纳米机器人在生物学上的应用
学号：34 姓名:100821234 学院：生命科学技术学院班级：10082 12
摘要：纳米技术与分子生物学的结合将开创分子仿生学新领域。分子仿生学模仿细胞生命过程的各个环节，以分子水平上的生物学原理为参照原型，设计制造各种各样的可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”———纳米机器人。纳米机器人的研制和开发将成为２１世纪科学发展的一个重要方向。关键字：纳米技术纳米机器人分子马达1前沿：纳米机器人的研究属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基因调控网络重新设计，开发“在体”
（in vivo）或“湿”的生物计算机或细胞机器人，从而产生了另种方式的纳米机器人技术。
2纳米生物学与纳米机器人
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。涉及的内容可归纳为以下三个方面：
①在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系。
②在纳米尺度上获得生命信息，例如，利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等。
③纳米机器人的研制。
纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容。
第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的ＤＮＡ安装在基因中，使机体正常运行[1]。
第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置。
第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。
3纳米机器人不久将进入我们的生活
用不了多久，个头只有分子大小的纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。它们将为我们制造钻石、舰艇、鞋子、牛排和复制更多的机器人。要它们停止工作只需启动事先设定的程序。表面来看，上述想法近乎不可思议：一项单一的技术在应用初期就能治病、延缓衰老、清理有毒的废物、扩大世界的食物供应、筑路、造汽车和造楼房？这并非天方夜谭，也许在21世纪中叶前就可以实现。全世界的研究机构都在想方设法将这些设想变成现实。美国总统克林顿曾经宣布成立美国国家纳米研究机构，承诺提供50亿美元进行这方面的尝试。
其实，纳米技术一词由来已久。理查德·费恩曼是继爱因斯坦之后最有争议和最伟大的理论物理学家，1959年他在一次题目为《在物质底层有大量的空间》的演讲中提出：将来人类有可能建造一种分子大小的微型机器，可以把分子甚至单个的原子作为建筑构件在非常细小的空间构建物质，这意味着人类可以在最底层空间制造任何东西。从分子和原子着手改变和组织分子是化学家和生物学家意欲到达的目标。这将使生产程序变得非常简单，你只需将获取到的大量的分子进行重新组合就可形成有用的物体。事实上，每一个细胞都是一个活生生的纳米技术应用的实例：细胞不仅将燃料转化为能量，而且按照储存在DNA中的信息来建造和激活蛋白质和酶，通过对不同物种的DNA进行重组，基因工程家已经学会建造新的这类
纳米工具，例如用细菌细胞来生产医用激素。1990年我国著名学者周海中教授在《论机器人》一文中预言：到二十一世纪中叶，纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。
3纳米机器人结构与特点
米机器人警察不在理论上，纳米机器可以构建所有的物体。当然从理论到真正实现应用是不能等同的，但纳米机械专家已经表明，实现纳米技术的应用是可行的。在扫描隧道电子显微镜帮助下，纳米机械专家已经能将独立的原子安排成自然界从未有的结构。此外，纳米机械专家还设计出了只由几个分子组成的微小齿轮和马达。（切勿将这些齿轮和马达与那些由数以百万计分子组成的用传统技术构建的微小齿轮和马达相混淆，这些机器同未来制造的机器相比较实在是太巨大了）。
25年内，纳米技术学家期望实现这些存在于科学陈列室中的想法，创造出真实的、可以工作的纳米机器。这些纳米机器有微小的“手指”可以精巧地处理各种分子；有微小的“电脑”来指挥“手指”如何操作。“手指”可能由碳纳米管制造，它的强度是钢的100倍，细度是头发丝的五万分之一。“电脑”可能由碳纳米管制造，这些碳纳米管既能做晶体管又能做连接它们的导线。“电脑”也可能由DNA制造，用适当的软件和足够的灵巧性进行武装的纳米机器人可以构建任何物质。
纳米机器人执行任何任务包括自身复制都必须动用大量的纳米机器。血液里可能存在数以百万计的纳米机器人；在每一个有毒废物地点可能需要数以万亿计的纳米机器人，要制造一辆汽车可能要调动数以一百亿亿计的纳米机器人同时工作。然而没有一个生产线可以生产如此巨大数量的纳米机器人。
但是纳米科学家眼中的纳米机器可以做到这点。他们设计的纳米机器人可以完成两件事情：执行它们的主要任务和制造出它们自身完美的复制体。如果第一个纳米机器人能够制造出两个复制体，这两个复制体每个又可制造出两个自己的复制体，很快就可以获得万亿个纳米机器人。但是，假如纳米机器人忘记停止复制会发生什么？如果没有一些内建的停止信号，纳米机器人忘记停止复制这种灾难的可能后果将会是无法计算的。纳米机器人在人体内快速复制能够比癌症扩散还要快地布满正常组织；一个发疯的制造食物机器人能够把地球的整个生物圈变成一块巨大的奶酪。纳米技术学家没有回避危险，但是他们相信他们能控制灾难的发生。其中一个办法是设计出一种软件程序使纳米机器人在复制数代后自我摧毁。另一种办法是设计出一种只在特定条件下复制的机器人，例如只有在有毒化学物质以较高浓度出现时机器人才能复制，或者在一个很窄的温度和湿度范围内机器人才能复制。就像电脑病毒的传播一样，所有以上这些努力都无法阻止那些不怀好意的人有意释放某种纳米机器人作为害人武器。事实上，一些批评家指出纳米技术可能的危险要大于它的益处。然而，仅仅这些利益就已经太具诱惑力了，纳米技术必将超过电子计算机和基因制药而成为新世纪的技术发展方向。世界可能会需要一个纳米技术免疫系统，这个系统中纳断地在微观世界中同那些不怀好意
的机器人进行战斗[2]。
4 纳米机器人的动力——分子马达
分子马达（molecular motor），是美国康奈尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下，制造出的一种马达。这种微型马达以三磷酸腺苷酶为基础，依靠为细胞内化学反应提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）为能源。
美国科学家正在进行一项新研究，让纳米仪器利用为精子长距离游动提供能量的生物能为动力，用来释放药物，或者在人体内执行机械功能。
首先，这些研究人员针对精子的特殊部位，用一个可以粘贴在特殊的金表面的标签取代了己糖激酶(糖酵解的第一个酶)。这种酶即使在受到限制的时候，仍然能产生作
用。接着，他们在糖酵解途经的第二个酶——葡萄糖-6-磷酸异构酶上作了标记。这种酶在受到限制后，还仍然具有活性。粘附在相同支撑物上的这些酶会依次产生作用，第一个反应的产物将会成为第二个反应的基础[3]。
穆凯和特拉维斯表示，这只是在无机支撑物上复制整个糖酵解途径的最初几步，他们指出，他们的研究从原理上为精子中的糖酵解途径的组织如何在纳米设备上产生三磷酸腺甙提供了一个天然的工程学解决方案。
5 我国在纳米机器人研究上的进展
一台能够在纳米尺度上操作的机器人系统样机由中国科学院沈阳自动化所研制成功，并通过了国家“863”自动化领域智能机器人专家组的验收。在一个演示中，沈阳自动化所的研究人员操纵“纳米微操作机器人”，在一块硅基片上１×２μｍ的区域上清晰刻出“ＳＩＡ”三个英文字母（沈阳自动化所的缩写）；另一个演示显示，在一个５×５μｍ的硅基片上，操作者将一个４μｍ长、100ｎｍ（纳米）粗细的碳纳米管准确移动到一个刻好的沟槽里。据介绍，由重庆科研人员开发的这种名为“OMOM胶囊内镜系统”的纳米机器人医生已经是第二次被列入国家“863计划”，前一次获得了该计划500万元基金支持，并于2004年获得“863计划”专家组验收，但这种机器人目前还只能钻进人的肚子里通过传输图像“瞧病”，还没有治病的本事。
6 参考文献
[1]姜忠义纳米生物技术【M】北京化学工业出版社 2003
[2]李易纳米技术取得进展【J】国外科技动态 1998.11
[3]李沐纯等.中国现代医学杂志，2003
[4]纳米机器人——分子仿生学新领域《中国高新技术企业评价》2001
课程设计任务书 （ 2015 级） 目录 摘要------------------------------------------------------4 引言------------------------------------------------------5 任务书-----------------------------------------------------6 第一章 我国机器人技术的发展概况------------------------------------7 第二章机器人的总体设计解剖 1.1资料的收集与阐述-----------------------------------------7 1.2机器人工作原理简介 1.总体设计剖------------------------------------------------8 2.伺服电机的剖析--------------------------------------------9 第三章机器人总体设计综述 ---------------------------------12 1、1设计课题的阐述-----------------------------------------12 1、2单片机的选择-------------------------------------------12 1、3主控板部分简介-----------------------------------------12 第四章机器人的总体设计方案与部分简介 1、1设计方案-----------------------------------------------13 1、2各部分功能及原理简介-----------------------------------13 第五章机器人的原理图设计、仿真及电路板制作 1、1机器人的原理图设计-------------------------------------15 1、2电源部分-----------------------------------------------16 1、3稳压电源部分-------------------------------------------16 1、5接口电路部分-------------------------------------------17 1、6单片机最小系统和ISP在线编程---------------------------18 1、9电路板制作---------------------------------------------18 第六章机器人电路板的调试与结论
机器人论文 一．引言 机器人学时一门综合性的新兴学科，它涉及机械工程学、电气工程学、微电子工程学、计算机工程学、控制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学工程学及人工智能工程学等多门尖端学科。机器人对现在以及未来都有重大作用及意义，是人类文明发展的一个重要标志。 一．机器人的定义 机器人的定义是多种多样的，其原因是它具有一定的模糊性。其实并不是人们不想给机器人一个完整的定义，自机器人诞生之日起人们就不断地尝试着说明到底什么是机器人。但随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。 1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将外表像人的机器起名为“安德罗丁”（android），它由4部分组成： 1、生命系统（平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等）； 2、造型解质（关节能自由运动的金属覆盖体，一种盔甲）； 3、人造肌肉（在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形态）； 4、人造皮肤（含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等）。 为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫（Isaac.Asimov）于1940年提出了“机器人三原则”： 1，机器人不应伤害人类；
2，机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外； 3，机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。 这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。 在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就提出了两个有代表性的定义。一是森政弘与合田周平提出的：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象。另一个是加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人： 1，具有脑、手、脚等三要素的个体； 2，具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器； 3，具有平衡觉和固有觉的传感器。 该定义强调了机器人应当仿人的含义，即它靠手进行作业，靠脚实现移动，由脑来完成统一指挥的作用。非接触传感器和接触传感器相当于人的五官，使机器人能够识别外界环境，而平衡觉和固有觉则是机器人感知本身状态所不可缺少的传感器。 1988年法国的埃斯皮奥将机器人定义为：“机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统，并以此系统的使用方法作为研究对象”。 1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。” 我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。在研究和开发未知及不
绿化植树机器人设计 摘要： 这个机器人是针对大量绿色植树而设计的，利用机械四足作为其活动方式，机器人通过视频识别系统在有限范围内对地形与植被作出判断，然后通过自动行走系统移动到目标地点前面，再通过机械手取出携带的植物幼苗，通过这个可以360度旋转的机械臂进行种植工作，机械臂可以进行种植、培土、等工作。种植完成后还将用一层可分解的塑料薄膜覆盖植物幼苗，保证其在能够自行成长前的安全。 关键词： 绿化植树、四足行走、山坡作业、视频识别、机械臂操作 设计背景： 地球现在正面临着绿色植被在不断减少的危机，而人类也因为这样要面对日益严峻的环境问题。大量植树还原绿色植被是一个相当重要的手段来解决这个难题，但是依靠人力去做的话，效率始终不够高。所以在这里我想设计一个专门用于大作业量的绿化植树机器人。 设计思路： 这个机器人，是需要面对山坡这样的陡峭地形的，由于特殊的使用环境，机器人的活动方式要求能够灵活的应对颠簸不平的土地，机械四足需要能够根据不同的地势调整四足的高度，确保平稳的行走，这种活动方式才能使机器人轻松到达山崖大部分位置。移动起来必须十分的轻巧，以避免对其他植物的伤害。由于这个机器人对视频识别有着较高的要求，所以必须在这方面有所突破，同时当发现有杂草或者有害植物的时候，还可以通过高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。360度旋转的机械臂可以保证种植过程的顺利进行。 详细具体设计方案： 一．整体结构： 1.整个机器人分成上下两大部分，上部分是机械手臂，主要实现机器人的整个种植 操作，下部是机器人的机身和四足，包括：植物幼苗存放仓、红外线距离测量 仪、摄像头、电脑处理系统。 2.机器人是通过电力驱动的，所以必须携带储电池，也是安装在机身。 二．中央处理系统： 机器人的机身将安装一个中央处理系统，作为机器人的大脑，它主要调节机器人三 大系统：机械四足行走系统、机器人视觉系统、机械臂控制系统。中央处理系统要 接收和分析红外线距离测量仪、摄像头、机械臂传感器等反馈信息，以及控制四足 的行进系统、机械臂操作等。 三．机械四足行走系统： 1.机械四足的形状： 一开始的时候，我曾经很困惑于如何把握行走稳定与行走速度之间的平衡，后来设 想出仿人类四肢的关节加上圆形的脚盘这个方案，总体感觉可以满足行走的需要。 2.如何实现行进： 参考了机械小狗的设计，将机械四足连接在机器人的中央处理系统而成为一个整 体，接受中央处理系统的控制。每次改变一个机械足的位置，实现整个机器人的行
编号： 目录 摘要 (3) 1引言 (3) 2工业机器人技术现状与发展 (3) 2.1工业机器人技术概念 (3) 2.2工业机器人技术发展现状 (3) 2.3技术发展趋势 (5) 3外工业机器人现状 (5) 4国内工业机器人现状 (6) 5工业机器人市场现状 (8) 5.1工业机器人的需求情况 (8) 5.2工业机器人的销售情况 (8) 5.3国内工业机器人的市场特征 (9) 6工业机器人产业未来发展 (9) 7结语 (10) 参考文献 (11)
摘要：机器人的应用越来越广泛，需求越来越大，其技术研究与发展越来越深入。这将提高社会生产率与产品质量，为社会创造巨大的财富！ Abstrent：The application of robot has been more and more widely used and the require is bigger and bigger．Its research and development becomes deeper and deeper．This will improve the effective of society and the quality of production．Also it will make great poverty for the society． 关键词：工业机器人技术、市场需求、技术应用、研究进展、发展趋势 一、引言 工业机器人诞生于20世纪60年代,在20世纪90年代得到迅速发展,是最先产业化的机器人技术。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。它的出现是为了适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人工作业。在我国,工业机器人的真正使用到现在已经接近20多年了,已经基本实现了试验、引进到自主开发的转变,促进了我国制造业、勘探业等行业的发展。随着我国改革开放的逐渐深入,国内的工业机器人产业将面对越来越大的竞争与冲击,因此,掌握国内工业机器人市场的实际情况,把握我国工业机器人的相关技术与研究进展,显得十分重要。 二、工业机器人技术现状与发展 2.1工业机器人技术概念 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
SCARA平面关节式装配机器人设计与简单编程 姓名：杨群 学校 : 大连民族学院 学院：机电信息工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 学号：2008022226
摘要：机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。本文所谈机器人主要指工业装配机器人，既具有操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的自动化生产设备。本文重点介绍了SCARA装配机器人机械本体设计、原理流程图及简单的编程。 关键词:装配机器人设计；原理流程图；简单编程
目录 第一章绪论 (1) 1.1 引言 (1) 1.2 装配机器人现状及发展趋势 (2) 1.2.1装配机器人现状 (2) 1.2.2装配机器人发展趋势 (3) 第二章SCARA装配机器人机械本体设计 (4) 2.1装配机器人系统总体设计 (4) 2.1.1环保压缩机生产线装配机器人功能需求分析 (4) 2.2 机械结构方案设计 (6) 2.3 关节一（大臂）机械结构设计 (8) 2.4 关节二（小臂）机械结构设计 (9) 2.5 三四关节机械结构设计 (10) 第三章原理流程图 (13) 3.1 面向机器人装配设计与规划的集成框架 (13) 第四章简单编程 (16) 4.1 常用编程语言 (16) 4.2 V AL-II语言 (16) 4.2.1 V AL-II语言介绍 (16) 4.2.2 V AL-II系统框图 (17) 4.2.3 V AL-II系统框图说明 (17) 4.3 V AL-II程序举例 (19) 第五章结论与展望 (20) 5.1全文总结 (20) 5.2 后期展望 (21)
工业机器人论文 论文题目:工业机器人的特征与发展 学生姓名： 2012年 11 月 29 日 摘要：机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而在西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些适用化的机器人相继问世。1959年第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。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。机器人技术及其产品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数量,而且保障人身安全、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。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。关键字：组成控制与编程发展现状国内趋势 机器人是一个在三维空间，具有角度自由度的并能实现众拟人动作和功能的机器；工业机器人是能模拟人手臂.手腕和手功能的机电一体化产品，它可以把任意物体或工具按空间位置的识辨要求进行移动可实现工业生产的要求。它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的加工工具，以及能够
执行搬运操作与加工制造的任务。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。 机器人控制系统通常包括控制计算机、示教盒、操作面板、存储器检测、传感器输入输出接口、通信接口等组成部分。由于机器人的类型较多控制系统的形式也是多种多样的；（1）按照控制回路的不同可将机器人控制系统分为开环系统和闭环系统。（2）按照控制系统的硬件分有机械控制、液压控制、顺序控制、计算机控制等。（3）按自动化控制程度分为顺序控制系统、程序控制系统、自适应控制系统、人工智能系统。（4）按编程方式分为物理设置编程控制系统、示教编程控制系统、离线编程控制系统（5）按机器人末端运动控制轨迹分为有点位控制和连续轮廓控制。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是以穿孔卡、穿孔带或磁带等信息载体，输入已编好的程序。示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。
智能机器人的发展与应用前景 摘要 本文介绍了智能机器人的发展概况、机器人的感官系统、机器人运动系统及人工智能技术在机器人中的应用,智能机器人是一个在感知-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。 关键词: 智能机器人感官仿生人工智能 1.引言 人们通常把机器人划分为三代。第一代是可编程机器人。这种机器人一般可以根据操作人员所编的程序,完成一些简单的重复性操作。这一代机器人是从60年代后半叶开始投入实际使用的,目前在工业界已得到广泛应用。第二代是“感知机器人”,又叫做自适应机器人,它在第一代机器人的基础上发展起来的,能够具有不同程度的“感知”周围环境的能力。这类利用感知信息以改善机器人性能的研究开始于70年代初期,到1982年,美国通用汽车公司为其装配线上的机器人装配了视觉系统,宣告了感知机器人的诞生,在80年代得到了广泛应用。第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制,它可以把感知和行动智能化结合起来,因此能在非特定的环境下作业,称之为智能机器人。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。而感知本身,就是人类和动物所具有的低级智能。因此机器的智能分为两个层次:①具有感觉、识别、理解和判断功能; ②具有总结经验和学习的功能。所以,人们通常所说的第二代机器人可以看作是第一代智能机器人。 2.智能机器人的感官系统 2.1触觉传感器 英国近几年在阵列触觉传感方面开展了相当广泛的研究。例如:Sussex大学和Shack-leton系统驱动公司研制的基于运动的介电电容传感的阵列;由威尔士大学和软件科学公司研制的采用压强技术的装在机器人夹持器上的传感器。 2.2视觉传感 在机器人视觉方面,目前市场上销售的有以下6类传感器:①隔开物体的二维视觉:双态成像;②隔开物体的二维视觉:灰度标成像;③触觉或叠加物体的二维视觉;④二维观察;⑤二维线跟踪;⑥使用透视、立体、结构图示或范围找寻技术从隔开物体中提取三维信息。在这类系统方面,它们只能做一些很简单的操作。例如:为了使机器人具有某种程度的人眼功能,已进行大量的研究工作并向如下两类系统发展:①从一维物体中提取三维信息;②活动机器人导航、探路和躲避障碍物的现场三维分析。伦敦大学目前正在研究一种双目视觉机器人的实时图像处理机。还有正在研究机器人视觉系统的教育机构有:考文垂工业大学、爱丁堡大学、格拉斯哥大学、格温特大学;而伯明翰大学则专门研究惯性传感器。另外,还有许多从事传感系统开发的单位,都进行了传感反馈研究。如米德尔塞克斯工业大学致力于使机器人能组织和使用来自不同类型传感器的数据。这种机器人能“看”、“感”和“听”,它更接近于人。 2.3听觉传感
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 青岛科技大学 本科毕业设计（论文） 题目 __________________________________ __________________________________ 指导教师__________________________ 辅导教师__________________________ 学生姓名__________________________ 学生学号__________________________
院（部）____________________________专业________________班 _______________________________ ______年 ___月 ___日 毕业论文（设计）诚信声明 本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 论文（设计）作者签名：日期：年月日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署
《人工智能》课程报告 题目：机器人 学院：机电学院 专业：自动化 班级：二班 学号：2016110235 姓名：汪乾梁 指导教师：姜丽莉 二〇一七年十一月二日
机器人 摘要：人工智能(ArtificialIntelligence)，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。 关键词：人工智能；感官；仿生；机器人 1.前言 人们通常把机器人划分为三代。第一代是可编程机器人。这种机器人一般可以根据操作人员所编的程序,完成一些简单的重复性操作。这一代机器人是从60年后半叶开始投入实际使用的,目前在工业界已得到广泛应用。第二代是“感知机器人”,又叫做自适应机器人,它在第一代机器人的基础上发展起来的,能够具有不同程度的“感知”周围环境的能力。这类利用感知信息以改善机器人性能的研究开始于70年代初期,到1982年,美国通用汽车公司为其装配线上的机器人装配了视觉系统,宣告了感知机器人的诞生,在80年代得到了广泛应用。第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制,它可以把感知和行动智能化结合起来,因此能在非特定的环境下作业,称之为智能机器人。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。而感知本身,就是人类和动物所具有的低级智能。因此机器的智能分为两个层次:①具有感觉、识别、理解和判断功能;②具有总结经验和学习的功能。所以,人们通常所说的第二代机器人可以看作是第一代智能机器人。1.国内外机器人发展现状 在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司，它们包括：瑞典的ABBRobotics，日本的FANUC、Yaskawa，德国的KUKARobo ter，美国的AdeptTechnology、AmericanRobot、EmersonIndustrialAutomation、S-TRobotics，这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。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焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可行性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可行性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。 2、机器人的应用领域 1.工业机器人制造工业机器人的目的主要在于消减人员编制和提高产品质量。与传统的机器相比他有两大优点：生产过程几乎完全自动化和生产设备高适应能力。现在工业机器人主要应用于汽车工业、机电工业、通用机械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其他重型工业和轻工业部门。在农业方面，已把机器人用于水果和蔬菜嫁接、收获、检验与分类，剪羊毛合计牛奶等。这是一个潜 在的产业机器人应用领域。 2.探索机器人机器人对于探索的应用，即在恶劣或不适于人类工作的环境中执行任务。主要有2个有种探索机器人：自主机器人和遥控机器人。自主机器人一直是人类的研究难题，很多专家都在可能地是机器人自主化。遥控机器人已经得到广泛的应用，其中最为出名的是水下机器人和空间机器人。随着海洋是事业的发展，一般潜水技术应经无法适应高深度综合考察和研究并完成多种作业的需要，水下机器人可以代替人类在深海中进行探索，发现了好多不为认知的深海生物。空间机器人主要任务
机器人程序设计论文 【摘要】 智能电脑机器人活动包括机器人的结果设计与搭建，机器人控制程序的编写，机器人的调试与实践等几个阶段。其中，机器人控制程序的编写在机器人整个活动当中，占有主要角色的地位，而机器人程序编写的过程，也是学生的思维相对活跃的时期，正因为此，学生发生思维定势效应的机会很多，这些效应将会对机器人将来的运行产生各种各样的影响。本文就机器人教学活动过程中，学生在编写程序时，因为思维定势，产生误差，致使机器人的运行没有按照预想实施的这一普遍现象，展开分析，并探讨解决方法。 【关键词】思维定势 ;机器人;思维惯性;创新;程序设计; 【正文】 现代社会变化的速度，是历史上任何一个时代都无法比拟的，今天适用的方法明天不一定适用;此地适用的方法，彼地不一定适用。创新已经成为时代的一个主旋律。要破除思维定势，弘扬创新思维，才有可能采撷到丰硕的果实。而我们在一定的环境中生活，久而久之就形成了一种固定的思维模式，心理学中称之为思维定势。本篇文章来自资料管理下载。学习中，当某些知识结构较之其他知识结构更容易让人想起时，就会发生定势效应。在必要的时候利用思维定势，在特定的时刻，打破思维定势，人们解决思维空间将变得更加开阔。 一、思维定势及其负面影响和表现 对于长期在“应试教育”环境下成长的学生来说，因为心理年龄小，心理发育还没有完全成熟，对事物的分析、判断比较直接简单，所以更容易发生定势效应。其创新思维能力的开发普遍存在着两大障碍:
1) 思维定势的障碍。解决问题时思维局限在某一处，跳不出自己设定的思维圈子，也就是常说的思维进牛角尖。 2) 思维惯性的障碍。习惯性思维或传统性思维在思考一个问题的时候，顺理成章的按照自己原来习惯的想法去处理，不会考虑是否还存在其他更好的解决方案。 二、编写程序中，思维定势的具体影响及原因 电脑智能机器人控制程序有很多种，有使用汇编语言的，也有使用高级语言的，但对于学生来说，图形化的、直观的程序语言更容易被接受、理解和应用。在这里，我就利用其中的一种图形化程序来论述在程序设计中思维定势的影响。 一)由于机器人程序语言的一般属性，在编程时，思维定势产生的影响。 就机器人编程而言，比如说，学生在编写程序时，会一边编写程序，一边想象机器人运 行的情景。学生会很容易的把程序编写的顺序，程序执行的顺序，机器人运行的顺序统一起来，事实也确实如此。这种思维定势是有利于活动开展的，但在某些时候，就会是负面的效应，如，机器人的动力由左右电动机输出，两部电动机同时逆时针转动，就是机器人 “前进”，一部逆时针转动的同时另一部顺时针转动，就是机器人“左转”或者是“右转”，转动的时间都由“延时几秒”来控制，按照一般我们的思维，会自然的联想到实际生活中车辆在十字路口的拐弯，于是，学生在程序中输入完成后，就会自然的想到机器人会左转90度角，这时，就不再考虑用“延时几秒”来调节 “左转”，造成的结果就是，机器人一动不动。还有，在机器人程序语言中，“停止”是机器人的一个动作反应，是一个时间点，而在人的头脑中，“停止”是一种状态，是一个时间段。人和机器人在此“无法理解”，有的学生这样编程序:“前进”、“延时4秒
工业机器人技术 摘要:作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。机器人的应用越来越广泛,需求越来越大,其技术研究与发展越来越深入，这将提高社会生产率与产品质量,为社会创造巨大的财富。本文将从工业机器的发展历史，现状及未来趋势进行阐述。机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，经历了近50年的发展已取得显著成果。走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人的实用化，昭示着机器人技术灿烂的明天。 关键词：工业机器人起源工作原理关键技术趋势 前言：工业机器人是机器人的一种。机器人可以代替或者协助人类完成各种工作，凡是枯燥的、危险的、有毒的、有害的工作，都可由机器人大显身手。机器人除了广泛应用于制造业领域外，还应用于资源勘探开发、救灾排险、医疗服务、家庭娱乐、军事和航天等其他领域。机器人是工业和非产业界的重大生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。工业机器人作为一种特殊的自动化设备，具备智能技术，所以工业机器人在传统产业的应用将大大的提升企业产品的竞争力，促进产品的更新换代，对国家经济产生巨大的推动作用。而在科学研究，资源勘探方面，工业机器人可替代人的大部分工作，因此促进了国家的可持续发展，并增强了国家的国
际地位。在国防领域工业机器人的研究更是层出不穷，特别是在强调零伤亡战争的今天，机器人可替代士兵前往危险的前沿地区，而且没有人性的一些弱点，增强了战斗力，为国家创造了一个和平安定的环境。 一、工业机器人的起源 （1）工业机器人的发展历史 工业机器人诞生于 20 世纪 60 年代，在 20 世纪 90 年代得到迅速发展，是最先产业化的机器人技术.它是综合了计算机，控制论，机构学，信息和传感技术，人工智能，仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域.它的出现是为了 适应制造业规模化生产,解决单调,重复的体力劳动和提高生产质量 而代替人工作业.在我国,工业机器人的真正使用到现在已经接近 20 多年了，已经基本实现了试验,引进到自主开发的转变,促进了我国制造业,勘探业等行业的发展.随着我国改革开放的逐渐深入,国内 的工业机器人产业将面对越来越大的竞争与冲击,因此,掌握国内工 业机器人市场的实际情况,把握我国工业机器人的相关技术与研究进展,显得十分重要。 （2）工业机器人技术现状 1.1工业机器人技术概念 工业机器人由操作机(机械本体) ,控制器,伺服驱动系统和检测传感装置构成, 是一种仿人操作,自动控制,可重复编程,能在三维空
目录 第1章、绪论 (2) 1、1智能机器人技术发展的重要意义 (2) 1、2国内外机器人的发展史 (2) 1、2、1 国外机器人的发展历史 (2) 1、2、2 国内机器人的发展历史 (3) 1、3服务机器人的特点关键技术 (3) 1、4本论文的主要研究内容 (4) 1、5本章小结 (4) 第2章、物体检测与报警机器人的总体设计 (5) 2、1概述 (5) 2、2主要组成 (5) 2、2、1 头部旋转机构 (5) 2、2、2 主体部 (6) 2、2、3 电机 (6) 2、3主要技术参数 (7) 2、4、电机的选型 (7) 2、4、1 驱动机构的组成、 (7) 2、4、2 步进电机的选型比较 (8) 2、4、3 步进电机的选型计算 (9) 2、5蜗轮蜗杆传动的选型设计 (11) 2、6电机的效核.................................... 错误!未定义书签。 2、7轴的较核及联件的选型.......................... 错误!未定义书签。 2、7、1、蜗杆轴的较核、......................... 错误!未定义书签。 2、7、2、蜗杆轴上轴承的选型..................... 错误!未定义书签。 2、7、 3、蜗轮轴的较核、......................... 错误!未定义书签。 2、7、4、蜗轮轴上轴承的选型..................... 错误!未定义书签。 2、7、5、键的较核............................... 错误!未定义书签。 2、7、6、联轴器的选型........................... 错误!未定义书签。 2、8本章小结...................................... 错误!未定义书签。第3章、驱动机构及其控制方式........................ 错误!未定义书签。 3、1、概述........................................ 错误!未定义书签。 3、2步进电机及其控制系统.......................... 错误!未定义书签。 3、2、1 步进电机的工作特性、..................... 错误!未定义书签。 3、2、2 步进电机的开环控制系统................... 错误!未定义书签。 3、3本章小结...................................... 错误!未定义书签。结束语............................................... 错误!未定义书签。
服务型机器人技术 应用现状与前景 服务型机器人技术应用现状与前景 摘要：现代机器人的诞生标志着人类对于智能机器的梦想开始变成现实，这对人类社会来说是一场革命。现在，各种类型的机器人正逐渐进入人们的生产和生活，对人类社会产生着日益重大的影响。服务型机器人是作为机器人类型中最为实用而最贴近生活的存在，作为服务型的机器人有室内办公环境服务型机器人、娱乐场所服务型机器人、家用服务型机器人等。今后的发展与应用前景大好、潜力巨大。 关键词：服务型机器人技术应用发展前景 2006 年8 月3 日，我国首台参考国内众多美女的长相合成的智能“美女机器人”亮相。根据指挥员的口令，“美女机器人”不仅能完成简单的前进、后退等动作，还可以跟人聊天讲笑话，可以在家中用摄像系统识别坏人。“在家里，机器人将会教孩子们学英语，给父母传送信息，当人们疲倦时，它还能即兴表演歌舞提神；在公共场所，它们可以充当邮局
的服务人员，可以负责安全巡逻，还能搜寻闯入者的踪迹并把他们的图像传送到监视中心。”韩国专家介绍说。据韩国媒体报道，韩国计划在2013 年进入全球机器人技术前三强，到2020 年实现家家户户都有机器人。目前，韩国正在进行2007 年网络智能机器人大规模生产前的准备。韩国政府希望，就像上世纪80 年代半导体一跃成为高科技主力军一样，家用机器人将是本世纪初韩国高科技的领军产业。美国加州大学资深教授、机器人专家伍德·约翰教授在其专著《机器人产业的未来》中指出，对未来影响最大的4 项技术是：生物技术、纳米技术、巨型计算机技术和智能机器人技术。他认为，日本长期以来将机器人作为一个战略产业，并给予大力支持，这是政府决策的巨大成功，使日本在汽车、电子、机械、工程等方面处于世界领先地位获得了可靠的物质技术基础。越来越多的国家将机器人视为信息时代的“宠儿”，甚至认为机器人产业可能会像汽车产业一样，成为国家重要的经济支柱。 在这种战略思想驱使下，机器人市场日益成为人们开拓的重要目标。 目前，世界上至少有48 个国家在发展机器人，其中25 个国家已涉足服务型机器人开发。在日本、北美和欧洲，迄今已有7 种类型计40 余款服务型机器人进入实验和半商业化应用。日本是世界上发展服务型机器人最早的国家，目前已有10 多种服务型机器人问世。去年9月，开始向市场推出一种可以识别1 万个单词的智能机器人，可以为主人充当“家庭保姆”，这将是市场上首次出售用于家庭生活的可以与人交流的智能机器人，表明日本家庭将迎来机器人保姆时代[1]。 现代机器人的诞生标志着人类对于智能机器的梦想开始变成现实，这对人类社会来说是一场革命。现在，各种类型的机器人正逐渐进入人们的生产和生活，对人类社会产生着日益重大的影响。近50年来，机器人的发展突飞猛进，大致经历了三个发展阶段：第一代是属于示教再现型的简单个体机器人；第二代为具备初步感觉和协调能力的群体劳动机器人；第三代为具有感知能力和独立判断、行动能力的智能机器人。前两类机器人的活动范围往往局限在工厂生产线和特殊工作场合，如矿山、核反应堆、海底等。而智能机器人则更广泛地服务于人们生产和生活的各个方面，比如办公室的助手机器人，博物馆的导游机器人，医院的护理机器人，用于监视和安全防卫的机器人，水下勘测机器人，排雷除弹机器人等等。有第三代机器人之称的智能服务型机器人是当今机器人学科发展的重要方向[2]。 服务型机器人是作为机器人类型中最为实用而最贴近生活的存在，目前世界服务机器人的发展速度飞快，技术更新迅猛。以下为几种服务型机器人的发展现状： 1.室内办公环境服务机器人 为了适用于办公室等室内场所的履带式服务机器人平台，提高自主移动机器人控制系统的性能，选用高性能微处理器ARM9 系列的S3C2410 处理器作为移动机器人的控制中心，并在嵌入式Linux 系46统下实现机器人的控制。系统引入了多种环境感知器件，采用模糊逻辑实现准确的运动路线控制。该自主服务机器人由中央控制器、感知子系统、驱动子系统、电源系统组成。整体尺寸420mm×400mm×84mm。在移动机器人设计过程中，采用模块化设计，不同功能结构分别进行设计，各模块之间连接采用最优方式。 机器人中央控制器采用 ARM9 系列的 S3C2410处理器，具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等优良特性，适合服务机器人系统使用。红外模块选用 DC12V 四路红外遥控收发器，该收发器有四组，共十二个接口。当按动红外发射器，有信号输入时，输出口输出常开口接入的电压。该发射器性能稳定，使用简单。电机驱动采用 L298N 芯片，L298N 具有体积小、操作电压范围大、抗干扰能力强、配备了散热片、输出电流大等性能，并且可以同时驱动两台电机。可通过改变 PWM 波形的占空比控制电机转速，还可控制电机转向。光
摘要 在生产过程工业机械手是模拟人手动作的机械设备，它可以替代人工搬运重物或单调，在高粉尘，高温，有毒，易燃，放射性和其他相对较差的工作环境。机器人可用于在生产过程中的自动化抓住并移动工件自动化设备，它是在生产过程的机械化和自动化，开发出一种新的类型的设备。近年来，随着电子技术，特别是计算机的广泛使用机器人的开发和生产的高科技领域已成为迅速发展起来的一项新兴技术，它更促进机器人的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能够代替人类完成危险、减轻人类劳动强度、重复枯燥的工作，提高劳动生产力。 本设计是关于三自由度的圆柱形机械手。利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。其包括夹持器、小臂、大臂和底座。明确合理的设计思路，确定了机械手工作原理并对然夹持器、气缸、步进电机、轴承进行了校核计算并附带了简图并对零件的质量、重心、惯性主轴和惯性力矩进行辅助设计计算，可以大大减轻在设计过程中繁琐计算及校核步骤。 关键字：机械手，气缸，校核。
Abstract Industrial manipulator is the mechanical equipment which is used in the production process and simulate to the behave of hands with electrical integration. It can carry heavy objects and work in the harsh environment which is high temperature, poisonous ,full of dust, flammable and combustible monotonous and full of radioactive substance instead of people. Manipulator is a automatic device which is used in the automatic production process and it can carry and move things. It is a new device which is developed in the mechanization and automatic production process. In recent years , with the widely used of electronic technique especially the electronic computer. The research and production of robot has became a new technology which is developing rapidly in the high-tech industry . It promotes the development of manipulator. It makes the combination of the manipulator with mechanization and automation become easier . Manipulator can complete the dangerous and boring work instead of people. It can reduce labour intensity of people and raise the labour productivity . This design is a cylindrical manipulator which is related to delta degrees of freedom. It designs and draws the picture with Auto cad software ,it includes holder, a small arm, the big arm and the base. The clear and reasonable thinking determines the working principle of the manipulator . This also checks and calculates the holder, cylinder, stepper motor and bearing. Apart from this , it contains some pictures and design and measure the quality , barycentre principal axis of inertia and force of parts. It can greatly reduce the complicated calculation and check in the design process. Keywords: robot, cylinder, checking