摘要: 微型机器人是微电子机械系统的一个重要分支, 由于它能进入人类和宏观机器人所不及的狭小空间内作业, 近几十年来受到了广泛的关注。本文首先给出了近年来国内外出现的几种微型机器人, 在分析了其特点和性能的基础上, 讨论了目前微型机器人研究中所遇到的几个关键问题, 并且指出了这些领域未来一段时间内的主要研究和发展方向。
关键词: 微型机器人; 微驱动器
近年来, 采用MEMS 技术的微型卫星、微型飞行
器和进入狭窄空间的微机器人展示了诱人的应用前
景和军民两用的战略意义。因此, 作为微机电系统技
术发展方向之一的基于精密机械加工微机器人技术
研究已成为国际上的一个热点, 这方面的研究不仅有
强大的市场推动, 而且有众多研究机构的参与。以日
本为代表的许多国家在这方面开展了大量研究, 重点
是发展进入工业狭窄空间微机器人、进入人体狭窄空
间医疗微系统和微型工厂。国内在国家自然科学基
金、863 高技术研究发展计划等的资助下, 有清华大
学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、广东工业大
学、上海大学等科研院所针对微型机器人和微操作系
统进行了大量研究, 并分别研制了原理样机。目前国
内对微型机器人的研究主要集中在三个领域[6] : (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。
1 微型机器人的发展和研究状况
根据国内开展微型机器人研究的实际情况, 我们
着重讨论微型管道机器人、无创伤微型医疗机器人和
特殊作业的微型机器人。
111 微型管道机器人
微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。由于与常规条件下管内作业环
境有明显不同, 其行走方式及结构原理与常规管道机
器人也不同, 因此按照常规技术手段对管道机器人按
比例缩小是不可行的。有鉴于此, 微型管道机器人的
行走方式应另辟蹊径。近年来随着微电子机械技术的
发展和晶体压电效应和超磁致伸缩材料磁- 机耦合
技术应用的发展, 使新型微驱动器的出现和应用成为
现实。微驱动器的研究成果已成为微管道机器人的重
要发展基础[1] 。
日本名古屋大学研制成一种微型管道机器人, 可
用于细小管道的检测, 在生物医学领域的小空间内作
微小工作。这种机器人可以由管道外面的电磁线圈驱
动, 而无须以电缆供电。日本东京工业大学和NEC
公司合作研究的螺旋式管内移动微机器人, 在直径为
Φ2514mm的直管内它的最大运动速度是260mm/ s , 最
大牵引力是12N。法国Anthierens 等人研制出了适用
于Φ16mm的蠕动式机器人, 此种微型机器人的最大
运动速度为5mm/ s , 负载可达20N , 具有很高的运动
精度, 负载大, 但运动速度较慢且结构复杂。
国内的上海大学和上海交通大学都研制出了惯性
冲击式管道微机器人, 上海交通大学的微机器人采用
层叠型压电驱动器驱动; 上海大学的微机器人驱动器
有层叠型和双压电薄膜两种类型[3] 。图1 所示为双压
电薄膜微小管道机器人其运动机理, 该机器人采用双
压电薄膜驱动器, 相对于单压电薄膜, 增大了驱动
力, 提高了承载能力。该机构的最大移动速度可以达
到15mm/ s , 具有前进、后退、上升和下降功能。
112 微型医疗机器人的发展
近几年来, 医疗机器人技术的研究与应用开发进
展很快, 微型医疗机器人是其中最有发展前途的应用
领域, 据日本科学技术政策研究所预测, 到2017 年
医疗领域使用微型机器和机器人的手术将超过全部
医疗手术的一半。因此日本制定了采用“机器人外科
医生”的计划, 并正在开发能在人体血管中穿行、用
于发现并杀死癌细胞的超微型机器人。美国马里兰州
的约翰·霍普金实验室研制出一种“灵巧药丸”, 实际
上是装有微型硅温度计和微型电路的微型检测装置,
吞入体内, 可以将体内的温度信息发给记录器。瑞典
科学家发明了一种大小如英文标点符号的机器人, 未
来可移动单一细胞或捕捉细菌, 进而在人体内进行各
种手术。
国内的的许多科研院所主要开展了无创伤微型
医疗机器人的研究, 取得了一些成果。无损伤医用机
器人主要应用于人体内腔的疾病医疗, 它可以大大减
轻或消除目前临床上使用的各类窥镜、内注射器、内
送药装置等医疗器械给患者带来的严重不适合及痛
苦。中国科学技术大学在国家自然科学基金的资助下
研制出了基于压电陶瓷驱动的多节蛇行游动腹腔手
术术微型机器人, 该机器人将CCD 摄像系统, 手术
器械及智能控制系统分别安装在微型机器人的端部,
通过开在患者腹部的小口, 伸入腹腔进行手术。其特
点是响应速度快, 运动精度高, 作用力与动作范围
大, 每一节可实现两个自由度方向上±60°范围内迅
捷而灵活的动作, 图2 所示的是利用腹腔手术机器人
进行手术的场景[5] 。浙江大学也研制出了无损伤医用
微型机器人的原理样机, 该微型机器人以悬浮方式进
入人体内腔(如肠道, 食道) , 可避免对人体内腔有
机组织造成损伤, 运行速度快, 速度控制方便。
113 特殊作业微型机器人的发展
除了上述提到的微型管道机器人和无创伤微型
医疗机器人以外, 国内外一些科研工作者广泛开展了
进行特殊作业微型机器人的研究。这种微型机器人配
备相应的传感器和作业装置, 在军事和民用方面具有
非常好的发展前景。
美国国家安全实验室制造出了有史以来世界上
最小的机器人, 这部机器人重量不到28g , 体积为
411cm3 , 腿机构为皮带传送装置, 该机器人可以代替
人去完成许多危险的工作。美国海军发明了一种微型
城市搜救机器人, 该机器人曾在2001 年“9111”事
件发生后的世贸废墟搜救现场大显身手。日本三菱电
子公司、松下东京研究所和Sumitomo 电子公司联合研
制出只有蚂蚁大小的微型机器人, 该机器人可以进入
空间非常狭小的环境从事修理工作, 身体两侧有两个
圆形的连接器可以与其他机器人相连接完成一些特殊
的任务。
由于自然界中的生物具有人类无法比拟的某些机
能, 因此近年来利用自然界生物的运动行为和某些机
能进行机器人设计、实现其灵活控制、受到了机器人
学者的广泛重视。国内已有多所高校和科研院所在开
展微型仿生机器人方面的研究。上海交通大学基于仿
生学原理, 利用六套并联平面四连杆机构、微型直流
电动机及相应的减速增扭机构研制出了微型六足仿生
机器人, 体积微小, 具有良好的机动性。该机器人长
30mm, 宽40mm, 高20mm, 重613 克, 其步行速度达
到3mm/ s[2] 。上海大学也进行了一些微型仿生机器人
的研究工作。
2 微型机器人发展中面临的问题
(1) 驱动器的微型化
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, 并且是微机
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) 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缆化, 能量、控制信号以
及检测信号应可以无缆发送、传输。微型机器人要真
正实用化, 必须解决无缆微波能源和无缆数据传输技
术, 同时研究开发小尺寸的高容量电池。
(3) 可靠性和安全性
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[4] 。
(4) 新型的微机构设计理论及精加工技术
微型机器人和常规机器人相比并不是简单的结
构上比例缩小, 其发展在一定程度上和微驱动器和精
加工技术的发展是密切相关的。同时要求设计者在机
构设计理论上进行创新, 研究出适合微型机器人的移
动机构和移动方式。
(5) 高度自治控制系统
微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。
3 结论
微机器人还处于实验室理论探索时期, 离实用化
还有相当的距离。存在许多关键的技术没有得到解
决, 这些问题的解决过程中同时会带动许多相关学科
的发展。只有当这些问题解决以后, 微型机器人的实
用化才会成为可能。我们要勇于创新, 抓住这个前沿
课题, 将微型机器人技术应用到国民经济建设发展影
响较大的领域。
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”。
到了20xx年，世界各地每家每户都有一个机器人，它可以帮助我们干非常多的事情。
我们家也有一个机器人，每天我放学回家，机器人都会把拖鞋拿出来，然后把我的鞋给拖掉。以后我妈妈都不用做饭了，你想吃什么只要对机器人说一声，就立刻有你想要吃的食物。如果你生病了 ，不用再跑到医院找医生，只要给机器人说以一声就可以了，马上就好了，也不用吃药、打针。爸爸和妈妈如果没来接我回家，机器人就迅速地来接我，然后，又像闪电一样的拉着我回家。
未来的机器人可真了不起，希望机器人能更加先进，更加厉害。
现在生活还不普及机器人，但以后会有的。以后的机器人是什么样的呢？我来说说吧！
以后的机器人的头是圆形的，上面长满了头发似的天线．它的面部和＜机器人管家＞里的主角机器人一样，也有一对水灵灵的大眼睛，扁扁的大鼻子．它的身子是人形的，上面套着人皮膜．它的脚是蜘蛛形的，每只脚上有8只脚指．
它不仅这么漂亮，而且还很有用．
它的内部装有个性芯片，所以它很听人的使唤．你叫他干嘛它就干嘛，而且还会以非常惊人的速度完成．还有，它有个特殊功能，那就是可以变形，可以按你的愿望变出你想要的东西．
怎么样，未来的机器人还不错吧！
我希望我长大后能成为一名发明家，到时候我要发明出一种名叫万能机器人的东西。 万能机器人可不是一般的玩具机器人，它可以变大变小，还会炒菜做饭，给人们当保姆，而且你说什么它就做什么。如果水不小心洒在了万能机器人身上了，不用担心，因为万能机器人是防水的，所以你不必担心机器失灵这件事。万能机器人一共有四个眼睛，还有八条手和九条腿，模样长得很怪，但它的用途却很多呢！
希望它能变成现实！
最近提倡环保，人们都不用农药了，但田里的害虫怎么处理呢？
我想帮农民们做一种“灭虫机器人”。它像一架直升机，但只有一块饼干大小。它会在低空飞行，用两台可转动红外线摄像机来寻找目标，一旦发现什么虫子，马上会扫描目标，用信息库来认出目标是什么虫。如果是害虫，它就会马上飞过去，用长长的机器手把虫子抓住，送进“嘴里”。它的肚子里有一些机器，会将水分从虫子里挤出来，将水变成电。渣渣会被排出当肥料。它的“脑子”是个巨大的信息库，有八千余种昆虫的所有的信息。如果一棵树上有一只螵虫和一群蚜虫，它会不管螵虫，去“吃”蚜虫。有了这些功能，灭虫机器人一定会“扫除一切害人虫，全无敌”！
我的机器人厉害吧？
未来的机器人是很神奇的，你想都不敢想。
它可以变成任何东西，电脑啊·汽车啊·房子啊，连飞碟都行……还可以帮你做家务，扫地啊·做饭啊……而且每一件事都干得非常好。
你还可以把它带在身上，你先让他变成一支笔，然后就带在身上，然后你带着一种感应器，如果掉了，他就会自动来追你。如果你是学生，就把它变成书包就也可以了。这就是我想要的机器人。
今天的乐高课是组装“机器人过山车”，由我和小组的另一个同学共同搭建。
这个过山车的整体形状是正方形的，分为电机和轨道两个部分。轨道是由梁支撑着，而梁是我们用正方形和拐弯的积木组装起来的。轨道有四条边，是个“口”形，是用细长方块拼成的。我们把梁又高到低支撑在轨道下面，把轨道架在了空中，形成了一个坡度，并且在最底下的部位装了一个机械手臂，手臂上面装了一个传感器。测试时我们把小球放在轨道最高处，小球靠坡道的重力往下滚，当小球滚到最底下的手臂上时，手臂就会抬起来，将小球放回到轨道最高处，周而复始的工作！
这种机器人长226米，宽210米，重量大约9吨，可以算上庞然大物了。它的设备就是和空间站相比，也毫不逊色。它的装甲由TOOK金属制成，十分坚固，就是五颗一吨的小行星同时撞击一处，也不会擦掉一点皮。它的全身装有反飞船导弹，如果遭到外星飞船的挑衅，它将毫不手软地向挑衅者攻击。可以用一句话描述这种机器人：“武装到了牙齿。”
这就是我设计的航天机器人。据说，20xx年的火星行动中，它还要一展身手呢！
今天，我去博物馆看了机器人展，有欢欢，迎迎，奥特曼……有测速机器人，售货机器人和跳舞机器人……真是五花八门。特别是测速机器人，盖章机器人和售货机器人，最神奇。测速机器人，只要你的手在测速机器人的嘴里，用最快的速度从一边到另一边，机器人就会把你的速度告诉你，神不神奇？盖章机器人，只要你花五元买一张纪念卡，放在盒子里，机器人就自动盖章，好玩吗？售货机器人，投五元钱，按你想喝的饮料的按钮，饮料就到手了，怪不怪？最后，我后悔没带足钱，要不然，就可以买一瓶饮料喝了。看过机器人展，让我大开眼界，听。
爸爸说，机器人体内含有丰富的科学知识，我以后要好好学习，争取掌握这些知识。
我想变成一个机器人医生，这样就可以为各位患者治疗疾病了。
我想让我的脚上有两个轮子，如果有患者需要急救，我就会飞快地赶到现场给病人治病。我的肚子里还有治病所需要的各种工具和药品，肚子前面可以打开，就可以从这里拿出所需要的工具。我的脑子里有一个芯片，那里记载了各种医疗数据，应有尽有。手背里有一个光能电池，如果我没电了，只要站到阳光或灯光底下，就能自动充电，这样不管什么时候都能给病人看病。假如在雨里出诊，我要是淋了雨，淋雨的地方就会冒烟，影响工作。不过不用担心，因为我的头顶就会打开，出现一把伞，这样就不会影响工作了!
我变成机器人医生，就是要为人民服务，为社会服务，为国家服务!
我的玩具架上有许多玩具，其中有一只可爱的机器猫玩具。
它身穿蓝色的大衣，衣服上有一个大大的口袋，可以装很多东西。它的头大大的，但是身体很小，它那长长的胡子和红红的`鼻子显得更象滑稽的小丑，机器猫的眼睛很大，一天到晚总是炯炯有神，好象在看着什么。它那大大的嘴巴整天张着，不知道它要说话还是在笑。
机器猫最大的特点是：它会“说人话。”你按着录音按纽对它说话，它就一字不落的把你说的话录下来。如果你按一下放音按纽，它就会不知疲倦的反复说下去。真好玩！
机器猫还有许多名字，比如说哆啦A梦、小叮当……
我真喜欢我的机器猫——“哆啦A梦。”
现在我家已经有了会干农活的机器人了，奶奶再也不用做又累又脏的家务活了。
我将机器人放在灰尘很多的地方按下启动按纽，机器人看了一眼地面立刻说：“启动扫地模式。”机器人的手缩进身体里出来的时候成了扫把。哗哗哗的扫了一大堆灰尘，干家务和机器人虽然好但马上他就会“罢工”的。这可怎么办呢？你会想可以用电池呀！可电池的电马上就会没有的总不能让我们总是给他按电池吧！我想能不能让机器人自己充电呢？科学家正在研究这种机器人，他们的肚子里装有特殊的电池。，能将扫出来的灰尘吃进肚子上转化成电。那样机器人就可以日夜不停地工作。
如果机器人报告说；“家里的灰尘不够吃了”我们会告诉未必内；“从沙地弄点灰尘吃吧。”
我想发明一个机器人，名字：“HHH”。它有一双兔子一样的耳朵，因为这样就能听到各种各样的消息，如救命声、惨叫声等……这样就可以知道谁有危险。还有一个鼻子，和三角形耳朵……
有时候自己没电的时候，会自己发出警报通知主人，主人会马上给它充电。
这就是我的万能机器人。
假如我是机器人，我会出现在火灾现场，来协助消防队员灭火救人。
我冒着酷热，顶着滚滚浓烟，踏进火海，用我的红外线探测火源，并关闭它；再用我的生命探测仪搜寻幸存者，并采取救援措施。
总之，哪里有危险，哪里就有我。我是消防队员的好帮手，我是人类的好朋友。
20年后，我家有了一多功能的机器人。看他，方方的脑袋两个圆圆的小眼睛绽放着绿色的光芒。长方形的身子两端装有两只手，下端装着近50厘米的一双小脚。
机器人的作用可多了，只要说一声干什么（除了违背道德以外的事），它立马就帮你做事。假如你要让它帮你挠痒痒，就说一声“请帮我挠一下痒痒”他的双手就立刻变成挠痒痒的器具，帮你挠痒痒，包你满意。
如果你让它帮你倒一杯水，他就立刻把脚变成两个轮子，飞快地滑过去，把杯子倒上水，给你恭恭敬敬的送上来，整个过程只要几秒就办到了，让你喝水开开心心。
怎么样，我家的机器人很爽吧。想要吗？那就好好学习吧，将来，制造这种机器人的人也许就是你，加油吧，希望就在前方！
我长大以后，要发明一个可以帮清洁工人扫地的机器人。
它头上有一个红色的按钮。只要你一按，机器人就会飞快地帮你扫地。它的腰部有一个绿色按钮。只要一按，机器人就会帮你擦窗户、擦桌子。
如果你晚上睡不着觉的话，它就会轻轻地唱着动听的歌谣，直到你睡着。
早上，他会叫你起床。如果你不起来的话，它就会扯走你的被子，并朝你喷水。
你说，我的小机器人好不好？
随着科技的进步，智能机器人的性能不断地完善，因此也被越来越多的应用于军事、排险、农业、救援、海洋开发等方面。这是我为大家整理的关于机器人的科技论文，供大家参考!
机器人的科技论文篇一：《浅谈智能移动机器人》
摘 要：随着科技的进步，智能机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围也越来越广，广泛应用于军事、排险、农业、救援、海洋开发等。介绍了常见智能移动机器人的基本系统组成及其相关的一些技术，提出一种能够应用于智能移动机器人的越障机构，并简单阐述了其工作原理。在对智能机器人有一定了解的基础上，论述了智能移动机器人的研究现状及其发展动向。
关键词：智能移动机器人 越障 避障 伸展收缩
1 引言
上世纪60年代智能机器人的出现开辟了智能生产自动化的新时代。在工业机器人问世50多年后的今天，机器人已被人们看作是不可缺少的一种生产工具。由于传感器、控制、驱动及材料等领域的技术进步开辟了机器人应用的新领域。智能移动机器人是机器人学中的一个重要分支。
2 智能移动机器人的基本系统组成及其相关技术
由于智能移动机器人在危险与恶劣环境以及民用等各方面具有广阔的应用前景，使得世界各国非常关注它的发展。其共同的五大系统组成要素为：(1)机械机构单元是智能移动机器人的骨架，机器人所有的模块都依靠其支撑，机械机构单元的结构，性能，强度直接影响着整个机器人的稳定性。随着科技发展和新型材料的研制开发，使得智能机器人产品的结构性能有了很大提高，机械机构的各项工艺性及尺寸设计都向着更加合理高效，更加轻便美观，更加环保节能，更加安全可靠等方向发展。(2)动力与驱动单元为智能移动机器人提供动力来源。(3)环境感知单元相当于智能移动机器人的五官，机器人通过感知单元对周围的环境进行感知识别及各种参数的收集，然后通过转换成控制模块可以识别的光电信号，输入到控制单元进行数据处理。(4)执行机构单元为智能移动机器人执行部分，能根据控制中心的命令执行命令，完成任务。不同的机器人有着不同的执行机构，执行机构的设计影响着对要执行动作的效率，精度，稳定性，可靠性等。(5)信息处理与控制单元作为整个机械系统的核心部分，它如人的大脑一样，调控着整个系统，一切的活动都由它指挥。将来自传感器部分采集到的信息进行集中汇总，存储，对所有信息分析，规划决策，输出命令。使机器人有目的的运行。
智能移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合机电系统。它是传感器技术，控制技术，移动技术，信息处理、人工智能、电子工程、计算机工程等多学科的重要研究成果，从某种意义上讲是机器发展进化过程中的产物，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。
3 一种越障机器人
我们设计的移动机器人(图1)有很好的机动性能，前导轮、前轮和后轮可以实现独立升降运动。前导轮(如图1)由通过曲柄圆盘的转动角度控制摇杆的摆动角度，带动相关的平面连杆机构运动，从而实现前导向轮的伸展和收缩实现攀越。机器人两侧的侧边驱动机构为平面连杆-滑块越障机构，前后轮(如图1)分别通过导杆在槽中的移动，带动平面连杆机构的运动，实现前后轮的伸展和收缩，实现越障功能。本机器人通过尺寸的设计可以实现较大的越障高度，通过合理的控制轮摆动的角度还能实现多种类型障碍物的攀越。
4 智能移动机器人的应用概况
随着科技的进步，机器人的功能不断完善，智能移动机器人的应用范围也大大拓宽，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在排险、海洋开发和宇宙探测领域等有害与危险场合(如辐射、灾区、有毒等)得到很好的应用。
4.1 陆地智能移动机器人
20世纪60年代后期，苏美为了完成对宇宙空间的占领，完成月球探测计划，各自研制开发并应用了移动机器人，通过移动机器人实现对外星土壤的样本采集和土壤分析等各种任务。陆地智能移动机器人的出现是为了帮助人类完成无法完成的任务。陆地移动机器人也广泛应用于军事，可以完成排除爆炸物，扫雷，侦查，清除障碍物等等，近年来智能移动机器人也开始渐渐融入人们的日常生活。
4.2 水下智能移动机器人
近年来，人们对资源的渴求加大，开始对原子能和海洋资源的开发，加之水下环境十分复杂(能见度差，定位困难，流体变化等)，水下智能移动机器人在海底资源探测上的优势使之受到关注。近年德国基尔大学的科学家研制出新型深水机器人“ROV Kiel 6000”，这架深水机器人能够下探到6000米深的海底，寻找神秘的深水生物和“白色黄金”可燃冰。
4.3 仿生智能移动机器人
近年来,全球许多机器人研究机构越来越多的关注仿生学与机构的研究工作.在某些情况下仿生机器人尤其独特优势，例如，蛇形机器人重心低，能够模仿蛇的动作，穿梭在能够穿梭在受灾现场和其他复杂的地形中能够帮助人类完成各种任务。除此之外还有仿生宠物狗、仿生鱼、仿生昆虫等。
5 智能移动机器人的发展方向及前景
影响移动机器人发展的因素主要有：导航与定位技术，多传感器信息的融合技术，多机器人协调与控制技术等因而移动机器人技术发展趋势主要包括：
(1)高智能情感机器人。随着科学技术的发展，人们对人机交互的技术的要求越来越高，具有人类智能的情感移动机器人是移动机器人未来发展趋势。目前的移动机器人只能说是具有部分的智能，人们渴望能够出现安全可靠的能够沟通交流的高智能的机器人。虽然现在要实现高智能情感机器人还非常的困难，但是终有一天，随着科学技术的突破，它将成为现实。
(2)高适应性多功能化的机器人。机器人的出现是为人类服务的，自然界中还有好多未知的世界等着我们开拓，各种危险的复杂多变的环境，人类无法涉足，因此人们也迫切希望有能够代替人类的机器人出现，高适应性多功能化的机器人也必将是机器人的发展方向之一。
(3)通用服务型的机器人。随着科学技术的发展，机器人也是应该越来越容易融入人们日常生活中的，在日常生活中为人们服务。例如在家庭中，机器人可以帮助人们做各种家务，和人们生活关系密切。
(4)特种智能移动机器人。根据不同应用领域，不同的目的，设计各种各样特种智能移动机器人是未来发展方向，如纳米机器人，宇宙探索机器人，深海探索机器人，娱乐机器人等等。
6 结束语
总之，智能移动机器人涉及到传感器技术，控制技术，移动技术，信息处理、人工智能、控制工程等多学科技术。未来智能移动机器人走向生活，安全可靠，操作简单是其趋势。尽管智能移动机器人以惊人的速度在发展着，但是实现高适应性，智能化，情感化，多功能化的移动机器人还有很长的路要走。
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机器人的科技论文篇二：《浅谈机器人设计 方法 》
摘要：机器人是人类完成智能化中非常重要的工具，随着时代的发展，机器人已经在世界有了一定的发展，甚至很多国家机器人已经运用到实际的生活中去。而机器人的设计方法无疑是很多人非常感兴趣的问题，因此本文针对机器人的设计方法进行了详细的探索。
关键词机器人;设计;方法
1.前言
纵观人类的发展史，工具的进步才能带动人类的文明，如今设计朝着智能化的方向在发展，机器人就是人类在发展智能化过程洪重要的产物，因此机器人常用的设计方法是设计师们必备的工具。
2.控制系统的硬件设计
在现代科学技术不断发展的背景之下，工业现场所涉及到的重体力劳动量不断提升。当中部分劳动任务的实现单单依靠人力是很难实现的。而为了良好的完成工业现场的相关生产作业任务。就需要通过对机器人装置的研究与应用来实现机器人控制系统的硬件部分主要由5个模块组成：控制模块、循迹模块、避障模块、电机驱动模块、电源模块。
(1)控制系统模块。ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，运算速度快，具有多路PWM输出，可将测速、避障等电路产生的输入信号进行处理，并输出控制信号给驱动放大电路，从而控制电机转速，此方式产生的PWM信号比用定时器中断产生的PWM信号实时性更好，而且不会占用系统的定时器资源。
(2)循迹模块。循迹是指小车在比赛场地上循白色引导线线行走，循迹模块的原理图如图2所示。循迹模块采用灰度传感器，发射管为普通LED灯，接收管为光敏三极管3DU33。工作原理为：不同颜色的物体对LED发射光反射不同的亮度，光敏三极管3DU33接收这些不同亮度的光线，就会呈现不同的电压Vx。Vx输入到比较器LM339的同相端，并与电位器设定的电压V0相比较，当Vx>V0时，比较器输出高电平，当Vx循迹机器人前后两端均是由7个灰度传感器组成的循迹模块。其中，中间三个灰度传感器起巡线的作用，两端的灰度传感器起探测弯道作用，剩下两个灰度传感器交替进行巡线和探测弯道。实验证明，这样的灰度传感器的布置图，机器人循迹的效果好，且“性价比”非常高。
(3)避障模块。避障模块主要使用的是红外发射接收传感器，当红外感应避障模块靠近物体时，输出低电平信号;当没有感应到物体时，输出高电平信号。将该信号线接入到单片机的控制端口，控制程序就能起到探测障碍物的作用，当在机器人行进的路径上就可以发现有障碍物并及时避开绕行。
(4)驱动模块。循迹避障机器人要求行走灵活、反应快速，因此要求驱动电机具有“转速快、制动及时”等特点。我们设计制作的循迹避障机器人采用中鸣公司的JMP-BE-3508I驱动板模块，其输入电压为11V到24V，最大输出电流为20A，满足快速前进、制动、转弯的要求。并且电机速度达到500rpm，堵转力矩为8KG.CM，具有很强的刹车功能。利用单片机的四路PWM输出信号，分别控制四个轮子的转速。并采用“四轮驱动”、“差速转弯”的方式实现机器人的前进、后退与转弯。
(5)电源模块。循迹机器人的电源模块主要实现以下三大功能：①稳定输出5V工作电压。故我们设计制作的电源模块以7805芯片为核心，把输入电压截止到5V。②提供足够的电流。7805芯片最大输出电流为1.5A，而循迹机器人需要较大电流，所以我们使用了两片7805芯片分别对控制系统和外部设备进行供电。③滤波。在7805芯片的输入、输出端分别并联104贴片电容和10μF的电解电容，过滤高频、低频信号。
3.软硬件模块开发流程和界面程序
(1)图像处理模块：照相机实时捕捉图像，处理转化后和初始图像进行处理比较，找出图像中差异的位置通过TCP传输。
(2)TCP通信模块：视觉系统通过以太网连接贝加莱控制器，控制器可以作客户机或服务器实时传输数据，：定义结构体用于视觉系统传输位姿给机器人和机器人实时反馈位姿和信号状态数据给视觉系统。
(3)位置转换模块：把视觉系统的位姿转换为机器人的位姿传输给机器人，控制机器人运行。
(4)轨迹规划模块：进行运动轨迹规划和速度规划，根据机器人当前的位置和目标位置，选择最优的运动轨迹(直线、圆弧、不规则曲线等运动轨迹)，然后对轨迹、速度进行插补，插补值调用机器人运动学算法计算轨迹的可靠性，再把实时插补的位置、速度传送给运动控制模块。
(5)运动控制模块：根据实时插补的值结合加速度、加加速度等控制参数给驱动器。
(6)伺服模块：根据控制器所发送数据，结合各伺服控制参数，驱动电机以最快响应和速度运行到各个位置。
4.机器人精度标定和视觉软件处理
4.1精度标定
精度的标定包括机器人精度标定 和机器人相对于视觉照相机位置标定 。机器人运动前，需要用激光跟踪仪标定准确各轴杆长、零点、减速比、耦合比等机械参数，给运动学、控制器系统，机器人才能按理论轨迹运行准确。行到指定点。 通过三点法、六点法标定机器人相对于视觉照相机的X、Y、Z方向距离给位置转化模块，确定机器人坐标系相对于照相机坐标系的转化关系。
4.2视觉处理软件
包括固定视觉系统标定模块和移动视觉系统标定模块 。视觉系统安装在固定位置相当于给机器人建立照相机一个用户坐标系，此模块用于运算机器人和固定视觉系统之间位姿转换关系。视觉系统安装在机器人末端法兰位姿相当于给机器人建立照相机一个工具坐标系，随着机器人运动而实时改变位置，此模块用于运算机器人和动态视觉系统之间位姿转换关系。 实时处理传输机器人、视觉系统和以太网的运行通信状态以及出错状态处理。
4.3人机界面设计及实现
当机器人出现故障，不能自动移动位置时，比如碰到硬件限位或出现碰撞现象时，此时可以进入手动页面，选择机器人操作，移动机器人到指定位置。对于新建码垛工艺线，需要配置系统参数、位置信息、以及产品参数，等必要的信息。码垛数据编辑与创建的功能，产品覆盖了袋子、箱子，以及可变数量抓取的功能。可以添加产品数量，改变产品方向，单步数量修改，产品位置移动以及旋转等设置。本页面中，示例生成了每层五包的袋装产品，编号从1到5，可以通过调整编号的顺序，达到改变产品的实际码垛顺序。
5.结束语
总之，在进行机器人的设计过程中，要根据设计的用途进行针对性的设计，对于设计过程中出现的问题要及时的采用上述的思维方法进行解决，随着机器智能化的推广，无疑机器人的设计在未来会有更广阔的天空。
参考文献：
[1]张海平，陈彦. Wincc在打包机人机界面中的设计与应用[J].HMI与工业软件，2012(3)：70-72.
[2]朱华栋，孔亚广.嵌入式人机界面的设计[J].中国水运，2008(11)：125-126.
[3]金长新，李伟.基于Windows CE的车载电脑系统人机界面的实现[J].微计算机信息，2005(21)：132-134.
机器人的科技论文篇三：《浅谈igm焊接机器人的故障处理》
[摘 要]机器人技术综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。本文通过介绍igm焊接机器人的工作原理，以及在实际工作中机器人的常见故障现象，对故障产生的原因进行分析，并提出了相应的维修方法。
[关键词]igm焊接机器人 工作原理 故障处理
0 前言
机器人技术是综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。这门新型技术的介入，对维修技术人员提出了更高要求。如何保证焊接机器人的可靠性、稳定性，发挥机器人的最大优势，针对机器人的故障维修及设备维护保养工作就尤显重要。
1 igm焊接机器人组成及工作原理
1.1 igm焊接机器人的组成
igm焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人，它加工精细、动作灵巧、焊接精度高、焊缝成形好。在机械行业中得到了广泛的应用。
1.2 igm焊接机器人工作原理
igm焊接机器人内部轴控制原理：通过数字伺服板DSE-IBS处理当前位置的校准、位置驱动、速度驱动等信息，处理后的信息送馈到伺服驱动器，由伺服驱动器内部的脉宽调制器调制，然后放大输出推动伺服电机。伺服电机运动的同时，编码器同步运行，并把采集的位置角度信息反馈给RDW控制板，通过RDW板的增量计算、数据整定后的位置信息回馈给DSE-IBS板，做下一个周期的计算处理，此过程反复进行从而实现了实时位置的更迭过程。
2 igm焊接机器人故障诊断及分析
2.1 焊接机器人故障类型
焊接机器人故障类型可分为软件故障和硬件故障，由机器软件造成的故障，如系统停机 死机 的现象;由机器硬件造成的故障，如驱动单元、电气元件各模块的故障。就故障现象可分为人为故障和自然故障、突发故障三大类。对于维修来说，自然故障和突发故障的排除就显得困难，因为这种维修不仅仅针对故障单元本身，还要对系统进行改进，这就需要周密分析，对故障诊断进行优化和改进，避免排除过的故障重复出现，使系统进一步稳定可靠。
2.2 igm焊接机器人常见故障处理
2.2.1 机器人开机后示教器无报警信息，但机械手无法正常引弧。首先检查系统是否送丝送气，发现送丝系统无法手动送丝，保护气瓶有压力，但是焊枪喷嘴处无保护气。再检查机械手焊接电缆、引弧板及送丝板，都没有发现故障。这说明机械手的功能是正常的，可能是焊接回路不通畅。可以通过测量焊接回路阻抗来判断焊接回路是否正常。
回路阻抗的测试步骤：
i把连接工件的地线接好，保证地线夹与工件接触部分干净良好;
ii接通机器人电柜电源，将福尼斯焊机电源开关拨至“I”位置;
iii在焊机二级菜单内选择“r”功能。
iv取下焊枪喷嘴，拧上导电嘴，将导电嘴贴紧工件表面。需要注意的是，测量过程中要确保导电嘴与工件接触处的洁净。测量进行时，送丝机和冷却系统不启动;
v轻按焊枪开关或点动送丝键。焊接回路阻抗值测算完成。测量过程中，右显示屏显示“run”;
vi焊接回路测算结束后显示屏显示测量值。测得的焊接回路阻抗是18 Ω(正常值以<20Ω为佳)，说明焊接机器人的焊接回路的通畅的。再断电、通电调试，焊接机器人能正常引弧，应该是回路测试过程中通过连接接地夹、拆卸喷嘴、导电嘴等将回路未正常接触处接通了。
2.2.2 igm机器人在焊接过程中，引弧困难、焊接电流极不稳定，且经常断弧，反复出现“Arc fault”电弧故障。
i检查接地电缆，测量回路电阻值为9.7Ω，正常
值以<20Ω为佳。
ii检查焊丝直径(Ф1.2)与送丝轮的公称直径相匹配。
iii焊丝材料(G2Si)与焊接方式及焊接母材相匹配。
iv后观察焊枪喷嘴处，存在大量粉尘的切粉，手动送出的焊丝不光滑平整，有小量弯曲及伤丝情况，说明送丝不畅。
v对送丝阻力进行检测。将送丝锁紧杆、压紧杆打开，手盘焊丝盘将焊丝收回，发现阻力很大。多为送丝软管堵塞或软管与机械手夹角过大造成。
vi检查送丝轮磨损情况，V型送丝槽不易过深过宽，以正好放置一根Ф1.2规格的焊丝为佳，间隙过大，将影响送丝的稳定性，焊接电流的稳定性。拆下送丝轮，发现送丝轮磨损严重，圆度误差较大，送丝槽过深。送丝机构一旦出现失控，就会高速送丝，焊接电源得不到正常的信号反馈(送丝速度的反馈采用光电测速)，不能提供稳定的电流、电压，造成不能正常焊接。更换送丝轮、送丝软管，并进行压力调整，故障解除，焊接正常。
2.2.3 igm机器人回零参数自动丢失。igm机器人在下一次开机时，回零参数自动丢失，重新校零、输入参数，保存参数反复丢失。检查示教电缆、接口、程序、轴卡、RDW板指示灯全部正常，检查后备电池(缓冲电瓶，用于关机或意外掉电情况下，为系统提供短时间供电，进行信息的存储)测量电压值，一个为8.9V，一个为12 V，总电压为21 V，正常值为24V，更换一组电池后一切正常，再未出现数据丢失现象。
2.3 突发故障的分析及处理
该故障无可预见性，事发突然。实际工作中出现最多。多为受环境影响的系统故障，如焊接机器人控制部分电路板故障、稳压 电源故障 、通讯故障等，反映在机器人在工作时突然报警且无法消除报警。重新启动又恢复正常，但不久又出现报警，这类故障造成整个系统不稳定。
为了进一步判断驱动器的好坏，缩小故障范围，
对编码器进行检查，RCI系列的机器人各轴所使用的编码器是绝对编码器，它是一种电磁部件，可以传递旋转角度的信息，由两个固定绕组(sin绕组和cos绕组)及一个参考绕组组成，原理基本上同旋转变压器相似。将X12插头拔下，分别测量11-12、13-5、14-4端子阻值，结果没有一项有阻值，说明编码器出现异常。
找到12轴伺服电机，检查发现编码器插头锁紧并帽已退出，插头连接松动。将插头重新安插，锁紧到位，再次测量11-12端子阻值为94Ω，13-5端子阻值为65Ω，14-4端子阻值为65Ω，9-10端子阻值为600Ω，说明各绕组正常。上电后，驱动可正常打开，故障解除。
3 结束语
维修工作是理论指导实践，实践促进理论的一个反复过程，理论实践的有机结合才会使维修人员更加深入，更加准确的判断处理各种故障。工作中维修人员必须具有独立思考分析判断的能力，操作中一定要注意观察，不可盲目更改焊接机器人设定、跳线等状态，要养成做工作记录的好习惯，归纳 总结 各类故障现象以及处理过程，积累故障诊断和维修方面的 经验 ，以提高维修水平。
参考文献
[1] 戴光平.《焊接机器人故障诊断及维修技术》. 重庆：中国嘉陵工业股份有限公司，2003.
[2] 中国焊接协会成套设备与专业机具分会. 《焊接机器人实用手册》.机械工业出版社，2014.
[3] 李德民.《焊接机器人的故障维修》. 长春：长客股份制造中心，2011.
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