第一篇:广州七中机器人社团简介
广州七中机器人社团简介
机器人制作是一种新兴的青少年科技教育手段,对培养青少年科技创新意识和提高青少年的实践能力具有极大帮助。广州七中“机器人社团”成立于2010年暑假,是为培养我校学生创新精神和拓展学生综合能力而建立的一个学生组织。在机器人社团里,学生能够主动参与科技学习和锻炼、体验实际动手能力的成功与乐趣,形成创新的意识和习惯,同时也为我校学生提供了一个了解最新技术、开拓视野和展示创新成果的一个平台。
一、口号:
创新实践
合作共赢
二、宗旨:
1.通过实践,培养动手能力;
2.形成创新的意识和习惯;
3.体验成功的乐趣,培养学生自信心; 4.培养团队合作和竞争意识。
三、社团介绍:
我校机器人社团自从2010年暑假筹备成立以来,已有两年多的时光。期间在各位领导的指导和支持下获得良好的发展。2012年我校机器人队初中及高中组从市赛、省赛一路过关斩将,均以一等奖的成绩进入到下一轮竞赛。而且获得首次突破,以全省第一名的成绩进入到全国赛。在2012年暑假我校机器人队参加中国青少年科技中心在天津举办的全国青少年机器人竞赛FLL机器人工程挑战赛项目(高中组)荣获全国第二名(一等奖)。
至七中机器人社成立以来,在虚拟机器人及FLL工程挑战赛项目多次获得了省一二三等奖的好成绩,及全国赛一等奖。
2013年,获得第十三届全国青少年机器人竞赛FLL机器人工程挑战赛(初中组)一等奖第一名。
七中机器人社团以“让同学们在制作机器人的过程中培养兴趣”的宗旨。社团多年一直以乐高机器人为基础,对机器人的构造、内部程序的设计、算法逻辑等进行学习和研究。在竞赛方面也取得过不错的成绩。当新社员入社后,我们会先教给同学们一些基本的机器人的编程知识,然后将新社员分成若干组并出一些相应的课题,由这些组分别完成。如果我们的新社员在此过程中出现了问题,我们
会有老师或是学长帮助指导。此外,我们还会定期地为让指导老师为有意愿的同学们提供有关机器人的竞赛课程,指导社员们参加机器人比赛。
四、获奖介绍:
2010年
2010年第六届WRO世界奥林匹克机器人中国区选拔赛获三等奖 获奖学生:温炜成、郑泽坤 指导老师:戴毅津
2011年度
2011年广州市中小学电脑机器人活动虚拟机器人灭火比赛中荣获市一等奖。获奖同学:郑泽坤
2011年广州市中小学电脑机器人活动FLL机器人挑战赛项目初中组市一等奖。获奖同学:郑泽坤、温炜成、李灿、戴中源
2011年广州市中小学电脑机器人虚拟足球比赛获市三等奖 获奖同学:李灿、戴中源
广东省第八届中小学电脑机器人活动虚拟机器人灭火比赛中荣获省二等奖。获奖学生:郑泽坤 指导老师:戴毅津
广东省第八届中小学电脑机器人活动初中FLL工程挑战赛中荣获省二等奖。
获奖学生:温炜成,郑泽坤,李灿,戴中源 指导老师:戴毅津
2012年度
2012年广州市青少年机器人竞赛FLL机器人挑战赛项目高中组一等奖(市科协)
获奖同学:温炜成、郭邦阳、张俊宇、胡俊安
指导老师:戴毅津
2012年广州市青少年机器人竞赛FLL机器人挑战赛项目初中组一等奖(市科协)获奖同学:黄颖薇、吴育霖、郑泽坤、戴中源
指导老师:戴毅津
2012年广州市中小学电脑机器人竞赛活动初中组FLL机器人工程挑战赛项目一等奖(市教育局)
获奖同学:黄颖薇、吴育霖
指导老师:戴毅津
2012年广州市中小学电脑机器人竞赛活动高中组FLL机器人工程挑战赛项目一等奖(市教育局)
获奖同学:温炜成、李钺
指导老师:戴毅津
2012年广东省中小学电脑机器人竞赛活动初中组FLL机器人工程挑战赛项目一等奖(省教厅)
获奖同学:黄颖薇、吴育霖
指导老师:戴毅津
2012年广东省中小学电脑机器人竞赛活动高中组FLL机器人工程挑战赛项目一等奖(省教厅)
获奖同学:温炜成、郭邦阳
指导老师:戴毅津
第十二届广东省青少年机器人竞赛FLL工程挑战赛高中组一等奖(省科协)获奖同学:温炜成、郭邦阳、张俊宇、胡俊安
指导老师:戴毅津、黄泽源
第十二届广东省青少年机器人竞赛FLL工程挑战赛初中组二等奖(省科协)获奖同学:郑泽坤、戴中源、黄颖薇、吴育霖
指导老师:戴毅津、黄泽源
2012年7月全国青少年机器人竞赛FLL机器人工程挑战赛项目(高中组)一等奖(中国科学技术协会)
获奖同学:温炜成、郭邦阳、胡俊安
指导老师:戴毅津、黄泽源
2013年度
第十三届全国青少年机器人竞赛FLL机器人工程挑战赛(初中组)一等奖第一名 获奖同学:黄颖薇、吴毅旸、吴育霖、宁悦锜
指导老师:戴毅津
第二篇:机器人社团工作总结
机器人社团工作总结
本学期机器人社团围绕打好机器人程序基础、操作基础进行教学,经过一学期的社团活动,现将本学期机器人社团总结如下:
一、针对社团成员具体情况调整社团活动内容,方式及训练模式。本学期主要目的是让学生了解、掌握乐高机器人、机器人程序编制的基本方法,对机器人程序编制有更为系统、全面的认识。根据社团活动的具体情况及社团成员特点,采取讲练结合的方式。加强基础训练,环环相扣时能顺利流畅。对程序编写的要求规范、准确,程序编写的格式、变量设置、函数要求准确。
在社团活动过程中,我们采用了熟手带新手、教师带后进生等办法让社团活动按计划逐步开展。在程序编制过程中让社团成员逐步体验,体验程序的严密性,科学性。并且让成员分析有问题的程序,分析结构差的程序,这样社团成员就能错别人的错误中学会更多的东西。
二、结合实际,程序和操作相辅相成。
经过一个学期的程序练习,社团成员的程序编制水平明显提高。纸上谈兵假把式,我们立即把真实的机器人配件和原来的一些成品机器人展示给各个成员,激发社团成员学习的积极性,也使成员们对机器人有了更加直观的认识。
三、结合各级比赛,提高技战术水平。
本学期参加了WRO世界奥林匹克机器人竞赛华中赛区的比赛,获得小学组绿色城市项目两个二等奖和一个冠军。社团成员在此次赛中动手能力得到锻炼,程序编制也提高不少,所有社团成员获益良多。
四、下学期社团活动应改进的地方
1、由于机器人设备比较昂贵,所以部分成员未能参加比赛,社团决定下学期尽可能利用原有的旧机器人使成员的动手能力有更大的提高。
2、教学过程中,多鼓励社团成员,循序渐进,让每个学生都能尽最大可能发挥出在机器人设计和制作方面的潜质。
3、尽可能详尽分析社团成员的优劣势,使他们能在以后的社团活动中能够进一步发挥自己的能力。
第三篇:机器人社团介绍
FLL-EV3 我校乐高机器人社团是阶梯式培养我们模式,分为基础班(为二、三年级开设);高级班(为四、五六年级开设),基础班为高级班输送精英学员。
由于基础班的学员年龄小,所以学习乐高9686动力机械课程,主要以小组合作的凡是学习搭建现实的机器与机械模型;探索机器动力来源与原理;使用塑料板研究校准和捕捉风能;研究齿轮机械原理。基础班的学员都是学有余力的我们自愿报名参加而组成的兴趣组织。
高级班的学员年龄较大,理解和学习能力较强,所以高级班的学员都以小组为单位一起研究学习乐高EV3机器人(LEGO EV3)知识并参加FLL(FIRST LEGO League)竞赛。平时社团活动也会根据每个赛季的主题而设计相应训练。在社团活动中激发我们参与科技的兴趣;鼓励我们在玩中学习;提供有趣而富有创造性的动手体验过程;利用机器人技术解决现实问题;教导我们反复去试验,培养挫折感建立自尊和自信。
学习EV3机器人是一个打基础的过程,了解机器人相关知识,对物理、工程,计算机等知识有初步的认识,为后面学习更加复杂的机器人打好基础。通过学习EV3机器人,我们动手、创新、解决问题的能力会有很大提高,编程开发我们的大脑,让我们从小养成严密的逻辑思维习惯。
VEX VEX竞赛有别于其它科技比赛的一个重要特点:VEX机器人竞赛是一场战争,它不仅仅是人与物之间的较量,它更是人与人之间的比拼,是一个团队与另一个团队之间的斗智斗勇。在VEX竞赛中,机器人要接触,要彼此碰撞,就必然要修理,必然要改进。机器人程序方案的编写合理还是不合理,也需要不断思索与实践验证。团队的搭配是否合理可靠,也需要不断揣摩体会。这一个不断改进机器人、完善机器人的过程的实质就是创新过程。在整个VEX机器人活动中,我们必然经过希望、失望、挫折、挣扎、进步、成功等一系列的体验,在不断的改进完善机器人中创新,在机器人活动中全面提高自己的综合能力,从而真正的成长起来。
从我校参加VEX机器人竞赛以来,许多我们积极向上,一方面在学业上努力进取名列前茅,另一方面动脑动手形成习惯与动力,积极参与科技方面的创新活动。2014年以来参加机器人竞赛的我们队员中,获全国亚军4人次,全国一等奖4人次,二等奖4人次,三等奖4人次。由于我们的全面发展,综合素质得到了极大的提高,对此,受到了我们、家长、班主任以及学校、社会等的一致好评与广泛认可。
活动内容和活动步骤:
首先简单介绍一下VEX机器人工程挑战赛这项活动(以下简称VEX竞赛)
VEX竞赛是由美国IFI公司设计的优秀青少年教育和竞赛的机器人科技平台。我们一般由4个我们组成一支队伍,我们一般分成搭建手、操作手(2个)、编程手。队长由其中一人担任。4个我们首先需要搭建两个机器人,然后编写程序,完善机器人后再将这两个机器人组成一支队伍与别的队伍进行比赛。我们在竞赛过程中,需要学习物理、数学、英文、计算机编程、工程设计等相关知识,需要综合解决目标问题(按照VEX规程,每一年的竞赛内容会改变,比如2010年“大获全胜”的目标是投掷橄榄球,2011年“集结号”的目标是取下圆环、爬上梯子)、需要团队的密切合作以竞争取胜。同时,我们们还需要开发许多新技能来应对各种面临的挑战。
第二步,我们开始初步搭建机器人。我们在进行VEX机器人设计之初,必然要用到长度的测量。一个VEX竞赛机器人的长宽高必须限定在45.7cm以内,那么我们就必然要先学习如何进行长度的特殊测量方法,长宽高的测量必须精确。
在铁质结构件还是铝质结构件的选择上,必然面临该选择哪一类零件的问题。我们必然要学习物质的密度、硬度、以及如何使用测量工具来测量物体的质量问题。
在搭建机器人的传动机构时,必然面临齿轮配比选择问题。我们必须学习力臂、力矩、机械的效率等问题,我们必须进行相关数学计算,多次做对比实验,才能将传动部分搭建成功。如果我们不清楚这些,我们就难以完成相关搭建任务。
机器人的电机是一个很重要的部件。我们在电机的安装中,总会遇到电机齿轮磨损问题(俗称“打齿轮”),这就要求我们仔细阅读英文说明书(因为目前没有中文版的说明资料),弄清楚电机的结构细节,并能够及时更换受损电机。
机器人即将搭建成功时,面临着整机的重心设计等问题。我们需要精心调整机器人的重心,懂得重心与稳度的关系。
我们的机器人搭建基本完毕后,必然面临着机器人的整机调试问题,我们不得不根据整机的特点以及当年的比赛规则,要求全面均衡考虑各方面的问题,必须要进行取舍、要进行调整,这就使得我们综合应用物理知识、工程知识解决相关问题的能力得到提升。
这就迫使一个初一我们必须超前学习,必须阅读初二和初三的物理课本,弄懂相关知识,提高相关能力。同时要求搭建者相互合作,充分交流,发挥个人特长,才有可能把机器人搭建成功。
我们在整个搭建机器人的过程中,教师需要根据我们的身心特点,适当补充相关知识,让我们在搭建中思考,在搭建中成长。
搭建机器人过程,我们总会出现一个会让教师、家长非常乐意见到的明显改变。那就是过去教师、家长经常指责我们不细心,观察不仔细,粗枝大叶,丢三落四,然而经常事与愿违,我们的习惯得不到彻底改正。但是当一个我们搭建完成VEX机器人过程中,总会出现我们把螺丝上的不紧造成机器人整体运行不好或者就因为一时的观察不仔细导致最后总装出来的机器人不能良好匹配等等类似问题,我们这时必须得花好几个小时的时间去把机器人拆下来又重新装配好,这种无言的惩罚对于我们是刻骨铭心的。多次同样的挫折折磨,迫使我们的观察能力、分类能力、动手能力,对事情的专注程度得到极大的提高。
第三步,我们的机器人初步搭建好以后,我们总是迫切的希望自己的机器人能够快速动起来
这时,就是教师进行程序教学的最好时机。首先充分介绍程序C语言(中英版的)的程序设计流程图,让我们真正懂得程序设计的意义,再根据我们搭建的机器人设计出手动程序(遥控器使用),再教会我们使用下载器把电脑中编制好的程序下载进入机器人的主控器。
每当我们能够用遥控器控制机器人,让机器人动起来时,几乎每个我们都会高兴的跳起来欢呼。我们从此真正开始爱上机器人了。
我们在给机器人编程的过程中,教师需要根据程序设计的特点,最好先使用中文版软件进行教学,在后期则改用英文版。因为英文版较中文版更稳定可靠,还可以使我们的英文知识得到提高。
在编程与搭建过程中,要给我们充分的自主设计和研究性学习的时间,注意课程时间的连续性。每个组员都有明确的分工,主要就是这两大块:结构搭建与程序设计,分工不分家,团结协作最重要。在实践中提高我们碰到问题、解决问题的能力。
在编程与搭建过程中,我们还要求每个我们都要写出机器人的全部零件清单和程序编写记录,做好每次进行机器人训练的工程记录,每次训练后都要有小结和反思,要对自己的常规课程学习情况与机器人训练情况作出理性的计划安排。
第四步,操控机器人,进行对抗赛
我们的机器人搭建好了,也能够动起来了,这时该到了操控手大展身手的时候了。大凡这个年龄段的我们,都非常喜欢玩这种自己搭建的机器人玩具(男女我们都喜欢,男孩子更甚)。试用机器人,发现问题改进机器人。
我们们往往在练习基本动作的同时,会自行组成机器人队伍来进行对抗。根据我们自己的选择,4~5个同学组成一支比赛队伍。一支机器人队伍中有两台机器人,两个以上的操控手,其他同学主攻编程,或者主攻搭建,或者主攻后勤保障(比如拍摄对抗赛的科学DV)或者主攻队长一职(队长需要最全面的知识与能力,但不一定操控最好)。我们要求,每一个同学都必须懂得VEX机器人的各个方面:搭建、编程、操控、后勤保障。
在对抗比赛中,我们们空前团结,因为我们们都知道:团队中的任何一个我们的失误都会造成整个团队的失败。为了成功,每一个我们都清楚自己的任务,意识到自己的责任,队内的每个同学都会真心学习,交流沟通,我们们会彼此提醒,彼此督促,潜心研究规则,商讨战略战术,仔细体会操控细节,反复揣摩机器人操控感与搭建的微妙之处,对薄弱处进行改进。在对抗赛后,总会有更进一步的总结、反思与进一步的演练。
我会根据我们的发展现状,适时地给出队员综合评价表进行自评、组评和师评,强化目标意识与责任意识,使我校“志存高远、追求卓越”的教育理念深入我们全身心。
我们非常欣喜的看到,我们在进行机器人完善与比赛的过程中,我们的责任意识与意志力得到极大提高,我们的团队意识与协调能力得到极大提高,我们的动手能力与创新能力得到极大提高,我们的竞赛水平和心理素质都得到了明显改善。
第五步,正式比赛
在经过一系列对抗赛后,我们们带着有些紧张的心情去参加正式比赛。尽管正式比赛的时间很短,只有两三天。然而,在这个比赛时段,我们还是会有很多收获。我们首先要熟悉比赛场地,要进行机器人的现场调试,整个团队沉浸在激烈的比赛前静悄悄的寂静中.我们们在教练的带领下,各司其职,围绕着共同的目标准备着。编程手在一遍一遍的根据场地环境调试着程序,操控手默默的在操控机器人,静静的体会机器人的动作过程,搭建手在旁边准备着电池供给和科学DV记录,队长也不会闲着,他们会紧张的观察着对手的表现,根据具体情况,作出相应的程序设计安排与操控手的战略战术安排.......
期待已久的正式比赛开始了。不管比赛的结果是输是赢,我们会在赛后在教师的引领下整理分析这个项目开展以来团队训练与比赛中所积累的经验与教训,写出相关的体会感受,写出最终的工程档案手册(包括参赛团队机器人使用的全部零件清单和程序设计清单),准备机器人比赛后的学习生活计划。有余力者,还可以在教师的指导下,准备制作科学DV、或者是进行科技小发明,或者是撰写科技小论文,也有同学开始做查新报告等
第四篇:机器人社团财务制度
机器人社团财务管理制度
第一章:总则
第一条: 本条例的制定诣在规范我机器人社团的财务管理,协助社团更好的发展和完善财务制度。
第二条: 社团的一切财务管理须遵守财务透明的原则,并受社员监督。
第二章:经费来源
第三条: 社团的经费主要来源于机电工程学院的资助。如有特殊情况可向社员收取一定会费。
第四条: 社团可以接受赞助或赠送等其他方式获得经费,经社长等相关负责人员一致同意后方可使用。
第五条: 社团也可以通过举办活动、拉赞助等形式筹集经费,一切活动所得赞助必须向学院负责老师以及社长等人如实汇报。
第六条: 社团的日常活动不得向会员(包括自愿缴费者)收取任何形式、任何名义的活动费用(门票、车票费等除外)。
第三章:经费使用
第七条: 经费为社团公共财产,任何个人不得侵占、私分、或用于超出本社团章程规定以外的活动。
第八条: 社团经费的使用坚持先审批、后使用的原则。
第九条: 社团活动经费由财务负责人管理,记账人和持款人各司其职,互相监督。
第十条: 每学期期末,财务负责人有义务在社长以及副社长的监督下向全体社员公布财务支出情况,社员有权知道会费的具体用途。
第十一条: 每月月末要求财务负责人上交财务汇报表,同时要附有正规发票,发票后面要附有负责人和使用人的签字,并在其后面用铅笔写明具体用途。经社长审查后,发票归还财务负责人。
第十二条: 每一笔费用支出需在社团财务支出明细表登记,所购买物品需在社团财务入库明细表登记后使用。
第十三条: 任何一项超过50元的支出都要有社长、财务负责人的签字,否则不予报销。
第十四条: 经费的管理应做到收支明确,账目清楚,并保留原始凭证。第十五条: 超过50元的支出需要有正规发票,50元以下支出需要有收据。
第四章:经费监督
第十六条: 社长为主要监督者,各社员共同参与监督。第十七条: 经费使用明细每个季度公布给各个社员。
第十八条: 收取费用时,需要有社长以及其他两名社团部长签名的证明。第十九条: 第五章:发票注意
第二十条: 1.单位(发票抬头)开:金陵科技学院
2.发票所开金额须为汇款金额,开于一张发票上 3.发票要求内容:比赛器材(或者器件名称)
4.开票公司名称必须为汇款到账公司名称 第二十一条: 第六章:附则
第二十二条: 本章程由机器人社拟定,自公布之日起施行。第二十三条: 本章程最终解释权归机器人社,本章程的其它有关细则,另行规定。
第五篇:微型机器人简介
《微机电系统设计学》读书报告——浅谈微型机器人
《微机电系统设计学》读书报告
——浅谈微型机器人
吕玉峰
21225099
摘要:微型机器人是微机电系统的重要分支,是微机电系统发展的高级形式。本文阐述了微型机器人的概念及关键技术;论述了现阶段国内外的研究现状,介绍了它的应用;最后指出了微型机器人的发展中尚待解决的问题。关键词:微型机器人,微机电系统
前言
机器人技术是一门快速发展的高新技术,在许多领域得到了日益广泛的应用,并对人类社会产生着日益重大的影响。微型机器人(Micro-Robotics)是指集成了微型作业工具、各种微小型传感器,具有通用编程能力的小型移动机构。
微机电系统(Micro Electromechanical System,MEMS)是指可批量制作的,将微型机构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、以及接口通信和电源等集于一体的微型器件或系统。20世纪80年代后期,随着大规模和超大规模集成电路的迅速发展,微电子技术与机械、光学等学科的交叉融合促进了MEMS技术的迅速发展。MEMS是目前正在飞跃发展的微米/纳米技术中的一项十分重要的技术,它的成熟和产业化,对经济建设、国防建设乃至社会发展都将产生深远影响。
微型机器人是利用IC(集成电路)微细加工技术,将驱动器和传动装置、传感器、控制器、电源等集成在一起的功能完备的MEMS系统。MEMS技术可将机器人系统的尺寸缩小到几毫米甚至几百微米,这种微型化的趋势经逐渐成为机器人发展领域的一个重要方向。微型机器人的研究方向可以归纳为三个方面:微操作机器人技术,微定位机器人技术和微型机器人技术。
微型机器人结构尺寸微小,器件精密,可进行微细操作,具有小惯性、快速《微机电系统设计学》读书报告——浅谈微型机器人
响应、高谐振频率、高附加值等特点。然而,微型机器人并不是简单意义上普通机器人的微小化,微型机器人一般集成有传感、控制、执行和能量单元,是机械、电子、材料、控制、计算机和生物医学等多学科技术的交叉融合。微型机器人的研究,是一个新颖又具有重大实际意义和挑战性的课题。该技术有利于实现真正意义上的微小系统,充分展示了微小系统的巨大魅力;而且建立微型机器人需要更为微小的驱动器、执行器、传感器、处理器等,由此展开的对微型机器人本体加工和微部件的研制,将有利于实现更高意义上的微系统集成,推动MEMS技术继续前进。
1.微型机器人的组成、关键技术及分类
微型机器人系统一般由四部分组成:微执行器,微传感器,微能源,控制系统。相应的微执行器技术、检测技术、能源供给和控制技术就是微型机器人的关键技术。
(1)微执行器技术
微执行器的研究,一直是微机械发展的关键,并在一定程度上标志着一个国家微机械的发展水平。
(2)检测技术
在微型机器人上配备传感器后可以检测微型机器人的运动参数及环境参数,并存储和传递检测到的信号。作为机器人的感觉器官,传感器须具备拾取信息、传递信息的功能,同时还须满足尺寸小、分辨率高、稳定性和可靠性好、时间响应快等特点。微型机器人常用的传感器有视频探测器、涡流传感器、激光干涉仪、加速度传感器等。
(3)能源供给技术
微型机器人的能量供应方式可分为有线和无线,无线供能是微型机器人发展的未来趋势。其中无线又可分为内部供应型和外部供应型两种。内部供应的能量大多是电能,一般采用电池和电容器供能。电池输出功率的连续性好,但是很难小型化。外部供应型大致有以下几种:光驱动方式、热转换方式、压驱动方式、变位转换方式、电磁供应方式等。《微机电系统设计学》读书报告——浅谈微型机器人
(4)控制技术
微型机器人控制技术关键的是在微小尺寸水平上的集成机载控制器。目前这个技术还没有很好地解决,有待计算机和部分外设集成技术的突破。
微型机器人种类很多,也有很多分类标准:
1)按所应用的领域,可以分为医疗用和工业用两类;
2)按工作环境,可分为管道微型机器人、微型飞行器和水下微型机器人三类;
3)按驱动方式,可分为气动、微电机驱动、智能材料驱动、能量场驱动等; 4)按移动方式,可分为轮式、足式、蠕动式、泳动式等; 5)按能源供给方式,可分为有线和无线两种形式。
2.微型机器人的国内外研究现状
目前,微型机器人已经成为了MEMS研究的一个重要的方向和热点,世界各国正积极地开展微型机器人的研究。美国国家自然科学基金会将MEMS技术列为优先支持的项目,美国国防部先进研究计划署也制定了有关MEMS的研究发展计划。在欧洲,尤其是德国和法国,MEMS技术作为前沿高科技,得到欧盟组织的大力支持。在日本,微机械研究始于1991年由通产省资助的“微机械技术十年计划”,分为基础研究、中间评价和系统化技术三个阶段,并于1992年组建了“微机械研究中心”来负责组织管理和规划研究,重点是发展进入工业狭窄空间微型机器人、进入人体狭窄空间的医疗微系统和微型工厂。
我国微型机器人的研究起步较晚,在驱动控制系统的研究方面和国外差距比较明显。微型机器人的研究己经被列为国家“863”计划。国内研究人员已经开展了卓有成效的工作,也取得了一系列的研究成果。主要集中在三个领域:
(1)面向煤气、化工、发电设备细小管道探测的微型机器人;(2)针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器人;(3)面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器人。
下面按照微型机器人不同工作环境的分类,来看微型机器人的研究成果。《微机电系统设计学》读书报告——浅谈微型机器人
2.1微型管道机器人
微型管道机器人是基于狭小空间内的应用背景提出的,其环境特点是在狭小的管状通道或缝隙行走进行检测,维修等作业。
在工业、核工业、石油天然气等领域中,管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛应用,为了提高这些管道的寿命,防止泄露等事故的发生,管道机器人作为满足高效准确的故障诊断、检测及维修的手段应运而生,其广泛地应用于管道的探伤、补口、维修、焊接等诸多领域。
医疗机器人将机器人技术应用到医疗领域,极大的推动了现代医疗技术的发展,近年来随着MEMS的发展,大大促进了医疗机器人的微型化,可用于人体内诊断和治疗的微型机器人的研究越来越受到重视,如下图所示。
2.2微型飞行器
微型飞行器不同于传统概念上的飞机,它是MEMS集成技术的产物。微型飞行器的姿态控制系统中的微型地平仪、微型高度计,导航系统中的微型磁场传感器和微型加速度计、微陀螺仪等,飞行控制系统中的微型空速计、微型舵机等,在微型飞行器上应用的微型摄像机、微型通讯系统等,都需要MEMS技术的支持,以减少体积和重量,改善飞行器的性能。微型飞行器的动力——微型发动机也需利用MEMS技术制造,所以说,微型飞行器除机身和机翼外,都需依靠MEMS技术,甚至机翼也可以用MEMS技术制造灵巧的蒙皮,以控制飞行器的飞行姿态。
微型飞行器的一个重要应用是军事侦察,可进行敌情侦察及监视、战争危险估计、目标搜索、通信中继,侦察建筑物内部情况等。适用于城市、丛林等多种《微机电系统设计学》读书报告——浅谈微型机器人
战争环境。因为其便于携带,操作简单,安全性好的优点,可以在部队中大量装备。而在非军事领域,配置有相应传感器的微型飞行器,可以用来搜寻灾难幸存者、有毒气体或化学物质源,消灭农作物害虫等,如下图所示。
2.3水下微型机器人
微型水下机器人广泛应用于大坝监测、水下搜救、渔业生产、港航安防、水下考古和科学考察等水下调查领域,如下图中,左图为美国的VideoRay系列水下微型机器人,右图为仿生龙虾微型机器人。
3.微型机器人的应用
微型机器人的应用领域正在不断扩大,无论是在民用如农业、工业、医学、生物等领域,还是军用如军事和航空领域,都有着广泛的应用。美国国家科学基金委员会1988年的调查报告列举了MEMS在生物血管、眼科手术中、疾病检测与治疗、高级仪器的超级清洁、微细检测与修补、工业、军事、航空航天、农业等方面的25个有希望的重大应用领域。《微机电系统设计学》读书报告——浅谈微型机器人
微型机器人在农业上可以用来杀灭害虫、定点洒农药;在工业和人们日常生活中,微型机器人给埋藏在地下的大量、无数的小口径输液管道的检测和维护提供了一种很好方式和手段。在核工业上可以用来处理核电站事故、进行设备维修以及对核燃料进行处理。在医学上医用微型机器人的研究正在不断取得进展,微型机器人的使用可以减少对人体其它完好组织的伤害,缩短康复时间,消除手术引起的副作用,降低医疗费用,减轻患者的生理痛苦和医疗人员手术操作时的心理压力。在军事上可以用于军事要地的报警、防卫战略要地等,也可以攻击敌人的重要设施、实现定点爆破,或者深入敌后获取重要的军事情报。在航天上发射微型卫星可以大大降低卫星的成本和发射费用。
4.微型机器人研究所面临的问题
(1)驱动器的微型化问题
微驱动器是MEMS最主要的部件,从微型机器人的发展来看,微驱动技术起着关键作用,并且是彰显微型机器人水平的标志。开发耗能低、结构简单、易于微型化、位移输出和力输出大,线性控制性能好,动态响应快的新型驱动器(高性能压电元件、大扭矩微马达)是未来的研究方向。
(2)微型机器人的尺寸效应问题
微型机器人,特别是医用微型机器人,设计的最终目标都是将尺寸控制在毫米级以下。由于尺度的微细,使得表面积体积比增大,与尺寸高次方成比例的力,如惯性力、电磁力等的作用相对减弱,而与尺寸低次方成比例的黏性力、表面张力、静电力、摩擦力等的作用显著增加,这样会造成微型机器人在运动时的阻力增大。
(3)能源供给问题
许多执行机构都是通过电能驱动的,但是对于微型移动机器人而言,供应电能的导线会严重影响微型机器人的运动,特别是在曲率变化比较大的环境中。微型机器人发展趋势应是无线化,能量、控制信号以及检测信号应可以无线发送、传输。微型机器人要真正实用化,必须解决无线微波能源和无线数据传输技术,同时研究开发小尺寸的高容量电池。《微机电系统设计学》读书报告——浅谈微型机器人
(4)可靠性和安全性问题
目前许多正在研制和开发的微型机器人是以医疗、军事以及核电站为应用背景,在这些十分重要的应用场合,机器人工作的可靠性和安全性是设计人员必须考虑的一个问题,因此要求机器人能够适应所处的环境,并具有故障排除能力。
(5)高度自治系统的控制问题
微型机器人要完成特定的作业,其自身定位和环境的识别能力是关键,开发微视觉系统,提高微图象处理速度,采用神经网络及人工智能等先进的技术来解决控制系统的高度自治难题是最终实现实用化的关键。
5.总结
微型机器人目前大多还处于实验室或原型开发阶段,存在许多关键的技术没有得到解决,离实用化还有相当的距离。但是,随着相关技术的不管发展,这些问题都将得到解决,促进微型机器人技术的不断进步。可以预见,微型机器人在21世纪必将大量出现。微型机器人又被称为“明天的机器人”,向微型化和超微型化方向发展的趋势,将使得机器人走向更广阔领域,也会让我们看到另外一个多姿多彩的世界。
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