移动机器人的发展及趋势(2)

活火山探测机器人、美国环保局主持开发的核废料处理机器人HA7BOT中,移动技术都被列为关键技术。移动机构与面向作业任务的执行机构综合开发是最近出现的新的倾向。因为无论何种机器人都需要通过搭载的机械手或传感器来完成特定的作业功能。另一个倾向是移动的运动控制与视觉的结合日益密切。这种倾向在美国ALV项目中已初见端倪,最近则越过了静态图像识别的框框,进入主动视觉和主动传感的阶段。显然,智能机器人在非结构环境中自主移动,或在遥控条件下移动,视觉-传感器-驱动器的协调控制不可缺少[9]。

最近几年,在步行机构,双足步行机,轮式移动机构的开发和实用化等方面都取得了一些进展。据日本工业机器人协会预测:管内移动机器人将在2007年可达到实用化;与人具有同样步行速度的多足步行机和双足步行机以及不平整地面行走和爬楼梯与人具有相同速度的移动机器人将在2010年可达到实用化。 5.4动力源和驱动器

智能机器人的机动性要求动力源轻、小、出力大。而现有的移动机器人无一例外地拖着“辫子”。以动力源的重量/功率之比为例,目前电池约达到60g/W(连续使用小时),汽油机约为1.3g/W,都不理想,而且使用有局限性。到目前为止,尚未见到改善动力源的有效办法。电机仍然是智能机器人的主要驱动器。要使智能机器人的作业能力与人相当,它的指、肘、肩、腕各关节大致需要3-300Nm的输出力矩和30-60r/min的输出转速。传统伺服电机的重量/功率之比约为30g/W,而人在百米跑和投掷垒球时腿、肩、臂的出力大约为1g/W,相差甚大。日本在改进电机的性能方面取得了长足的进步。例如:核工业机器人臂和腿的驱动电机的重量已减轻到原来的1/10,使机器人整体自重降低到700kg,但与它只能处理20kg重的工作相比,远非令人满意。人们寄希望于新驱动器。虽然各有诱人的优点,但在实用性方面还达不到伺服电机的水平。日本极限作业机器人计划中,水下机器人机械手的手腕和手爪驱动采用了人工肌肉,肌肉本身的重量才5-8g,以20kg/cm2压力的高压水为工作介质,收缩力高达50kg(管径3mm)。这是新型驱动器一个成功的例子。总之,智能机器人性能指标的改进是无止境的,对驱动器的要求也越来越高。什么是客观的衡量标准呢?一个容易接受的办法就是把它与人的体能加以比较。从这个角度来看,智能机器人驱动技术目前差距还相当大。 5.5仿生机构

智能机器人的生命在创新,开展仿生机构的研究,可以从生体机构、移动模式、运动机理、能量分配、信息处理与综合,以及感知和认知等方面多层次得到启发。目前,以驱体为构件的蛇形移动机构、人工肌肉、仿象鼻柔性臂、人造关节、假肢、多肢体动物的运动协调等等受到人们的关注。仿生机构的自由度往往比较多,建立数学模型以及基于数学模型的控制比较复杂,借助传感器获取信息加以简化可能是一条出路[10]。

近年来,机器人出现了一个倾向是面向特定功能和作业开发专用机器人,以追求高速、高效、单一化和低成本的目的。例如美国IBM公司设计的超高速小型机器人,以50次/s的速度频繁往复于相距数毫米的两点间,实现高密度微型电子器件装配,定位精度高达一微米。这种高速运动机构的动态平衡十分重要,虽然其工作区域只有13mm×13mm×1mm,但其加速度却高达50g。IBM公司的技术人员对机器人学提出了新的问题:如何进行机构-控制-传感-驱动的一体化设计,满足机械手高速高精度定位的要求。众所周知,机器人系统的设计程序是先设计臂结构和驱动装置,然后设计控制器。实践证明,这种设计即使能达到最佳的静力学性能,也往往不能满足动力学性能。到目前为止,改进动力学性能的方法并不多见,一般是按常识、减轻构件的重量,匹配减速器的速比等等。

大批研发机器人和普遍运用人工智能机器人, 聊天机器人，做菜机器人。迎宾机器人，服务机器人，娱乐机器人， 拉车机器人等等都已经出现并应用在不同的领域，机器人智能化成为一种发展趋势。

六 、结论

机器人是多学科交叉的产物，集成了运动学与动力学、机械设计与制造、计算机硬件与软件、控制与传感器、模式识别与人工智能等学科领域的先进理论与技术。同时，它又是一类典型的自动化机器，是专用自动机器、数控机器的延伸与发展。当前，社会需求和技术进步都对机器人向智能化发展提出了新的要求。（1）自动化应用领域的扩展对智能机器人及系统提出了新的需求。 （2）信息技术与机器人的互动发展提升了机器人的高技术含量。 （3）围绕机器人的概念创新、技术创新是国际科技竞争的重要方面 （4）机器人是自动化领域中富有代表性和生命力的亮点

七、致谢

感谢唐老师对论文的选题，构思、撰写给与指导。感谢帮我对本论文收集资料信息的同学们。感谢对本文的完成提供了重要信息的同学。另外还有对移动研究项目的专业人才。一些文章帮助我找到了一些新的思路。

参考文献

[1] 国家863计划智能机器人专家组[M]．北京：中国科学技术出版社，2001． [2] 苏天云．俄罗斯机器人技术发展趋势[J] ．全球科技经济瞭望，1999，（2）：

10-11．

[3] 赵蕊，贺建军．多传感器信息融合技术[J]． 计算机测量与控制，2007，

15(9)：1124-112．

[4] 张毅，罗元，郑太雄等．移动机器人技术及其应用[M]．北京：电子工业出

版社，2007．

[5] 王灏，毛宗源．机器人的智能控制方法[M]．北京：国防工业出版社，2002． [6] 孟庆春，齐勇，张淑军等．智能机器人及其发展[J]．中国海洋大学学报，

2004，34（5）：831-838．

[7] 庄晓东，孟庆春，高云等．复杂环境中基于人工势场优化算法的最优路径

规划[J]．机器人，2003，25（6）： 531-532．

[8] 高国富，谢少荣，罗军等．机器人传感器及其应用[M]．北京：化学工业出

版社，2005．

[9]. 董砚秋.移动机器人概述[J].网络与信息.2007.07.68-69 [10]. 机器人发展简史[J].世界科学.2007.03.10

[11]. 张钹.移动机器人的现状及发展[J].科学导报.1992.06.42-46

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