第一篇:机器人研究进展之我见
机 器 人 研 究 进 展
院系:班级:姓名:学号:
机器人研究进展
(一)机器人定义
机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作,例如生产业、建筑业,或是危险的工作。
它可以说是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。目前在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。
现在,国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来,人们都可以接受这种说法,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人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。
(二)机器人的研究进展
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。
1、可以假乱真的“女”机器人亮相世博会
05年6月9日,日本大阪大学的一名教授(右)在爱知世博会上调试一个仿真机器人。这个“女性”机器人不仅外表酷似真人,还能模仿播音员讲话,同时头部、上肢和上身能活动。“味觉”机器人亮相世博会
新华网东京6月10日电(记者何德功)世界首个“味觉”机器人9日在日本爱知世博会亮相,这款机器人能够准确辨别出数十种食物。
据《富士产经商报》9日报道,这款“味觉”机器人由日本电气公司和三重大学联合开发。虽然名为“味觉”机器人,但它辨别食物并不是通过食物的味道,而是通过不同食物特有的“红外指纹”。
不同食物反射红外线的能力不同,并因此形成各自独有的“红外指纹”。“味觉”机器人的左手尖安装有红外线探测装置,能够获取所“品尝”食物的“红外指纹”。经过与数据库资料的对比后,就可以判断食物的名称。专家认为,“味觉”机器人用途广泛,可以用类似技术开发智能冰箱等新型家电产品。
2、日本爱知世界博览会展览会游泳的机器人
6月9日,在日本爱知世界博览会机器人展览中,由日本三菱重工业公司研制的鱼形机器人吸引了不少观众。该款机器人长1米、重25公斤,可在水中自主游动。三菱重工1999年曾研制出两种鱼造型的机器人
3、山东省动物机器人研究获突破
“动物机器人”又称“机器人动物”或“智能动物”,即用人工电信号控制动物的神经系统,使动物变成“机器人式”的动物。山东科大刚刚完成的这组实验,就是用计算机产生具有一定规律的电信号编码,通过植入大白鼠脑内的数根微电极将这些电信号施加到具有特定功能的神经核团,从而使大白鼠在神经核团的控制下实现左转、右转、前进等特定动作。
(三)机器人的未来发展
未来的机器人将会朝着三个方面发展:
一、与人类社会的生活更为密切地结合起来,以为人作出更多的服务作为要素
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2004年已猛增10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作出预计。
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,它可充当球僮并可从旁给予击球建议。此外,尚有具“视觉”、“味蕾”的机器人,它的红外线测定可以对食物及饮品的成份、含量马上作出判定,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。
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。
(四)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、实用化及事业化(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一辈对此一未来科学的兴趣,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引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。
第二篇:工业机器人的研究进展
工业机器人的研究进展
工业机器人是广泛适用的能够自主动作,且多轴联动的机械设备。它们在必要情况下配备有传感器,其动作步骤包括灵活的,转动都是可编程控制的(即在工作过程中,无需任何外力的干预)。它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的的加工工具,以及能够执行搬运操作与加工制造的任务。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。
20世纪50年代末,美国在机械手和操作机的基础上,采用伺服机构和自动控制等技术,研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置,并将其称为工业机器人;60年代初,美国研制成功两种工业机器人,并很快地在工业生产中得到应用;1969年,美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后,各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。
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。
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。那么工业机器人的应用背景都有哪些呢?自从1959年,美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人,取名“尤尼梅逊”.后。经过四十多年的发展,工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中,尤其是在汽车产业中,工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,机器人都已逐步取代了人工作业。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高,机器人的应用范周还在不断地扩大,已从汽车制造业推广到其他制造业,进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外,在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多,如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。
工业机器人技术研究经历了艰难的过程和历史,它浓缩了人们智慧的结晶!机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作。西周时期,我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人,这是我国最早记载的机器人。春秋后期,我国著名的木匠鲁班,在机
械方面也是一位发明家,据《墨经》记载,他曾制造过一只木鸟,能在空中飞行“三日不下”,体现了我国劳动人民的聪明智慧。
1662年,日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶,并在大阪的道顿堀演出。1738年,法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器鸭,它会嘎嘎叫,会游泳和喝水,还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。19世纪中叶自动玩偶分为2个流派,即科学幻想派和机械制作派,并各自在文学艺术和近代技术中找到了自己的位置。在机械实物制造方面,1893年摩尔制造了“蒸汽人”,“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。进入20世纪后,机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持,一些适用化的机器人相继问世,1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”,并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人,装有无线电发报机,可以回答一些问题,但该机器人不能走动。1959年第一台工业机器人(可编程、圆坐标)在美国诞生,开创了机器人发展的新纪元。
现代机器人的研究始于20世纪中期,其技术背景是计算机和自动化的发展,以及原子能的开发利用。自1946年第一台数字电子计算机问世以来,计算机取得了惊人的进步,向高速度、大容量、低价格的方向发展。
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。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。作为机器人产品最早的实用机型(示教再现)是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似,但外形特征迥异,主要由类似人的手和臂组成。1965年,MIT的Roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。1967年日本成立了人工手研究会(现改名为仿生机构研究会),同年召开了日本首届机器人学术会。1970年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。1970年以后,机器人的研究得到迅速广泛的普及。1973年,辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人,它是液压驱动的,能提升的有效负载达45公斤。到了1980年,工业机器人才真正在日本普及,故称该年为“机器人元年”。
随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展,使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高,移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展,推动了机器人概念的延伸。80年代,将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人,这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用,而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间,水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世,许多梦想成为了现实。将机
器人的技术(如传感技术、智能技术、控制技术等)扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——机器人化机器。
目前国内外所研究的工业机器人都有哪些分类呢?从机器人的用途来分,可以分为两大类:一军用机器人:1地面军用机器人2无人机3水下机器人4空间机器人和二民用机器人:1服务机器人2娱乐机器人3累人机器人4农业机器人!
地面机器人:地面机器人主要是指智能或遥控的轮式和履带式车辆.地面军用机器人又可分为自主车辆和半自主车辆。自主车辆依靠自身的智能自主导航,躲避障碍物,独立完成各种战斗任务;半自主车辆可在人的监视下自主行使,在遇到困难时操作人员可以进行遥控干预。无人机:科学技术先进,国力较强,因而80多年来,世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的。水下机器人:水下机器人分为有人机器人和无人机器人两大类:有人潜水器机动灵活,便于处理复杂的问题,担任的生命可能会有危险,而且价格昂贵。无人潜水器就是人们所说的水下机器人,“科夫”就是其中的一种。它适于长时间、大范围的考察任务,近20年来,水下机器人有了很大的发展,它们既可军用又可民用。空间机器人:空间机器人是一种低价位的轻型遥控机器人,可在行星的大气环境中导航及飞行。为此,它必须克服许多困难,例如它要能在一个不断变化的三维环境中运动并自主导航,几乎不能够停留,必须能实时确定它在空间的位置及状态,要能对它的垂直运动进行控制,要为它的星际飞行预测及规划路径。
服务机器人:服务机器人是一种可自由编程的移动装置,它至少应有三个运动轴,可以部分地或全自动地完成服务工作。这里的服务工作指的不是为工业生产物品而从事的服务活动,而是指为人和单位完成的服务工作。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,可以有语言能力,会唱歌,有一定的感知能力。类人机器人:研制出外观和功能与人一样的机器人是科学家们梦寐以求的愿望,也是他们不懈追求的目标。农业机器人:由于机械化、自动化程度比较落后,“面朝黄土背朝天,一年四季不得闲”成了我国农民的象征。但近年农业机器人的问世,有望改变传统的劳动方式。在农业机器人的方面,目前日本居于世界各国之首。
当今工业机器人的发展趋势主要有:1 工业机器人性能不断提高(高度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降。2 机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。3 工业机器人控制系统向基于 PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化,网络化;器件集成度提高,控制柜日渐小巧,采用模块化结构,大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。4 机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟
应用。5 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新型装置已成为国际研究的热点之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域。
总体趋势是,从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移,从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为 灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。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。
第三篇:我国机器人发展战略之我见
我国机器人发展战略之我见
一、机器人在教育领域的应用
作为一名职业学校的机械专业老师,我认为在日常教学中可以使用许多辅助教学的机器人,智能化是信息化发展的潮流,机器人又是同学们的最爱,而把适合于学生学习掌握的智能机器人引入教学中,不仅能够打破课堂上单一的学习软件使用与操作的现状,更是丰富了教学内容、拓展教学手段。譬如,在理论教学中,我们可以设计和开发像iPhone手机中的Siri功能一样的智能机器人老师,学生可以在课堂上进行自主学习,通过对Siri的提问和查找资料,完成学习任务,最终再通过智能机器人老师的考核,达到学习目标。如果研发出智能机器人老师,我觉得首先将会大大减少一个老师带四五十个学生这种效率不高的传统教学方式的压力,其次教师可以从大局上把握教学过程的控制,导入教学和教学过程皆可以由学生自主的借助智能机器人老师完成,这样也可以培养学生学习的独立性。
在职业学校实习教学中,教师既要进行讲解还要在机床上进行示范操作,由于学生人数众多,不能保证所有学生都能清晰的看到教师的示范操作,如果能够设计出代替教师示范的机器人,就可以让多个机器人站在多台机床边,让他们按照教师的要求示范,教师则负责讲述,这样就可以让学生全方位观察机床的使用操作。在机械加工的安全教学问题上,如果有了机器人,可以创造一种实验场所,把一些在生产中会出现的安全问题,让机器人代替我们进行一些破坏性的实验,而让学生亲自观看试验情况,这会对学生在安全生产中有很大的警示作用,必然比口头强调的效果更为突出。
任何事物的出现,都必然有优点和缺点。所以也要意识到在教学中引入智能机器人要注意“度”的把握,智能机器人老师不可以代替人类老师,因为毕竟没有达到真正人类老师的智能化程度,所以在引入智能机器人老师教学的初级阶段,仍然要把他当做为一种教学工具,不能完全代替教师,只能代替教师完成简单和重复的教学环节,不可再重复建构主义的路途。
此外,本人认为智能化机器人将会在未来社会发展成为一种潮流和趋势,这种趋势是必然的,而到那个时候,各行各业都会因为智能机器人的出现而出现变
革,如同计算机和网络改变人类生活和生产一样,智能机器人则是下一个神话的缔造者。识时务者为俊杰,作为教师的我们应该有这种长远的眼光,今后一定要努力创造和紧紧把握接触学习机器人知识的机会!根据当前服务机器人的发展热点,选择了教育机器人、医疗机器人和家庭清洁机器人三大子领域,简要介绍国内外主要厂商及代表产品。
教育机器人主要是应用于机器人竞赛和课堂教学。国内外教育机器人的设计与应用活动丰富多彩。目前, 全球每年有一百多项机器人竞赛, 参加人员从小学生、中学生、大学生、研究生到研究者。国际上主要的机器人竞赛有: 国际机器人奥林匹克竞赛、FLL机器人世锦赛、机器人世界杯足球赛等。我国每年有几十到上百支代表队参加这些国际竞赛活动。我国教育部门也在政策上加以引导, 积极把教育机器人引入课堂教学。各地的重点中小学中均开展了机器人兴趣小组活动, 有条件的地方甚至己经开始在学生中全面开展机器人教育。北京、上海、广东、浙江、江苏、湖北等省市已经先后将教育机器人纳入地方课程。在机器人教育活动积极开展的同时, 对于教育机器人基础开发平台的研究也得到了蓬勃发展。国内外出现不少相关产品。国外产品如丹麦乐高公司的RCX课堂机器人、美国General Robotics 公司的RB5X教育机器人、德国慧鱼集团(FISCHER)的创意组合模型等。国内有上海未来伙伴机器人有限公司的能力风暴机器人、北京通用依耐特技术开发有限公司的通用ROBOT教学机器人等,此外,南京紫光科教仪器有限公司、广州中鸣数码科技有限公司等在业界也有一定的知名度。
1、丹麦乐高(LEGO)公司
乐高(LEGO)公司创办于丹麦,至今已有78年的发展历史。乐高公司是世界著名的玩具制造商,其销量始终列于世界十大玩具之列。目前乐高积木走俏全世界,在130多个国家里占有市场。乐高RCX课堂机器人是一款优秀的科技教育产品。这一独创性的教育工具是由美国麻省理工大学、美国TUFTS大学、乐高公司和美国国家仪器公司共同开发研制的。它将模型搭建和计算机编程有效地结合在一起, 使孩子们能够设计自己的机器人,在计算机上编写程序,然后通过算机相连的红外发射器将程序下载到机器人的大脑—RCX微型电脑中。启动RCX的开关,机器人就可以完全脱离计算机,按下载程序的指令独立运动起来。例如,通过使用光电传感器,学生可以让机器人沿着一定的路线前进或绕某一物体转动 2
或是藏在暗处等。
2、美国General Robotics公司
RB5X是一个专供教学使用的全智慧教学机器人,拥有完整的教案及教程,它由美国General Robotics 公司研制,主要用于辅助课堂教学, 帮助学生锻炼提高听、说、读、写能力,学习学科知识、电脑知识。学生可经过编程来控制RB5X说多国语言,让它行走、旋转、跳舞和捡拾物品。此外,RB5X具备各种感应器(如声纳、触觉感应等)。利用RB5X可开展一系列活动锻炼学生的分析问题、解决问题、逻辑思维能力和培养团队协作精神。目前RB5X型教育机器人已被美国各州以及其他西方发达国家的中小学、初高中和大学普遍采用。
3、德国慧鱼(FISCHER)集团
德国慧鱼(FISCHER)集团总部座于德国南部黑森林的图木岭,创建于1948年。迄今为止,慧鱼集团在全球拥有33家全资子公司,全球化生产基地分别位于阿根廷、巴西、中国、德国、意大利、捷克和美国。1964年,慧鱼创意组合模型(fischertechnik)诞生于德国,是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型,是展示科学原理和技术过程的理想教具,也是体现世界最先进教育理念的学具,为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造,尺寸精确,不易磨损,可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度;构件的六面都可拼接,可实现随心所欲的组合和扩充。慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列,涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科,体现不同学科知识点的各种组合包,不仅可以应用于中小学各个年级学科教学、还可以用于大学不同专业以及研究生工程实验和技术创新活动。通过慧鱼模型的使用,不仅可以让孩子将多学科多领域的综合知识融会贯通于实践过程中,更重要的是培养了他们的创新意识和创新能力。
4、上海未来伙伴机器人有限公司
上海未来伙伴机器人有限公司成立于1996年,是全球第一家专业从事伙伴机器人业务的尖端技术企业。1998年,公司面向全球率先发布第一台教育机器人产品,经过十多年发展,公司已成为全球教育机器人产业的开拓者与领导者。2005年,未来伙伴成功研制了中国第一台战术移动机器人,从此正式进入公共 3
安全领域,开始为政府提供高稳定性反恐排爆机器人,目前是中国便携式排爆机器人的开拓者与领域者。目前,公司拥有五大机器人品牌:能力风暴/能力源/进化力/创新核/龙卫士,产品涵盖机器人竞赛、创新教育、机器人技术研究、反恐、家用等领域。其中,能力风暴机器人主要有AS-MII系列、AS-ET系列、AS-MF系列以及VJC软件编程系统。AS-MII是专门为中小学机器人教育而开发的新一代智能移动机器人。图形化交互式C语言(简称VJC)是用于该系列产品的软件开发系统, 具有基于流程图的编程语言和交互式C语言(简称JC)。VJC为开发智能机器人项目、程序与算法、教学等提供了操作简单而功能又强大的平台。
5、北京市通用依耐特技术开发有限公司
北京市通用依耐特技术开发有限公司是致力于教育信息化产品开发、生产、销售的高新科技企业。公司拥有一支研发、技术、销售、服务为一体的高新技术队伍。公司机器人事业部拥有国内知名的机器人专家和专业的研发、设计和营销人员。开发研制的通用ROBOT教学用机器人系列产品,用于普教、职教以及大学计算机语言、电子技术、单片机、机器人课程教学,课外科普教育活动以及相关竞赛。该产品已通过中国机械工业教育协会、中国教育学会中小学计算机教育专业委员会组织的专家鉴定。
6、南京紫光科教仪器有限公司
南京紫光科教仪器有限公司是国际机器人教育联合会中国地区的事务局,也是中国青少年电脑机器人竞赛组委会委员单位、国际机器人奥林匹克委员会会员单位。公司把先进的教育理念引进到中国,并在中国推广青少年机器人教育计划。公司在热衷于科技创新的同时,致力于社会科学的普及,倡导基础素质教育。公司提供的教育机器人系列作为中小学信息技术课程的一个很好的载体,正在被越来越多的学校所接受。其教育机器人系列产品主要有飞虫(通过飞虫翅膀的振动,掌握齿轮传动的应用;并通过尾巴的摆动来学习伺服电机的应用)、避障车(避障车是利用红外传感器来感应周边环境,遇到障碍物主动避开的机器人。通过此机器人的学习,可以使学生对红外传感器有一个感官的认识)、叉车(叉车是模拟现实生活中叉车形状,利用直流电机控制齿轮,齿轮带动齿条上下移动的机器人。通过此机器人的学习,使学生了解齿条的运动形式)、机器狗(机器狗是模仿宠物狗形状的机器人,它利用三个红外传感器感应信号,感应到物体之后 4
便向感应的方向进攻、跟踪),等等。
7、广州中鸣数码科技有限公司
广州中鸣数码科技有限公司是一家专门从事教学机器人、娱乐机器人、实验机器人、仿生机器人产品研发的高科技企业。公司的产品涵盖了从拼装机器人的零件、学习套件到机器人玩具产品,相关服务包括了从机器人知识推广、培训到举办相关的机器人竞赛、展览活动。目前,广州中鸣数码公司拥有一系列具有自主知识产权的机器人产品,已成功研制并申请专利的产品有:积木式机器人,IQ系列智能机器甲虫,15自由度6足机器兽,15自由度4足机器狗,6自由度机器手等最具代表性的机器人产品、学习套件以及控制软件。这些产品体现了当今科技的潮流和前瞻的意识,达到国内外的领先技术水平。产品广泛应用于生活娱乐、青少年科技教育、机器人理论研究、机械人控制等各个领域。此外,公司为推进机器人教育事业的普及,还向用户提供相关专业化的培训服务,包括:机器人教学课程设计、机器人工作室方案设计及建设、机器人竞赛培训及指导和机器人课程校本教材的编写等。
二、机器人的发展战略
美、欧、日是工业机器人主要生产国家和地区,掌握着大多数的核心技术,德国库卡、瑞典ABB、日本安川、发那科四大巨头占据了全球一半的工业机器人市场。目前,美、德、日、韩等发达国家都已形成了各具特色的发展模式。美国模式的特点是整体研发设计与对外采购机器人本体相结合,重在系统开发与应用。德国模式的特点是一揽子“交钥匙工程”,即机器人本体的生产和用户所需要的系统设计制造全由一家机器人厂商完成。日本模式的特点是产业链整体推进,即以机器人本体及其零部件研发和生产为核心,由子公司或系统集成公司设计制造各行业所需要的机器人成套系统。韩国模式是采购与成套设计、集成相结合。机器人企业通常通过进口关键零部件,自行设计、制造配套的外围设备。
习近平总书记在今年的两院院士大会讲话中专门用一段话来论述机器人,充分体现了该领域对经济社会发展的重大意义。机器人代表新的经济和生活形态,是新型制造业的核心装备,是人类生活的智能助手,其创新应用正在推动智能产业的兴起。中国正处于“创新驱动发展 经济转型升级”的关键时期,发展机器人产业对中国意义深远。
三、机器人的应用前景和领域
研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动,以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业,因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展,工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合,己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业,也都开始使用机器人。
从机器人的用途来分,可以分为两大类:军用机器人和民用机器人。军用机器人主要用于军事上代替或辅助军队进行作战、侦察、探险等工作。根据不同的作战空间可分为地面军用机器人、空中军用机器人(即无人飞行机)在民用机器人中,各种生产制造领域中的工业机器人在数量上占绝对多数,成为机器人家族中的主力军;其它各种种类的机器人也开始在不同的领域得到研究开发和应用。总体看来,若按用途分,民用机器人可以分为以下几个主要类别:
工业机器人:制造工业部门应用机器人的主要目的在于削减人员编制和提高产品质量。机器人无论是否与其它机器一起运用,与传统的机器相比,它具有两个主要优点:
1.生产过程的几乎完全自动化。2.生产设备的高度适应能力。
机器人的工业应用分为四个方面,即材料加工、零件制造、产品检验和装配。其中,材料加工往往是最简单的。零件制造包括锻造、点焊、捣碎和铸造等。检验包括显式检验(在加工过程中或加工后检验产品表面图像和几何形状、零件和尺寸的完整性)和隐式检验(在加工中检验零件质量上或表面上的完整性)两种。装配是最复杂的应用领域,因为它可能包含材料加工、在线检验、零件供给、配套、剂压和紧固等工序。在农业方面,已把机器人用于水果和蔬菜嫁接、收获、检验与分类,剪羊毛和挤牛奶等。这是一个潜在的产业机器人应用领域。
在一些科幻影片、电视片或影碟中,多少具有外形的机器人常被用来协助或代替人去执行人不乐意做或危险和困难的任务。今天在现实生活中能够看到的最接近于人类的机器人可能要算家用机器人了。家用机器人能够清扫地板而不碰到家具。不过它的价格目前还较高,影响到它的推广应用。随着家用机器人造价的大幅度降低,它将获得日益广泛的应用。
服务机器人尚处于开发及普及的早期阶段,目前国际上对它还没有普遍承认的严格定义,它的定义是由操作型工业机器人引伸而来的。根据国际机器人联合会(IFR)采用的初步定义,所谓服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人,它完成的是有益于人类健康的服务工作,但不包括那些从事生产的设备。另一种定义把服务机器人看做一种可自由编程的移动装置,它至少有三个运动轴,可以部分地或全自动地完成服务工作。这些服务工作为个人或单位完成的,不指工业生产服务。
根据这个定义,操作型工业机器人也可以看作是服务机器人,如果它们装备在非制造业的话。服务机器人往往是可以移动的(并非总是移动的)。在某些情况下,服务机器人是由一个移动平台构成,在它上面装有一只或几只手臂,其控制方式与工业机器人手臂的控制方式相同。
服务机器人还有送信机器人、导游机器人、加油机器人、建筑机器人、农业及林业机器人等。其中,爬壁机器人既可用于清洁,又可用于建筑。
中国作为亚洲第三大的工业机器人需求国,市场发展稳定,汽车及其零部件制造仍然是工业机器人的主要应用领域,随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移,我国的机器人市场会进一步加大,市场扩展的速度也会进一步提高。
近年来,我们在研究文化创造性产业时,发现国外正在兴起一个与文化产业、科学技术有紧密关系的未来产业——机器人的研究、开发及制造,参与者除了传统从事学术研究的科技工作者、大学研究梯队、企业产品的专门研究人员之外,更有一大批的青少年积极加入此一新兴的科学技术新潮流之中。
中国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支持已经取得了较大进展,工业机器人市场也已经成熟,应用上已经遍及各行各业,但进口机器人占了绝大多数。我国在某些关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人则很少。目前我国机器人技术相当于国外发达国家20世纪80年代初的水平,特别是在制造工艺与装备方面,不能生产高精密、高速与高效的关键部件。我国目前取得较大进展的机器人技术有:数控机床关键技术与装备、隧道掘进机器人相关技术、工程机械智能化机器人相关技术、装配自动化机器人相关技术。现已开发出金属焊接、喷涂、浇铸装配、7
搬运、包装、激光加工、检验、真空、自动导引车等的工业机器人产品,主要应用于汽车、摩托车、工程机械、家电等行业。
四、最有可能形成产业化的机器人种类和应用形式
笔者认为最有可能形成产业化的机器人种类分别为工业机器人、医用机器人以及服务机器人。
1、工业机器人的应用形式有:现在工业机器人主要用于汽车工业、机电工业(包括电讯工业)、通用机械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其它重型工业和轻工业部门。
2、医用机器人研制用来为病人看病、护理病人和协助病残人员康复,能够极大地改善伤残疾病人员的状态,以及改善瘫痪者(包括下肢及四肢瘫痪者)和被截肢者的生活条件。医用机器人已应用于下列几方面:
(1)诊断机器人,即配备有医疗诊断专家系统的机器人
(2)护理机器人,是一些具有丰富护理经验的机器人护士或护师。
(3)伤残瘫痪康复机器人,包括假肢、矫形以及遥控等技术。
(4)家用机器人,机器人已开始进入家庭和办公室,用于代替人从事清扫、洗刷、守卫、煮饭、照料小孩、接待、接电话、打印文件等。酒店售货和餐厅服务机器人、炊事机器人和机器人保姆已不再是一种幻想。
(5)娱乐机器人,包括文娱歌舞和体育机器人。(6)医疗手术机器人近年来有所突破。
3、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。
第四篇:聚氨酯研究进展
聚氨酯树脂的研究进展
摘要:本文综述了聚氨酯目前研究热点,其中包括氟硅改性、水性化、非异氰酸酯聚氨酯和聚氨酯纳米复合材料的研究,指出了聚氨酯未来研究方向。
关键词:聚氨酯;氟硅改性;水性;非异氰酸酯;纳米复合材料
Research progress of polyurethane
Abstract:This article reviews the current research focus of polyurethane, including fluorine-modified, water-based, non-isocyanate polyurethane and polyurethane nano-composites, demonstrating future research directions of polyurethane.Keyword: polyurethane;fluorine-modified;non-isocyanate;nano-composites
引言
聚氨酯树脂(PU)是一种重要的合成树脂,它具有优良的性能,如硬度范围宽、强度高、耐磨、耐油、耐臭氧性能优良,且具有良好的吸振,抗辐射和耐透气性能,具有高拉伸强度和断裂伸长率,良好的耐磨损性、抗挠曲性、耐溶剂性,而且容易成型加工,并具有性能可控的优点;它的产品形态多样,如泡沫塑料、弹性体、涂料、胶黏剂、纤维素、合成革等;因此广泛应用于交通运输、建筑、机械、家具等诸多领域。
1.氟硅改性
氟硅改性聚氨酯是目前研究的热点之一,氟硅具有独特的化学结构,其表面能较低,因此在成膜过程中向表面富集,可赋予改性聚合物涂膜优良的耐水、耐油污、耐候、耐高低温使用性能以及良好的机械性能。常有两种: 一种方法是将含有羟基或胺基的硅氧烷树脂或单体与二异氰酸酯反应,将有机硅氧烷引到水性聚氨酯中,利用硅氧烷的水解缩合交联来改善聚氨酯的性能;另一种方法是在环氧硅氧烷作为后交联剂引入到体系中,形成环氧交联改性聚氨酯体系。Cheng(Cheng, Zhang et al.2005)等人基于聚丙二醇(PPG),聚醚接枝聚硅氧烷(PE-PSI),2,4丁二醇(BDO)合成一个新颖的硅氧烷改性聚氨酯(PE-PSI)。Luo(Luo, Huang et al.2010)等人基于异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),以二端羟烷基聚[甲基-(3,3,3-三氟丙基)]硅氧烷(PMTFPS)为软段,聚己内酯(PCL)的混合软段的基础上,合成氟-硅氧烷改性聚氨酯系列。Linlin(Linlin, Xingyuan et al.2007)等以2,4-甲苯二异氰酸酯、二端羟丁基聚二甲基硅氧烷(DHPDMS)、聚四氢呋喃醚二醇、1,4-丁二醇为主要原料合成了系列的有机硅改性聚氨酯(Si-PU)。硅烷改性聚氨酯的研究十分活跃,以聚氨酯为主链通过硅烷封端改性,是一个重要的发展方向。Mahdi(Mahdi, Syed Z.Rochester Hills et al.2001)通过硅烷偶联剂改性聚氨酯,提高了聚氨酯密封胶对玻璃的粘接性,而且不用底涂剂,甚至可胶接油漆面和有机物污染的表面。Sun, DX(Sun, Miao et al.2011)等用硅烷偶联剂(SiCA)改性功能化的纳米二氧化硅聚氨酯,提高其热稳定性、硬度、耐水性和耐候性。Xu(Xu, Lu et al.2011)等利用2-三氟甲基-4,4'-二氨基二苯醚合成了一系列含氟聚氨酯弹性体,性能测定结果表明含氟聚氨酯弹性体具有较低的表面张力,更好的疏水性、热稳定性、良好的机械性能和阻燃性能。
2.水性聚氨酯
20世纪60年代以来,溶剂型聚氨酯得到了广泛的使用,然而有机溶剂使用时造成空气污染,具有或多或少的毒性,水性聚氨酯以水为基本介质,具有不污染环境、节能、操作加工方便等优点,已受到人们的重视(仝锋 2000;颜俊, 涂伟萍 et al.2001)。水性聚氨酯按照分散粒子是否带电可分为离子型和非离子型, 而离子型水性聚氨酯按照聚氨酯主链上的带电性质又可分为阴离子型、阳离子型和两性离子型。LU(Lu, Tighzert et al.2005)等利用蓖麻油改性的水性聚氨酯与热塑性淀粉共混,试验表明,两者具有较好的相容性,这种改性弥补了热塑性淀粉的耐水性、物理机械性能方面的不足,为高性能的可降解淀粉塑料的研究提供了理论支持。Tyre(Tyre 2008)等人对作为木地板涂料的水性聚氨酯-丙烯酸混合物与油性产品的硬度、耐磨性和耐化学性坐了详细比较。Zhang(Zhang W)等人以聚醚多元醇、聚酯多元醇、异氰酸酯、二羟甲基丙酸、三乙烷、羟乙基丙烯酸酯为原料,合成作为水性油墨连接料的水性聚氨酯乳液,制成的水性油墨不燃,无毒,无害,环境友好,既安全又节能。Yang.Z(Yang Z 2010)等人以水和非羟基溶剂作为混合溶剂,得到环硫氯丙烷单体和巯基改性聚氨酯混合水性乳液,该乳液可以用作高效、环保的工业废水汞离子吸附剂。Lagiewczyk(Lagiewczyk and Czech 2011)等基于羟基聚丁二烯(HTPB),聚丙二醇(PPG),二羟甲基丙酸(DMPA)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)制备水性聚氨酯的压敏粘合剂(PU-PSA),其具有低粘性,低附着力和良好的凝聚力。
3.非异氰酸酯聚氨酯
20世纪90年代开始, 发达国家重视非异氰酸聚氨酯(NIPU)的开发与应用,在欧美国家正逐步实现工业化,在涂料、弹性体、胶粘剂等行业的应用大有与常规异氰酸酯竞争之势(Rokicki 2000;Figovsky and Shapovalov 2002;Yu, Yuan et al.2009)。NIPU由环碳酸酯齐聚物与胺类齐聚物反应制得, Garipov RM(Garipov, Sysoev et al.2003)等研究了环碳酸酯与胺的反应动力学特征。Kim(Kim, Kim et al.2001)等利用二氧化碳在相转移催化剂(PTC)作用下与二缩水甘油醚和双酚S的反应产物(DGEBS)反应制备二元环碳酸酯。Tamami(Tamami, Sohn et al.2004)等[利用环氧大豆油(ESBO)在催化剂作用下于110 ℃与二氧化碳反应合成大豆油环碳酸酯(CSBO),进而与胺类化合物反应可合成NIPU。Oleg Figovsky(Oleg Figovsky 2007)等研究了星形环碳酸酯的制备和其在合成星形羟基NIPU齐聚物、星形NIPU、星形杂化NIPU中的应用,同时还研究了丙烯酸环氧化合物、丙烯酸环碳酸酯、丙烯酸羟基NIPU齐聚物、丙烯酸NIPU、丙烯酸杂化NIPU的制备方法。通过采用特殊的树枝状氨基硅烷低聚物(dendroaminosilane oligomer),可以将硅烷链段引入NIPU网络结构中,成为一种杂化非异氰酸酯聚氨酯(hybrid NIPU,HNIPU)(王北海 2007)。杂化非异氰酸酯聚氨酯(HNIPU)涂料具有更好的耐化学性和透气性,是无分子间氢键类似结构的传统聚
氨酯涂料的1.5-2.5倍(Figovsky, Shapovalov et al.2001)。Poul-Ernst Meier,Farum(DK)(Poul-Ernst Meier 2004)发明了以HNIPU为基的胶粘剂和密封胶,用于金属表面涂装材料。
4.聚氨酯纳米复合材料
聚氨酯/纳米复合材料是未来的研究方向之一,近年来国内外聚氨酯/纳米复合材料的制备方法,主要介绍了共混法、原位聚合法、插层聚合法、溶胶-凝胶法等几种常用的纳米材料改性聚氨酯的方法(Dong-mei, Shao-ling et al.2011)。Zheng(Zheng, Gao et al.)等通过分散蒙脱石和多元醇,加入氨基烷基聚硅氧烷中和,制备蒙脱土/有机硅嵌段聚氨酯纳米复合材料。Petrovic(Petrovic, Cho et al.2004)等用溶胶-凝胶法制备并表征了两系列软段质量分数为50%和70% 的嵌段SiO2 纳米复合材料,研究了不同含量球形纳米SiO2溶胶对软、硬段相分离的影响。Yang hong-yan(Hongyan, Daocheng et al.2006)等以聚四氢呋喃醚二醇-1000(PTMG)、甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)、3,3-二氯-4,4-二苯基甲烷二胺(MOCA)为原料,采用预聚法合成聚氨酯弹性体,并选用纳米CaCO3 对聚氨酯弹性体进一步增强,通过对纳米CaCO3进行表面改性及采用超声波促进纳米粒子在基体中更好地分散,并考察了纳米的CaCO3含量和合成温度对聚氨酯弹性体力学性能的影响。You(You, Park et al.2011)等制备泡沫聚氨酯(PUF)/多壁碳纳米管复合材料,并研究了其电学、热学和形态学特性,为制备高性能复合材料提供了理论依据。
展望
1.聚氨酯制备方法多为传统的制备方法,需进一步研究新的制备方法,进一步提高材料的综合性能;
2.针对特定缺陷利用多元复合改性聚氨酯涂料进行改良研究;
3.对于聚氨酯纳米复合材料的研究,期待新型纳米材料如纳米金刚石、纳米SiC等新型超硬纳米材料的应用研究;
4.聚氨酯复合材料还处于实验研究阶段,工业应用领域还有待于进一步开发。
参考文献:
Cheng, Z., X.Y.Zhang, et al.(2005).“Synthesis and surface property of siloxane-modified aqueous 18(3): 448-452.Dong-mei, W., X.Shao-ling, et al.(2011).”Research Progress in the Preparation Methods of Figovsky, O.L.and L.D.Shapovalov(2002).“Features of reaction amino-cyclocarbonate for production of new 187: 325-332.Figovsky, O.L., L.D.Shapovalov, et al.(2001).”Nonisocyanate polyurethanes for adhesives and coatings.“ Garipov, R.M., V.A.Sysoev, et al.(2003).”Reactivity of cyclocarbonate groups in modified epoxy-amine 393(1-3): 289-292.Hongyan, Y., L.Daocheng, et al.(2006).“Study on the Properties of Polyurethane/Nano CaCO_3 Composite.” 22(6): 106-109.Kim, M.R., H.S.Kim, et al.(2001).“Syntheses and thermal properties of poly(hydroxy)urethanes by 81(11): 2735-2743.Lagiewczyk, M.and Z.Czech(2011).”Polyurethane pressure-sensitive adhesives as raw materials for the 13(1): 47-50.Linlin, F., Z.Xingyuan, et al.(2007).“Synthesis and Surface Properties of Dihydroxybutyl
Terminated-Polydimethylsiloxane Modified Polyurethane.” 23(3): 47-50.Lu, Y.S., L.Tighzert, et al.(2005).“Preparation and properties of starch thermoplastics modified with waterborne 46(23): 9863-9870.Luo, Z.H., Z.H.Huang, et al.(2010).”Synthesis and Surface Properties of Polyurethane Modified with
Fluro-Siloxane.“ Mahdi, M.Syed Z.(Rochester Hills, Hsieh, et al.(2001).Method of bonding a window to a substrate using a
silane functional adhesive composition, Essex Specialty Products, Inc.(Auburn Hills, MI).US 6828403.Oleg Figovsky, L.S.(2007).Preparation of Oligomeric Cyclocarbonates and Their Use in Nonisocyanate or
Hybrid Nonisocyanate Polyurethanes.US7232877, Homecom Communications,Inc.: 8.Petrovic, Z.S., Y.J.Cho, et al.(2004).”Effect of silica nanoparticles on morphology of segmented 45(12): 4285-4295.Poul-Ernst Meier, F.D.(2004).Plate-shaped cover material.US20040025462Al: 5.Rokicki, G.(2000).“Aliphatic cyclic carbonates and spiroorthocarbonates as monomers.” 25(2): 259-342.Sun, D.X., X.Miao, et al.(2011).“Triazole-forming waterborne polyurethane composites fabricated with silane 361(2): 483-490.Tamami, B., S.Sohn, et al.(2004).”Incorporation of carbon dioxide into soybean oil and subsequent preparation
and studies of nonisocyanate polyurethane networks.“ 92(2): 883-891.Tyre, C.I.(2008).”Utilization of polyurethane-acrylic blends to achieve optimum performance in a 1K 5(5): 60-64.Xu, W.Z., B.Lu, et al.(2011).“Synthesis and Characterization of Novel Fluorinated Polyurethane Elastomers.” 23(5): 2284-2288.Yang Z, C.N.(2010).Preparing mercury ion adsorbent used for treatment of industrial wastewater, by mixing
chloromethylthioirane monomer with water-based polyurethane dispersion to obtain polyurethane
emulsion, modifying emulsion and centrifuging emulsion, Univ Tongji(Uytj): 8.You, K.M., S.S.Park, et al.(2011).“Preparation and characterization of conductive carbon 46(21): 6850-6855.Yu, W., S.U.N.Yuan, et al.(2009).”Research Progress in Nonisocyanate Polyurethane and Its Application.“ 23(1): 11-17.Zhang W, C.N.Polyurethane vehicle for pure water based ink, prepared by mixing polyether and polyester
polyols, preparing compound emulsion, adding pure water, organic paint, auxiliary agent and grinding, ZHANG W(ZHAN-Individual): 4.Zheng, Q., C.Gao, et al.Preparing aqueous dispersion montmorillonite/organosilicon segmented polyurethane
nano composite material as coating agent by dispersing montmorillonite and polyol, adding amino alkyl polysiloxane and neutralizing, Univ Zhejiang(Uyzh): 10.仝锋(2000).”水性聚氨酯研究进展综述.“ 光谱实验室 17(1): 55.王北海(2007).”纳米结构化的非异氰酸酯聚氨酯.“ 聚氨酯 66: 74-81.颜俊, 涂伟萍, et al.(2001).”水性聚氨酯研究进展." 化工进展 20(7): 22.
第五篇:药用植物研究进展
植物是药物的重要来源之一,人类利用药用植物的历史渊远流长。今天,尽管科学家已经能够利用化学方法研制品类繁多的药品,但开发利用植物药的热情在世界范围内却有增无减。这主要是由于植物种类丰富,体内所含的有效成分形形色色,具有开发新药的巨大潜力;既可以从中直接发现新药源;又可以发现新的先导化合物,通过结构修饰等技技术发明新药。
中国野生药用植物种质资源非常丰富,据统计在5000种以上,但传统的中草药获取方法是以采集和消耗大量的野生植物资源为代价的,当采集和消耗量超过自然资源的再生能力时,必然会导致物种濒危甚至灭绝。再有,自然生态环境的日益恶化,也进一步导致药用植物资源的匮乏。在已出版的《中国植物红皮书》第一卷中,共收载了388种国产珍稀濒危野生植物,其中有药用价值的约100余种,在中国历史上就已赫赫有名的人参、天麻、黄连、黄芪、杜仲、厚朴、巴戟天、平贝母、肉苁蓉等,均位列其中。
迄今,为了解决药用植物的供需矛盾,人们多采用人工栽培的方法扩大药源。但在人工栽培的药用植物中,有不少名贵药材如人参、黄连等生产周期很长,如果以常规方法育种或育苗,需要花费很长时间。另有一些药用植物如贝母(Ftitillaria spp.)、番红花(Crocus sativus)等,因繁殖系数小、耗种量大,导致发展速度很慢且生产成本增加。还有一些药用植物,如地黄(Rehmannia glutinosa)、太子参(Pseudostellaria heterophylla)等,则因病毒危害导致退化,严重影响了产量和品质。
于是,积极研究药用植物资源的再生技术,使有限的资源为人类永续利用迫在眉睫。应用植物组织培养生产药用植物,具有不受地区、季节与气候限制,便于工厂化生产等优势,同时组织培养中的细胞生长速度要比植物正常生长速度快,接近于分生组织的生长速度,因此利用组织培养手段快速繁殖药用植物种苗,或者利用组织培养或细胞培养手段直接生产药物便随之日益发展。
目前药用植物组织培养的应用主要有两个方面:一是利用试管微繁生产大量种苗以满足药用植物人工栽培的需要;二是通过愈伤组织或悬浮细胞的大量培养,从细胞或培养基直接提取药物,或通过生物转化、酶促反应生产药物。
我国的药用植物组织培养研究,可以追溯到20世纪50年代。1964年,罗士韦教授等首先报道了人参组织培养获得成功的研究成果。1983年,全国第一届药用植物组织培养讨论会召开,届时全国已有30多个单位,100余人从事药用植物的组织培养研究。其中以广西药物所的罗汉果快速繁殖,山东大学生物系与荷泽地区中药材试验站的怀地黄去病毒研究和中国药科大学人参工业化生产的中间试验为代表性的研究成果。自此,我国药用植物的组培研究迅速发展。1986年,由我国科学工作者编写的有关专著《药用植物组织培养》问世……到目前为止,我国的科技工作者在药用植物组织培养方面已取得了巨大的成绩,组织培养技术水平也在不断进步:如培养方法已从固体、液体、悬浮培养,深层大罐发酵发展到液体连续培养;培养材料也从药用植物的根、茎、叶、花、胚、果实、种子等组织或器官,这些器官诱导出的愈伤组织或冠瘿组织,一直发展到目前的细胞。
近40年来我国经离体培养获得试管植株的药用植物已有金线莲(Anoectochilus formosanus)、白芨(Bletilla striata)、番红花、铁皮石斛(Dendrobium candidum)、绞股蓝(Cynostemma pentaphyllum)、苦丁茶(Ilex kudingcha)、南洋金花(Datura metel)、海巴戟(Morinda citrifolia)等100余种,其中大多数为珍贵的药用植物。
从60年代开始的我国传统药材离体培养和试管繁殖研究,到目前为止已有100多种药用植物经离体培养获得试管植株,其中有的还利用试管繁殖技术生产用于栽培种植药材,如苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、金钱莲等。宁夏农林科学院构相研究所利用试管繁殖与嫩枝扦插相结合的方法繁殖新品种“宁杞一号”和“宁杞二号”苗木100多万株,加速了该品种的推广。
通过组织培养成功的药用植物至少有200种。增养的药用植物从常见的到珍稀濒危植物、民族植物,如云南黑节草、延龄草、高山红景天,藏药——川西獐芽菜、莪术、水母雪莲、星花乡线菊、溪黄草、玉叶金花、辽东葱木等。从生产常用药的植物到具有抗癌、抗病毒等有效成分的植物,如红豆杉、艾黄杨、狼毒、大戟属、长春花、米仔兰、狗牙花和香榧等。