机器人与自动化论文（精选5篇）

第一篇：机器人与自动化论文

自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。下面我们来看一下关于机器人和自动化的论文吧。

【摘 要】随着科学技术的飞速发展，电气工程得到不断的更新和进步，其自动化技术不断加强而机器人设计也在不断的冲击人们的生活，在机器人设计理念中加入电气工程的自动化技术，利用其自动化技术让机器人具有人性化特征，从而能够具有更多人类的自动行为，从更多方面为人类提供更好的服务。

【关键词】电气工程；自动化；机器人设计

一、前言

机器人的不断研究创造是时代经济发展的必然，是为了满足人们更多需要而必然要进行的一项科学研究。目前，国外很多国家在机器人设计领域已有很多成功例子，其机器人具备的技术是当前我国技术无法比拟的。但是，时下我国很多高校开展机器人设计研究以及社会上的机器人比赛活动等，让越来越多的人对机器人设计有更多的认识，给机器人设计的不断创新创造了一个良好的环境。电气工程及其自动化技术能够给机器人设计提供一个良好的技术支持。本文主要分析机器人设计中的自动化技术应用情况，旨在让我国的机器人设计快速跟上国际先进技术，创造出具有世界领先水平的机器人。

二、机器人简介

机器人最早出现在中国的西周穆王时期，最初形式是一个有开关能够自动“跳舞”的木质人，后来在卡雷尔·恰佩克的科幻小说中创造了机器人这个名词，从此一些能够自动制定既定工作的机械设备统称为机器人[1]。现代的机器人能够在人类的指挥下做一些简单工作，如对话、投篮、快跑、协助人类进行危险行为等。目前技术比较先进的国家如英国、日本、美国等在机器人的研究上取得非常大的进步，很多领域如医学、建筑学及军事建设等方面均使用机器人当做人类力量的延伸。通过指挥或者在机器人内部设计自动装备，让机器人拥有人类思维，自动进行工作。当前机器人发展甚至趋向高度的人性化，机器人不再只是由机械设备组成，有些机器人甚至有人类的模样和思维方式，但是机器人真正能够拥有人类相同的思维还需要很长一段时间。

三、电气工程及其自动化概念

电器工程及其自动化是一门学科，这门学科包括多个技术领域，涉及面非常广，从计算机、电机电子以及互联网技术、信息控制技术，甚至还包括多种电力和机电技术结合成为一个整体的技术，这些不同领域的技术一同构成电气工程及其自动化学科。由于是一个工程型又带有自动化功能形式的学科，其具有的特点就包含工程中的强力学以及网络信息中的软件学特点，形成一种强弱结合的形式。这个学科的课程包括电气知识和网络信息技术知识，具体有：网络信息技术、仪器检测和控制技术、电子和电路技术、计算机软硬件技术等强力学和软件学技术相互结合的课程形式。这个综合性学科主要教给学生的是各种工程和电气以及计算机方面的知识，毕业学员一般均掌握包括计算机软硬件技术、网络信息技术以及仪器实验分析技术等多方面的技术，在社会工作中能够适应多个领域的工作要求。

电气工程及其自动化学科的最主要课程为电气和计算机工程，因此在进行实验和具体实践时，这个两门课程是最主要的测验对象。通过设置不同等级的专业实验教学训练平台，让学生在掌握基础的技术能力的同时根据自身的条件去挑战更高的技术实验。使学生除了掌握基础的电机技术、电力电学技术以及计算机硬件技术之外还能够掌握如线路综合设计技术、高级计算机软件管理技术以及CPLD技术等综合性相对比较强的技术，在实际工作中能够解决更多难题和满足更多需求。

电气工程及其自动化在社会中的使用领域主要有：水力电力领域、信息处理领域、电力线路设计领域、各种变压器设计领域以及与人们日常生活密切相关的各种监控设备（如交通摄像监控、小区摄像监控）、机器自动化设备（例如电梯、安全门）、网络通信设备（如电子邮件、网络条件软件）以及智能控制设备（如楼道声控开关灯）等方面，这些军事电气工程及其自动化学科在实际的运用，具有广泛性和多面性[2]。

四、电气工程及其自动化在机器人设计中的运用分析

由于机器人是由多种机械部件拼接后再安装编排程序最后实现机器装备自动运行的，因此通过分析其主要构造能够了解电气工程及其自动化技术在其中的运用情况。首先，机器人是由电机和连接杆组成的，在装置电机时根据需要装置步行或跳跃等电机使其拥有步行和跳跃等能力，同时利用生活常见的铝板铝条进行构建的链接，将一个还不能行动的机器人做出来后再通过加入编排程序让其自动工作或人工指挥其工作。这其中就包含电气工程及其自动化学科中的电机电力技术、计算机指挥和控制技术以及电力线路链接设计等多种技术。

其次，机械人构件组装完毕后，还需要检测装置保证其运行功能质量。检测装置是在机械人雏形形成并开始指挥其工作后对其实际的信息进行记录，再将实际信息和机器人内部既定的信息相对比，若出现很大偏差则需要重新进行信息的设定，若偏差很小则表示机器人研究成功，可以投入使用。分析是现代先进的机器人技术发现，很多机器人能够代替人类将损坏或质量不好的对象进行，同时立即将信息进行反馈，大幅度提高机器人工作的精确度并减少人类的工作量。

再者，机器人在组装完成后需要通过驱动装置对内部构件进行驱动，驱动后机器人才能给自行工作。利用计算机系统中的驱动设备在机器人中按照指定信号装置，当信号一放出，机器人即能够自动工作。其主要依靠电气工程机器自动化学科中的计算机软件系统、信号监控系统来实现机械装置的自动位移。

最后，机器人虽然能够根据已编排的程序自动动作，但是大多时候仍是人类进行控制，因此监控系统就显得尤为重要。目前的监控系统主要为集中式的控制系统，也就是指需要一个中心监控装置就可以实现对机器人的全部控制，该中心装置一般是一台微机[3]。该步骤需要运用到电气工程机器自动化学科中的单片机技术，单片机本身即为一台微机，因此将其安插在机器人结构中，只需要插入电源就可以运行，从而自如的控制机器人工作。

从以上分析内容可知，在机器人设计中加入电气工程及其自动化专业技术能够使机器人设计更加顺利，其拥有的功能会相对比较多且符合现代的技术水平。但，同样的，机器人设计是一个比较复杂的研究工程，其中涉及到的技术类型多样，仅仅依靠电气工程机器自动化专业技术根本无法满足人类对高度人性化机器人的要求。因此，只有不断的研究多种技术，才能使机器人真正成为人类工作和生活的好助手。

参考文献

[1]wilson.机器人设计经验之谈[J].电子制作，2011，32（09）：102-103.[2]张静，刘永均，李柏林.机器人系统多学科协同优化设计[J].机械设计与研究，2008，41（05）：98-99.[3]邓锋.采用标准关节机器人系统对飞机货舱门结构的自动钻铆[J].航空制造技术，2010，36（19）：210-211.

第二篇：机器人自动化专业论文

摘 要：本设计是根据机器人系统与PLC控制系统的之间的逻辑控制为准则，对两者之间信号的编码组合，然后提出汽车焊接系统集成行业自动程序标准化的方案，能够使用户程序做到可移植性，易读性，准确追踪故障点。

关键词：PLC；机器人；标准化引言

随着工业技术发展，工业机器人自动化生产线已成为当前智能化装备的主流及发展方向。机器人多用在自动工位上，由外围设备控制用户程序启动和运行，实现自动控制，提高了工厂的生产效率，降低损耗、实现效益扩大化。本文主要介绍着FANUC系统机器人由三菱PLC实现自动标准化控制方案。控制系统

2.1 系统结构设计

本系统的结构由机器人系统和PLC控制系统组成，采用CC-Link分散型I/O控制方案，系统结构如图1所示。PLC完成机器人的用户程序控制和现场总线信号采集，HMI完成显示信号状态、报警、控制管理等功能[1]。

2.2 系统工作原理

本系统是基于CC-Link现场总线的工业过程控制局域网，PLC对机器人的控制属于自动控制，通过PLC实现不同条件时对机器人不同用户程序的调用与控制，实现同一台机器人完成不同工作的柔性化控制。同时机器人程序运行过程中，PLC对机器人的特定段进行分段控制，对进入特定运动区域进行信号互锁与禁止保护，同时PLC处理采集机器人和外围设备信号反映到人机交互界面，供现场操作人员判断机器人的运行状态和故障处理[2]。标准化程序设计

3.1 标准化程序概念

在自动化系统集成行业中，标准化程序就是规范用户程序结构和逻辑，能够使用户程序结构清晰、简明易懂、缩短维护周期、可移植性提高，减少故障等。

3.2 标准化信号编码

首先我们对PLC与机器人（Robot在表中简称R）之间信号进行处理[3]，对工装夹具的车型及机器人的每个程序，每条路径做一些编码。如表格1所示。

3.3 标准化程序工作流程设计

在一个机器人和周围工装夹具的工作站的焊接过程中，分为两步：一是任务开始验证，在一个周期内每次程序运行，PLC都会对机器人的准备位做出判断，如果不在准备位，就会调用回到准备位的程序，让机器人回到准备位，这时准备位的验证任务关闭。二是任务开始，机器人给PLC发送一个请求继续（Request to Continue）的信号，然后PLC回馈机器人请求继续完成（Continue OK）的信号，这样就可以调用焊接程序，焊接程序的调用要根据每个工装夹具的车型号不同来调用。焊接完成之后，机器人回到原点，PLC会对当前工位的一些信号关闭，再关闭所有的信号，然后等待下一个开始工作的脉冲信号到来。如图2所示，机器人运动周期所有的信号处理和程序调用规则流程。

3.4 验证结果

本方案的设计已经在江苏北人机器人系统股份有限公司的部分项目上得到验证，在稳定性，可移植性，故障排除效率上得到现场维护工程师的首肯，在后期项目的方案设计上将逐步应用这套方案，并加以细节完善。结束语

总的来说，首先要理顺控制系统的结构及其原理，然后参照一些机器人系统的信号处理规则，提出PLC对机器人控制的一些标准，对两者之间的控制信号进行编码，设计出一个周期的工作流程图，使用户程序的逻辑顺序更清晰。并可以使项目可移植性，减少企业成本和维护周期。

参考文献：

[1]张正兵，李晓娜.机器人在焊接中的应用[J].电焊机，2008（06）：44-47.[2]杨秀文.自动化生产线中CC-Link总线技术及工业机器人通讯[J].机器人技术，2014（04）.[3]FANUC工业机器人编程手册[K].[机器人自动化专业论文]相关文章：

第三篇：自动化论文

引导语：对于论文想必有很多人都不陌生，论文亦是一种非常珍贵的资源，那么相关的自动化论文模板哪里有呢？接下来是小编为你带来收集整理的自动化论文模板，欢迎阅读！

摘要：科学技术的不断发展，为工业电气自动化控制技术的发展和应用奠定了良好的基础。随着工业电气自动化控制技术的广泛应用，不仅从根本上节省了企业的劳动力资源，同时也促进了生产效率和质量的全面提升。本文主要是就工业电气自动化控制技术应用过程中存在的问题和应对措施进行了探讨和研究。

关键词：电气工程；自动化控制；问题措施

引言

随着社会各界对电气工程技术应用重视程度的不断提高，我国工业也进入了高速发展的阶段，而这对于促进我国综合国力以及国际竞争力的全面提升具有极为重要的意义。

1常见的工业电气工程自动化控制问题

1.1节能方面的问题

虽然我国社会经济的发展近些年取得了极为显著的成效，但是单位GDP能耗和单位工业增加值能耗与发达国家相比还存在很大的差距。能源问题已经成为影响社会经济发展的主要问题，同时为了确保可持续发展战略目标的顺利实现，而国家也加大了节能减排技术的宣传和推广力度。电气工程作为我国主要的能耗系统，该系统的节能降耗对于我国节能减排具有重要的作用。但许多企业在电气工程建设当中，往往只考虑了电气功能的实现，为了降低初期建设的投资，而过多的选用低成本的技术落后的高耗能设备，却忽略了长期运行的能源消耗。

1.2质量和管理环节方面的问题

施工质量是整个电气系统的灵魂，施工质量的好坏直接关系着后期整个系统运行的稳定性。只有加大电气工程质量和管理的投入力度，才能确保电气工程的长期稳定发展。但是由于大多数施工企业过度的追求施工的经济效益，盲目的追求施工进度，却忽略了对施工细节的把握。在工程验收中往往只是进行竣工验收，或者阶段性验收，而在施工过程中的监管力度较小。而细节决定成败，电气施工更是如此，在施工过程中，细微的失误在验收时通常不容易发现，在初期运行时也不容易暴露，往往是在后期运行当中随着设备的运行逐渐显现的，例如一个小小的接线螺丝的松动引起的接触电阻增大，最终可能就会引起整个系统的瘫痪甚至引发一场火灾。

1.3系统集成度差

随着工业化生产的规模化、大型化、高参数化，PLC、DCS、各种智能仪表、传感器等被广泛应用于工业电气自动化系统。但因建设时间及建设厂家的不同，许多电气自动化系统因为接口不同，平台不同，程序不同等众多因素的影响，而过多的呈现出一种各自为政的状态，这为各系统间的协同工作，操作人员的管理与操作带来了众多的不便。

2解决电气工程自动化控制问题的措施

2.1培养管理人员的节能意识优化节能设计

节能是企业可持续发展的关键一环。作为决策者，对企业的发展起着关键性的作用，因此要建立全局的节能意识，积极学习EMC、BOT、ppp等运作模式，开展节能技术讨论，定期邀请相关的节能专家及节能企业开展节能诊断，制定节能设计方案。亦要利用先进技术做好余热、余压等回收利用，采用绿色照明技术、变频节能技术等先进技术降低能耗。有条件的企业可以建设能源管理中心等利用数字化网络化的管理平台方便数据管理。

2.2加强工程质量过程控制提高管理水平

作为施工企业必须认识到质量管理的重要性，强化责任意识，从管理团队、施工队伍、材料检验等多个环节入手全面提高管理水平。首先负责电气自动化工程建设以及维护的团队必须要具备极高的专业技能以及专业素质，企业应该严格筛选电气自动化队伍的组成成员，并对其进行系统的培训，提高电气自动化队伍的专业能力。其次，在工程施工过程中，所使用的材料必须要进行严格的质量检验。同时要制定各工艺的施工规范，建立多阶段的检验制度，利用定时抽检、定检等检查手段保证施工质量。

2.3制定企业级数据共享机制，建立标准化的通信接口

随着生产规模的扩大，各种自动化控制系统的不断增加，这些系统往往不可能被一家公司所建设。虽然现在许多供应商都提供了各种国际标准的接口模块，但因不同厂家的设备所采用的标准往往不尽一致，还是给各系统的集成工作带来了很多不便，因此制定企业内部的数据共享机制，例如以微软公司技术标准体系为基础建立的电气自动化信息平台，以TCP/IP作为通讯标准，在电气自动化操作平台上建立标准的程序接口，从而达到有效解决不同型号产品所导致的通讯不畅问题，促进电气自动化系统运行效率和质量的有效提升。

3电气自动化控制技术发展的趋势

随着计算机技术、信息技术以及人工智能技术的高速发展，电气自动化控制技术也在朝着专业化、智能化、分布式、物联网的方向发展。这其中标准化的接口接口设计是实现自动化数据资源交互共享的基础，而它可大大降低系统集成的工作时间，提高系统的稳定性。人工智能技术的发展为电气自动化控制技术的发展提供了强大的智力支撑，智能化技术与传统自动化控制技术相比较而言，其不仅省去了电气自动化控制中的复杂的模型设计环节，这同时也降低了外部不可控因素对电气自动化控制系统所产生的影响，促进了电气自动化控制精度的有效提升。

4结束语

总之，工业电气自动化控制技术是现代工业化发展的方向标，工业电气自动化控制技术发展水平的高低影响着一个国家科技水平和工业化程度的高低。在社会主义市场经济发展的新时期，工业电气自动化的发展已经步入了新的阶段，无灯工厂、云工厂越来越多。工业电气自动化对社会的贡献也越来越大。随着德国工业4.0、中国制造2025等概念的提出，相信在不远的将来，工业自动化必定会迎来一片发展的新天地。

参考文献：

[1]蒋莉莉.电气自动化控制设备的可靠性分析[J].科技展望,2016,v.26;No.36916:97.[2]徐振然.电气工程中自动化控制问题的探究[J].电子技术与软件工程,2015,No.7222:146-147.

第四篇：工业机器人论文

走进科技论文

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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。

第五篇：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