0010-智能机器人传菜员行走机械结构的设计、控制及制作【全套21张CAD图+PROE模型+文献翻译+说明书】

0010-智能机器人传菜员行走机械结构的设计、控制及制作【全套21张CAD图+PROE模型+文献翻译+说明书】,全套21张CAD图+PROE模型+文献翻译+说明书,智能,机器人,传菜员,行走,机械,结构,设计,控制,节制,制作,全套,21,cad,proe,模型,文献,翻译,说明书,仿单 智能机器人传菜员行走机械结构的设计、控制及制作 1. 论文题目 智能机器人传菜员行走机械结构的设计、控制及制作2. 论文结构2.1 总体结构的设想 论文的总体结构将做如下安排： 1.综述目前餐饮行业的现状，餐饮行业所反映出来的各方面问题以及现代机械化工业的应用与发展。 2.对机器人的结构特点以及工作原理进行研究及阐述。 3.对机器人的结构和零部件进行设计、加工、装配。为机器人进行程序的编写及调试，使其按预定的状态运行。 4.将机械化产品和餐饮行业的服务职能相结合，巧妙的进行优势互补，开发一种能够进行送餐的服务机器人，总结市场上现有送餐机器人的结构特征和特点，对其进行设计与优化。 2.2 选题研究的目的、意义 随着现代工业化进程的加快，机械自动化成为了社会的一种趋势。在工业生产中已经大量运用机器人完成生产线的加工与制造。随着人们对生活中物质文化需求的增多，机器人也渐渐走入了人们的生活之中。尤其是在餐饮行业，一款良好的送餐机器人可以良好的减缓企业用工的压力。但现在的餐饮行业多是以人力进行工作及送餐，人流量大，工作强度高，对劳动人员的精神及体力无疑是一种严峻的考验；对企业来说，即使花很高的价钱也很难留住劳动人员。但此类服务的技术含量相对较低，大量的雇佣劳动人员又会造成人才的不合理利用，人力资源造成不必要的浪费，而且雇佣人力还会存在着卫生等隐患。如能开发一款以机器人代替人力进行送餐的机械设备，无疑可以减少企业的用工难，工作压力大等问题，对于食品卫生安全方面也会有进一步的保证。企业也可以避免长期花费高价雇佣服务员等费用，对企业来说又是一笔额外的收益。而且以机器人代替人力还会使餐厅成为亮点，吸引顾客，对企业的发展有着良好的市场前景。因此，送餐机器人将会成为未来餐饮行业的必然趋势。2.3 主要解决的问题 1市场上机器人体积比较庞大，工作占用空间也相应增大，不适用于中小型餐厅。2市场上现有送餐机器人不能完成一桌多菜或多桌送餐的过程，技术不成熟。且送餐多为到达指定位置，对于将餐盘端到餐桌功能并未实现。3. 市场上现有机器人多为多主动轮结构，因此在转弯时会增大转弯半径，灵活度不够。4.市场上现有机器人多为铅酸电池供电，是的机器人质量较大，储电能力不够强，收效甚微。2.4 主要工作 对该机械结构进行总体方案的设计、并着重设计机器人行走机械结构以及端盘机械手的液压系统结构，对其控制结构的总体控制方式进行框架结构的设计。具体如下： 1. 根据总体方案图，完成绘制系统装配图，并依装配图绘制全套零件图。 2.辅助完成依据液压系统图，对液压系统进行制作的过程。 3.辅助完成三组传感器安排和设计。 4.主要完成该机器人控制程序设计框图。并辅助编制控制程序。 5.辅助完成根据设计图纸监控该机器人制造全过程，并实施装配。6. 辅助完成对机器人/传感器和控制程序的运动调试。2.5 主要创新点 1.该机器人借鉴独轮机构设计，运动灵活，可以实现原地转弯或调头。 2.该机器人中心驱动轮的高度位置可调。 3.该机器人采用了可充电的锂电池供电方便灵活，减轻了机器人的自身重量，而且令电池充电一次可供机器人持续工作一天，可靠性高。 4.该送餐机器人的端菜过程采用液压系统完成动作，液压系统运动平稳，易于控制，承载能力强。 5.机械手的旋转通过底部固定大轮子的大齿轮上的支撑架中心轴和与法兰相连的竖直液压缸连接固定。实现了步进电机控制整个机器人的所有旋转，其结构更加简单，控制更加方便，减少了机器人的生产成本。 6.本机器人可实现对餐盘的自动寻找和自动定位、抓取，并将餐盘自动送至指定餐桌。从开始送餐到送餐结束，全程自主控制,自动化程度较高，超越了现阶段的其他送餐机器人。 7.本机器人机械手部分采用国际先进的3D打印技术，加工简单方便、材质轻、成本低。8.本机器人外形美观，可以吸引顾客，成为餐厅的一大亮点。3. 文献综述 3.1 现有送餐机器人传菜员的定位原理目前，服务机器人已非常受欢迎。这项工作的目的是开发一个餐厅服务机器人。此服务可以使移动机器人为餐厅传菜。它也可以显示顾客的桌号。这个机器人可以使这家餐厅的服务效率急剧增加。该移动服务机器人配备了一个“激光定位系统。“激光定位系统可以使移动机器人快速和精确的定位和指导。此功能可防止机器人偏离正常运行的轨道，当前方有障碍物时，还可以有效地避开障碍物。一个餐厅的服务机器人，它可以适用于提供基本服务，如排序，取送食品，结算等，为客户在机器人餐厅提供便利。在这项研究中，三维坐标定位和基于路标定位算法，使机器人在餐厅有良好的定位精度。光学字符识别（OCR）技术是用来区分不同的地标，独特的表号。高定位精度必须被授予在厨房的桌子，提出了移动机器人定位的基于RFID技术的定位算法。实验结果表明，该算法可以估计机器人的姿势不出错，能够准确无误的执行任务。最后，提出了服务机器人可以在餐厅实现实时自定位。超声波传感器运行可靠、实时性好多个传感器进行组合或与其他传感器配合，通过信息融合可以准确实现测距避障、获取环境信息的功能，因此在移动机器人系统中得到了广泛的应用本系统采用高性能低功耗单片机mega128进行模块化设计。实现了多路超声波测距避障的功能，达到了系统所要求的范围和精度系统上通信接口丰富。可移植性强。有很大的升级空间和组合柔性。可以和上位机进行多层次通信，实现更为复杂的控制功能。3.2 餐厅机器人相关控制部分的设计餐厅服务的自主移动机器人控制系统的模块化设计已经完成，并且系统采用分布式控制，主机的控制系统（如计算机模块）通过对各模块的协调和统一的总线协议。控制系统分布在三个模块的功率驱动模块（包括电源管理单元，运动控制单元，驱动单元），传感器模块（各种传感器，等），和计算机控制模块。然后，使用VC+ 6开发的控制系统软件，将软件划分为用户级，决策控制层，传感/相关决策的执行层，和运动。层与层之间的通信标准的物理层和协议层，每层具有高度的可扩展性，用户可以自由地增加用户自己的设备和控制只是按照程序与标准的物理层和协议规范。3.3 智能机器人运行基本原理自助餐厅服务机器人通过安装于前端的摄像头获取道路前段景象，识别出循迹线和停止线的位置，通过控制舵机的旋转使循迹线位于摄像头所拍摄图像的中间位置，即机器人的左右轴线正对着循迹线，以确保机器人能够沿着循迹线行驶。为了确保在转弯处机器人能够实现稳定的循迹效果，舵机的旋转角度采用闭环控制。单片机根据识别出的循迹线的位置与图像中间位置的偏差，计算出舵机的角度误差，采用PID控制算法计算控制率，通过驱动芯片控制舵机旋转。 在就餐人员的就餐区铺置与循迹线相垂直的停止线，当在摄像头所获取的图像中识别出停止线时，机器人则停止行驶10秒钟，并在LCD显示器上进行倒计时显示，以等待就餐人员从机器人的平板托盘中拿下食物，或者将用过的餐具放在机器人的平板托盘上。停止10秒钟后，机器人继续沿着循迹线匀速行驶。机器人的行驶功能由后轮的驱动电机控制。为确保机器人匀速、稳定的行驶在循迹线上，驱动电机采用速度闭环控制。采用光电码盘测量驱动电机的旋转速度，与给定速度相比较，得到误差信号，采用PID控制算法计算控制率，通过驱动芯片控制驱动电机的旋转速度，使得机器人无论在空载、满载、爬坡、下坡等状态行进时都能够平稳匀速地行驶。由于餐厅的具体布局结构不同，机器人可能运行在斜坡上，为了确保机器人在斜坡上运行时，机器人平板托盘中的食物不会因倾斜而滑落或洒失，与平板托盘相连接的直流电机通过倾角传感器实现位置闭环控制。倾角传感器采用SCA610倾角传感器，倾角传感器贴装在平板托盘上，以检测平板托盘与水平方向的夹角误差，通过PID控制算法计算控制率，通过驱动元件控制与平板托盘相连接的直流电机旋转，以减小平板托盘与水平方向的夹角误差，以确保机器人能够平稳地为就餐人员送取食物和餐具。3.4 轮式机器人国内的发展现状 国内对于轮式移动机器人的研究起步较晚，大多数研究尚处于某个单项研究阶段，主要以自动引导车辆为主，对于高越障性能机器人系统研究得较少。主要的研究工作有: 清华大学智能移动机器人于1994年通过鉴定。涉及到五个方面的关键技术:基于地图的全局路径规划技术研究;基于传感器信息的局部路径规划技术研究;路径规划的仿真技术研究;传感技术、信息融合技术研究;智能移动机器人的设计和实现。该机器人是以汽车底招为基础，具有避障能力，但缺乏越障能力。另外，还有香港城市大学智能设计、自动化及制造研究中心研制的自动导航车和服务机器人。中国科学院沈阳自动化研究所的AGV和防爆机器人。中国科学院自动化所自行设计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统等其中由中国科学院沈阳自动化研究所研制并通过“863”验收的是基十复合结构的非结构环境移动机器人。尽管目前我国轮式移动机器人的研究和生产技术发展水平与西方发达国家存在着很大的差距，但从总体看来，我国的机器人技术正从低水平、低质量、满足功能型向高水平、高质量、经济实用型过渡;从仿制仿造向自主开发过渡。各厂家和研究所甚至部分高校都在不断地进行技术投入，采用不同的技术路线，从关键部件和系统上技术创新，基本形成了激烈良性的技术竞技环境。3.5 液压控制技术的相关应用与发展随着机械工作精度、响应速度和自动化程度的提高。对液压控制技术提出了更高的要求目前。液控技术不仅用于传统的机械操纵、助力装置。也用于工程机械的模拟加载、转速控制、发动机燃料进给控制。以及车辆主动悬挂装置和制动系统。同时扩展到航空航天和海底作业方面面对如此广泛的应用场合。仅采用液控技术已不能完全满足要求。于是发展机电一体化技术已成为一种必然的趋势进入80年代以来。逐步完善和普及的计算机控制技术和集成传感技术为电子技术和液压技术的结合创造了条件计算机控制在液压控制系统中的应用大大提高了控制精度和工作的可靠。使得以往难以解决的控制难题有了突破的希望近年来电技术的进步(如无槽电机等的产生)出现了一些很紧凑的高响应电控系统。在某些场合(如数控机床及一些机器人)已取代传统的电液伺服阀然而。在功率重量比方面。液压执行器比电磁执行器要高几乎一个数量级;在负载刚性方面。液压马达的开环速度刚性大约为电动机的5倍这些使目前液控系统仍具有一些电控系统本身无法比拟和取代的优势此外。液控系统本身近年来亦有长足的进步。70年代以来各种比例控制系统的发展、高速开关电磁阀和步进电机驱动的数字阀及脉宽调制控制技术、数字增量控制(IDC)型电液伺服系统等。便是液控技术向前发展的标志。电液伺服系统是以电气信号为输入，以液压信号为输出，在系统的输入和输出之间有反馈连接的闭环控制系统。图1为电液伺服系统的结构框图，输入信号通过比较元件与反馈信号进行比较后，得出偏差电信号，由电控器转换为力信号，电一机械转换元件，再把力信号变为位移信号，经液压放大元件放大后，输出具有一定压力和流量的液体，控制液压执行元件运动。检测反馈元件检测被控量或中间量，并反馈回输入端。系统输入信号的功率很小，但系统的输出可以达到很大。3.6 传感器的相关应用与发展在保证自动导向车导引精度的前提下，如何构筑一种性能优异、成本低廉的传感器测控系统是自动导向车技术的研究热点和难点。现以普通红外线传感器作为自动导向车信号采集的核心器件，并采用优化阵列式分布，构成了一种功能突出、性能稳定、结构简单、导引准确、价格低廉的光电眼。进而通过系统微处理器的分析和处理，排除了环境干扰，强化了测控功能。使自动导向车获得良好的导引效果.可确保基于此技术的自动导向车具有优越的性价比和实用性。3.7 步进电机的调速方法 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为/步距角0)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应川于各种开环控制。现在比较常川的步进电机包括反应式步进电机(VR)、水磁式步进电机(PM) ,混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。对步进电机控制的一个中心问题就是速度调节。即产生一系列频率可调的步进脉冲序列，送到驱动电源，控制电机绕组的轮流通电，实现电机的转动。脉冲序列的产生用微处理器实现，有软件延时和硬件定时两种方法。 （1）软件延时:通过调用标准的延时子程序来实现。 （2）硬件定时:假定控制器仍为AT 895 52单片机，晶振频率为12 MH、将AT89552的TO作为定时器使用，设定TO工作在模式1(16位定时/计数器)。3.8 机械手爪的相关研究机器人手爪是可以实现类似人手功能的机器人部件，是用来握持工件或工具的重要执行机构之一，既是一个主动感知工作环境信息的感知器和最后执行器，又是一个高度集成的具有感知功能和智能化的机电系统，涉及机构学、仿生学、自动控制、传感器技术、计算机技术、微电子技术、材料学等多个研究领。国内方面，陕西利一技大学文怀兴等人为某设备设计了夹持机械手,驱动电机经过联轴器带动丝杠转动，驱动螺母上下移动，带动手爪张合，实现夹持物体。其手爪运动轨迹为曲线。中国农业大学赵延军在苹果果袋摘除机械手爪的研究中采用了丝杠的传动方式，带动分离机构的二指张合来摘除果袋。丝杠和滑块为主要运动部件，为了使分离机构在完成相对运动的同时也具有一定的紧凑结构，故将丝杠设计为左右两侧分别为左旋和右旋的一个轴。对文中所介绍的机械手爪具有借鉴意义。手爪的设计要求是:1.应有足够的夹紧力:除物体的重力外，传送和操作的过程中还会产生惯性力和振动，只有保证足够的夹紧力，被抓物体才不会产生松动或掉落；2.要保证工件的准确定位；3.手指间需保证一定的开闭角，使手爪有足够的开闭范围；4.能适应被抓对象的不同形状、不同被抓部位和被抓数量；5.足够的刚度和强度。3. 参考文献1 Jyh-Hwa , Tzou , Kuo L.Su .J.Artificial Life and Robtics ,2009,Vol.14(2).pp.252-256Springer.2 Yu Qing-xiao , Yuan Can , Fu Zhuang , Zhao Yan-zheng.B.International Journal of Advanced Robotic Systems2010InTech.3应鹏,宫晨,颜钢锋.J.现代机械,2008,(06),pp.14-174 Yun Xu Shi.J.Advanced Materials Research,2012,Vol.462,pp.743-747CrossRef.5修春波.P.CN201110394263.12012-05-09.6李阳.D.吉林大学2008.7 刘世勋,刘少军 J.液压与气动,1996,(04),pp.3-4.8徐海枝.J.装备制造技术,2012,(07),pp.127-129.9 罗庆生,罗洪坚,王耀炼J.计算机测量与控制,2003,(10),pp.818-820.10王志强.J.天津职业院校联合学报,2006,(05),pp.14-17.11王玉琳,王强.J.电机与控制应用,2006,(01),pp.53-56+64.12骆敏舟，杨秀清，梅涛.机器人手爪的研究现状与发展J.机器人技术与应用，2008 (3) :24一35.13文怀兴.基于ADADIS的夹持机械手虚拟设计及其结构优化田.机械设计与制造，2010 (3) :75一78.14赵延军.基于计算机视觉的苹果果袋图像识别及摘除机械手爪的研究D.北京:中国农业大学，2006:1一60.15张楠,何玉成,王南.J.机械设计,2013,(03),pp.17-20+61.16远国勤.IRB2400/10型机器人末端夹持器的设计及参数优化C.长春:吉林大学.2007.17唐亚鸣,莫静玲,杨刚.J.机械研究与应用,2011,(03),pp.101-103.10内容摘要： 智能机器人传菜员为机电液相结合的一体化产品。本产品结构简单，系统运行平稳，制造成本低，可以为餐饮行业节省劳动力，解决人力资源短缺的问题。本产品由三大系统组成：机械系统、液压系统、控制系统。机器人通过机械系统实现行走转弯等功能；通过液压系统实现找盘子、抓盘子，并将盘子送到客人餐桌的功能；通过控制系统实现机器人行走过程中对运动轨迹的分析与检测，以及端菜过程中对盘子的定位，具有反馈精度高，系统运行稳定等优点。机器人送餐的全过程无需人为操作，可以自动送餐及返回，实现了送餐过程的全智能化。本产品将会在未来餐饮行业中占据有利市场，具用良好的发展前景。关键词：机器人 液压缸 步进电机 送餐 传感器 单片机Abstract: Intelligent robot of runners for the integration of mechanical and electrical product liquid combination. This product has the advantages of simple structure, stable operation, low manufacturing cost, can save labor for the food and beverage industry, to solve the problem of shortage of human resources. This product consists of three systems: mechanical system, hydraulic system, control system. Robot mechanical system by walking functions turn; find the plate, through the hydraulic system to realize the efforts of the plate, and the plate back to the guest table function; analysis and detection of the trajectory of the robot control system through process, positioning of the plates and dishes in the process, has the advantages of high precision of feedback, the system is stable.The whole process of the robot delivery without manual operation, automatic delivery and return, to achieve full of intelligent delivery process. This product will occupy a favorable market in the future of food and beverage industry, with good prospects for development.Key Words: Robot Hydraulic cylinder Stepper motor Dish Sensor Single chip microcomputerII,智能机器人传菜员行走机械结构的设计、控制及制作,1 、基于循迹技术机器人采用循迹行走。 2 、遥控器输入桌号，机器人可自动行走至指定餐桌 3 、机械手通过传感器对菜盘定位，将其送至桌面 4、 待所有菜都送完时，可掉头沿原路返回 5 、机器人能实现自主避障。,送餐机器人功能,3,三 大 部分,行走及转向部分,控制部分,机械手部分,4,行走及转向装置,行走部分主要采用自行设计的独轮机构，通过直流电机驱动前进，通过调压调速控制其速度。,行走及转向装置,行走及转向部分,5,转向部分通过与步进电机直接相连的转向齿轮控制，从动大齿轮与三个小齿轮相啮合，实现精确地转向控制。,行走及转向装置,行走及转向装置,行走及转向部分,6,通过降紧螺母可实现机器人中心驱动轮的高度位置可调，机械手旋转通过独轮控制，简单方便。,通过降紧螺母可实现机器人中心驱动轮的高度位置可调，机械手旋转通过独轮控制，简单方便。,行走及转向部分,7,控制部分主要依靠51单片机和传感器、继电器结合相互控制。在行走时，实现纠偏、计数、转弯及餐桌定位，屏幕显示等功能。,单片机控制系统,单片机控制部分,谢谢!,目 录内容摘要IAbstractII1 导言11.1 主题来源11.2 智能机器人传菜员研究目的11.3 智能机器人传菜员课题规划11.4 智能机器人传菜员设计的意义及市场前景12 课题设计任务书22.1 课题名称22.2 设计任务22.3 设计要求23 工作原理与制作过程33.1 概述33.2 工作原理43.3 行走部分机构的设计及控制63.4 液压控制系统的设计73.5 三组传感器的布局及功能83.6 机器人整体程序的设计框图及编写104 智能机器人传菜员的调试及外观优化设计354.1 机器人的整体装配354.2 机器人的调试374.3 机器人的外观优化385 总结39参考文献40附录：开题报告(数据报告) 41致谢50 英文翻译机器人技术进展谭民 王硕摘要 机器人技术的研究己从传统的工业领域扩展到医疗服务、教育娱乐、勘探勘测、生物工程、救灾救援等新领域，并快速发展。本文简要介绍了工业机器人、移动机器人、医疗与康复机器人和仿生机器人研究中的部分主要进展，并通过分析和梳理，归纳了机器人技术发展中的些重要问题，探讨机器人技术的发展趋势。关键词 工业机器人，移动机器人，医疗机器人，康复机器人，仿生机器人 21世纪以来，国内外对机器人技术的发展越来越重视。机器人技术被认为是对未来新兴产业发展具有重要意义的高技术之一。l欧盟在第七框架计划(FP7)中规划了“认知系统与机器人技术”研究、美国启动了“美国国家机器人计划”、日本、韩国在服务型机器人方面也制定了相应的研究计划，我国在国家高技术研究发展计划(863计划)、国家自然科学基金、国家科技重大专项等规划中对机器人技术研究给予极大的重视。国内外产业界对机器人技术引领未来产业发展也寄予厚望。由此可见，机器人技术是未来高技术、新兴产业发展的基础之一，对于国民经济和国防建设具有重要意义。近些年来，机器人技术研究和应用取得了突出的进展，但仍面临着巨大挑战。本文章对近年来国内外机器人领域的一些主要研究展进行介绍，并以此为基础，通过分析和梳理，探讨机器人技术研究中的难点和热点，以及可能的发展趋势。1 机器人技术研究主要进展在计算机技术、网络技术、MEMS技术等新技术发展的推动下，机器人技术正从传统的工业制造领域向医疗服务、教育娱乐、勘探勘测、生物工程、救灾救援等领域迅速扩展，适应不同领域需求的机器人系统被深入研究和开发。机器人技术所涉及的应用领域众多，本文仅选取工业机器人、移动机器人、医疗与康复机器人和仿生机器人领域中的部分典型研究工作进行介绍和分析。1.1 工业机器人工业机器人己广泛应用于汽车工业的点焊、弧焊、喷漆、热处理、搬运、装配、上下料、检测等作业。在物流、码垛、食品和药品等领域，工业机器人正逐步代替人工从事繁重枯燥的包装、码垛、搬运作业。工业机器人研究的运动学标定、运动规划、控制等己有成熟的控制方案。但由于工业机器人是一个非线性、多变量的控制对象，而制造业也对机器人性能提出新需求，机器人的控制方法仍是研究重点，工业机器人技术也朝着智能化、重载、高精度、高速、网络化等方向发展。结合位置、力矩、力、视觉等信息反馈，柔顺控制、力位混合控制、视觉伺服控制等方法得到大量研究，以适应高速、高精度、智能化作业的需求。利用网络技术，工业机器人不仅简化了系统结构，同时也实现了协同作业。例如，FANUC公司的并联六轴结构的机器人3iA具有很高的柔性，集成iRVision视觉系统、Force Sensing力觉系统、Robot Link通信系统和Collision Guard碰撞保打系统等多个智能功能，可对工件进行快速识别，利用视觉跟踪系统引导完成作业。在工业机器人研究中，国内很多大学和研究机构，如哈尔滨工业大学、中国科学院沈阳自动化研究所、中国科学院自动化研究所、清华大学、北京航空航天大学、上海交通大学、天津大学、南开大学、华南理工大学、湖南大学、上海大学等，开展了大量工作，在机构、驱动和控制等方面取得了丰富成果，为国内机器人产业的发展奠定了技术基础。而随着国内工业机器人的需求越来越迫切，沈阳新松机器人自动化公司、哈尔滨工业大学博实公司、广州数控设备有限公司、上海沃迪公司、奇瑞公司等企业在工业机器人产业方面也不断发展壮大。1.2 移动机器人移动机器人的应用广泛，覆盖了地面、空中和水下，乃至外太空。下面简要介绍地面移动机器人中的轮式/履带式、腿足式和仿人形机器人，以及水下机器人和爬行机器人的一些研究进展。由于外星探索机器人工作环境特殊，因此也对其研究现状进行简要介绍。1.3 医疗与康复机器人外科乎术机器人系统可分为3类:监控型、遥操作型和协作型。监控型是由外科医生针对病人制定治疗程序，在医生监控下由机器人完成乎术。遥操作型是由外科医生操纵控制乎柄来遥控机器人完成乎术。协作型主要用于稳定外科医生使用的器械以便于完成高稳定性、高级度的外科乎术。第一例机器人辅助外科乎术是由Kwoh等在1985年完成，利用工业机器人将固定装置稳定保持在患者头部附近以便于神经外科乎术的钻孔和将组织取样针插入指定位置。此后，用于辅助外科乎术的机器人系统Probot、ROBODOC、AESOP、da Vinci, Zeus相继开发并获得应用。基于虚拟现实和机器人结合的远程外科乎术技术也得到重视和研究。日前，daVinci外科乎术辅助机器人是其中比较成功的商用系统，获得美国FDA认证，可用于多种外科乎术。da Vinci系统是一个主从结构的系统，医生通过摄像头传回的图像获取乎术部位信息，依靠踏板控制摄像头和乎术器械、依靠主控乎柄遥控机器臂动作来完成外科乎术。此外，Hansen Medical公司的血管介入手术机器人使用了触觉主控制器、臂式从动系统和送竹机构。Mazor公司开发的脊柱外科乎术机器人系统己完成多例骨科乎术。Acrobot公司研制的高精度外科乎术机器人完成了膝关节外科乎术。约翰霍普金斯大学研制了眼科外科乎术辅助机器人系统。国内在外科乎术机器人领域的研究工作也发展迅速。北京航空航天大学与海军总医院合作研制开发了脑外科机器人系统，并完成了多例脑外科立体定向远程遥操作乎术 。与北京积水潭医院联合研制了骨科乎术机器人系统，并完成了长骨骨折髓内钊一内固定远程遥操作乎术:与海军总医院、北京医院合作研制了心血竹介入乎术机器人。天津大学研制了主从式遥操作结构、具有二维力传感器的显微外科乎术机器人，并成功地完成了动物实验。中国科学院自动化研究所与上海胸科医院等单位合作研制了血管介入乎术机器人，并完成多例动物实验。哈尔滨工业大学、北京理工大学、上海交通大学等也开展了不同类型医疗乎术机器人系统的研究并开发了机器人系统。1.4 生物启发的机器人系统一仿生机器人随着机器人应用从工业领域向社会服务、环境勘测等领域的扩展，机器人的作业环境从简单、固定、可预知的结构化环境变为复杂、动态、不确定的非结构化环境，这就要求机器人研究在结构、感知、控制、智能等方面给出新方法以适应新环境、新任务、新需求。因此，很多学者从自然界寻找灵感，从而提出解决新问题的新方法。通过对生物结构和运动方式进行仿生是研究适应某种特定环境的机器人系统的基本方法之一，如皮肤仿生、攀爬运动仿生等。由于鱼类运动的高效率、高机动、低噪声特点，仿生鱼类运动方式的仿生机器鱼研究得到广泛的重视。针对不同类型仿生鱼鳍的设计、建模和控制己开展了很多研究工作，如MIT大学研制了机器鱼RoboTuna和RoboPike，大阪大学研制了胸鳍推进的机器鱼B1ackBass，英国Heriot-Wat七大学研究了波动鳍。华盛顿大学、英国Essex大学在控制方面，佛罗单达中心大学、日本名占屋大学、美国新墨西哥大学在微小型机器鱼方面，美国西北大大学、南洋理工大学、大阪大学在波动鳍推进方面都取得了很好的研究成果。国内在仿鱼水下机器人研究方面也开展了大量工作。北京航空航天大学研制了SPC系列仿生机器鱼系统，进行了湖试和海试，完成了水下考占、环境监控等示范应用，其中SPC-3UUV体长1.6 m，巡航速度1.12m/s，航程70.7 km。中国科学院自动化研究所研制了尾鳍推进和波动鳍推进的仿生机器鱼，实现了浮潜、倒游、定深、自主避障、快速启动、水平面和垂直面快速转向、多鱼协调等运动控制的实验验证，并实现了仿生机器海豚的跃水运动。国防科技大学在波动鳍仿生机器鱼方面开展大量研究，研制了多种波动鳍推进的机器鱼系统。哈尔滨工程大学、哈尔滨工业大学、中国科学技术大学、北京大学等单位也研制开发了仿生机器鱼系统并开展了很多研究工作。2 机器人技术发展趋势 通过分析己有的机器人技术研究工作，机器人技术的应用和研究显现出从工业领域快速向其他领域延仲扩展。而传统工业领域对作业性能提升的需求、其他领域的新需求，极大促进了机器人理论与技术的进一步发展。 在工业领域，工业机器人的应用己不再仅限于简单的动作重复。对于复杂作业需求，工业机器人的智能化、群体防调作业成为解决问题的关键:对于高速度、高精度、重载荷的作业，工业机器人的动力学、运动学标定、力控制还有待深入研究:而机器人和操作员在重叠的工作空间合作作业问题，则对机器人结构设计、感知、控制等研究提出了确保人机共同作业安全的新要求。 在工业领域以外，机器人在医疗服务、野外勘测、深空深海探测、家庭服务和智能交通等领域都有广泛的应用前景。在这些领域，机器人需要在动态、未知、非结构化的复杂环境完成不同类型的作业任务，这就对机器人的环境适应性、环境感知、自主控制、人机交互提出了更高的要求。 1)环境适应性。机器人的工作环境可以是室内、室外、火山、深海、太空，乃至地外星球，其复杂的地面或地形、不同的气压变化、巨大的温度变化、不同的辐照、不同的重力条件导致机器人的机构设计和控制方法必须进行针对性、适应性的设计。通过仿生乎段研究具有时示、奔跑、跳跃、爬行、游动等不同运动能力的、适应不同环境条件的机器人机构和控制方法对于提高机器人的环境适应性具有重要的理论价值。 2)环境感知。面对动态变化、未知、复杂的外部环境，机器人对环境的准确感知是进行决策和控制的基础。感知信息的融合、环境建模、环境理解、学习机制是环境感知研究的重要内容。 3)自主控制。面对动态变化的外部环境，机器人必须依据既定作业任务和环境感知结果利用内建算法进行规划、决策和控制，以达到最终日标。在无人十预或大延时无法人为十预的情况下，自主控制可以确保机器人规避危险、完成既定任务。 4)人机交互。对于提升机器人作业能力、满足复杂的作业任务需求具有重要作用。实时作业环境的二维建模，声觉、视觉、力觉、触觉等多种人机交互的实现方式、人机交互中的安全控制等都是人机交互中的重要研究内容。 针对上述问题的研究，通过与仿生学、神经科学、脑科学，以及互联网技术的结合，可能将加速机器人理论、方法和技术研究工作的进展。 机器人技术与仿生学的结合，不仅可以促进高适应性的机器人结构设计方法的研究，对于机器人的感知、控制与决策方法的研究也能够提供有力的支持。 机器人学与神经科学、脑科学的结合，将使得人一机器人间的应用接日更加方便，通过神经信号控制智能假肢、外骨骼机器人或远程遥操控机器人系统，利用生物细胞来提升机器人的智能，为机器人研究提供了新的思路。 机器人学与互联网技术的结合，使机器人可以通过互联网获取海量的知识，基于云计算、智能空间等技术辅助机器人的感知和决策，将极大提升机器人的系统性能。3 结论 机器人技术的研究和应用己从传统的工业领域快速扩展到其他领域，如医疗康复、家政服务、外星探索、勘测勘探等。而无论是传统的工业领域还是其他领域，对机器人性能要求的不断提高，使机器人必须面对更极端的环境、完成更复杂的任务，因而，也为机器人研究提供了新的动力。在概述工业机器人、移动机器人、医疗康复机器人和仿生机器人的主要研究进展基础上，分析归纳了环境适应性、感知、自主控制、人机交互等机器人研究的主要问题，并探讨了仿生学、神经科学、互联网等研究与机器人研究相结合的趋势。Research Progress on RoboticsTAN Minl WANG ShuoAbstract The researches of robot technology are moving from the traditional industry to medical service, education and entertainment,exploration and exploitation,bio-engineering, rescue,etc., and the related technology develops rapidly. In this paper, some important progresses in industrial robots, mobile robots,medicaland rehabilitation robots and biomimetic robots are introduced in brief, and some important issues of robot technology are summarized by means of analysis and classification. Finally, the trends in robot technology are discussed.Key words Industrial robot, mobile robot, medical robot, rehabilitation robot, biomimetic robotSince twenty-first Century,the developmentofrobot technologyat home and abroadmore andmore attention.Robottechnology is considered as one of thehightechnology is of great significance tothe futuredevelopment of emerging industries.L European Unionwithin the seventh Framework Programme(FP7)inplanning acognitive systems and roboticstechnologyresearch,Americalaunched theAmericanational robot program,Japan,South Korea in theservice robotalsomade correspondingresearch plan,our country in thenational high technology research and development program(863 Program),give greatattach importance to the study ofrobot technologyof National Natural Science Foundation,the national science and technology major projectssuch asplanning.Domestic and foreign industryrobot technologyleading the futureindustrial developmentofhigh hopes.Thus,the robottechnology is one of thebasis for the future developmentof hightechnology,new industries,it has important significance to thenational economy andnational defense construction.In recent years,the research and application of robottechnologyhas made outstandingprogress,but stillfaces huge challenges.This articlein recent years some ofthe main researchfield of robotexhibitionat home and abroadare introduced,and on this basis,through the analysis andcarding,discussion ofthe difficult and hot researchin robotics,and the possibledevelopment trend.1 major advances inrobotics research Inpromoting the development of newtechnology,computer technology,network technology,MEMS technologyand so on,the robot technology isservice,from the traditionalindustrial manufacturing fieldto medicaleducation and entertainment,exploration andsurvey,biological engineering,disasterrelief and other fieldsexpanded rapidly,to adapt to therobot systemneeds of different areasto befurther research and development.Application of roboticstechnology involvedmany,this article only selectssome typicalresearch work of industrialrobot,mobile robot,medicaland rehabilitationrobotand bionicrobotin the fieldwere introduced and analyzed.1.1 industrial robotIndustrial robotshave been widely usedin the automotive industryfor spot,welding,painting,heat treatment,handling,assembly,loading and unloading,detectionand other operations.In logistics,palletizing,foodandmedicine and other fields,industrial robots aregraduallyreplacing manualengaged in heavyboringpacking,palletizing,handling.Industrial robot kinematicsresearchof calibration,motion planningandcontrolhas beenmaturecontrolscheme.But because ofthe industrial robotcontrol isanonlinear,multi variable,while the manufacturing industry alsoput new demandson theperformance of the robot,robot control methodis still thefocus of study,the industrial robot technologyistoward intelligent,heavy load,high precision,high speed,networkdevelopment direction.Combining position,torque,power,visualfeedback,flexible control,forcecontrol,hybridvisual servoing controlmethodto obtain a great deal ofresearch,in order to adapt to thehigh speed,high precision,intelligentoperation needs.The use of network technology,the industrial robotnot only simplifies thestructure of the system,but also to achieve acoordinated operation.For example,FANUC companysix parallelshaftstructure of the3iA robothas high flexibility,integratedvision system of iRVision,ForceSensingRobotLinkforcesystem,communicationsystem and CollisionGuard collisioninsuranceplaysystemmore intelligentfunctions,can befast recognition ofworkpiece,using a visualtracking systemto guide thehomework.In the industrialrobot research,many domesticuniversityand research institutes,such as Harbin Institute of Technology,ChinaAcademy of Sciences,Shenyang Institute of automationChineseAutomation Science ResearchInstitute,Tsinghua University,Beihang University,Shanghai Jiao Tong University,Tianjin University,Nankai University,South China University of Technology,Hunan University,Shanghai Univer,carried out a lot of work,in themechanism,drivingandcontroland achieved richresults,establishes the technical foundation forthe development of the domesticrobot industry.But along with thedomestic demand for industrialrobotis more and more urgent,Shenyang SIASUN Robot & automationcompany,Harbin Institute of TechnologyBoshicompany,Guangzhou CNC EquipmentCo. Ltd.,Shanghai TriowinCorporation,Cherycompanies and other enterprisesin theindustry of industrial robotsalsocontinue to grow and develop.1.2 mobile robotApplication of mobilerobotsare widely,covering the ground,air and water,and evenouter space.Below is a brief descriptionof wheel/groundmobile robotcrawler,leg and foottypeand humanoid robots,andsome research progress ofunderwater robot anddaggerforrobot.Due tothe special working environmentof extraterrestrialexplorationrobot,thereforecarries on the brief introduction totheresearch status.1.3 medicaland rehabilitationrobotSurgicaloperationrobotonsystemcan be divided into 3 categories:control,teleoperationand collaboration.Monitoringbysurgeonsfor patientto formulate treatmentprogram,indoctorunder the supervisiononoperationperformed by the robot.Teleoperationtypeismanipulated by the surgeonon thehandleto control therobot to finish thecontrolonoperation.Collaborationis mainly used forstablesurgeons use theequipmentcomplete surgicaloperationbetweenseniorhigh degree ofstability,to facilitate the.The first case ofrobot assistedsurgeryonoperationis completed by the Kwohin1985,the use ofindustrial robots willmaintain the stability ofboreholein patients withfixing devicenear the headto facilitateDepartment of Neurosurgerysurgeryandtissue samplingontheneedle intothe specified location.Since then,therobotassisted surgeryonsurgeryforsystem Probot,ROBODOC,AESOP,Da,Vinci,Zeushave beendeveloped and applied.Alsoget attentionand Researchonremotesurgeryoperationtechnology of virtual reality androbotbased on.Recently,daVincisurgeryrobot assistedsurgeryisalmostcommercialsystem in which arelatively successful,American FDA certification,can be used for a variety ofsurgicaloperationon.DaVincisystem isa master-slavestructure,image doctorthrough the camerareturnsto obtain informationonoperationsite,rely on thepedal to control thecamera andon theoperation ofequipment,rely onthe main controlon thehandleremotemachinearmmoves to complete thesurgeryonpostoperative.In addition,the use ofhaptic mastercontroller,armdrivensystem and abamboomechanism of surgeryrobot HansenMedical,vascular intervention.Mazorcompany developedspinal surgeryrobotsystem has been completedonoperation ofmultiple cases ofDepartment of orthopedicsonoperation.High precisionsurgicaloperationrobotonAcrobotcompany developed acompleteknee surgeryonpatients.Johns Hopkins University has developed adepartment of Ophthalmology surgeryonpostoperativeassisted robot system.Domestic researchwork insurgicaloperationrobot fieldonthe rapid development.Beihang University and theNavy General HospitalDepartment of cerebral surgeryrobot systemwas developed in cooperation,and completed themultiexampleDepartment of cerebral surgeryremoteteleoperationonstereotacticoperation.Andthe joint development ofthe Department of orthopedicsBeijing Ji Shui Tan Hospitalbetweensurgeryrobot system,and completed thelong bone fracturefixationintramedullaryZhaoaremoteteleoperation:Navy General Hospital,Beijing Hospitalbetweenoperationandcooperation in the developmenteffortof interventionalsurgeryrobotonbamboo.Tianjin University has developed amicrosurgicaloperation ofmaster-slaveteleoperationrobotonstructure,with two dimensionalforce sensor,andthe successful completion of theanimalexperiment.ChinaAutomation Science ResearchInstitute andShanghai Thorax Hospitaland other unitsjointly developed byvascular interventionalsurgeryroboton,and complete themultiple cases ofanimalexperiment.Harbin Institute of Technology,Beijing Institute of Technology,Shanghai Jiao Tong Universityhave conductedresearchondifferent types ofmedicalsurgeryrobot systemand the development ofrobot system.1.4 Robot system forbio inspiredabionic robotWith the expansionof robot applicationservices,from the industrialfield to socialenvironmentand other areas of investigation,the robotworking environmentfrom the structured environmentsimple,fixed,predictableintounstructuredenvironment is complex,dynamic,uncertain,it requires the robotresearch instructure,sensing,control,intelligentand other aspectsto give a newmethod to adapt tonew environment,new task,newdemand.Therefore,many scholarsseek inspirationfrom nature,so as to put forward a newmethod to solvenew problems.By mimickingof biologicalstructure and the motion mode ofthe robot systemis one of the basicmethods ofa particular environmentto study,such as skinbionic,bionicclimbingmovement.Due to the characteristicsof high efficiency,high maneuverabilityfishmovement,low noise,bionic robot fishof biomimeticfishmovement patternsare widelyattention.Modeling andcontrol design,according to the different typesof biomimetic fish finhasdone a lot of research work,such as MITUniversitydeveloped arobotic fishRoboTunaand RoboPike,Osaka University has developedthe pectoral finrobotic fishB1ackBass,British Heriot-Wat sevenof the University offin.University of Washington,EssexUniversityin the control aspect,assingleFloridaCenterUniversity,Japan,University of New MexicouniversitynamesquattersAmericainmicrorobot fish,NorthwestUniversity,Nanyang Technology University,AmericaOsaka Universityhas madegreat research resultson theundulatory finpropulsion.Domesticinbiomimetic underwaterrobot researchhas alsocarried out a lot of work.Beihang University has developedSPCseries ofbionic robot fishsystem,carried out thelake trial and sea trial,completed theunderwaterexamination accounting,environment monitoringdemonstration application,in which the SPC-3UUVbody length of1.6 m,a cruise speed of 1.12m/s,a range of 70.7km.ChineseAutomation Science ResearchInstitute has developedthe caudal fin propulsionand fluctuationof biomimetic robotic fishfin propulsion,experimental verificationis realized,swim,deepdownsnorkel,obstacle avoidance,fast start,horizontal and verticalfast steering,many fishcoordinationof motion control,and the realization of thebiomimeticrobotic dolphinjumpwatermovement.To carry out a large number ofstudies at the National University of Defense Technologyinfinbionic robot fish,developed arobotic fishfinpropulsion system ofmany kinds of fluctuation.Harbin Engineering University,Harbin Institute of Technology,University of Science & Technology China,Peking University and other unitshave alsodeveloped asystemof bionic robot fishand conducteda lot of research work.2 robotic technology developmenttrend Through the analysis ofthe existingrobot technology researchwork,research and applicationof robot technologyshowsfrom industryrapidly to other areas ofthe extension andexpansion.The newdemand to the operatingperformancedemand,other areas of thetraditionalindustrial areas,greatly promoting thefurtherdevelopment of robottheory andtechnology.In the industrial fieldapplication ofindustrial robots,hasno longer limited tosimple movement repetition.For the complexoperation requirements,intelligent,groupsof industrial robotantituneoperations have becomethe key to solve the problem: for theoperationof high speed,high precision,heavy load,industrialrobotdynamics and kinematicscalibration,force controland need further research:the robot and theoperatorin the overlappingworkspace cooperationhomework problems,thenon the structuredesign,Robot Perceptionandcontrol researchand puts forward new requirementsto ensure the safety ofman-machine jointoperation.In the industrialfield beyond,robot haswide application prospect inmedical services,field survey,deep spaceexploration in the deep sea,family serviceand intelligent transportationand other fields.In these areas,the robot needs to bein a dynamic,unknown,noncomplex environmentstructuredcomplete different types oftasks,which on therobotsadaptability to environment,environmental perception,autonomous control,human-computer interactionhas put forward higher requirements.1） Environmental adaptability.The robotsworking environmentisindoor,outdoor,volcano,deep sea,space,and even theextraterrestrial,thecomplexterrain,ground orchanges inair pressure,different temperature,greatdifferent irradiation,the different gravityconditions result inmechanism designand controlmethod of robotdesign must betargeted,adaptability.Adaptationhasshown,whenrun,jump,crawl,walkin different athletic abilityby biomimeticsegmentsresearch,robot mechanismand control methodsfordifferentenvironmental conditionshas important theoretical valueto improvetheenvironmental adaptability ofthe robot.2） Environmental perceptions.In the face ofthe unknown,complex,dynamicchanges ofexternal environment,robotaccurateperception of the environmentis the basis fordecision making andcontrol.The perception ofinformationfusion,environment modeling,environmentalunderstanding,learning mechanism is theimportant research contents in environmentalperception.3） Autonomous control.In the face ofthe dynamic changes in theexternal environment,the robotmust beplanning,decision-making and controlbased on the establishedtask andenvironment perceptionresultsusing thebuilt-inalgorithm,in order to achieve theultimate goal.Nopreor largedelayintenwithoutlegal personof tenpreconditions,autonomous controlcan ensure therobotto avoid danger,complete the task.4） Human computer interaction.To enhance therobot workingability,meet thedemandof complextasksis important.Two dimensionalm