机械手臂介绍论文1000字

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智能机器人论文数字化家庭是未来智能小区系统的基本单元。所谓“数字化家庭”就是基于家庭内部提供覆盖整个家庭的智能化服务，包括数据通信、家庭娱乐和信息家电控制功能。 数字化家庭设计的一项主要内容是通信功能的实现，包括家庭与外界的通信及家庭内部相关设施之间的通信。从现在的发展来看，外部的通信主要通过宽带接入。intenet，而家庭内部的通信，笔者采用目前比较具有竞争力的蓝牙(bluetootlh)无线接入技术。 传统的数字化家庭采用pc进行总体控制，缺乏人性化。笔者根据人工情感的思想设计一种配备多种外部传感器的智能机器人，将此智能机器人视作家庭成员，通过它实现对数字化家庭的控制。 本文主要就智能机器人在数字化家庭医疗保健方面的应用进行模型设计，在智能机器人与医疗仪器和控制pc的通信采用蓝牙技术。整个系统的成本较低，功能较为全面，扩展应用非常广阔，具有极大的市场潜力。2 智能机器人的总体设计2．1 智能机器人的多传感器系统 机器人智能技术中最为重要的相关领域是机器人的多感觉系统和多传感信息的集成与融合[1]，统称为智能系统的硬件和软件部分。视觉、听觉、力觉、触觉等外部传感器和机器人各关节的内部传感器信息融合使用，可使机器人完成实时图像传输、语音识别、景物辨别、定位、自动避障、目标物探测等重要功能；给机器人加上相关的医疗模块(ccd、camera、立体麦克风、图像采集卡等)和专用医疗传感器部件，再加上医疗专家系统就可以实现医疗保健和远程医疗监护功能。智能机器人的多传感器系统框图如图1所示。2．2 智能机器人控制系统 机器人控制系统包含2部分：一是上位机，一般采用pc，它完成机器人的运动轨迹规划、传感器信息融合控制算法、视觉处理、人机接口及远程处理等任务；二是下位机，一般采用多单片机系统或dsp等作为控制器的核心部件，完成电机伺服控制、反馈处理、图像处理、语音识别和通信接口等功能。 如果采用多单片机系统作为下位机，每个处理器完成单一任务，通过信息交换和相互协调完成总体系统功能，但其在信号处理能力上明显有所欠缺。由于dsp擅长对信号的处理，而且对此智能机器人来说经常需要信号处理、图像处理和语音识别，所以采用dsp作为智能机器人控制系统的控制器[2]。 控制系统以dsp(tms320c54x)为核心部件，由蓝牙无线通信、gsm无线通信(支持gprs)、电机驱动、数字罗盘、感觉功能传感器(视觉和听觉等)、医疗传感器和多选一串口通信(rs-232)模块等组成，控制系统框图如图2所示。 (1)系统通过驱动电机和转向电机控制机器人的运动，转向电机利用数字罗盘的信息作为反馈量进行pid控制。(2)采用爱立信(ericsson)公司的rokl01007型电路作为蓝牙无线通信模块，实现智能机器人与上位机pc的通信和与其他基于蓝牙模块的医疗保健仪器的通信。(3)支持gprs的gsm无线通信模块支持数据、语音、短信息和传真服务，采用手机通信方式与远端医疗监控中心通信。(4)由于tms320c54x只有1个串行口，而蓝牙模块、gsm无线模块、数字罗盘和视觉听觉等感觉功能传感器模块都是采用rs一232异步串行通信，所以必须设计1个多选一串口通信模块进行转换处理。当tms320c54x需要蓝牙无线通信模块的数据时通过电路选通；当t~ms320c54x需要某个传感器模块的数据时，关断上次无线通信模块的选通，同时选通该次传感器模块。这样，各个模块就完成了与1~ms320c54x的串口通信。3 主要医疗保健功能的实现智能机器人对于数字化家庭的医疗保健可以提供如下的服务：(1)医疗监护通过集成有蓝牙模块的医疗传感器对家庭成员的主要生理参数如心电、血压、体温、呼吸和血氧饱和度等进行实时检测，通过机器人的处理系统提供本地结果。(2)远程诊断和会诊通过机器人的视觉和听觉等感觉功能，将采集的视频、音频等数据结合各项生理参数数据传给远程医疗中心，由医疗中心的专家进行远程监控，结合医疗专家系统对家庭成员的健康状况进行会诊，即提供望(视频)、闻、问(音频)、切(各项生理参数)的服务[3]。3．1机器人视觉与视频信号的传输机器人采集的视频信号有2种作用：提供机器人视觉；将采集到的家庭成员的静态图像和动态画面传给远程医疗中心。机器人视觉的作用是从3维环境图像中获得所需的信息并构造出环境对象的明确而有意义的描述。视觉包括3个过程：(1)图像获取。通过视觉传感器(立体影像的ccd camera)将3维环境图像转换为电信号。(2)图像处理。图像到图像的变换，如特征提取。(3)图像理解。在处理的基础上给出环境描述。通过视频信号的传输，远程医疗中心的医生可以实时了解家庭成员的身体状况和精神状态。智能机器人根据医生的需要捕捉适合医疗保健和诊断需求的图像，有选择地传输高分辨率和低分辨率的图像。在医疗保健的过程中，对于图像传送有2种不同条件的需求：(1)医生观察家庭成员的皮肤、嘴唇、舌面、指甲和面部表情的颜色时，需要传送静态高清晰度彩色图像；采用的方法是间隔一段时间(例如5分钟)传送1幅高清晰度静态图像。(2)医生借助动态画面查看家庭成员的身体移动能力时，可以传送分辨率较低和尺寸较小的图像，采用的方法是进行合理的压缩和恢复以保证实时性。3．2机器人听觉与音频信号的传输机器人采集的音频信号也有2种作用：一是提供机器人听觉；二是借助于音频信号，家庭成员可以和医生进行沟通，医生可以了解家庭成员的健康状况和心态。音频信号的传输为医生对家庭成员进行医疗保健提供了语言交流的途径。 机器人听觉是语音识别技术，医疗保健智能机器人带有各种声交互系统，能够按照家庭成员的命令进行医疗测试和监护，还可以按照家庭成员的命令做家务、控制数字化家电和照看病人等。 声音的获取采用多个立体麦克风。由于声音的频率范围大约是300hz一3400hz，过高或过低频率的声音在一般情况下是不需要传输的，所以只用传送频率范围在1000hz-3000hz的声音，医生和家庭成员就可以进行正常的交流，从而可以降低传输音频信号所占用的带宽，再采用合适的通信音频压缩协议即可满足实时音频的要求。智能机器人的听觉系统如图3所示。3．3各项生理信息的采集与传输 传统检测设备通过有线方式连到人体上进行生理信息的采集，各种连线容易使病人心情紧张，从而导致检测到的数据不准确。使用蓝牙技术可以很好地解决这个问题，带有蓝牙模块的医疗微型传感器安置在家庭成员身上，尽量使其不对人体正常活动产生干扰，再通过蓝牙技术将采集的数据传输到接收设备并对其进行处理。 在智能机器人上安装1个带有蓝牙模块的探测器作为接收设备，各种医疗传感器将采集到的生理信息数据通过蓝牙模块传输到探测器，探测器有2种工作方式：一是将数据交给智能机器人处理，提供本地结果；二是与internet连接(也可以通过gsm无线模块直接发回)，通过将数据传输到远程医疗中心，达到医疗保健与远程监护的目的。视频和音频数据的传输也采用这种方式。智能机器人的数据传输系统如图4所示。4 蓝牙模块的应用4．1蓝牙技术概况 蓝牙技术[4]是用于替代电缆或连线的短距离无线通信技术。它的载波选用全球公用的2．4ghz(实际射频通道为f=2402 k×1mhz，k=0，1，2，…，78)ism频带，并采用跳频方式来扩展频带，跳频速率为1600跳/s。可得到79个1mhz带宽的信道。蓝牙设备采用gfsk调制技术，通信速率为1mbit/s，实际有效速率最高可达721kbit/s，通信距离为10m，发射功率为1mw；当发射功率为100mw时，通信距离可达100m，可以满足数字化家庭的需要。4．2蓝牙模块 rokl01007型蓝牙模块[5]是爱立信公司推出的适合于短距离通信的无线基带模块。它的集成度高、功耗小(射频功率为1mw)，支持所有的蓝牙协议，可嵌入任何需要蓝牙功能的设备中。该模块包括基带控制器、无线收发器、闪存、电源管理模块和时钟5个功能模块，可提供高至hci(主机控制接口)层的功能。单个蓝牙模块的结构如图5所示。4．3主，从设备硬件组成 蓝牙技术支持点到点ppp(point-t0-point pro-tocol)和点对多点的通信，用无线方式将若干蓝牙设备连接成1个微微网[6]。每个微微网由1个主设备(master)和若干个从设备(slave)组成，从设备最多为7台。主设备负责通信协议的动作，mac地址用3位来表示，即在1个微微网内可寻址8个设备(互联的设备数量实际是没有限制的，只不过在同一时刻只能激活8个，其中1个为主，7个为从)。从设备受控于主设备。所有设备单元均采用同一跳频序列。 将带有蓝牙模块的微型医疗传感器作为从设备，将智能机器人上的带有蓝牙模块的探测器作为主设备。主从设备的硬件主要包括天线单元、功率放大模块、蓝牙模块、嵌入式微处理器系统、接口电路及一些辅助电路。主设备是整个蓝牙的核心部分，要完成各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信之间的数据交换功能，同时还负责对各个从设备的管理和控制。5 结束语 随着社会的进步，经济的发展和人民生活水平的提高，越来越多的人需要家庭医疗保健服务。文中提出的应用于数字化家庭医疗保健服务的智能机器人系统的功能较为全面，且在家用智能机器人、基于蓝牙技术的智能家居和数字化医院等方面的拓展应用非常广阔，具有极大的市场潜力。

2200年，我们的世界变成了一个更加美好的世界，无论你走到哪，都能发现科学技术发展的成果。中午，我回到家，走进客厅，竟然发现平时只要在家都会每分每秒做着家务、一刻也不肯歇会儿的妈妈与往日不同，正悠闲地懒洋洋地坐在沙发上，还津津有味地看着电视，不时吃几片橘子，似乎没有事情可做似的。旁边放着一个上身粉红色，下身紫红色的机器人。我仔细打量着它，它的身体匀称、个子不高也不矮，身子笔直笔直的，可精神了！仿佛是一位侍卫兵在那。我又看看房间，整理得井井有条，地板上连一粒灰尘也没有，都可以照出我的影子了，到处都干净极了！使我不得不吃惊地望着妈妈。“妈妈，你怎么还没做午饭？”我这时才发觉桌子上空荡荡的，只有空气漂浮在上面。“噢，好的，我马上叫它去做“妈妈瞟了我一眼，打开抽屉，拿出一个有五彩按钮和文字按钮的遥控器。“它？！”我有些诧异，“客厅里只有我们俩个人呀！”“你看，就是它呀，我昨天才买来的呢，效果不错，还有不少功能呢！”妈妈骄傲地指了指机器人，仿佛机器人是她的什么宝贝似的。那个机器人立即转过身面对着我，像是只要一声令下，他就会立刻去做你想要让他做的事情。妈妈又低头看看遥控器，眼珠子转来转去，似乎在寻找着什么。忽然，她眼睛一亮，似乎中了什么大奖似的，飞快地按下了一个按钮，那个机器人像是得到了一条圣旨似的，一转身，它便开始在厨房里做饭了。只见它眼疾手快地从袋子里拿出一捆蔬菜，然后飞快地用刀切开皮筋，“咚咚“地把菜切成一小块，又立即从袋子里拿出几个土豆，用小刀飞快地削掉了皮，并且用刀切成一条一条的……就这样，他一会儿去看看电饭煲里边的饭有没有做好，一会切着菜，动作可敏捷了。看得我眼花缭乱，真没想到机器人竟有如此厉害。才几十分钟，饭就做好了。它端着菜走到餐桌旁，嘴里还念念有词地说：“今天的菜式黄瓜炒肉、青菜炒蘑菇，还有番茄炒蛋…….请大家用餐。”它说完，又拿起两只碗，给我和妈妈添了饭。看着这些馋涎欲滴的食物，饥肠辘辘的我早已夹了菜，开始大口大口地吃了起来，衣服上面有油渍也不管了。有了机器人真好，它不用吃饭，只“吃”电，还有很多功能，真是人类的“好帮手”。

生产力在不断进步，推动着科技的进步与革新，以建立更加合理的生产关系。自工业革命以来，人力劳动已经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步。时至今天，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并已经成为时代的主旋律。人类充分发挥主观能动性，进一步增强对机械的利用效率，使之为我们创造出愈加巨大的生产力，并在一定程度上维护了社会的和谐。工业机器人的出现是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。机器人的历史并不算长，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，机器人的历史才真正开始。德沃尔曾于1946年发明了一种系统，可以“重演”所记录的机器的运动。1954年,德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性，英格伯格和德沃尔都在研究机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为是用重型机器进行工作，生产过程较为固定。1959年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。我国1993年的机器人装机台数约在1000台,仅占全世界的0.16%,显得无足轻重,其中,国产机器人所占比例更低。 目前我国的机器人总数虽然较少,但国内机器人市场需求却很大,并呈上升趋势。在国家"七五"和"八五"攻关以及"863"计划等的推动下,我国机器人技术已有较大发展。智能机器人的研究获得进展,在机器人技术型号、机器人应用工程和机器人基础技术研究等方面取得显著成绩,跟踪了国际高级机器人技术,缩短了与国际先进水平的差距。1993年,全国机器人装机台数比1991年翻了一番,相对增长率很大。 尽管有人对我国发展机器人技术尚存模糊认识,但是,越来越多的人已经认识到,高级机器人(包括工业机器人和智能机器人)是关键的自动化技术之一,是我国现代化建设必不可少的重要技术。这种高技术涉及柔性加工系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、智能制造系统(IMS)、柔性自动化(FA)和自动工厂(AF)等, 机器人是多学科交叉的产物，集成了运动学与动力学、机械设计与制造、计算机硬件与软件、控制与传感器、模式识别与人工智能等学科领域的先进理论与技术。同时，它又是一类典型的自动化机器，是专用自动机器、数控机器的延伸与发展。当前，社会需求和技术进步都对机器人向智能化发展提出了新的要求。 随着社会进步的步伐日益加快，对自动化的需求正在从制造业向工程、社会、生活等广泛领域扩展。原来在工厂结构化环境下工作的自动机器或工业机器人，适合于大规模、较少柔性和变动的生产环境，对智能程度并无过高要求，而在广泛领域内所需要的自动机器，则要满足不同的非结构环境下的不同需求，必须具有综合集成和自主的能力，向以技术集成为特征征的智能机器人发展。信息技术需要载体，用信息化改造传统工业和各行各业，最后都要落实到用自动机器去完成信息的物化，机器人就是其载体之一。而另一方面，信息技术的发展，特别是高性能计算机、通讯网络和电子器件、模式识别和信号处理、软件等技术的进展，又可促进机器人本身“智力”和“体质”的增强，为机器人向智能化、多样化发展创造条件，机器人技术与信息技术的这种互动发展在信息技术飞速发展的今天更为突出，这使机器人的高技术含量不断得到提升，始终处于高技术研究的前沿。 机器人由于本身具有无限的想象空间，历来是概念创新、技术创新的源泉，无论是在空间、水下、救灾、服务、医疗、娱乐……领域，都可根据需要设想出具有对应功能的智能机器人，而且这种想象空间由低到高，永无止境。当前，由于自动化的概念正在急速向广泛领域扩展，而信息技术的发展又极大地提高了机器人的智能程度，使这种想象空间的扩展有了需求和实现的可能，从而会更加激励围绕机器人的概念创新和技术创新，并蕴含着产生各种竞争前核心技术的可能性，从而必然是国际科技创新的重要竞争点。 机器人是多学科交叉的产物，但随着机器人应用环境和任务的复杂化，在非结构复杂环境下的信息综合与处理、针对复杂任务的规划和协调的难度和影响变得突出，需要采用信息反馈、优化控制、协调集成的理论、方法与技术去解决，控制学科在系统优化和综合集成方面的优势，将越来越在智能机器人中发挥主导作用。而智能机器人作为一种自动化系统，无论在理论与技术的覆盖面与前沿性、与各种先进信息技术的结合以及物理实现的多样性方面都是其它任何一类自动化系统所不能比拟的。因此，机器人在自动化科学技术中的代表性和地位将随着其应用范围的拓宽、所采用信息技术的更新和智能程度的提高，得到进一步的认可。 在机器人向智能化的发展中，多机器人协作系统是一类具有覆盖性的技术集成平台。如果说单个机器人的智能化还只是使个体的人变得更聪明，那么多机器人协作系统则不但要有一批聪明的人，还要求他们能有效地合作。所以它不仅反映了个体智能，而且反映了集体智能，是对人类社会生产活动的想象和创新探索。 多机器人协作系统有着广泛的应用背景，它与自动化向非制造领域的扩展有着密切的联系，由于应用环境转向非结构化，多移动机器人系统应能适应任务的变化以及环境的不确定性，必须具有高度的决策智能，因而，对多移动机器人协作的研究已不单纯是控制的协调，而是整个系统的协调与合作。在这里，多机器人系统的组织与控制方式在很大程度上决定了系统的有效性。多机器人协作系统还是实现分布式人工智能的典范。分布式人工智能的核心是把整个系统分成若干智能、自治的子系统，它们在物理和地理上分散，可独立地执行任务，同时又可通过通信交换信息，相互协调，从而同完成整体任务，这无疑对完成大规模和复的任务是富有吸引力的，因而很快在军事、信及其他应用领域得到了广泛重视。多机器协作系统正是这种理念的具体实现，其中每机器人都可看作是自主的智能体，这种多智体机器人系统MARS（Multi—AgentRoboticSystems）现已成为机器人学中一个新的研究热点。 多移动机器人系统由于具有移动功能，能在非结构环境下完成复杂任务，是多机器人协作系统中最具典型意义和应用前景、也是得到最广泛研究的一类系统。 体系结构是系统中机器人之间逻辑上和物理上的信息关系和控制关系，以及问题解能力的分布模式，它是多移动机器人协作行为的基础。一般地，多移动机器人协作系统的体系结构分为集中式（Centralized）和分式（Distributed）两种。集中式体系结构可用一个单一的主控机器人（Leader）来规划，该机器人具有关于系统活动的所有信息。而分布式体系结构则没有这样一个机器人，其中所有机器人相对于控制是平等的。尽管集中式体系结构可实现全局最优求解，但因考虑到不确定性影响，实际上人们更偏好分布式结构。近年采，在分布式体系结构中，为了克服机器人在实际环境中对环境建模的困难，，提高多移动机器人协作系统的鲁棒性和作业能力，一些学者采用了基于行为的反应式控制体力，一些学者采用了基于行为的反应式控制体系结构，将合作行为建立在一种反应模式上，加快了移动机器人对外界的响应，避免了复杂的推理，从而提高了系统的实时性。 感知是智能机器人行动的基础，包括“感觉”（传感）和“知道与理解”信息融合与利用）。在移动机器人中最主要的感知问题是定位和环境建模问题[7]o虽然已有里程计推算、基于视觉的路标识别、基于地图匹配的全局定位、陀螺导航、GPS等多种定位方法，但在未知非结构环境中，目前有GPS才能实现可实用的全局定位。但GPS同时受到精度、安全等因素的限制。如何借助机器人之间的配合提高定位和环境建模能力，是研究多移动机器人系统智能的重要内容。近年来，提出了多种环境地图建立与定位的同步处理方法[8]，其中环境建模与定位过程是相互伴随的，两者在彼此迭代的过程中逐步清晰化，但往往要求苛刻的环境条件。此外，在不少协作任务中只需要合作者间的相对位置信息，如编队及局部避碰等，因此基于传感器的局部定位也受到关注，机器人之间通过超声、红外、激光或视觉等传感器相互探测，然后通过统计、滤波等算法进行信息融合，由此得到系统中各机器人的相对位置。 我国在该领域的研究工作已经起步，在863计划、自然科学基金等资助下，经过多年的持续研究，国内已经有一批单位，在局部领域达到了较高的研究水平，实验研究情况也有了明显改善，但也遇到了诸多困难，尤其是在复杂系统控制与分布式智能领域的相关基础研究明显不足，缺乏强有力的理论和技术支持，而且大部分技术对环境的要求比较苛刻这诸多原因限制了多移动机器人系统的发展和向实用系统的转化面对真实世界的非结构化和动态特点，高适应性，、高柔性的协作理论、方法与技术将是今后的研究重点。