移动机器人的发展现状及其趋势
徐国华谭民
中科院自动化研究所
、引言
机器人的应用越来越广泛,几乎渗透到所有领域。移动机器人是机器人学中的一个重要分支。早在60年代,就已经开始了关于移动机器人的研究。关于移动机器人的研究涉及许多方面,首先,要考虑移动方式,可以是轮式的、履带式、腿式的,对于水下机器人,则是推进器。其次,必须考虑驱动器的控制,以使机器人达到期望的行为。第三,必须考虑导航或路径规划,对于后者,有更多的方面要考虑,如传感融合,特征提取,避碰及环境映射。因此,移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。对移动机器人的研究,提出了许多新的或挑战性的理论与工程技术课题,引起越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣,更由于它在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险与恶劣环境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景,使得对它的研究在世界各国受到普遍关注。
二、移动机器人发展现状
从移动方式上看,移动机器人可分为轮式、履带式、腿式(单腿式、双腿式和多腿式)和水下推进式。本文重点放在轮式、履带式机器人,对水下机器人和两足人形机器人不做详细讨论。
1.国外移动机器人的发展概况
1.1室外几种典型应用移动机器人
美国国家科学委员会曾预言: 20世纪的核心武器是坦克,21世纪的核心武器是无人作战系统,其中2000年以后遥控地面无人作战系统将连续装备部队,并走向战场 。为此,从80年代开始,美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项,制定了地面天人作战平台的战略计划。从此,在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕,如DARPA的 战略计算机 计划中的自主地面车辆(ALV)计划(1983 1990),能源部制订的为期10年的机器人和智能系统计划(RIPS)(1986 1995),以及后来的空间机器人计划;日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划;欧洲尤里卡中的机器人计划等。
初期的研究,主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理,并建立实验系统进行验证。虽然由于80年代对机器人的智能行为期望过高,导致室外机器人的研究未达到预期的效果,但却带动了相关技术的发展,为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验,同时,也推动了其它国家对移动机器人的研究与开发。进入90年代,随着技术的进步,移动机器人开始在更现实的基础上,开拓各个应用领域,向实用化进军。
由美国NASA资助研制的 丹蒂II 八足行走机器人,是一个能提供对高移动性机器人运动的了解和远程机器人探险的行走机器人。它与其他机器人,如NavLab,不同之处是它于1994年在斯珀火山的火山口中进行了成功的演示,虽然在返回时,在一陡峭的、泥泞的路上,失去了稳定性,倒向了一边,但作为指定的探险任务早己完成。其它机器人在整个运动过程中,都需要人参与或支持。丹蒂计划的主要目标是为实现在充满碎片的月球或其它星球的表面进行探索而提供一种机器人解决方案。
美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年登上火星,这一事件向全世界进行了报道。为了在火星上进行长距离探险,又开始了新一代样机的研制,命名为Rock y7,并在Lavic湖的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。
德国研制了一种轮椅机器人,并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。该轮椅机器人在公共场所拥挤的、有大量乘客的环境中,进行了超过36个小时的考验,所表现出的性能是其它现存的轮椅机器人或移动机器人所不可比的。这种轮椅机器人是在一个商业轮椅的基础上实现的。
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国外还研制了一种独轮机器人,它与具有静态稳定性的多轮移动机器人相比,具有很好的动态稳定性,对姿态干扰的不敏感性,高可操作性,低的滚动阻力,跌倒的恢复能力和水陆两用性。这是运动性的一种新概念。
1.2高完整性机器人
没有一个系统可以做到100%可靠。一个可靠机器人是指它一直正常地工作。一个高完整性机器人则时刻监视自己的行为,一旦发现异常,立即停止运转。因此,一个高完整性机器人并不一定要连续工作,但工作时,一定是正确的。
1.3遥控移动机器人
对机器自主性的挑战来自要求完成的任务和高度非结构化和变化的环境。在大多数室外环境中,要求机器完全自主地完成任务,目前还有一定的困难。远程操作的半自主机器人,毫无疑问,是一个发展方向。因此先进的远程操作技术是将来必需的。完全遥现是实现远程操作一个或几个移动机器人的最佳可能方案,但太贵。研制一套适于远程操作的、使用起来既自然又容易的人机交互方案是必需的。在未知和变化的环境中,头部跟踪系统有帮助,且是可行的。。
1.4环境与移动机器人集成
H.Ishi g uro通过对以前机器人研究工作的回顾,发现过去智能机器人的工作主要集中在自主性上。因此,他提出了一个新概念:感知信息基础设施。就象人需要道路、交通信号灯等一样,机器人为了在一个动态变化的环境中行动,也同样需要基础设施。作者将一个用于导航移动机器人的分布式视觉系统作为例子,进行了解释和说明。实验在一个缩小了1/12的城镇模型中进行,内有阴影,树的结构,草地和房屋,足够代表室外环境的真实情况,并安装了用于机器人导航用的16个摄像机智能体,实现了移动机器人与环境的融合。
1.5生态机器人学(生物机器人学)
生态机器入学就是把生态学的原理应用到移动机器人设计中去的实践。目前所用到的原理,现简述如下: 由于机器人和环境的不可分离性,因此应将其作为一个整体来看待。
机器人的行为是由这个系统的动力学创现出来的。
基于感知和行为的直接关系,为了达到系统的一个期望状态,机器人的任务就是将已有的信息映射到受其管理的控制参数上。
环境提供足够的信息以使产生自适应行为成为可能。
因为机器人在环境中,因此环境不必在机器人之中。也就是说,无需一个中心模型,但要留出空间用于具体任务记忆和学习。
1.6多机器人系统
美国DARPA的战术移动机器人计划,是一个4年研究计划,于1998年开始。分两阶段进行:技术开发和系统设计。技术开发包括三个方面:机器感知、半自主操作和机器人运动。目的是研究和开发由许多小的、低价的、半自主的移动机器人组成的机器人团队的协调与控制技术并将其应用于战略重要情况。如正在发生军事冲突的市区的侦察任务,在这种情况下,市区中人口稠密,建筑物多,涉及的人员分布在其里里外外、上上下下,从而使作战部队处于危险和不可预测的境地。因此,本项目的一个长期目标,就是在发生战斗的条件下,使用机器人团队,在现场的内外,为部队提供支持。附带的另一个长期目标是建立和发展一个自制的工业标准基础,以迎接将来国防对军用机器人的需求。
美国的MDARS项目是在著名的保安机器人RO B ART的基础上建立的一个多移动机器人平台,用来在指定地点执行随机巡逻任务。第一期任务是用于国防部仓库和储蓄场自动化闯入探测和库存量的查定。关于第一期任务,在经历了实验室到模拟实验场地之后,已经在一个作战用的真实仓库环境内,进行了成功的演示。第二期任务主要强调在国防部的室外仓储地的应用。
美国的FETC H计划是在BUGS计划的基础上,研究使用一群小的、坚固的自主的移动机器人去清除地表上的未爆炸的M42炮弹。首先建立一个实验床,由四个机器人和一个陪同的操作员控制单元组成,研究如何确定任务要求和一个有效的机器人解决方案的参数。在这些参数中,要考虑自主与半自主机器人控制的比较,用于确定弹药位置的随机与直接搜索策略的比较,整个场地与有限移动驱动系统的比较。决定性的因子来自于任务的进一步细化和实际的性能。整个计划的最终目标是用一到两个得到基本训练的爆炸物处理
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专家,监控多达50个机器人,在一个足球场大小的现场上,并行地工作,清除军用品。任务完成的标志是,在有限的时间内,搜集尽可能多的手榴弹。对机器人的要求:一是小且轻,以便搬运到现场,能在铺满自然障碍物和冲突后的残骸的现场中导航,能在现场的边界上停留,提高操作速度;二是成本不高,以便意外损坏是可以容忍,装有适应的和可重用的部件。
机器人正在从工厂的结构化环境进入人们每天的生活环境 医院、办公室、家庭、建筑工地和其它杂乱及不可控环境。要求机器人不仅能自主完成工作,而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务。这就需要机器人具有下述能力:移动和操作集成于一体的能力,在多机器人之间的协作能力,与人的交互能力和无碰路径的实时修改能力。Khatib等讨论了这个问题,并给出了有关的模型、策略和算法的开发,并在斯坦福大学的两个完整性移动平台上进行了演示。
自从1996年成功地举行了第一次世界机器人足球赛以来,现在,一年一度的世界机器人足球赛已经吸引了越来越多的团体参加,极大地推进了多移动机器人技术的研究,成为研究和验证人工智能成果的实验床。
关于多移动机器人的一些新的提法,如认知机器人学、生态机器人学、协作机器人学、社会机器人学以及广义社会学等,这里不再说明。
2.国内移动机器人研究概况
国内在移动机器人的研究起步较晚,大多数研究尚处于某个单项研究阶段,主要的研究工作有:清华大学智能移动机器人于1994年通过鉴定。涉及到五个方面的关键技术:基于地图的全局路径规划技术研究(准结构道路网环境下的全局路径规划、具有障碍物越野环境下的全局路径规划、自然地形环境下的全局路径规划);基于传感器信息的局部路径规划技术研究(基于多种传感器信息的 感知一动作 行为、基于环境势场法的 感知一动作 行为、基于模糊控制的局部路径规划与导航控制);路径规划的仿真技术研究(基于地图的全局路径规划系统的仿真模拟、室外移动机器人规划系统的仿真模拟、室内移动机器人局部路径规划系统的仿真模拟);传感技术、信息融合技术研究(差分全球卫星定位系统、磁罗盘和光码盘定位系统、超声测距系统、视觉处理技术、信息融合技术);智能移动机器人的设计和实现(智能移动机器人THMR III的体系结构、高效快速的数据传输技术、自动驾驶系统)。
香港城市大学智能设计、自动化及制造研究中心的自动导航车和服务机器人。
中国科学院沈阳自动化研究所的AGV和防爆机器人。
中国科学院自动化所自行设计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统。
哈尔滨工业大学于1996年研制成功的导游机器人等。这里就不详细列举和介绍。
三、移动机器人关键技术发展现状
机器人的研究,存在着两条不同的技术路线:一条是日本和瑞典所走的 需求牵引,技术驱动 ,结合工业发展的需求,开发出一系列特定应用的机器人,如:弧焊、点焊、喷漆、装配、刷胶、建筑等等,从而形成了庞大的机器人产业;一条是把机器人作为研究人工智能的载体,即:单纯从技术上模仿人或动物的某些功能出发,研究有关智能的问题和智能机器人,如:美国、欧洲的一些大学及研究所进行的工作。由于人工智能和其他智能技术的发展尚落后于人们对它的希望,致使大部分研究成果处于实验阶段。
移动机器人要想走向实用,必需拥有能胜任的运动系统、可靠的导航系统、精确的感知能力和具有既安全而又友好地与人一起工作的能力。移动机器人的智能指标为自主性、适应性和交互性。适应性是指机器人具有适应复杂工作环境的能力(主要通过学习),不但能识别和测量周围的物体,还有理解周围环境和所要执行任务的能力,并做出正确的判断及操作和移动等能力。自主性是指机器人能根据工作任务和周围环境情况,自己确定工作步骤和工作方式;交互是智能产生的基础,交互包括机器人与环境、机器人与人及机器人之间三种,主要涉及信息的获取、处理和理解。
1.机器人机构
机器人的机械结构形式的选型和设计,应该根据实际需要进行。在机器人机构方面,应当结合机器人在各个领域及各种场合的应用,开展丰富而富有创造性的工作。对于移动机器人,研究能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的各种移动机构。
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当前,对足式步行机器人、履带式和特种机器人研究较多,但大多数仍处于实验阶段,而轮式移动机器人由于其控制简单,运动稳定和能源利用率高等特点,正在向实用化迅速发展,从阿波罗登月计划中的月球车到美国最近推出的NASA行星漫游计划中的六轮采样车,从西方各国正在加紧研制的战场巡逻机器人、侦察车到新近研制的管道清洗检测机器人,都有力地显示出移动机器人正在以其有使用价值和广阔的应用前景而成为智能机器人发展的方向之一。
电动汽车是推动轮式移动机器人技术进步的动力之一,因此,应注意这方面的研究进展。
2.体系结构
机器人的智能系统具有以下特点:信息密集,多层次的信息与知识表示方式,与环境交互丰富多样,信息与知识分布存储等。所以,它是一个高智能、多系统的复杂系统工程,不是单元技术的简单连接,系统的总功能是各种分系统在多层次的协调和分工中集成,因此,机器人的总体集成技术是一个核心问题,其主要内容是机器人的体系结构研究。
体系结构的研究,主要针对有意识行为和反射行为而展开的,如何将两者相统一,是目前的一个研究热点。
早期的移动机器人研究都是在室内进行的,其体系结构,一般只能在 积木世界 中运行。德国为在自动化工厂中运行的自动导引车AGV设计了一种分层体系结构。德国还开发了一种具有很高水平的移动机器人系统KAMRO,其体系结构基本上采用NASRE M模型的思想。
美国MI T的人工智能实验室的Brooks提出了包容体系结构思想,并建立了一系列新型的移动机器人。包容体系结构采用所谓 感知 动作 结构,也称基于行为的结构。一些实验表明,包容体系结构在处理动态环境中不确定性和模仿动物的低级反射行为方面具有很多优点。最近,很多采用了基于行为控制的思想而与传统AI符号主义思想影响的体系结构不同的新型结构纷纷提了出来。目前,这种基于行为控制的体系结构还处于理论探讨阶段,很多工作有待深入。实际上,移动机器人要完成的任务非常复杂,而上述的两种体系结构各有优缺点,因此,又提出了各种混合体系结构,最近又有人提出二重体系结构。
3.运动规划
运动规划是移动机器人的一个重要问题。它的目标是在一个存在障碍物的环境中,为移动机器人寻找一条无碰撞路径。对于自由运动的机器人,即机器入的运动不受限制,运动规划问题可以通过在自由位形空间内计算一条路径加以解决,这样的一条路径与工作空间内的一条可行的自由路径相对应。关于这方面的问题,自1970年以来,吸引了许多研究者。
运动规划耗时很多,一个重要的解决办法就是并行化。D.Henrich对使用并行处理方法进行快速运动规划的研究情况做了一个综述,并指出了一些有待解决的问题。一旦在线、实时运动规划实现,运动规划就可融入运动控制算法的闭环之中。另外,以前的运动规划算法,很少考虑运动的时间和速度。当考虑移动机器人所受的非完整性约束时,原来允许位形空间内的一条无碰路径,这时就不一定是一条可行的路径。
在复杂动态的环境中,考虑运动规划问题,将有更多的问题有待研究。其中一个重要的方面,就是多机器人的运动规划问题。
多机器人运动规划中,多移动机械臂的运动规划是一个重要的研究内容,并且成果极少,尤其考虑非完整约束的情况。
4.导航与定位
在移动机器人的应用中,精确的位置知识是一个基本问题。有关位置的测量,可分为两大类:相对和绝对位置测量。使用的方法可分为7种:里程计、惯性导航、磁罗盘、主动灯塔,全球定位系统,路标导航和地图模型匹配。其中前两种属于相对位置测量,也称为航迹推算。下面简述这些技术,包括新出现的基于声音和气味的导航技术。
里程计:具有较好的短期精度、便宜、较高的采样速率,故广泛使用。使用里程计的基本思想是积分增量运动信息,因此不可避免地引来误差的无限积累。尤其是方位误差将引起较大的横向误差。一般将其与其它绝对位置测量相结合以获得更可靠的位置估计。
惯性导航:惯性导航是使用陀螺和加速度计分别测量旋转率和加速率。惯性导航系统具有自包含优点,即无需外部参考。然而,随时间有漂移,积分之后,任何小的常数误差就会无限增长。因此,惯性传感器对于长时间的精确定位是不适合的。陀螺对于移动机器人尤
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其重要,因为可以用来补偿里程计的最大缺点:任何小的瞬时方位误差将带来一个定常增长的横向位置误差。
磁罗盘:就车体航向对积累的航迹推算误差的影响而言,它对导航参数是非常重要的。正是这个原因,在解决自主平台的导航需求上,提供一个测量绝对航向的传感器是异常重要的。磁罗盘就是这样一个传感器。然而,磁罗盘的一个致命弱点是在接近电力线或钢结构的地方,地磁场发生变形。这就使得地磁传感器很难用于室外。在各类磁罗盘中,磁通量闸门罗盘最适用于移动机器人。
主动灯塔:是海洋和空中的最常用的导航系统。在商业化的移动机器人系统中,也是如此。主动灯塔能被可靠地检测,并且需要很少的处理时间就可以得到精确的位置信息。虽然它可以很高的采样速率达到高可靠性,但其安装和维护费用也很高。精确的定位要求灯塔的精确安装。三边形和三角网是两种不同类型的系统。在三边形导航系统中,常常是在环境的已知位置上安装三个或以上的发射器,机器人上有一个接受器。相反情形,机器人上有一个发射器,接受器安装在墙上。通过飞行时间信息,可以计算出距离。而三角网则是在已知的位置上安装三个或以上的主动发射器,机器人上的一个旋转传感器记录它与它所看到的发射器灯塔之间的相对于车体纵轴的夹角,由此计算出机器人的位置与方位。这里有一个问题,为了在20米或更远看,主动灯塔必须集中在一个锥形的传播模式内。结果,灯塔在很多地方可能看不到,而这种方法至少要看到三个,因此这是一个尤其严重的问题。这方面的技术和产品都是成熟的。
全球定位系统:对于室外导航,这是一个革命性技术。但用于移动机器人导航时,存在以下问题:(1)由于植物和山地,存在周期性的信号阻碍;(2)多径干扰;
(3)对于初级(单独一个)导航系统,定位精度不够。
路标导航:路标是机器人能从其传感输入所能认出的不同特性。路标可以是几何形状(如线段,圆,或矩形),也可包括附加信息。一般情况,路标有固定的和己知的位置。路标要认真仔细地选择,以利于识别,例如,相对于环境,要有充分的对比。为了利用路标进行导航,必须知道路标的特征并将其事先存入机器人的内存中。然后,定位的主要任务就是可靠地识别路标以便计算机器人的位置。为了简化路标获取问题,常常假设当前机器人的位置和方位近似已知,这样就可使机器人在一个有限的区域内寻找路标。因此,为了成功地探测到路标,要求有一个好的测距法。
路标分自然路标和人工路标。自然路标是早己在环境中存在并且除了用于机器人导航之外还有一定功能的目标或特征。人工路标是安装在环境中单独用于机器人导航的专门设计的目标或标记。
基于路标导航的特点简述如下:
自然路标,灵活,且无需改变环境。
人工路标,不贵,且能提供额外信息,如模式或形状。
机器人与路标之间的最大有效距离必须充分地小于在主动灯塔系统中的情况。
定位精度依赖于机器人和路标之间的距离和角度。当机器人远离路标时,路标导航相当不精确。
与主动灯塔系统相比,需要更多的处理时间。在大多数情况下,机器人自带的计算机不能为实时运动提供足够快的处理自然路标的算法。
周围条件,如照明,可能是一个问题;在边缘的可视范围之内,路标可能一点儿也认不出,或者被误认。这是一个很严重的问题,因为这将导致完全错误的机器人定位。
路标必须围绕在机器人工作的环境之中。
为了使机器人知道向何方寻找路标,基于路标导航的方法要求一个近似的起始位置。如果机器人不知道起始位置,就需要执行一个消耗时间的搜索过程。这个搜索过程要么使机器人误入歧途,要么得到一个错误解释。
必须要有一个保存路标及其在环境中的位置的数据库。
对于基于路标的技术,只有有限的商业支持。
地图模型匹配:基于地图定位,也称之为地图匹配,是一种机器人利用其自身的传感器创建一个自己的局部环境的技术。然后,这个局部地图与保存在内存的全局地图进行比较。如果匹配,机器人就可以计算出自己在环境中的真实位置和方位。以前存储的地图可以是环境的一个C AD模型,或者可以由以前的传感数据构造。优点是无需改变环境,而是利用环境的自然结
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构进行推理位置信息。另外,使用已经开发的一些算法,机器人可以通过探索学习环境而提高定位精度。缺点是对传感地图精度的严格要求和要求有足够多的、静态的、易识别的特征用于匹配。由于这些挑战性96要求,使得该项技术当前只限于实验室或相对简单的环境。这里涉及地图建造和地图匹配两个大问题。
最近开发了一种基于自然路标导航的技术,用于在动态环境中进行位置学习和位置识别。
在导航与定位方面,两个重要的发展方向值得注意:一个是关于如何构造高完整性的导航系统;另一个是关于主动环境问题,也称之为机器人与环境交互或融合问题,机器入通过与环境中存在的主动装置(相当于人类社会中的其他人,通过自己的询问和他人的帮助,进行导航和定位)的交互,完成导航和定位任务。
声音:当物体不在视野之内或光线很暗时,基于视觉的导航和定位将失效。在这些情况下,对于动物和人来说,声音是最有用的信息,同样,对于移动机器人,声音定位能力也尤其重要。虽然,声音的空间分辨率与视觉相比,还是比较低的,但是,听觉还是有很多优点:无方向性,时间分辨率高,能在黑暗中工作,要求的计算量小,不可隔断性。对利用声音进行定位,提出了各种方法,如束状方法;MUSI C方法;最大似然方法;空间-时间梯度方法;基于人的听觉系统的优先效果模型方法。尤其是后一种方法,在有混响的环境中,具有高时间分辨率、计算量小和定位准确的优点。
气味:气味的感知比视觉和听觉更重要,尤其是对于夜间活动的动物。动物更多地利用气味来搜索事物和躲避敌人,但目前缺乏这方面的研究工作。而对于这方面的研究,对利用移动机器人跟踪空气污染源或找出不合格药品等是有益的。W.K.Leow对此进行了研究,提出四种能够搜索事物、协商障碍物和躲避危险的神经网络,但重点放在静态环境的条件下。Preiss和Kramer,Belanger和Willis,Willis和Arbas的工作重点放在对昆虫利用气味导航的飞行路径进行建模。
5.跟踪控制
跟踪控制是移动机器人运动控制的一个重要问题,也是一个非常实际的问题。分为轨迹跟踪控制和路径跟踪控制两种。在轨迹跟踪控制中,移动机器人要求跟踪的期望轨迹是以时间关系曲线图给出的,而在路径跟踪控制中,期望轨迹是由方便的几何参数(如,路径的弧长)来描述的。当要求机器人必须在 个特定的时间内到达一个特定的点时,轨迹跟踪控制是必需的;当要求机器人以一个期望的速度跟踪一条由几何参数给出的路径时,路径跟踪控制是合适的。已有的轨迹跟踪方法在数学上很精致,并且得到许多有意义的结果,但对于设计跟踪控制器来说,并不是最好的方法。事实上,在传统的自动化应用中,常常采用基于几何路径跟踪概念的方法,控制器的设计更与人的直觉接近,并简单,易于实现。
关于这方面的工作,主要集中在早期。近期主要集中在考虑非完整约束和力学的情况下,如何实现有效跟踪。这方面的研究基本成熟。
6.反馈镇定
运动控制是机器人控制的一个重要方面。移动机器人的运动控制可分为两种策略:开环策略和闭环策略。开环策略就是试图寻找一个有界的控制输入序列来操纵系统,使其从一个初始位形到任意的期望位形。这种策略都是和机器人的运动规划联系在一起(离线生成时就叫运动规划)。闭环策略,就是反馈镇定。考虑非完整约束的移动机器人系统,是一个欠驱动的非完整系统,也是一个无漂移的零动力学系统。此类系统不满足纯状态光滑镇定的必要条件,也就是说,这类系统不能用连续可微的时不变的纯状态反馈律来予以镇定。因此,不连续控制、时变控制以及它们的混合策略就是必然的选择。所以,为其设计一个反馈镇定律,是一个挑战性工作,也是目前一个非常活跃的研究领域。
7.交互技术
交互技术包括人机接口、机器人开发语言和机器人互联通讯技术。机器人单个走向多个通过协调完成任务,要求研究通讯技术。尽管通讯技术发展很快,但它不是面向多机器人的。多机器人系统的通讯特点和实现方式有待进一步研究。
8.多传感器系统与信息融合
多传感器及先进的感知算法,将是在现实环境中实现具有高度灵活性及高鲁棒性行为的机器人的关键。采用多个传感器的优点是很明显的:(1)多个传感器可提供同一环境特征的冗余信息;(2)可提供出现在环境中有关特征的互补信息:(3)多个信息可以并行快
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速地分析当前的场景;(4)多个传感器虽然成本较高,但具有高鲁捧性可改善完成特定工作的指标;(5)在某传感器发生故障的情形下,很快可以重组,重新投入工作。
多传感器数据集成与融合是一项内容广泛的技术,涉及传感器、信号处理、机器人学、控制理论、系统分析、概率统计、计算机科学、仿生学等很多方面的知识,同时它也是一项用途广泛的技术,是信息融合的基础。信息融合技术不仅包括传感信息,而且包括社会信息。信息融合技术现在拓展到大型数据库的数据挖掘、遥感、战场监控、环保等方面。
9.智能技术
由于人体太复杂,人类的智能行为至今仍是一个谜,像生命科学中生物具有生命一样,今天我们知之甚少。而智能技术是用机器来模拟人的外在认识和思想行为的技术总称。目前,对于智能技术的研究,主要分为两大派:间接进化和直接进化。前者主要以符号主义的人工智能为代表;后者以计算智能技术为代表,包括神经网络技术,模糊技术,进化计算(遗传算法、进化策略、进化规划等)和基于个体的复杂系统的研究。前者采用自顶向下的技术路线,后者采用自底向上的技术路线。其实,人在处理问题时,两者是混合使用的。因此,两者的有机结合更恰当。
对于移动机器人来说,关键智能技术是自动规划技术和基于传感的智能。机器的智能行为包括知识理解、推测、感觉、认识、推理、归纳、推断,计划、反应、学习和问题求解等。涉及的领域包括图像理解、语音和文字符号的处理与理解、知识的表达和获取、学习、智能运动。
四、国际上移动机器人的发展趋势
通过分析,我们看到,随着电子技术的飞速发展,机器人用传感器正走向成熟,计算机的计算能力正得到显著提高,移动机器人的关键技术得到深入而广泛的研究,并且部分已经走向成熟,移动机器人领域正处于一个激动人心的时刻 正一步一步走向人们生活的各个领域。当前,移动机器人系统及其关键技术研究的趋势包括:
现场与服务机器人:继续开拓新的应用领域,研制新的机型,进行更多、更复杂、更符合实际的现场试验,积累更多的经验,吸取更多的教训,为实用化奠定坚实的基础。
高完整性机器人:机器人工作时,不仅要与周围的设备共同工作,而且要与人一同工作,所以研制高完整性的机器人,有可能使其早日实用化。
多移动机器人系统:多移动机器人系统的理论研究和工程实现已经成为机器人学的研究热点,这也是移动机器人发展的必然趋势。
主动环境:目前制造一个完全自主的机器人是很困难的。就象人一样,需要帮助,需要借助外界的力量来完成自己的使命。因此,提出主动环境的概念,即环境能为机器人提供所需的信息。所以,研究移动机器人与环境之间的有机结合,将会使其早日走向实用。
人与机器人融合:人本身的智能,到今天也没有完全明白,机器人也就难以直接进化了。充分发挥人的智能,发展监控技术和良好的人机交互技术,甚至人机融入一体,是移动机器人走向实用的又一个途径。
智能技术:应用于移动机器人研究的各个方面,涉及传统人工智能和新的人工智能。由于关于人的智能到目前还没有揭开它的面纱,所以,没有一个理论可以用来完全指导研究智能的实现技术。当前开发的各种智能技术,可用于不同的各个方面。今后的发展,除了继续寻找新的智能技术之外,主要是各种技术的综合运用,相互补充。移动机器人要走向人类的日常生活,必须综合运用智能技术。包括智能运动控制技术、智能规划技术、智能行为技术以及它们的学习机制。这是机器人学中的关键基础研究。
五、关于我国移动机器人研究的几点设想
综观世界上移动机器人发展的历史,明确的应用背景和重大工程是推动移动机器人技术向前发展的原因。就目前国际上移动机器人发展的趋势和我国的具体情况,我国的移动机器人研究,应贯彻如下两条原则:
1.以产品开发和工程应用带动技术研究;
2.以系统技术研究带动单项技术研究。
移动机器人要走向实际应用,必须解决人机交互问题:包括人机接口装置和交互技术、监控技术、远程操作技术、通讯技术和智能运动控制技术。
移动机器人要走向生活,安全、可靠是第一,还包括易操作,能手动控制,易维护等。其中,价格和复杂性是当今机器人学的主要障碍。简单性是机器人学中的
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一种两臂凿岩机器人孔序规划算法
周友行何清华
1引言
机器人任务规划问题一直是一个悬而未决的具有实际意义的挑战性问题,它需要从整体上考虑最优路径规划、轨迹规划、避碰策略以及各关节运动操作柔韧性等问题,目前已形成的非层次规划、层次规划、骨架式规
划和机遇式规划方法各有其优特点,但它们都存在算法的计算量大、收敛速度慢的问题,在实际应用上无法得到理想的结果。对于多臂多关节机器人而言,其任务规划则更复杂一些,多臂多关节机器人可看作一种由多个机械手组成的协作机器人系统。在协作机器人系统中,
[Abstract ]This paper presents a new algorithm based the assignment planning of a boom to plan assignment sequence of the two boom multi-joint robot.We have introduced the direction of the movement of robot joint as numerical value to count adaptation function for assi g nment p lannin g of a boom,and then chan g e the p lannin g of a boom with shift-loo p to make the assi g nment se q uence with out intermeddle.At the same time,we make the assi g nment of the p artshi p o p eration re g ion of tow boom as balancin g assi g nment to produce the global assignment planning.
[Ke y Words]The two boom tunnel-drillin g robot,g enetic al g orithm,bore p lannin g
[摘要]本文在利用各关节运动方向取值作为遗传算法的适应度函数的遗传算法规划单臂凿岩机器人工作任务的基础上,对单臂任务序列运用一种循环移位的方法,使两臂凿岩机器人不存在彼此互相干涉的工作任务,同时用两臂能共同工作到的区间内任务来平衡各臂的工作任务,对单臂工作序列采取截取、移位以均衡两臂的工作任务。[关键词]两臂凿岩机器人;遗传算法;孔序规划;
中南大学机电工程学院
一个挑战。
移动机器人要想将来真正实现自主运动,必须解决自定位技术、智能运动控制技术和寻找具有学习能力的完善机制。
因此我们可以开展以下几个方面的研究工作: 继续加强先进移动机器人应用工程研究:从我国的实际情况出发,先进移动机器人研究应以把人从危险、恶劣环境下重体力劳动作业、单调长时间作业替换出来作为重点,针对有强烈的应用背景和市场潜力的移动机器人项目,建议加大投资力度,使其从实验室走向市场,成为产品。
多机器人系统的研究:国外在这方面的研究较早,但基于个体行为的多移动机器人有关方面的研究也是处于理论研究阶段,主要集中在几个大学的实验室中。我国则是刚刚起步,建议尽快建立研究基地,对涉及到的各项关键技术进行实验研究,以便跟踪国际上的发展。
人机交互技术:包括人机接口装置和交互技术、监控技术、远程操作技术、通讯技术。其中远程操作技术是一个重要的研究方向。
智能技术:为了建立高智能系统,综合各种方法是必须的,如传统的人工智能技术、模糊系统、神经网络、遗传算法等。传统的符号推理系统对机器人学的影响是有目共睹的,如自动规划技术。模糊系统能处理人类的知识并能完成推理,但不具有学习机制。而另一方面,神经网络的主要特点就是具有模式识别功能,通过学习对输入进行分类和调节自己而适应动态环境;然而,网络的结构是一个黑箱。为了避免各自的缺点,开发了神经-模糊系统。更精确点儿,神经网络用于学习,而模糊系统用于表示知识。遗传算法也可与神经网络和模糊系统协调一致。实际情况,遗传算法常用于优化神经网络和模糊系统的结构。通过神经网络和模糊系统,可使一个智能系统很快适应一个动态环境,并且用遗传算法可使智能系统的结构全局进化。众所周知,这些方法在当前的智能机器人研究中,发挥了重要作用。其中,将各种智能技术应用于智能行为、新的有效学习机制和自定位的研究,是重点研究方向。
工业机器人发展现状与趋势 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，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、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。 一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10％左右。2004年增长率达到创记录的20％。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%，如图1所示。
各区域用户工业机器人定购指数（以1996年作为100） 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可*性、易操作性和可维修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
题目移动机器人的发展现状及趋势授课老师唐延柯 学生姓名 学号 专业电子信息工程 教学单位德州学院 完成时间 2013年11月16日
一、摘要 (2) 二、引言 (2) 三、智能机器人的构成 (3) 3.1硬件构成 (3) 3.2 软件构成 (3) 四、国内外在该领域的发展现状综述 (4) 五、智能移动机器人的应用及分类 (5) 5.1 智能机器人的应用 (5) 5.2 智能机器人分类 (7) 六、展望与讨论 (9) 6.1智能机器人的发展趋势展望 (9) 6.2 建议及设想 (10) 七、结论 (10) 八、参考文献 (11)
智能机器人的现状及其发展趋势 一、摘要 本文扼要地介绍了智能机器人技术的发展现状，以及世界各国智能机器人的发展水平，然后介绍了智能机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能机器人；发展现状；应用；趋势 The status and trends of intellectual robot Abstract:This paper briefly discusses the development, status of intellectual robot, development of intellectual robot in many countries. And then it presents the categories of intellectual robot, talks about the extensive applications in all works of life from several typical aspects and trends of intellectual robot. After that, it puts forward prospects for future technology, suggestion and a tentative idea of myself, and analyses the development of intellectual robot in China. Finally, it raises expectations of intellectual robot in China. Key words: intellectual robot; development status; application; trend 二、引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能机器人则是一个在感知- 思维- 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。智能机器人与工业机器人的根本区别在于，智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能[1]。 随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能机器人所处的环境往往是未知
智能移动机器人的现状和发展 姓名 学号 班级：
智能移动机器人的现状及其发展 摘要：本文扼要地介绍了智能移动机器人技术的发展现状，以及世界各国智能移动机器人的发展水平，然后介绍了智能移动机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能移动机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能移动机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能移动机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能移动机器人；发展现状；应用；趋势 1引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能移动机器人则是一个在感知 - 思维 - 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能移动机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能 力。智能移动机器人与工业机器人的根本区别在于，智能移动机器人具有感知功 能与识别、判断及规划功能[1] 。 随着智能移动机器人的应用领域的扩大，人们期望智能移动机器人在更多领 域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能移动机器人所处的环境 往往是未知的、很难预测。智能移动机器人所要完成的工作任务也越来越复杂; 对智能移动机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。目前，国内外对 智能移动机器人的研究不断深入。 本文对智能移动机器人的现状和发展趋势进行了综述，分析了国内外的智能 移动机器人的发展，讨论了智能移动机器人在发展中存在的问题，最后提出了对 智能移动机器人发展的一些设想。 1
全球手术机器人的发展现状及前景 机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体。主要用于心脏外科和前列 腺切除术。外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术，完全不同于传统的手术概念，在 世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。 第一代手术机器人已经用于世界各地的许多手术室中。这些机器人不是真正的自动化 机器人，它们不能自已进行手术，但是它们向手术提供了有用的机械化帮助。这些机器仍 然需要外科医生来操作它们并对其输入指令。这些手术机器人的控制方法是远程控制和语 音启动。 虽然说手术机器人比人手有一些优点，但是要用自动化的机器人在没有人参与的情况 下对人体进行手术，还有很长的一段路要走。但是，随着计算机能力和人工智能的发展， 在本世纪将会设计出一种机器人，可以找出人体中的异常，进行分析并校正这些异常而不 需要任何人指导。 组成部件 之所以将机器人引入医疗，是因为在微创手术中，它们可以实现对外科仪器前所未有 的精准控制。目前为止，这些机器已经用来定位内窥镜、进行胆囊手术以及胃灼热和胃食 管反流的矫治。机器人手术领域的最终目标是设计一种机器人，可以用来进行不开胸口的 心脏手术。某制造商表示，仅在美国，机器人设备每年可以用于超过350万个医疗手术中。机器人。 1、达芬奇手术系统
操作方法 外科医生站在控制台边，离手术台几十厘米远，透过探视镜向里看，来研究病人体内的照相机发送的3-D图像。图像显示的是手术点以及两个固定在上述两根杆端点上的手术仪器。像操纵杆一样的控制手柄，位于屏幕的正下方，外科医生用来操作手术仪器。每次操纵杆移动时，计算机就向仪器发送电子信号，仪器就和外科医生的手同步移动。 另一个即将被FDA批准的 机器人系统是ZEUS系统，由ComputerMotion公司制作，在欧洲已经可以使用。但是，无论是达芬奇系统还是ZEUS系统，用来进行手术计划的每一道程序都必须得到政府部门的批准。价值75万美元的ZEUS系统与达芬奇的装置类似。它有一个计算机工作站、一个视频显示器和控制手柄，用于移动手术台上安装的手术仪器。ZEUS系统目前在美国只被批准用于医疗试验，而德国医生已经使用此系统进行了冠心病搭桥手术。 ZEUS系统得到了自动化内窥镜定位（AESOP）机器人系统的协助。由ComputerMotion公司于1994年发布的AESOP是FDA批准使用的第一台可以用于手术室协助手术的机器人。AESOP比达芬奇系统和ZEUS系统要简单得多。AESOP基本上只是一个机械臂，用于医生定位内窥镜——一种插入病人体内的外科照相机。脚踏板或声音软件用于医生定位照相机，这就让医生的手空出来继续进行手术。
移动机器人的研究现状与趋势１１５【４３】ＳｈｅｎｇＬ＇Ｇｏｌｄｅｎｂｅ唱ＡＡ．Ｒｏｂｕｓｔｄａｍｐｉｎｇ ｃｏｎ们１ｏｆｍｏｂｉｌｅｍａｌｌｊｐｕｌａｔｏｒｓ嘲．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，ＭａｎａｎｄＣｙｂｅｍｅｔｉｃｓＰａｎＢ，２００２，３２（１）：１２６．１３２． 【４４】ＳｈｅｎｇＬ，Ｇ０１ｄｅｎｂｅ唱ＡＡ．Ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎ乜Ｄｌｏｆｍｏｂｉｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ【Ｊ】．ＩＥＥＥ１ｈｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ，２００ｌ，１２（５）：１１２１．１１３３． 【４５】李磊，叶涛，谭民，等．移动机器人技术研究现状与未来【Ｊ】．机器人，２００２，２４（５）：４７５—４８０． 【４６】徐国华，谭民．移动机器人的发展现状及其趋势【Ｊ】．机器人技术与应用，２００１，（３）：７—１４． ［４７】Ｌ硼ｎｅＥＰａｒｋｅｒ．ＣｏｏｐｅｒａｔｉｖｅＲｏｂｏｔｉｃｓｆｏｒＭｕｌｔｉ＿Ｔａｒｇｅｔ０ｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＡｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＳｏｆｔＣｏｍｐｕｔｉｎｇ，ｓｐｅｃｉａｌｉｓｓｕｃｏｎＲｏｂｏｔｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈａｔＯａｋＲｉｄｇｅＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｍｔｏｒｙ，１９９９，５（１）：５—１９． ［４８】ＭａｍｒｉｃＭＪ．ＬｅａｍｉｎｇｔｏＢｅｈａｖｅＳｏｃｉａｌｌｙ【Ａ】．ＦｒｏｍＡｎｉｍａｌｓｔ０Ａｎｉｍａｔｓ：ＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＡｄａｐｔｉｖｅＢｅｈａｖｉｏｒ【ｃ］．１９９４．４５３－４６２． ［４９］ｕｅｙａｍａＴ，Ｆｕｌ（ＩｌｄａＴ．ｓｅｌｆ－ｏ唱ａＩｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｅｌｌｕｌａｒＲｏｂｏｔｓｕｓｉｎｇＲａｎｄｏｍｗａｌｌ【ｗｉｍｓｉｍｐｌｅＲｕｌｅｓ【Ａ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＥＥＥＩ—ＣＲＡ【ｃ】．１９９３５９５—６００． ［５０】王越超．多机器人协作系统研究［Ｄ】．哈尔滨：哈尔滨工业大学，１９９９． ＰｒｅｓｅｎｔＳｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄＦｕｔｕｒｅＤｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆＭｏｂｉｌｅＲｏｂｏｔＲｅｓｅａｒｃｈ ｚＨＡＮＧＭｉｎｇ?１ｕ，ＤＩＮＧＣｈｅｎｇ－ｊｕｎ，ＤＵＡＮＰｉｎｇ （ｓｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈ锄ｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎ舀ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓ时ｏｆＴｅｃｌｌｎｏｌｏ鼢Ｔｉ柚ｊｉｎ３００１３０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｕｌ砌ａｒｉｚｅｄｉｎｃｌｕｄｉｎｇｉｔｓｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｆｂｍｌａｔｉｏｎｆｕｓｉｏｎｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｓｅｎｓｏｒｓ，ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔｒｅｃｏｇＩｌｉｔｉｏｎ，ｒｏｂｏｔＶｉｓｉｏｎ，ｒｏａｄｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎ仃Ｄ１．ＩｎｔｈｅｅｎｄｔｈｅｓｔｕｄｙｔｒｅｎｄｏｆＩＩｍｌｔｉ—ｒｏｂｏｔｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎａｎｄｍｏｂｉｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔ；ｉｎｆｂｍａｔｉｏｎｍｓｉｏｎ；ｒｏａｄ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ；曲ｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎ仃０１；ｍｕｌｔｉ—ｒｏｂｏｔ 作者简介：张明路，工学博士、教授，博士生导师．１９９７年，毕业于天津大学 机械学专业，获博士学位．现任河北工业大学机械工程学院院长，全国高校机器人及自动化学会常务理事，河北省振动工程学会副理事长，“中国机械工程’杂志社编委会理事，天津市自动化技术及应用研究会副秘书长，天津市机械工程学会理事，中国机械工程教育协会高校机电类学科教学委员会委员．近年来承担了国家８６３计划等科研项目多项，发表学术论文３０余篇，其中ｓｃＩ收录３篇，ＥＩ收录１１篇．主页：ｈｔｔｐ：／／ｍｅｓ．ｈｅｂｕｔ．ｅｄｕ．ｃｌｌ／ｉｎｍｅｃｈｊＶｅｂ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔＩＩｌ 联系电话：０２２—２６５“５０６；Ｅ．ｍａｎ：ｚｈａｎｇｍｌ＠ｈｅｂｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
机器人发展历史、现状、应用、及发展 趋势 院系：信息工程学院 专业：电子信息工程 姓名：王炳乾
机器人发展历史、现状、应用、及发展趋势 摘要：随着计算机技术不断向智能化方向发展,机器人应用领域的不断扩展和深化,机器人已成为一种高新技术产业,为工业自动化发挥了巨大作用,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了机器人的国内国外的发展历史、状况、应用、并对机器人的发展趋势作了预测。 关键词：机器人;发展；现状；应用；发展趋势。 1．机器人的发展史 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶并公开表演。 1738年，法国技师杰克·戴·瓦克逊发明了机器鸭，它会嘎嘎叫、进食和游泳。 1773年，瑞士钟表匠杰克·道罗斯发明了能书写、演奏的玩偶，其体内全是齿轮和发条。它们手执画笔、颜料、墨水瓶，在欧洲很受青睐。 保存至今的、最早的机器人是瑞士的努萨蒂尔历史博物馆里少女形象的玩偶，有200年历史。她可以用风琴演奏。 1893年，在机械实物制造方面，发明家摩尔制造了“蒸汽人”，它靠蒸汽驱动行走。 20世纪以后，机器人的研究与开发情况更好，实用机器人问世。 1927年，美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”。它是电动机器人，装有无线电发报机。 1959年第一台可以编程、画坐标的工业机器人在美国诞生。 现代机器人 有关现代机器人的研究始于20世纪中期，计算机以及自动化技术的发展、原子能的开发利用是前提条件。1946年，第一台数字电子计算机问世。随后，计算机大批量生产的需要推动了自动化技术的发展。1952年，数控机床诞生，随后相关研究不断深入；同时，各国原子能实验室需要代替人类处理放射性物质的机械。
移动机器人 移动机器人用途广泛，世界各国正在加紧移动机器人的研制。移动机器人的研究始于60年代末期，斯坦福研究院(SRI)的NilsNilssen和CharlesRosen等人研制出了名为Shakey 的自主移动机器人，它能够在复杂环境下，识别对象、自主推理、实现路径规划和控制功能。美国军方于1984年开始研制第一台地面自主车辆，可以在无人干预的情况下在道路上行驶，也称之为早期的移动机器人。许多国家也各自制定了移动机器人的研究计划，如日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划和欧洲尤里卡中的机器人计划等。虽然由于人们对机器人的研究期望过高，导致80年代的移动机器人的研究虽并未取得预期的效果，却带动了相关技术的发展，为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验，同时推动了其他国家对移动机器人的研究和开发。 上世纪90年代，人类把研究重点放在了移动机器人的应用上，希望移动机器人可以代替人类在各种环境下，尤其是恶劣的条件下辅助人类的工作，为人类服务。1997年7月4日，美国“火星探路者”飞抵火星考察，并在火星上成功着陆，它携带的索杰纳号火星车开始在火星表面漫游，行进了几千米，完成了预定的科学探测任务。进入21世纪后,美国研制的第四个火星探测器—好奇号于2012年8月6号成功降落火星，并展开为期两年的火星探测任务。好奇号火星探测器是第一辆釆用核动力驱动的火星车,其使命是探寻火星上的生命元素。 1992年美国研制出时速75公里的自主车，地面自主车的研制大大推动了遥控机器人的发展。目前美国“自动化技术协会”(ATC)，每年在移动机器人运动控制、仿真、传感器的投资超过几亿美元。欧共体(EU)和“机器人技术”有关的课题总数约为250～300项，在EU提供基金的机器人研究领域，移动机器人占22.8%左右；日本不仅加紧研制移动机器人，更把发展重点放在移动机器人的应用研究上，目的是可以代替人在各种环境下为人服务(如在医院、家庭、恶劣的环境和核反映堆、核废料清理和排雷等危险环境下工作)。 我国机器人的研究已有20多年的历史，国家也大力发展机器人，并投入了一定的资金，对机器人进行技术攻关，发出各种类型的机器人，对我国机器人的发展具有重大的意义。但由于我国对此方面的研究起步较晚，在机器人技术水平、实用化程度以及稳定方面，与美国、日本等国家相比，都存在着较大的差距。 国内研制的机器人样机，有保安机器人、消防机器人等，有轮式和履带式；但大都是有缆方式，具有小范围内一定的避障功能。国内移动机器人的研究成果主要如下:清华大学的智能移动机器人THMR-V型机器人；中科院沈阳自动化所的AGV自主车和防爆机器人；
2011／2 机械制造49卷第558期 纵观历史研究文献，国内外对工业机器人的研究热点问题主要分为3个方面：仿生机器人与新型机构、机器人的定位与地图创建、机器人-环境交互。本文将分别就以上3方面对研究现状进行简要分析，并对工业机器人的发展趋势作了预测。 1工业机器人的发展历程 自1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的 概念以来，工业机器人就得以不断地发展。概括起来，工业机器人的发展历程为3代： 第1代：示教再现型机器人，但不具备反馈能力。如郭勇等人[1]研制的挖掘机手柄自动操作机构，该机构结构简单，能够实现动作示教再现。 第2代：有感觉的机器人，不仅具有内部传感器，而且具有外部传感器，能获得外部环境信息。如P.l Liljeb.ck 等人研制的蛇形机器人就装有内部测转速的 传感器，以及外部测力的传感器，该机器人能够在不规则环境中具有一定的运动能力。 第3代：智能机器人。定义为“可自动控制的装置，能理解指示命令，感知环境，识别对象，规划自身操作程序来完成任务”。如John Vannoy 等人采用实时可适应性的运动规划（RAMP ）算法的PUMA560机械臂，它能在复杂动态环境中自动识别来自不同方向的移动或静止的障碍物，主动规划路径，进而完成预定任务。 2 国外工业机器人的研究现状 2.1 仿生机器人与新型机构 对人的研究，国外侧重于对人行走时的步态分析， 通过对人脚形状的分析，得出具有圆形截面的脚趾和脚后跟以及具有扁平截面的连接脚趾和脚后跟的中间 部分具有最佳的动力学性能。对人形机器人步态规划问题，Xia Zeyang 等人提出了一种基于样品的决定性的脚步规划方法，该方法综合考虑了自身独特的运动能力和稳定性。对于在不同类型障碍的复杂环境中脚步规划，Yasar Ayaz 采用与人走近障碍物时绕过的方法，通过脚步实时的生成成功避开障碍物。此外，对于双足步行机器人的复杂地面运动的研究也有新的进展，研究出一种新型的双足机构，能实现不平区域稳定地行走，该足由4个分别带光学传感器的鞋钉组成，总重1.5kg 。对动物的研究则表现为对诸如蛇、鱼的结构以及运动性能的研究。仿蛇机器人不仅可以作为管道检测装置，也可以作为地震或矿难探索装置，更可以当作极地探测器来进行科研活动。Shigeo 和Hiroya Yamada 就将仿蛇机器人的机械结构分为5种类型：活 动的弯曲关节式；活动的弯曲和拉伸关节式；活动的弯曲关节和活动的车轮式；被动弯曲关节和活动车轮式；活动的弯曲关节和履带式。Aksel Andreas Transeth 等采用摩擦力模型方法建立了一蛇形机器人模型，该机器人能与包括地面的障碍物以外的物体接触，对地震或矿区救援很有帮助。Kristin Y.Pettersen 等人对蛇形机器人在存在障碍物环境中运动进行了复合建模，仿真结构证明该模型能实现不规则环境中的一般运动。但蛇形机器人目前要真正达到在复杂环境中畅通无阻地运动，还有待进一步研究。对海洋的开发，相对于其它的水下自动化装置，仿生鱼具有更好的推进力和流体适应性。其研究主要体现在结构和运动特性上。Jun Gao 和K.H.Low 等人对胸鳍驱动和尾鳍驱动鱼形机器 人进行了分析，讨论了鱼结构和运动各参数的关系。 Yu Zhong 等人对由阀体与尾鳍构成的机器人鱼的运 动性能进行了研究，采用量纲分析方法，建立了一种能预测运动的机器鱼模型。Giuseppe Tortora 等人设计了 工业机器人研究现状及发展趋势 □ 曹文祥 □ 冯雪梅 武汉理工大学机电工程学院 武汉 430070 摘 要：作为最典型的机电一体化的高科技装备，工业机器人得到了非常广泛的应用。综述了国内外工业机器人的 研究热点现状，并预测了其发展趋势。 关键词：工业机器人现状 发展趋势 中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1000－4998(2011)02－0041－03 Abstract:As the typical high-tech equipment of mechanoelectronic integration,industrial robots have been widely used.The current situation of research hot points of IR is presented and the developing trend forecasted. Key Words:Industrial Robot (IR)Current Situation Developing Trend 收稿日期：2010年9月 41
移动机器人的发展现状及其趋势 徐国华谭民 中科院自动化研究所 、引言 机器人的应用越来越广泛,几乎渗透到所有领域。移动机器人是机器人学中的一个重要分支。早在60年代,就已经开始了关于移动机器人的研究。关于移动机器人的研究涉及许多方面,首先,要考虑移动方式,可以是轮式的、履带式、腿式的,对于水下机器人,则是推进器。其次,必须考虑驱动器的控制,以使机器人达到期望的行为。第三,必须考虑导航或路径规划,对于后者,有更多的方面要考虑,如传感融合,特征提取,避碰及环境映射。因此,移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。对移动机器人的研究,提出了许多新的或挑战性的理论与工程技术课题,引起越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣,更由于它在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险与恶劣环境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景,使得对它的研究在世界各国受到普遍关注。 二、移动机器人发展现状 从移动方式上看,移动机器人可分为轮式、履带式、腿式(单腿式、双腿式和多腿式)和水下推进式。本文重点放在轮式、履带式机器人,对水下机器人和两足人形机器人不做详细讨论。 1.国外移动机器人的发展概况 1.1室外几种典型应用移动机器人 美国国家科学委员会曾预言: 20世纪的核心武器是坦克,21世纪的核心武器是无人作战系统,其中2000年以后遥控地面无人作战系统将连续装备部队,并走向战场 。为此,从80年代开始,美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项,制定了地面天人作战平台的战略计划。从此,在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕,如DARPA的 战略计算机 计划中的自主地面车辆(ALV)计划(1983 1990),能源部制订的为期10年的机器人和智能系统计划(RIPS)(1986 1995),以及后来的空间机器人计划;日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划;欧洲尤里卡中的机器人计划等。 初期的研究,主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理,并建立实验系统进行验证。虽然由于80年代对机器人的智能行为期望过高,导致室外机器人的研究未达到预期的效果,但却带动了相关技术的发展,为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验,同时,也推动了其它国家对移动机器人的研究与开发。进入90年代,随着技术的进步,移动机器人开始在更现实的基础上,开拓各个应用领域,向实用化进军。 由美国NASA资助研制的 丹蒂II 八足行走机器人,是一个能提供对高移动性机器人运动的了解和远程机器人探险的行走机器人。它与其他机器人,如NavLab,不同之处是它于1994年在斯珀火山的火山口中进行了成功的演示,虽然在返回时,在一陡峭的、泥泞的路上,失去了稳定性,倒向了一边,但作为指定的探险任务早己完成。其它机器人在整个运动过程中,都需要人参与或支持。丹蒂计划的主要目标是为实现在充满碎片的月球或其它星球的表面进行探索而提供一种机器人解决方案。 美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年登上火星,这一事件向全世界进行了报道。为了在火星上进行长距离探险,又开始了新一代样机的研制,命名为Rock y7,并在Lavic湖的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。 德国研制了一种轮椅机器人,并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。该轮椅机器人在公共场所拥挤的、有大量乘客的环境中,进行了超过36个小时的考验,所表现出的性能是其它现存的轮椅机器人或移动机器人所不可比的。这种轮椅机器人是在一个商业轮椅的基础上实现的。 7
移动机器人的发展状况及趋势 摘要 移动机器人就具有广泛的应用前景，也是近年来研究的热门课题之一。本文对移动机器人的发展与现状以及移动机器人导航技术的发展状况做了总结与阐述。 1.引言 导航技术在移动机器人的相关技术研究中，是其核心技术，也是其实现其智能化的技术。导航研究的目标就是没有人的干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务，进行特定操作。机器人通过装配的信息获取手段，获得外部环境信息，实现自我定位，判定自身状态，规划并执行下一步的动作。机器人及其技术在未来将起到重要作用。展望生产自动化的未来，从使用角度看，生产系统如何才能在与人协调的作业环境中快速高效地生产出高质量、高性能的商品。 2.移动机器人的分类 移动机器人按工作环境来分：室外移动机器人和室内移动机器人。按移动方式分：轮式移动机器人，步行移动机器人，蛇形移动机器人，履带移动机器人，爬行移动机器人。按结构体系结构分：功能式结构机器人，行为式结构机器人，混合式结构机器人。按功能和用途分：医疗机器人，军用机器人，助残机器人，清洁机器人。按作业空间分：陆地移动机器人，水下移动机器人，无人和空军移动机器人 3.移动机器人导航及定位现状 导航和定位是移动机器人发展的两重要问题，移动机器人的导航方式可以分为：基于环境信息的地图模型匹配导航，视觉导航，传感器数据导航。 3.1导航 3.1.1陆标导航 陆标导航是将陆地上的一些特殊景物作为陆标，移动机器人在知道这些陆标坐标形状的前提下通过对陆标的探测确定自己的位置。同时将全场的目标分解为陆标和陆标之间的片段。不断对陆标探测完成导航，根据不同环境可以分为人工路标导航和自然路标导航。人为路标导航是通过对人放置的一些陆标进行识别完成导航，但它容易改变工作环境。自然路标导航不会改变自然环境，是机器人对工作环境中的自然标志进行识别完成那个导航。 3.1.2视觉导航 由于计算机视觉理论及算法的发展，视觉导航成为导航技术中的一个重要发展方向。DeSouza等总结了近20年机器人导航中视觉导航技术的发展状况，包桂秋等也描述了图像技术在机器人导航中的应用，特别是在飞行器包括导弹、飞机等
智能机器人的现状及其发展趋势 摘要：本文扼要地介绍了智能机器人技术的发展现状，以及世界各国智能机器人的发展水平，然后介绍了智能机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能机器人；发展现状；应用；趋势 The status and trends of intellectual robot Abstract: This paper briefly discusses the development, status of intellectual robot, development of intellectual robot in many countries. And then it presents the categories of intellectual robot, talks about the extensive applications in all works of life from several typical aspects and trends of intellectual robot. After that, it puts forward prospects for future technology, suggestion and a tentative idea of myself, and analyses the development of intellectual robot in China. Finally, it raises expectations of intellectual robot in China. Key words: intellectual robot; development status; application; trend 1 引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能机器人则是一个在感知- 思维- 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。智能机器人与工业机器人的根本区别在于，智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能[1]。 随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替
爬壁检测移动机器人研究现状调查一．研究的背景及其意义 随着社会不断进步和科技不断发展，摩天大楼已成为现代都市不可缺少的重要组成部分。人们在享受高楼大厦带来的好处的同时也不得不面临由此而带来的诸多难题，如高层建筑物立面的施工建设质量，维护以及安全监测等问题。 传统方法只有通过靠搭脚手架或采用吊篮等人工目测方法进行检测，检测精度低，检测过程十分危险，效率不高且成本较高，因此越来越多的研究人员将研究重点集中到建筑爬壁检测机器人的研究开发上。 爬壁机器人作为一种能够用于极限作业的特种机器人，可以替代人类在高空垂直立面位置作业。现在爬壁机器人已经在多个行业尤其是建筑行业，消防，核工业，石油化工业和制造业等得到了极为广泛的应用。爬壁检测机器人是在爬壁机器人的基础上进行研究开发的，是爬壁机器人在实际应用中的主演衍生产物之一。 爬壁检测机器人将极大提高建筑物检测水平，提高工人在危险环境下作业的安全性，降低高空作业的风险，提高劳动工作的效率并带来一定的社会及经济效益。 二．爬壁机器人的分类 现有的爬壁机器人主要根据吸附功能和移动功能进行分类：
（1）.根据吸附方式进行分类 爬壁机器人主要可以分为真空吸附式，磁吸附式和推力吸附式三种。 真空吸附是通过真空泵使吸盘腔产生负压，通过负压使机器人紧紧贴在立面上，优点是不受壁面材料限制，容易控制，适应围广；缺点是如果建筑立面不够光滑或存在凹凸时，容易使吸盘漏气造成机器人吸附能力降低。 磁吸附式首先要保证建筑立面是导磁材料，优点是结构简单吸附能力强，能够适应比较粗糙的建筑立面，而且不会出现真空漏气现象；缺点是只能用于导磁壁面而且断电失稳。 推力吸附采用螺旋桨或涵道风扇产生的推力使机器人贴附在立面上。优点是吸附力大小容易控制，越过障碍物的能力比较强；缺点是稳定性较差不易保持精度。 （2）根据移动结构进行分类 爬壁机器人主要可以分为车轮式，脚足式，履带式，轨道式等类型。 车轮式机器人通过电机驱动车轮移动，优点是控制简单灵活，速度较快，但要求壁面必须平坦，而且车轮式机器人的避障能力差。 履带式机器人优点是接触面积大，对各种建筑立面的适应能力强；缺点是灵活性较差不易转弯。
移动机器人的发展及趋势 一、引言 移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。 二、移动机器人发展史 60年代后期，美国和苏联为完成月球探测计划，研制并应用了移动机器人。美国“探测者”3号,其操作器在地面的遥控下，完成了在月球上挖沟和执行其他任务。苏联的“登月者”20号在无人驾驶的情况下降落在月球表面，操作器在月球表面钻削岩石，并把土壤和岩石样品装进回收容器并送回地球。70年代初期，日本早稻田大学研制出具有仿人功能的两足步行机器人。为适应原子能利用和海洋开发的需要，极限作业机器人和水下机器人也发展较快。 移动机器人随其应用环境和移动方式的不同，研究内容也有很大差别。其共同的基本技术有传感器技术、移动技术、操作器、控制技术、人工智能等方面。它有相当于人的眼、耳、皮肤的视觉传感器、听觉传感器和触觉传感器。移动机构有轮式（如四轮式、两轮式、全方向式、履带式）、足式（如 6足、4足、2足）、混合式(用轮子和足)、特殊式(如吸附式、轨道式、蛇式)等类型。轮子适于平坦的路面，足式移动机构适于山岳地带和凹凸不平的环境。移动机器人的控制方式从遥控、监控向自治控制发展，综合应用机器视觉、问题求解、专家系统等人工智能等技术研制自治型移动机器人。 三、国内外移动机器人发展现状 从二十世纪八十年代中期开始，机器人已从工厂的结构化环境进入人的日常生活环境—医院、办公室、家庭和其它杂乱及不可控环境，成为不仅能自主完成
试论工业机器人国内外发展现状与趋势 发表时间：2016-05-24T14:01:30.360Z 来源：《电力设备》2016年第2期作者：孔玲爽陈颖超 [导读] （湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲 412007）机器人是人类发展高级阶段的高科技产物，工业机器人的诞生和机器人学的建立无疑是21 世纪人类科学技术的重大成就。 （湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲 412007） 摘要：机器人是人类发展高级阶段的高科技产物，工业机器人的诞生和机器人学的建立无疑是21 世纪人类科学技术的重大成就。在国内，工业机器人市场竞争越来越激烈，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，加快工业机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的主要途径。本文结合国内外机器人发展的经验及近几年的动态，指出了我国工业机器人产业化发展的影响因素和实施策略，探讨了我国机器人发展的方向及策略。 关键词：工业机器人；自动化产业化；发展趋势 工业机器人是综合了计算机科学技术、机械工程技术、电子工程技术、信息传感器技术、控制理论、机构学、人工智能学、仿生学等多学科而形成的高新技术。在国外工业机器人技术日趋成熟，其己经成为一种标准设备而在工业自动化行业广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的工业机器人公司，工业机器人技术的发展水平也成为一个国家工业自动化水平的重要标志。 工业机器人原理及分类20 世纪中期，随着计算机技术、自动化技术和原子能技术的发展，工业机器人开始在美国得到研究和发展，使其在工业生产中得以广泛使用。工业机器人的最初出现是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，如今工业机器人是综合了多学科而形成的高新技术产物，是当代十分活跃的研究开发领域。为了跟上社会进步、经济发展的步伐，工业机器人以不同的种类正逐步应用在到各行各业，对国民经济发展有着举足轻重的作用。 1. 1 工业机器人工作原理 现代工业自动化领域中应用的各种操作机器人是目前工业机器人技术中最成熟的一类，这种工业机器人实质上是一类能根据预先将程序编制在存储装置中，然后操作程序自动重复执行，进行完全代替人工作业的自动化机器。其系统构成如图1 所示。 由图1 可知，工业机器人构成是个闭环系统，通过运动控制器、伺服驱动器、机器人本体、传感器等部件可以完成人们需要的功能。 工厂中高性能通用型工业机器人一般采用关节型的机械结构，每个关节由独立的驱动电机控制，通过计算机对驱动单元的功率放大电路进行控制，实现机器人的运动控制操作。其控制系统原理流程图如图2所示。 由图2 可知，关节型工业机器人的组成由人机界面(示教器)、伺服驱动器、运动控制器(下位机)、机器人本体等组成，通过机器人末端带不同的夹具来实现不同的功能。示教器是对机器人状态的监控及发出运动指令部分，是人跟机器人信息交互的唯一窗口; 伺服驱动器是对伺服电机的控制，是机械手臂运动的动力源; 运动控制器是各个关节的位姿运算单元，正解和逆解程序的执行、运行都在其中计算; 机器人本体是执行机构，是实现要求功能的最直接部件。 1. 2 工业机器人分类 随着科学技术的不断进步，我国工业机器人已经走上了自主研发阶段，这样标志着我国工业自动化走向了新的里程碑。按照工业机器人的关键技术发展过程其可分为三代： 第一代是示教再现机器人，主要由机器人本体、运动控制器和示教盒组成，操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程，并保存示教信息。当机器人自动运行时，由运动控制器解析并执行存储的示教程序，使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点
工业机器人发展现状及趋势 1国内工业机器人得发展现状 1、1发展概述 我国得工业机器人研究开始于20世纪80年代中期．在国家得支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关．已经基本实现了实验、引进到自主开发得转变。促进了我国制造业、勘探等行业得发展。但随着我国门户得逐渐开放．国内得工业机器人产业面临着越来越大得竞争与冲击。虽然我国机器人得需求量逐年增加，但目前生产得机器人还很难达到所要求得质量．很多机器人得关键部件还需要进口。所以目前来说。我国还处在一个机器人消费型得同家。 现在，我国从事机器人研发得单位有200多家，专业从事机器人产业开发得企业有50家以上。在众多专家得建议与规划下，“七五”期间由机电部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所与大学参加，国家投入相当资金，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、工业机器人整机及应用工程得开发研究。“九五”期间，在国家“863”高技术计划项目得支持下，沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、上海机电一体化工程公司、北京机械工业自动化所、四川绵阳思维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业基地。此外，还有上海富安工厂自动化公司、哈尔滨焊接研究所、国家机械局机械研究院及北京机电研究所、首钢莫托曼公司、安川北科公司、奇瑞汽车股份有限公司等都以其研发生产得特色机器人或应用工程项目而活跃在当今我国工业机器人市场上。 1、2机器人分类 随着科学技术得不断进步，我国工业机器人已经走上了自主研发阶段，这样标志着我国工业自动化走向了新得里程碑按照工业机器人得关键技术发展过程其可分为三代：第一代就是示教再现机器人，主要由机器人本体、运动控制器与示教盒组成，操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程，并保存示教信息。当机器人自动运行时，由运动控制器解析并执行存储得示教程序，使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动，连续轨迹再现得控制方法，可以完成直线与圆弧得连续轨迹运动，然而复杂曲线得运动则由多段圆弧与直线组合而成。由于操作得容易性、可视性强，所以在当前工业中应用最多。
国内机器人技术研究现状分析 王守龙 摘要：随着经济全球化对工农业生产提出越来越高的要求，计算机技术向着智能化发展，机器人越来越普遍的被工农业应用，其在提高工农业产品质量，增加经济效益方面发挥着重大作用。本文又介绍分析了移动机器人和小口径管内机器人及其在我国的技术研究现状。中国的机器人事业面临着新的机遇和挑战。 关键词：机器人；技术研究；移动机器人；小口径管内机器人
前言 有人认为, 应用机器人只是为了节省劳动力, 而我国劳动力资源丰富, 发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国, 会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益, 而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。 1 工农业机器人 1.1 工业机器人研究现状分析 机器人产业是近30年发展起来的新型产业。我国政府早在“七·五”期间就开始组织了对工业机器人的攻关,到了1987年，国家高技术研究开发计划就把智能机器人作为七大重点领域之一进行集中研究。经过十几年的艰苦奋斗，我国在水下、空间、核领域等特殊机器人方面取得了令人欣慰的成果，一批机器人产品和机器人应用工程应运而生。到20世纪90年代末，我国共完成了l00多项工业机器人应用工程，建成了20个机器人产业化基地，从事机器人研究、开发和应用工程单位200多家，专业从事机器人产业开发的50家左右，全国工业机器人用户近800家，拥有工业机器人约4000台。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》前沿技术中，我国将智能服务机器人列为重点方向，提出加大科技投入与科技基础条件平台建设。 然而，由于主要依靠科技部门研究开发计划的支持，从资金到产业的支持力度不够，在机器人关键技术方面，我国与国外的差距并没有明显缩小，在关键部件、产品产业化以及基础研究方面的差距还在拉大。到1998年，863计划推动的几个机器人产业化基地产值仅仅1亿元。然而，国外各大机器人公司认识到高速发展中的中国机器人市场的巨大潜力，凭借其技术和资金的优势纷纷进入了中国市场。可以说，目前的中国机器人市场仍然是外国企业一统天下，我国机器人发展尚未进入规模开发利用和产业化的阶段。 我国经过几十年来的研究与引进, 在机器人运动学仿真、动力学仿真和某些典型工业机器人机构分析软件方面取得了一些成果，但总的看来, 我国机器人机械技术的研究状况与国外相比还有较大的差距, 目前既没有建立一种多功能的机器人系统, 也缺乏利用技术对机器人机械学的很多专门问题进行深人研究。我国目前研制的几种工业机器人机型结构主要是直接仿制日本90年代初的样机, 一些主要关键元器件依赖国外进口。虽然国家“七五”期间安排了一些单项研究课题, 但这些课题一时还难于直接用于国产工业机器人, 还远不能从理论及实际技术上建立起我国机器人的完整设计体系, 这与国外相比差距较大。国内利用国产机器人开展应用工程的研究工作刚刚起步。我国对移动机器人研究, 近年来在步行机基础理论方面的成果较多, 而步行机实物模型或样机较少，与国外先进水平相比也存在较大的差距。