國外機器人的最新進展

　　從機器人誕生到本世紀80年代初，機器人技術經曆了一個長期緩慢的發展過程。到了90年代，隨著計算機技術、微電子技術、網wang絡luo技ji術shu等deng的de快kuai速su發fa展zhan，機ji器qi人ren技ji術shu也ye得de到dao了le飛fei速su發fa展zhan。除chu了le工gong業ye機ji器qi人ren水shui平ping不bu斷duan提ti高gao之zhi外wai
，各ge種zhong用yong於yu非fei製zhi造zao業ye的de先xian進jin機ji器qi人ren係xi統tong也ye有you了le長chang足zu的de進jin展zhan。下xia將jiang按an工gong業ye機ji器qi人ren和he先xian進jin機ji器qi人ren兩liang條tiao技ji術shu發fa展zhan路lu線xian分fen述shu機ji器qi人ren的de最zui新xin進jin展zhan情qing況kuang。

　　1．工業機器人

　　（1）機器人操作機：通過有限元分析、模態分析及仿真設計等現代設計方法的運用，機器人操作機已實現了優化設計。以德國KUKA公(gong)司(si)為(wei)代(dai)表(biao)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)公(gong)司(si)，已(yi)將(jiang)機(ji)器(qi)人(ren)並(bing)聯(lian)平(ping)行(xing)四(si)邊(bian)形(xing)結(jie)構(gou)改(gai)為(wei)開(kai)鏈(lian)結(jie)構(gou)，拓(tuo)展(zhan)了(le)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)工(gong)作(zuo)範(fan)圍(wei)，加(jia)之(zhi)輕(qing)質(zhi)鋁(lv)合(he)金(jin)材(cai)料(liao)的(de)應(ying)用(yong)，大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)性(xing)能(neng)。此(ci)外(wai)采(cai)用(yong)先(xian)進(jin)的(de)RV減速器及交流伺服電機，使機器人操作機幾乎成為免維護係統。

　　（2）並聯機器人：caiyongbinglianjigou，liyongjiqirenjishu
，shixiangaojingduceliangjijiagong

，zheshijiqirenjishuxiangshukongjishudetuozhan，weijianglaishixianjiqirenheshukongjishuyitihuadiandinglejichu。yidaliCOMAU公司
，日本FANUC等公司已開發出了此類產品。

　　（3）控製係統：控製係統的性能進一步提高，已由過去控製標準的6軸機器人發展到現在能夠控製21軸甚至27軸(zhou)，並(bing)且(qie)實(shi)現(xian)了(le)軟(ruan)件(jian)伺(si)服(fu)和(he)全(quan)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)。人(ren)機(ji)界(jie)麵(mian)更(geng)加(jia)友(you)好(hao)
，基(ji)於(yu)圖(tu)形(xing)操(cao)作(zuo)的(de)界(jie)麵(mian)也(ye)已(yi)問(wen)世(shi)。編(bian)程(cheng)方(fang)式(shi)仍(reng)以(yi)示(shi)教(jiao)編(bian)程(cheng)為(wei)主(zhu)，但(dan)在(zai)某(mou)些(xie)領(ling)域(yu)的(de)離(li)線(xian)編(bian)程(cheng)已(yi)實(shi)現(xian)實(shi)用(yong)化(hua)。

　　（4）傳感係統：激光傳感器、視(shi)覺(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)機(ji)器(qi)人(ren)係(xi)統(tong)中(zhong)已(yi)得(de)到(dao)成(cheng)功(gong)應(ying)用(yong)，並(bing)實(shi)現(xian)了(le)焊(han)縫(feng)自(zi)動(dong)跟(gen)蹤(zong)和(he)自(zi)動(dong)化(hua)生(sheng)產(chan)線(xian)上(shang)物(wu)體(ti)的(de)自(zi)動(dong)定(ding)位(wei)以(yi)及(ji)精(jing)密(mi)裝(zhuang)配(pei)作(zuo)業(ye)等(deng)，大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)作(zuo)業(ye)性(xing)能(neng)和(he)對(dui)環(huan)境(jing)的(de)適(shi)應(ying)性(xing)。日(ri)本(ben)KAWASAKI、YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德國KUKA
、REIS等公司皆推出了此類產品。

　　（5）網絡通信功能：日本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機器人控製器已實現了與Canbus、Profibus總線及一些網絡的聯接，使機器人由過去的獨立應用向網絡化應用邁進了一大步，也使機器人由過去的專用設備向標準化設備發展。

　　（6）可靠性：由於微電子技術的快速發展和大規模集成電路的應用，使機器人係統的可靠性有了很大提高。過去機器人係統的可靠性MTBF一般為幾千小時，而現在已達到5萬小時，幾冬天可以滿足任何場合的需求。

　　2．先進機器人

　　近年來，人類的活動領域不斷擴大，機器人應用也從製造領域向非製造領域發展。像海洋開發、宇宙探測
、采掘、建築

、醫療
、農林業
、服務、yuledengxingyedoutichulezidonghuahejiqirenhuadeyaoqiu。zhexiexingyeyuzhizaoyexiangbi
，qizhuyaotedianshigongzuohuanjingdefeijiegouhuahebuquedingxing
，yinerduijiqirendeyaoqiugenggao
，xuyaojiqirenjuyouxingzougongneng
，duiwaiganzhinengliyijijubudezizhuguihuanenglideng
，shijiqirenjishudeyigezhongyaofazhanfangxiang。

　　（1）水下機器人：美國的AUSS、俄羅斯的MT-88、法國的EPAVLARD等水下機器人已用於海洋石油開采，海底勘查、救撈作業、管道敷設和檢查
、電纜敷設和維護、以及大壩檢查等方麵，形成了有纜水下機器人（remote operated vehicle）和無纜水下機器人（autonomous under water vehicle）兩大類。

　　（2）空間機器人：空間機器人一直是先進機器人的重要研究領域。目前美、俄、加拿大等國已研製出各種空間機器人。如美國NASA的空間機器人Sojanor等。Sljanor是一輛自主移動車
，重量為11.5kg，尺寸630~48mm，有6個車輪

，它在火星上的成功應用
，引起了全球的廣泛關注。

　　（3）核工業用機器人：國外的研究主要集中在機構靈巧
，動作準確可靠、反應快
、重量輕、剛度好、便於裝卸與維修的高性能伺服手，以及半自主和自主移動機器人。已完成的典型係統，如美國ORML基於機器人的放射性儲罐清理係統
、反應堆用雙臂操作器，加拿來大研製成功的輻射監測與故障診斷係統，德國的C7靈巧手等。

　　（4）地下機器人：地下機器人主要包括采掘機器人和地下管道檢修機器人兩在類。主要研究內容為：機械結構、行走係統、傳感器及定位係統、控製係統、通信及遙控技術。目前日


、美、德等發達國家已研製出了地下管道和石油
、天然氣等大型管道檢修用的機器人，各種采機器人及自動化係統正在研製中。

　　（5）醫用機器人：醫用機器人的主要研究內容包括：醫療外科手術的規劃與仿真、機器人輔助外科手術、最小損傷外科、臨場感外科手術等。美國已開展臨場感外科（telepresence surgery）的研究
，用於戰場模擬

、手術培訓、解剖教學等。法、英、意、德等國家聯合開展了圖像引導型矯形外科（telematics）計劃、袖珍機器人（biomed）計劃以及用於外科手術的機電手術工具等項目的研究，並已取得一些卓有成效的結果。

　　（6）建築機器人：日本已研製出20多種建築機器人。如高層建築抹灰機器人、預製件安裝機器人、室內裝修機器人、地麵拋光機器人、擦玻璃機器人等
，並已實際應有和。美國卡內基梅隆重大學、麻省理工學院等都在進行管道挖掘和埋設機器人、內牆安裝機器人等型號的研製、並開展了傳感器、移動技術和係統自動化施工方法等基礎研究。英、德
、法等國也在開展這方麵的研究。

　　（7）軍用機器人：近年來，美

、英、法、德等國已研製出第二代軍用智能機器人。其特點是采用自主控製方式，能完成偵察、作戰和後勤支援等任務
，在戰場上具有看、嗅和角摸能力，能夠 自動跟蹤地形和選擇道路，並且具有自動搜索


、識別和消滅敵方目標的功能。如美國的Navplab自主導航車、SSV半自主地麵戰車，法國的自主式快速運動偵察車（DARDS）

，德國MV4爆炸物處理機器人等。目前美國ORNL正在研製和開發Abrams坦克
、愛國者導彈裝電池用機器人等各種用途的軍用機器人。

　　可以預見，在21世紀各種先進的機器人係統將會進入人類生活的各個領域
，成為人類良好的助手和親密的夥伴。

　　目前研究熱點及發展趨勢

　　目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術的研究，並朝著智能化和多樣化方向發展。主要研究內容集中在以下10個方麵：

　　1．工業機器人操作機結構的優化設計技術：探索新的高強度輕質材料，進一步提高負載/自重比
，同時機構向著模塊化、可重構方向發展。

　　2．機器人控製技術：重點研究開放式，模塊化控製係統，人機界麵更加友好

，語言
、圖形編程界麵正在研製之中。機器人控製器的標準化和網絡化


，以及基於PC機網絡式控製器已成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外
，離線編程的實用化將成為研究重點。

　　3．多傳感係統：weijinyibutigaojiqirendezhinengheshiyingxing
，duozhongchuanganqideshiyongshiqiwentijiejuedeguanjian。qiyanjiuredianzaiyuyouxiaokexingdeduochuanganqironghesuanfa，tebieshizaifeixianxingjifeipingwen
、非正態分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感係統的實用化。

　　4．機器人的結構靈巧，控製係統愈來愈小
，二者正朝著一體化方向發展。

　　5．機ji器qi人ren遙yao控kong及ji監jian控kong技ji術shu
，機ji器qi人ren半ban自zi主zhu和he自zi主zhu技ji術shu，多duo機ji器qi人ren和he操cao作zuo者zhe之zhi間jian的de協xie調tiao控kong製zhi
，通tong過guo網wang絡luo建jian立li大da範fan圍wei內nei的de機ji器qi人ren遙yao控kong係xi統tong，在zai有you時shi延yan的de情qing況kuang下xia，建jian立li預yu先xian顯xian示shi進jin行xing遙yao控kong等deng。

　　6．虛擬機器人技術：基於多傳感器
、多媒體和虛擬現實以及臨場感技術，實現機器人的虛擬遙操作和人機交互。

　　7．多智能體（multi-agent）調控製技術：這是目前機器人研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體係結構
、相互間的通信與磋商機理



，感知與學習方法，建模和規劃、群體行為控製等方麵進行研究。

　　8．微型和微小機器人技術（micro/miniature robotics）:這(zhe)是(shi)機(ji)器(qi)人(ren)研(yan)究(jiu)的(de)一(yi)個(ge)新(xin)的(de)領(ling)域(yu)和(he)重(zhong)點(dian)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)。過(guo)去(qu)的(de)研(yan)究(jiu)在(zai)該(gai)領(ling)域(yu)幾(ji)乎(hu)是(shi)空(kong)白(bai)，因(yin)此(ci)該(gai)領(ling)域(yu)研(yan)究(jiu)的(de)進(jin)展(zhan)將(jiang)會(hui)引(yin)起(qi)機(ji)器(qi)人(ren)技(ji)術(shu)的(de)一(yi)場(chang)革(ge)命(ming)，並(bing)且(qie)對(dui)社(she)會(hui)進(jin)步(bu)和(he)人(ren)類(lei)活(huo)動(dong)的(de)各(ge)個(ge)方(fang)麵(mian)產(chan)生(sheng)不(bu)可(ke)估(gu)量(liang)的(de)影(ying)響(xiang)，微(wei)小(xiao)型(xing)機(ji)器(qi)人(ren)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)係(xi)統(tong)結(jie)構(gou)、運動方式、控製方法、傳感技術
、通信技術以及行走技術等方麵。

　　9．軟機器人技術（soft robotics）:主要用於醫療、護理、休閑和娛樂場合。傳統機器人設計未考慮與人緊密共處，因此其結構材料多為金屬或硬性材料
，軟機器人技術要求其結構
、控製方式和所用傳感係統在機器人意外地與環境或人碰撞時是安全的
，機器人對人是友好的。

　　10．仿人和仿生技術：這是機器人技術發展的最高境界，目前僅在某些方麵進行一些基礎研究。