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先进制造技术学号：0701014232姓名：徐玉超班级：142一 . 微型机电系统微型机电系统，主要利用各种微细加工技术制作集微型机构、微型传感器、微型执行器，以及信号处理和控制电路于一体的微型器件或系统。一个典型的微型机电系统结构（ 见图%），具有体积小、重量轻、能耗少、响应快、批量大、成本低等优点，在工业、农业、医疗、通信和军事等领域都有着广泛的应用前景。自从%(&0 年第一个硅微压力传感器问世以来，众多研究机构和企业竞相研制和开发了各种微型系统，典型的有微型加速度计、微型陀螺、喷墨头等，已形成了一个巨大的产业%。概括地说，在微型机电系统中除了集成电路外，主要包括三类部件：微型机械部件、微型执行机构和微型传感器。微型机械部件包括齿轮、弹簧、喷嘴、悬臂、沟槽、腔体、膜片等各种各样的机械部件。按其工作原理，微型执行机构划分为电场、压电、超声、形状记忆合金、热膨胀、双金属片、超导等不同的驱动类型，各个类型都有其独特的优点。电场驱动的微型执行机构的性能最好，不但运动范围大，可以进行旋转运动，而且与集成电路有很好的兼容性。超导微型执行机构，利用超导材料的迈斯纳效应产生的推斥力，实现可动部件稳定的悬浮，可以完全消除摩擦力。形状记忆合金执行机构的特点是：可以得到大的力Q 重量比；控制方法已经建立；执行机构越小，其响应越快。微电子机械系统技术的核心是微机械加工技术，微机械加工技术是在硅平面技术的基础上发展起来的，为传感器、微执行器和微电子机械系统制作微机械部件与结构的加工技术。微机械加工技术主要分为体微机械加工技术、表面微机械加工技术、金属微机械加 工技术和复合微机械加工技术等四类1 加工技术体微机械加工技术是通过选择掺杂和结晶湿化学腐蚀，将整块材料如单晶硅基片加工成微机械结构的生产工艺。它的一个主要的优点就是可以相对容易地制作出较大的器件，缺点是很难制造精细灵敏的系统。而且由于体微机械加工工艺无法做到器件的平面化布局，因此不能够和微电子线路直接兼容 体微机械加工技术在压力传感器和加速度传感器中均得到成功的应用。2 表面微机械加工技术表面微机械加工技术就是利用集成电路中的平面化制造技术来制造微机械装置。利用这种加工技术生产的微机械装置一般包括一层用作电连结的多晶硅层，一层或更多的机械加工多晶硅层，它们可以形成各种机械部件 表面微机械加工技术的主要优点是充分利用现有IC 生产工艺，对机械部件尺度的控制很好，因此这种技术与Ic完全兼容。但受到沉积薄膜厚度的限制，使其加工的机械结构基本上都是二维的。在表面微机械加工工艺中，机械加工层越多可制造的微型机械越复杂、功能越强大，但是微型元件的布局问题、平面化问题和减小残余应力问题也更难解决总的来说，表面微机械加工技术的单面加：亡的特点和与集成电路工艺良好的兼容性使其得到快速的发展。3 金属微机械加工技术上面提到的体微机械加工技术和表面微机械加工技术均是以硅作为基础的加工技术，而金属微机械加工技术更加倾向于传统机械加j二技术，它主要采用的是LIGA技术4 复合微机械加工技术复合微机械加工技术是体微机械m T_技术和表面微机械加工技术的综合。它具有体微机械加工技术和表面微机械加工技术的优点，同时也避免了它们的缺点微电子机械系统的主要应用微电子机械系统的应用相当广泛，遍及通讯、航天、电子、生物以及材料等很多领域，包括微传感器、微电机、微执行器、微型生化芯片。MEMS器件还包括电容、电感、开关、机械滤波器和谐振器等无源器件。以下主要介绍几种应用1 微传感器自从1962年第一个硅微压力传感器出世以来，微传感器得到了迅速的发展。如今，微传感器主要包括以下几种：面阵触觉传感器、谐振力敏传感器、微型加速度传感器以及真空微电子传感器等。其中，阵列触觉传感器是用MEMS技术和先进的信号处理技术研制而成的。通过分布在传感器敏感阵列中的力敏单元获取三维力信息，实现对三维接触总力信息的定量检测；谐振力敏传感器是利用机械结构的固有频率在外力作用下其频率发生变化来检测外力的，因此在传感器的微结构中必须制作激振元件和测振元件。微型加速度传感器采用电阻热激振、压阻电桥同步检测的方法来获得信号输出，其敏感结构为高度对称的四角支撑结构，井在质量块四边与支撑框架之间制作了四根谐振粱用于信号检测。2 微电机硅加工工艺成熟使集成电路加工尺寸可以做到深亚微米，解决了静电电机的机械加工精度问题：转子与定子两个正负电极的距离大大缩小，使工作电压得到大幅度降低。在电机转子下面集成几个光电二极管，转子上面的激光束照射到二极管， 当转子旋转时，反偏二极管的暗电流和亮电流发生变化，用取样示波器显示取样脉冲信号，测量电机的转速，组成光电测速系统。它提高了电机的测速范围，解决了视频摄像测速系统测速低的问题。此外，它还有测试方便，工艺兼容的优点3 机械滤波器和谐振器MEMS机械滤波器和谐振器具有较高的Q值，较低的损耗以及良好的稳定性，而且在材料选择和设计方面、激励和感应方式等方面也具有较大的灵活性，只是谐振频率还比较低，空气阻尼对其影响很大 为了提高工作频率，人们研制出一种利用和IC I：艺兼容的表面加工制作的双谐振梁四阶滤波器，频率可达l45 MHz但是由于频率的上升，也会带来一些其他方面的问题。例如：与频率相关的能量损耗对Q值的影响，受串联动态电阻影响的输A端噪声以及通带变化等出处： 太原重型机械学院学报 第 26 卷 第 1 期 2005 年 3 月微型机电系统在军事上的应用当前，人们在向宏观世界不断进军的同时，也在向微观世界发起冲击。人们不断地致力于微型装置的研究制造与开发利用。微米/纳米技术（micro/nanotechnology）以及在此基础上发展起来的微型机电系统（micro-electro-mechanicalsystems，MEMS）制造技术， 将有可能成为21世纪信息技术、测控技术与精确制导技术的核心技术之一。同时也必将给军事领域带来深刻的变革。专家们普遍认为，微米/纳米技术是一项极具前途的军民两用技术，但目前微型机电系统器件的应用，主要是在各种传感器和致动器方面。例如：用于航空导航的纳沙泰尔压阻式加速度计；用于测量速度与位置的传感器、气流传感器、压力传感器；用来测量位移和应力的CED旋转式位移传感器与应力传感器；用于化学和生物传感器里的桑地亚表面声波传感器、神经探针以及用于医疗器械里的皮萨机器人导管等等。少数研究单位正在进行微型机器人的研制，以及考虑把传感器、致动器与通信装置一体化的问题。但从总的情况看，这些应用尽管也具有一定的价值和某些先进性，然而，它们通常并不是独立的、一体化的系统，也不是只有微型机电系统才能实现的系统。因此，目前的一些应用还并没有给科学技术带来真正的技术突破。美国兰德公司的研究人员Keith W.Brendley和Randall Steeb于1993年专门为美国国防部撰写了一份名为微型机电系统的军事应用（Military Application ofMicroelectromechnical Systems）的研究报告，向人们描绘了微型机电系统的潜在军事应用的景象，其中所设想的微型机电系统的可能军事应用有：单兵化学传感器,敌我识别装置,灵巧蒙皮,分布式战场传感器以及微型机器人电子智能系统。下面在美国兰德公司研究报告的基础之上，结合其他方面的研究成果，选择若干具有代表性的军事应用来逐一进行讨论。它们主要是：有害化学战剂微型报警传感器。微型机电系统技术在这一领域里的应用，带来了尺寸与价格等方面的优势，例如：在特定的微型机电系统上面加一块计算机芯片（价格仅20美元左右），就可以构成袖珍质谱仪，用来在战场上检测化学毒剂。目前使用的质谱仪一般重量是6070 kg，价格大约12万美元左右。而利用微型机电系统做成的化学战剂传感器系统只有一颗钮扣那样大小，这个系统可以最大限度地减少价格昂贵的触媒剂或生物媒介的用量，需要时，还可以配备合适的解毒剂等。当然，这种微型机电系统应该是便于大量生产的，它在使用时应当探测迅速、坚固耐用、使用可靠并便于存放等。微型敌我识别装置。目前的敌我识别装置多数是反射带、有源信号或者是识别作战平台的各种信号应答器，它们的信号极易被敌人干扰或截获，实际使用效果并不理想。现在采用一种微型敌我识别装置的构想，它以安装在天线或作战平台的表面上的偶角反射器为基础的，设想把微型偶角传感器广泛地散布安装在己方和友方的作战平台上面，通常情况下，偶角反射器是关闭地，只有当“编码询问激光”发出询问信号时，偶角反射器才会开启，调制被反射的激光，形成编码效应，并把被识别的作战平台的种类、型号、归属等信息告诉询问系统，全部过程仅需1 s左右。这种敌我识别系统的优点是，减少识别误差、自主识别、快速响应及低功耗等。灵巧蒙皮（或表面）。这是将微型机电系统做成一种特殊的具有“伪装特性”的材料，它具有程序控制和动态可调整等特性，可以用它来制造潜艇智能表面和飞机智能机翼。分布式战场微型传感器网络。这是一种可以准确地探测与查明敌人的作战部署与军队调动的新型探测系统和探测装置。微型机电系统有可能解决连续地监视关键地区，实时地探测目标的困难问题。一种可能的方案是，在重要的作战地区的上空使用无人驾驶飞机或者其他方法（例如：炮弹投掷等）大量散布廉价的、可以随意使用的微型传感器系统，高空无人驾驶飞机利用安装在飞机上的调制偶角反射通信系统的编码激光记录每个微型传感器的位置，然后，传感器系统开始收集、处理与储存情报信息，直到其他的无人驾驶飞机再次利用相同的编码激光发出询问，每个传感器再次通过调制偶角反射器将其数据传递给无人驾驶飞机为止。这种微型机电系统在布设、耐久性和易损性等方面有明显的优点。微型传感器系统比现有的战区远程监视系统的部署便利快速，而且完整。现有的传感器装置在开阔的天空定位，一般在200 m以内用普通的望远镜肉眼就能够看见，而任何一个毫米级的微型机电系统散布在天空里，不仅肉眼难以辨别，就是使用仪器设备也难以辨认，因此它很难被观察到，这样一来它们也就很难遭受到敌人的攻击了。微型机器人电子智能系统。人们设想研制出一种微型机电系统，通常它具有6个分系统：传感器系统、信息处理与自主导航系统、机动系统、通信系统、破坏系统与驱动电源。这种微型机电系统具备一定的自主能力，当需要攻击敌方的电子系统装置时，就利用无人驾驶飞机将这种微型机电系统散布到目标周围，破坏敌方的各种设施。这种微型机器人智能系统具有多种方案，如：昆虫平台、蚂蚁机器人、血管潜艇等。微型引信保险与解除保险安全装置。微型机电系统技术可以为引信的电子安全系统的性能提高和缩小体积提供其他技术无法比拟的优越性。利用微型机电系统技术可以在硅片上制作加速度计、机械定时器、开关及控制器件，甚至是雷管的最核心的部件电桥，也可以采用微型机电系统技术加以集成，它们再与控制器的集成电路集成，就可以获得引信固态电子安全系统了。微型无人驾驶飞机。利用微型机电系统技术来制造，可以实现侦察、监视和攻击敌方目标。据外刊报道，美国国防部高级研究计划局拟拨款开展微型无人驾驶飞机的研究。预计将用34年的时间，分两个阶段来完成这一研究与演示。这种微型无人驾驶飞机的长、宽、高分别约15 cm，飞行距离约16 km左右，能够连续在空中飞行1 h左右。这种飞机还具有能够自动控制隐身的能力等一些特殊的功能。据悉，美国海军研究实验室也在进行微型无人驾驶飞机的研究，此项计划作为美国国防部高级研究计划局微型无人驾驶飞机研究计划的补充，旨在研制一种美国海军能够用来对敌人防空雷达进行非杀伤性抑制。这种微型无人驾驶飞机将会是美国海军使用的最小的航空器，它可能比美国国防部高级研究计划局所研制的微型无人驾驶飞机稍微大几厘米。它预计到2001年前完成研制、演示和飞行实验。微型机电系统仿真。上述的许多应用都可以用微型系统仿真来验证，它能够帮助人们确定分布式传感器网络与微型机器人电子智能系统的探测器所需要的分辨力。同时，它还能够帮助查明灵巧表皮的生存能力的大小。4专用集成微型仪器的应用在专用集成微型仪器的应用方面，目前正在开发的专用集成微型仪器已经可以探测出局部地区或遥远地区的环境信息，信息可以通过专用集成微型仪器基片上的通信系统传送到附近的微型仪器上，或者也可以直接传递给中央处理机。专用集成微型仪器最具生命力的用途是在航天领域里，它将能够逐渐代替现有的航天器上和运载火箭上的各个分系统，然后，再进一步发展成为独立的空间系统，从而导致“微型卫星”和“纳米卫星”的诞生。下文，仅举数例以说明之。4.1微型惯性传感器采用纳米技术制作微型惯性传感器，其尺寸和价格将可减少几个数量级。所生产出来的标准化的、高性能航天器姿态测量仪器性能更好、价格更便宜，而且各种航空航天平台均能使用。美国国防部的高级研究计划局正在委托美国霍尼韦尔公司进行研制的航天器姿态测量、控制和导航系统(所谓纳米陀螺)就力图达到上述目标。霍尼韦尔公司已经制造出一些微型陀螺，目前他们工作的重点是生产安装在芯片上的光纤陀螺上。此外，他们也还在研制一种能够观察紫外光，体积更小，成本更低的地球传感器和星体传感器。另外，美国洛克韦尔公司也曾考虑研制一种能将尺寸减小100倍的约瑟夫森结陀螺。 德雷珀实验室一直在致力于研制惯性传感器的工作，他们曾考虑过一些微型机械陀螺和微型加速度计的计划。美国加州大学伯克利分校也在研制微型传感器和微型执行_机构。美国卫星技术公司根据与美国宇航局和美国陆军的合同，正在研制微型传感器。美国喷气推进实验室也有类似的技术，特别是，他们已经研制出一些隧道读出加速度计和红外探测器。上述这些研究机构，毫无例外地都强烈地意识到这是一个非常有前途的领域。预计低性能的微型机械陀螺可在未来6年内提供样机供实验室使用；适用于姿态控制的精度更高的微型装置将在12年内提供使用；而真正的生产型装置，则可能需要20年左右的时间才能提供使用。4.2微型通信系统由于近10年来通信卫星的价格基本上保持不变，这就表明利用传统方法来制造通信卫星已经达到其性能价格比的极限了。为了进一步实现大幅度降低通信卫星的价格，就必须寻找制造通信卫星的新途径。而纳米技术正是着眼于各种航天系统的微型化。有资料表明，在航天器中，通信系统的有效载荷通常占航天器净质量的1/4，如果加上航天器的推进剂，这个比例将会变成1/8。同时，通信系统所消耗的功率也是各个航天器分系统中最大的。因此，一旦把纳米技术应用于通信系统，它的有效载荷将会大大减轻。4.3纳米卫星小型卫星的质量通常为10500kg左右；微型卫星的质量通常为0.110 kg左右；纳米卫星的质量通常0.1 kg。纳米卫星是一种尺寸减小到最低限度的微型卫星，它是未来卫星发展的“革命性突破”，它将是一种分布式的卫星结构体系，这种分布式体系与集中式体系相比，可以避免单个航天器失灵后所带来的危害，这样一来可以提高未来航天系统的生存力和灵活性。纳米卫星的最好的应用方式布设成局部星团或分布式星座。假如在太阳同步轨道上施放纳米卫星，在18个等间隔的轨道表面上，每个轨道面上等间隔地安放36颗纳米卫星，这样就一共有648颗纳米卫星在轨道上运行，从而可以保证在任何时刻对地球上的任何一点的连续覆盖和监视。纳米卫星如果能够大批量地生产，其成本效益都要比现在的卫星好，而且安全性也高。目前已经有一些西方国家在着手探讨研制微型卫星的问题了。一种简单的纳米卫星可以由外表带有太阳能电池和天线的、在硅基片上堆砌的专用集成微型仪器而组成。例如：美国正在研制一台在100 km的高空上，每个像素为7 m分辨率的微型卫星专用集成模块相机，这种相机的重量将1kg，使用一个2 0002000像素的低噪声CCD阵列，并带有一个1 MB的数据存储器，它既能够提供窄角视场覆盖，也能提供宽角视场覆盖。随着科学技术的进步，制造体积更小、重量更轻、分辨率更高的纳米相机也不是不可能的。基于专用集成模块的微型卫星将比小型卫星轻很多，而且制造成本也低许多，用一枚“飞马座”级的运载火箭就可以发射与部署上千颗微型卫星。4.4微型光学设备所谓微型光学设备是指可以使用微型制造技术来生产尺寸更小的分立式或阵列式光学部件。微型光学设备可以完成普通光学设备所完成的许多光学功能（如：折射、衍射、反射、散射和致偏等），由于使用了纳米技术，还可以减小航天系统的光学部件的尺寸、体积、重量与成本。微型光学技术同微电子学、微机械学、微型传感器技术结合在一起，将会对未来的航天技术产生重大的影响。在目前，仅仅依靠少数几个大型卫星系统所完成的任务，将可以使用体积小、重量轻、而成本低的微型卫星所组成的航天器系统来代替，这样一来，不仅降低了发射成本，也极大地提高了航天器系统的性能/效费比，同时通过利用成百上千颗微型航天器来增加冗余度，不仅减少了运转风险，也提高了系统的生存能力。除此之外，纳米技术还用于航天器系统中的温度控制，航天器电源和电气系统的微型化，航天器爆炸系统的微型化，航天发射保障系统的参数测量，发射环境保障系统的_探测环境污染，以及微工程、微流体力学、微加工技术与微结构力学等等方面。最近，美国航空航天局曾经专门主持召开过一次题为“微米/ 纳米技术及其对航天系统的应用”的专题讨论会，在这次会议上，一些富于远见的专家指出：“微型专用仪器将在航天器和航天系统技术方面引起一场革命！”出处： 测试技术 1999年 第18卷 第1期 万方数据资源系统二 机器人机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作的加工单元，它具有几个轴(关节)，能够通过程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以便执行各种任务以J。随着科技的不断进步，机器人学的内涵也在不断的外延，与机器人学最为密切的学科是人类学、生物学、机械学。从广义上来说，除了商用机器人外，其余的都可叫做工业机器人，林业机器人可以看成是一种特种工业机器人。林业的作业现场受自然环境(坡度、地面障碍、地表条件等)的影响最大，由于人工改善作业环境是根本做不到的，因此林业机器人的研制难度特别大。本文在分析国内外对林业机器人研究现状的基础上，提出了未来林业机器人研究的关键技术和发展方向。 林业机器人应用领域经过近40 a的研究开发，林业机器人得到了飞速的发展，目前林业机器人已经在种苗、移栽、果实、林产品精深加工和灾害防治等几乎所有农林业作业领域都有研究嵋。纵观农林业机器人的发展历史，主要从根、茎、叶和果实等方面来研究开发机器人。从工作方式出发，我们把它归结为两大类，即移动机器人(轮式、履带式、混合式和步行式)和工业机器人(林业加工机器人)。林业机器人的应用领域大致可分为：采种机器人、植栽机器人、抚育机器人、采运机器人、林产品精深加工机器人。国外林业机器人研究现状林业机器人在国内外均有研究，鉴于林业作业受作业条件、作业环境的影响，以及劳动强度大和世界上发达国家劳动力匮乏，因此，林业机器人在发达国家发展较快，特别是日本、美国、德国、加拿大、瑞典和挪威等国家，尤以日本水平最高。、枝上作业机器人作为机器人王国的日本，在林业机器人的研究与开发方面也走在世界的前列，处于领先地位。20世纪70年代致力于自动整枝机器人的研究与开发，经过近40 a的努力，目前已开发形成了大、中、小系列产品(ABl70、AB230和AB350系列)H-s J，并不断完善。该类机器人采用小型汽油机做动力源，无线遥控，采用轮式螺旋爬行方式升降，有六轮、八轮和十轮移动方式。自动整枝作业也有非AB系列的机器人，采用垂直升降方式。但是，该系列机器人存在的问题是下树困难。前西德最早在1973年也开发了一种整枝机器人，驱动和结构与日本的机器人不同。该种类的机器人主要用于活立木整枝作业一J。最近，日本早稻田大学管野研究室开发了类人爬树方式自动整枝机器人(WOODY1)。树干作业机器人北美的美国、加拿大，欧洲的瑞典、挪威等国，都对这类机器人进行过研究，集中在集采伐、打枝和造材一体化的机器人化机器的研究与开发。这类机器人大都采用计算机固定程序控制。它们的高性能林业机械享有盛誉，就连日本都在有选择地引进它们的产品。瑞典和挪威均开发了六足步行机器人，用于山场采伐作业怛10j。日本在贮木场和山场原木作业方面。开发了多种机器人车辆，主要有：四轮独立驱动式机器人车辆；铰接式履带机器人车辆；混合式机器人车辆(适应陡坡地带的步行机构和平坦地带的履带机构)；木材堆积用机器人车辆；林木搬运机器人；堆积短小木材用机器人菡木作业机器人加拿大、日本和瑞典都进行过此类机器人的研究。加拿大在20世纪70年代开始致力于林业机器人研究。1974年前后，加拿大开始研制自动植苗机，但到20世纪90年代中期，植苗机的自动化水平离机器人还相差太远。目前努力的目标，是利用传感器自动调整植苗机前端与地面障碍物的位置关系。如果做到这一点，那么，除了需要人工驾驶车辆之外，其它操作的自动化都易于实现“。进入2l世纪，日本森林综合研究所研制了一种自动植栽机用于造林作业。嫁接机器人，我们将其归类为苗木作业机器人行列，日本将其划为生物生产机器人领域，这一类机器人在农林业嫁接作业中均有。日本开发出了多种该类机器人3|。草上作业机器人草上作业机器人，这里指以草为作业对象的机器人，主要有两种：一种是草坪修剪机器人，该类机器人主要作业对象是各种草坪，比如，高尔夫球场、足球场以及城市大面积的草坪广场等；另一种是除草机器人，主要用于需要除草作业的场合，比如，农田的杂草清除、高速公路沿线的杂草清除等。加拿大一家私人机器人公司一一自主机器人公司研制了一种六足步行机器人，试验样机重272kg(600磅)。采用气动足，可以跨越约18 m(6英尺)高的障碍物，它继承了玛丽埃塔公司为火星探测设计的遥控行走机器人技术，用于加拿大2万多公里长的公路沿线杂草的剪除“。林产工业机器人林业加卫业机器人主要用于林产品精深加工作业，特别是木材加工工业和家具制造业。德国、意大利等木工机械制造技术先进的国家，已经开发出多种机器人用于木材加工业和家具制造业。这些机器人的应用主要是提高生产过程的柔性自动化水平。Augsurg的KUKA机器人制造厂为Mark木结构厂生产了具有6轴的工业机器人，它具有125 kg负载能力和较大的伸距，能在胶合板整个幅面上进行加工；机器人能携带不同的工具系统连同机组按加工程序进行锯切、轮廓切割、表面铣削、凿孔和刻槽等作业，准确度为03 llun。Neuenrada的IBG Automat公司首次推出了一种通用性好的带机器人的加工中心，适用于生产箱式家具。DelbrockBoke的Roker公司是一家生产门、家具和家具组件的公司，该公司采用瑞Vobhag公司生产的机器人及其配套设备进行工件的砂光。Vobhag公司提供的设备由下列部分组成：被加工件的输入和分级装置，6轴线机器人，给机器人供料的全自动定位装置，一套Rotex修圆设备和一套Roflex工件表面砂光设备组成的加工中心。采用此设备与手工业相比，缩短加工时间80以上，改善了工作场所的条件，清除笨重的体力劳动和灰尘的生产。出处：作者： 姜树海， Jiang Shuhai作者单位： 南京林业大学,南京,210037刊名：东北林业大学学报英文刊名： JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY年，卷(期)： 2009，37(12)国外地面军用机器人的研制现状随着科学技术的发展，以及现代战争的需求，军用机器人已经成为机器人发展的一个重要方向。军用机器人是一种用于军事目的的具有某些拟人功能的机械电装置。它可以是一个武器系统，如机器人坦克，也可以是武器系统装备上的一个系统或装置，如军用飞机的“副驾驶员”。美国是世界上研究军用机器人最重要的国家，它起早、技术先进、规模大、获得的成果多。美国军方列入研究的各类军用机器人有100多种，有的已投入实际使用。美国国防部甚至宣布，即将组建机器人军队，并计划在陆军建立一个机器人连。军用机器人形态各异，从外形上看也许根本就没个“人样”。但是它们有一个共同的特征：具有部分拟人的功能。从用途上军用机器人可以极大地改善作战士兵的作战条件，提高了作战效率，因此，军用机器人技术受到各国军政要人的高度重视。1 地面军用机器人的类型地面军用机器人是军用机器人发展得最早的，也是应用得最多的一类机器人。从理论上讲，军用机器人可以完成任何军事任务，但是受到技术水平等条件的限制，当今的地面军用机器人主要完成的以下任务：排队爆炸物、扫雷、清障、侦察以及保安等等。11排爆机器人恐怖事件的频繁发生是排爆机器人发展的主要动力，早在19世纪60年代，排除爆炸物的机器人就诞生了，英国军用车辆研究所与皇家陆军军械部队共同研制出履带式“手推车”排爆机器人，Morfax公司获得该机器人的生产权，已经向50多个国家的军警售出了500多台这种Mk7型手推车，接着又研制了Mk8型，在控制部分它比7型有较大的改进，用ccD摄像机取代了普通的摄像机。在此基础上该公司又研制出超级手推车，这种遥控手推车重204Kg，电驱动，采用橡胶履带，无线电控制，长12m，宽069m，最大高度132m，最快速度33Kmh，装有彩色摄像机及两个爆炸物排除装置。马岛战争中，英军用之清除残留的炮弹、炸弹和地雷，取得了良好的效果。沙特阿拉伯、科威特及西班牙均购买了它pj J。美国海军研究的遥控爆炸物销毁系统(RONs)是联合机器人总计划的一个项目，该机器人是一辆履带式遥控车，装备有ccD摄像机，无线电及光纤通信设备及三轴腕关节的7功能机械手，可提起45kg的重物，它使用柴油机及蓄电池驱动，可爬45。楼梯和爬越6m高45。的斜坡。美国1999年开始采购，采购持续到2003年，现在已经采购了60个系统，最终将购买160个RONs系统。此外，德国Telerob公司研制的MV4系列机器人，长1 30cm，宽67cm，高92cm，全重295kg，德国联邦军在索马里执行维和任务时，装备了MV494机器人车。法国DM公司研制的RM35机器人系列，法国公司的TRs200机器人，都是这种排爆机器人。1。2扫雷机器人早期的扫雷机器人是用现有的军用车辆加以改装而成，它们的体积较大。例如豹式扫雷车，就是将M60的炮塔去掉，在它的底盘上加上了一个Omnitech公司研制的标准机器人系统(sYs)，车前有扫雷钢式滚筒，用来清扫反坦克地雷。美国正在研制的豹II式扫雷车，用的是M1坦克的底盘，豹式扫雷车参加了波黑及科索活的扫雷行动。2002年美军装备了名叫地雷猎手及杀手的机器人，它的目标是将机器人探雷及扫雷装置集成到标准的战术车辆上。该车可在道路及开阔地上搜索750多种直径在1522cm以上的地雷，一分钟内可投放好引爆物，扫雷的成功率在90。它的最低平均探雷速度为4kmh，最低平均扫雷速度08cmh，扫雷宽度274m。扫完30颗地雷后停下来补充引爆物。机器人可在沙地、碎石地、粘土及有机土等各种地面上作业。现在美国又提出一种新的扫雷方案，陆军正在研究轻步兵用的基本的未爆炸物搜集系统(BuGS)的机器人，它实际上是一种子母机器人，母车是一辆自主或半自主的侦察车，它带有若干个一次性使用的子机器人。母车可对所发现的弹药或地雷定位，并将定位数据传送给子车，子车很轻，可以搜索及引爆弹药及地雷。该车用来清除圈套地区的爆炸物【2_4J。此外较为典型的扫雷机器人还有德国的“清道夫”2000(Minebreaker2000)扫雷车，美国MiniFlajl小型遥控无人扫雷车旧_4 J。13 工程机器人车清障机器人车是战时部队清除障碍的重要工具，在索马里的美军就曾因为清除公路上的障碍物而中计，使特种部队受到重创。从那以后美国就开始研制工程机人。1998年末美国国防部与Ornnitech机器人公司签订合同，利用该公司研制的标准化机器人系统(sRs)，使各种工程车辆机器人化，在2001年生产出D7G推土机M9Ace装甲作战挖掘机及T3Deuce推土机的遥控系统，使这些车辆可在雷区及工程作业中扫除障碍。空军新研制的多用途机器人运输系统(AR，rS)是美军第二代的工程车辆，它比第一代车辆小了很多，该车长287m，宽168m，高198m，但功能却增加了不少。这种机器人是王国遥控的全地形履带车，带有各种工具，如6向推土铲，前端铲斗反铲，码垛叉，吹雪机，割草机等。其液压臂可负重908kg，车速8kmh，挖掘尝试13m，遥控距离48km，它的电视系统可使操作人员在2286m的距离上识别直径127cm高1016cm的目标。英国未来工程坦克(FET)将以“挑战者”2主战坦克底盘为基础，有“泰坦”架桥车和“特洛伊人”清障扫雷两种车型，它们将取代“奇伏坦”装甲工程车和扫雷车，首批车辆已于2005年交付。另外英国的“小猎犬”战斗工程牵引车(cET)具有在危险作业中遥控操作的能力，预计2007年开始部署旧-4 J。14侦察机器人美国第一代侦察机器人是在海军阵地战部队的支持下，由海洋系统中心研制，它是由M113装甲人员运输车改装的，车上装有15台微处理器，GPS接收机，临场感传感器，激光测距机，罗盘及摄像机等。为了在城市作战中隐蔽性更好，海军陆战队正在研制研制第二代机器人s嶝。目前已完成了部队的用户评价，正在提高样机的可靠性。该车是在一辆雅马哈125全地形车上，装上5台不同的摄像机和夜视装置构成的。它的体积小，隐蔽性好，适合昼夜侦察。发现单个人的距离是1km，发现车辆的距离是5km。它的控制器有全球定位系统。2003年陆军的半自主侦察机器人TuV将装备部队，它主要有3种系列产品，一种是轻步兵用的便携式系统，第二代是908一1362kg的自主侦察车，第三种是名叫追随者的间接射击的机器人武器平台，它是由前面的有人车辆控制J。出处：作者： 陈旭武， Chen Xuwu作者单位： 黄石理工学院电气与电子信息工程学院,湖北,黄石,435003刊名： 黄石理工学院学报英文刊名： JOURNAL OF HUANGSHI INSTITUTE OF TECHNOLOGY年，卷(期)： 2006，22(3)仿生机器人的研究进展,从机器人的角度来讲.$世纪将是一个自治机器人的世纪/随着机器人的工作环境和工作任务的复杂化.要求机器人具有更高的灵活性%可靠性%准确性%稳定性和更强的适应性/自&#年代中期以来.为了回避障碍%回避奇异%回避关节极限.提高机器人操作臂的灵活性和扩展其运动范围.具有-个自由度(w)的仿人机械手臂成为研究的热点0为了使机器人的末端操作器对不同形状和不同性质的物体具有抓%握%夹%拿等功能.灵巧手的研制得到了机器人学者的青昧0为了使机器人的移动更具灵活性%适应不同的地面情况.仿人双足步行机器人越来越受到重视0而对于能在各类复杂细小管道内%人体肠道内爬行及各种复杂地带上运动(爬行%行走和跳跃).以实现各种检测%勘探和侦察等任务为目标的仿非人生物机器人也得以进一步发展/因此.具有高度柔性和灵巧动作的各类仿生机器人正在不断进化.并成为机器人家族中的重要成员仿生机器人的基本概念及其分类众所周知.自然界中的生物以其多彩多姿的形态%灵巧机敏的动作活跃于自然界/这其中人类灵巧的双手和可以直立行走的双足是最具灵活特性的.而非人生物的许多机能又是人类无法比拟的/如柔软的象鼻子.可以在任意管道中爬行的蛇.小巧的昆虫等/因此.自然界生物的运动行为和某些机能已成为机器人学者进行机器人设计%实现其灵活控制的思考源泉.导致各类仿生机器人不断涌现/仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状或某些机能的机器人系统/仿生机器人的类型很多.为对其有清楚的认识.我们按其模仿特性进行分类.分类情况如图所示/其中.仿人手臂型主要是研究-自由度和多自由度的关节型机器人操作臂%多指灵巧手及手臂和灵巧手的组合0仿人双足型主要是研究双足步行机器人机构0宏型仿非人生物机器人主要是研究多足步行机器人(四足%六足%八足).蛇形机器人.水下鱼形机器人等!其体积结构较大微型仿非人生物机器人主要是研究各类昆虫型机器人!如仿尺蠖虫行进方式的爬行机器人!微型机器狗!蟋蟀微机器人!蟑螂微机器人!蝗虫微机器人等#仿生机器人的主要特点$一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人!机构复杂二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人!采用绳索或人造肌肉驱动4 仿生机器人的国内外研究现状由于仿生机器人所具有的灵巧动作对于人类的生产和科学研究活动有着极大的帮助!所以!自FG年代中期以来!机器人科学家们就开始了有关仿生机器人的研究#自%HFI 年以来!美国J020/., JK,K+3.L)03M03+/01以拟人臂组合化为设想!基于系列关节研制出NO%PGQ等系列Q自由度拟人单臂和NRSOTG%Q双臂一体机器人!其单臂NRSOTG%Q已用于空间站实验#%HFP年美国U/+L大学工程设计中心研制成功了著名的UVWXRYZV灵巧手!该手有四指!拇指两关节!其余三指三关节!手指关节绳索驱动并设有张力传感器#%HHG年由贝尔实验室完成了灵巧手的软硬件控制系统!并模拟人手拿夹抓握物体多种动作进行了实验#%HH年日本Y+.L1K3+203+/03! +_+,+(0 JK,K+3.L aKbK*0McK1/)K1/K3进行多指仿人手臂真实作业的研究!系统由主从手臂及传感控制系统组成#其灵巧手有四指!每指有三个关节!手具有十四个自由度#随着多指灵巧手研究的发展!具有灵巧手的仿人臂及其系统的研究愈来愈受到重视#美国)da!e+3.0,研究公司!贝尔实验室和能源部等联合开发了具有手的仿人臂!并推出了新型灵巧遥控操作系统aVe#其中的灵巧臂5aWE是液压式%G自由度手臂5包括三自由度的手E#%HHf年S0*0(1+大学在gUYW机器人基础上设计研制成有三指灵巧手的仿人臂系统#仿人型步行机器人是目前机器人技术的前沿课题!是具有挑战性的技术难题之一日本本田公司和大阪大学联合推出的gT和gH型仿人步行机器人代表了当今世界的最高水平#gT型机器人高%#Fc!重T%G_(!具有IG个自由度!完全模拟人体结构#美国的YZVK(*+2有两个小组在从事仿人步行机器人的研究!已完成的项目包括一个重TT_(的平面型机器人#英国的影子计划近年取得了很大成效!他们应用塑料和胶制造出了可模拟人肌肉的材料!并利用肌肉驱动方式完成了一个双足步行机器人的制造!腿部肌肉共有TT块!位置与作用完全模拟人体的结构#仿非人生物机器人的研究近二十年来一直是一个非常活跃的领域!国外很多研究机构和公司进行这方面的研究和开发#NK,h_KW3_+i+等研究的VZVWjOk型四足步行机器人能够以稳定的方式在不平的地面行走!可以以非接触方式绕过地面上的障碍!能够向任何方向运动!同时腿的自由度可以用于工作#罗尔斯罗伊斯公司在为英国核潜艇建造并保养压力水反应堆时应用了蛇形机器人!其各关节间用虎克通用接头连接!每个联节最大可弯曲IG度#美国jWeW正在研究一种蛇形机器人!它将用于太空的探索!其是由简单的低自由度组件组成的高柔性高冗余性的蛇形机器人#V+_+L+3hl+(_等人研制出了带步进压电移动机构的管内探伤机器人!其径为f#fcc!长TGcc!重%(!可以在直径为Fcc的管中行走#%HHH年日本研制的宠物狗WZSmdJeO%G具有%F个关节!每个关节由伺服电机驱动以保持柔性运动#)nJU的仿生机器人实验室研究了基于蟋蟀运动机能的机器人!其共有六条腿!后两条腿较长!有两个关节#各腿的运动通过压缩空气来驱动!它可以在一定的范围内行走和跳跃!能够适应粗糙地带和障碍#关于仿生机器人的研究!美国和日本走在前列!此外加拿大英国瑞典挪威澳大利亚等国也都在开展这方面的技术研究出处：作者： 马光作者单位： 温州大学机械工程学院刊名：机器人英文刊名： A JOURNALOF CHINESE ASSOCIATION OF AUTOMATION年，卷(期)： 2001，23(5)被引用次数： 22次四. 柔性制造系统激烈的市场竞争促使企业产品的生产向多品种，中、小批量的生产类型过渡，为了应对这种新的竞争环境，柔性制造系统应运而生。在柔性制造系统中，生产调度、物流系统自动化控制以及信息集成是它的三个关键技术，这些技术对于柔性制造系统提高效率，降低成本以及形成更深层次的柔性化和自动化都非常有意义。柔性制造系统可概括为三个组成部分7 8：多工位数控加工系统、自动化物流系统及计算机控制信息系统柔性制造系统的发展趋势从第一台柔性制造系统诞生到现在，已经过了将近半个世纪，在这过程中，柔性制造系统的技术一直在发展和进步。虽然当前柔性制造系统技术已经相当成熟，但是随着科学进步和人类需求的不断提高，其发展是不会停止的。具体有一下几个趋势：(1) 多功能13。目前柔性制造系统主要集中于加工和装配的功能，未来它将完成焊接、铸造等多种功能。(2) 小型化，单元化14。90 年代开始，经济、可靠、易管理、灵活性好的小型化、单元化柔性制造单元与出现，并得到了用户的广泛认可。(3) 模块化15。模块化的柔性制造系统是指柔性制造系统与计算机辅助设计和辅助制造系统相结合，利用原有系列的典型工艺资料，组合设计不同模块，构成各种不同形式的、具有物料流和信息流的模块化柔性系统。(4) 从CIMS( Computer Integrated Manufacturing System, CIMS )的高度考虑柔性制造系统的规划设计。将CIM 哲理同柔性制造系统相结合，从一个工厂的角度，从企业战略和全局的高度，实现柔性制造系统真正意义上的自动化和柔性化出处：上海交通大学工学硕士学位论文柔性制造系统若干关键技术研究与实现作者： 张功学位授予单位： 上海交通大学六. 计算机建模与仿真计算机建模与仿真技术的出现和不断发展，极大地促进了现代雷达系统的设计与研制进程。而今，这项技术在雷达系统的研发过程中正日益显示出至关重要的作用，甚至是不可替代的作用。例如，在雷达系统设计的初期，利用计算机模型就可以很容易地预测出系统性能的统计特性；而在雷达信号处理课题的研究方面，利用计算机模型与仿真技术所构建的虚拟平台，结合雷达系统工作环境的实际参数，能够方便而直观地检验新的信号处理方案的性能和效果：现在，计算机建模与仿真技术正日益成为测度先进的自适应雷达系统性能的手段，而且这种方式业已成为雷达系统的设备交付给用户之前所必须做的工作。而在某些特殊体制雷达的研制方面，计算机的建模与仿真技术甚至成为了唯一有效的手段。举例来说，一个具有多路波束形成能力的电子扫描多功能雷达，可能会因为不断变化的外界环境的威胁，而形成与之相对应的连续变化的自适应波束扫描方向图，并且需要不断变换波前才能满足要求。如此短暂的瞬变过程在实际的实验中是非常难以精确表示和测度的，尤其是在以下情况下：难以轻易获得的特殊工作环境；难以用实验方法实现的可重复性。此时，计算机的建模与仿真技术就成为了唯一有效的研究方法，利用它可以对雷达的性能进行大范围的检验，并用可控的、可重复的方式测度系统的性能，同时结合实际的测试方法极大地提高检测的效率。下面就对此项技术在现代雷达系统中的应用作一些探讨。雷达系统的计算机建模与仿真技术是数字