机器人导论论文

第一篇：机器人导论论文

关于智能机器人的学习报告

姓名：XXX

学号：XXXXXXXXXXXX

专业：自动化

班级：2012-4

【摘要】人类社会发展至今，经历了蒸汽机，电气，信息3大工业革命，这三次巨大的变革彻底改变了人类社会的发展与进程。而如今，机器人技术的发展可以视为第四次工业革命。从世界上第一个机器人诞生到现在，机器人技术经历了一个长期而缓慢的发展过程。随着计算机技术、微电子技术、网络技术等一系列相关的飞速发展，机器人技术也得到了长足的发展。不仅工业机器人水平不断提高，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了很大的进展。机器人技术代表了机电一体化技术的最高研究成果，涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多门学科，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。机器人的研究、制造和应用程度，在一定程度上代表了一个国家或公司科技水平和经济实力。目前，国际上各大公司都在竞相研制各类先进机器人，以向世人展示其强大的工业实力。

【关键字】分类 结构 硬件组成 研究热点 发展趋势

一、机器人分类

机器人按其智能程度可分为一般机器人和智能机器人。

一般机器人是指不具有智能，只具有一般编程能力和操作功能的机器人。到目前为止，在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态；二是运 动要素，对外界做出反应性动作；三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考采用什么样的动作。感觉要素包括能感知视觉、接近、距离的非接触型传感器和 能感知力、压觉、触觉的接触型传感器。这些要素实质上就相当于人的眼、鼻、耳等五官，它们的功能可以利用诸如摄像机、图像传感器、超声波传感器、激光器、导电橡胶、压电元件、气动元件、行程开关等机电元器件来实现。对运动要素来说，智能机器人需要有一个无轨道型移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼 梯、坡道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。在运动过程中要对移动机构进行实时控制，这种控制不仅要包 括位置控制，而且还要有力度控制、位置与力度混合控制及伸缩率控制等。智能机器人的思考要素是三个要素中的关键，也是应赋予机器人的必备要素。思考要素包 括判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。这些智力活动实质上是一个信息处理过程，而计算机则是完成这个处理过程的主要手段。

智能机器人根据智能程度的不同又可分为三种：

(1)传感型机器人——具有利用传感信息(包括视觉、听觉、触觉、接近觉、力觉和红外、超声及激光等)进行传感信息处理及实现控制与操作的能力。

(2)交互型机器人——机器人通过计算机系统与操作员或程序员进行人-机对话，实现对机器人的控制与操作。

(3)自主型机器人——在设计制作之后，机器人无需人的干预，能够在各种环境下自动完成各项拟人任务。智能机器人的研究从20世纪60年代初开始。经过几十年的发展，目前，基于感觉控制的智能机器人(又称第二代机器人)已达到实际应用阶段；基于知识控制的智能机器人(又称自主机器人或下一代机器人)也取得较大进展，已研制出多种样机。

二、机器人的结构组成

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五大部分组成。具体如下：

执行机构——即机器人本体，其机械臂部分一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）称为关节，关节个数通常等于机器人的自由度大小。出于仿生学拟人化的考虑，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——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一系列动作。它的输入值是电信号，输出值是线位移量和角位移量。机器人使用的驱动装置大部分是电力驱动装置，当然也有采用液压、气动等进行驱动的机器人。

检测装置——其作用是在机器人运行实时检测机器人的运动及工作情况，根据实际需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构发出调整指令，以保证机器人的动作按照预定的要求进行。

控制系统——根据进行方式分类有两种。一种被称为集中式控制，即机器人的全部控制交由一台计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台计算机来分担机器人不同部分的控制。而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）控制等。

目前来讲，机器人在工业应用最为广泛（约占70％到80％），而工业机器人中应用最广的是机械臂，目前一般机械臂的自由度数不超过6个，而有的时候工厂为了降低制造成本，在满足一般生产要求动作的情况下，反而适当地减少l到2个自由度以使效率最大化。从技术观点出发，把机器人手臂的6个自由度分成两部分，即臂部确保3个自由度，腕部为l到3个自由度，这样的分配方法，符合臂部3个自由度决定它在空间的位置，腕部3个自由度决定它的姿态的技术要求。

机器人臂部的3个自由度可以由移动副和转动副以不同形式的组合而成，而这种组合形式不仅决定了机器人手臂的运动坐标形式，同时也决定了机器人手臂在空间运动范围内的不同的形状。各种坐标形式不同的臂部运动，即运动范围分为以下四种：直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标和关节型。

三、机器人的硬件组成

机器人系统具有3个基本部件：机械手、控制器及动力源。在某些机器人系统中可以看到第4个部件，端部执行件，有关这些部件将在下面小节描述。这些微信息处理器不是8位、16位就是32位的信息处理器。这种功能使控制器的运行具有非常好的柔性。

控制器可通过通讯线路发出电子信号，发出能与机械手各轴线进行沟通的电信号，机器人机械手与控制器之间这种双向交流可使系统的位置及运行维持在不断修正及更新得状态下，控制器还可以控制安装在机器人手腕端部的任意工具。

控制器还有与工厂中不同计算机开展交流的任务，这个通讯网络可使机器人成为计算机辅助制造（CAM）系统的一部分。

根据上述基本定义，机器人是一台可再编程序的多功能机械手。所以，控制器必须包含某种形式的记忆存储器，以微信息处理器为基础的系统常与固态记忆装置连同运行。这些记忆装置可以是磁泡、随机存取记忆装置、软塑料磁盘或磁带。每种记忆存储装置均可存储编程信息以便以后回忆使用。

动力源是向控制器及机械手供给动力得装置，有两类动力供给机器人系统。一类动力是供控制器运行的交流点动力，另一类被用于驱动机械手各轴。例如，若机器人的机械手由液压或气压装置控制，则控制信号被发送到这些装置才能使机器人运动。

每个机器人系统均需要动力来驱动机械手，这种动力既可由液压动力源、气压动力源，也可以由电力动力源提供，这些动力源是机器人工作单元总的部件及设备中的一部分。

当液压动力源与及机器人机械手底座相连接，液压源产生液压流体，这些流体输送到机械手各控制元件，于是，使轴绕机器人底座旋转。

压力空气被输送到机械手，使轴沿轨道作直线运动，也可将这种气动源连接到钻床，它可为钻头的旋转提供动力。一般情况下，可从工厂得供给站获取气动源并做调整，然后将它输入机器人机械手的轴。

电动机可以是交流式的，也可以是直流式的。控制器发出的脉冲信号被发送到机械手得电机。这些脉冲为电机提供必要的指令信息以使机械手在机器人底座上旋转。

用于机械手轴的三种动力系统任一种均需要使用反馈监督系统，这种系统会不断地将每个轴位置数据反馈给控制器。

每种机器人系统不仅需要动力来开动机械手的轴，还需要动力来驱动控制器，这种动力可由制造环境的动力源提供。

在大部分机器人应用的场合见到的端部执行件均是机械手手腕法兰相连接的一个装置，端部执行件可应用于生产领域中许多不同场合，例如，它可用于捡起零件，用于焊接，或用于喷漆，端部执行件为机器人系统提供了机器人运行时必须的柔性。

通常所设计得端部执行件可满足机器人用户的需要。这些部件可由机器人制造商或机器人系统的物主制造。

端部执行件事机器人系统中唯一可将一种工作变成另一种工作的部件，例如，即日起可与喷水割机相连，它在汽车生产线上被用于切割板边。也可要求机器人将零件安放到磁盘中，在这简单的过程中，改变了机器人端部执行件，该机器人就可以用于其它应用场合，端部执行件得变更以及机器人的再编程序可使该系统具有很高的柔性。机器人技术最经常使用的传感器分为接触式的与非接触式的。接触式传感器可以进一步分为触觉传感器、力和扭矩传感器。触觉或接触传感器可以测出受动器端与其他物体间的实际接触，微型开关就是一个简单的触觉传感器，当机器人得受动气端与其他物体接触时，传感器是机器人停止工作，避免物体间的碰撞，告诉机器人已到达目标；或者在检测时用来测量物体尺寸。力和扭矩传感器位于机器人得抓手与手腕的最后一个关节之间，或者放在机械手得承载部件上，测量反力与力矩。力和扭矩传感器有压电传感器和装在柔性部件上的应变仪等。

非接触传感器包括接近传感器、视觉传感器、声敏元件及范围探测器等。接近传感器和标示传感器附近的物体。例如，可以用涡流传感器精确地保持与钢板之间的固定的距离。最简单的机器人接近传感器包括一个发光二极管发射机和一个光敏二极管接收器，接收反射面移近时的反射光线，这种传感器的主要缺点是移近物对光线的反射率会影响接收信号。其他得接近传感器使用的是与电容和电感相关的原理。

传感器有静态探测与闭环探测两种使用方法。当机器人系统的探测和操作动作交替进行时，通常就要使用传感器，也就是说探测时机器人不操作，操作时与传感器无关，这种方法被称为静态探测，使用这种方法，视觉传感器先寻找被捕捉物体的位置与方向，然后机器人径直朝那个地点移动。

相反，闭式探测的机器人在操作运动中，始终受传感器的控制，多数视觉传感器都采用闭环模式，它们随时监测机器人的实际位置与理想位置间的偏差，并驱动机器人修正这一偏差。在闭环探测中，即使物体在运动，例如在传送带上，机器人也能抓住它并把它送到预定位置。

为使机器人完成各种任务和动作所执行的各种控制手段。作为计算机系统中的关键技术，计算机控制技术包括范围十分广泛，从机器人智能、任务描述到运动控制和伺服控制等技术。既包括实现控制所需的各种硬件系统，又包括各种软件系统。最早的机器人采用顺序控制方式，随着计算机的发展，机器人采用计算机系统来综合实现机电装置的功能，并采用示教再现的控制方式。随着信息技术和控制技术的发展，以及机器人应用范围的扩大，机器人控制技术正朝着智能化的方向发展，出现了离线编程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。多种技术的发展将促进智能机器人的实现。

四、机器人的研究热点和发展趋势

机器人技术虽然已经取得了很大的发展，但是在很多方面还是有待完善。目前机器人技术的研究方向有如下几类：

机器人机构技术——目前研究重点是机器人新的结构、功能及可实现性，其目的是使机器功能更强、柔性更大、满足不同目的的需求，同时研究机器人一些新的设计方法，探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载自重比，并且机器人机构向着模块化、可重构方向发展。

机器人控制技术——目前重点研究开放式、模块化控制系统，努力使人机界面更加友好，使机器人操作系统具有良好的语言及图形编辑界面，同时机器人的控制器的标准化和网络化以及基于PC机网络式控制器也成为研究热点。

数字伺服驱动技术——目前正研究利用计算机技术，探索高效的控制驱动算法，提高系统的响应速度和控制精度。同时利用现场总线（FILDBUS）技术，实现分布式控制。

多传感系统技术——目前研究热点集中在有效可行的（特别是在非线性及非平稳非正态分布的情形下）多传感器融合算法，以及解决传感系统的实用化问题。

机器人应用技术——机器人应用技术主要包括机器人工作环境的优化设计和智能作业。优化设计主要利用各种先进的计算机手段，实现设计的动态分析和仿真，提高设计效率和优化；智能作业则是利用传感器技术和控制方法，实现机器人作业的高度柔性和对环境的适应性，同时降低操作人员参与的复杂性。目前用于实践的机器人作业主要靠人的参与实现示教，缺乏自我学习和自我完善的能力。这方面的研究工作刚刚开始。

机器人网络化技术——网络化使机器人由独立的系统向群体系统发展，使远距离操作监控、维护及遥控脑型工厂成为可能，这是机器人技术发展的一个里程碑。目前，机器人仅仅实现了简单的网络通讯和控制，网络化机器人是目前机器人研究中的热点之一。

机器人灵巧化和智能化发展——机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。

参考文献：

[1]2009-2011中国工业机器人发展趋势与前景分析报告 [2] 韩建海《工业机器人》 [3] 郭绍义《机械工程概论》

[4] 李允明《国外仿人机器人发展概况》

第二篇：机器人导论(感想)（范文）

至诚

至坚

博学

笃行

机器人导论

论文题目: 我眼里的机器人

姓名:朱咸刚

学号：Z01114065

我眼里的机器人

--------朱咸刚

（Z01114065）

一直以来都对机器人都是有着极其强烈的兴趣的，觉得能让一个没有生命的东西做到人能做到的事情是很神奇的。终于，大二的这个学期后期，“机器人导论”这门课让我第一次更加直观的见识到了什么是机器人，第一次让我感觉到机器人离我并不是那么遥不可及。

虽然说，这门课只是仅仅开了三节课，但其中所让我们见识到的却是远远超于三节课所教的。老师通过她对于个人机器人的独特见解，再结合自己在制作机器人的独有的经历，很生动的诠释了一个机器人的产生是有着很多的辛酸和泪水的，并不是我们想的那么简单的。的确，那么一个神奇的东西，又怎么会简单呢？听着老师说着制作机器人的过程中的复杂程度，我想我们仅仅靠想象是没法体会其中的真实得。但是我们的兴趣在此过程中也越发的强烈了，也只有如此有挑战的东西，才能激起我们内心强大的学习欲望，时刻的内心有个声音在呐喊着：我要做出一个机器人。

这是怎么样的一份荣耀啊。

下面，我就结合上课老师说的，和自己平时所了解到的，简单的说一下，我眼里的机器人。

机器人是自动控制机器的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗，机器猫等）。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称作机器人。在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或者协助人类工作。理想中的高模拟机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人类智慧、材料学和仿生学的产物，目前科学界正在向此方向研究开发。有关机器人的话题，我们更多的实在科幻作品里有过了解。

或许你觉得科幻作品中出现的高端机器人也只能存在于人们的幻想中，可我觉得不一定，人类对机器人需求呈现越来越多的趋势，例如人们要求生产工业型机器人、军事型机器人、生活型机器人、医疗型机器人等。由于机器人的发展涉及到机械、电子、控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，故而机器人的不断发展必然会对科技提出越来越高的要求，因此对有关机器人的科技也就要求日益精进了。当然，信息技术无疑是其中比较重要乃至不可或缺的一部分。因为随着机器人技术的不断发展，必然会逐渐向以人为中心的个人化方向发展，并将服务于人类生活的各个领域，因而必然会对机器人的网络化和智能化提出更高的要求，而这些就必然会要求信息技术得到更好的发展以满足人类的要求。

随着高新技术的发展，各种类型的军用机器人已经大量涌现，一些技术发达的国家相继研制了智能程度高、动作灵活、应用广泛的军用机器人。目前军用机器人主要是作为作战武器和保障武器使用。在恶劣的环境下，机器人的承受能力大大超过载人系统，并且能完成许多载人系统无法完成的工作，如运输机器人可以在核化条件下工作，也可以在炮火下及时进行战场救护。在地面上，机器人为联合国维和部队排除爆炸物、扫除地雷；在波黑战场上，无人机大显身手；在海洋中，机器人帮助人清除水雷、探索海底秘密；在宇宙空间，机器人成了火星考察的明星。现在世界上正在研制或已投入使用的军用机器入主要有以下几种。本次军事机器人介绍周将每周介绍一种军用机器人。欢迎观注。2004年10月26日 第一天 地面机器人 地面军用机器人主要分为智能机器人和遥控机器人。按其功能可分为：排雷(弹)机器人、侦察机器人、保安机器人，甚至还研制有地面微型军用机器人。

全自主机器人美国于1984年开始研制第一台地面自主车辆，可以在人不干预的情况下自己在道路上行驶。992年美国研制出时速75公里的自主车。目前仍有许多技术难题未解决。但地面自主车的研制大大推动了遥控机器人的发展。

排雷(弹)机器人使用排雷机器人不仅可以加快扫雷破障的速度，而且还大大降低了人员的伤亡。如美国研制的“交通警察”战场机器人，它安装了多种传感器，可用于探测建筑物、掩体、隧道等处的地雷；“蜜蜂”式控雷器则具有较快的飞行速度，可以迅速而准确地发现地雷的位置，并通过自身携带的炸药对地雷进行引爆。在1982年爆发的马岛战争中，英国海军就曾用法国研制的的机器人，清除阿根廷布设的水雷。而英国陆军的排弹机器人在拆除恐怖分子放的各种类型的炸弹工作中屡建奇功，备受欢迎。

侦察机器人高技术条件下的战场环境更加复杂，使用机器人不仅可以进入难以涉足的恶劣环境中侦察，而且一旦机器人不幸被“俘”，则可以通过预先设置的程序自动引爆“以身殉职”。美国海军陆战队的GSR侦察机器人是由M114装甲人员输送车改装的，上面装有15台微处理器、卫星导航接收机、声学临近传感器、激光测距机、磁罗盘和一台高分辨率的摄像机等。摄像机装在一个由计算机控制的平台上。如果没有外部导航，该车可以自主地跟踪其它车辆越过障碍物。

由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。

同时在我看来，机器人的出现并高速发展是社会和经济发展的必然，是为了提高社会的生产水平和人类的生活质量。机器人可以为人类提供更多的劳动力，人们可以让机器人做那些人们做不了、不愿做或做不好的事，例如，人们可以让机器人做火山探险、空间探索等人类难以完成的工作，也可以让机器人做喷漆、重物搬运等对人体有害的工作，也可以让机器人那些单调枯燥的重复性劳作等。

机器人发展到现在，已经出现或者人们想象的机器人越来越多，例如，护士机器人、脑外科机器人、消防机器人、导游机器人、水下探索机器人、农林业机器人、军用机器人、娱乐机器人等，可以说随着机器人的不断发展，机器人将会逐渐向人类社会走近并将影响着人类社会的各行各业的发展乃至影响到人类生活的方方面。

借助人类为机器人建立的信息平台，机器人的发展有着极好的前景，随着机器人的发展，人们可以借助机器人让人类社会的生产力提高到一个更高的水平，那将会更好地促进人类社会的发展。当然，就目前乃至以后很长地一段时间来说，机器人不会创造，这或许是社会发展的局限性，因而那些创造性的发展还是要依靠人类整体，可以说离开了人类，社会的发展将会停滞不前。由此可见，机器人充其量只能辅助人类，而并不能主导社会的发展，这也是人类不允许发生的。可以说，人类才是社会的永远的主导力量，机器人只能是人类的附属。

不过，在人类不断地让机器人更加智能化，自然不能抹灭会出现像《机械公敌》中桑尼一样的具有独立的行为和思考能力的机器人的可能性。随着人类为机器人不断创造更佳的程序，我相信是会出现智慧程序的，甚至会让机器人能够像人类一样具有独立行为和思考的能力。真到了那个时候，阿西莫夫提出的“机器人三定律”也许也不管用了。不过，那时人类应该具有了控制这些机器人的方法，因为没有人会想被自己创造的机器人反制。

相信随着机器人技术的发展，人类利用机器人的领域会越来越广泛，而机器人也会变得与人类社会息息相关，因为他们的出现大大提高了社会生产力，推动了产业的发展，而且可以为人类做很多有益的事，是现今人类社会发展必不可少的推动力。

最后，感谢老师带领我们揭开机器人神秘的面纱，让我们进一步了解和学习到机器人的相关知识，开拓我们的视野，使我们受益匪浅。谢谢您！

第三篇：材料导论论文

年级：2012

专业：软件工程

姓名：董斐

学号：***1

金属陶瓷高分子材料的特点与应用

人类的生活与生存都离不开各种各样的材料。人类根据材料的种类，将人类漫长的历史分为了三大时代：石器时代,青铜时代，和铁器时代。可见不同的材料的出现，推动了历史的发展，为人类的进步发挥了巨大的作用！

一．首先是金属材料。金属材料不是最早被人类使用的，但却是应用最广泛的一种材料。金属的种类很多，可以说每一种金属都有各自独特的性质。生活中最常见的金属要数铁了，而钢是铁和碳的合金。纯净的铁即铁的单质在生活中不常见，因为，纯净的铁容易氧化，而且很脆。钢铁具有耐变形、强度高、耐磨性好、硬度高、价格低、寿命长等特点。因此钢铁被广泛的应用于生活的各个方面。例如：建筑、交通、电器等等。但是钢铁同样具有一些缺点：易生锈、密度高、怕潮湿腐蚀等。为了解决这些问题，我们可以对其进行电镀、喷涂、发黑、发蓝等处理。

铝材同样也是一种常见的金属材料。铝材通常是以率胆汁为主要原料，同时添加增加强度、硬度、耐磨度等性能金属元素。如碳、镁、硅、硫等，组成多种合金。铝材具有不生锈、设计变化快、模具成本低等特点。铝材不易生锈主要与铝的性质有关，铝在空气中容易被氧化，而氧化形成的氧化铝覆盖在了铝的表面，形成了一层致密的氧化铝薄膜。这层薄膜阻止了内层的铝被氧化。铝材可以制成铝合金门窗，一些高档的汽车架构也是由铝合金制成的。比如劳斯莱斯的车身全部由铝合金制成，不仅节省了重量，还增强了强度。

日常生活中常见的金属还有镁、铜、金、银、汞等。其中镁合金具有高强度和刚度，有良好的铸造性和减震性能，质量性。镁合金常被应用于汽车行业，一些重要的汽车零部件常由镁制造。如座椅骨架、仪表盘、转向盘、变速器外壳等。有些高档的跑车甚至用全镁合金的车身，如布加迪威龙，他曾经以五百多公里的时速打破世界纪录。铜主要应用于电子产业，它以其优良的导电性和价格低的特点成为导电材料的最佳选择。金和银因其性质稳定而且存量少外表亮丽，常被用来制作首饰，其实金和银的导电性要强于铜的。汞的俗名为水银，被用来制作温度计，因为它在常温下为液态，汞也是唯一一种常温下为液态的金属单质。

我们还经常听说钛、记忆性合金、稀有金属等一些较为先进的金属材料。钛合金与铝镁合金相比，具有强度更高、抗腐蚀性能良好、抗疲劳性能良好、导热性小、受热不易变形等特点。因此钛合金常被应用于航空航天领域。用作航天器发动机的叶片等。在医学方面钛合金可以制作成人造关节、骨架代替坏死的骨组织。形状记忆性合金是一种能够记忆原有形状的金属材料。是一种智能材料。当合金的温度低于某一温度，受到一定的有线强度的热变形后，可由加热的方式使其恢复到形变前的形状。记忆性合金可以用来制作航天器巨大的天线，可以制作成眼镜框等。稀土材料可以制作成超导体、高折射率的玻璃、电池电极、相片镜片、催化剂氧化剂等。我国的稀土资源富饶，但是正在被盲目的开采，大量的稀土资源流向国外，稀土资源是我国宝贵的资源，我们应当更加重视它保护它！

二．陶瓷材料。陶瓷是陶器和瓷器的总称。陶器和瓷器的特性存在一定的差异。陶器是在新石器时代（即公元8000~2000年）出现的，瓷器比陶器出现的晚。陶瓷是将粘土萃取后烧成的。700度左右烧成的即是陶器，1200度左右烧成的是瓷器。陶的密度较低，内部有孔，花盆即使一种陶器，由于它有孔可供空气进入到土壤中，有利于植物的生长；而瓷器的密度较大，没有孔，因此它完全不吸水，而且耐高温腐蚀，家里的碗就是瓷器。

我们生活中常见的陶瓷一般是普通的陶瓷。它的脆性、均匀性、可靠性、韧性、强度上都有一定的缺陷。人们采用高纯度人工合成的原料利用精密控制烧结成的特种陶瓷，具有特殊的性能，能够适应各种各样的需要。特种陶瓷具有特殊的力学、光、电、声、磁等性能。特种陶瓷是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料。其抗压强度较高，抗拉强度较低，塑性和韧性很差。再热性能方面，特种陶瓷在高温下化学性能良好，导热性相对于金属材料较低。当温度发生变化时，陶瓷的形变很小。电性能方面，大多数陶瓷是具有良好的绝缘性的。铁电陶瓷可以在外电场的作用下改变形状。有极少数的陶瓷具有半导体的性能，可以做整流器。同时某些陶瓷还具有独特的光学性能，比如透明陶瓷。

利用陶瓷的力学性质，我们可以把陶瓷作为结构材料，做成切具切割金属；利用特种陶瓷的热性能，我盟将它做成隔热层，能够有效的保温；利用陶瓷的绝缘性，我们将陶瓷做成电压的绝缘器件，这一点应用极为常见。利用电陶瓷的特性，可以将其制作成电容、扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等；利用陶瓷的光学性，可以将其制成固体激光器材料、光导纤维、光存储器等。

还有一些特种陶瓷具有独特的性质，可用作高温轴承，在腐蚀介质中的密封环，电热偶套管大型计算机记忆远见等。

由于陶瓷的成本越来越低、来源广泛、技术成熟，它有着广泛的应用前景。三.高分子材料。高分子材料是指以高分子化合物为主要成分的材料，一般来讲高分子化合物的分子质量应在10000以上。高分子材料的特性有：高分子材料的强度低，但是由于高分子材料密度很低，故其比强度较高；高分子的强性模量很低，但其具有很优秀的强性性能；高分子材料还具有粘弹性，高度耐磨性，高绝缘性，膨胀系数大，导热性低，热稳定性差化学稳定性高，易老化等特点。

随着社会的发展高分子材料已经渐渐地开始通入我们的生活之中。通过对高分子材料的特殊处理和应用，高分子材料在我们的生活中发挥除了巨大的作用！可以说人类已经进入到了一个高分子时代！当我们环顾四周，发现我们的杯子是由高分子材料制成，桌子添加入了高分子材料使其变得更结实；书本的封面上覆盖了一层高分子材料做成的薄膜，使其不易被污浊；手中的笔有高分子材料做成的笔杆；眼镜片和框都是由高分子材料制作成的；再看看我们身上穿的衣服也是由高分子材料做成的。看来，高分子材料已经充满了我们日常的生活。

不仅仅是日常中。再能也上，高分子材料被应用于种子处理：人们将高分子材料通过各种方法包裹在种子表面，改变种子外观和形状，便于机械播种。在环保方面，人们正在开发可降解的高分子材料。尤其是可生物降解的高分子材料，因为它的污染最小而且研发的方向较为广泛。也许不久以后人们使用后的高分子材料可以直接埋掉，几天后就会被微生物“吃掉”。

金属、陶瓷、高分子材料已经深入融合到我们的生活当中。有时它们是单一出现，有时它们会有机的结合在一起。我想我们只有更加了解每一种材料的特性，才能更好地将它们应用到恰当的地方。人类仍为此而努力，相信会有更加丰富的材料被人类发现或创造出来，我们的生活也会因为这些材料变得更加美好！

第四篇：机器人设计论文

绿化植树机器人设计

摘要：

这个机器人是针对大量绿色植树而设计的，利用机械四足作为其活动方式，机器人通过视频识别系统在有限范围内对地形与植被作出判断，然后通过自动行走系统移动到目标地点前面，再通过机械手取出携带的植物幼苗，通过这个可以360度旋转的机械臂进行种植工作，机械臂可以进行种植、培土、等工作。种植完成后还将用一层可分解的塑料薄膜覆盖植物幼苗，保证其在能够自行成长前的安全。

关键词：

绿化植树、四足行走、山坡作业、视频识别、机械臂操作

设计背景：

地球现在正面临着绿色植被在不断减少的危机，而人类也因为这样要面对日益严峻的环境问题。大量植树还原绿色植被是一个相当重要的手段来解决这个难题，但是依靠人力去做的话，效率始终不够高。所以在这里我想设计一个专门用于大作业量的绿化植树机器人。

设计思路：

这个机器人，是需要面对山坡这样的陡峭地形的，由于特殊的使用环境，机器人的活动方式要求能够灵活的应对颠簸不平的土地，机械四足需要能够根据不同的地势调整四足的高度，确保平稳的行走，这种活动方式才能使机器人轻松到达山崖大部分位置。移动起来必须十分的轻巧，以避免对其他植物的伤害。由于这个机器人对视频识别有着较高的要求，所以必须在这方面有所突破，同时当发现有杂草或者有害植物的时候，还可以通过高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。360度旋转的机械臂可以保证种植过程的顺利进行。

详细具体设计方案：

一． 整体结构：

1.整个机器人分成上下两大部分，上部分是机械手臂，主要实现机器人的整个种植操作，下部是机器人的机身和四足，包括：植物幼苗存放仓、红外线距离测量仪、摄像头、电脑处理系统。

2.机器人是通过电力驱动的，所以必须携带储电池，也是安装在机身。二． 中央处理系统：

机器人的机身将安装一个中央处理系统，作为机器人的大脑，它主要调节机器人三大系统：机械四足行走系统、机器人视觉系统、机械臂控制系统。中央处理系统要接收和分析红外线距离测量仪、摄像头、机械臂传感器等反馈信息，以及控制四足的行进系统、机械臂操作等。三． 机械四足行走系统： 1.机械四足的形状：

一开始的时候，我曾经很困惑于如何把握行走稳定与行走速度之间的平衡，后来设想出仿人类四肢的关节加上圆形的脚盘这个方案，总体感觉可以满足行走的需要。2.如何实现行进：

参考了机械小狗的设计，将机械四足连接在机器人的中央处理系统而成为一个整体，接受中央处理系统的控制。每次改变一个机械足的位置，实现整个机器人的行

走。

3.如何保持位置稳定：

在机器人机身安装有3个红外线距离探测器，当机器人识别到了目标之后，三个探测器同时从3个方向测量其与目标的实时距离，这样就可以确定机器人和目标的相对三维位置。确定了相对位置之后，将数据传送给中央处理系统。再次调节四足关节处的角度以及脚盘关节处的角度，让机器人可以平稳的站立。四． 机器人视觉系统：

1.识别原理：

当机器从人移动到距离目标五米范围内，就开始识别目标的过程了。负责识别目标地点的摄像头就安装在机身上。

识别的工作原理是根据环境颜色和形状的不同作判断，再通过视频摄像和经过中央处理系统程序计算识别出来的。2.摄像头要求：

由于工作需要，摄像头的视角范围必须足够大。因此摄像头的形状设计为圆球形，好像眼球一样可以转动。

五． 机械臂夹持系统：

当目标已经识别出来之后就应该开始收集工作了。这个机器人的收集垃圾的工作是通过外夹式机械臂来完成的。1.手指类型：结合课堂知识，机械臂的手指类型选择是由被握持物件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同而决定的。由于这个机器人针对的目标是装有植物幼苗的器皿，因此机械手指的设计采用针对圆柱形物件的特殊中空手指，你也可以说没有手指，可以直接将圆柱状的幼苗器皿卡住，种入泥土中。另外内面将采用柔性材料镶衬橡胶来增加摩擦力。

2.驱动装置：采用直流伺服电机驱动机械臂的各个关节。3.除草系统：通过识别系统识别出杂草或者有害植物的时候，还可以通过手臂中的高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。

六． 植物幼苗存放仓：

植物幼苗存放仓将安装在机器人机身上部，以轻型塑料制作，为仓盒状，可以有透明的材料遮挡恶劣的天气环境。仓的下部安装有平衡测试仪器，防止装幼苗的时候由于重心变化而导致机身倾斜。七． 可能遇到的实际问题：

这只是一个机器人的理论设计而已，我也想到了一些实际上可能遇到的问题，比如：具体的行走效率有多高？遇到坡度太大的地形，如何保证安全的攀登上去？机器人是采用电力驱动的，但电池的体积和质量都不能太大，如何可以保证电力的持久供给？

简易设计图：

第五篇：智能机器人论文

湖南农业大学课程论文

学 院： 工学院 班 级：11级机械1班 姓 名： 曾强 学 号：201140614114 课程论文题目：未来智能机器人

课程名称：MCS-51单片机原理、接口及应用 评阅成绩： 评阅意见：

成绩评定教师签名：

日期： 2014年 5月 12日

未来智能机器人

摘要：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。近二十年中，因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展，“智能机械人”的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来，成为一种综合科研能力的开发活动。

关键字:智能，CPU，拟人化，人性化

（一）机器人的结构组成及工作原理

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。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，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。

检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据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。

控制系统有两种方式。一种是集中式控制，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。

（二）机器人的未来发展

机器人的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械手、机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。大而言之，用之于太空开发，月球车，深海探测器，海洋石油开采，航天飞机机械臂等，小至微型手术机械，生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异，从拆弹机器人、清除机器人到无人驾驶飞机、自动化战车，有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样，是机器人的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开发，都将因机器人的大量登场而出现产业革命。英国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾邮件及网上搜寻引擎的出现而闻名，在最近公布的科技展望五十年的预测中，其中就有数条是关于机器人的。未来的机器人将会朝着三个方面发展：

一、与人类的生活更为密切地结合起来，以为人提供更多服务作为要素

二十年后，家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示，该公司生产的家用大扫除机器人产品，2002年只有一百二十万美元销售额，到2012年已猛增50倍以上。还有，家居的全自动化，无需驾驶的自动汽车等等，实在无法一一计数或做出估计。

二、仿生性，生物性的大趋向

以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如日本三菱重工附属公司Ryomei Engineering研制成功的金色机械鱼“金鱼虎”长1公尺，重25公斤，是一只不小的巨鱼，能自动畅游于水中，可协助监察桥梁的保安和搜集鱼汛的情况，监视河水污染等。索尼公司研制的Aibo机器狗会对主人声音有情绪反应，已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪，将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外，电影《侏罗纪公园》的恐龙机器人等也是例子。这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送，甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心，已具相当规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底为渔网所缠，困于190米下的深海，就得助于英国的“天蝎”号救援艇之助而脱险的，“天蝎”号就是海底机器人。

三、最重要的发展是人性化

日本举行的万国博览会，被称为机器人的大集合之展览会，有人甚至将之称作“机器人万国博览会”，从中亦可看出日本的这一产业优势及成果。在展场中，接待处、大会清扫工作、警备工作等，多以机器人的形式出现与取替。博览会期间还举办多项人与机器人有关的活动，其中最引人注目的还是人工智能及人性化的机器人的表演，譬如接待处的一位女性机器人能听、说六国语言，而且说话时眼、嘴皆会动，面部肌肉也有活动。造型奇特有趣的高尔夫球机器人“坎迪—5”，它内置整个高尔夫球场的3D地形和球会会员的资料，并设置有全球卫星定位系统，能作360度自如旋转，它的系统将愈加精密，并更具人性化，科学家预计在2020年完成其全部制作时，它可充当球童并可从旁给予击球建议。此外，尚有具“视觉”、“味觉”的机器人，它的红外线测定可以对食物及饮品的成份、含量马上做出判定，譬如将一只苹果摆在其手臂前，可以打印出该只苹果的糖份、维生素含量等。最引人注目的是机器人管乐队的演奏，以机器人演奏真正的乐器，而且队形不断变换，演奏技术臻于上乘。东京大学于今年八月公布已开发出人的仿真性皮肤，可如人一样感受冷热、痛楚、温度反应，甚至一些人的皮肤未具有的功能都可以设定，这对仿造机器人的生命性又是一大进步。凡此种种，不一而足。

在世纪之交，生物遗传工程因“克隆人”的出现而引致伦理、法律及道德问题的争议，“克隆人”能否问世仍然是一个未知数，但机器人的研发正在取而代之，以越接近人性化为追寻目标。因而还为之出现了新的名词，比如人工智能（简称AI），并以下述二个英文名字用来指人类模样的机器人：androids和humanoids。西方的电影导演在谈到影视中出现的非常人性化的机器人时，更常常使用这些有明确倾向的专用词： A、变得人性化—humanize B、人性化的—humanized C、人道、仁慈—humanity。

我国的机器人研发工作基本上属于科学研究的项目，据说，中国科学院目前已造出说话时嘴唇能够活动、眼睛能转动、具视觉功能的机器人，其水准可媲美日本同行其实，机器人的制作绝对并非只是液压机械与电子产品的混成物，要将机器人造得越来越有人性化，就要兼及生命医学、传感、光学及创造性的文化产业等方面，比如机器人的关节就需要研究中医的经络学、生物学上的神经刺激反应以及文化产品的某种造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英国的科学家甚至预言，到2020年，随着机器人愈来愈精密和使用有机零件制造，它们将会受到“机器人权”的保护。

在美、日、德、法、韩等国，机器人产业的开发正在日受重视，一般采取所谓的“官产学”形式。“官”即政府的制定政策及倾斜支持，调整产业结构。据情报显示，日本政府正在调整全国的产业制造结构，名古屋中部地区的未来产业为新型汽车工业，以大阪为中心的关西地方将以机器人产业为主，东京地区以资讯情报化为中心等等；“产”即产业界的自我分类的研究与开发，并将之变成产品，取得经济效益；“学”即学校设置专门的学科，教材则与以往不同，非全盘为学校教授所写，有一些则由产业研究所编写教材，利用电脑技术介入，反过来向大学师生出售。而专门出售机器人制作的教科书、教材及装配零件、专门杂志等也已成行成市，许多公司改变既有行业，转而生产为此服务的产品。那么，这是否将导致一场工业革命？现在断言尚为时过早。但可以预计的是，未来20年，机器人产业将成为未来新产业的一个领先潮流，在现代化的高科技战争中，机器人将发挥越来越大的战斗作用，从而减少前线士兵的人命伤亡，并以奇技利器克敌制胜。

总结 ：世界上先进的工业化国家都十分注重机器人的研究开发、实用化及产业化的动向，投入大量的资金、人力，优化环境及指标，特别是重视培养年轻人对此未来科学的兴趣，吸引他们的投入，以形成人材梯队，锻造出新的产业队伍。随着科学技术的飞速发展，未来的机器人将更加智能化。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正在引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。

参考文献：

1.《人工智能的未来》 陕西科学技术出版社

作者：杰夫·霍金斯

2.《人工智能:一种现代的方法》 清华大学出版社

2006 05