机器人技术在工业生产和日常生活中的应用(机器人概论报告)

第一篇：机器人技术在工业生产和日常生活中的应用(机器人概论报告)

机器人技术在工业和日常生活中的应用

因为兴趣，所以我选择了机器人概论这门课，虽然只有十多节课，但还是学习、了解不少知识。

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)、水下军用机器人和空间军用机器人等。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。

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等组成。而传感器作用尤为重要，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。加之器件集成度的提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，似的机器人的功能越来越强，系统的可靠性提高了、易操作性变得简单而且可维修性变强。而控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遥控式等多种方式。

服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，目前处于开发及普及的早期阶段。

大楼清洗机器人是以爬壁机器人为基础开发出来的，它只是爬壁机器人的用途之一。爬壁机器人有负压吸附和磁吸附两种吸附方式，大楼擦窗机器人采用的是负压吸附方式。磁吸附爬壁机器人也已在我国问世，并已在大庆油田得到了应用。

帮助残障人行走的机器人轮椅已逐渐成为热点。机器人轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。机器人轮椅关键技术是安全导航问题，采用的基本方法是靠超声波和红外测距，个别也采用了口令控制。超声波和红外导航的主要不足在于可控测范围有限，视觉导航可以克服这方面的不足。在机器人轮椅中，轮椅的使用者应是整个系统的中心和积极的组成部分。对使用者来说，机器人轮椅应具有与人交互的功能。这种交互功能可以很直观地通过人机语音对话来实现。尽管个别现有的移动轮椅可用简单的口令来控制，但真正具有交互功能的移动机器人和轮椅尚不多见，也是有待研究。

作为一项前沿的高新技技术，机器人还有广阔的发展空间。我们要发展他，掌握他，领导他的发展，但我们绝不能依赖他，他只是服务于我们，使我们的生活更美好的工具。

第二篇：单片机在日常生活及工业生产中的应用

单片机在日常生活及工业生产中的应用

08机电四班 邓副钱 20080310060423 单片机，亦称单片微电脑 或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择.可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。一.单片机的历史 ：

第一代：七十年代后期，4 位逻辑控制器件发展到 8 位。使用 NMOS 工艺（速度低，功耗大、集成度低）。代表产品： MC6800、Intel 8048。

第二代：八十年代初，采用 CMOS 工艺，并逐渐被高速低功耗的 HMOS 工艺代替。代表产品： MC146805、Intel 8051。

第三代：近十年来，MCU 的发展出现了许多新特点：

（1）在技术上，由可扩展总线型向纯单片型发展，即只能工作在单片方式。（2）MCU 的扩展方式从并行总线型发展出各种串行总线。（3）将多个 CPU 集成到一个 MCU 中。

（4）在降低功耗，提高可靠性方面，MCU 工作电压已降至 3.3V。

第四代： FLASH 的使用使 MCU 技术进入了第四代。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。二．单片机的特点

单片机与通用微型计算机相比较，它在硬件结构、指令设置上均有其独到之处，主要特点如下：

（1）单片机中的存储器ROM和RAM是严格分工的。ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。而RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样，小容量数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。但单片机上RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache）用。

（2）采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU，持别是单片机具有很强的位处理能力。单片机的运行速度也较高。

（3）单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数有限，了解决实际引脚数和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。

（4）系列齐全，功能扩展性强。单片机有内部掩膜ROM、内部EPROM和外接ROM等形式，并可方便地扩展外部的ROM、RAM及I/O接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。

（5）单片机的功能是通用的。单片机虽然主要作控制器用，但是功能上还是通用的，可 以象一般微处理器那样广泛应用在各个方面。

三.单片机的应用

单片机技术使用范围广，在各种仪器仪表生产单位、石油、化工，纺织、机械的加工等各个行业中都有广泛的应用.目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

1.在工业控制中的应用

工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一，在测控系统、过程控制、机电一体化设备中主要利用单片机实现逻辑控制、数据采集、运算处理、数据通信等用途。单独使用单片机可以实现一些小规模的控制功能，作为底层检测、控制单元与上位计算机结合可以组成大规模工业自动化控制系统。特别在机电一体化技术中，单排年级的结构特点使其更容易发挥其集机械、微电子和计算机技术于一体的优势。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。2.在智能仪器中的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理

量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

3.在家用电器中的应用

单片机功能完善、体积小、价格廉、易于嵌入，非常适合于对家用电器的控制。嵌入单片机的家用电器实现了智能化，是传统型家用电器的更新换代，现已广泛应用于洗衣机、空调、电视机、视盘机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种试听设备等。

4.在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

5.在办公自动化设备中的应用

现在办公自动化设备中大多数嵌入了单片机控制核心。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机及电话等。通过单片机控制不但可以完成设备的基本功能，还可以实现与计算机之间的数据通信。

6.在商业营销设备中的应用

在商业营销系统中单片机已广泛应用于电子秤、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等。

7.在医用设备领域中的应用

单片机在医疗设施及医用设备中的用途亦相当广泛，例如在医用呼吸机、各种分析仪、医疗监护仪、超声诊断设备及病床呼叫系统中都得到了实际应用。

8.在汽车电子产品中的应用

现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器等装置中都离不开单片机。特别是采用现场总线的汽车控制系统中，以单片机担当核心的节点通过协调、高效的数据传送不仅完成了复杂的控制功能，而且简化了系统结构。

此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

四.单片机的应用前景

中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里 发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开 发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。

单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜 索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。电子界，在2003年7月，在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中，单片机人才的需求量位居第一。大家都有些奇怪一块小小的片子，为何有这样的魔力？

因为它改变了我们的生活.它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导 弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据 处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些 东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们 只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的 人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达3 亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于 世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩 具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。

第三篇：工业机器人技术基础及应用-讲座报告

工业机器人技术基础及应用

—《工业过程的智能检测与控制》讲座学习报告

电信1239班

3212005154号

韩荣

2014年4月中旬，于在职工硕集中返校期间，有幸听了曹建福教授关于“工业过程的智能检测与控制的”的学术讲座。曹教授详细讲述了工业自动化的发展、主要技术、应用及发展方向等知识点，期间曹教授讲的关于工业机器人技术让我产生较浓厚的兴趣，讲座后翻阅了一些课外的报告资料并归纳整理，形成了一篇简单的学习报告，分享我对机器人技术的了解情况。

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。一．工业机器人的技术概念

工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。二．工业机器人技术发展现状

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。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。

机器人从面世到进入本世纪，发展可以不可以不谓之快，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能推动这个新兴行业进入临界状态。三．工业机器人技术发展趋势

随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化以及在系统（FMS、CIMS）中的群体应用，工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”，满足多样化、个性化的需要，并适应多变的非结构环境作业，向非制造领域进军。

（1）感觉功能：感觉功能方面将实现多传感器信息的融合，以检测多变的外部环境，做出判断和决策，其实质类似于人的五官和身体的综合感觉功能，包括视觉、触觉、力觉、滑觉、接近觉、压觉、听觉、味觉、臭觉、温觉等。研究包括各类传感信息的采集及融合处理、传感器与驱动器一体化技术、感觉功能继承模块等。

（2）控制智能化：由引导教向NC，离线编程发展，进而发展到进一步应用。随着系统化、集成化生产的发展，基于PC的开放式控制系统将机器人控制和车间一级控制的发展方向，国外专家预测，2007年它将占30％。

（3）移动功能的智能化：为解决长距离搬运作业、大作业对象、多作业对象及极限作业等问题，需开发自主移动系统（包括滑动、滚动、行走、爬行、跳跃、飞行等）。（4）系统应用与集成化：支持以人为核心的生产系统，实现生产系统中机器人群体协调功能、群智能和多机通讯协议，开发能理解人的意志的“同事机器人”。国外专家预测，2000你后有可能IMS要走向MA(R)S（多智能体系统），而该系统中的“同事机器人”（Cobot）将成为操作人员不可或缺的伙伴。围绕着各种机器人与人共存的诸多课题，正在兴起一门新学科“软机器人学”。

（5）安全可靠性：由于大量不确定因素的存在，要实现智能化的安全可靠性，机器人必须具有对各种意外情况的应变能力，及时采取预防措施和安全对策，包括硬件级、软件级、应用级和人机系统级的自诊断和自修复故障。

（6）微型化：向微型化发展，开发毫米级机器人，用于微加工、医学、宇宙和海洋开发等领域。就使用性和成本来看，毫米级最可行。

（7）多传感器信息融合与配置技术：①机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用包括面向工艺过程的多传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；面向工艺要求的新型传感器研制。②机电一体化智能传感器：包括具有感知、自主运动、自清污（自调整、自适应）的机电一体化传感器研究；面向工艺要求的运动机构设计、实现检测和清污的自主运动；调节控制系统；机器人机构和控制技术在传感器设计中的应用。

四.工业机器人产业未来发展

目前国际、国内机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下10个方面：

1．机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。

2．机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式 控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。

3．多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。

4．机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。5．机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。

6．虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。

7．多智能体（multi-agent）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。

8．微型和微小机器人技术（micro/miniaturerobotics）:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。

9．软机器人技术（softrobotics）:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。

10．仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。

第四篇：机器人技术中的创新意识

机器人技术基础中的创新意识 本学期我们学习了《机器人技术》基础这门功课，即将结束之际给我们带来了很大的启发。学习机械专业的都知道，机器人技术可以说是未来机械制造的核心发展方向，机器人技术也是机械制造技术的集大成者，一个机器人虽然可能只能完成一个小小的动作，却可能代表着技术的突破和创新。要想在机器人行业有所成绩花费的时间和精力是很多的。

世界机器人之父恩格尔伯格先生认为，机器人目前尚没有准确的定义，但有一点可以确定，即机器人不一定像人，但能替代人工作。美国不仅将工业机器人和服务机器人看做是机器人，还将无人机、水下潜器、月球车甚至巡航导弹等都看做是机器人。机器人技术是综合了计算器、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。它一般由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种综合了人和机器特长、能在三维空间完成各种作业的机电一体化装置。它既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，特别适合于多品种、小批量的柔性生产。是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。

我们技术发展中机器人也随着我们机械技术的创新而不断更新换代，因此创新才是机器人技术发展的源动力。第一代机器人属于示教再现型，第二代则具备了感觉能力，第三代机器人是智能机器人，它不仅具备了感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作。智能机器人在发生故障时，通过自我诊断装置能自我诊断出发生故障部位，并能自我修复。今天，智能机器人的应用范围大大地扩展了。除工农业生产外，机器人已应用到各行各业，并

已初步具备了人类的特点。机器人向着智能化、拟人化发展的道路，是没有止境的。

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。在研究和开发未知及在不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。上世纪80年代以来，人们将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人。机器人若是具有认知能力、学习能力、思维能力以及适应环境的能力就属于智能机器人了。智能机器人一般由三大部分组成：运动部分、智能部分和感觉部分。运动部分，包括行走机构、机械手、手爪；智能部分，包括有认知能力、学习能力、思维能力和决策能力的装置；感觉部分，包括有视觉、听觉、触觉、接近觉的装置。智能机器人由感觉装置感受到外界环境的状况，产生信息，并由电脑进行识别。电脑中存储许多知识，也就是存储许多规则和数据。电脑根据已有的知识，对得到的外界信号加以分析、判断、推理，最后做出决策，产生控制信号，驱动机器人的行走机构、机械手和手爪运动，完成操作。这样，不但能适应外界环境的变化，而且还能完成复杂的任务。智能机器人的功能与人更接近了，但是它与人相比还相差很远。人有智力、情感和意识。目前最高级机器人的智力也只相当于小孩子的智力，但没有感情和意识(有的机器人有表情，但还没有感情)。现在的普通智能机器人，它的智力相当于两三岁幼儿的智力水平。而在将来，高智能的机器人将会越来越多，其智力水平也一定会不断提高，普及型机器人的智力将慢慢地达到七八岁、十几岁少年甚至青年人的智力水平。

现有机器人的智能主要来自于微小的芯片所具有的巨大计算能力。人类把知识以数据形式存储在机器人内部，机器人利用传感器和各种计算方法获取外部环境、内部姿态等信息，通过一定的决策控制规则，驱动自身的执行器来完成各种动作。这种计算智能虽然能较好地处理事务性和计算性的工作，但不能处理未知情况，难以适应快速变化的环境，无法进行创造性的工作。

但可以预见，随着未来人工智能技术的的发展，未来机器人运算将依靠电子计算机，光计算机、甚至是神经计算机组成机器人的“大脑”。有了“大脑”机器人便具备了判断、分析、推理等“智力”，可以对从外界接收到的信息进行更有效、更准确和迅速的处理。

机械技术随着创新而发展机器人技术也在创新中发展，培养我们的创新意识成为我们立命之本。机械创新不同于常规的机械设计，是设计人员针对新的或预测的需求，充分发挥设计者的创造力和智慧，利用已有的相关科学理论、方法和原理，进行新的构思、设计和制造出新颖、有创造性及实用性的机构或装置的实践活动。它包含两个部分内容：一是改进完善生产或生活中现有的机械产品技术性能、可靠性、经济性、适用性；二是创造设计出新机器、新产品，以满足新的生产和生活的需要。21世纪是人才竞争尤为激烈的时代。对于一个国家、一个民族而言，拥有持续的创新能力和大量高素质的人力资源，就意味着发展知识经济蕴藏着巨大的潜能。而我们国家正是需要人才的时候，尤其缺乏创新型人才。对于我们来说，现在就要培养创新意识，锻炼创新的思维。用新观点、新原理、新功能来设计出前所未有的产品。因而，如何加强机械创新设计，挖掘创造性思维，就显得尤为重要。2004年冯小刚贺岁大片《天下无贼》中，黎叔有句名言：“21世纪什么最贵？人才！”。现在，连小偷都知道人才最宝贵了，而我们国家正是需要人才的时候，尤其缺乏创新型人才。世界各国也都如此。竞争优势的秘密是创新，这在现在比历史上的任何时候都更是如此。创造力对于创新是必要的，公司文化应该提倡创造力，然后将其转变成创新，而这种创新将

导致竞争的成功。可以看到。

机械创造性思维的四大特征。机械创造性思维的基本形式有定向思维、反向思维、联想思维、对比思维、发散思维、灵感思维、逆向思维等。其特点是：

（1）开放性。开放性是相对封闭性而言的，传统思维方式的封闭性只关心自己生活的狭小区域，画地为牢，坐井观天，并且更乐于驾轻就熟，接受过去所谓成功的办法，封闭性思维容易造成信息堵塞，思维呆滞，使思路缺乏多样性和创造性，这正是机械创新设计中的大忌，不去看或很少看他以外的广阔天地，开放性思维的特点是把认识对象作为一个开放的系统来考虑，注重研究系统与外部环境的关系，以便更好地认识该对象及其发展规律。

（2）独创性。所谓独创性就是要独立思考，敢于直抒己见，勇于突破旧思想、旧观念对心灵的束缚，构筑开放、发散、鲜活的新世纪思维形态，从新的角度分析问题，这是机械创新设计的前提条件。例如：某鞋厂派两名推销员一同飞往一个海岛去开拓市场。一下飞机，他们就了解到：所有的岛民从来没有穿鞋的习惯。推销员甲心里凉了，立即向厂长发电报：“没有市场，他们的需求量等于零。”而推销员乙却十分惊喜，也立即向厂长发电报：“前途无量，他们的需求量将从零起步。”这时，我们的观点有两类：一类是批评推销员甲保守，无所作为；另一类是称赞推销员乙乐观向上，锐意进取。那么，究竟是哪个推销员的做法对呢？我们可以通过对比去讨论，这样就开阔了思维。

（3）多向性。多向性是指对同一问题要从不同的角度探索尽可能多的解法和思路。多向性体现了思维方法的多样性和丰富的想像力。爱因斯坦说过，“想像力比知识更重要，现实世界只有一个，而想像力却可以创造千百个世界”。因而，多向性思维是与创造力关系最密切的一种思维方式，机械产品的多样性与创造性思维的多向性是分不开的。

（4）自由性。思维自由是现代科学技术发展的客观需要。思维方式的自由性，是遵循真理发展规律的自由思考和自由探索。科学思维的自由，也就是不限定科学活动范围，不用权力裁决科学成果，允许科学工作者在真理的探索中自由地展开思维的翅膀。当然，思维的自由性，也要受到自然科学、社会和法律的制约。在机械设计工作中，要想不断地取得创新的成果，就必须根据创造性思维的特征，自觉地培养自己的创造性思维能力。只要消除自身思想上的束缚，自我突破，并掌握正确的方法，就能调动创造性而获得出乎意料的创造性成果。

机械创新设计方法：

1、智力合成法。这是一种发挥集体智慧的方法。通过集体讨论的形式，发散和激励创新思维。讨论时应相互启发激励，取长补短，引起创新设想的连锁反应，使思维自由奔放，新的设想才能涌现。讨论的目标要明确，事先有准备。其原则有：鼓励自由思考，随心所欲，设想新异；不许批评别人的设想；推迟评价，不过早定论；有的放矢，不泛泛空谈；讨论者一律平等，不提倡少数服从多数；及时归纳，总结、记录各种设想，留作下次再议；最后挑选最合适、最有前途的见解，并审查其可行性。

2、仿生类比法。通过对自然界生物机能的分析类比，从事物的千差万别、不同程度的对应和相似之处的类比中得到创新，设计出新机械，这也是最常用的创新设计方法。

3、列举创新法。把问题展开列举，帮助思维进行构思的方法。按机构的特性、设计者的意愿、毛病的改进等进行列举，找出改进创新的方案。

4、移植技术法。把一个领域内的先进技术移植到另一个领域中，或把一种产品内的先进技术应用到另一种产品中，从而设计出新产品的方法。

爱迪生可称得上是创新者的鼻祖了，他素以高效创新而著称。事实上，若论名言警句，创新者或许大多会引用他说过的这样一段话：“我做的任何一件有价值的事情都非偶然，我所有的发明创造也并非出于巧合，而是来源于辛勤的工作。”爱迪生心里很清

楚，发现碳丝作为白炽灯的发光材料绝非偶

然。这一切浸透了他和助手整整一年的心血，对各种材料进行了几百次的试验。创新意味着艰苦而扎实的工作，而非异想天开所能解决的事。然而，这并不等于说企业对待员工的创造力要采取消极的态度。有创造力是一件好事，但要记住，创造力并非凭空妄想，而是一种行为的综合，即以新颖、新奇的方法把几种东西结合起来。创造力是为创新服务的，而无法代替创新本身。

第五篇：人工智能在机器人领域的应用

人工智能的应用

课 程： 人工智能

专业班级： 计科11001班 学 号： 201003647 姓 名： 刘雄

报告日期： 2013-5-29

人工智能在智能机器人领域中的应用

在现代的工业制造，航空航天，交通矿业等领域，机器人越来越发挥着重要的作用。一些日本的专家预测，到2010年，只有5%的体力劳动需要由人来完成，其余大量的体力劳动要由机器人来承担。随着机器人的普及，机器人安全，规划，控制等领域也日益承受着巨大的挑战。

那何谓人工智能呢？

“人工智能”(Artificial Intelligence)简称AI它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人们认为“人工智能”是计算机科学技术的前沿科技领域。因此,“人工智能”与计算机软件有密切的关系。人工智能是“类人”机器人所需要的算法和技术，也就是说我们研究的主题是高级智能的本质，而不是其外在表现和辅助部件。一方面,各种人工智能应用系统都要用计算机软件去实现,另一方面,许多聪明的计算机软件也应用了人工智能的理论方法和技术。例如,专家系统软件,机器博奕软件等。但是,“人工智能”不等于“软件”,除了软件以外,还有硬件及其他自动化的通信设备。人工智能是从思维、感知、行为三层次和机器智能、智能机器两方面研究模拟、延伸与扩展人的智能的理论、方法、技术及其应用的技术学科。

例如,用计算机打印常用的报表,进行一些常规的文字处理,都是程序化的操作,谈不上有智能。但是,用计算机给人看病,进行病理诊断和药物处方,或者,用计算机给机器看病,进行故障诊断和维修处理,就需要计算机有人工智能。人工智能学科领域中有一个重要的学科分支是“专家系统”(Expert System),简称代写论文ES。就是用计算机去模拟、延伸和扩展专家的智能。基于专家的知识和经验,可以求解专业性问题的、具有人工智能的计算机应用系统。如:医疗诊断专家系统,故障诊断专家系统等。

人工智能要解决的问题主要是以下几个方面：

一、识别过程，外界输入的信息向概念逻辑信息转译，将动态静态图像、声音、语音、文字、触觉、味觉等信息转化为形式化（大脑中的信息存储形式）的概念逻辑信息。

二、智能运算过程，输入信息刺激自我学习、信息检索、逻辑判断、决策，并产生相应反应。

三、控制过程，将需要输出的反应转译为肢体运动和媒介信息。

实用机器人在第三个方面做得比较多，而识别和智能运算是很弱的，尤其是概念知识的存储形式、逻辑判断和决策这些方面更是鲜有成果，这正是人工智能要重点解决的问题。

在机器人控制中常用的智能控制方式是模糊控制。如图1所示。

图1： 机器人控制中的模糊控制

十几年来，用神经元网络来控制机器人变得非常流行从控制的角度来考虑，神经元控制具有如下一些特性:(l)分布式的非线性。(2)从经验进行学习的能力。(3)强壮的平行多处理能力。(4)在尚未进行训练情况下的表现。常见的神经元机器人控制器如图2所示。

图2： 神经元机器人控制器

神经元网络采用不同的结构可用于不同的应用，因此它引起了人们广泛的兴趣。从控制的角度来看，神经元网络在非线性控制方面的表现是最突出的。由于神经元网络不是基于模型的，因此他被看作是机器人传统控制之外的另一个可行的控制方法。他可以模拟人类的思维方式。在机器人控制方面，神经元网络还有一些很特别的优点。它可以被训练来进行运动学的正解和逆解。可以来表示n个关节的机械臂的各种输人与输出关系。关于用神经元网络控制机械臂，许多人已经进行的大量的研究。

人工智能在智能机器人中应用所要经过的过程为：

1、人工智能实体将首先在精确思维能力上超过人，然后在模糊思维能力上超过人。

2、由于创造力是个性化的产物，较高的创造力不是复制及经验的吸收所能产生的，它需要通过个性化的学习来获得，而个性化的学习不是短时间内所能完成的，因而人工智能实体在创造力上全面超过人将需要较长的时间。一旦人工智能实体的创造力超过人其智力水平也就能远远超过人。

不难看出，不久的将来，“智能机器人”将在工业、服务业、军事、航空航天等领域发挥越来越重要的作用。今天，尽管我们的机器人已经具备了一定的智能，但距离真正的“智能机器人”还有相当大的差距。随着生理学，行为学等学科的发展，随着我们对人脑的工作方式的理解进一步的加深，随着机器视觉和自然语言理解等人工智能领域在机器人上的应用，机器人终将成为真正意义上的“智能机器人”。这是充满了生机与活力科研领域。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)、水下军用机器人和空间军用机器人等。军用机器人的控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遥控式等多种方式。

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。

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。

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。

服务机器人

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。

研制用来为病人看病、护理病人和协助病残人员康复的机器人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。

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、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。

我国机器人技术主题发展的战略目标是:根据2l世纪初我国国民经济对先进制造及自动化技术的需求,瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发展的重点有:第一,危险、恶劣环境作业机器人:主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二,医用机器人:主要有脑外科手术辅助机器人,遥控操作辅助正骨等;第三,仿生机器人:主要有移动机器人,网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成

机器人的发展前景

从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。

机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、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，因此它的发展与众多学科发展密切相关。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(高速度、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。

随着我国经济的快速发展，我国工业机器人的市场将不断扩大，这一点无容置疑。这也从另一个侧面说面了为什么世界各大机器人公司纷纷登陆中国市场。

市场有了，但多是国外的，拥有了自主知识产权的机器人还很少，这一点要引起我们的高度重视。一方面国家要对国产工业机器人给予更多的扶持；另一方面也望企业使用国产机器人给国产工业机器人行业一个机会。

由于国产工业机器人的功能已经与国外相当，只要有批量，一定能够造就一个或几个中国品牌的工业机器人。

在我国，工业机器人市场份额大部分被国外工业机器人企业占据着。在国际强手面前，国内的工业机器人企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给工业机器人产业发展注入新的动力。

参考文献：

【1】智能化焊接机器人技术——机械工业出版社出版基金资助项目 陈善本、林涛等编著机械工业出版社出版

【2】机器人技术及其应用——高等学校机械电子工程规划教材 华南理工大学 谢存禧 张铁 主编 机械工业出版社出版

【3】机器人探索——工程实践指南（国外计算机科学教材系列）【美】Fred G.Martin 著 刘荣 等译 宗光华 审校 电子工业出版社

【4】机器人学 : 控制、传感技术、视觉、智能 /(美)付京逊,R.C.冈萨雷斯,C.S.G.李 著 中国科学技术出版社 1989年

【5】机器人技术导论 /(法)科依费特, F.,奇罗兹,M.著 国防科技大学出版社 1991年

【6】机器人概论 /()霍兰(Holland,J.M.)著 新世界出版社 1985年 【7】顾震宇．全球工业机器人产业现状与趋势Ⅱ．机电一体化．2006年