连续机器人的研究现状与展望
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机器人技术的研究与发展现状分析随着科技的不断发展,机器人技术也得到了越来越多的发展。
在人类的历史进程中,机器人技术或许代表着一个新时代的到来。
从简单的机械臂到能够行走、交互、甚至能够自主学习的智能机器人,机器人技术的飞速发展已经成为世界范围内研究热点之一。
一、机器人技术的发展情况机器人技术自20世纪60年代开始得到迅速的发展,出现了第一代机器人。
第一代机器人局限于重复的精密操作,例如:加工、包装等。
之后,应用广泛的SCARA机器人问世。
SCARA机器人通常用于薄膜电路板和主板生产以及针筒灌装线。
2000年后的二十一世纪,机器人技术得到了飞速的发展。
自动驾驶汽车、机器人医生、机器人服务员等应运而生。
同时,工业生产中的机器人也越来越被工厂广泛使用,带来了巨大的经济收益和效益。
机器人中的无人机加入了消费市场,为普通人带来了更加方便的购物体验和娱乐享受。
二、机器人技术的优点和缺点机器人技术显然有很多好处,因为机器人可以代替人类完成重复性、高危性、繁琐的工作。
而且机器人在进行生产的过程中还可以减少工人的劳动强度,提高工作效率,不仅可以节省时间,还可以减少错误率,提高生产精度。
机器人除了在工业中的应用,还具有不能看低的优点——娱乐和服务方面的应用。
例如机器人狗、服务员机器人等。
机器人技术的缺点也是显而易见的。
虽然机器人可以完成很多工作,但它们不够智能,无法与人类的智能相比。
机器人的辨认与判断能力受到了现有技术的限制,现有技术还无法让机器人作出适应新情况的判断,并对遇到的新情形做出适当的反应。
此外,机器人的生产成本非常高,进一步削弱了它们在一些领域的优越地位。
因此,尽管机器人在某些方面可以发挥出它们的优势,但还需要在更多的层面上不断完善和提升。
三、机器人技术的应用前景随着机器人技术的发展,科学家和工程师们开始思考机器人技术的未来应用。
人类社会中,机器人有能力解决很多工作中的困难难题,代替人类完成一些艰苦的劳动。
智能机器人的发展现状及未来趋势智能机器人近年来得到了越来越多人的关注和研究。
它们拥有智能化、自学习、自我调节等功能,可以在生产制造、服务等多个领域发挥巨大作用。
本文将从智能机器人的发展现状、应用领域、技术挑战和未来趋势等方面进行深入分析。
一、智能机器人的发展现状智能机器人起步于1961年,随着技术的不断进步和智能化凋求的发展,智能机器人的品种及应用领域也逐渐增加。
目前,智能机器人主要分为三个类别:工业机器人、服务机器人和特种机器人。
工业机器人主要应用于汽车、电子、冶金等工业领域,主要功能为搬运、装配、焊接等,以提高生产效率和降低成本。
近年来,随着工业机器人的智能化程度的不断提高,它们的应用范围也在不断扩大。
服务机器人主要应用于医疗、教育、餐饮等服务领域。
它们可以提供陪伴、照看、交互等服务,同时降低了劳动力成本,提高了服务质量。
目前,服务机器人虽然还面临着技术挑战和实用难题,但这个领域的未来发展前景十分广阔。
特种机器人主要是应用在危险场合、外太空、深海等环境中,以完成代替人类进行作业。
它们可以拆弹、搜索、勘察、采集等一系列任务,为人类安全和发展保驾护航,具有重要的社会意义和经济价值。
二、智能机器人的应用领域智能机器人应用领域广泛,可以涉及工业、医疗、教育、农业和家庭等多个领域。
以下将分别从这些应用领域进行阐述。
1.工业领域工业机器人的应用领域主要集中在汽车、电子、物流、冶金等制造及相关领域。
智能机器人在工业领域中,主要发挥着减少人力成本、提高生产效率、提高产品质量等方面的作用。
例如,利用工业机器人实现自动化生产,零件的设计、加工、成品检测全过程可以自动完成,生产效率提高了近十倍。
而自动化的生产厂家还大大降低了成本,缩短了生产周期和工艺流程,减少了人员的操作风险。
2.医疗领域智能机器人在医疗领域中主要用于手术和诊断。
从2000年开始,智能机器人在手术中的应用获得了长足的进展,其中Da Vinci机器人成为最受欢迎的机器人手术设备之一。
机器人研究的进展与前景随着科技的不断发展,人类的生活也日益依赖着各种高科技产品,其中机器人便是其中之一。
机器人作为一个理论、技术、实践交叉的领域,在过去几十年里逐渐从实验室走向应用领域,为我们的生活带来了极大的便利。
本文将从机器人研究的历史、现状、前景以及未来展望等多个方面来一一阐述。
历史机器人的历史可以追溯到早期的机械学派,如欧拉、拉格朗日、蒙提女士等人。
在这一时期,人们主要关注的是简单的机械运动以及力学设计等方面。
直到20世纪初,人们才开始研究具备感知能力、自主控制乃至实现自我演化的机器人,其中早期的代表性机器人包括由阿西莫夫创作的“机器人系列”小说中的三大定律。
这些定律对后来的机器人控制理论的发展以及实际应用均产生了很大的影响。
现状随着科技的不断进步,机器人的应用领域越来越广泛,涉及到医疗、教育、制造、服务等方方面面。
其中,机器人在制造领域的应用最为广泛,包括生产组装线、质检、加工等等;医疗方面,机器人主要被用于手术辅助、康复训练、医疗机器人等领域;在服务领域,机器人用于家庭服务、餐饮服务等。
机器人的研究也在持续发展,特别是人工智能技术的成熟。
目前,机器人最大的研究方向是如何实现机器人自主学习、自主决策以及自我完善。
近年来,深度学习、自然语言处理等技术的发展,使得机器人可以更好地与人类进行交互,实现更人性化的服务。
在未来,机器人将会更好地应用在社会服务领域,包括居家健康、旅游服务以及工业4.0等方面。
前景在未来,机器人的应用将更加广泛和深入,机器人的市场也将会不断扩大,预计到2025年,全球机器人市场规模将达到2800亿美元。
随着可穿戴设备、智能家居以及智能交通等领域的发展,机器人的整合应用将会更加成熟,实现未来城市的智能化建设。
但未来机器人领域还面临着一些挑战。
例如,机器人在技术上的创新需要更多的资本与人才投入。
同时,机器人应用的规范化问题也需要解决,在不断创新的过程中需要遵循一定的法规与标准。
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。
美国原子能委员会的阿尔贡研究所1947年研制了遥控机械手,1948年开发了机械式主从机械手。
1954年,美国的戴沃尔最早提出工业机器人的概念并申请了一项专利。
他通过控制机器人的关节使之行动,可以对机器人示教。
机器人研究报告机器人研究报告一、引言机器人是一种能够自主执行任务的自动化机械设备,它可以以人类的方式进行思考和行动。
随着科技的不断发展,机器人的应用范围越来越广泛,它在工业、医疗、服务等领域发挥着重要作用。
本报告将介绍机器人的研究现状、应用领域以及未来的发展方向。
二、研究现状1. 机器人技术的发展机器人技术从诞生至今已经经历了多年的发展,从最初的工业机器人到现代的智能机器人,其功能和性能不断提升。
目前,机器人已经具备了感知、判断和行动能力,并且可以通过学习和自适应来不断提高自身的能力。
2. 机器人学科的研究方向机器人学是一门涉及机械工程、电子工程、计算机科学等多个学科的交叉学科。
目前,机器人学科的研究主要包括机器人控制、感知与识别、路径规划、人机交互等方向。
通过不断推进这些研究领域的进展,可以进一步拓宽机器人的应用领域。
三、应用领域1. 工业制造工业机器人是最早应用的机器人之一,它可以在汽车制造、电子制造等领域中完成重复性高、精度要求高的任务,提高生产效率和质量。
2. 医疗领域机器人在医疗领域中的应用也越来越广泛,例如手术机器人可以进行高精度的手术操作,减少手术风险和恢复时间。
此外,辅助机器人可以帮助病人进行康复训练。
3. 服务机器人服务机器人可以为人们提供各种日常生活的帮助,例如清洁机器人可以帮助人们打扫房间、洗碗、烹饪等。
随着机器人技术的发展,服务机器人在老年人护理、购物等领域也有广阔的应用前景。
四、未来发展方向1. 智能化目前的机器人已经具备了一定的智能性,但是与人类的思维和判断能力相比还有很大差距。
未来,机器人的发展方向是进一步提升智能水平,使其能够更好地与人类进行交互和合作。
2. 人机融合机器人将与人类更加紧密地融合在一起,成为人类的伙伴和助手。
例如,穿戴式机器人可以帮助人们进行运动训练,智能助理机器人可以帮助人们管理日常生活。
3. 持续学习机器人通过学习可以不断提高自身的能力和适应力。
国内外工业机器人发展现状与趋势研究一、本文概述随着科技的飞速发展,工业机器人作为现代制造业的重要组成部分,已经在国内外得到了广泛的应用。
本文旨在全面梳理和深入研究国内外工业机器人的发展现状与趋势,以期为相关领域的科研工作者、企业决策者以及政策制定者提供有价值的参考。
文章首先将对工业机器人的基本概念、分类以及应用领域进行简要介绍,以便读者对工业机器人有一个清晰的认识。
随后,文章将分别从国内和国外两个角度,详细分析工业机器人的发展现状。
在国内方面,将重点关注工业机器人产业链的完善程度、技术创新水平、市场应用规模以及政策支持力度等方面的情况;在国外方面,将重点关注工业机器人技术的领先国家,如德国、日本、美国等,分析其技术特点、市场布局以及发展趋势。
在此基础上,文章将进一步探讨工业机器人技术的发展趋势,包括机器人智能化、模块化、协同作业、人机交互等方面的进步。
文章还将对工业机器人未来可能面临的挑战,如技术瓶颈、成本问题、人才短缺等进行分析,并提出相应的对策建议。
文章将总结国内外工业机器人的发展现状与趋势,展望未来的发展前景,以期为推动工业机器人产业的健康发展提供有益的启示。
二、国内工业机器人发展现状近年来,随着国内制造业的转型升级和智能化改造的深入推进,国内工业机器人市场呈现出蓬勃发展的态势。
在技术突破和政策支持的双重推动下,国内工业机器人行业取得了显著的进步和成果。
在技术层面,国内工业机器人企业在核心技术研发上取得了重要突破。
例如,高精度减速器、伺服电机和控制系统等关键零部件的研发和生产能力不断提升,有效降低了生产成本,提高了机器人的性能和稳定性。
在机器视觉、路径规划、人机交互等智能化技术方面,国内企业也积极探索创新,提升了机器人的智能化水平。
在应用领域方面,国内工业机器人已广泛应用于汽车、电子、机械、冶金、化工等行业。
随着制造业对自动化和智能化需求的不断增加,工业机器人正逐步拓展到更多领域,如医疗、物流、服务等。
智能机器人技术的研究和应用随着人类科技的飞速进步,机器人已经成为了极具前景的研究领域。
作为高新技术的代表,智能机器人技术正逐渐地走向普及化。
它在工业、医疗、军事等各个领域的应用都展现了出色的成果,极大地促进了各行业的进步和发展。
本文将从研究与应用两个角度,探讨智能机器人技术的现状和前景。
一、智能机器人技术的研究现状智能机器人技术作为目前最为前沿和热门的研究领域之一,自然引起了全球科学家的关注。
目前,智能机器人技术的研究涉及到了机器人的感知、决策和行动三个方面。
首先,机器人的感知能力是需要被加强的:如何让机器人学会“看、听、嗅、触、味”,才能够更好地适应现实环境和各种场景。
其次,机器人的决策能力也是智能机器人技术的重要方面之一。
机器人应该能够根据自己对周围环境的感知,进行决策,并作出合理的行动方案。
最后,机器人的行动能力也是研究的主要内容之一。
机器人可以学习运动技能,如单腿站立、行走、跳跃等。
此外,机器人还要学会如何和人类进行交互,如何正确、自然的完成人们的委托或指令。
目前,科学家们正着力于解决以上问题。
他们通过研究机器人感知、学习、控制等基础理论,推动智能机器人技术的发展与应用。
二、智能机器人技术在各个领域的应用智能机器人技术不仅在研究方面有着广泛的应用,而且还在各个领域中得到了越来越多的应用。
下面简单介绍一下智能机器人技术在几个领域的应用。
1. 工业自动化领域工业自动化是智能机器人技术的一个重要应用领域。
随着机器人技术的不断进步,生产线上的机器人已经成为了工业制造和生产中不可或缺的一部分。
比如,打包机器人、铆接机器人、焊接机器人、搬运机器人等方便快捷的机器人,为工业生产提供了强有力的支持。
2. 医疗保健领域智能机器人技术可以发挥很多优势,如提高工作效率、确保操作安全、提高准确度等。
在医疗保健领域中,机器人的应用已经不是一件稀奇的事情了。
机器人外科手术系统、康复机器人、护理机器人等,已经成为医疗保健领域的常规设备,在医院中得到广泛应用。
机器人技术的研究现状及其应用前景一、前言在现代社会,机器人技术的发展逐渐走向了成熟,不仅解决了许多人类无法完成的工作任务,还大大提升了生产效率和工作质量。
本文将从机器人技术研究现状入手,探讨其应用前景及发展方向。
二、研究现状1.机器人技术的发展概况人类梦寐以求的机器人,经过长期的技术发展和实践运用,现已逐步升华成为一种具有自主决策能力、自我修复和学习能力的智能体。
机器人技术发展的根本目的是让机器人能够与人类实现更加多样、深入的交互,从而更好地服务人类社会。
当前机器人技术已覆盖制造业、家居服务、医疗、教育及环保等多个领域,并在未来将会有更多的应用场景,为人类创造更多的利益和附加值。
2.机器人技术的研究方向随着市场需求的增长和技术水平的提高,机器人技术也在不断地升级和迭代。
未来的机器人将不再只是单一的执行者,而是更具备交互、学习、适应和创新能力的多功能、复合型工具。
机器人技术的发展方向如下:(1)智能机器人:研究如何让机器人通过自身的学习和积累,具备更高的人类智能水平,从而更好地执行复杂的任务。
(2)可穿戴机器人:研究如何将机器人融合进入日常生活,消除掉对人类的许多限制,如疲劳、老化等。
(3)模块化机器人:研究如何通过模块化的设计,让机器人成为一种可操作的组合式机器人,给予用户更大的灵活度。
(4)仿生机器人:研究如何模仿动物的姿态和习性,使机器人具备更优秀的运动和执行能力。
三、应用前景1.工业应用工业机器人是机器人技术最早而成熟的应用领域之一,目前已广泛应用于汽车、电子、机械制造和轻工业等多个领域。
随着国家对智能制造的大力发展推广,工业机器人逐步走向智能化、灵活化、自动化的方向。
2.家居服务在未来,家居服务机器人将成为家庭助手的重要组成部分,可在家庭生活中完成多个任务,如打扫卫生、照顾老人、帮助孩子学习等。
这些机器人将成为现代家庭中从事家务、陪伴老人和教育孩子的好帮手,从而大大提高家庭生产力和生活质量。
智能机器人的现状及发展趋势的相关研究随着科技的不断进步,人工智能技术的应用范围越来越广泛。
智能机器人作为人工智能技术的重要应用之一,近年来在各个领域都得到了广泛的应用。
本文将从智能机器人的现状以及发展趋势两个方面来进行探讨。
一、智能机器人的现状智能机器人的研究与应用已经进入了快速发展的阶段。
现代智能机器人采用了先进的传感技术、控制技术和计算机技术,能够处理和感知复杂的运动和环境,具备了自主决策能力和执行能力。
从应用的角度来看,智能机器人主要分为工业机器人和服务机器人两大类。
1. 工业机器人工业机器人是指用于工业生产中的机器人,主要用于完成生产线的自动化和流程控制。
目前,工业机器人的种类和应用领域已经非常广泛,主要包括喷漆机器人、焊接机器人、搬运机器人、装配机器人等。
在某些行业中,工业机器人已经取代了很多人类工人的工作,如汽车制造、电子制造、食品加工等。
服务机器人是指用于服务领域的机器人,主要用于代替人类完成一些重复性和枯燥的工作任务,如清洁服务、医疗服务、教育服务等。
目前,服务机器人的应用主要集中在高端酒店、机场、医院、学校等场所。
随着服务业的不断发展,服务机器人的应用前景非常广阔。
智能机器人的发展趋势主要表现在三个方面。
1. 智能化未来智能机器人将更加智能化。
智能机器人将采用更加先进的计算机算法、机器学习算法和神经网络算法来进行自主决策。
同时,智能机器人的“大脑”将会更加强大,能够处理更加复杂和多样的任务。
2. 多样化未来智能机器人将更加多样化。
随着人类对机器人的需求不断增加,未来的智能机器人将会出现更多的形态和功能。
例如,未来的智能机器人可以是像人一样的机器人、宠物形态的机器人、战斗型机器人等。
3. 社会化未来智能机器人将更加社会化。
智能机器人不仅能够代替人类完成重复性和繁琐的工作任务,还能够与人类进行更加紧密的互动。
例如,未来的智能机器人可以成为人类的朋友、伴侣甚至爱人,陪伴人类走过生命的各个阶段。
工业机器人的发展现状及发展趋势一、引言工业机器人是一种能够自动执行各种任务的机器人,广泛应用于创造业中。
本文将详细介绍工业机器人的发展现状及发展趋势。
二、工业机器人的发展现状1. 市场规模根据最新的市场研究报告,全球工业机器人市场规模在过去几年内持续增长。
2022年,全球工业机器人市场规模达到1000亿美元,估计到2025年将超过1500亿美元。
2. 应用领域工业机器人广泛应用于汽车创造、电子设备创造、食品加工等行业。
其中,汽车创造行业是工业机器人的主要应用领域,占领市场份额的30%以上。
电子设备创造和食品加工行业也是工业机器人的重要应用领域。
3. 技术发展随着科技的进步,工业机器人的技术不断发展。
目前,工业机器人主要采用的技术包括机械臂、传感器、视觉系统和人工智能等。
机械臂的灵便性和精准性得到了极大提升,传感器和视觉系统的精度和感知能力也得到了显著改善。
人工智能技术的应用使得工业机器人能够更好地适应复杂的生产环境。
4. 市场竞争格局全球工业机器人市场竞争激烈,主要的竞争者包括ABB、发那科、川崎重工、安川机电等。
这些公司在技术研发、市场拓展和客户服务方面都具有一定的优势。
三、工业机器人的发展趋势1. 智能化随着人工智能技术的发展,工业机器人将越来越智能化。
未来的工业机器人将具备更强的学习能力和自主决策能力,能够根据环境和任务的变化做出相应的调整。
2. 协作性目前,大多数工业机器人都是独立工作的,与人类操作员保持一定的距离。
然而,未来的工业机器人将更加注重与人类的协作。
协作机器人将能够与人类共同完成一些复杂的任务,提高生产效率和安全性。
3. 灵便性传统的工业机器人通常需要进行复杂的编程才干完成特定的任务。
未来的工业机器人将更加灵便,能够根据任务的需求进行自主调整和优化,减少人工干预的成本和时间。
4. 服务化除了在创造业中的应用,工业机器人还将逐渐进入服务领域。
例如,医疗机器人可以辅助医生进行手术,物流机器人可以匡助仓库管理和货物搬运等。
连续机器人的研究现状与展望
摘要:本文首先针对连续机器人的研究价值进行了阐述,接着从驱动方式、支撑结构和运动能力三个方面归纳了连续体操作单元的设计特点,然后总结了连续机器人的应用现状以及存在的问题,最后,从建模与控制理论、自主化运动以及信息融合技术三个方面对连续体机器人的未来研究的研究工作进行了展望。
1.引言
传统机器人通常由少数连杆和驱动关节串联而成,尽管这些机器人被证明对许多任务非常有效,但它们并非没有限制,主要表现在缺乏可操作性与总体自由度低两个方面。
在作业空间狭窄或工作空间存在众多非结构化障碍物时,传统的由刚性构件组成的机器人难以灵活运作,该类应用领域己成为机械手臂发展的一个技术瓶颈,迫切需要研究新型的机械手臂的运动机理和操作方式用于该问题。
与传统的工业机器人相比,连续体机器人的机械部件不包含刚性连杆和可识别的旋转关节,能够依靠连续弯曲的核心结构或骨架使机器人主体弯曲成光滑连续曲线。
连续机器人的设计灵感来自天然动物的柔顺运动,如象鼻[1]、章鱼臂[2]和舌头[3]等,其优异的柔顺性和灵活性使之在杂乱或非结构化的环境中也能成功完成任务。
连续体机器人对工作空间狭小的环境和非结构化的现实环境具有独特的适应能力,除了末端可以安装执行器完成操作外,机器人本体也可以作为执行器完成抓取动作,并且其尺寸可做到比传统机器人更小,是对传统关节式机器人应用场景的良好补充。
2. 研究现状
基于动物柔顺器官的仿生设计,连续机器人不存在明显的关节,但通常是由单一操作单元或多段操作单元串联而成的,其操作单元按不同的分类方式可以归纳如下:
2.1按驱动方式分类
连续体机器人根据机械驱动方法和位置的不同,可以大致分为“内部驱动方式”、“外部驱动方式”和“混合驱动方式”。
内部驱动方式的驱动器位于机构表层或者内部,对机器人直接驱动,常见的有气压和液压驱动;外部驱动方式是将驱动器置于机器人本体之外,通过拉丝等方式进行驱动,,有利于小型化的发展,是目前常见的设计方式;混合驱动方式为内部驱动与外部驱动的组合如图1所示。
2.2按支撑结构分类
为了保持整个机器人的整体形状并实现机器人的弯转,连续体机器人通常采用如下三种支撑形式:(1)流体支撑。
向连续体机器人密封内腔注入一定压力的流体可以起到支撑与驱动的双重作用。
(2)表面层支撑。
在机器人圆柱形内表面或外表面通常覆盖弹性树脂层、硅胶层或其他具有一定弯曲刚度的弹性层来实现支撑作用。
(3)轴心支撑。
在机器人轴心固结弹性复合材料,例如弹簧、柔性管类和万向节支架等。
对于不同的支撑方式,同样可以组合应用,如图2展示的是表层支撑和轴心支撑的混合应用形式。
2.3按运动能力分类
根据连续体机器人的运动能力,可以将其分为3种类型:(1)单自由度型。
此类型操作单元主要实现单一指定平面内的弯曲运动,多节该类“仿生柔性手指”
的联合运动可完成对不规则物体的抓取操作。
(2)两自由度型。
此类机器人在三维空间内垂直于底盘且通过底盘圆心的任一平面内完成弯曲运动,图2所示,操作单元具备两个自由度的运动能力。
(3)三自由度型。
此类型不仅可以实现三维空间弯转,还具有一定的伸展性,基本结构如图4所示,其运动更为灵活,同时控制难度也会相应增加。
3连续体机器人的应用与存在的问题
由于连续体机器人可在任意部位产生柔性变形,展现了独特的灵活性和安全性优势,目前在微创手术[4]、生命救援[5]、汽车涂装[6]等工作环境中展现出了新颖的作业方式和应用价值;但连续型机器人在运动精度、负荷能力等方面与离散型机器人相比依然存在较大差距,尚不能满足操作要求严格的实际工程需求。
4连续体机器人的研究展望
在研究人员的共同努力下,连续机器人技术的设计、应用和理论基础取得了重大进步,然而,要想让连续体机器人如同离散型机器一样为人类生活生产提供服务,该领域还有许多挑战亟待我们去解决。
(1)建模方法与控制理论。
目前连续型机器人的运动控制主要是基于逆运动学模型的开环控制。
对连续臂操作精度的研究中Rucker[7]等人建立了连续型机械臂的一般动力学模型,但是模型非常复杂,难以求出解析解。
Baek和Rone分别用有限等曲率微元段来描述二维和三维的连续型机械臂形状,通过有限参量表达构型,但仍然需要求解大规模非线性方程组,无法运用于实时控制当中。
连续机器人高精度建模和有效的实时控制方法依然缺乏,新的控制方法有待进一步的研究。
(2)自主化运动。
连续机器人实际的工作环境往往比较复杂,在执行期望任务的同时还需要满足回避环境障碍物的要求,因此,连续机器人在自主运动过程中受时变环境影响更为显著,对自主决策与控制方式要求更加严格。
现有的算法与控制方式实时性、自适应性、鲁棒性还不够好,智能优化算法在实际应用中存在局限性,导致连续体机器人的大多数高级动作(包括运动控制与规划)需要依靠人类操作(例如通过操纵杆、遥感、或设定预期固定程序等方式实现),尚不能独立的实现在非特定环境下的自主控制。
研究适用于连续体机器人的高效的自主运动决策算法,将极大推进连续体机器人的智能化发展。
(3)信息融合技术。
通过高效实时的多个传感器同时采集和处理信息,通过合理支配并充分利用多传感器采集信息,犹如人的眼、耳、鼻、口等多种感觉器官协同工作。
连续体机器人具有无限多个自由度,而传感器的数量是有限的,因此许多自由度是无法直接测量和控制的,这对连续体机器人基于传感器的运动规划算法与多传感器信息融合提出了挑战。
参考文献
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作者简介:李凤刚(1993—),男,汉族,山东省日照市莒县,硕士研究生,北方工业大学,研究方向:机器人技术。