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电力企业输电线路巡检工作中无人机的运用论文
在当前形势下，电力企业的体制改革已取得了一定的成效，供电服务范围进一步扩大，输电线路的分布也越来越广。由于各地区的自然环境具有一定的差异性，因此，采用人工方式对输电线路进行日常巡检已远远达不到要求。而采用无人机巡检可以在第一时间查明故障位置，且不会受到地形条件的影响，同时，还可以实现多角度、全方位的巡检，进而从整体上掌握输电线路的运行状况。可见，无人机的应用对于电力企业的输电线路巡检工作具有重要意义。
1 无人机的研究设计分析
当前，在输电线路巡检中，应用最为广泛的是遥控直升机和四旋翼无人机。应用无人机对输电线路进行全方位的巡视，可以迅速、准确地判断故障的发生点，大大提高巡视工作的效率。从产生和自身结构来看，无人机是先进科学技术创新研究的产物，它的形成主要涉及以下几方面。
技术方面
遥控直升机采用的是普通直升机的气动布局，一般可以携带图像采集和实时传输设备，在飞行过程中，可以将所“看”
到的各种信息通过传输设备及时传输到监控中心，从而大大提高输电设备巡视、检修工作的效率。四旋翼无人机的气动布局结构是 4 个旋翼相互对称分布。这种结构设置使其具有较高的起降能力。此外，四旋翼无人机还安装有减振云台和无线传输设备，在对输电线路进行巡检时，可以利用微型高分辨率的图像采集设备获得高清信息，并将所获信息及时传输到监控中心。
自身系统构成方面
遥控式无人机的构成主体是遥控直升机的本体。此外，遥控直升机还包括减振悬挂装置、信息采集和传输设备、地面图像的监视和操控系统等。四旋翼无人机主要由本体和地面监控站构成。
功能方面
无人机的功能分析应用遥控直升机巡检的工作流程是由人工进行遥控飞行或者悬停在输电线路的上空，而后再利用信息采集设备对线路的图像信息进行实时采集和传输；应用四旋翼无人机巡检的工作流程是在地面站的引导下，根据输电线路的布设状况进行信息的采集和传输。具体来说，分为以下几个步骤：①四旋翼无人机自主悬停于特定空间位置，而后再进行图像信息采集；②通过调节四旋翼的航向和减振云台，对图像采集设备、被检测设备的光学角度和距离进行合理调整，实现对输电线路设备图像的实时采集和传输；③根据人工操作的各项指令进行控制，而后沿输电线路进行飞行式观测和信息采集。
地面站的功能分析四旋翼无人机地面站的基本功能包括与四旋翼无人机协调进行遥控、遥测通信，对四旋翼无人机的图像信息采集位置的确定起引导作用，实时接收和整理分析无人机所获得的输电线路信息，实时操作、控制无人机的飞行状态和云台状态。
关键技术要点和创新点的分析
无人机巡检输电线路的关键技术要点和创新点主要包括以下几个：①四旋翼无人机具有自主悬停、自主导航飞行的特点，可以进行输电线路跳闸后的故障点查找，并在此基础上，构建一个完整的输电线路全过程立体式的巡检系统。②四旋翼无人机的另一个功能就是可以对输电线路起到防碰撞保护作用，用于输电线路的巡视和检测，同时，还可以对严重自然灾害下的输电线路起到保护作用，比如常见的大风、暴雨等。③地面实时监控技术和图像防抖降噪技术在输电线路巡检中的应用。无人机所配备的可见光视频可以在网络信息技术的作用下及时传输到监控中心。④对四旋翼无人机一体化设计和输电线路的快速检测系统进行优化，有效解决流线型机身的碳纤维制作工艺问题，进而解决锂电池的选型、旋翼的升力、电机的选型和空气动力等相关问题。⑤自主悬停和飞行控制系统具有自驾和手动两种工作模式。在自主悬停的状态下，无人机不仅可以通过地面站的高清录像检查线路，并保留手动模式，还可以按照既定的路线进行自主导航的飞行和巡检。
2 无人机的应用分析
实际应用效果
在输电线路的巡检中，应用无人机可以实现多角度、全方位的高空信息采集，有效降低架空输电线路巡检工作的强度，减少安全隐患，促进巡检效率和质量的提高，尤其是在恶劣的'环境中，比如在铁塔打滑时，无人机可以代替人工蹬杆和走线，进而保障了电网的安全、稳定运行。另外，应用无人机可以大大降低巡检工作的成本，为生产生活用电提供保障。
可见，无人机的应用对当前电力企业的输电线路巡检工作具有重要意义。
无人机的发展前景
无人机的发展前景可以概括为以下几点：
①在高压输电线路中，可快速、准确地查找故障点，并对存在的可疑故障点进行高效、合理的巡检，是高压输电线路稳定运行的保障。
②在输电线路具体的某个路段或局部设备中，可以快速对故障进行巡检，成本低、效率高，具有较好的安全性和技术性。
③可以智能化定点悬停在输电线路金具和绝缘子的上方进行局部检测，操作简单，从而减少人工巡检的任务量和时间，尤其是在环境条件恶劣的输电线路中，无人机的优势更为明显。
④无人机所具有的陀螺稳定可见监视器和红外线成像仪设备不仅能够对输电线路起到录像和检测的作用，实现自动巡检，还能够有效解决地形巡视困难等问题，进一步降低人工巡检的潜在危险性，提高输电线路的运行质量。
3 总结
电力在现代社会发展中发挥着重要作用，是国民经济健康、稳定发展的保障。在科技的推动下，将无人机应用于输电线路巡检中，可以大大提高输电线路的运行效率和质量，并进一步提升其运行的可靠性和稳定性。因此，电力企业要加大对无人机的应用和研究力度，提升其实际应用效果。
参考文献
[1]张永，李德波，吴翔，等。无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].宿州学院学报，2013,28（8）：87-88.
[2]诸葛葳。无人机巡检输电线路技术的应用探析[J].科技经济市场，2015（5）：16.
[3]周海峰。无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].建筑工程技术与设计，2015（18）：1238.
抄遥控直升机的说明书
12月23日 《无人驾驶飞机》 梁德旺 央视国际 2003年12月24日 14：31 主讲人简介： 梁德旺教授， 现任南京航空航天大学副校长。1987年毕业于南京航空航天大学航空发动机专业，长期从事飞行器的总体气动力学、航空宇航推进系统的研究。先后数十次获得中国宇航科技基金奖一等奖，。1991年被国务院评为“做出突出贡献的博士学位获得者”。 内容简介： 回顾航空百年史，我们来看以战斗机为代表的军用飞机的发展史。在过去是以活塞式发动机为动力的亚声速飞行时代，当前是以喷气式发动机为动力的超音速时代，那么未来将是无人战斗机的时代。那么什么是无人机？无人机是动力驱动，能够自主飞行，可重复使用，而且是无人驾驶的航空飞行器。那无人机同巡航导弹有若干共同之处，但也有很大区别。巡航导弹是携带战斗部对敌实施一次性攻击的武器，而无人机则可携带不同装备，执行不同任务，可多次回收使用。无人机兼有有人战斗机和导弹的优点，它和导弹一样没有人员的伤亡和被俘危险，又因不存在人的生理限制，可超长时间续航，也可以超高机动飞行；并且又因其目标特征小，具有很强的突防能力和生存力。同时它又和有人机一样，可多次使用，活动空间大，可执行多种任务，而无人机与有人机相比成本低得多。 下面给大家介绍一下无人机的应用。无人机的应用大致可以分为四个方面；一个我们把它称为软杀伤，也是在电子对抗战争中间使用的无人机。硬杀伤就是进行无人攻击，对地也好，对空也好，都是硬杀伤的。那么反辐射无人机，是对雷达进行攻击，它是个自杀式的。在侦察方面，无人机到目前战争中用得更多还是在战场的侦察，可以进行光学侦察，带航空相机，CCD摄像机、红外行扫仪。另外在民用方面就更广了，森林防火，边防的缉私，航空拍照，地面的勘探等等，都可以使用无人机。 第三个方面，无人机主要的关键技术是无人机的起飞和着陆技术。大家知道，有人机都是采用的轮式起降，都有起落降。而无人机不一样，由于没有人在上面，很多的方式都可以采用。例如有起飞车滑跑起飞，有采用火箭助推。着陆方面的技术有撞网回收和拦阻网回收。 最后一个方面想给大家介绍一下无人机的发展趋势。未来无人机的发展将在高空、高速、隐身、长航时无人机方面得到发展。因为美国人现在提出了无人战斗机的概念，也研制出了X-45和X-47无人战斗机，各个国家也在相继和即将开展无人战斗机的研制。另外未来的战争将会往空间发展，高度发展。所以是一个高超声速无人机的技术，也将会得到比较大的发展。 《无人驾驶飞机》 （全文） 老师们，同学们，大家好，今天我给大家介绍一下《无人驾驶飞机》。1903年12月17日，美国莱特兄弟驾驶“飞行者1号”成功地飞行了四次，在最后的一次飞行中间，飞行59秒，距离260米，它标志着人类飞天梦的实现。 回顾航空百年史，我们来看以战斗机为代表的军用飞机的发展史。应该说在过去是以活塞式发动机为动力的亚声速飞行时代。当前是以喷气式发动机为动力的超音速时代。那么未来将是无人战斗机，或者说是无人机的时代。所以今天我们将在这儿来介绍一下无人机的发展情况。什么是无人机？大家可能都会问到这个问题。我们说所谓无人机，它是动力驱动，能够自主飞行，可重复使用，而且一定是无人驾驶，也一定是航空飞行器，或者说是飞机。 首先我们来看一下无人机和有人机有什么样的区别。所谓无人机，我刚才说了首先是无人驾驶，有人机当然是有人驾驶；那么无人机可以按照我们事先规划的航线来进行飞行，而有人机是驾驶员驾驶飞行；相对有人机而言，无人机的性能比较简单，而有人机由于有人在上面，它人员的支持系统和生命保障系统，那么飞机要复杂得多。这里大家可以看到的一张画面，就是驾驶舱里面的各种各样的仪表，而无人机没有这么多仪表；另外相对而言，无人机小，而且轻。小的无人机才十克，那么当然也有11吨重的无人机，而有人机再也没有10克或者说100公斤这样的飞机存在。 我们接下来看一下无人机与航模的主要区别。大家讲，航模也是无人驾驶。的确在飞机上也没有人驾驶，但是它们两者是截然不同的。首先无人机是自主驾驶，自主飞行，而航模，飞机上没有人，但是遥控操纵，对于无人机来讲可以超视距、程序控制，而航模是视距内范围里，也就是在我们目视范围里，我们人员进行控制。另外从系统上来讲，无人机系统复杂，而航模相对来讲要简单得多。另外对无人机来讲，它有高速、中速和低速飞行无人机，而航模由于是人员操作，我们目视看的速度，我们反映的速度都不可能快，所以航模不可能是高速的，它只能是低速。另外无人机与巡航导弹它们之间有什么区别。无人机和巡航导弹都是无人驾驶，都是自主飞行。但是无人机，它可以带不同的装备，执行不同的任务。而巡航导弹，它带的战斗部，对敌攻击，而且是一次性使用。无人机可以重复多次使用。 接下来我们看一下无人机系统的组成，首先它是飞行器平台。无人机，它一定有一个飞行器与之相应。第二它有无线电遥控、遥测装置。我们大家从图上可以看到的有两幅画面，一个是一个主控站，竖起来的是一个天线来对飞机进行遥控、遥测。那么右边的这幅画面，就是主控站里面的一些设备。在这个主控站里面，我们可以对无人机的航线进行规划，可以对无人机进行操纵，可以对无人机的整个飞行姿态进行遥控、遥测，随时掌握飞机在空中的姿态和飞行状况，还可以来执行相应的任务。无人机的组成系统中间有一个发射回收系统。那么飞机要上天，也要回来，因为多次使用，所以它有与之相适应的发射系统和回收系统。另外，无人机要执行相应的任务，比方说战场侦察、战场评估、对地攻击等等，那么也就要带相应的，通常称的任务设备。所以在无人机上通常对无人机，我们有几个指标的考核，除了它的飞行参数以外，一个是任务载重，就是说能载多少重的任务设备，能飞多长的时间，就是我们通常讲的续航时间。 下面我们来看一下无人机的分类。简单地说无人机可以分为军用和民用两大类无人机。那么在军用无人机中间又可以分为无人侦察机、无人战斗机、靶机、微型无人机和无人直升机。下面我们将逐一地看一下各类飞机的情况。 这个大家看到的是以色列研制的“苍鹭”无人机，它的翼展米，机长米，升限也就是说它能飞到的高度是7500米到13500米，起飞重量1100公斤，巡航速度110到212公里/每小时，它的任务重量，就是能载任务设备的重量是250公斤，续航时间50个小时，专门用于侦察和监视。这是“搜索者”无人机，也是以色列研制的，它的翼展是米，机长是米，它的最大起飞重量是372公斤，可以飞行14个小时，任务重量是63公斤，这个也是一个战略无人机。大家可以看到的，它是美国的“纳蚊”，翼展米，机长米，升限达到7600米，起飞重量六百多公斤，最大速度259公里/每小时，在空中续航40小时，那么也是用于侦察和监视。美国在这个飞机的基础上，又发展了“捕食者”无人机。大家从画面上可以看到，这个形状很相似，跟纳蚊有很多相似之处，就是捕食者是在这个基础上发展的。那么大家看到“捕食者”的头部形状要比“纳蚊”大。为什么？这是因为，在这个飞机里面装有卫星天线。这个大家可能都很关心，好多同学都知道的，这就是“全球鹰”无人侦察机，这是在无人侦察机方面，我简单的给大家看了一些画面。在我们国家也研制了有相应的无人侦察机，特别是战术无人侦察机，比方说爱生系列的，云笛、云燕等等，也有相应的无人机。 那么无人战斗机方面，现在在研的，有美国的X-45和X-47.那么这个大家看到的是X-45，它的翼展是米，它的起飞重量是6804公斤，最大速度213公里/每小时，有效载荷907公斤。这个是X-47的无人战斗机，大家可以看到画面是X-47的首飞镜头。X-47，它的翼展是米，机长米，起飞重量2495公斤，有效重是252公斤。大家可以看到这个飞机马上要着陆了，而且都是轮式起降。因为这个轮式起降在目前国际上，无人机发展中间是比较热的一种起降技术。靶机是无人机中一个系列之一。那么现在看到的是我国研制的“长空一号”无人靶机的一个打靶情况。那么这个靶机翼展米，机长米，升限18000千米，起飞重量2345公斤，最大时速可以达到920公里。 微型无人机是近几年，或者说上个世纪90年代才产生的一种微小型无人机。这个是美国在进行微型无人机的试飞。那么大家可以看到，微型无人机相对来讲简单多了，它可以手一抛，飞机就出去了，然后来进行它的自主控制和飞行控制。大家要注意，这不是航模，我刚才讲了，它还是自主飞行的。 这个是无人直升机，这个是“翔鸟”无人直升机的一个飞行镜头。那么这个地方，我们大家看到，它的机长是米，所谓的机长是指旋翼的长度，升限达到3000千米，巡航速度每小时150公里，有效载重是50公斤，续航时间四个小时，这是关于无人机的一个简单的介绍。 下面我想给大家说一下无人机的发展过程。第一架无人机是什么时候、在什么情况下产生的。当初是在1935年，德国在希特勒的领导下，希特勒为了发动第二次世界大战，就命令他的空军开展火箭的研究。一个方面就是外形像飞机一样的火箭研究。第二种是弹道式的飞行轨迹是抛物形的火箭研究，而且在波罗的海的乌采顿岛上修建了佩内明德试验场进行试飞。那么1942年6月，再一次把这个工程提出来了，在1942年的12月24日实现了首飞。这个地方大家看到的是由冯×布劳恩主持研制的叫V-1无人轰炸机。那么冯×布劳恩是什么人呢？二次大战之后，他到了美国，后来主持了美国的阿波罗空间计划。那么再后来进一步的发展，就形成了V-2无人机，应该说V-2无人机的产生，在无人机技术方面是一个里程碑。同时无人机的发展使得航空器中间的另一个就是导弹诞生了，因为第一个无人轰炸机，当年二次大战期间，德国人为了打击英国，向英国伦敦投放了五千架V-1无人机。因为大家知道，当初的无人机技术水平和现在的无人机技术水平是不可比拟的，所以无论是打击精度还是怎么样都不可能和现在比，如果现在投入五千架的轰炸机将会是个什么样的，我想现在的伦敦可能就不是这个样子了。 有了第一个无人机以后，我们下面就来看看无人机的发展，分了三个阶段：第一个阶段就是在上世纪五、六十年代，形成了一个无人靶机的研制时期，所以我们把它简称靶机时代。那么在上世纪五、六十年代，世界处在一个冷战时期，一些超级大国在加紧进行军备竞赛，研制出了一批高性能的飞机和导弹。如何对这些飞机和导弹的性能进行检验和鉴定，也是我们通常在航空装备进行设计定型的时候，它必须要进行打靶试验。那么打什么？于是就提出了要研制无人靶机来适应航空装备，武器装备鉴定需要，靶机就在这个时候诞生和形成发展起来的。 第一架靶机是美国的“火峰1型”靶机，它是涡轮喷气发动机推进，高亚音速，全金属机体结构。机长大概有七米，翼展米，起飞重量1134公斤，最大的平飞速度是1112公里/每小时。这里我给大家展示的是中国的第一架靶机，这个就是我们学校研制的长空靶机，这个靶机的机长是米，起飞重量2060公斤，最大的平飞速度是每小时920公里，高度范围是在相对地面50米到18000米。 第二个阶段是无人侦察机的诞生。在越南战争期间，有人军用侦察机应该说得到了广泛地应用，特别是像美国的U-2侦察机，SR-71等等有人侦察机，但是在这个期间，U-2侦察机在越南、前苏联和我国的上空接连被击落下来，应该说损失是很惨重的，而且美国人在外交上也很被动。于是美国人就提出来了，要研制无人侦察机。那么这样的话，就可以减少人员的伤亡。于是美国人首先把火蜂靶机改装成无人驾驶侦察机，把它称为Ryan147，那么这个就是Ryan147无人侦察机。它的机长是米，翼展米，起飞重量1430公斤，最大的平飞速度612米/秒，高度达到18000米。那么中国的第一架无人侦察机是什么样子的，大家可以看到这是长虹无人机。它的机长米，翼展米，起飞重量1085公斤。这个无人侦察机是通过母机挂在这个机翼下面，在空中进行发射的，所以应该说无人机空中发射的还不是太多。 第三个阶段是无人机飞速的发展阶段。也就是上世纪九十年代以后，在这个时期有些什么特点？第一个是现代战争中间无人机在广泛地应用。可以说无人机从辅助、支援这么一个作战转为了一个主战，就是说主要来进行打仗用的一个武器装备，这是一个很大的变化，飞跃的变化。第二个小型无人机崭露头角，尤其是在中东战争，应该说它起到一个非常好的战例。在贝卡谷地战役中间以色列利用了小型的无人飞机，来诱导（叙利亚）的防空、堤防雷达的开机，很典型的一个战例。第三个无人机的发展系列化，出现了三大发展热点，一个是长航时无人机、无人战斗机和微型无人机。在这个时候美国的“全球鹰”也研制出来了。另外一个特点，就是各个国家相继成立了无人机专业化部队。那么以前它不是一个专门的部队在用，而是由空军或者哪个部队在用，那么后面就形成了专门的无人机部队。这是讲到了无人机的三个发展阶段。 下面跟大家介绍一下推动无人机快速发展的背景和原因，第一个原因我想跟大家介绍的就是政治上的原因。在越南战争中间，大家都知道，美国在越战中间是输得很惨的。那么我们先不说地面部队，我们先来说一下美国在越南战争期间，空军是怎么样个状况，它有2600多架飞机被击落，其中有五千多名的飞行员被俘，或者是死于战争，应该说就这一点损失是非常大的，所以可以说丧亡惨重。人们厌战、反战情绪高涨。所以引起了政治危机，这就是政治上它必须解决这个问题。如何减少人员伤亡，必须无人化，这就提出来了，要研制无人机。第二个经济上的考虑。给大家看到的是一个有人驾驶飞机的成本，就是各种有人驾驶飞机的单价，大家看到了这是成倍的增长。F22达到了一亿美元的价格，单机价格。那么轰炸机，价格更是惊人了。像B2隐身轰炸机，它的造价是亿美元。那么我们做了一个简单的对比，我们南京长江二桥的建设，花了亿人民币，这两个价格，就是一架B2隐身机轰炸机的价格跟我们建设一座长江大桥的经费是差不多的。 另外无人机的使用费用比较低，因为无人机体积比较小，重量也比较轻，那么造价成本都很低，有的是降低三分之一，有的可以说是一个数量级。另外无人机特别无人战斗机可以长期保存在仓库里面，十年或者更长的时间。这样的话，使用维护费用大大减少。据军方估计可以减少80％，另外在飞行方面，大家可能讲了，你不用，你怎么训练，无人机的训练它跟有人机不太一样，有人机，飞行员必须到空中去飞，飞一次要四万美元，一个小时，就要四万美元的价格，包括人员保养等等。而无人机可以在虚拟的坐舱里面进行训练。因为我人不在飞机上，我是在操纵键盘。那这样的话，我就可以用虚拟的训练系统，所以费用大大减少。同时无人机，一个人可以同时控制几架甚至数十架的无人机，而驾驶员不可能在空中一个人开两架飞机。所以我们对飞行员的培养，这个费用也可以大大减少，所以说无人机的使用费用是很低的。 另外无人机的发展，我个人认为战争的需求是无人机快速发展的一个推动力。在冷战期间，形成了靶机。而越南战争期间无人侦察机又诞生了。中东战争小型的无人机崭露头角，在海湾战争中大量地使用了小型无人机。而在科索沃战争中间，中空长航时无人机初露锋芒。在阿富汗和伊拉克战争中间更是发挥了威力，在阿富汗战争中间，捕食者首次发射导弹，也是无人机首次进行导弹发射，对地面攻击。那么未来呢，大家可以看到高空、高速、隐身、长航时无人机是一个大的需要。另外无人作战飞机高超声速无人机，以及微型无人机都是一个很大的需求。所以战争的需求是无人机得以发展的一个推动力。另外无人机它有超长的使用特性，特别是小型无人机，它快速机动、隐蔽性好。大家可以看到这个画面，我们可以看到，战士在战场前沿就可以利用无人机看到敌方阵地上的情况，甚至可以看到对方的哪个士兵在使用什么装备，正对着哪个方向进行开火，都会看得很清楚，而且都是实时的。那么这张图上我们大家可以看到是一个在巷战中间，微小型无人机应用的一个示意图。那么战士们在这个地方可以把无人机抛出去，它到了对面看另外一条街上，敌方的步兵情况是怎么样子，所以来进行巷战，应该说无人机这种非常机动的使用性能使得它也得以快速发展。 第四个给大家介绍一下无人机的应用。我这里有一个表大家可以看到，无人机的应用大致可以分为四个方面；一个我们把它称为软杀伤，也是在电子对抗战争中间使用的无人机。那么在软杀伤中间，我们可以看到，可以进行雷达信号干扰，比方说我装的铝箔到了以后，空中把它撒出来，那么对方的雷达就看到，当时屏幕可能就没有亮点了，就是一团杂乱的信号，对敌方的雷达进行干扰。那么也可以带一些干扰机，我不放东西，我发射跟你的雷达同频率的、同频段的电磁信号，让你接收不到，发现不了我方的飞机，这样的话，就可以隐蔽下进行攻击。另外还有光电干扰，比方说打的闪光、激光等等进行干扰，这是软杀伤的。目的干吗？就是为自己能够争取到更多的时间，可以这么讲，在作战中间哪怕是几秒，都是非常关键的。 那么硬杀伤就有无人战斗机。这个大家知道，就是进行无人攻击，对地也好，对空也好，都是硬杀伤的。那么反辐射无人机，是对雷达进行攻击，它是个自杀式的。在侦察方面，应该说无人机到目前战争中用得更多还是在战场的侦察，可以进行光学侦察，带航空相机，CCD摄像机、红外行扫仪，所谓红外行扫仪，就可以不管是在白天还是晚上，不管你是隐蔽的，还是不隐蔽的，通过它的红外特征来进行侦察，了解敌方的情况，特别是用得比较多的战场评估。什么叫战场评估？当我们把导弹打到我们想打的这个目标以后，打住了没有，打了以后，损伤情况怎么样，这个时候我们就要把无人机派过去进行侦察，了解打过以后情况是怎么样子的，来决定要不要再一次实施打击，这个就叫做战场评估。所以说无人机的应用，我这里还仅仅举的是军用方面的用途。那在民用方面就更广了，森林防火，边防的缉私，航空拍照，地面的勘探等等，都可以使用无人机。刚才已经大概地把无人机的应用做了一个介绍。 太长了，这里装不下了，我给你发到邮箱里吧！
浅谈多旋翼无人机任务系统的优秀论文
前言： 随着无人机产品的不断增加，市场之间的竞争力，也逐渐的提升，对此本项目研究出了更适合于工业控制、自动化装备等领域产品的多旋翼无人机，产品不仅定位合理，同时与其他产品存在一定的差异，该任务系统，是指先进智能装备数据链的无人多旋翼任务，存在较高的能量利用效率、载荷运输性能，是其它无人机产品，在技术方面不能相比的;制定合理的市场规划，会给企业带来一定的经济效益。
1 多旋翼无人机定义概述
我们常称无人飞行载具，为无人飞机系统，主要是利用无线电智能遥控设备，以及自带的控制程序装置，对于不载人的飞机进行操控。其中广义的无人机，包括狭义无人机以及航模。
多旋翼飞行器，主要由动力系统、主体、控制系统组成，动力系统包括电机、动力、电子调速器、桨;主体部分包括机架、脚架、云台;控制系统包括由遥控接收器、遥控组成的手动控制;地面站，以及由主控、GPS、IMU、电子陀螺、LED显示屏组成的飞行控制器。其中四旋翼，是一种4输入6输出的欠驱动系统;通过PID、，鲁棒、模糊、非线性、自适应神经网络控制。近年来，对于系统的控制功能的研究趋势，为大荷载、自主飞行、智能传感器技术、自主控制技术、多机编队协同控制技术、微小型化等方向。其中一些关键技术为，数学模型的建立、能源供给系统、飞行控制算法、自主导航智能飞行。
2 控制系统改进发展阶段
多旋翼无人飞行器的控制系统，最初是由惯性导航系统，借助了微机电系统技术，形成了EMES惯性导航系统;经过对于EMES去噪声的研究，有效的降低了其传感器数据噪音的问题，最后经过等速度单片机、非线性系统结构的研究、应用，最终在2005年，制作出了性能相对稳定的多旋翼无人机自动控制飞行器。对其飞行器的评价，可从安全性、负载、灵活性、维护、扩展性、稳定性几方面要素进行分析。具有体积小、重量轻、噪音小、隐蔽性强、多空间平台使用、垂直起降，以及飞行高度不高、机动强、执行任务能力强的特点;在结构方面，不仅安全性高、易于拆卸维护、螺旋桨小、成本低、灵活控制的特点。
3 技术原理
系统组成
无人多旋翼任务系统，总体技术方案框图如图1所示;如图所示，无人多旋翼任务系统，由无人机、地面工作站构成。无人机，由多旋翼无人机、任务载荷组成;地面工作站，由数据链通信单元、工业控制电脑、飞行控制摇杆等组成。
系统技术原理
多旋翼无人机，通过对于螺旋桨微调的推力，实现稳定的飞行姿态控制、维持。经过上述，对于多旋翼无人机、常规直升机、固定翼飞机的对比，可以明显的看出，多旋翼无人机，在任务飞行方面，具有多能量的优势，从而更好的执行完成飞行任务，改善了飞行姿态维持，消耗大量能量的缺陷，从而更好的保证了其能量利用率，直接产生续航时间、载荷运输性能的提升;在结构方面，做了大量的简化，省去了传动机构，使其运行噪音、故障概率、维护成本大大的降低。
无人机，与地面工作站之间的通信，通过设备数据链实现连接，起到通信中介的作用，同好也是无人机、地面工作站之间，实现地空信息交换的重要桥梁环节。以往无人机，对于地空信息的转换连接，只是普通的点对点通信，收到信号传输距离的影响，性能发挥受到严重的影响，只能实现一些简单遥控数据信号的传输。
但是本项目，对于无人多旋翼任务系统的研究，是通过数据链协议MAVLink的研究后，将其合理的嵌入到控制核心、地面数据链的ARM平台中，有效的改善了以往低空信息传输环节存在的问题，将其遥测、遥信、遥控、遥调、遥视这五遥很好的进行了统一，保证了通信之间的无障碍，从根本上解决了无人机和地面工作站的数据通信问题。其中涉及到的.五遥;其中遥测，是指对于远方的电压、电流、功率、压力、温度等模拟量进行测量;其中遥信，是指对于远方的电气开关、设备，以及机械设备的工作、运行等状态进行监视;遥控，是指对于远方电气设备、电气机械化装置工作状态的控制、保护;遥调，是指对于远方所控设备的工作参数、标准流程等进行设定、调整;遥视，是指对于远方设备的安全运行状态的监视、记录。
传统的无人机，在飞行时需要通过人工对于遥控器的操作，对其飞行姿态进行的控制，体现出其自动程序的不完善，功能单调等缺陷。但是本项目对于无人机的研究，在地面工作站，通过飞行任务规划软件的配套，有效的改善了以往功能单一的缺点，直接增加了其功能性。其中飞行任务规划软件，具备GoogleMap高速API接口，实现对于无人机飞行航线，在三维地图上的简易规划，同时也能对其航线进行启动，使其实现自动巡航、执行飞行任务、返航等操作。
4 技术关键点及创新点
技术关键点：
地空信息的的数据通信。
先进智能装备数据链协议MAVLink的应用，能够对其所有数据进行有效的整合，并全部归纳在数据链路中，整合五遥操作，有效的降低了多种通信制式、通信模块存在等方面的问题，提高了通信效率，保证了通讯功能得以有效发挥。
解决飞行姿态操控问题
嵌入式操作系统，在ARM处理器平台上的应用，加上陀螺仪等传感器、卡尔曼滤波等先进算法，从而更好的保证了控制系统的功能增加，除此之外，不仅实现了无人操作飞行，在飞行操纵方面，也有效的降低了能耗，增加了能量利用率。
在工业控制领域应用的扩展
本项目以同一载具+多种载荷的建设、研究思路，针对于型号相同的多旋翼飞行器，设计一样的数据、电气、机械接口的任务载荷，实现快速更换载荷，使其飞行任务之间，能够良好、稳定的切换、衔接，保证该系统的实用性，同时也减少了任务执行的成本。
增强地面工作站功能
通过C/S架构、C#语言、.net平台、三维GoogleMap、SQL数据库，以及地面任务规划软件、分析数据分析软件，从而更好的增强地面工作站的功能，以及自动化、智能化的程度,更好的为用户操作，带来更多的便利。
项目的技术创新性
在无人机、地面站，在植入数据链MAVLink的同时，加强整体系统功能的改进，有效的实现了五遥的综合统一。
卡尔曼滤波、四元数算法，加上嵌入式ARM平台，对其飞行姿态实现有效控制。
同一载具+多种载荷思路的研究，实现了无人机，对任务执行模式的有效转换。
同时地面任务规划软件、分析数据分析软件的应用，提高了系统的控制功能，以及系统智能化程度。
5 总结
综上所述，通过对于无人多旋翼任务系统的分析，发现我国针对于此方面的研究，仍存在很多不完善的地方，该项目通过C/S架构、C#语言、先进智能装备数据链、分析数据分析软件等，照比以往的无人机飞行器，在系统功能改进方面，实现了遥测、遥信、遥控、遥调、遥视的统一;在任务执行模式方面，实现了灵活转换;在飞行姿态方面，实现了智能操控;是在已有多旋翼飞控技术的基础上，有效的规避了其以往的缺陷，同时自主飞行控制软件编程，这种飞控任务的提供，有效的实现了飞行中，自主导航智能飞行。
两旋翼无人机的理论研究出自各大学的专业论文研究。近年来,共轴双旋翼无人机被广泛应用于军事和民用领域。和常规无人机相比,共轴双旋翼无人机具有负载能力强、悬停效率高、续航时间长和结构紧凑等优点,因而具有广泛的应用前景。但从目前国内外研究成果来看,大部分共轴无人机整体尺寸和重量较大,便携性较差。因此,研究和设计一款小型的共轴双旋翼无人机具有必要性。本文针对小型共轴双旋翼无人机的总体结构和总体布局进行研究,旨在设计出一款便于携带的小型共轴双旋翼无人机。具体研究内容如下:(1)制定了小型共轴双旋翼无人机的设计流程和技术指标;通过对三种操纵方案的对比分析,确定了双电机差速操纵方案;进而,进行了无人机总体方案的设计,将其划分为6个子系统,明确了各子系统的功能要求,并完成了无人机的总体布局设计。(2)建立了旋翼载荷模型,确定了其最大总距和转速;采用CFD(计算流体动力学)方法对不同旋翼间距的载荷进行仿真分析,确定了旋翼最佳间距;并利用积分法确定了旋翼所需功率和全机所需功率;完成了旋翼系统的结构设计和主要零部件的强度校核。(3)进行了操纵机构的功能分析、模块划分和构型设计,建立了其运动学模型,并完成了下操纵机构的尺寸优化和工作空间分析,结果表明了所设计的操纵机构能够满足其工作空间运动要求。(4)完成了无人机各子系统的结构设计,并对其中的重要零件进行了强度校核;基于ADAMS对操纵机构的运动和力学性能进行了仿真分析;完成了无人机虚拟样机模型。(5)完成了小型共轴双旋翼无人机样机的制作,基于样机建立了其飞行动力学方程,并对动力学方程组进行了求解,为后续无人机的飞行控制系统的设计做好了准备。
无人机用途广泛,成本低,效费比好；无人员伤亡风险；生存能力强,机动性能好,使用方便,在现代战争中有极其重要的作用,在民用领域更有广阔的前景.无人机可用以军事也可以民用.在军事领域：侦察机：可用于完成战场侦察和监视、定位校射、毁伤评估、电子战等；靶 机：可作为火炮、导弹的靶标等.以军事领域而言,以美国为首的西方国家在无人机的运用上发挥的很好.在民用领域：可用于地图测绘、地质勘测、灾害监测、气象探测、空中交通管制、边境巡逻监控、通信中继、农药喷洒等.像昆明劲鹰无人机,在航测、航拍、航飞服务、遥感等方面做的比较好.缺点是容易受干扰。无人机(UAV)在现代战争中扮演着越来越重要的角色。为了能够有效地将无人机系统连接到综合一体化的作战信息网络当中,需要深入探讨无人机系统的组网问题。本文研究了无人机作为信息支撑平台,采用分层结构的接入技术,路由算法以及数据调度算法,论文的主要内容如下: 1.分析了无人机平台自身特点和设备特性,研究了无人机超视距通信的传输体制;基于结构分层概念,提出了包括主干层、战术层以及用于提供战场信息支持的无人机通信网络结构;介绍了网络协议设计需要解决的关键问题和用于性能分析的军用仿真技术。 2.依据无人机网络分层的特殊结构,分析了常用多址接入方式的容量大小以及优缺点,提出了不同层间无人机的多址接入方式,并着眼于用于战场通信服务的无人机,提出了适用于自组织结构的空中无人机机群的同步式多址接入方式ESMA,通过对协议进行分析可以看出该协议具有较强的鲁棒性和接入效率。 3.分析了无线自组织网络的路由问题,提出了自组织结构的无人机网络在不同的信道条件下所应采取的不同路由策略。包括链路稳定时的DSR路由算法和链路不稳定时的定向泛洪式的DREAM路由算法。 4.提出了无人机数据调度问题,研究了现有的数据调度算法,通过理论和试验数据的分析,为无人机在使用时采取的不同数据调度策略提供依据。
无人机数据链是一个多模式的智能通信系统，能够感知无人机在工作区域的电磁环境特征，并根据环境特征和通讯要求完成对无人机遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输，实时动态地调整通信系统的工作参数，主要包括通信协议、工作频率、调制特性和网络结构等。达到可靠通信或节省通信资源的目的，是飞行器与地面站联系的重要纽带，可以称作是无人机的测控系统。 无人机数据链按照传输方向可以分为：上行链路和下行链路。上行链路主要完成地面站到无人机遥控指令的发送和接受，下行链路执行遥测和数据传输功能，主要完成无人机到地面站的遥测数据以及红外或电视图像的发送和接收。系统根据定位信息的传输，利用上下行链路进行测距，其性能直接影响到无人机性能的优劣。目前普通无人机大多采用定制视距数据链，而中高空、长航时无人机则都会采用视距和超视距卫通数据链。 数据链系统主要由测控管理器、发射机及接收机组成，测控管理器负责地面遥控与遥测数据的融合与处理。管理无线电发射与接收时序，使遥控与遥测能同步协调工作。发射机和接收机由无线电测控电台及天线构成，无线电测控电台采用双工数传电台，负责遥控指令的发射与遥测数据的接收。数据链的性能通常能影响无人机的性能，主要根据数据链是否具有跳频扩频功能、存储转发功能、数据加密功能、高速率、低功耗等性能来衡量无人机数据链是否优秀。 人工智能技术推动无人机进入不同的行业应用领域，随着机载传感器、定位的精准程度和执行任务的复杂程度不断上升，要求无人机具备强实用力，同时对数据链的带宽也提出了很高的要求。未来无人机数据链将向着高速、宽带、保密、抗干扰的方向发展。 目前视距内飞行是无人机的主要飞行方式，飞行距离在几公里以内。随着智能技术的发展，未来，无人机与5G通讯技术的融合将使无人机实现更精准的控制，实现超视距飞行，为无人机低空领域的飞行和更多行业的应用提供技术支持与保障。
一、通信领域：因为是无人驾驶飞机，所以必须要通过信号远程遥控指挥，这对信号的传输质量、效率、保密性、稳定性等是极大的考验，尤其是在复杂的地形、天气情况下。二、优点：1，人员安全，由军人在后方进行远程遥控，即使出现坠机、被击落等情况也没有人员损失，这对当前越来越重视人权及爱好和平的百姓来说是更能接受的事。2，经济性，历来飞行员培训都是极耗资源的，即使是军事大国的飞行员也是很宝贵的财富，失去一位都是很大的损失，再加上抚恤金，所以一些极危险的任务，如果可以用无人机完成自然更好。3，避免飞行员被俘虏，尤其是喜欢全球干涉的国家，如果飞机出现意外或者被击落前飞行员跳伞落入敌区，那么很有可能被俘，后续的营救、谈判等一系列问题会让政府和军方很头疼。4，性能可发挥性更高，没有驾驶员就不用再考虑驾驶员的承受能力，比如加速度、氧气、温度等条件，摆脱这些因素，无人机可发挥性就更高。三、缺点：1，远程操控信号受限于地形、气候、距离等条件，有一定的隐患。甚至敌方会有意屏蔽信号，以此设法击落或者捕获无人机，这不是没发生过。2，远程控制毕竟比不了直接在战机里驾驶，在灵活性上要想和普通战斗机比还是有一定差距的。3，受限于技术，无人机在复杂环境下自由起降、作战有难度，另外由于政治、人文等问题，普通战机无人化难以做到，也就是说无人机很难做到普通战机那样大小，而不够大，就意味着载弹量小、攻击力弱的缺点
行业主要上市公司：北方导航(600435)、洪都航空(600316)
本文核心数据：中国无人机市场结构、民用无人机市场规模
我国军用的无人机发展起步较早，早在1964年Ⅰ型无人机靶机就已经诞生，Ⅱ型无人机靶机也在70年代研制完成。随后，又研制出了S-100型靶机，使无人机的飞行速度达到100米/秒，这也为我军训练的现代化做出了重要贡献。
而相对于发展起步较早的军用无人机，我国民用无人机市场在早期并未引起足够重视，有归口管理单位，没有长远规划，处于无序发展状态。但近些年由于技术的发展和需求的牵引推动，特别是一些自然灾害频发，急需有一种灾情监视评估和搜救手段，从而引起有关方面对民用无人机的关注，且迅速升温，逐步深入大众生活。截至2020年末，我国民用无人机的市场份额由2014年的不足10%增长到左右。
军用无人机市场依旧活跃
我国军用无人机起步于1964年，1980年代开始批量使用无人机，最初主要作为防空系统的靶机和干扰诱饵等。到2000年后，我国相关科研院所、高等院校积极合作，开发出了多型的无人机设备，除了2002年在珠海航展上亮相的WZ-2000型无人侦察机引起世界轰动外，近几年也开发出了中国版的“捕食者”——“彩虹-4号”、 “彩虹-5号”无人机和“翼龙型”无人机，还有酷似全球鹰的“翔龙型”无，而“利剑”隐身无人攻击机在2019年国庆阅兵时正式亮相，并更名为“攻击11”。
我国研制无人机已有五十多年的历史，国内无人机的研究发展在总体设计、飞行控制、组合导航、中继数据链路系统、传感器技术、图像传输、信息对抗与反对抗、发射回收、生产制造和部队使用等诸多技术领域积累了一定的经验，具备一定的技术基础。
但在军用无人机领域，我军无人机装备同发达国家相比仍有一定差距，还不能完全适应高技术战争的要求。国内己有的无人机任务系统载重都不大，尚难满足电子对抗、预警、侦察等大型任务系统的要求，平台技术难以满足无人作战飞机的高隐身、高机动能力的要求，在气动力、发动机、轻质结构和高精度导航等方面基础技术薄弱。
2020年民用无人机市场规模有望超过250亿元
从总体上看，在早期阶段，国内民用无人机领域的开发长期以来没有引起足够重视，没有归口管理单位，没有长远规划，处于无序发展状态。但近些年由于技术的发展和需求的牵引推动，特别是一些自然灾害频发，急需有一种灾情监视评估和搜救手段，从而引起有关方面对民用无人机的关注，且迅速升温，逐步深入大众生活。据统计，截至2020年底，无人机实名登记数量已增至万架，较2010年涨幅超过500%。
中国民用无人机自2008年汶川地震之后开始在国内兴起，经过几年的发展，当前无人机的应用范围已涉及国土资源调查、环境监测、水情监测、救灾等多个领域。据不完全统计，目前国内无人机仅民用市场大概有几亿元的量级。面对这一正在兴起的市场，相关企业和科研机构也纷纷进驻民用无人机领域。
民用无人机的迅速发展使得我国民用无人机市场规模持续扩大，根据航空运输协会的数据显示，2019年我国民用无人机市场规模为210亿元。根据Drone Industry Insights披露的民用无人机增长率预测，2020年中国民用无人机市场规模有望超过250亿元。
综合来看，我国无人机市场近年来处于相对活跃状态，投资与研发并举，军用与民用共同发展。
以上数据来源于前瞻产业研究院《中国无人机行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》
全球投资额和市场规模不断扩大
根据专做无人机市场调研的机构Drone Industry Insights发布的无人机市场环境统计数据显示，从2008年开始，截止到2019年，全球无人机行业已接受累计44330亿美元的投资金额。
2019年无人机行业投资超过12亿美元，年度总投资不仅创下了最新记录，还突破了10亿美元的大关。其中风险投资(VC)占投资的大部分，2019年风险投资额超过亿美元，高于2018年亿美元，创下有史以来最新记录。
无人机在以色列贝卡谷地一战成名，随着世界电子、通讯技术的迅速发展，无人机技术的发展也进入了快车道，涌现出了一批诸如“全球鹰”、“哈比”、“死神”等世界知名的优秀军用无人机。同时，全球民用无人机的销量高速增长，1990年为万架，2000年已经超过4万架，2010年达到10万架以上。
根据专注于新能源产业的互联网服务平台起点研究院(SPIR)的调研数据，截止到2019年，全球无人机销量约为680万架，比上年增长;市场规模约为950亿元，比上年增长。
军用：占比约70% 未来十年仍是市场重心
根据Drone Industry Insights机构发布的数据，2018年全球军用无人机市场规模为141亿美元，占比，民用无人机市场规模为73亿美元，占比;根据测算，2019年全球无人机市场规模为259亿美元，其中民用无人机市场规模为90亿美元，占比为，军用无人机市场规模为169亿美元，占比为。
目前，全球每年无人机军贸合同规模约50架，美国市占率接近一半。无人机军贸市场上美国份额最大，市占率接近一半，以色列市场份额约四分之一，中国市场份额约五分之一，其他国家无人机军贸规模合计占比约10%。
根据美国全球市场洞察组织发布的报告，今后十年世界无人机市场中军用无人机仍是市场重心，2014年，军用型在无人机市场的占比为89%，到2024年，将降为86%，仅给民用型让出3%的份额。而北美和亚太市场将最为火爆。
另据市场研究机构MarketsandMarkets报告显示，军用无人机市场将从2018年的121亿美元以每年12%的速度增长，到2025年将达到268亿美元。到2029年亚太地区将成为军用无人机最大市场，占全球市场的份额。
民用：中国消费级无人机占据较大优势
根据产品或商业模式的创新能力、企业品牌的透明度、独立的公司治理能力、市场影响力，高工产研机器人研究所推出了《GGR：全球无人机企业TOP10企业名单》，其中中国企业占7家、美国2家、法国1家。
在民用无人机领域上，中国占据较大优势，特别是消费级无人机，中国的大疆占据着全球约70%的消费级无人机市场份额，在全球民用无人机制造企业TOP10榜单中排名第一。
—— 更多数据及分析请参考前瞻产业研究院《中国工业无人机行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》。
接触危险物品的工作岗位高温、低温、高压、辐射等极端环境的工作岗位长时间机械作业的工作岗位长时间监视监控的工作岗位精细工作高强度工作……-----------------------------------随着知识经济时代的到来，高技术已成为世界各国争夺的焦点，机器人技术作为高技术的一个重要分支普遍受到了各国政府的重视。据了解，目前日本继前两个机器人计划--“极限作业机器人”计划和“微机械技术”开发计划之后，正在实施第三个“人型机器人”计划；美国仅花在无人机上的费用就已达25亿美元。我国政府也非常重视机器人的研究，早在“七五”期间就开始了工业机器人和水下机器人攻关计划，并取得了一定的成绩。1986年，国家“863”计划将智能机器人列入其中。经过十几年的艰苦奋斗，从跟踪世界先进水平到自主开发，取得了举世瞩目的成果。 机器人技术--科技经济的必争之地 世界各国都非常重视机器人技术的开发与研究，主要有以下几个方面的原因： 第一，发展机器人可以提高综合国力。机器人技术是集光机电信息自动化于一身的高新技术，从某种意义上讲，一个国家机器人水平的高低，代表了一个国家的综合实力。 发展工业机器人可以增强一个国家的制造能力。国内外很多企业都是通过使用工业机器人来提高生产率和产品质量。国外一些大的汽车、电子、机械制造商通过采用工业机器人作为关键生产设备，可以做到根据市场需求，及时调整生产策略，以小批量、多品种，占领更多的市场份额。国家"863"计划正是看到了这一趋势，对工业机器人及其应用工程给予了大力支持，在摩托车、汽车、电子、家电等行业推广了一批示范工程，并形成了拥有自主知识产权的产品系列。 发展特种机器人可增强国家的可持续发展能力。所谓的特种机器人是指除工业机器人之外的各种机器人。在“863”计划实施的初期，我国先后研制出了水下机器人、排险机器人、机器人压路机、微操作机器人、双足步行机器人、灵巧手等多种用途的特种机器人，大大缩短了我国机器人水平与国外发达国家之间的差距，有力地推动了我国机器人技术的发展，加强了机器人与社会、经济的联系。 智能机器人是具有感知、思维和行动功能的机器，是机构学、自动控制、计算机、人工智能、光电技术、传感技术、通讯技术、仿真技术等多种学科和技术的综合成果。智能机器人做为新一代生产和服务工具，在制造领域和非制造领域占有更广泛、更重要的位置，这对人类开辟新的产业，提高生产与生活水平具有十分现实的意义。例如，我国在争取公海海域优先开采权的过程中，由国家“863”计划研制的6000米水下无缆自治机器人系统先后两次出海，获得了海底锰结核分布的珍贵资料，使我国成为世界上少数几个具有深海探测能力的国家之一。 第二，发展机器人技术可以提高国防实力。在海湾战争、波黑战争、科索沃战争中，各种无人机和地面军用机器人系统在战场侦察、探雷排雷、监视、通讯中继、电子对抗、火力导引、战果评估、骚扰、攻击等方面都起了特殊的作用。鉴于高新技术对未来战争的指挥系统、战场环境将产生重大影响，我国已经开展并将加强这方面的研究。 第三，机器人可以形成一个巨大的产业。尽管目前发展相对成熟的只有工业机器人，但从世界机器人的发展趋势看，服务机器人、个人机器人具有巨大的市场潜力，可以预见，个人机器人将会像个人电脑一样走进千家万户，成为人类社会必不可少的生活用品。 第四，发展机器人可以提高一个国家的国际地位。在国家攻关计划和“863”计划的支持下，我们已经研制出了各种用途的机器人，并加入了由少数发达国家参加的国际先进机器人计划，提高了中国科技的国际地位。 我国发展机器人技术的必要性目前，我国机器人市场还不是很大，其原因是多方面的。我国是一个人口大国，多数人对机器人缺乏了解，认为现在下岗人员就很多，还用机器人干什么。这是一个偏颇的观点。 首先，机器人不是简单地代替人工作，我们使用机器人是让它们完成不适合人直接干、干不了和干不好的一些工作。比如：机器人可以进入病人体内进行检查和治疗，进入煤气管道进行检查和维修，进入核电站检查核泄漏，机器人可以登陆月球、深潜海底，能24小时不停地高质量完成单调或复杂的工作。目前我国有许多人工作在有毒、有害、高温、危险的作业环境中，机器人的应用可以将他们从恶劣环境中解放出来。 市场竞争也需要机器人。机器人的应用，不仅可以提高产品质量，提高产品的改型速度，适应快速变化的市场，满足消费者的需要，而且可以降低产品的成本，提高市场竞争能力，从而提高我国企业在国内外市场上的竟争能力。 另外，随着物质及精神生活水平的提高及老龄人口的增多，人们将需要更多的智能化、社会化、家庭化、个性化、感情化的服务，机器人将大显神通。 最重要的是，站在国家的角度来看，许多尖端技术，尤其是国防高技术必须拥有自主知识产权，才能在国际竞争中得到主动权。霸权主义并不希望我国拥有能与其相抗衡的机器人技术，我们只能依靠自力更生。 前景光明的机器人应用我国是一个发展中大国，经济的高速发展给机器人技术带来了广阔的应用前景。 随着我国高技术产业的兴起和大中型国有企业的扭亏为赢，将出现一批新兴产业，也将诱发新一轮的投资，工业机器人作为先进制造业的核心必将得到广泛应用。近两年，我国大规模的基础设施建设为混凝土喷射机器人、凿岩机器人、机器人压路机、机器人推土机等机器人化工程机械提供了用武之地。新一代机器人化工程机械如装载机、搅拌机、摊铺机、盾构机器人等正在研究中。21世纪是人类走向海洋，向海洋要资源的世纪，我国的系列水下机器人将承担起海洋探测的重任，为我国开发海洋作出贡献。 通过国家“863”计划的实施，我国机器人产业化已初露端倪，而且发展势头良好。一些企业已看到了机器人的巨大潜力，一汽、华录、海尔、嘉陵、长安等大型企业集团都开 始涉足机器人领域，他们都看到了中国潜在的机器人市场。 抓住时机迎接挑战 加速我国机器人产业化的发展迫在眉睫，我们必须采取相应的措施，才能适应形势。 国家应加大对机器人技术的投人，并制定相应的鼓励政策。机器人是具有创新性的、战略性的、对国民经济和国家安全有巨大影响的高技术，是21世纪经济技术的制高点之一。国家必须投入较多的资金加快机器人技术的研究，同时对有关企业给予一定的优惠政策，以推动我国机器人产业的发展。 我国应组建机器人自动化装备产业集团。随着我国制造业的快速发展，国内对机器人自动化装备的需求越来越旺，国外大的机器人公司已纷纷进人中国市场。尽管总的说来我国的特种机器人性能价格比优于国外，但由于企业规模小，产品比较单一、批量小，缺乏足够的资金实力和企业间的协调能力，因此很难与国际大公司抗衡。我们只有成立具有一定规模的公司，增加投入，在提高产品质量的同时降低成本，创造品牌，才能形成企业的良性发展，在国际市场占有一席之地。 筹建中国机器人协会。现在我们国家拥有二级机器人协会、学会不少，但各个分会针对的重点不同，涉及的人员范围也不同，相互沟通不够，给人一种各行其事的感觉。如果能成立一个中国机器人协会，把现有的二级学会组织起来，通过学术交流、科普宣传、市场调查等活动普及知识、培养人才，推动机器人科学技术的研究和应用水平，将对我国的机器人事业大有裨益。----------------------------------中国工业机器人未来发展会怎样？它能不能大规模应用于生产，被市场所接受？这一直以来就是困扰很多人一个的问题。 中国工业机器人发展长期以来受限于成本较高同时国内劳动力价格低廉的状况，这种局面使得工业机器人应用面十分狭窄。但是随着中国经济近30年的持续快速扩张，人民生活水平不断提高，很多情况已经悄然间发生了变化，这些变化改善了工业机器人的使用环境。 加工制造业作为制造业体制最为灵活，发展最为迅速的部分，它对国民经济有着极大的影响。改革开放以来，加工制造业的发展经历了从80年代的“三来一补”到国内外厂商直接投资开办工厂并同时在国内和国外销售。但是这些在中国的投资和开办的工厂利用的只是中国充足和低廉的劳动力，而它所采用的技术和设备大多来自于国外。虽然劳动力近似无限的供应使得中国制造业在二十世纪末已经发展成为世界工厂。但是这种发展却埋下巨大的隐忧，世界工厂的发展依赖于劳动力能否充足供应。经济持续的增强以及在中国推行了20余年的计划生育，中国劳动力供应格局到现在已经开始发生变化。中国劳动力市场逐步从“买方”市场转移到“卖方”市场，劳动力由供远大于求开始向供求平衡的方向发展。作为制造业主力的农民工也从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出了更高的要求。这种市场的变化使得很多劳动力密集行业中的企业为了提高劳动生产率所采用的依靠增加工人数量，延长工人劳动时间的方法反将使其成本越来越高昂，同时这种方法的使用也受到越来越多法律的限制和政策的阻碍。这种从企业微观层面到整个社会宏观层面的改变对于中国企业影响巨大，它促使企业认识到必须采取从改善机器设备入手，提高技术和资金的密集度以尽量减少用工量来应对这种改变。 随着劳动力过剩程度的降低，单个工人的成本上升、对于产品质量更高的要求以及国家对装备制造业的重视，工业机器人及技术在中国得到了政府和产业界的广泛重视。政府努力加快中国装备制造业尤其是工业机器人的发展，使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额，并提供优惠措施鼓励更多企业使用机器人及技术以提升技术水平。产业界也开始重视工业机器人在降低劳动成本、减少劳动风险、提高产品质量中所起的巨大作用。正因为如此，最近几年国内越来越多的企业在生产中采用了工业机器人。不少企业通过采用工业机器人及技术满足了自己的要求，从而提高企业的竞争力。各种机器人生产厂家的销售量都有大幅度的提高。最近四年,很多企业在华的销售量甚至是前面十几年销售量的几倍。德国CLOOS公司在华焊接机器人销售量2000年以前为47台，2000年以后已经突破121台，销售量翻了近三倍。快速发展的工业机器人及技术正被大量应用于工业企业的技术提升。在未来，中国的工业机器人产业将作为一种在国民经济中占据重要地位的产业而存在。 国家863机器人技术主题自成立以来一直重视机器人技术在产业中的推广和应用，长期以来推进机器人技术提升传统产业，利用机器人技术发展高新产业。机器人技术主题不仅积极推动机器人产业化应用而且在普通人群中广泛普及机器人知识，增加人们对于各种机器人的了解和认识。使利用机器人技术提升我国工业发展水平，提高人民生活质量成为全社会的共识。----------------------------------------------1，基于符号的机器人学诞生与发展的简要历史 工程学科的一个共同点是：先有工程实践。机器人学的诞生也不例外，是随着工业机器人的诞生与发展而进行的，直至七十年代，工业机器人整个系统基本定型，发展主要在于单元器件性能的逐步改进。这时机器人学向深度和广度发展，成为一门非常综合和活跃的学科，这也是工程性质学科的另一个共同点：到一定时期，理论将超前于工程实践。George C. Devol于五十年代中期发明工业机器人，是可重复编程的PTP控制的操作手，和Jeseph 共同发展这一全新工具概念后，于1959年成立第一家工业机器人公司Unimation lnc.启发工业机器人发明的前期工作是二战中开始的主从控制的遥控机器人的开发，主要用于放射性物质的处理。 工业机器人发展的主要历史事件如下： 1954年：美国，发明可编程机器人，专利号2988237 1959年：美国行星公司制造第一台商用机器人 1960年：美国Unimation公司成立 1970年：Victor Sheinman验证Starford Manipulator 1971年：日本工业机器人协会成立 1974年：美国Cincinnati Milaeron公司推出第一台小型机控制的机器人T3 1976年：Ralph Bolles发展了机器人编程语言AL 1978年：Unimation公司推出可用于装配的通用机器人PUMA 1978年：日本，牧野洋发明SCARA装配机器人 机器人学研究的主要事件有： 1954年：Denavit和Hartenberg（1954）提出用于表达空间杆件几何关系的一般方法，可用于解机器人正运动学 1962：Ernst（1962）和Boni（1962）分别研究带触觉和压觉传感器的机械手 1964：Uicker（1964）的博士论文研究了空间杆件的动力学 1968：Pieper（1968）的博士论文中用代数方法解逆运动学问题 1968：McCarthy（1968）在Stanford AI Lab研究带摄像机、麦克风的机器人，能根据人的指令发现并抓取积木 1971：Kahn和Roth（1971）研究机器人的最少时间控制 1972：Paul（1972）研究关节空间轨迹规划 1973：Bolles和Paul（1973）用装有视觉和力觉的Stanford arm完成水泵装配 1974：Bejezy（1974）研究机器人的动力学和计算力矩控制 1976：Bolles（1976）发展了机器人编程语言AL 1979：Paul（1979）研究了笛卡尔空间的轨迹规划 1979：Lozano—Perez和Wesley（1979）研究机器人避障问题 1981：（1981）出版第一本机器人学课本，“Robot Manipulator：Mathematics，Programmings and Control” 这些事件的选择标准是该项研究开创性的。但是，虽然1954，1964二事件是机器人运动学和动力学的基础，但并不是专门为机器人学研究的。 1978年PUMA通用工业机器人的诞生可看作是工业机器人的成熟，直到现在，工业机器人的整个机械结构，驱动，控制结构，编程语言均和1978无本质差别。 1981年机器人学课本的出版标志着该学科的成熟，Denavit和Hartenberg（1954），Pieper（1968），Paul（1972），Bolles（1976），Paul（1979）等人的研究对工业机器人的成熟作用巨大。 由于学科发展的主要驱动力是求新求深，进入八十年代，机器人学的发展主要向广度和深度发展，主流也渐离工业背景。但由于机器人学是工程学科，太偏离实际肯定要受到制约，也即受到市场驱动力的制约，如那么多的机器人控制和智能方面的研究，但无一实用，这方面的研究肯定要萎缩。这几年，机器人学界意识到这一点（也即研究经费减少了），开始把注意力投向新的工程主题。基于行为的机器人学和生物机器人学将把机器人学推向新的发展时空。2， 基于符号的机器人学的主要研究内容 参照等（1988）的经典机器人学课本，传统机器人学的研究内容为： ·运动学 ·动力学 ·轨迹规划 ·操作手控制（包括位置与力控制） ·机器人传感器 ·路径规划与任务规划 以上内容均在笛卡尔空间对机器人或环境用符号进行描述（关节空间可映射至笛卡尔空间），然后实施规划和控制，这部分机器人学称之为基于符号的机器人学是恰当的。另外机器人路径规划和任务规划是与基于符号的人工智能特别相关的部分，这部分内容也称之为智能机器人学或基于人工智能的机器人学，基于符号的人工智能引起的危机自然也是它的危机。 进入十年代后，机器人学向深度和广度发展的研究有： ·多机器人系统的运行学、动力学、运动轨划、控制和协调等问题 ·冗余度机器人的运动学、动力学、运动规划和控制问题 ·弹性机器人的运行学、动力学、运动规划和控制问题 ·复杂环境中机器人的基于多传感器的信息处理与任务实现问题 向广度发展的研究为： ·移动机器人的结构、传感器、控制与任务规划等 爬行，步行，飞行，水下，轮式，履带式等等能移动的机器人均是移动机器人，够成非常丰富的研究内容，由于机器人在工作空间中移动，首要问题即是避障与导航。由于移动机器人需要具有在动态环境中的自主运动和作业的能力，另一术语自主机器人也主要指移动机器人。 由于移动机器人的工作环境（动态的，不确定的）与工业机器人的工作环境（结构化的）完全不同，也就需要新的理论，正是这方面的工程需要诞生了基于行为的机器人学及向生物机器人学的发展。3，什么是基于行为的机器人学？ 基于行为的机器人学反对抽象的定义，因此采用场景化、具体化的解释更适合该领域的哲学思想，下列表是基于行为的机器人学和基于符号的机器人学在各方面的比较。 特征项 基于行为的机器人学 基于符号的机器人学 研究对象 非结构化环境工作的自主机器人 结构化环境工作的机器人 环境特点 动态的、不确定的、复杂的 确定的、预知的、简单的 传感信息的处理 分布式直接处理，不抽象、不定义 集中式融合处理，抽象、定义 对环境的处理 无中心模型，无中心表达 有模型，有中心表达 行为序列的产生 行为序列由目标、操作场景和机器人之间的交互作用而突现产生 根据给定的任务预先进行精确的规划 行为控制 自组织、分布式 中央控制或隐形中央控制 信息处理方式 并行、计算量极小 串行、计算量极大 任务实现 由自组织行为和环境交互作用的突现行为实现 由算法实现 系统结构 由行为模块并行组织，分层结构动态突现 由功能模块串行组织，结构固定不变 系统理论 主要用语言表达，难以形式化，强调具体化、场景化证实 主要用符号表达，便于分析，多用仿真基于行为的机器人学的重要研究内容是系统结构而不是算法，基于行为的机器人在非结构化动态环境中的性能非常优越，用基于符号的机器人学设计的类似的机器人无法达到如下性能： ·高速度，高灵活性。在动态复杂环境中的移动速度可达到2米/秒。 ·高柔性。迅速适应变化的内外部约束。 ·高鲁棒性。可以承受局部损坏。 ·高效性。软件代码可以是传统的几百分之一，硬件可以是传统的几十分之一。 ·经济性。价格是传统的十几分之一。 ·简易性。没有机器人学正规训练的人也能很快操作。 ·可扩展性。很少改变原有系统便可增加性能。 ·可靠性。分布式自组织并行工作，可靠性强。4，生物机器人学，新的研究共同体 进入九十年代，机器人学研究中出现了许多新名称，如：基于行为的机器人学（Brooks，1991a），进化机器人学（Harvey，92），非笛卡尔机器人学（Gomi，1996），认知机器人学（Brooks，1997）等等。其中，进化机器人学主要研究当前环境行为进化，非笛卡尔机器人学和基于行为的机器人学研究类似的内容，认知机器人学是Brooks新提出的概念。因为Brooks一直领导着这个新的领域，有必要解释这个概念的背景。Brooks研究组研制基于行为的机器人取得很大成功后，（Brooks和Stein，1993）开始进行机器人的最高形式--仿人机器人的研究，主要是想实现其智能一步步累积的思想，更把研究面向人类认知问题，当时建立了很大的研究计划，至1996年底（Brooks，1997）报告了该计划的研究成果，显然，该计划从经费、技术和研究思想上遇到大挫折，目前还停留在单元模块的制造和研究上，在研究思想上，由于系统结构还是基于SA设计，由第三章的分析，根本是不会成功的。从技术上说，人从机体、感觉到大脑，远比想象的复杂，完全模拟人的行为，进一步拥有人的能力，还是长远的研究目标，从研究思想上，Brooks的智能累积思想（1991a）是行不通，一方面Brooks仍采用整体智能的概念，另一方面，智能的进化包含生物基础的进化，并不单纯是行为层次的增加。尽管如此，Brooks的研究计划引起世人注目，因为以前的类人机器人主要是机构的研究，最复杂是早稻田大学加藤一郎研制的会演奏钢琴的机器人，是传统控制方式的杰作，Brooks是第一个用基于行为的方法研制仿人机器人，已制成头眼手模块。德国GMD和日本东京大学也开始这方面的研究。虽然研究计划遭到挫折，但（Brooks，1997）提出了认知机器人学的概念，并把它作为基于行为的机器人学的进一步发展。他把身体形态、动机、一致性、自适应、发展、大脑机理等作为研究主题，可以看出，Brooks想把研究类人机器人作为基于行为的机器人的发展，他所说的认知机器人学即是对类人机器人的研究，也没有提出系统的理论，只是研究对象复杂了。 通过以上分析，进入九十年代，许多研究人员从生物学中寻找启发来开拓机器人学的新方向，主要推动力量是Brooks建立的包容结构理论，许多研究者也发现了包容结构的局限性，在它基础上很难再进行进一步的研究，上一章提出的GBA作出了很大的发展，GBA是一个开放的系统，在GBA的基础上，行为学习、行为进化等等均可以系统地进行研究，同时又面临许多新的问题，如更为有效的驱动系统、传感器，复杂学习问题，计算工具问题，思维问题等等，单一地面对某一问题，如，当前环境行为进化，或认知，都不利于机器人学新的发展，有必要把它们都统一到生物机器人学的范畴中，因为它们的思想基础都是统一的，另外，生物机器人学也不是基于行为的机器人学的发展，而是一种包容，以构成新的研究共同体，以深入、综合的视野拓宽机器人学研究的新时代。 生物机器人学的研究对象是：动态的不确定的环境中工作的自主、半自主的机器人。研究方法是：从生物系统的各个层次获得启发，动态平行应用从上向下和从下向上的研究方法，也即太极研究方法，更多地运用综合策略。 主要研究内容如下： （1）仿生物机构、驱动器、传感器 （2）仿生物计算工具 （3）系统结构与智能结构 （4）意识、动机、情感、成长、相互作用、技能、语言、学习、知识、知觉、行为实现、思考等认知能力 （5）系统设计与制造 这样，生物机器人学就有了明确的指导方向，包容性也很大，如（Harvey，1992）提出的进化机器人学主要研究认知能力中的成长问题，采用动态神经网作为计算结构和工具，认知机器人学也主要针对认知能力中的几个因素。需要指出的是系统结构和智能结构是生物机器人学的基础，认知能力也需要在这个基础上实现。基于行为的机器人学主要研究了系统结构以及行为实现和相互作用问题。显然，生物机器人学能把已进行的该方向的所有领域都包容进来，并能促进和指导进一步的研究，同时避免犯局部性的错误。特别是，在研究方法上得到了和谐统一，一味从下向上的还原主义的研究方法容易犯机械论的错误，如目前发展的神经网络，难以产生高层行为，一味从上向下的研究方法容易脱离实际，如基于符号的机器人，难以适应环境。
机器人实验教学论文
1改革措施与实践结果
1．1实验平台的建设
为了强化学生在机器人方面的实践环节，首先需要构建机器人实验平台。让学生在课堂教学中了解机器人的基本组成、工作原理等，而学生的综合分析能力和解决问题的能力只能通过实践才能得到锻炼及提升。学生通过课堂教学了解机器人的基本组成、工作原理等，通过实践锻炼提高综合分析能力和解决问题的能力。依托西安交通大学机械基础实验教学中心的资源，将现有的实验教学机器人资源进行整合，构建机器人实验教学平台，包括:开放源代码的固高等国产机器人;具有示教手持盒的日本生产的商业机器人MOTOMAN－SK16、川崎RS10N等工业机器人;进行二次开发、能够组合使用的博时机器人。在机器人实验教学中，为学生的实践环节提供了足够的教学资源。
1．2改革实验教学体系，丰富实验层次
目前的实验教学体系多数为实验教师针对某一点进行实验教学。但是机器人本身具有实践性强、学科融合范围广的特点，机器人实验已经不能仅仅依靠单独的一个实验进行支撑，需要与机械结构、轨迹规划、系统控制、传感器等技术进行融合。目前开展的机器人实验往往着重于某一方面，不同的教师由于个人研究方向不同，或者专业限制，往往开展实验项目侧重自己的方向。但在本科教学中，还需要注重学生知识面的扩展，学生应全面地了解各个方面，开拓学生的眼界，因此机器人实验应增加“广度”。系统级的机器人实验是一种全新的实验形式，它将机械结构分析、建模、传感器技术、机械控制等多学科融合。在实验项目实施中，学生以团队形式进行实验，分工明确，为学生应用多种学科知识提供了平台，培养了学生创新和团队协作能力。在结构部分，小型的博时串联机器人拆装与建模分析、慧鱼模型搭建机器人;在机器人结构实验方面，以六自由度模块化可拆装串联机器人为平台，学生可自由搭建2～6自由度五种组合方式机器人系统。该机器人各关节内部结构多样化，采用了同步齿形带传动、谐波减速传动、行星减速传动、锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等多种传动方式。每一模块均为透明封装，可直观看到内部传动结构及运动形式，并可将其拆装至螺钉级。通过机器人本体装拆实验可以提高学生对机构中各种传动原理的直观认识，锻炼学生的装配能力，并以此了解零件加工工艺与特点，增强学生对机构运动形式实践的动手操作能力。慧鱼模型是一套由机械构件、传感器、控制部件组成的机电产品。在控制部分，现有的实验仪器分为商业机器人及科教公司研发机器人。商业机器人技术成熟，使用可靠，但控制源代码不开放;科教公司研发机器人源代码开放，但设备使用可靠性较差，因此实验内容需要对两种实验设备进行调整，克服两类实验设备各自的缺点，让两者互补，形成对学生的全面培养。学生在对已有的机械工业中常见机器人使用后，工业中的手持器可供学生直接操作，将教学理论与工业实践并重，学生可以直接通过控制使用了解机器人的基本轨迹规划等，将注意力集中到机器人实验的主要问题中。科教公司研发的机器人源代码开放，学生在学有余力的情况下，能够进行二次开发，将机器人控制技术与传感器技术等相结合，提高学生兴趣，培养学生的创新能力。
1．3教学方法的改革，提高学生兴趣
机器人广泛应用在各个工业领域，实验教学与其中机械部件包括连杆、齿轮、马达、涡轮等，一般工程机械制造所需要的零部件在模型中都能找到，模型中的零件可以在短时间内插装和拆卸，为学生想象力插上了翅膀，在对实际机器人拆装后，组建属于自己的机器人，提高学生兴趣，增强学生对于传动知识的理解。工程应用是互相联系，密不可分的。以实验室中固高柔性制造系统为例，机器人在中间起到了仓储、上下料作用，完全实现了自动化控制，因此在机器人实验的开发中应联系工程背景，提高学生兴趣。实验体系包括常见的机器人运动学实验、动力学分析实验、轨迹规划实验，并且需要让学生明白机器各个部分的组成，因此在实验授课时，控制类教师与机械设计类教师应联合开发机器人实验，使学生将课程中学习的知识运用到实验中，加强理论与实践的结合。在学生使用中，学生可以先从柔性制造系统进行认知机器人广泛应用在各大工业领域，然后进行机器人的拆装，了解机器人的各个组成部分，随后进行自己控制机器人的运动轨迹，对运动轨迹进行规划。在学生全面了解机器人知识后，在综合实验中，学生可以选择偏结构方面的实验，如用慧鱼模型搭建机器人;也可选择偏控制方面实验，如机器人的视觉系统的开发;也可将二者结合，设计出新的机器人结构、系统等。这是一个从认知到实践的过程，符合人的一般认知规律。机器人学科具有更新快的特点，作为教师在教学时不仅需要给学生技术指导，更应该着重培养学生对机器人技术发展趋势的了解，培养学生的创新意识，让学生尽可能参与实验的各个环节，增加学生的主观能动性，包括实验问题的提出、实验机器人的.确定、实验程序(路线)的设计以及分析总结等。只有在实验过程中，学生团队精神、创新能力、动手能力等素质才能得到培养。
1．4考评方法的改革，突出培养学生能力
目前对学生的考核较为单一，仅是考核学生最终的实验结果，不仅不能督促学生对实验结果等进行合理分析，而且对于学生在实验中的操作也忽略了，这对于机器人实验考评而言是不合理的，机器人实验作为一门实践性很强的课程，没有一个唯一确定的答案。机器人结构分析实验可以培养学生空间想象的能力，关注细节的能力，机器人轨迹规划则涉及到数学在实际生活中应用的能力，而软件编程涉及规划能力。它反映了学生的空间想象和规划能力，对新事物的敏感度、以及完成任务的执行力。因此改革学生的实验考评体系非常必要。合理的考评方式不仅能使学生掌握机器人的相关知识，而且能对学生在后期机器人研究中起到一个引导作用。目前机器人实验教学的成绩评定中遇到的突出问题，即做为项目存在的机器人实验在学生评价体系中不应该规定学生的研究范围，而应该对学生综合能力进行考察，这就需要一个多元化和标准化的考核方式。在机器人实验中，学生以小组为单位，互相配合实验，在考核过程中，学生在实验中的过程考评应该占到非常重要的地位。为了避免教师的主观影响，学生应该进行互评，将学生互相之间的评价纳入考核方法。
2结语
经过机器人实验教学改革，学生普遍反应良好，增加了学生的动手实践能力。机器人实验教学改革是一个需要长期积累、不断深化的过程，需要在不断探索中提高总体教学质量，在实际教学中需要重视实践性环节，注重激发学生的学习主动性，培养学生的研究开发兴趣和科学创新精神，激励创新思维，培养学生解决实际问题的能力和创新设计能力。
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。 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。 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。 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。 参考文献： [1]谢进,万朝燕,杜立杰.机械原理(第2版)[M].北京:高等 教育 出版社,2010. [2]陈国华.机械机构及应用[M].北京:机械工业出版社,2008. [3]徐国保,尹怡欣,周美娟.智能移动机器人技术现状及展望[J].机器人技术与应用,2007(2). [4]肖世德,唐猛,孟祥印,等.机电一体化系统监测与控制[M].四川:西南交通大学出版社,2011. 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，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，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 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。 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。 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 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。 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 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。 igm焊接机器人常见故障处理 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。 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Ω，正常 值以<20Ω为佳。 ii检查焊丝直径(Ф)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Ф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。 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，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。 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. 猜你喜欢： 1. 关于科技论文的范文 2. 关于计算机的科技论文3000字 3. 数学科技论文800字 4. 自动化科技论文题目与范文
机床工作时产生振动，不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量，而且还要降低生产效率和刀具的耐用度。振动剧烈时甚至会降低机床的使用性能，不仅如此，伴随振动所产生的噪声可能刺激操作工人，引起疲倦，导致工作效率下降。故振动问题必须引起我们足够的重视。随着科学技术的飞跃发展，对机器零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求，从而机床振动问题的研究成为研制、生产和使用机床部门必须面对的重大课题。研究机床振动的目的，在于探究机床振动发生的原因，谋求防止和消除机床振动的方法，以及研制抗振性更佳的机床。本文对机床的振动危害及减振方法做了一定的讨论及研究。机床的减振方法从理论上来说，一般有四种途径：1、减少激振力P。2、增大系统的阻尼 。3、增大系统中的刚度K。4、提高系统的固有频率 或改变激振频率 ，以使两者远离。本文主要是对卧式铣床的振动减振系统的实验特性的研究，由于铣床的外部环境及本身构造在其的研究中可看做是不可改变的因素，所以可以实现的减振方法只有附加谐振系统在振动结构上用以抵消原振动，以达到减振的目的。故本文主要讨论的减振方法属于阻尼消振的一种，即安装减振器或类似结构以抵消卧式铣床悬臂梁本身的振动，以达到减振的目的。本文的研究主要可以分为以下三个部分：首先，参照X62W型铣床，设计了一台用于减振试验的铣床模型机。铣床模型机模拟了铣床的主要结构，包括底座、立柱、刀轴等，并根据需要添加了减振槽、挂架及相当于偏心轮的模拟铣刀等结构。盛放不同规格钢球的减振槽相当于一个阻尼消振器，利用钢球之间及其与槽壁之间的碰撞摩擦，消耗铣床模型机的振动能量，以达到减振的目的。其次，是对模型机固有频率的测定。这是试验最基本和首要的一步，用以作为标准衡量之后减振试验效果的好坏。本文讲述了三种模型机的激振方法：1、稳态正弦激励法：稳态正弦激励又称简谐激振，它是通过激振设备对被测试对象施加频率可控的简谐激振力，常用的激振设备是频带宽、波形好的电磁激振系统，由扫描信号发生器，功率放大器和激振器组成。 2、脉冲激励法：脉冲激振是用一把装有力传感器的锤子（又叫脉冲锤）敲击试件，它对试件的作用力为近似正弦波，其有效频率范围决定于脉冲持续时间τ，锤头垫愈硬τ越小，则频率范围愈大。使用适当的锤头垫材料可以得到要求的频带宽度，改变锤头配重块的质量和敲击加速度可调节激振力的大小。3、施加偏心激振力法：在模型机设计中，在模拟铣刀上设计了一通孔，使模拟刀具相当于一偏心轮，在高速旋转的状态下，即对系统产生一离心激振力，对调频电动机转速进行调节可改变激振力的大小。在本次试验中，主要是利用正弦激励法测定了模型机的固有频率，由于时间和条件限制，脉冲法只做了一组用于对比，最后一种方法仅作为设想来介绍。最后，减振试验由于是多因素，多水平试验，要得到全面准确的试验结果，工作量十分大。故采用了科学的正交试验方案，既减少了试验次数，又可得出全面的结论。正交设计（Orthogoual design）简称正交设计（Orthogoual）,它是利用规格化的正交表（Orthogoual table），科学的安排与分析多因素试验的方法，使目前最常用的方法之一。正交表是指利用“均衡搭配”与“整齐可比”这两条基本原理，从大量的全面实验方案中，挑选出少量具有代表性的实验点，所制成的排列整齐的规格化表格。在本次的实验中，安排了五组钢球减振实验以及一组沙子的减振实验。其中，钢球减振的前四组分别是根据钢球排列层数（包括两层及三层）、重量及规格设计的正交试验方案，第五组是一组为更好得到钢球大小和槽数对实验结果影响的对比而做的全面试验。另外，为对比钢球及其他材料的减振效果，还做了一组根据沙子重量设计的正交试验。六组实验的数据对比及结果分析从一定程度上说明了利用钢球减振的可能性。在对振动问题的研究分析之外，本文也对现今国内外机床动态性能的研究作了一定的介绍，并指出了未来的研究趋势。 在本文的撰写过程中，参考了大量有关机床振动、动力学及冲击测试、试验模态分析等的有关书籍，并且得到了指导老师及同学的帮助。但由于时间及条件限制，可能存在一些不足之处，希望评阅老师指出并原谅。第2章 机床振动问题的分析2．1 机床减振问题的提出机床工作时产生振动，不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量，而且还要降低生产效率和刀具的耐用度。振动剧烈时甚至会降低机床的使用性能，不仅如此，伴随振动所产生的噪声可能刺激操作工人，引起疲倦，导致工作效率下降。故振动问题必须引起我们足够的重视。当开动机床进行加工时，由于机床各运动部分彼此发生一定规律的相对运动，因而其摩擦表面上必然有摩擦力作用着。机床回转部分不平衡等因素必将使回转系统受到离心力的作用。切削过程中刀具切入工件去除金属层，将会使整个机床系统受到切削力作用。这些作用力并非保持常值，有的是周期性变化的，有的可能同系统某些元件的刚度轴线有一定的方位关系等。这些力在某些条件下会起一定的激振作用，从而使整个机床系统或其零部件发生各种类型的振动。机床振动一般分为三大类：1、自由振动2、受迫振动3、自激振动。铣床的振动主要与切削过程有关，它包括由于铣刀齿间断切削和切削截面积变化所引起的受迫振动，以及由于切削力的变化所激发的颤振，从抗振角度来看，铣床是在繁重的条件下工作的，这是由于：1、切削力的变化较大。2、切除薄而宽的切屑，特别是用圆柱铣刀铣平面时。3、在使用最普遍的升降台铣床上，工作台必须按三个互相垂直的方向相对于主轴移动，这样就影响到铣床的刚度。综上所述，机床振动是必须引起注意的一个重要的问题。随着科学技术的飞跃发展，对机器零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求，从而使机床振动问题的研究成为研制、生产和使用机床部门必须面对的重大课题。研究机床振动的目的，在于探究机床振动发生的原因，谋求防止和消除机床振动的方法，以及研制抗振性更佳的机床。本文主要是针对卧式铣床的振动及减振问题的研究。2．2 机床振动产生的原因及减振方法2．2．1 机床振动产生的原因机床振动按产生的原因一般分为：自由振动、受迫振动、自激振动。一般来说，我们主要是研究受迫振动及自激振动的产生原因，并寻找减少及消除这两种振动的方法。1、自由振动：自由振动是指当系统的平衡被破坏，只靠其弹性恢复力来维持的振动。振动系统作自由振动时的频率就是系统的固有频率。2、受迫振动：受迫振动是指在外激振力扰动下激发的振动。例如在车床，铣床和磨床上，常见到回转主轴系统的受迫振动，其频率取决于回转主轴系统的转速。发生受迫振动的原因是多种多样的，主要振源有以下这些：（1）地基引起的机床振动。一般说来，如果不把机床与地基的振动隔绝起来，那么要在机床上加工出精度和表面光洁度很高的零件是不可能的。地基振动程度的大小取决于两个因素，一是由附近设备和通道运输引起的振动强度，二是土壤，楼板和建筑承载结构的谐振特性。地基的固有振动频率常在由上述设备产生的激振力的频率范围内。（2）高速回转的机床不平衡部件和工件引起的振动。当机床的回转运动装置工作时，最强烈的受迫振动就是不平衡部件高速回转时所产生的激振力。例如电机的转子、主轴部件，装刀具的不平衡的刀杠。由此引起的受迫振动的频率，大致是这些部件每秒钟相应的转速。当用回转刀具工作时，例如在坐标镗床或金刚镗床上，强烈的振源来自刀具系统主轴部件的不平衡度。（3）机床传动机构的缺陷所引起的振动。制造不精确或安装不良的齿轮会产生周期性的力而传动到机床回转或移动部件上，并在一定条件下可能成为受迫振动的振源。皮带传动中皮带的接头，三角皮带制造上的缺陷，轴承滚动体的不均匀等都会引起受迫振动。（4）切削过程的间歇特性引起的振动。在许多情况下，加工方法本身导致切削力的周期性变化，这种变化是由于刀齿间歇地依次工作所引起的。在铣削加工时，一个周期性变化的切削力作用在铣刀上，在间歇切削时这个力的峰值是很高的，从而使铣床主轴系统承受更大的负荷。从动力学的观点来看，如果铣床使用不同刀齿数的铣刀，就一定会碰到各种可能的频率，当切削力的某些频率接近传动系统的某些扭转振动的固有频率时，会有一些危险。（5）往复运动的机床部件的惯性力所引起的振动。具有往复运动部件的机床中，最强烈的振源就是部件改变运动方向时所产生的惯性力。3、自激振动：自激振动是指机械系统由于外部能量与系统运动相耦合，（即系统的非振荡性能源通过反馈装置）形成振荡激励所产生的振动，当振动停止，振荡激励随之消失。振动频率接近于系统固有频率。此外，还有机床工作台等移动部件在低速运行时所发生的张弛摩擦自激振动（俗称爬行）。在自激振动中，把金属切削过程中表现为刀具与工件之间强烈相对振动的一种称为“颤振”。机床颤振一般分为两类：第一类颤振出现于未经切削加工的毛胚表面。当第一次切削毛胚时在加工表面留下波纹（振纹）。这种颤振称为“初生颤振”。第二类颤振是在经过一次切削加工并留有振纹的工件表面进行第二次切削加工时形成的。发生自激振动的原因，主要有以下这些：（1）切削过程中，由于存在欠阻尼特性而引起初生颤振。（2）前一次在工件表面产生的振纹，将使第二次走刀的切削深度发生周期性的变化，从而产生交变力而加强颤振。（3）由于机床结构本身特性所引起的机床颤振。
我国数控机床的现状及发展趋势摘要:论述我国数控机床发展的过程与现状，对数控机床的发展趋势进行了探讨，提出了我国数拉机床发展的对策。关键词:数控机床;发展加工数控机床是数字控制的工作母机的总称，由主机、数控系统和相关配套件组成。其最大优点是提高了机床的自动化。从而减少甚至消除了操作人员对正在加工中的零件的干扰。许多数控机床可以在没人照顾的情况下完成整个加工过程，这样既节省了人力资源又同时带来了诸如减轻操作人员的疲劳度，减少人为错误以及准确的对每个加工件的加工时间进行预侧等优点。因为数控机床在运行的过程中是由程序控制的，所以数控机床对其操作人员的技术水平的要求也相对要低得多。第二大优点是其加工的一致性和精确性。因为一且控制机床的程序得到验证以后，成千上万个-模一样的加工件就可以被准确无误地加工出来。所以由数控机床生产出来的加工件规格都特别精确。第三大优点是其灵活性。要加工不同的加工件，只要通过简单的加载不同的控制程序就可以实现，只要某个加工件的控制程序被脸证过，而且被用来加工过该加工件，那么下次要再加工此加工件时，只要再把该控制程序加载就行了，这样带来的另一个好处是数控机床可以很快的从加工一个加工件转到加工另外一个加工件。我国数据机床历史回顾我国数控机床产业的发展一直受到国家经济状况、数控技术发展水平与国家扶持政策的制定等三大因素的影响，自1958年以来，中国数控机床的发展划分为三个阶段:l、初始阶段。中国的数控机床发展起步于1958年，经历了20余年的初始阶段。到1979年，中国的数控机床发展仍十分缓慢，特别是受到电子技术发展的限制，国产数控系统的可靠性差，使中国的数控机床在20年内难于打开局面，未能形成产业。2、稳步发展阶段一引进、消化吸收、国产化与自行开发阶段。自从1980年以来，中国执行了‘六五”、‘七五”、‘，/又丑，三个五年计划。在这个期间，在改革开发的政策指导下，国家大力支持机床行业，通过引进技术发展数控机床产业。自‘六五”以来，中国有80余家企业通过许可证贸易、合作生产、购进样机、来料加工或合资生产等方式，先后从日本、西德、美国等10多个国家引进与数控机床生产及应用有关的技术，其中引进数控系统和伺服系统20项、数控机床109项、机床电器18项、机床附件U项、数控刀具系统巧项、测量技术10项，总用汇额已超过亿美元。3.曲折发展阶段。1994年至1998年由于东南亚金融危机，我国经济软着陆及国内消费市场疲软等综合因素的影响，事实上，国内机床市场容量呈下降趋势，而且国产机床的市场占有早有所下降，机床工具行业连续五年负增长。1999年3月份，全行业开始恢复性增长，1999年至6月份开始出现两位数增长，其中数控产品增长占主导地位.到2000年一年全行业总产值将已经到320亿元，其中金属切削机床产值达到120亿元，数控金属切削机床产值达到20亿元，出口刨汇达7亿美元。2001年比2000年销舍产值增长2o%，全行业的金属切削机床和锻压设备重点联系企业的产值数控化率从2000年的提高到2001年的。2.数据机床发展方向由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快的更新换代‘世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统，开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大发。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心(NeMs)与空军共同领导的‘下一代工作站/机床控制器体系结构”ONGC。欧共体的/自动化系统中开放式体系结构00SAC-A，日本的OSEC计划等。开发研究成果已得到应用。如Cincinnati一Mn二ron公司从1995年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的A2100系统。新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，具体说来表现为以下几个方面:离速、离效、高精度、商可靠性机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能。不但可大幅度提高加工效率!降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度;要提高加工效率。首先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间;要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度.对数控系统的可靠性而言，一般要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，它是高速、高效、高精度的基本保证。但也不是可靠性.越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。2‘2模块化、钾能化、柔性化和集成化为了适应数控机床多品种、小批量的特点。机床结构模块化，数控功能专门化，机床性价比显著提高并加快优化，个性化是近几年来特别明显的发展趋势;智能化体现在加工效率、加工质量、驱动性能、编程与操作、监控、诊断与维修等。开放性为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国!欧共体及日本发展开放式数控的计划等。当前。国产数控4机床与工业国家的机床产品相比，有一定差距。但差距所在，便是其努力方向及发展动力所在。这也将促使我们在学习掌握和运用高速、高精数控机床的核心技术的同时。积极开发新的现代制造技术。使国产数控机床得到更大发展。从而相应进一步加大对出口市场的开拓力度。参考文献:「l]郝安林，吕安相，中国数控机床的现状及发展趋势[J].安阳大学学报.2004(5)[2]胡娟.数控机床的基本原理[J].安徽电子信息职业技术学院学报.2004(7)[s]赵华蓉.我国数控机床的状况与发展[J].科技与经济.200叹19)
通过以上几项措施和方法在数控实习中的应用，学生的实习积极性和创新意识得到了较好的发挥，并在没有经过强化培训的情况下，两年内已有许多学生报考且一次通过“数控车床操作工国家中级技能鉴定考试”;同时，从聘用我系毕业生的企业反馈信息上也了解到，我系毕业生在数控加工技术应用方面有较强的适应能力和创新能力。这充分说明我系的数控实习效果得到了提高，取得了成效。
参考文献：略