机器人技术的研究与发展现状分析

Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2018, 7(6), 462-472

Published Online December 2018 in Hans. /journal/met https:///10.12677/met.2018.76057

文章引用: 曾志坚, 邓亚博, 黄永聪, 熊娟, 胡中伟. 血管机器人研究现状与关键技术问题分析[J]. 机械工程与技术,

2018, 7(6): 462-472. DOI: 10.12677/met.2018.76057

Research Status and Key Technology

Analysis of Vascular Robots

Zhijian Zeng1, Yabo Deng1, Yongcong Huang1, Juan Xiong2, Zhongwei Hu1,3

1College of Mechanical and Electrical Engineering, Huaqiao University, Xiamen Fujian

2Huaqiao University Hospital, Xiamen Fujian

3Institute of Manufacturing Engineering, Huaqiao University, Xiamen Fujian

Received: Nov. 16th, 2018; accepted: Dec. 4th, 2018; published: Dec. 11th, 2018

Abstract In recent years, vascular robot technology has developed rapidly and gradually used in medical

康复机器人的研究现状分析

发表时间：2016-03-09T10:42:50.787Z 来源：《健康世界》2015年21期 作者： 崔迪

[导读] 宁波工程学院 康复机器人的研究与开发日渐白热化，在医院、社区或家庭中的应用也越发普遍，本文就面向神经康复的康复机器人或相关设备的发展历程及研究现状进行了全面深入的分析。

宁波工程学院 浙江宁波 315201

摘要：目前，康复机器人的研究与开发日渐白热化，在医院、社区或家庭中的应用也越发普遍，本文就面向神经康复的康复机器人或相关设备的发展历程及研究现状进行了全面深入的分析。

关键词：康复；机器人；脑损伤

康复机器人可分为辅助性和治疗型两种。辅助型康复机器入主要用来帮助老年人和残疾人更好地适应日常的工作和生活，部分补偿了他们弱化的机体功能；治疗型康复机器人用来帮助患者恢复机体功能。目前，康复机器人的研究主要集中在康复机械手、智能轮椅、康复

治疗机器人以及家庭和单位之间的交互设备及智能控制界面等几个方面。

康复机器人的研究从上世界80年代发展至今已有30余年的历史，目前较为知名的康复机器人产品有以下几种：

1.MIT_Manus[1]是比较经典的上肢康复机器人，在1995年由美国麻省理工大学研制，该机器人采用了阻抗控制，实现了康复训练的安全性和平稳性，其中，InMotion 是它的临床应用版本，从图1可以看出该机器人是末端式康复机器人，在水平范围内能够自由活动，具有多

种训练模式，通过显示器显示当前任务，以及提供使用者操作提示和信息反馈。

2.Arm Guide[2]，该康复机器人也是一种末端式康复机器人，如图2所示，可以看出该康复机器人结构较为简单，因此造价成本相对较低，考虑到到达运动时日常生活中最为常用的运动，该康复机器人的设计就是为了锻炼到达运动，使用者的手臂被固定在康复机器人上，

可以在限制的轨迹上反复进行到达运动的训练，而且该康复机器人配备了六自由度的力传感器，可以实时获取患者的力信号，并通过显示

办公自动化杂志一、前言焊接在制造工业中具有举足轻重的作用，它已经越来越广泛地现代工业的各行各业中。自科技革命以来，科学技术正在日新月异地发展，而这自然离不开越来越多高质量的产品，这也就需要高效精准的焊接工作，而传统手工焊接已然达不到要求，所以说焊接的自动化必不可少。众所周知，第一台Ｕｎｉｍａｔｅ型机器人是在１９５９年被制造出来的，自那以后，越来越多的工业机器人出现在世界各地的各行各业中，而其中一半左右的工业机器人为焊接机器人。从始至今，焊接机器人的发展经历了三个阶段：第一阶段的焊接机器人是以示教再现方式运行的；第二阶段为可以通过传感器接收信息的离线编程焊接机器人；第三阶段为智能机器人，它是多传感器的、且能够自行编程以适应环境［１］。本文作者根据自身长期的工作经历，对焊接机器人技术的现状及发展趋势进行以下探讨。二、焊接机器人技术研究现状当前焊接机器人技术研究主要集中在以下四个方面，以下将逐一进行探讨。１、焊接机器人用弧焊电源的研究电源之于电器相当于食物之于人类，所以说电源对任何一种电器来说都是至关重要的，作为一种智能电器，焊接机器人也不例外，它是否能够保持高效率地工作，一个好的电源非常重要。因此，焊接机器人用弧焊电源的研究一直是焊接机器人研究的重中之重。逆变电源与晶闸管电源是当前的弧焊机器人通常使用的两种电源。另外，由于全数字化焊机具有焊接参数波动小，不容易受温度升高等因素的干扰，而且具有重复性较高的优点，所以它将是弧焊机器人焊接电源的一个重要的研究方向。［２］２、焊缝跟踪技术的研究想要保证焊接的质量和效率，焊接条件是否稳定是一焊接机器人技术现状与发展趋势的研究吕超荣（昆山市三一重机有限公司昆山215334）摘要随着科学技术的不断发展，传统手工焊接技术已然满足不了现代高技术产品制造的数量和质量的要求，焊接自动化生产的趋势十分明显。本文作者根据自身长期的工作经历，从焊接机器人用弧焊电源、焊缝跟踪技术、多台焊接机器人和外围设备的协调控制技术及仿真技术等四个方面分析了焊接机器人技术的研究现状，并从虚拟现实、焊接机器人控制系统及多传感器信息智能融和技术探讨了焊接机器人技术的发展趋势。关键词焊接机器人技术现状发展趋势中图分类号TP242文献标识码B文章编号141225-6901总第２９４期２０１５年１月１日Research研究综述ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＣｕｒｒｅｎｔＳｉｔｕａｔｉｏｎ＆ＴｒｅｎｄｓｏｆＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｆｏｒＷｅｌｄｉｎｇＲｏｂｏｔｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙLvChaorong(KunshanMunicipalTrinityJukiCo.,Ltd.Kunshan215334)AbstractＡｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍａｎｕａｌｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｌｒｅａｄｙｃａｎｎｏｔｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｑｕａｌｉｔｙａｎｄｑｕａｎｔｉｔｙｆｏｒｍｏｄｅｒｎｈｉｇｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｔｈｅｔｒｅｎｄｏｆｗｅｌｄｉｎｇａｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｓｑｕｉｔｅｃｌｅａｒ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｒｏｗｎｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｗｏｒｋｉｎｇｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｉｎｗｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔｓｗｉｔｈａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ，ｗｅｌｄｉｎｇｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅｌｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅａｎｄｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｅ－ｑｕｉｐｍｅｎｔｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｅｔｃ．，ｔｈｅｆｏｕｒａｓｐｅｃｔｓａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｗｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ，ｗｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｔｅｃｈｉｎｍｕｌ－ｔｉ－ｓｅｎｓｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｗｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．KeywordsＷｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄ５２··办公自动化杂志(下转第51页）个非常重要的因素。而我们都知道，绝对的稳定条件是不可能的，所以是否可以实时检测出由于焊接条件波动引起的焊缝偏差会直接影响焊接的质量，因此也就离不开焊缝跟踪技术的支持。焊缝跟踪技术的研究主要以以下两种技术为主［３］。首先，传感器技术。目前研究的比较多的有光学传感器和电弧传感器这两种，其中前者又以视觉传感器的研究比较密集，这主要是因为它可以获得非常多的信息并使用电脑视觉等前沿技术进行分析处理，由此可以在很大程度上使得弧焊机器人更好地适应焊接环境。另外，后者中的旋转电弧传感器由于其在偏差检测时比较灵敏而得到的关注度比较高。其次，焊缝跟踪控制理论与方法。模糊数学和神经网络为焊缝跟踪技术的研究取得突破提供了很好的基础。当前使用的通用型焊接模糊控制器就是将由模糊数学中的一系列工具得到的模糊控制理论和实际焊接过程相结合而发展而来的。模糊控制虽然拥有比较优质的控制规则，但是其综合定量知识的能力还不够好。神经网络控制是研究和利用人脑的某些结构和机理以及人的知识经验对系统进行控制，它使用的是并行式的处理方式和分布式的信息存储，因此能够储存大量的信息，而且它的容错性比较强，所以从自动化的方面来看十分适合焊缝跟踪中的跟踪智能控制和视觉模式识别。３、多台焊接机器人和外围设备的协调控制技术众所周知，焊接机器人并不是一个独立的工作单元，而是包含变位机及控制柜等元件的工作站或者系统，所以想要提高焊接效率，就必须使得系统的各个元件协调工作［４］。存在于很多工件焊缝处的横焊等焊接位置能在很大程度上影响焊接品质和焊缝成形的效果，而仅仅依靠调节机器人位置和姿势以达到恰当的焊接位点不仅在技术上是很难的，而且也会给相应操作员带来诸多不便。这个时候如果可以通过控制变位机做协调运动使得将要被焊接的位点一直处于水平的位置，并且工装夹具和弧焊电源等其他元件也做相应的协调运动，焊接的质量和效率肯定会大大提升。４、仿真技术焊接机器人是一种多自由度、多连杆的复杂空间结构体，而我们在其研制、设计及试验过程中，不可避免地要对其动力学、运动学性能进行分析以及进行轨迹规划设计，而由于其复杂的空间结构导致其动力学和运动学问题非常复杂，很难进行计算。如果可以不使用整个机器人作为仿真对象，而使用焊接机械手替代，然后再使用电脑图形技术等技术在电脑中形成几何图形，并进行演示，并以此对其中会遇到的一些问题进行模拟并加以解决，这样就可以避免很多不必要的无用功。三、焊接机器人技术的发展趋势１、虚拟现实虚拟现实技术是一种包括３Ｄ电脑图形学技术、多功能传感器的交互接口技术和高清显示技术在内的对事件的现实性从空间和时间上进行分解后重新组合的技术，它能够被用在临场感通讯和遥控机器人等方面［５］。另外，虚拟现实技术还能够被用于焊接过程的模拟，这样一来我们就可以在实际焊接之前先在电脑上先完成“数字化”焊接过程，再用已经完成的数字化操作来指导实际的焊接工作。这一仿真过程可以让用户在还没有进行后期焊接就可先了解未来产品的情况，进而达到有效预测评价生产系统的性能的效果，而且实际操作前先进行仿真实验，可以对各种工艺方案进行比较，进而选取和优化多机器人焊接轨迹。２、焊接机器人控制系统开放式、模块化控制系统将是焊接机器人控制系统研究的重点方向。其他的研究热点还有基于ＰＣ机网络式控制器以及机器人控制器的标准化和网络化。离线编程的实用化将是在线编程的可操作性之外的编程技术的研究重点［６］。３、多传感器信息智能融和技术随着传感器种类和数量愈来愈多地使用在机器人系统中，诸如静电电容式距离传感器、超声波触觉传感器、基于光纤陀螺惯性测量的３Ｄ运动传感器等各种新型传感器如雨后春笋般出现［７］。但是，我们都知道单一传感信号在输入信息方面的可靠性不是特别保准，而智能机器人对这一条件有要求很高，所以它就无法达到其要求，在此情形下多传感器智能信息融合技术便出现了，它可以对各种信息进行综合的处理，并通过这些信息正确理解环境，进而达到机器人系统可以准而快地处理获得的各种信息的目的。四、结论不可否认，焊接机器人技术在以前和当前的工业发展中均扮演中十分重要的角色，在未来肯定还会继续甚至扮演越来越重要的角色。最近几年，我国在机器人弧焊电源、仿真技术与离线编程、信息传感、智能控制、焊缝跟踪等方面进行了大量研究，并对多项技术进行了攻关。相信在不久的将来，焊接机器人将为我们在越来越广的领域提供更加优质高效的服务。２０１５年１月１日综述研究总第２９４期Research

科技信■ｏ科教前沿ｏ２００９年第２９期

移动机器人研究现状和未来发展的分析

刘宝平１张红梅２．１１．哈尔滨龙翔企业管理咨询有限公司黑龙江哈尔滨１５００３０；２．肇东兴东生物化工有限公司黑龙江肇东１５１１００）

【摘要】随着机械制造水平的提高，以及机械电子、计算机、材料等技术的不断发展，提高了机器人的工作水平，特别是整合控制论和仿生学的发展，提高了机器人的工作水平，促进了机器人被广泛的应用到许多行业中。随着应用的推广。越来越多的研究机构开始进入到机器人研究领域。通过对国内外现状的分析研究。指出移动机器人未来的发展需要解决的问题，为我国机器人的发展提供有益的支撑。【关键词】移动机器人；现状；发展；分析

由于人类探索活动的深度和广度不断提高，促成了机器人的诞生。机器人不管是可以代替人来做许多劳动强度大、劳动时间长的工作。更可在人类无法到达的恶劣环境中工作．有些环境甚至于是致命危险的环境。例如深海作业、排除爆炸装置等。这些客观的需求．推动了机器人研究的广泛开展。１．机器人的分类机器人的数量和种类越来越庞大，采用分类标准的不同，同一机器人可以被归入到不同的类别中。在这些分类法中。有三大类的分类法影响最大。１．１学术研究常用的分类法科研机构常使用的分类法有四种。分别是按照以下死个方面加以分类，这四个方面是：机器手几何结构、机器人控制方式以及机器人信息输入方式、机器人代替人体器官的部分。这四种分类法，突出ｒ机器人的制造、控制，替代的特征。１．２按智能化程度的分类这种分类法首先将机器人分类为普通机器人和智能机器人。普通机器人具有一般的编程能力和操作功能；智能机器人却是具有一定的智能水平的机器人。为了突出强调智能机器人的智能水平，还将智能机器人又分为三个小类别：传感器型、交互型、自立型。１．３按机器人的用途分类这一分类法．主要集中于四个应用领域的化分：工业机器人、探索机器人、服务机器人（民用机器人）和军用机器人。以上的三大类分类法，只是机器人分类法中的一部分。本文将主要以科研机构中的机器人代替人体器官的部分的标准，集中研究各国移动机器人的发展情况进行研究。２．国内外的研究现状移动机器人在多年的生产使用中．被世界公认具有广阀的应用前景。在科研界也成为了机器人研究领域的一个重要分支。２．１日本的肢体移动机器人的发展日本的肢体移动机器人．现阶段处于世界领先水平。比较突出的研究成果有：日本ＫＩＭＵＲＡ实验室研制的六腿爬行机器人Ｔ－Ｈｅｘｓ．既有移动、又可夹持磁碟盒的功能。ＮｏｒｉｈｏＫｏｙａｃｈｉ教授研制的ＭＥＬＭＡＮＴＩＳ第二代产品，具有很高的运动和央持物体的能力。大阪大学工程科技研究所研制的Ａｓｌ＇ＥＲＩＳＫ机器人．町使用每个腿移动及搬运物品或进行操作作业。日本东京工业大学的ＳｈｉｇｅｏＨｉｒｏｓｅ教授．研制开发了可以用来探雷排雷的四腿肢体机器人ⅢＡＮ－ＩＸ。２．２美国的肢体移动机器人的发展美国在这一领域一直处于领先地位。特别足美国明尼苏达大学计算机科学与工程系协作系统实验室研制的用于搜救及行星探测等任务的肢体机器人ＴｅｒｍｉｎａｔｏｒＢｏｔ，性能突出。该机器人手臂具有２个３自由度，同时有移动和操作功能。在运送时．机器人手臂可完全放人躯十内部。再加上尺寸小、重量轻、可在崎岖的地形中采用游泳步态、穿越步态及轮式步态移动等功能，提高ｒ其通过狭窄空间的能力。且制造成本低廉。２－３中国的肢体移动机器人的发展华中科技大学机械学院的陈学东研制出的模块化多足爬行机器人，实现了腿臂功能融合。该机器人机构设计简单但传动精度较低。其机构主要足：运用行星轮机构，加快了腿臂机构转换速度；把驱动电机、减速器等传动部件设置在机身上，有效地减轻ｒ腿部重量，使得结构简单紧凑，并上ｉ整个机器人重量比较集中：肢体在机体躯１：的上、下部有了较火运动空间。但由于把行星轮环节引入到，传动路线，使得啮合齿存在一定的齿侧间隙，这一无法克服的缺陷所限制了机器人的传动精度。３．移动机器人理论研究的发展趋势现阶段对于移动机器人的理论研究，主要集中在运动规划研究、柔顺控制研究。在运动规划研究方面。现阶段有三类解决方面：栅格分解法、势场法、路标法。在柔顺控制研究方面：一种是采用了被动柔顺装置来借助某些机械部件的天然特性来实现能量的储存．另一种是借助于力控制实现主动地柔顺补偿。可以发现，沿着这两个方向。对于数学、物理等基础学科的研究仍然在不断的深人。对于材料、机械加工等的要求也会提出新的要求。４．机器人发展未来需要解决的问题通过国内外的研究比较可以看出，我国的研究水平较低。和美日的移动机器人相比，无论是在机器人的运动性能还是制造工艺上都有很大差距。这就需要我们首先解决移动机器人的理论研究。４．１在设计上首先要在简化机构上下功夫。越是简单的机构带来的问题越少，特别是在运行可靠竹＝上、重量Ｅ、维护上、造价上等，都会给移动机器人带来质的飞跃。其次从国外现阶段研究的移动机器人可以发现，他们的机器人的肢体活动空间很大。这给移动机器人后期的肢体完成工作提供了有力的支持。最后就足关节的灵活性、结构的坚固性和末端肢体的稳定性。这三个方面决定了移动机器人可以完成任务的精密等级。４．２其他方面在以后的移动机器人的研究上．还须要不断提高电子芯片、传感器的稳定性，不断提高机器人的破坏能力，同时降低移动机器人的造价。这些都将影响到移动机器人在未来被广泛使用的前景。也就移动机器人的生命力的问题。解决好了以上两方面的问题．一定会极大地推动我国移动机器人的发展。ｅ