调试，通过人体仿生学调试出机器人的步态规划。实现了双足竞步机器人稳定向前行走、立正、向前翻跟头、向后翻跟头。 关键词：机器人，串口通信，步态规划，舵机
目录 一、系统概述 (5) 1.1 机器人的简述 (5) 1.2 机器人的组成 (5) 1.2.1执行机构 (5) 1.2.2驱动装置 (5) 1.2.3检测装置 (5) 1.2.4控制系统 (5) 二、硬件设计 (6) 2.1硬件设计的整体分析 (6) 2.2舵机的介绍 (6) 三、软件设计 (7) 四、系统调试 (8) 4.1步态的规划 (8) 4.2软件调试 (8) 五、结束语 (8) 六、参考文献 (8) 七、附录 (9) 程序代码 (9)
仿生机器人概述 一、仿生机器人的定义 简单来说，仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状或某些机能的机器人系统。从本质上来讲,所谓“仿生机器人”就是指利用各种机、电、液、光等各种无机元器件和有机功能体相配合所组建起来的在运动机理和行为方式、感知模式和信息处理、控制协调和计算推理、能量代谢和材料结构等多方面具有高级生命形态特征从而可以在未知的非结构化环境下精确地、灵活地、可靠地、高效地完成各种复杂任务的机器人系统.（摘自《仿生机器人的研究》许宏岩,付宜利,王树国,刘建国著） 二、对仿生机器人的理解 仿生机器人是一个很宏大的概念，字面上讲任何模仿自然界生物的机器都可以称之为仿生机器人。但是根据诸多文献的定义，现在人们倾向于将第四代及之后的机器人称之为仿生机器人，也就是2000年之后产生的机器人。我认为这样界定的根据在于第四代机器人具有了完备的感知能力和面对简单问题时的处理能力，如现在的两足机器人能够根据地形的变化自行调整行走模式，从容的绕开障碍物并且保持重心平衡，而这是以前的机器人所无法实现的。所以我们认为这时的机器人初步具有了人的智力，可以与生物的智能相比拟，是仿生机器人。 三、仿生机器人的产生前提与发展动力 生物在经过了千百万年的进化之后,由于遗传和变异的原因,已经形成了从执行方式、感知方式、控制方式,一直到信息加工处理方式、组织方式等诸多方面的优势和长处.仿生机器人这门学科产生和存在的前提就在于,生物经过了长期的自然选择进化而来,在结构、功能执行、信息处理、环境适应、自主学习等多方面具有高度的合理性、科学性和进步性.而非结构化的、未知的工作环境、复杂的精巧的高难度的工作任务和对于高精确度、高灵活性、高可靠性、高鲁棒性、高智能性的目标需求则是仿生机器人提出和发展的客观动力.（摘自《仿生机器人的研究》许宏岩,付宜利,王树国,刘建国著） 生物在漫长的进化过程中演变出的无比精巧、合理的结构，是目前人类所有的理论和技术都无法达到的。任何由人类设计的堪称完美的结构，放到自然界的生物面前，都相形见绌。因此，研究现成的最优化、最完美的生物体就成为人类设计机械最廉价、最可靠的范本，由此诞生了仿生学这一专门的学科，而仿生机器人则是机械与仿生学两者结合的最佳产物。这也是仿生机器人产生的前提与发展的动力。 四、仿生机器人的现状
闽江学院 本科毕业论文(设计) 题目基于微信公众平台Web应用- 微信机器人的设计与实现
学生姓名彭秋源系别软件学院年级2012 专业软件工程指导教师肖建飞职称讲师 完成日期2014.4.25
闽江学院毕业论文（设计）诚信声明书 本人郑重声明： 兹提交的毕业论文（设计）《基于微信公众平台的Web应用-微信机器人的设计与实现》，是本人在指导老师肖建飞的指导下独立研究、撰写的成果；论文（设计）未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，论文（设计）中所引用的文字、研究成果均已在论文（设计）中以明确的方式标明；在毕业论文（设计）工作过程中，本人恪守学术规范，遵守学校有关规定，依法享有和承担由此论文（设计）产生的权利和责任。 声明人（签名）： 2014年月日
摘要 微信智能机器人是运行于微信公众平台并基于HTML5的WEB APP（网页第三方程序），“微信公众号＋APP页＋社会化CRM系统+基于SpringMVC3.0 Restful”的模式开发将成为未来个人app的趋势。在此设计主要是基于SpringMVC3.0 Restful为机器人的“智能回复”以及“微餐厅”模块实现信息化处理提供方案，本文从课题背景意义、SpringMVC3.0 Restful介绍、系统需求分析、概要设计和详细设计对整个系统的开发进行了描述。本系统采用B/S结构，以SpringMVC3.0 Restful+ Hibernate +Linux服务器作为基础，使用MySQL数据库及Hibernate 、nginx负载均衡、jetty服务器等技术进行开发。应用包含“智能机器人”基本信息的回复，以及“微餐厅”的点菜，查询，更新，结账，主页，在线预订，购物车，关于餐厅，我的订单，退出等功能。系统使用方面灵活，实现了基本点餐流程中的功能。 关键词：SpringMVC3.0 Restful；Hibernate ；nginx负载均衡；jetty服务器；maven项目管理工具
文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持. 扫地机器人的设计与实现 内容摘要： 随着人类发展和社会进步，智能化在现实生活中的应用越来越广泛。本文阐述了扫地机器人在无人操控的情况下完成清扫具有桌子﹑椅子﹑饮水机和茶几的室内地面的任务。本设计由控制模块、感知模块、移动模块、清洁模块四大模块组成。控制模块由控制器部分和电源部分构成，是整个设计的中心。感知模块要运用到传感器，常用的传感器有感应式传感器﹑电容式传感器﹑超声波传感器﹑红外光反射传感器﹑碰撞传感器和感光传感器。移动模块一般用到的结构包括步进式﹑轮式和履带式及其他方式，轮式和履带式结构一般用于平滑的地面，而步进式则适合在路况较差的地面上运动。清洁模块包括吸尘装置﹑清扫装置，吸尘装置可以吸附地面上较小的垃圾以及灰尘，清扫刷可以除去地面上的顽固污渍。小车采用智能控制技术，按照规定路线在室内行驶，具有自动发现垃圾并清洁地面的功能。基于AT89C51单片机和C语言小车能够实现预期的功能。 关键字：感知移动清洁 1word版本可编辑.欢迎下载支持.
目录 1.概述.............................................................................................................. 1.1设计目的和设计要求 ........................................................................ 1.2设计构思 ............................................................................................ 2.设计原理及方案 ......................................................................................... 2.1模块设计 ............................................................................................ 2.2工作流程 ............................................................................................ 2.3路径规划研究 ..................................................................................... 2.4路径的实现——内螺旋算法 ............................................................ 3.实验及其结果 .............................................................................................. 4.总结与心得体会.......................................................................................... 参考文献.......................................................................................................... 2