机器人论文（共5则）

第一篇：机器人论文

机器人的发展现状及其未来趋势

21世纪以来,国内外对机器人技术的发展越来越重视。机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一,自问世以来,就一直备受瞩目。40余年来,有关它的研究取得了长足的进展。各种形态、功能的机器人相继面世,而未来的机器人将是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器,是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。机器人技术被认为是对未来新兴产业发展具有重要意义的高技术之一。欧盟在第七框架计划(FP7)中规划了“认知系统与机器人技术”研究、美国启动了“美国国家机器人计划”、日本、韩国在服务型机器人方面也制定了相应的研究计划,我国在国家高技术研究发展计划(863计划)、国家自然科学基金、国家科技重大专项等规划中对机器人技术研究给予极大的重视.国内外产业界对机器人技术引领未来产业发展也寄予厚望.由此可见,机器人技术是未来高技术、新兴产业发展的基础之一,对于国民经济和国防建设具有重要意义。

你初印象中的机器人是什么样子的呢?是不是说一个长的像机器人样子的玩意就是机器人呢?其实说起机器人,我们头脑里马上会联想到那些会唱歌跳舞干工作而且有头有手的小东西。其实那只是机器人的狭意理解。人们提出来机器人的定义是能够感知环境,能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。人们提出来机器人的定义是能够感知环境,能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。可以说与人类类比的话,机器人的完整意义应该是一种可以代替人进行某种工作的智能程序化及自动化设备。近些年来,机器人技术研究和应用取得了突出的进展,但仍面临着巨大挑战。

作为人类20世纪最伟大的发明之一,机器人在短短的几十年内发生了日新月异的变化。近几年机器人已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和发展,不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化,而且将对人类社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展,机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索,乃至太空作业等领域,机器人可谓是无处不在。目前机器已经走进人们的生活与工作,机器人已经在很多的领域代替着人类的劳动,发挥着越来越重要的作用,人们已经越来越离不开机器人帮助。一直以来,机器人就在逐步融入我们的生活中,每一年我们都可以看见新的机器人面世,也可以看到越来越多的机器人应用到各个领域。机器人行业的发展与30年前的电脑行业极为相似。今天在汽车装配线上忙碌的一线机器人,正是当年大型计算机的翻版。而机器人行业的利基产品也同样种类繁多,比如协助医生进行外科手术的机械臂、在伊拉克和阿富汗战场上负责排除路边炸弹的侦察机器人、以及负责清扫地板的家用机器人,还有不少参照人、狗、恐龙的样子制造机器人玩具。

机器人从面世到进入本世纪,发展不可以不谓之快,各国对其的研究与投产从未间断。据国际机器人联盟调查,2004年,全球个人机器人约有200万台,到2008年,还将有700万台机器人投入运行。按照韩国信息通信部的计划,到2013年,韩国每个家庭都能拥有一台机器人;而日本机器人协会预测,到2025年,全球机器人产业的“蛋糕”将达到每年500亿美元的规模(现在仅有50亿美元)。与20世纪70年代PC行业的情况相仿,我们不可能准确预测出究竟哪些用途将推动这个新兴行业进入临界状态。不过看起来,机器人很可能在护理和陪伴老年人的工作上大展宏图,或许还可以帮助残疾人四处走走,并增强士兵、建筑工人和医护人员的体力与耐力。

目前,我国从事机器人研发和应用工程的单位200多家,拥有量为3500台左右,其中国产占20%,其余都是从日本、美国、瑞典等40多个国家引进的。2000年已生产各种类型工业机器人和系统300台套,机器人销售额6.74亿元,机器人产业对国民经济的年收益额为47亿元,我国对工业机器人的需求量和品种将逐年大幅度增加。

在计算机技术、网络技术、MEMS技术等新技术发展的推动下,机器人技术正从传统的工业制造领域向医疗服务、教育娱乐、勘探勘测、生物工程、救灾救援等领域迅速扩展,适应不同领域需求的机器人系统被深入研究和开发。机器人技术所涉及的应用领域众多,其中包括工业机器人、移动机器人、医疗与康复机器人和仿生机器人领域等。

工业机器人已广泛应用于汽车工业的点焊、弧焊、喷漆、热处理、搬运、装配、上下料、检测等作业.在物流、码垛、食品和药品等领域,工业机器人正逐步代替人工从事繁重枯燥的包装、码垛、搬运作业.工业机器人研究的运动学标定、运动规划、控制等已有成熟的控制方案.但由于工业机器人是一个非线性、多变量的控制对象,而制造业也对机器人性能提出新需求,机器人的控制方法仍是研究重点,工业机器人技术也朝着智能化、重载、高精度、高速、网络化等方向发展.结合位置、力矩、力、视觉等信息反馈,柔顺控制、力位混合控制、视觉伺服控制等方法得到大量研究,以适应高速、高精度、移动机器人的应用广泛,覆盖了地面、空中和水下,乃至外太空.机器人利用航迹推算、计算机视觉、路标识别、无线定位、SLAM等技术进行定位;基于地图完成机器人运动路径的规划和运动控制;结合语音识别、图像识别,实现友好的人机交互,提供引导、解说、物品递送等服务.为家庭、老人、残障人服务的,具有单臂或多臂的移动机器人研究得到重视。

机器人技术的研究和应用已从传统的工业领域快速扩展到其他领域,如医疗康复、家政服务、外星探索、勘测勘探等.而无论是传统的工业领域还是其他领域,对机器人性能要求的不断提高,使机器人必须面对更极端的环境、完成更复杂的任务,因而,也为机器人研究提供了新的动力。过去的工业机器人又聋又哑,灵活性差,但是它们精确性好,效率也高。放弃了传感器,视觉系统等零部件后,可视化机器人正变的越来越普遍,功能也多了起来,这个行业正在经历急剧性的改变。通过对最近创业公司、机器人新应用以及技术发展的分析,可以发现这些改变在中国的发展趋势中已初见端倪,他们正不断的投资以及收购机器人公司。在过去的 50 多年里,制造业的工业机器人轻松地干着又脏又枯燥又危险的活,但是今天的顾客想要更加个性化的产品,想要有更快的机器人,同时成本在下降,公司高管们也希望自动化带来了更高的效率,在这个条件下,很多新的领域都出现并雇佣了移动和可视化机器人,尤其是中小企业和物流业,政府,农业,调查,建设和医疗也是如此。过去几年中,工业机器人领域的收入已经占了整个行业的销售额的 75%(据国际机器人联合会(IFR)报道)。在未来的几年里,据包括 IFR 等机构的预测,工业机器人领域将会出现两位数的年均复合增长率。无论如何,在研究工业机器人的五个最大用户国的数据中,除了中国外,其他四国的年复合增长率预测将达到 6% 到 9%,而中国则有望超过 25%。在政策刺激和自我驱动下,中国经济已经持续通过了工业化、城镇化和消费驱动增长的所有经济阶段。在机器人领域,驱动增长的因素有很多:出口汽车的质量水平要求达到能够被证明实现机器人自动化;政府 5 年多种激励计划培育本土机器人产业;不断增长的薪资改变了工人与工业机器人雇佣结构;高端工业机器人技术人才的大量需求。

如此看来,中国正在吞并买卖双方市场。不管怎样,对中国公司来说,占领国内的机器人市场需要他们支撑起当下缺失的部分,这很难,需要提高整体质量和精确度。如臂端工具,减速器和谐波传动这类零部件将需要实现本土制造,不再进口。中国风投公司正并购国际公司,同时投资国内致力于尝试完善零部件的公司和国际公司,并重新定位自己在国内的销售和制造方向。

工业机器人中在汽车领域应用的最多,多家汽车公司采用与人类和共同协作的机器人替代了旧式工业机器人,获得所需要的灵活性。这是一个由优傲开启的充满活力正在增长的的机器人领域,同时也充满了来 Kuka,ABB 和其他国际机器人公司的竞争。

这些协作机器人的主要优势是它们灵活、安全和能快速应用,还有便于训练。购买协作机器人投入生产可能不利于利润增长,但确是很好的业务,尤其是对于那些想要使用机器人的企业来说。在最近的针对农业这个对成本非常敏感的产业的调查中,我们发现很多公司都偏向于向农民提供机器人使用服务,而不是向他们售卖机器人。稀释、播种、灌溉、航空成像和分析就是这些农业机器人服务的典型案例。提供服务而不是销售产品的观念一直以来都是向市场推广未经测试过的产品的一个好方法,而相关创业公司也从中发现了规模经济的好处。分析利用无人机航拍的数据并规划出可以付诸实施的计划,这已经跨越了产业的边界,不仅仅是大型企业需要这项技术,还有石油和天然气公司、非政府组织,以及政府也希望利用这项技术来监控人类难以进入的区域。安全公司也将「机器人即服务」这一理念应用在了安保等领域。性能越来越好、价格越来越低的视觉系统,特别是低成本的 3D 视觉系统、导航系统和运动系统让很多创业公司能够为工厂、仓库和分发中心提供高效的物料搬运服务。在金融危机期间,物流行业的资本支出没有大幅增加,因为已有的系统似乎能够处理所有的载负。但是我们知道,消费者只想更快地拿到自己的货物,但物流仓库不会持续对新技术、新方法投入太多资金。进一步来说,这些新技术需要和物流行业现有的设施和系统兼容;很少有公司会为了新技术而重新建一个仓库,或者改变自己的方法和系统。中国同时也在刺激着国内的机器人产业增长。但中国在核心技术方面仍处于落后地位,所以需要一些公司成为拓荒者,用创新将产业向前推进。

通过分析已有的机器人技术研究工作,机器人技术的应用和研究显现出从工业领域快速向其他领域延伸扩展.而传统工业领域对作业性能提升的需求、其他领域的新需求,极大促进了机器人理论与技术的进一步发展.在工业领域,工业机器人的应用已不再仅限于简单的动作重复.对于复杂作业需求,工业机器人的智能化、群体协调作业成为解决问题的关键;对于高速度、高精度、重载荷的作业,工业机器人的动力学、运动学标定、力控制还有待深入研究;而机器人和操作员在重叠的工作空间合作作业问题,则对机器人结构设计、感知、控制等研究提出了确保人机协同作业安全的新要求.在工业领域以外,机器人在医疗服务、野外勘测、深空深海探测、家庭服务和智能交通等领域都有广泛的应用前景.在这些领域,机器人需要在动态、未知、非结构化的复杂环境完成不同类型的作业任务,这就对机器人的环境适应性、环境感知、自主控制、人机交互提出了更高的要求.1)环境适应性.机器人的工作环境可以是室内、室外、火山、深海、太空,乃至地外星球,其复杂的地面或地形、不同的气压变化、巨大的温度变化、不同的辐照、不同的重力条件导致机器人的机构设计和控制方法必须进行针对性、适应性的设计.通过仿生手段研究具有飞行、奔跑、跳跃、爬行、游动等不同运动能力的、适应不同环境条件的机器人机构和控制方法对于提高机器人的环境适应性具有重要的理论价值.2)环境感知.面对动态变化、未知、复杂的外部环境,机器人对环境的准确感知是进行决策和控制的基础.感知信息的融合、环境建模、环境理解、学习机制是环境感知研究的重要内容.3)自主控制.面对动态变化的外部环境,机器人必须依据既定作业任务和环境感知结果利用内建算法进行规划、决策和控制,以达到最终目标.在无人干预或大延时无法人为干预的情况下,自主控制可以确保机器人规避危险、完成既定任务.4)人机交互.人机交互对于提升机器人作业能力、满足复杂的作业任务需求具有重要作用.实时作业环境的三维建模,声觉、视觉、力觉、触觉等多种人机互的实现方式、人机交互中的安全控制等都是人机交互中的重要研究内容.针对上述问题的研究,通过与仿生学、神经科学、脑科学,以及互联网技术的结合,可能将加速机器人理论、方法和技术研究工作的进展.机器人技术与仿生学的结合,不仅可以促进高适应性的机器人结构设计方法的研究,对于机器人的感知、控制与决策方法的研究也能够提供有力的支持.机器人学与神经科学、脑科学的结合,将使得人–机器人间的应用接口更加方便,通过神经信号控制智能假肢、外骨骼机器人或远程遥操控机器人系统,利用生物细胞来提升机器人的智能,为机器人研究提供了新的思路.机器人学与互联网技术的结合,使机器人可以通过互联网获取海量的知识,基于云计算、智能空间等技术辅助机器人的感知和决策,将极大提升机器人的系统性能.机器人是人类的得力助手,能友好相处的可靠朋友,将来我们会看到人和机器人会存在一个空间里边,成为一个互相的助手和朋友。随着社会的发展,机器人将使人们从繁重的体力和危险的环境中解放出来,给人们带来更好的生活环境,使人们有更好的岗位去工作,去创造更好的精神财富和文化财富。展望21世纪,机器人将会与20世纪计算机的普及一样,深入地应用到各个领域。所以很多专家预测,在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期,也是智能机器人发展的一个关键时期。目前国际上很多国家,也对机器人对人类社会的影响的估计提出了新的认识,同时,我们也可以看到机器人技术,涉及到多个学科,机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等,它是一个国家高技术实力的一个重要标准。

我们期待机器人在未来能给我们带来更多的惊喜。

第二篇：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。1991年底世界上已有53万台工业机器人工作在各 条战线上。随后由于受到日本等国经济危机的影响，机器人产业也一度跌入低谷。近两年随着世界经济的复苏，机器人产业又出现了一片生机。90年代还出现了具有感知、决策、动作能力的智能机器人，产生了智能机器或机器人化机 器。随着信息技术的发展，机器人的概念和应用领域也在不断扩大。

机器人的现状

1、制造环境下作业的工业机器人

国际机器人联合会于1998年对世界上机器人的应用情况进行了调研，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85 000台，比1996年增长6.5%，销售额为48亿美元，比1996年减少4％。销售量上升而销售额下降主要是由于机器人单价下降和美元对其它货币之间的汇率变化造成的。预计1997～2002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。

2、非制造环境下的特种机器人

随着机器人技术的发展，机器人智能程度在不断提高，这也拓宽了机器人的应用领域，出现了一些新的发展热点。

(1)仿人机器人 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。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185 cm，体重210 kg。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160 cm，体重130 kg，与人类 更加接近。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1998～1999年；第二阶段为2000～2002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。

(2)军用机器人 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。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。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。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。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1999～2005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。

(3)水下机器人和空间机器人 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。国家高技术研究发展计划(863计划)支持研制的6000 m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。这次应用调查任务的完成不但表明了我国已掌握研制水下机器人的高技术能力和手段，而且已经进入洋底多金属结核资源的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。

(4)服务机器人 这是指能在工业、农业生产中代替人的工作，从事家庭服务和社会服务的机器人。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。

世界机器人之父恩格尔伯格认为，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。恩格尔伯格创建的TRC公司的第一个服务机器人产品是医院用的“护士助手”机器人，它于1 985年开始研制，1990年开始出售，目前已在许多国家几十家医院投入使用，且市场前景看好。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。

(5)微型机器人 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。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。

机器人技术发展预测及策略

随着人类活动领域的不断扩展和对快捷舒适生活方式的要求，同时随着计算机技术的快速发展和人工智能研究的逐步深入，在本世纪机器人技术仍将保持高速的发展态势，并将呈现以下几方面的趋势：

1、开发具有高智能的智能机器人将成为机器人技术的一个发展重点。智能机器人具有较高的思维判断能力，语言理解和表达能力，能够较好地与人类交流，并能够完成比较复杂的任务。

2、较强的自适应性将成为未来机器人的一个重要发展方向。自适应性强意味着机器人能够自发调整自己的行为状态来适应外部环境的变化，从而提高了机器人工作的稳定性。

3、在工业机器人大力普及的同时，服务性机器人将快速走进人类生活的方方面面，而且拥有较强的语言交流能力，仿人形的外部特征的仿人机器人将极大拉近人类与机器人之间的距离。

4、多机器人协作以发挥群体智能的多机器人系统将越来越受到重视。虽然随着机器人技术的发展，机器人的能力不断提高, 机器人应用的领域和范围也在不断扩展，但是对于一些复杂的任务，单个机器人不再是最好的解决方案,而由是多个机器人组成的系统。

机器人技术将是决定一个国家现代化程度的重要标志。一个国家的机器人技术要发展首先需要国家的大力扶植,即国家从政策和资金上支持本国机器人产业的发展。在日本机器人产业发展的初期,日本出台了一系列支持本国机器人发展的政策,如购买本国机器人的公司会在税收上得到优惠,大力鼓励购买国产机器人,为机器人的发展提供了良好的环境;同时国家也在科研经费上支持机器人技术的研究,并以经费引导本国机器人技术的发展方向,为以后日本成为机器人行业最大的生产国和出口国奠定了基础。其次,各科研机构应勇于创新,大胆改革,依据“需求牵引、技术驱动”的方针,闯出一条适合国情的科研、生产、销售一体化的道路,使我国成为新的机器人王国。

在21 世纪，技术的发展将加快,市场的竞争将更加激烈,如何快速发展我国的机器人技术和产业已迫在眉睫。因此,为了我国未来机器人的发展,各科研机构应当改变过去各自为政的局面,加强彼此的技术交流与合作。我们一定能够完全自主制造出自己的工业机器人，并且将工业机器人推广应用到制作与非制造等广大的行业中，提高我国劳动力成本，提高我国企业的生产效率和国际竞争力，从整体上提高我国社会生产的安全高效，为实现伟大祖国的复兴贡献力量。

郑州轻工业学院

《机 器 人 概 论》论 文

题

目：论机器人

姓

名：樊

学

号：541101010108

所在学院：电气信息工程学院

年级专业：自动化11-01

第三篇：工业机器人论文

走进科技论文

0903030409

颜卫勤

工业机器人论文

在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。其实并不是人们不想给机器人一个完整的定义，自机器人诞生之日起人们就不断地尝试着说明到底什么是机器人。但随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。

在此，我仅根据自己的所学及课本给出的定义概述一下有关机器人的定义。机器人（Robot）是1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》的剧本中，塑造的一个具有人的外表、特征和功能，愿意为人服务的机器奴仆“Robota”一词衍生出来的。根据这个定义，我们可以这样说：机器人是一个在三维空间中具有多自由度的，并能实现诸多拟人动作和功能的机器；而工业机器人（Industrial Robot）则是在工业生产上应用的机器人。

而美国机器人工业协会（U.S.RIA）提出的工业机器人定义为机器人是“一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手(manipulator)或者通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特种装置”。日本机器人协会(JIRA)的定义则是：工业机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行器(end effector)的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。可见美国机器人协会和日本机器人协会给出了相类似的定义。国际标准化组织(ISO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。而我国科学家对机器人的定义是：“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”。在我国，在工业领域内应用的机器人我们称为工业机器人。通常人们对工业机器人的定义是：工业机器人是一种能模拟人的手、臂的部分动作, 按照预定的程序、轨迹及其它要求, 实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。

工业机器人的最显著的特点简单概述为可编程、拟人化、通用性、机电一体化。

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。

工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。

示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。

具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。

清洁机器人的涵盖范围广泛，依照IFR World Robotic的分类，可分为产业型与家用型两大类，在产业型方面例如地板清洁（吸尘与洗地）、风管空调系统清洁、除草、大楼窗户清洗、水箱清洁等。目前为止应用最成功的仍属地板清洁型机器人，包括机场、大卖场、工厂、饭店大厅等大范围面积的场所，原因在于地板属于2-D几何平面，技术相对较为单纯。而家用型的地板清洁机器人（吸尘器）在近年来则快速窜起，成为市场主流产品，根据IFR World Robotics 2005的统计数据显示，服务型机器人中，清洁机器人仍是主要应用。其中家用清洁机器人更占整体服务型机器人的95%以上，其中2005-2008年更可高达447万台。

家用型清洁机器人受到热烈欢迎的主要原因在于已开发与开发中国家多以双薪家庭为主，并逐渐走向少子化与高龄化的趋势，在家庭人口结构变少的情况下，清洁工作的替代便成为新兴市场发展的重要需求，遂使的清洁机器人成为各国争相投入的技术研发重点。

随着自动化技术与人工智能的快速发展，机器人在人类的环境中扮演越来越重要的脚色。传统上机器人的应用层面多集中于工业化的生产系统与制造流程上，专门应付长时间作业、大量重复性动作、系统复杂且需要精密控制、高危险性等工作上。而近年来的演进则渐渐朝向服务型机器人的方向快速蓬勃发展。那么在我们身边有什么样的机器人呢？ 生活中常见的工业机器人有如下几种：

点焊机器人，这主要是针对汽车生产线，提高生产效率，提高汽车焊接的质量，降低工人的劳动强度的一种机器人。它的特点是通过机器人对两个钢板进行点焊的时候，需要承载一个很大的焊钳，一般在几十公斤以上，那么它的速度要求在每秒钟一米五到两米这样的高速运动，所以它一般来说有五到六个自由度，负载三十到一百二十公斤，工作的空间很大，大概有两米，这样一个球形的工作空间，运动速度也很高，那么自由度的概念，就是说，是相对独立运动的部件的个数，就相当于我们人体，腰是一个回转的自由度，我们大臂可以抬起来，小臂可以弯曲，那么这就三个自由度，同时腕部还有一个调整姿态来使用的三个自由度，所以一般的机器人有六个自由度，就能把空间的三个位置，三个姿态，机器人完全实现，当然也有小于六个自由度的，也有多于六个自由度的机器人，只是在不同的需要场合来配置。

弧焊机器人也是工业机器人中一个最重要的方面，像我们汽车的后桥，进行焊接的时候，它连续焊接，所以它的特点是连续轨迹控制，所以它要求的轨迹精度要求非常高，一般来说也是五到六个自由度，由于它焊枪比较小，所以在五到十公斤就可以了，这个方面是在国际和国内应用非常大的一类机器人，在另一方面像搬运和铆接，这些工作场合下，像搬运，主要是要求机器人有很高的速度，承载能力很多、很强，像日本的大库机器人，它可以承载三百公斤，抓取、来进行搬运和码垛。

医疗机器人，是近五年来发展比较迅速的一个新的应用领域，那么这个也可以看到几个方面，包括人是一个非常珍贵的生物，那么包括人的眼球、神经、血管都很精细，那么如果人手术的时候，医生来手术，一个是疲劳，另一个人手操作的精度还是有限的，那么这是在德国，一些大学里面，面向人的脊椎，如腰间盘突出这种病，进行识别以后，能够自动地用机器人来辅助进行定位，进行操作和手术。还有一类叫康复机器人，康复机器人像比方说，现在发病量比较大的是偏瘫和半身不遂这种病患，当他恢复治疗完以后，需要对他的肢体进行锻炼和恢复，那么如果医生是有限的，不可能一个医生，天天给一个病人进行按摩或牵引这样的工作，那么家庭的人员都上班，没有时间照顾，那么用一个机器人，可以对他的手进行牵动，天天强迫他进行锻炼，使人的肌肉的恢复达到最好，更为精细的工作像很多大学和一些医院在开发像人的脑手术，这个是很危险的事情，但是，已经得到了很好的例证，包括北航开发出了对人脑的定位和钻孔这样的工作，还包括像美国已经有一千多例机器人对人眼球进行手术，这样的机器人，还包括通过遥控操作的办法，实现对人的胃肠这种手术，大家在电视里边看到，一个机械手，大概有手指这样粗细的一个机械手，通过插入腹脏以后，人在屏幕上操作这个机器手，同时对它用激光的方法对病灶进行激光的治疗，这样的话，人就不用很大幅度地破坏人的身体，这实际对人的一种解放，是非常好一种机器人，医疗机器人它也很复杂，一方面它完全自动去完成各种工作，是有困难的，一般来说都是人来参与，这是美国开发的一个林白手术这样一个例子，人通过在屏幕上，通过一个遥控操作手来控制另一个机械手，实现通过对人的腹腔进行手术，前几年我们国家展览会上，美国已经成功的实现了对人的心脏瓣膜的手术和搭桥手术，这已经在机器人领域中，引起了很大的轰动，还包括，AESOP的这种外科手术机器人，它实际上通过一些仪器能够对人的一些病变进行检查，通过一个机械手就能够实现对人的某些部位进行手术，还包括遥操作机械手，以及多个医生可以在机器人共同参与下进行手术，包括机器人给大夫医生拿钳子、镊子或刀子来代替护士的工作，同时把照明能够自动的给医生的动作联系起来，医生的手到哪儿，照明就去哪儿，这样非常好的，一个医生的助手。

由此可见，工业机器人是人类的得力助手，随着社会的发展，大量的工业机器人把人们从繁重的体力和危险的环境中解放出来，使人们有更好的岗位去工作，去创造更好的精神财富和文化财富，机器人来做这些危险环境的工作，展望21世纪工业机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，有人说在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期，目前国际上很多国家，也对机器人对人类社会的影响的估计提出了新的认识，同时，我们也可以看到机器人技术，涉及到多个学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，它是一个国家高技术实力的一个重要标准。所以，作为当代大学生，作为一名机械专业的学生，我们的使命任重而道远。

第四篇：纳米机器人论文

纳米机器人在生物学上的应用

学号：34 姓名:100821234 学院：生命科学技术学院 班级：1008212

摘要：纳米技术与分子生物学的结合将开创分子仿生学新领域。分子仿生学模仿细胞生命过程的各个环节，以分子水平上的生物学原理为参照原型，设计制造各种各样的可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”———纳米机器人。纳米机器人的研制和开发将成为２１世纪科学发展的一个重要方向。关键字：纳米技术 纳米机器人 分子马达 1前沿：纳米机器人的研究属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基因调控网络重新设计，开发“在体”（in vivo）或“湿”的生物计算机或细胞机器人，从而产生了另种方式的纳米机器人技术。

2纳米生物学与纳米机器人

纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。涉及的内容可归纳为以下三个方面：

①在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系。

②在纳米尺度上获得生命信息，例如，利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等。

③纳米机器人的研制。

纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容。

第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的ＤＮＡ安装在基因中，使机体正常运行[1]。

第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置。

第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。

3纳米机器人不久将进入我们的生活

用不了多久，个头只有分子大小的纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。它们将为我们制造钻石、舰艇、鞋子、牛排和复制更多的机器人。要它们停止工作只需启动事先设定的程序。表面来看，上述想法近乎不可思议：一项单一的技术在应用初期就能治病、延缓衰老、清理有毒的废物、扩大世界的食物供应、筑路、造汽车和造楼房？这并非天方夜谭，也许在21世纪中叶前就可以实现。全世界的研究机构都在想方设法将这些设想变成现实。美国总统克林顿曾经宣布成立美国国家纳米研究机构，承诺提供50亿美元进行这方面的尝试。

其实，纳米技术一词由来已久。理查德·费恩曼是继爱因斯坦之后最有争议和最伟大的理论物理学家，1959年他在一次题目为《在物质底层有大量的空间》的演讲中提出：将来人类有可能建造一种分子大小的微型机器，可以把分子甚至单个的原子作为建筑构件在非常细小的空间构建物质，这意味着人类可以在最底层空间制造任何东西。从分子和原子着手改变和组织分子是化学家和生物学家意欲到达的目标。这将使生产程序变得非常简单，你只需将获取到的大量的分子进行重新组合就可形成有用的物体。事实上，每一个细胞都是一个活生生的纳米技术应用的实例：细胞不仅将燃料转化为能量，而且按照储存在DNA中的信息来建造和激活蛋白质和酶，通过对不同物种的DNA进行重组，基因工程家已经学会建造新的这类

纳米工具，例如用细菌细胞来生产医用激素。1990年 我国著名学者周海中教授在《论机器人》一文中预言：到二十一世纪中叶，纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。

3纳米机器人结构与特点

米机器人警察不在理论上，纳米机器可以构建所有的物体。当然从理论到真正实现应用是不能等同的，但纳米机械专家已经表明，实现纳米技术的应用是可行的。在扫描隧道电子显微镜帮助下，纳米机械专家已经能将独立的原子安排成自然界从未有的结构。此外，纳米机械专家还设计出了只由几个分子组成的微小齿轮和马达。（切勿将这些齿轮和马达与那些由数以百万计分子组成的用传统技术构建的微小齿轮和马达相混淆，这些机器同未来制造的机器相比较实在是太巨大了）。

25年内，纳米技术学家期望实现这些存在于科学陈列室中的想法，创造出真实的、可以工作的纳米机器。这些纳米机器有微小的“手指”可以精巧地处理各种分子；有微小的“电脑”来指挥“手指”如何操作。“手指”可能由碳纳米管制造，它的强度是钢的100倍，细度是头发丝的五万分之一。“电脑”可能由碳纳米管制造，这些碳纳米管既能做晶体管又能做连接它们的导线。“电脑”也可能由DNA制造，用适当的软件和足够的灵巧性进行武装的纳米机器人可以构建任何物质。

纳米机器人执行任何任务包括自身复制都必须动用大量的纳米机器。血液里可能存在数以百万计的纳米机器人；在每一个有毒废物地点可能需要数以万亿计的纳米机器人，要制造一辆汽车可能要调动数以一百亿亿计的纳米机器人同时工作。然而没有一个生产线可以生产如此巨大数量的纳米机器人。

但是纳米科学家眼中的纳米机器可以做到这点。他们设计的纳米机器人可以完成两件事情：执行它们的主要任务和制造出它们自身完美的复制体。如果第一个纳米机器人能够制造出两个复制体，这两个复制体每个又可制造出两个自己的复制体，很快就可 以获得万亿个纳米机器人。但是，假如纳米

机器人忘记停止复制会发生什么？如果没有一些内建的停止信号，纳米机器人忘记停止复制这种灾难的可能后果将会是无法计算的。纳米机器人在人体内快速复制能够比癌症扩散还要快地布满正常组织；一个发疯的制造食物机器人能够把地球的整个生物圈变成一块巨大的奶酪。纳米技术学家没有回避危险，但是他们相信他们能控制灾难的发生。其中一个办法是设计出一种软件程序使纳米机器人在复制数代后自我摧毁。另一种办法是设计出一种只在特定条件下复制的机器人，例如只有在有毒化学物质以较高浓度出现时机器人才能复制，或者在一个很窄的温度和湿度范围内机器人才能复制。就像电脑病毒的传播一样，所有以上这些努力都无法阻止那些不怀好意的人有意释放某种纳米机器人作为害人武器。事实上，一些批评家指出纳米技术可能的危险要大于它的益处。然而，仅仅这些利益就已经太具诱惑力了，纳米技术必将超过电子计算机和基因制药而成为新世纪的技术发展方向。世界可能会需要一个纳米技术免疫系统，这个系统中纳断地在微观世界中同那些不怀好意的机器人进行战斗[2]

。纳米机器人的动力——分子马达

分子马达（molecular motor），是美国康奈尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下，制造出的一种马达。这种微型马达以三磷酸腺苷酶为基础，依靠为细胞内化学反应提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）为能源。

美国科学家正在进行一项新研究，让纳米仪器利用为精子长距离游动提供能量的生物能为动力，用来释放药物，或者在人体内执行机械功能。

首先，这些研究人员针对精子的特殊部位，用一个可以粘贴在特殊的金表面的标签取代了己糖激酶(糖酵解的第一个酶)。这种酶即使在受到限制的时候，仍然能产生作用。接着，他们在糖酵解途经的第二个酶——葡萄糖-6-磷酸异构酶上作了标记。这种酶在受到限制后，还仍然具有活性。粘附在相同支撑物上的这些酶会依次产生作用，第一个反应的产物将会成为第二个反应的[2]李易 纳米技术取得进展【J】国外科技动态 1998.11

[3]李沐纯等.中国现代医学杂志，2003

[4]纳米机器人——分子仿生学新领基础[3]。

域《中国高新技术企业评价》2001

穆凯和特拉维斯表示，这只是在无机支撑物上复制整个糖酵解途径的最初几步，他们指出，他们的研究从原理上为精子中的糖酵解途径的组织如何在纳米设备上产生三磷酸腺甙提供了一个天然的工程学解决方案。我国在纳米机器人研究上的进展

一台能够在纳米尺度上操作的机器人系统样机由中国科学院沈阳自动化所研制成功，并通过了国家“863”自动化领域智能机器人专家组的验收。在一个演示中，沈阳自动化所的研究人员操纵“纳米微操作机器人”，在一块硅基片上１×２μｍ的区域上清晰刻出“ＳＩＡ”三个英文字母（沈阳自动化所的缩写）；另一个演示显示，在一个５×５μｍ的硅基片上，操作者将一个４μｍ长、100ｎｍ（纳米）粗细的碳纳米管准确移动到一个刻好的沟槽里。据介绍，由重庆科研人员开发的这种名为“OMOM胶囊内镜系统”的纳米机器人医生已经是第二次被列入国家“863计划”，前一次获得了该计划500万元基金支持，并于2004年获得“863计划”专家组验收，但这种机器人目前还只能钻进人的肚子里通过传输图像“瞧病”，还没有治病的本事。参考文献

[1]姜忠义 纳米生物技术【M】 北京 化学工业出版社 2003

第五篇：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：