智能送餐机器人行走机械结构及控制系统设计【全套包含CAD图纸三维建模和说明书】
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英文翻译 机器人技术进展 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。 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、 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。 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， 成 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。 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。 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 985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 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， 得美国 用于多种外科乎术。 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， 式从动系统和送竹机构。 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。 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，如阪大学研制了胸鳍推进的机器鱼国 盛顿大学、英国 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 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 .6 m，巡航速度 s，航程 70.7 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。 of to e d u c a t i o n a n d e n t e r t a i n m e n t , e x p l o r a t i o n a n d e x p l o i t a t i o n , In in in of by of c l a s s i f i c a t i o n . F i n a l l y , t h e t r e n d s i n r o b o t t e c h n o l o g y a r e d i s c u s s e d . of at is as of is of to of L in a in in 863 to of as is of of it to In of in of of at on of in 1 in n of so is to to to of to be of of in 1.1 in In in of of is a on of is of is to a of in to to of of to a of iA of be of a to In of a of in of is o. in of to 1.2 of is a of of to of on to 1.3 on be by to on by by on to to is of to on is by 985, of of in to on on on of is in DA be a of is a to on on to on of on on to on In of a of on of of on a a in on of in c o o p e r a t i o n , a n d c o m p l e t e d t h e m u l t i e x a m p l e D e p a r t m e n t o f c e r e b r a l on of of i a o s p i t a l b e t w e e n o p e r a t i o n a n d c o o p e r a t i o n i n t h e d e v e l o p m e n t e f f o r t of on a on of by of on of m e d i c a l s u r g e r y r o b o t s y s t e m a n d t h e d e v e l o p m e n t o f r o b o t s y s t e m . a of to of is it in to a to to so as to a to By of of is of of a to as to of of to of a o
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