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工业机器人论文正文

第绪论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。
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。
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的过程中,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开发出了第一台全电动的工业机器人,而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。
与采用液压驱动的机器人相比,采用伺服电动机驱动的机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大提高,因此,也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、R V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各个关节的驱动电动机的运动而实现楼渊:四自由度圆柱坐标机器人设计的。
为了使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关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,C P U的计算能力有了很大提高,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。
机器人控制器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。
机器人概论论文(共5篇)

机器人概论论文(共5篇)第一篇:机器人概论论文论机器人摘要:简要回顾了机器人技术的发展历程,介绍了当今世界机器人技术。
并预测了今后机器人技术的发展趋势及发展策略。
关键词:机器人,机器人技术,发展机器人的诞生与发展1920年克作家卡雷尔.卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。
剧情是这样的:罗萨姆公司把机器人作为人类生产的工业产品推向市场,让它去充当劳动力,以呆板的方式从事繁重的劳动。
后来,罗萨姆公司使机器人具有了感情,在工厂和家务劳动中,机器人成了必不可少的成员。
该剧预告了机器人的发展对人类社会的影响。
在剧本中,卡佩克把捷克语“Robota”(农奴)写成了“Robot”(机器人)。
这也是人类社会首次使用“机器人”这一概念。
自动化技术的发展,特别是计算机的诞生,推动了现代机器人的发展。
50年代是机器人的萌芽期,其概念是“一个空间机构组成的机械臂,一个可重复编程动作的机器”。
1954年美国戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文,首次提出“工业机器人”的概念;1958年美国联合控制公司研制出第一台数控工业机器人原型;1959年美国UNIMATION公司推出第一台工业机器人。
60年代随着传感技术和工业自动化的发展,工业机器人进入成长期,机器人开始向实用化发展,并被用于焊接和喷涂作业中。
70年代随着计算机和人工智能的发展,机器人进入实用化时代。
日本虽起步较晚,但结合国情,面向中小企业,采取了一系列鼓励使用机器人的措施,其机器人拥有量很快超过了美国,一举成为“机器人王国”。
80年代,机器人发展成为具有各种移动机构、通过传感器控制的机器。
工业机器人进入普及时代,开始在汽车、电子等行业得到大量使用,推动了机器人产业的发展。
为满足人们个性化的要求,工业机器人的生产趋于小批量、多品种。
90年代初期,工业机器人的生产与需求进入了高潮期:1990年世界上新装备机器人81000台,1991年新装备76 000台。
智能机器人毕业论文.doc

摘要智能机器人被人们称为第三代机器人,是能利用感觉和识别功能做决策行动的机器人。
本文以慧鱼创意组合模型为平台,设计出一种智能机器人——循迹边界识别小车。
小车利用微动开关检测边界,利用光电管进行循迹。
小车采用慧鱼智能接口板进行控制,用直流电动机驱动。
该智能小车的机械结构可以实现反复拆装,无限组合。
控制软件为ROBO Pro,控制机器人完成一系列复杂动作:如寻找轨迹——沿轨迹行走——遇到边界停止——回避边界——继续寻找轨迹——继续沿轨迹行走等。
本文首先对小车的总体结构进行分析,确定驱动方案和传动方案,然后按照模块化设计方法组装搭建小车结构,最后对智能小车的循迹和边界识别的控制系统进行了研究,完成了智能小车硬件设计及软件设计,成功实现了主动循迹和边界识别功能。
关键词:智能机器人慧鱼循迹边界识别------------word文档可编辑-------------Tracking and boundary identification of the smart carAbstractIntelligent robots are known as the third-generation robot, it is able to utilize to feel and identify decision-making action. In this paper, the creative combination of Fischertechnik model as a platform to design an intelligent robot - car tracking to avoid the cliff. Car use micro-switches test the cliff and use photocell cell for tracking. The cars adopt Fischertechnik Intelligent board with two DC motor drive. The intelligent car's mechanical structure can be repeated disassembly, infinite combinations. Control system can identify ROBO PRO as the core. Such as the searching for the track、walking along the tracks、stopping to face cliff、avoiding the cliff 、continuing to look for the track and continuing to walk along the track. In this paper, the first analysis the overall structure of the car to determine the driver program and drive program, establish the car in accordance with the method of modular design structure and finally research the car control system. In this paper, study the smart car tracking and avoiding the cliff, completed the Smart car hardware production and software design, and successfully implemented the function of tracking and avoiding the cliff.Keywords : Robot; Fischertechnik ; Tour Line; Boundary identification- II -目录摘要 (I)ABSTRACT ..................................................................................................................... I I 第1章绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2国内外机器人的发展现状 (2)1.3慧鱼机器人的前景 (3)第2章智能小车的总体设计 (5)2.1智能小车实现功能 (5)2.1.1边界识别功能 (6)2.1.2循迹功能 (6)2.1.3循迹加边界识别功能 (6)2.2小车驱动方案的对比分析及选择 (6)2.3智能小车传动方案的对比分析及选择 (7)2.4小车控制系统的总体设计 (7)2.5循迹边界识别小车总体设计简图 (8)2.6本章小结 (9)第3章智能循线避障机器人结构设计 (10)3.1硬件设计 (10)3.2硬件的选择 (10)3.3智能车本体结构 (13)3.3.1机器人各部分设计 ............................................................................... - 13 -3.3.2机器人硬件安装 ................................................................................... - 14 - 3.4小结.. (15)第4章智能小车的软件设计 ............................................................................. - 16 - 4.1软件设计实现要求.. (16)4.2控制程序模块化 (16)4.3主程序 (17)4.4边界识别子程序 (17)边界返回方法的最优化 ................................................................................ - 18 - 4.5寻找轨迹子程序 (19)4.6进、后退、停止、左右转子程序 (20)4.7沿轨迹行走子程序 (20)4.8LLW IN3.0控制系统的调试 (21)4.8.1调试前的准备工作 ............................................................................... - 21 -4.8.2程序调试 ............................................................................................... - 22 -III- -4.9小结 (22)结论 ................................................................................................................... - 23 - 致谢 ............................................................................................................... - 24 - 参考文献 ............................................................................................................... - 25 -IV- -第1章绪论1.1选题背景及意义“慧鱼创意组合模型”又称“工程积木”,“智慧魔方”,简称“慧鱼”。
人工智能机器人的发展论文

人工智能机器人的发展论文人工智能机器人的发展是一个跨学科的领域,它结合了计算机科学、工程学、机器人学和认知科学等多个领域的知识。
随着技术的不断进步,人工智能机器人已经从最初的概念发展成为现实世界中不可或缺的一部分。
本文将探讨人工智能机器人的发展历史、现状以及未来的发展趋势。
引言自20世纪50年代以来,人工智能(AI)的概念逐渐形成并发展。
人工智能机器人作为AI技术的一个重要分支,其发展不仅体现了技术的进步,也反映了人类对于智能机器的无限憧憬。
从最初的工业自动化到现代的智能家居、医疗辅助、教育娱乐等多个领域,人工智能机器人的应用范围日益广泛。
人工智能机器人的发展历程早期探索人工智能机器人的发展可以追溯到20世纪50年代,当时计算机科学家开始尝试模拟人类智能。
1950年,艾伦·图灵提出了图灵测试,这是衡量机器智能的一个重要标准。
随后,第一台工业机器人“Unimate”在1961年被发明,标志着机器人技术的商业化应用。
技术进步随着计算机硬件的快速发展,人工智能算法也得到了显著的改进。
20世纪80年代,专家系统开始被广泛应用于各个领域,这些系统能够模拟专家的决策过程。
90年代,随着互联网的普及,人工智能开始与大数据结合,为机器人提供了更丰富的信息来源。
当代发展21世纪初,随着机器学习和深度学习技术的突破,人工智能机器人的发展进入了一个新的阶段。
机器人不仅能够执行简单的任务,还能够进行复杂的决策和学习。
例如,自动驾驶汽车、智能客服机器人等都是这一时期的产物。
人工智能机器人的现状当前,人工智能机器人在多个领域展现出巨大的潜力和应用价值。
工业领域在工业制造领域,机器人被广泛用于自动化生产线,提高了生产效率和产品质量。
机器人能够执行重复性高、危险或对人类不适宜的工作。
服务业在服务业,人工智能机器人被应用于客户服务、餐饮、医疗等多个方面。
例如,服务机器人能够提供导览、咨询等服务,而医疗机器人则能够辅助医生进行手术或康复训练。
机器人控制技术毕业论文.doc

为了使机器人完成各种调控手段执行不同的任务和行动。
作为一个计算机系统,领先的技术,计算机控制技术,其中包括非常广泛,从智能机器人,任务的描述来控制伺服运动控制技术。
以实现各种硬件系统的控制都需要的,并且包括各种软件系统。
第一机械手控制方法使用顺序的,与计算机,机器人使用的计算机系统的整合的机械和电气设备的功能,以及使用的教学和重放控制的。
随着信息技术和控制技术的发展,以及扩大机器人的范围内,智能控制技术,机器人正朝着的方向发展,它已经离线编程,高级语言任务,多传感器信息融合,智能控制行为等新技术。
技术将促进各种智能机器人的发展。
当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。
反馈理论的要素包括三个部分:测量、比较和执行。
测量关心的变量,与期望值相比较,用这个误差纠正调节控制系统的响应。
这个理论和应用自动控制的关键是,做出正确的测量和比较后,如何才能更好地纠正系统。
PID(比例-积分-微分)控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史,现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID控制器简单易懂,使用中不需精确的系统模型等先决条件,因而成为应用最为广泛的控制器。
它由于用途广泛、使用灵活,已有系列化产品,使用中只需设定三个参数(Kp,Ti 和Td)即可。
在很多情况下,并不一定需要全部三个单元,可以取其中的一到两个单元,但比例控制单元是必不可少的。
关键词:机器人,机器人控制,PID,自动控制To enable the robot to complete a variety of control means various tasks and actions performed. As a computer system, the key technology, computer control technology, including a very wide range, from the robot intelligent, task description to the motion control and servo control technology. Both needed to achieve control of various hardware systems, and includes a variety of software systems. The first robot uses sequential control mode, with the development of the computer, the robot uses a computer system to integrate the functions of mechanical and electrical equipment, and the use of teaching and playback control. With the development of information technology and control technology, and expanding the scope of application of the robot, intelligent robot control technology is moving in the direction of development, there has been off-line programming, task-level language, multi-sensor information fusion, intelligent behavior control and other new technologies. Technology will facilitate the development of a variety of intelligent robots.Today's automatic control techniques are based on the concept of feedback. Elements feedback theory consists of three parts: the measuring, comparing and implementation. V ariable measurements concern, compared with expectations, with the error correction control system response regulator. The key to the theory and application of automatic control is made after the correct measure and compare, how best to correct the system.PID (proportional - integral - derivative) controller as the first practical controller has 50 years of history, and still is the most widely used industrial controller. PID controller is easy to understand, without the use of an accurate system model prerequisites, and thus become the most widely used controller.It is due to the widespread use, flexible, has a series of products, the use of simply setting three parameters (Kp, Ti and Td) can be. In many cases, it does not necessarily require all three units, which may take one to two units, but the ratio is essential to the control unit.Keywords: robots, robot control, PID, automatic control引言信息技术是当前高技术发展中的主流技术,它的发展对其它技术会产生极大的影响。
人工智能机器人论文

人工智能机器人论文人工智能机器人是当今科技领域的一项重要研究领域,它结合了人工智能技术与机器人技术,以实现人工智能在实体机器人中的应用。
本论文将从人工智能机器人的定义与分类开始,探讨人工智能机器人的应用领域、技术挑战以及未来发展方向。
一、定义与分类1. 定义:人工智能机器人是指集成了人工智能技术的智能机器人,具备感知、思考、决策和执行等能力,能够与人类进行交互和合作。
2. 分类:人工智能机器人可分为以下几类:a) 服务型机器人:主要应用于餐饮、医疗、教育等服务领域,能够为人类提供各种支持和辅助服务。
b) 工业型机器人:主要应用于生产制造、物流配送等领域,能够自动执行重复性、高风险或高精度的工业任务。
c) 社交型机器人:主要应用于人际交往与互动,能够与人类进行对话、情感表达等交流活动。
d) 军事型机器人:主要应用于军事领域,能够执行侦察、搜救、作战等任务,减少对士兵的风险。
二、应用领域1. 医疗保健:人工智能机器人在医疗保健领域具有广阔的应用前景,能够协助医生进行疾病诊断、康复护理、药物管理等工作,提高医疗效率与质量。
2. 智能交通:人工智能机器人在交通领域可以用于交通监管、智能驾驶、智能交通信号控制等方面,提升交通安全和效率。
3. 工业制造:人工智能机器人在工业制造领域能够自动执行装配、焊接、搬运等工作,提高生产效率和质量。
4. 教育培训:人工智能机器人在教育培训领域可以作为教育助手,辅助教师进行课堂教学、个性化辅导等工作,促进学生的学习效果。
5. 家庭生活:人工智能机器人可以为家庭成员提供家务支持、老人护理、儿童教育等服务,提高家庭生活的便利性与舒适度。
三、技术挑战1. 感知与定位:人工智能机器人需要准确感知环境并定位自身位置,以便进行后续的决策与执行,这需要在不同环境中提高机器人的感知与定位能力。
2. 语言与交互:人工智能机器人需要具备自然语言处理与理解能力,能够准确理解人类的指令并进行合理的回应和交互。
毕业论文 机器人

毕业论文机器人机器人,是指能根据预定程序或经过学习能力,自动地执行人类指令的智能化机械设备。
自20世纪40年代初期随着电子技术和计算机技术的发展而诞生以来,机器人在工业、医疗、农业、教育等领域扮演着越来越重要的角色。
本篇毕业论文将就机器人的发展现状、应用场景和未来发展趋势进行深入探讨。
一、机器人发展现状1.机器人工业机器人工业是机器人应用最为广泛的领域。
在工厂的装配、生产线、质量检验等领域,机器人已经成为必不可少的一部分。
据统计,全球每年生产出至少260万台机器人,处于世界先进水平的日本机器人已达到了140万台。
在我国智能制造的实践中,机器人也是关键技术之一。
2.机器人医疗机器人在医疗领域的应用可以分为两类,一类是手术机器人。
手术机器人的发展已经相当成熟,现在已经可以进行心脏手术、肝移植等复杂手术。
另一类是照护型机器人,通过计算机视觉和机器人技术,实现自动化护理。
3.机器人农业机器人在农业领域的应用也越来越广泛。
机器人可以实现苗种培育、自动种植、农作物检测、果实采摘等工作。
二、机器人的应用场景1.生产制造机器人在生产制造领域是广泛应用的。
它可以对特定的产品进行加工和组装,有力地提高了生产的效率和质量。
应用于汽车制造、电子制造等领域。
2.医学护理机器人在医学护理方面同样发挥着重要的作用,它们可以协助医生完成手术、进行诊断,还可以提供长期的照顾服务。
3.军事作战机器人可以在战争领域中发挥作用,可以在地面、海洋或者空中协助作战,减少了士兵的风险,同时也提高了作战效率。
三、机器人未来发展趋势1.人工智能近年来,人工智能技术的飞速发展也为机器人行业注入了新的活力。
人工智能可以帮助机器人更好地处理和分析数据,进一步改进机器人的性能和功能。
2.多功能机器人未来的机器人不仅仅只为一件事情而存在,更多的是具备多个功能的机器人,极大地提高了机器人的运用价值和使用范围。
3.生物医学生物医学领域也是未来机器人发展的重要方向,例如通过机器人帮助人类进行远程手术等,有极高的应用价值。
关于机器人的论文6篇

关于机器人的论文三:我发明的机器人
我的发明
我发明的机器人
我想发明一个机器人,一个老师机器人。因为我们的老师实在是太辛苦了,所以我想发明一个机器人帮助老师工作。老师把讲课的内容输入到机器人的电脑里,机器人就可以帮老师讲课了。机器人可以发出各种各样的声调,它朗读课文的声音可好听了。
关于机器人的论文6篇
关于机器人的论文一:关于机器人的作文 机器人艾莉娜
关于机器人的作文 机器人艾莉娜
我要发明的机器人名字叫艾莉娜,她跟我一样高,身体白白的,胖胖的,摸起来像一个圆鼓鼓的气球。艾莉娜的头圆圆的,眼睛大大的,还有一张小小的嘴,最重要的是艾莉娜的声音不像其它机器人那样生硬,而是非常柔和,这样她就能和我们更加亲近了!
每天早上艾莉娜叫我起床,然后就会去做特制的营养早餐,她会做丰富多样的早餐。“啊,好香呀!”“谢谢主人夸奖,您快一点用餐吧,不然凉了吃进去对身体不好的。”吃完了早餐,艾莉娜就送我去学校。下午,艾莉娜跟平常一样接我回家。她就像保镖一样保护着我,这样我的爸爸妈妈就不用担心我的安全了。回到家之后,
她会做一个奶油小布丁,这是我最喜欢的食物,吃完布丁后,她就会督促我去写作业。“这题怎么写啊”“主人应该先算这......”看!艾莉娜正在耐心地教我呢!是等我的作业写完了,艾莉娜就会出几道刚才我不会的类似的题目考考我。晚上我睡觉时它还会讲好听的故事给我听呢!她就像我的好朋友一样陪伴着我成长。
我吃着机器人做的饭菜,感觉特别开心。没想到这些曾经只能在科幻电影里看到的场景,今天就发生在我的身边。我真是太喜爱这家机器人餐厅了!
评语:通过对机器人餐厅细致的描写,表达了作者对机器人餐厅的喜爱。结构清晰,文笔简洁流畅,引人入胜。心理描写真实,从好奇到失望,从激动到喜爱,通过作者一系列的心理变化,描绘出了机器人餐厅的特色。
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双足步行机器人运动学模型分析班级学号:***************成绩:摘要随着社会进步,出现了各种新的问题,如人口老龄化、各种环境污染的增多及残疾人数量的增大,人们急需一种机器人来解决这些问题。
而双足机器人与人类的形状接近,能够很容易适应人类的生活环境;比轮式机器人容易在崎岖的路面上行走;同时,它又是一个多变量、强耦合、非线性、自然不稳定、动力学模型突变和脚与地有限接触的复杂控制系统,对控制科学提出了强烈的挑战,从开始就受到各国学者的重视。
由于双足机器人的变量比较多,所以其运动学和动力学模型比较复杂。
本论文首先建立了七连杆机构双足步行机器人的简化模型,随后基于齐次坐标变换理论对双足步行机器人进行了正逆运动学建模,目的是确定机器人各个关节与组成机器人各个刚体之间的运动学关系,是进行步态规划的基础;本文采用的是基于广义坐标的建模方法,不但能方便地求解运动轨迹,而且可以直接转化为驱动电机的转角,使控制参数的计算更方便。
在已知各连杆的运动学方程后可以简便地求出两足步行机器人各个关节所需要的驱动力矩,作为机器人动力学分析和电机选型的依据。
关键词:双足步行机器人、运动学模型、齐次坐标变化、广义坐标目录第一章绪论 (1)1.1研究双足步行机器人的意义 (1)1.2国内外双足机器人研究概况及趋势 (2)1.3双足步行机器人理论研究状况 (4)1.4课题研究意义及内容安排 (5)第二章双足步行机器人的本体结构设计 (6)2.1引言 (6)2.2双足步行机器人的结构介绍 (6)2.3 FM-1机器人的本体结构设计 (8)第三章双足机器人的运动学建模 (9)3.1引言 (9)3.2双足机器人的运动学建模 (9)第四章心得体会 (14)参考文献 (15)第一章绪论机器人是作为现代高新技术的重要象征和发展结果,已经广泛应用于国民生产的各个领域,并正在给人类传统的生产模式带来革命性的变化,影响着人们生活的方方面面。
虽然机器人的技术现在已日趋成熟,但是有关机器人的定义却众说纷纭,美国机器人工业协会给出的定义是:“机器人是一种可再编程的多功能操作机,通过可变的程序流程,以完成多样化的任务”。
我国著名的机器人专家蒋新松给出的定义则相对简洁:“机器人是一种具有拟人功能的机械电子装置”。
不管这些定义如何,但他们都包含了机器人的共性:(1)能模仿人的一些动作;(2)具有一定的智力、感觉和识别能力;(3)是人造的机器或机械电子装置。
正常人所能完成的基本动作一步行,其实是一种非常复杂的运动,它需要的人全身的骨骼和肌肉进行复杂而巧妙的协调,而人的骨骼系统由206块骨头组成,肌肉系统包括327对肌肉,这是一个很复杂的系统,但是在大脑的指挥下,人不但完成步行,而且还能轻而易举完成其他高难度的动作。
对于步行机器人来说,它只需要模仿人在特殊情况下(平地或己知障碍物)完成步行动作,这个条件虽然可以使机器人的骨骼机构大大降低和简化,但也不是说这个系统就不复杂了,其步行动作一样是高度自动化的运动,需要控制机构进行复杂而巧妙地协调各个关节上的动作。
本章简要阐明了机器人的发展历史,双足步行机器人的研究背景和研究进展,最后简要说明了本文所做的工作。
1.1研究双足步行机器人的意义世界著名机器人学专家、日本早稻田大学的加藤一教授说过:“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能。
这是因为,步行有其它移动方式所无法比拟的优越性。
1.1.1双足步行机器人的意义(一)运动方式的优越性移动机器人是机器人学中非常活跃的领域,移动方式有轮式、履带式、步行等方式。
轮式、履带式车辆虽好,但当在不平地面上行驶时,它们的能耗大大增加,而在松软地面或严重崎岖不平的地形上,车轮的作用将严重丧失。
足式运动系统却可以通过松软地面(如沼泽、沙漠等)以及跨越较大的障碍(如沟、坎等)。
地球上近一半的地面不能为传统的轮式或履带式车辆到达,而很多足式动物却可以在这些地面上行走自如。
这就给人们一种启示,即足式运动方式具有其它地面推进方式所不具备的独特优越性能。
足式运动系统在不平地面和松散地面上的运动速度较高,而能耗较少。
实验和观察研究表明,在崎岖不平的坚硬地面上行驶(行走)的平均速度,履带车辆为8~16公里/小时;轮式车辆为5~8公里/小时;而足式运动的奔跑速度最高可达56公里/小时。
在有25.4厘米深的软土地上,履带车辆所需的推进功率为10马力/吨;轮式车辆为15马力/吨,而足式行走机只需7马力/吨。
由此可以看出步行是大多数高等动物共同采用的移动方式,对环境具有很强的适应性,既可以进入相对狭窄的空间,也可以跨越障碍、上下台阶、上下斜坡、甚至在不平整地面上运动,与其它各种移动方式相比,具有更广阔的应用前景。
(二)双足机器人的优越性步行机器人包括双足、四足、六足和八足机器人等。
与其它足式机器人相比,双足机器人具有更高的灵活性和独特的优势,主要特点如下:1.双足机器人对步行环境要求很低,能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力,不仅能够在平面行走,而且能够方便的上下台阶及通过不平整、不规则或较窄的路面,它的移动“盲区”很小。
2.双足机器人具有广阔的工作空间,由于行走系统占地面积小,活动范围很大,其上配置的机械手具有更大的活动空间,也可使机械手臂设计得较为短小紧凑。
3.双足行走是生物界难度最高的步行动作,但其步行性能却是其它步行结构所无法比拟的。
因此,开展双足机器人研究工作可以有力推进机器人学及其它相关学科的发展。
双足机器人能在人类的生活和工作环境中与人类协同工作,而不需要专门为其对环境进行大规模改造。
目前,双足步行机器人的应用领域主要是康复医学。
从长远来看,双足机器人在无人工厂、核电站、海底开发、宇宙探索、康复医学以及教育、艺术和大众服务行业等领域都有着潜在而广阔的应用前景。
(三)双足步行机器人的优越性双足步行机器人不但具有双足移动的特点,还具有其它类人的智能特点,如手臂运动功能、手抓取物体功能、视觉功能、语音功能、自主决策功能等等。
因此,是集机构学、机械设计、传感技术、控制理论与技术、计算机技术等多学科技术为一体的综合性技术。
双足机器人对机器人的机械结构及驱动装置提出了特殊要求,这将导致传统机械的重大变革,双足机器人是工程上少有的高阶、非线性、非完整约束的多自由度系统,这对机器人的运动学、动力学及控制理论的研究提供了一个非常理想的试验平台,在对其研究的过程中,很可能导致力学及控制领域的新理论、新方法产生。
它是智能机器人理论和技术的集中体现,能够带动许多相关学科和技术的交叉发展和进步。
因此,双足步行机器人的研制具有十分重大的价值和意义。
1.1.2生物科学、仿生工程学的研究需要研究开发双足步行机器人的另一重要意义是为了更好的了解人类和其他动物的行走机理,并为下肢瘫痪者提供较理想的假肢。
尽管人类对腿和身体运用自如,但对行走和奔跑的控制机制的理解仍处于初始阶段。
探讨动物运动控制机理的一种方法是研究步行机器人。
由于动物和机器需要完成相同的任务,它们的控制系统和机械结构必须解决类似的问题。
通过研究步行机器人,我们能够更好地分析这些问题,得到真正的答案。
再者,动物行走机理的研究和步行机的开发是双向互惠的。
一旦对动物行走机理有了正确的理解,可以反过来更有效地指导步行机器人的研究和开发。
其典型实例是为残疾人研制假肢或轮椅等步行载体。
1.1.3双足机器人的应用场所双足步行机器人能在与人类的生活和工作环境中与人类协同工作,而不需要专门为其对环境进行大规模改造。
目前,双足步行机器人的应用领域主要有:1.为残疾人(下肢瘫痪者或截肢者)提供室内和户外行走工具。
利用人工假腿、腿椅或步行座椅尽可能使残疾人恢复正常行走功能(平地行走、坡地行走、跨越沟坎、爬越阶梯),减少对他人的依赖。
2.极限环境下代替人工作业,如太空星球表面考察、海底勘探、水下资源的开发和设备维修、沉船的寻找和协助打捞(代替浮游式机器人作为运载工具,以减少推选器对水底的扰动,提高能见度);核电站内的监视和维护作业(如吸附式步行机对金属壁容器的检修);高层建筑玻璃的擦洗;管道的探伤和维修(管内爬行式机器人);遥控救灾、灭火;爆炸物的处置(如探雷、排雷等);战地侦察、警戒等。
3.在教育、艺术和大众服务行业等领域都有着潜在而广阔的应用前景。
娱乐机器人、可作为人类同伴的机器人是发展的新方向,这将使双足机器人逐渐走向普通居民中。
1.2国内外双足机器人研究概况及趋势双足机器人的研究工作开始于上世纪60年代末,只有三十多年的历史,然而成绩斐然。
如今已成为机器人领域主要研究方向之一。
1.2.1国外机器人研究状况最早在1968年,英国的Mosher.R试制了一台名为“Rig”的操纵型双足步行机器人,揭开了双足机器人研究的序幕。
该机器人只有踝和髋两个关节,操纵者靠力反馈感觉来保持机器人平衡。
1968~1969年间,南斯拉夫的M.,Vukobratovic提出了一种重要的研究双足机器人的理论方法,并研制出全世界第一台真正的双足机器人。
双足机器人的研制成功,促进了康复机器人的研制。
随后,牛津大学的Witt等人也制造了一个双足步行机器人,当时他们的主要目的是为瘫痪者和下肢残疾者设计使用的辅助行走装置。
这款机器人在平地上走得很好,步速达0.23米/秒。
日本加藤一郎教授于1986年研制出wL一12型双足机器人。
该机器人通过躯体运动来补偿下肢的任意运动,在躯体的平衡作用下,实现了步行周期1.3秒,步幅30厘米的平地动态步行。
日本本田公司从1986年至今已经推出了P系列1,2,3型机器人。
本田公司的计划着重设计一般家用的机器人,而非针对特殊任务。
这种设计的最大挑战是要让机器人在布满家具的房间中来去自如,而且还要能上下楼梯。
本田的研究工作,尤其是“P3”和“ASIMO”的推出,将拟人机器人的研制工作推上了一个新的台阶,使拟人机器人的研制和生产正式走向实用化、工程化和市场化。
ASIMO高120厘米,体重43千克,使用个人电脑或便携式控制器操作步行方向和关节及手的动作。
双脚步行方面,采用了新开发的技术I-WALK(Intelligent Real-time Flexible walking)智能实时柔性行走技术,其预测移动控制功能使机器人能够实时预测下一步运动,并按照预测来移动重心。
应用该技术,ASIMO能够改变它的行走坡度,并通过平滑地改变调节步幅来改变行走的快慢。
Hirose介绍说,只有ASIMO拥有这种动态行走能力。
通过改善数据处理速度和软件,早期的ASIMO已经做到无需预编程就能够上下楼梯。
2003年1月本田又推出了新款的ASIMO,它增加了两个功能:一是识别人的状况动作、姿势、面容、声音;另一种是网络接入功能。
这使ASIMO的功能更加完善。