机器人应用.ppt

第九章 机器人的应用,机器人的发展 根据机器人的发展进程，通常把它分为三代： 第一代的机器人是一种“遥控操作器”。 第二代的机器人是一种按人事先编好的程序对机器人进行控制，使其自动重复完成某种操作的方式。 第三代机器人是智能机器人，它是利用通过各种传感器、测量器等来获取环境的信息，然后利用智能技术进行识别、理解、推理并最后作出规划决策，能自主行动实现预定目标的高级机器人。,到了近代 ，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到 农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。从机器人的用途来分，可以分为两大类：工业机器人和非制造环境下的机器人 。,1）工业机器人的定义和特点 定义：工业机器人是一种在自动控制下，能够重复编程完成某些操作或移动作业的多功能、多自由度的机械装置，可以在无人参与下自动的执行搬运 、装配、焊接和喷涂等多种操作和移动功能的自动化装置 。,1 概念,工业机器人,焊接工业机器人,铆接工业机器人,ABB公司的机器人正在焊接,CLOOS公司的机器人正在焊接工件,操作机器人-点焊机器人,焊接和喷涂工业机器人,焊接中的大阪变压器公司的机器人,搬运和装配工业机器人,KUKA机器人在搬运玻璃板,KUKA公司的机器人正在涂漆,在生产线上工作的喷漆工业机器人,机器人化装配生产线,KUKA公司的机器人在给铸件打毛刺,钻孔机器人,多足移动机器人,操作机器人-点焊机器人,特点：工业机器人是机电一体化的工业生产用自动化装置。工业机器人是为工业大生产而设计的,为了适应各种不同的生产应用,其形状多种多样,但根本没有一点人模样,它具有如下特点： (1)能高强度地、持久地在各种生产和工作环境中从事单调重复的劳动，使人类从繁重体力劳动中解放出来。 (2)对工作环境有很强适应能力，能代替人在有害场所从事危险工作。 (3)具有很广泛的通用性，比一般自动化设备有更广的使用，既能满足大批量生产的需要，又能满足产品灵活多变的中、小批量的生产作业。 (4)具有独特的柔性，它可以通过软件调整等手段加工多种零件，可以灵活 、迅速实现多品种、小批量的生产。 (5)动作准确性高，可保证产品质量的稳定性。 (6)能显著地提高生产率和大幅度降低产品成本,2）工业机器人的分类 工业机器人的分类方法很多，还没有一种分类可以满意地将各类机器人均包括在内，目前多数的分类只能按各种特征、性能来考虑。,2 工业机器人的近代发展和应用,1）工业机器人的发展历史（见下表）,1998年国际机器人联合会的调研报告： （1）截止到1997年底,历年来世界上共销售工业机器人95万台,现役工业机器人总数为71.1万台。1997年世界上共装备各种工业机器人85000台,比1996年增长6.5%,销售额为48亿美元。 （2）预计19972002年世界机器人年平均增长9%,2001年销售量比1997年增长41%。在机械行业不景气的情况下,机器人能连续增长,也显示了机器人在工业生产中的重要性。 （3）工业机器人是一种对生产条件和生产环境的适应性和灵活性很强的柔性自动化设备。在技术发达国家中,工业机器人已在生产中得到了广泛的应用。工业机器人的应用使产品质量及生产率都得到了很大提高,并且由于机器人是一种能适应产品迅速更新换代的柔性自动化设备,所以,它的应用大大缩短了新产品的换产周期,从而提高了产品在市场上的竞争力。在当代工业技术革命中,工业生产日趋向柔性自动化方向发展,工业机器人技术已成为现代工业技术革命中的一个组成部分。,2）工业机器人应用现状,非制造环境下的机器人,1 概念,1）定义和特点 定义：非制造环境下的机器人涵盖了除工业机器人外的所有其它类型的机器人 。 特点：非制造环境下的机器人除具有工业机器人的基本属性和使用特点外，具有比工业机器人适应面更广、自动化和智能化更高、对工作环境的适应能力更强、操作功能更复杂、以及能满足特殊要求等特性。,各种非制造环境下的机器人,非制造环境下的机器人-步行拟人机器人,非制造环境下的各种机器人,非制造环境下的机器人-康复机器人,2）分类 非制造环境下的机器人按应用领域可分为:,按重要特征又可分为,服务机器人,（1）目前在非制造领域中已开发出多种实用化的服务机器人,如在农业中的收获机器人、嫁接机器人、除草 机器人,在建筑业中的钢构架焊接、涂覆、检查、测量机器人,在电力工业中的检查、清扫、除污、高空高压作业机器人,在石油、煤气行业中的管道和贮罐的检查、修补机器人,等等。 （2）服务机器人与人们生活密切相关,服务机器人的应用将不断改善人们的生活质量,这也正是人们所追求的目标。一旦服务机器人和其它机电产品一样被人们接受,走进千家万户,其市场将不可限量。 （3）由机器人主刀的外科手术也已成为现实。现在世界各国都在积极研制各种用途的服务机器人:智能轮椅、机器人病房、移动病人等助老助残机器人,火灾侦察、人员营救、灭火等消防机器人,高楼清洗、飞机清洗等保洁机器人,等等。,服务机器人-外墙清洗移动机器人,服务机器人-玻璃清洗机器人,世界上最大的机器人是普茨麦斯特公司、道尼尔公司、AEG公司的经过近5年的开发，研制成功了“清洗巨人”。目前已在德国法兰克福机场上岗工作。,服务机器人-导盲犬,服务机器人-加油机器人,法国的公共汽车加油机器人,德国的汽车加油机器人,“护士助手”机器人,家庭服务机器人,医疗康复机器人独当一面 服务比医生护士更优秀 如今，机器人在日常生活中越来越有用武之地了：他们能做技术活儿，胜任高级仆人，甚至当上了寂寞男人的女朋友。但有一个特殊的领域，可以将机器人的专业技术、机械力量和情感智能综合起来，让它独当一面。新一期大众科技介绍了多款最新医疗康复用机器人，他们分工细致，可为不同需要的病人提供贴身服务，比医生和护理工人更加优胜。,大力搬运员 丽芭 服务对象：行动不便者 丽芭敦厚结实，能举起和移动重达135磅的人。躺在他宽大稳健的臂膀里，是百分百的安全舒适。丽芭还能识别特定语句执行任务，例如“丽芭，请把我从躺椅上抬起来”。,情绪抚慰者泰莫 服务对象：患有焦虑症的少年儿童 数据表明，9至17岁的少年儿童中，有13%受到焦虑症和情绪紊乱困扰。而这些孩子还不懂得表达自己的不适，也难以像大人一样想办法调节情绪。 通过测量心跳速度和出汗情况，泰莫的传感器能了解到孩子所受的压力和焦虑。它还能感知孩子的情绪变化：如果孩子变得暴躁，用手指戳它，泰莫的耳朵会立即变硬；而当孩子平静下来，友好地抚摸它，泰莫就会马上软化来回应。,超级轮椅佩尔玛 服务对象：无法行动的脊椎受损病人 据统计，美国有430万人依赖轮椅行动，但在代步以外，大部分轮椅都不具有其他功能。对于脊椎受损患者，他们除了不能行走，双臂也陷于瘫痪。佩尔玛就并非轮椅这么简单，她的机械臂能辅助病人完成喝水、服药、吃饭等动作。,贴心提示员康帕 服务对象：爱忘事的老人和病人 “现在该吃药啦”“半小时后该出去散散步啦”康帕就像最细致的护士姑娘，按照备忘录及时提醒她的病人。通过康帕的接触屏，就能与医生进行视频通话。当病人感觉不适时，康帕会第一时间拨通急救电话。,全能男管家赫伯 服务对象：日常生活需要打理的人 谁不想要一个可靠、周到的全能管家呢？尤其是生活无法自理的老人和病人。在机器仆人已经相当发达的今天，“男管家赫伯”也堪称当中的佼佼者。 赫伯可谓“入得厨房、出得厅堂”：它既能有条不紊地在设备齐全的厨房里忙碌，决不会泼洒一滴热汤或酒水；又能识别各种物品，准确地为主人送来所需。,平衡恢复师莱塞 服务对象：平衡障碍患者 莱塞帮助患者恢复平衡力的方式，是模拟各种容易失衡的状态。当患者站在训练板上，就像来到一个类似wii的虚拟环境，莱塞设定了各种失衡环境，例如上自动扶梯、玩帆板运动。预计2015年莱塞能正式投入应用。,康复指导师泰佐 服务对象：接受行动康复治疗的病人 它看起来更像一个笨拙可爱的雪人，但内部的26个关节足以让它成为瑜伽师傅。泰佐懂得30个训练动作，能带领病人伸展手臂、弯腰碰触脚趾。泰佐将在明年推出市场，售价为10000美元。,医疗机器人-外科手术机器人,临场感远距离外科手术系统是由斯坦福研究所的菲利普格林先生发明的，所以又称格林系统。格林系统是让外科医生坐在一个大操纵台前，带上三维眼镜，盯着一个透明的工作间，观看手术室内立体摄像机摄录并传送过来的手术室和病人的三维立体,图像。与此同时，外科医生的两手手指分别钩住操纵台下两台仪器上的控制环。仪器中的传感器可测量出外科医生手指的细微动作并把测量结果数字化，随后传送到两只机械手上，机械手随外科医生动作，为病人作手术，外科医生是在病人图像上作手术，但感觉却与现场手术无异。机械手还会通过传感器把手术时的所有感觉反馈给外科医生。目前，专家们已利用这套系统为一头猪作了手术并获得了成功。此外，专家们还通过一系列试验验证了这套系统的精度。例如，指挥机械手把小棍穿过小垫圈而不会碰到垫圈壁。再如，把葡萄切成1毫米厚的薄片等试验。,手术医生的手正在灵活操作,手术专家利用操作台发送手术指令,从人手到机械臂，手术的精确度更高,目前医生和护士可以通过RP-7远程诊断机器人进行会诊，该机器人装配有照相机和屏幕，可使远程医生观看患者的病情状况，机器人可以连接听诊器、耳镜和超声波扫描器。它能使医生远程实现真实的医学诊断。,远程诊断机器人,神经外科手术机器人 内容来自 环视旅游网 第一个神经外科机器人医生 这种神经外科手术机器人是卡尔加里大学研发的，它们有感觉，这是大脑手术的必备条件，神经外科医生就靠它根据大脑的柔软度判断手术进程。,娱乐服务机器人-机器狗,在1997年日本举行的国际机器人展览会上，日本索尼公司的机器狗“爱宝”首次在公开场台露面。不仅在于它有漂亮的外观，而且与真狗十分相近。具有6种情感状态：喜、怒、哀、惊、惧、怨，4种本能：爱、寻找、运动、饥饿。具有学习期、成长期和成就期。,为了使“爱宝”与人共处，设计者让“爱宝”像狗或猫一样也有灵活的4条腿。“爱宝”有18个电机，也称为18个自由度，这使得“爱宝”不仅能走动，而且能完成坐、伸展等动作，摔倒后还可以站起来、可以用腹部爬行，还可以像真的小狗一样玩耍。 “爱宝”的传感器与人的感知器官相对应，用于感知周边环境和与人交流。“爱宝”的头上有触觉传感器你可以轻轻拍一拍它，表示友好。“爱宝”利用两个麦克风聆听周围的声音，在遥控模式下可以通过声音对它下命令。,能弹钢琴的“瓦伯特”2号机器人，智商达到5岁儿童的水平,娱乐服务机器人-足球机器人,机器人智能轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。,救护机器人,（1）随着武器系统的不断发展,士兵在战场上的生存条件越来越差。为了保护士兵的生命,无人作战系统的应用越来越广泛。 （2）军用无人作战系统按不同的应用空间分为水下机器人系统、地面机器人系统、无人机(空中机器人)和空间机器人系统。 （3）其中无人机发展最快,已得到广泛的应用。在北约对南联盟的空袭过程中就曾大量使用了无人机,其中有多驾被击落。,军用机器人,（4）微型无人机是90年代中期出现的一个新生事物,由于微型无人机在战场侦察、生化探测等诸多方面有着巨大的应用潜力,所以发展特别快。现在微型无人机还处于研究阶段,其飞行方式,有像飞机一样采用固定翼的,有像昆虫一样采用扑翼的,也有像直升飞机一样采用旋翼的。微型飞机遇到的主要困难有动力问题、空气动力学问题、通讯与控制问题、侦察传感器问题等。 （5）地面军用机器人很多人认为是很遥远的事情,对现在的战争影响不大,其实不然,美国从19992005财年计划投入4.586亿美元,2005年以前将有一大批遥控及半自主地面军用机器人装备美国陆海空三军。,扫雷轮式移动军用机器人,无人移动侦察车,无人飞行机器人,我国研制的排爆机器人如下图,美国、英国、法国、德国等都有排爆机器人在空军、陆军和警察部队服役。,军用机器人-排弹移动机器人,军用机器人-无人战场车,军用机器人-飞行机器人,微型无人飞行机器人,小型无人飞行机器人,（美国）手掌大小的无人飞机，最大的只有燕子大，小的只有昆虫大。能象鸟一样飞行，具有昆虫的智商，可提供10公里远目标的实时图象。,轮式移动军用机器人,（1）现在的水下机器人已能下潜到世界上最深的海底,空间机器人索杰纳也已成功地登上了火星。 （2）国家高技术研究发展计划(863计划)支持研制的6000m自治水下机器人于1997年圆满完成了太平洋洋底调查任务,获得了大量数据和资料，表明了我国已掌握水下机器人技术，探测应用的实用阶段,海底作业型机器人如探测、取物、救险、埋缆正在研制之中。,水下机器人和空间机器人,水下机器人-水下移动潜水器,水下机器人,水下6000米机器人,Rocky 7 (美国喷气动力实验室)。采用六轮独立悬挂系统，前后独立转向机构。其简化型号“索杰纳”曾于1997年4月成功登陆火星,MARSOKHOD月球探测车 (俄罗斯) 有冰箱大，6个车轮由钛合金制成,LUNOKHOD月球探测车 (俄罗斯) 可由地球上的遥控指挥行驶,月球16机器人探测器，俄罗斯研制，她带回了首批月球上的土壤100kg,空间机器人-月球车,空间机器人-空间站操作臂,美国宇航局探索机器人,美国宇航局的K-10登陆器“Red“是一个实验观察和探索机器人，这张照片上显示的是，2008年6月在地球上的美国华盛顿摩西莱克特附近的“冻结碎石层(frost rubble zone)”进行现场试验时，它在利用自己的3D扫描系统。,美宇航局六腿探测车 美国宇航局的“全地形六腿地外探测车”(All-Terrain Hex-Legged Extra-Terrestrial Explorer,ATHLETE)从与美国莫哈韦沙漠国家公园附近的Dumont Dunes沙丘地形中的“麦加”地形接近的沙漠上穿过。“全地形六腿地外探测车”经过特殊设计，将能在未来的月球任务中穿越起伏不平的地形，并能攀越极其崎岖或者陡峭的地形。,DANTE-1和DANTE-2 (Carnegie Mellon Univ.)。包括8条缩放式足机构， 其中DANTE-1高3m，宽2m，重400kg，曾进行火山考察。美国研制,电缆操作机器人,农用采摘机器人,四足移动机器人,双足移动拟人机器人,履带式移动机器人,微机器人（微操作型）,拟人机器人,各种仿人手部,MIT研制的仿生机器人恐龙,近年来，非制造环境下的机器人随着机器人智能程度和技术的发展,拓宽了其潜在的应用领域, 出现了以下发展热点： 仿人机器人 （1）工业机器人是为工业生产而设计的,为了适应各种不同的应用现场,其形状多种多样,但根本没有一点人模样,这也使很多机器人爱好者大失所望。为了使机器人更容易让人接受,也为了让机器人像人一样能完成各种工作,各国都在开发不同规格、不同功能的仿人机器人,2 非制造环境下的机器人发展,（2）从仿人机器人的集成情况看,日本本田公司的P2、P3最先进。P2机器人于1996年问世,身高185cm,体重210kg。它能通过重力感应器和脚底的触觉感应器把地面的信息传到大脑(电脑),机器人的电脑再根据情况进行判断,进而平衡身体,稳步前进。它不仅可以走平路,而且可以爬台阶和在倾斜路面上行走;不仅可以推车,而且可以通过遥控拧螺钉。P3机器人是P2机器人的改进型,它比P2更先进。P3身高160cm,体重130kg,与人类更加接近。,（3）为了进一步推动仿人机器人的发展,日本于1998年推出了人型机器人计划。该计划为期5年,共分两个阶段:第一阶段为19981999年;第二阶段为20002002年,总投资200亿日元,这也是它的第三个机器人计划。日本的第一个机器人计划是1983年启动的“极限作业机器人”计划,为期8年,总投资155亿日元;第二个机器人计划是1991年启动的为期10年的“微机械技术”开发计划,总投资250亿日元,目前仍在执行中。,美、日等国都在研制类人机器人方面进行了很多有益的探索，并取得了很多研究成果。日本本田公司于1997年10月推出了类人机器人P3；美国麻省理工学院研制出了类人机器人科戈（COG）；德国和澳大利亚共同研制出了装有52个汽缸、身高2米、体重150千克的大型机器人。我国也在这方面做了很多工作，国防科技大学、哈尔滨工业大学研制出了两足行走机器人、北京航天大学、北京科技大学研制出了多指灵巧手等,日本本田研制的P3型拟人机器人,法国国家实验室的BIP2000,早稻田大学的WENDY拟人机器人,MIT研制的拟人机器人上肢,英国大学研制的气囊驱动拟人机器人,美国大学研制的电传动拟人机器人,日本研制的拟人机器人,录像,（1）微型机器人技术是正在兴起的机器人新领域,包括微机械及其基础材料、微电子、微驱动与控制技术、微测量技术、微传感器、微能源、微系统设计等。 (2) 微小型机器人在民用、军用、科学实验中将大有用武之地。尽管其实用化还在研究之中,但已显现出远大前程。微小型机器人技术将会对机器人引发一场革命,并将对社会各方面产生重大影响。,微型机器人,“细小工业管道机器人移动探测器集成系统”由上海大学研制，该系统可实现20毫米管道内裂纹和缺陷的移动探测。,机器人化机器,（1）基于机器人技术的发展和现实生产与产品的需求,机器人技术不断向新的领域渗透,并形成和有望形成机器人新产品,如在工程机械中的无人驾驶振动压路机、沥青摊铺机、混凝土搅拌机(站);地下工程机械中的喷浆机器人、凿岩机器人、盾构机器人。 （2）把传统的机器人技术与不断发展的现代科学技术及千变万化的市场需求相结合,使机器人进入更广阔的天地,无疑对机器人的发展具有十分重要的意义。,机器人化机器-并联虚拟轴机床,清华制造所研制的国内第一台机器人化机器-虚拟轴机床,喷浆就是喷射混凝土。喷浆支护是现代建设施工中广泛采用的支护方法。 与传统的木材、钢梁支护方法相比，喷浆支护不仅节省大量木材和钢材，而且具有施工速度快、支护效果好等优点。但喷浆支护也存在一些,待解决的问题，如人工喷浆时，回弹造成的飞沙走石使工人不敢抬头睁眼，致使无法保持喷枪与受喷面垂直，也无法使喷枪口与受喷面保持最佳距离。这样，不仅混凝土的回弹率高（3050），浪费材料，而且混凝土结构疏密不一，不能保证喷层的质量。另外对大断面隧道，人工喷浆需要搭脚手架，影响施工进度，且费工费料。国内外都认为采用机器人喷浆是一条出路。,大型喷浆机器人,质量好、操作人员劳动强度低的优点, 尤其适合险工险段和极限环境条件下如矿山、隧道、沟渠和城市大型垃圾场的压实工作。,目前使用的普通压路机在施工效率和压实方面都难以满足高等级工程的需要。振动压路机采用大激振力辅助压实方式，作用深度大，生产效率高，但由于这种振动工作方式使驾驶员长期处于强振动、高噪音工作环境中，不仅劳动强度大，而且损伤身心健康。 W1102DZ型压路机器人结合了智能移动机器人技术和国际上振动式压路机的先进技术，采用远距离遥控、自动编程控制两种操作方式，同时保留了原有的人工驾驶功能，具有施工效率高、压实,ZL50G型机器人化装载机是徐工集团和吉林工业大学ZL50G型装载机引入了计算机技术、控制技术、微电子技术，主体和主要部件的结构设计及装配采用了集成制造技术。,机器人化装载机,ZL50G型装载机是先进的机、电、液、讯一体化的升级换代型产品，总体功能：经过三维实体图形和工作装置最优化设计，动力系统为三点双向减振悬架系统，全自动电控变速器，计算机控制传动操纵系统、电子换档和电子快速换档系统，工作装置操纵系统故障自诊断系统，电子监控系统，三级报警系统。,自动多向高架无轨堆垛机,WD-10型自动多向无轨堆垛机是一种适用于主体高架仓库的成套货物搬运设备，可在主体仓库中多条货架巷道工作，机动性能好，操作方便，这是我国第一台基于网络控制的高架堆垛叉车，包括转向、牵引、起升、前移、侧移、倾仰等八个自由度，人机交互和系统监控全部实现了计算机控制。 由于该车系统采用了网络结构控制，为将来全自动仓库的无人管理创造了良好的条件。,机器人化机器-并联虚拟轴机床,林木球果采集机器人由机械手、行走机构、液压驱动系统和单片机控制系统组成。其中机械手由回转盘、立柱、大臂、小臂和采集爪组成，整个机械手共有5个自由度。在采集林木球果时，将机器人停放在距母树35米处，操纵机械手回转马达使机械手对准其中一棵母树。然后单片机系统控制机械手大、小臂同时柔性升起达到一定高度，采集爪张开并摆动，对准要采集的树枝，大小臂同时运动，使采集爪沿着树枝生长方向趋近1.52米，然后采集爪的梳齿夹拢果枝，大小臂带动采集抓爪按原路向后捋回，梳下枝上的球果，完成一次采摘，然后再重复上述动作。连捋数枝后，将球果倒入拖拉机后部的集果箱中。采集完一棵树，再转动机械手对准下一棵。,试验表明，这种球果采集机器人每台能采集落叶松果500公斤，是人工上树采摘的3035倍。另外，更换不同齿距的梳齿则可用于各种林木球果的采集。这种机器人采摘林木球果时，对母树破坏较小，采净率高，对森林生态环境的保护及林业的可持续发展有益。,东北林业大学研制,伐根机器人,智能型伐根清理机器人主要由行走机构、机械手、液压驱动系统和控制系统等组成。其中机械手安装在具有行走功能的回转平台上，由回转盘、大臂、小臂和旋切提拔装置组成。为能实现在各种不同坡度、地型进行清理伐根，机械手具有六个自由度。旋切提拔装置由万能切刀、提拔筒、四爪抓取机构等组成，在液压系统的驱动下可以实现各种俯仰、旋转、抓取。该机器人的驾驶室内利用摄像镜头和显示器组成实时监控系统对作业目标进行搜索，操作人员可以在机器人驾驶室内即可进行伐根清理作业。,伐根清理是高效地利用伐区剩余物和伐区迹地更新造林的关键。,机器人足球,（1）机器人足球是一个新生事物。现在的机器人足球无论从外形还是功能,离人们的期望值还很远,有时甚至感觉机器人还很笨。由于机器人技术方面的限制,机器人还没有真正意义上的腿,所谓的踢足球实际上是用身子“推”球。 （2）现在的机器人足球比赛主要有两个分支,一个是韩国的微机器人世界杯MiroSot,一个是日本的机器人世界杯RoboCup。我国国内的机器人足球也有了自己的队伍,并于1999年11月举行首届中国机器人足球锦标赛。,4 中国的机器人研究和应用,1）研究成果 我国的机器人研究始于70年代，经过“七五”攻关、“863”计划,掌握了第一代示教再现型机器人技术，完成了许多基础研究工作。 已研制出各种工业机器人，用于喷漆、焊接、装卸料、装配等作业，已有数百台次投入工业应用。 近十年来，在第二代(遥控)机器人和第三代(智能)机器人的研究领域也获得发展,使机器人的应用研究开始扩展到各种非制造领域,如核工业、石油化工、水下工程、地下管道等。 清华大学精仪系制造工程研究所、机械系、自动化系和计算机系等单位在装配机器人、步行机器人、机器人化机器、微操作机器人、生物基因组装机器人、医疗康复机器人、焊接机器人、机器人仿生学、机器人智能和控制、机器人视觉等研究上已取得国内领先，甚至国际先进的研究成果，并正在继续深入开展先进机器人技术的研究。,清华制造所研制的履带式机器人,清华制造所研制的四足全方位步行机器人,清华制造所研制的双三足步行机器人,清华制造所研制的五足步行机器人,清华制造所研制的排水管道清淤机器人,通风管道清污移动机器人,国防地下通风管清扫机器人MDCR是一种在通风管里行走的移动机器人。自动升降的手臂装上刷头，可以清扫不同规格的矩形，圆形通风管；装上喷枪，可以对通风管进行消毒。MDCR具有自动纠偏，自主导航的功能，在工作中不需要人的干预，操作者也可以通过远端计算机和监视器对MDCR进行监控。在大型商场、酒店、会展中心等的中央空调系统的清扫与消毒作业中，MDCR具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。,清华制造所研制的生物芯片基因探针分配机器人系统,将合成好的寡核苷酸探针定点喷射到芯片上并加以固定化来制作DNA芯片,基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列，这种测定方法快速而具有十分诱人的前景。,清华制造所研制的六自由度高精度微动机器人,操作手系统包括直立工作台、六自由度操作头、夹持器以及焊接机械手，它的功能是对微器件进行各种装配操作； 微动机器人广泛用于精密微操作领域（微米/纳米级），具有高精度、体积小特点，适用于微电子和微机械装配、精密医疗手术和生物实验操作、超精密机械加工等应用领域,未来展望,1 技术发展 1）21世纪的技术热点和特征 机器人已在工业领域得到了广泛的应用,而且正以惊人的速度不断向军事、医疗、服务、娱乐等非工业领域扩展。毋庸质疑,21世纪机器人技术必将得到更大的发展,成为各国必争之知识经济制高点和研究热点 未来技术发展特点：许多国家都已将机器人技术列入高技术发展计划。当今机器人技术的发展趋势主要有两个突出的特点:一个是在横向上,机器人的应用领域在不断扩大,机器人的种类日趋增多;另一个是在纵向上,机器人的性能不断提高,并逐步向智能化方向发展。,技术纵向上的发展特征：,提高机器人的智能化、机动性、可靠和安全性、以及与人类环境的完美的融入性。追求的主要目标是“融入人类的生活，和人类一起协同工作。从事一些人类无法从事的工作，以更大的灵活性给人类社会带来更多的价值”。,2）机器人技术发展方向 智能机器人的发展 （1）具有感知功能的机器人和具有自主功能的智能机器人技术将迅速发展，计算机的小型化与智能化、传感器系统的集成化与智能化将促使智能机器人的发展。 （2）在21世纪,各种智能机器人将得到广泛应用。具有像人的四肢、灵巧的双手、双目视觉、力觉及触觉感知功能的仿人型智能机器人将被研制成功,并得到应用。,微型机器人发展 （1）将登上历史舞台微型机器人的发展还面临着许多技术上的难题,但是MEMS技术、LIGA技术和微细加工技术的进步将使各种微型机器人走向应用。 （2）微型机器人将会首先在医疗、军事、环境、空间等科技领域得到应用。 新型机器人关键器件技术的发展 目前,机器人技术的发展尚存在许多待解决的瓶颈问题，如驱动器、能源和控制器。从仿生学角度看,21世纪将出现与人体执行、感知和大脑类似的新的机器人器件和系统。,专项技术的发展 （1）到21世纪,机器人的种类将大量增加，机器人种类的多样性和机器人应用的广泛性,要求机器人系统逐渐走向标准化、模块化、开放化和网络化。 （2）网络机器人技术，通信网络技术的发展完全能够将各种机器人连接到计算机网络上,并通过网络对机器人进行有效的控制。这种技术包括网络遥操作控制技术、众多信息组的压缩与扩展方法及传输技术等。 （3）虚拟机器人技术，许多特种机器人在使用时,遥控是一个主要手段。基于多传感、多媒体和虚拟现实、增强现实(或临场感)的虚拟遥控操作和人机交互,将成为需要共同发展的一项技术。 （4）多智能体协调控制技术，用于实现决策和操作自治性的、由多智能体组成的群行为控制是一个具有挑战性的关键技术,这里包括任务的解释和表达、学习、实时推理和广义反应能力、监控和异况处理、多智能体协调等。,(5)软机器人技术 许多特种机器人,特别是用于医疗和护理、休闲和娱乐等场合时,经常处于与人共存的环境中。现在的大多数机器人,由于在设计时未考虑与人共存,用的是金属等硬材料。软机器人技术要求其结构和相应的控制以及所用的传感器,在机器人意外地碰撞人或相互碰撞时是“软”的,增强人对机器人的安全感和亲近感。,2 应用前景,在未来的100年中,科学与技术的发展将会使机器人技术提高到一个更高的水平。机器人将成为人类多才多艺和聪明伶俐的“伙伴”,更加广泛地参与人类各方面的生产活动和社会生活。 1）机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业 它将从目前已广泛地用的汽车、机械制造、电子工业及塑料制品等生产领域扩展到核能、采矿、冶金、石油、化学、航空、航天、船舶、建筑、纺织、制衣、医药、生化、食品等工业领域，进而应用在非工业领域中,如在农业、林业、畜牧业和养殖业等方面。 机器人将成为人类社会生产活动的“主劳力”，人类将从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产劳动中解放出来,从而有更多的时间去学习、研究和创造。,2）机器人将成为人类探索与开发宇宙、海洋和地下未知世界的有力工具 将人送入太空进行宇宙探索非常危险和昂贵，机器人将代替人从事空间作业和太空探索。目前，航天飞机已经将舱外作业机器人带入太空进行太空作业，火星探测车已被送到火星表面上,并成功地完成了预定的探测任务。 水下和地底作业对于人来说是一项危险作业,也是人类未解决的难题，水下和地下机器人将解决这个问题，被用于海底和地底的探索与开发、海洋和地下资源的利用、水下作业与救生等。水下和地底作业对于人来说是一项危险作业,也是人类未解决的难题,3）机器人将在未来战争中发挥重要作用 军用机器人可以是一个武器系统,如机器人坦克、自主式地面车辆、扫雷机器人等,也可以是武器装备上的一个系统或装置,如军用飞机的“副驾驶员”系统、舰船作战管理系统、武器装备的自动故障诊断与排除系统、坦克炮装弹机器人系统等。 将来可能出现机器人化部队或兵团。在未来战争中将会出现机器人对机器人的战斗。,4）机器人将用于提高人类健康水平与生活质量 改善生活条件,提高生活水准始终是人类面临的一个重要课题。在21世纪,服务机器人将进入家庭和服务产业。 家庭服务机器人可以从事清洁卫生、园艺、炊事、垃圾处理、家庭护理与服务等作业。 在医院,机器人可以从事手术、化验、运输、康复及病人护理等作业。 在商业和旅游业中导购机器人、导游机器人和表演机器人都将得到发展。智能机器人玩具和智能机器人宠物的种类将不断增加。各种机器人体育运动比赛和文艺表演将层出不穷。机器人不再是只用于生产作业的工具,大量的服务机器人、表演机器人、科教机器人、机器人玩具和机器人宠物将进入人类社会,使人类生活更加丰富多彩。,3我国的未来对策 1）需求 面对国外机器人技术的不断发展和国际市场的激烈竞争,需要发展我国的机器人技术和产业。 改革开放的深入及与国际市场的接轨,新产品、新工艺的要求需要有新的装备来武装制造业。工业机器人不仅在制造业中担负简单、重复的体力劳动,更重要的是在保证产品质量,提高生产效率,把人从恶劣、危险作业环境中替换出来等方面显示优越性。 人民生活水平的提高和国防力量的强大，对非制造环境下的机器人技术和装备开发提出了迫切需求。,加速我国国产机器人的产业化, 从1993年开始,已将研制重点转移到工业机器人的开发应用上，我国将采取应用工程与支柱产业相互接轨的形式,选择汽车、电子等有代表性的行业,开辟几个适合中国国情的应用工程,拓建几个不同类型的机器人产业。 开展先进机器人技术研究, 开发更高级、更具有自主性的智能工业机器人，把机器人技术推广到更多的工业自动化生产领域和其他更广泛的应用领域。 拓展非制造环境下的机器人应用范围,以代替人从事危险、恶劣环境下的工作,人力难为、单调重复工作和提高人们的生活质量为重点,如水下机器人、地下机器人、机器人化工程机械、管道机器人、微操作机器人、医用机器人和服务机器人,在某些应用领域形成机器人产业并力争进入国际市场。 中国机器人的发展应以市场为导向,以技术为驱动,沿着知识创新、技术创新、产品创新、机制创新的路子,向着提高对国民经济的贡献率和增强综合国力的目标,努力开拓前进。,2）对策,讨论,有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国情。你的看法如何?,这是一种误解。机器人不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。 我国已在“七五”计划中把机器人列人国家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十几年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人及水下作业、军用和特种机器人。目前，示教再现型机器人技术已基本成熟，并在工厂中推广应用。我国自行生产的机器人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂投入