机器人研究论文

1、绪论经过一学期的机械工程导论课程学习，从对机械概念模糊无知到对机械学科有了一定的了解，认识到机械的无所不在和其无与伦比的魅力。老师在课上授予我的知识和其对机械的经验总结，给予了我很大的启发，对我有很大的影响，使我认识到了自己在机械领域的兴趣和方向。这次对机器人的研究更是让我被机械的博大精深所折服。 机器人随着社会的发展，社会分工越来越细，尤其在现代化的大生产中，有的人每天就只管拧同一个部位的一个螺母，有的人整天就是接一个线头，就像电影摩登时代中演示的那样，人们感到自己在不断异化，各种职业病开始产生。于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作。于是人们研制出了机器人，代替人完成那些枯燥、单调、危险的

2、工作。 1910年捷克斯洛伐克作家卡雷尔恰佩克在他的科幻小说中，根据Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik(波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。这便表明了人们发明机器人最初的目的仅仅是去干一些比较单一简单的工作。但是随着社会发展和科学的进步，人们对机器人的功能有了更大的需求， 1911年， 美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制，可以行走，会说77个字，甚至可以抽烟，不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。从此以后人们开始真正考虑机器人的智能化，怎样利用机器人将人们从劳动中更大程度的解放

3、出来。 但是人们却开始担心机器人会不会脱离人的控制，对人类社会产生巨大危害。此时艾西莫夫提出了机器人三定律： 第一法则：机器人不得伤害人类，且确保人类不受伤害； 第二法则：在不违背第一法则的前提下，机器人必须服从人类的命令； 第三法则：在不违背第一及第二法则的前提下，机器人必须保护自己。现在“三定律”成为机械伦理学的基础，这便说明了机器人智能化还是有一定的潜在危机可能，但是机器人的研究还是一直处于快速发展当中，所以机器人智能化，普及化也是历史发展的必然和未来社会发展的要求。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。执行机构：即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构

4、，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。驱动装置：是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。检测装置：是实时检测机器人的运动及工作情况，根据

5、需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。控制系统：一种是集

6、中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。分类情况:中国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器

7、人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。本论文主要论述特种机器人，工业机器人会做一些简单的论述。 l 工业机器人日本设计的机器人用伺服电机示意图 1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。在这里就不得不说伺服技术，伺服系统（servo mechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这

8、样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.00mm可以说伺服电机是能够创造高级精密机器人的基础，伺服电机可以根据机器人的行为从而形成反馈脉冲，方便控制程序判断和调控，其如此精密的定位，可以使机器人胜任人类无法完成的高精密工作。工业机器人最显著的特点有以下几个：(1)可编程。生产自动化的进一

9、步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具

10、等）便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。汽车装配机器人当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。当前，对全球机器人技术的发展最有影响的国家是美国和日本。美国在

11、工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位。工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。例如：电焊机器人，弧焊机器人，激光加工机器人，真空机器人以及洁净机器人。以弧焊机器人为例分析其机构：专用弧焊6关节机器人弧焊机器人基本的硬件组成：1. 焊接机器人目前全球生产工业机器人的厂家主要有：瑞典ABB公司；德国KUKA，REIS,CLOOS公司；奥地利I

12、GM公司；意大利CAMAU公司；日本FANUC,MOTOMAN,OTC,Panasonic公司，这些厂家的机器人技术已经非常成熟，产品已经系列化。我国焊接机器人的发展晚于德国、日本等发达国家，但是经过多年的努力，一些厂家也在开发研制生产工业机器人系列产品。目前用的最多的焊接机器人形式是模仿人手臂功能的多关节机器人。这类机器人一般为6关节，具有6个关节的机器人基本上能满足焊枪的位置和空间姿态的控制要求。一般6关节弧焊机器人，各轴采用交流伺服电机驱动高精度RV减速机实现各轴旋转动作。日本的MOTOMAN公司在此基础上开发出了7个关节的机器人具有更好的灵活性。为了更大程度提高焊枪的灵活性和可达性，常

13、用的机器人规格中还有对应的焊接电缆内藏式专用弧焊机器人2. 焊接设备焊接设备一般包括：焊接电源、送丝机、焊枪、防碰撞传感器、清抢剪丝机，一般根据所焊工件的焊接工艺要求选择配置3. 变位机一些焊接场合，如工件尺寸较大，工件空间集合尺寸复杂，使机器人的焊枪无法达到焊接位置或处于理想的焊接姿态，又或者为了提高机器人的利用率需要在多工位之间切换，这时需要对机器人或工装夹具进行变位。通常的做法有：一是把机器人装于可以移动的轨道小车，升降台或龙门架上，扩大机器人的作业空间；二是移动工件，使作业部位移到机器人的作业范围内，也有同时采用上述两种办法的。4. 焊接工装夹具焊接工装夹具根据焊接工艺要求设计，因工件

14、的不同，而形式多种多样。焊接工装夹具在保证焊接质量、焊接生产效率、操作方便性的同时，还需要结合机器人、变位机等保证焊枪的可达性、系统安全性、通用互换性。5. 安全措施因机器人在焊接过程中变位机及机器人动作快，且焊缝间切换时经常出现加速情况，当人员或物品意外进入其活动区时将出现危险。所以应该配备光栅或者快速门保护。6. 控制系统作为一般的简单应用可以直接采用机器人控制柜配合外部操作盒实现对焊接系统的控制。在实际应用中常常需要一个外部控件系统进行全面协调控制，包括：机器人及其外部轴，工装夹具动作，工件输送，安全防护系统等。外部控件系统通过调用机器人控制系统的相关焊接程序进行焊接。机器人控制系统则负

15、责对焊接过程进行控制，如机器人及外部轴协调动作，焊接设备的动作。外部控件系统通常采用PLC为主控单元，人机界面触摸屏为参数设置及监控单元，通过多个或单个按钮站实现控制。 此外弧焊机器人系统中还有很多高级功能：接触传感功能、电弧传感跟踪功能、非接触式传感及跟踪功能、坡口自适应功能、轨迹重现功能及多层多道焊功能、多台机器人协调功能、TCP自动校正功能。2011年全球机器人销量分布一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术(产业化)，必须要具备五要素，这五要素分别是：Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有着“机器人王国”之称的日本相比，我国有着截

16、然不同的基本国情，那就是人口多，劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以，我国工业机器人起步晚发展缓。但是正如前所述，广泛使用机器人是实现工业自动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人才，打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策，我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。可见工业机器人无论是在国际还是在国内发展前景都是相当可观的。l 特种机器人（重点研究）特种机器人是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种机器人总称。联合国标准化组织采纳了美国机器人

17、协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。” 机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人是具有生物功能的空间三维坐标机器。l 军用机器人 军用机器人是一种用于军事领域的具有某种仿人功能的自动机。提到机器人，人们会想到工业生产流水线上的焊接机器人、喷漆机器人，或者看到过各种服务性的机器人。但大多数人很少看到过供军事作战使用的机器

18、人，因为它是一种军事机密。尽管如此，一些工业化国家的新闻媒体仍然透露了这方面的内幕，向人们描述了军用机器人的神秘风采。早期的军用机器人（第一代），是一种固定程序、靠存贮器控制，并仅有几个自由度的机器人，无论是身体还是思想缺陷都非常大，所以真正“从军”者寥寥无几，到了60年代中期，电子技术有了重大突破，一种以小型电子计算机代替存贮器控制的机器人出现了。机器人开始有了“某种感觉”和协调能力，能自主地或在人的控制下从事稍微复杂一些的工作，这就为军事应用创造了条件。机器人从军虽晚于其他行业，但自60年代在印支战场崭露头角以来，日益受到各国军界的重视。作为一支新军，眼下虽然还难有作为，但其巨大的军事潜力

19、，超人的作战效能，预示着机器人在未来的战争舞台上是一支不可忽视的军事力量。军用机器人分为:地面机器人，无人机,水下机器人，空间机器人。美国“剑”式机器人军用机器人的功能包括作战，勘测探查，运输物资，扫雷等军队各方面行为上。例如美国福斯特-米勒公司(Foster-Miller)开发的远距离遥控方式操作的武装“剑”式机器人。这种机器人身高0.9米，最高时速9公里，这种机器人配备履带，能够较好的适应各种复杂的地面状况，能轻易通过楼梯、岩石堆和铁丝网，在雪地及河水中也能行走自如。“剑”机器人基本硬件组成1.执行机构：配备制式5.56毫米M249型机枪外加M16系列突击步枪与M202-A16毫米榴弹发射

20、器、4台摄像机以及夜视镜的上身，配备履带，转轴，各种传感器的下身基座2.驱动机构：直流伺服电机以及交流伺服电机，齿轮传动机构3.监测装置：一中是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。另一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化4.控制系统：集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成，并且接受人工信号进行控制双调节此外还有地面微型机器人：它们体积小，生存能力强，具有广泛的用途。微型机器人在战场侦察方面大有可为，特别是仿生机器人

21、及昆虫机器人，因为它们与自然界的生物及昆虫极其相似，敌人很难发现它们。根据需要，它们可以携带各种不同的侦察传感器，并连续不断地将敌人阵地及敌军部署的情况发送回来，而这是卫星和无人机所做不到的，因为它们只能获得目标瞬间的图像。如果给微型机器人装上引信及炸药，还可以把它们变成智能炸弹或智能地雷。它们可以自己向敌人的设施运动，尽量深入其内部、爆炸后与敌人同归于尽。因此，对于敌人的基础设施，如桥梁、动力管道、发电厂及铁路枢纽等，它们是一种非常有效地破坏武器。当战争停止后，通过遥控可以把它们集中到某个地方，加以回收、从而不致伤害老百姓。敌人即使得到它们也没有什么用处，因为它们有复杂的密码系统，外人是无法

22、拆卸的。这是一只仿照甲虫外形制造的微型机器人,在它的背上镶有太阳能电池板,它可以靠太阳能来提供动力进行活动。无人机应该是一种无人驾驶飞行器，从大的分类来看，包括无人侦察机、无人攻击机和无人靶机。无人侦察机用于获取敌方的情报；无人攻击机用于攻击对方的一些地面甚至空中目标。无人机当靶机主要用于武器的试验，比如测试地空导弹、空空导弹打击的效果。这是目前无人机应用较多的领域。另外无人机还可以当通讯的中转平台或者作为无人的电子干扰机。大多数有人飞机可以完成的任务，无人机都可以完成。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点，备受世界各国军队的青睐。在几场局部

23、战争中，无人驾驶飞机以其准确、高效和灵便的侦察、干扰、欺骗、搜索、校射及在非正规条件下作战等多种作战能力，发挥着显著的作用，并引发了层出不穷的军事学术、装备技术等相关问题的研究。它将与孕育中的武库舰、无人驾美国“全球鹰”无人机驶坦克、机器人士兵、计算机病毒武器、天基武器、激光武器等一道，成为21世纪陆战、海战、空战、天战舞台上的重要角色，对未来的军事斗争造成较为深远的影响。服务机器人服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人，服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。主要类型：护士助手、脑外科机器人、口腔

24、修复机器人、进入血管机器人、智能轮椅、爬缆索机器人、户外清洗机器人、消防机器人等。例如家庭多功能机器人。组成模块：机械手执行模块、语音发生模块、无线通讯模块、小脑网络中枢、本体运动模块、传感器模块。功能介绍：管家功能：具备自主导航和路径规划，基于视频网络的物体辨别和抓取，基于移动终端及多网融合的实时交互等核心技术，可在家中自建地图、自主行走，能定位冰箱、微波炉、茶几等物件并搬运饮料、水杯等物品，具有独自完成家庭事务的能力。家庭监控功能：将自主开发、性能成熟的多传感器融合的人体识别、人脸识别应用在设计独特的球形机械上。该机器人能够在室内迅速移动并对陌生人进行探测，同时将扫描到的图像通过无线网络即

25、时发送给主人，具有突出的机动性能和监控性能。老人助行功能：集成了创新的主被动两用机械结构设计、基于载波自然光条件下的红外跟踪技术、多节点无线智能家电控制及传感器网络、一键拨通电话等重要功能。该机器人能为老人行走助力，提供休息条件，为老人搬运物品并跟随老人，还可提供智能便捷的家电、电话控制。老人服务功能：通过加速度传感器、磁传感器、压力传感器感知意外情况，监控独居老人的健康和生活状况。如老人突然摔倒，机器人会把捕捉到的信息发送给其家人，起到及时监护作用。此外，机器人还能根据老人的健康状况制定饮食和健身计划，提醒老人按时服药，陪老人聊天等等。例如阿西莫机器人, “阿西莫”(ASIMO)机器人由日本

26、本田公司研制，可以称得上是世界上最先进的类人机器人，是全球唯一具备人类双足行走能力的机器人。阿西莫已经学会了漫步、上茶、指挥交响乐等行为，而且它还可以洞察人类的心思。它的设计初衷就是为人类服务，然而它上述彬彬有礼的行为也意味着它有朝一日可能会控制世界。诞生日期第一代 2000年10月31日 第二代 2006年 第三代 2011年身高第一代120cm 第二代130cm体重第一代 52公斤 第二代 54公斤 第三代 48公斤行走速度第一代 0-1.6公里/小时 第二代 0-2.7km/h 第三代 0-9km/h人们走路的速度一般是47公里/小时行走范围范围可调整，步幅可调整抓握力0.5公斤/手(每

27、只手5个手指)作动器伺服电机 + 谐波减速器 + 驱动单元控制装置行走/操作控制单元，无线发送单元传感器脚部 六轴向脚部方位传感器 躯体 陀螺仪和加速传感器电源部分38.4V/10AH(镍锌)操作部分操纵台和便携控制器身体体自由度（类似人类的关节）第一代 26个角度 第二代 34个角度 第三代 57个角度阿西莫进行接待工作腰部旋转关节： 奔跑或步行时，通过手腕部位的摆动，以及腰部积极地旋转，消除脚部摆动所产生的反作用力，从而提高步行速度。手腕弯曲关节： 在手腕部位再增加2个轴，使手腕能够柔软、灵活地活动拇指关节： 原来使用1个马达驱动5个手指，为了使拇指能够独立活动，再增加1个马达，使得ASI

28、MO能够拿各种各样的东西。头部关节： 在头部关节部位再增加1个轴，以增加头部的表达能力。控制技术在实现机器人的奔跑方面，面临着2大课题。一个是正确地吸收飞跃和着陆时的冲击，另一个是防止高速带来的旋转和打滑。1、正确地吸收飞跃和着陆时的冲击实现机器人的奔跑，要在极短的周期内无间歇地反复进行足部的踢腿、迈步、着地动作，同时，还必须要吸收足部在着地瞬间产生的冲击。 Honda利用新开发的高速运算处理电路、高速应答/高功率马达驱动装置、轻型/高刚性的脚部构造等，设计、开发出性能高于以往4倍以上的高精度/高速应答硬件。ASIMO利用其身上安装的传感器，拥有360度全方位感应，可以辨识出附近的人和物体。配

29、合特别的视觉感应器，他可以阅读人类身上的识别卡片，甚至认出从背后走过来的人，真正做到眼观六路。当他识别出合法人员后，还可以自动转身，与之并肩牵手前进。在行进中，ASIMO还能自动调节步行速度配合同行者。和人握手时，他能通过手腕上的力量感应器，测试人手的力量强度和方向，随时按照人类的动作变化作出调整，避免用力太大捏伤人类。ASIMO装载的大量传感器，既包括传统人类的传感器，也拥有一些超越人类的特殊感应器，能够迅速地了解周围情况，在复杂的环境下也能快速顺畅地移动。 视觉感应器：其眼部摄影机通过连续拍摄图片，再与数据库内容作比较，以轮廓的特征识别人类及辨别来者身份；水平感应器：由红外线感应器和CCD

30、摄像机构成的sensymg系统共同工作，可避开障碍物。 超音波感应器：以音波测量3m范围内的物体，即使在毫无灯光的黑暗中行使也完全无碍。接待员5身体结构Honda的工程师们在项目初始阶段花费了大量的时间研究了昆虫，哺乳动物的腿部移动，甚至登山运动员在爬山时的腿部运动方式。这些研究帮助工程师们更好的了解我们在行走过程中发生的一切，特别是关节处的运动。比如，我们在行走的时候会移动我们的重心，并且前后摆动双手来平衡我们的身体。这些构成了ASIMO行走的基础方式。在行走过程中，我们的脚趾也扮演了非常重要的角色，在平衡我们身体上起了很大的作用。在ASIMO的脚上也有类似的机理，而且还使用了吸震材料来吸收

31、行走过程中产生的对关节的冲击力，就像人类的软组织一样。ASIMO和人类一样，有髋关节，膝关节和足关节。机器人中的关节一般用“自由度”来表示。一个自由度表示一个运动可以或者向上，或者向下，或者向右，或者向左。ASIMO拥有26个自由度，分散在身体的不同部位。其中脖子有2个自由度，每条手臂有6个自由度，每条腿也有6个自由度。腿上自由度的数量是根据人类行走，上下楼梯所需要的关节数研究出来的。6动作原理类似人类的步行方式除非你很了解机器人学，否则你很难想象要让ASIMO象人类这样行走是多么的困难，而ASIMO又是如何令人难以置信的达到这个程度的。ASIMO的行走中最重要的部分就是它的调节能力。ASIM

32、O除了能像人类一样正常的步行之外，它还能对行走过程中遇到的情况进行自我调节。比如在有一定斜度的平面上行走，甚至有可能在行走过程中被人推了一下，ASIMO都能快速对这些情况进行及时地处理，并进行相应的姿态调节，以确保能够正常的行走。为了实现这些，ASIMO的工程师们需要考虑ASIMO在行走中产生的惯性力。当机器人行走时，它将受到由地球引力，以及加速或减速行进所引起的惯性力的影响。这些力的总和被称之为总惯性力。当机器人的脚接触地面时，它将受到来自地面反作用力的影响，这个力称之为地面反作用力。所有这些力都必须要被平衡掉，而ASIMO的控制目标就是要找到一个姿势能够平衡掉所有的力。这称做zero mo

33、ment point (ZMP)。当机器人保持最佳平衡状态的情况下行走时，轴向目标总惯性力与实际地面反作用力相等。相应地，目标ZMP与地面反作用力的中心点也重合。当机器人行走在不平坦的地面时，轴向目标总惯性力与实际的地面反作用力将会错位，因而会失去平衡，产生造成跌倒的力。 跌倒力的大小与目标ZMP和地面反作用力中心点的错位程度相对应。简而言之，目标ZMP和地面反作用力中心点的错位是造成失去平衡的主要原因。假若Honda机器人失去平衡有可能跌倒时，下述三个控制系统将起作用，以防止跌倒，并保持继续行走状态。阿西莫给客人送水地面反作用力控制：脚底要能够适应地面的不平整，同时还要能稳定的站住。目标ZM

34、P控制：当由于种种原因造成ASIMO无法站立，并开始倾倒的时候，需要控制他的上肢反方向运动来控制即将产生的摔跤，同时还要加快步速来平衡身体。落脚点控制：当目标ZMP控制被激活的时候，ASIMO需要调节每步的间距来满足当时身体的位置，速度和步长之间的关系。稳步的行走ASIMO能够感应到即将摔倒的情况，并能够很快对此做出反应；但是ASIMO的工程师想要更多的功能。他们不但想让ASIMO能够行走的更顺畅，还想让ASIMO能够在不停止的情况下转身，绝大多数其它类人机器人无法做到这一点。当我们走到弯角处需要转身的时候，我们将我们身体的重心移到转身的位置。ASIMO使用了一种叫做 “动作预测控制”，也叫做

35、“iWalk”技术来实现。ASIMO需要预测转身所需要的重心的移动的位置以及持续时间。由于这个技术是实时（Real Time）技术，因此ASIMO能够不需要停止就能够转身，实现边走边转身。上下楼梯上下楼梯的动作如果只是靠事先的程序输入的话绝对不可能实现。即使是输入了阶梯的高度及前后的距离，如果多达29层的话，也会因误差累积而无法正常走下来。为此，Honda在ASIMO的每只脚上，都装了一个6轴力传感器，用来监测每一步的稳定程度。再结合陀螺仪和加速度传感器，ASIMO使用了独特的数学算法来让他上下楼梯，并能够上下斜坡而如履平地。Honda的工程通过使其脚内侧不紧贴地面、脚趾比台阶边缘向前探出少许

36、这样的站立方式来探测出台阶的边缘。在这一状态下，如果通过脚底的压力传感器进行压力分布测量的话，可以预先测出边缘的位置。下楼梯时的着地点也可以同样进行预测。虽然操作人员向ASIMO输入了楼梯大致的高度，但是最终则是通过 ASIMO足底的传感器来确认楼梯位置的。不只是下楼梯，ASIMO还能够在斜坡上转弯。这是由于ASIMO的每一步都要变换姿势，并改变与ZMP的关系，较下楼梯难度更大。下楼梯与在斜坡转弯使用了相同的算法，因此不需要改变模式。单脚站立在任意状态下机器人可以用单腿站立并保持身体平衡，这需要机器人拥有高水平的姿态平衡能力。7新技术追求技术的不断进步。21世纪，Honda期待着ASIMO真正

37、地对人类有益，丰富人类的生活。 今后，Honda仍将以“挑战精神”继续研究和开发， 与ASIMO一起，不断地向“未来之梦”迈进。新的ASIMO已经在行走能力上又有了新的突破，2004年12月发布的新型ASIMO已经能够达到每小时6KM的奔跑速度以及迂回行走。同时其关节自由度也达到了34个。新开发的技术根据其官方网站的描述为：主要新技术：1、新姿势控制技术为了防止高速移动产生的足部打滑和空中旋转，保持平衡状态，Honda通过利用上半身弯曲和旋转的新姿势控制理论和新开发的高速应答硬件等，使ASIMO的最大奔跑速度达到了3km/h。同时，步行速度也由原来的1.6km/h提高到2.5km/h。2、自律

38、性的连续移动技术通过地面传感器获得的周围环境信息和预先录入的地图信息等，ASIMO能够在步行的同时修正路线偏差，途中无需停歇地直接移动到目的地。通过地面传感器和头部视觉传感器发现障碍物时，ASIMO可以自身判断，迂回选择其他路线。3、配合人的活动而连贯活动的技术ASIMO通过头部视觉传感器、手腕部位新增加的腕力传感器等检测人的动作，可以进行物品交接，或配合人的动作而握手，而且能够朝着手被牵引的方向迈步等，实现了与人相配合的动作。娱乐机器人娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的，具有机器人的外部特征，可以像人，像某种动物，像童话或科幻小说中的人物等。同时具有机器人的功能，可以行走或完成动作，可以有语言

39、能力，会唱歌，有一定的感知能力。如机器人歌手，足球机器人、玩具机器人、舞蹈机器人等。娱乐机器人的基本功能主要1是使用超级AI技术、超绚声光技术、可视通话技术、定制效果技术，AI技术为机器人赋予了独特的个性，通过语音、声光、动作及触碰反应等与人交互；超绚声光技术通过多层LED灯及声音系统，呈现超绚的声光效果；可视通话技术是通过机器人的大屏幕、麦克风及扬声器，与异地实现可视通话；而定制效果技术可根据用户的不同需求，为机器人增加不同的应用效果。例如在2012年德国汉诺威国际信息及通信技术博监会的展厅里出现的一款绘画机器人它可以在10min内为人画好一幅形似且神似的简笔素描画像这比一般的街头艺术家的速

40、度要快得多。其实，它的意义不仅于此，而是充分展示了新一代自主机器人的灵活性一，绘画机器人的系统组成：绘画机器人是由德国一家机器人研究所的凯恩斯等人开发的，机器人由机器人本体、计算机和相应的控制系统组，具体的是机器人的自主能力主要来源于4个方面：中央处理器、软件、传感器和关节。要让机器人抬笔画像，首先得有灵活自如的机器关节，而且移动的灵活度要很高，才能精确地再现所画对象的面貌特征。当然，更重要的是要让机器人知道怎么画，这就要看机器人大脑的聪明度。而决定电脑智能程度的是中央处理器和软件的计算能力，有了先进的中央处理器、软件和关节，还是不够的，还需要有先进的“神经纤维”来传递信号，那就 是机器人的传

41、感器。出色的传感器可以瞬间把中央处理器的意图传递给关节让机器胳臂没有延迟地执行绘画任务。二，绘画机器人的工作原理： 机器人在绘画的过程中不会像传统画师那样不时抬头看一下被画者，然后再低头画几笔。机器人只需用摄像头“看一眼”被画者就可以了。那么，它为什么还需要10min才能完成画像呢？这是因为它分析提取被画者特征是需要时间的，移动画笔也需要时间。随着电脑运算速度的提高和软件的改进，它的绘画速度会越来越快。像一些艺术家一样，目前弗朗霍夫学会使用这款机器人分析反光效应。当光线照射在某个物体上，机器人以一个半球状活动模式环绕在物体之上，从而确保以每一角度来观看物体。例如：某一点从不同角度可以产生不同的

42、色彩。由此机器人的原理和工作过程是“咔嚓”一声，一幅图片就保存在电脑里了，凯恩斯采用了最新的面部识别技术，让绘画机器人可以提取人体面部最有特征线条。出色的传感器就瞬间把中央处理器的意图传递给关节，让机器人胳膊没有延迟的进行绘画。 三，绘画机器人的优缺点：不少人难以理解机器人专家为何去开发画像机器人。因为按照常理，现在的数码相机已经十分先进了。“咔嚓”一声，逼真的肖像就存在相机里，连上打印机，一份肖像就打印出来了。整个过程lmin之内就可以搞定。何必让机器人去折腾10min呢？这不是多此一举、大材小用吗？其实，在照相技术十分发达的今天，仍然有不少人喜欢街头画像，因为艺术家擅长抓住面部的主要特征，让画像化繁为简，绘制出艺术性而又不同于照片的肖像素描，别有一番韵味。然而，随着生活成本的上升和画像需求的减少，街头肖像画家越来越少。许多喜欢肖像素描的人难以找到画师为他们画像了。有了绘画机器人后，平均每幅肖像素描的成本可大大降低，从而再次激发人们对肖像素描的需求。机器人绘画的