搬运机械手及其控制系统设计（全套含CAD图纸）
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搬运
机械手
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1机 器 人1.机 器 人 的 作 用机 器 人 是 高 级 整 合 控 制 论 、 机 械 电 子 、 计 算 机 、 材 料 和 仿 生 学 的 产 物 。 在 工 业 、 医 学 、农 业 、 建 筑 业 甚 至 军 事 等 领 域 中 均 有 重 要 用 途 。现 在 ， 国 际 上 对 机 器 人 的 概 念 已 经 逐 渐 趋 近 一 致 。 一 般 说 来 ， 人 们 都 可 以 接 受 这 种 说法 ， 即 机 器 人 是 靠 自 身 动 力 和 控 制 能 力 来 实 现 各 种 功 能 的 一 种 机 器 。 联 合 国 标 准 化 组 织 采纳 了 美 国 机 器 人 协 会 给 机 器 人 下 的 定 义 ： “一 种 可 编 程 和 多 功 能 的 ， 用 来 搬 运 材 料 、 零 件 、工 具 的 操 作 机 ； 或 是 为 了 执 行 不 同 的 任 务 而 具 有 可 改 变 和 可 编 程 动 作 的 专 门 系 统 。2.能 力 评 价 标 准机 器 人 能 力 的 评 价 标 准 包 括 ： 智 能 ， 指 感 觉 和 感 知 ， 包 括 记 忆 、 运 算 、 比 较 、 鉴 别 、 判断 、 决 策 、 学 习 和 逻 辑 推 理 等 ； 机 能 ， 指 变 通 性 、 通 用 性 或 空 间 占 有 性 等 ； 物 理 能 ， 指 力 、速 度 、 连 续 运 行 能 力 、 可 靠 性 、 联 用 性 、 寿 命 等 。 因 此 ， 可 以 说 机 器 人 是 具 有 生 物 功 能 的三 维 空 间 坐 标 机 器 。3.机 器 人 的 组 成机 器 人 一 般 由 执 行 机 构 、 驱 动 装 置 、 检 测 装 置 和 控 制 系 统 等 组 成 。执 行 机 构 即 机 器 人 本 体 ， 其 臂 部 一 般 采 用 空 间 开 链 连 杆 机 构 ， 其 中 的 运 动 副 （ 转 动 副或 移 动 副 ） 常 称 为 关 节 ， 关 节 个 数 通 常 即 为 机 器 人 的 自 由 度 数 。 根 据 关 节 配 置 型 式 和 运 动坐 标 形 式 的 不 同 ， 机 器 人 执 行 机 构 可 分 为 直 角 坐 标 式 、 圆 柱 坐 标 式 、 极 坐 标 式 和 关 节 坐 标 式等 类 型 。 出 于 拟 人 化 的 考 虑 ， 常 将 机 器 人 本 体 的 有 关 部 位 分 别 称 为 基 座 、 腰 部 、 臂 部 、 腕部 、 手 部 （ 夹 持 器 或 末 端 执 行 器 ） 和 行 走 部 （ 对 于 移 动 机 器 人 ） 等 。驱 动 装 置 是 驱 使 执 行 机 构 运 动 的 机 构 ， 按 照 控 制 系 统 发 出 的 指 令 信 号 ， 借 助 于 动 力 元件 使 机 器 人 进 行 动 作 。 它 输 入 的 是 电 信 号 ， 输 出 的 是 线 、 角 位 移 量 。 机 器 人 使 用 的 驱 动 装置 主 要 是 电 力 驱 动 装 置 ， 如 步 进 电 机 、 伺 服 电 机 等 ， 此 外 也 有 采 用 液 压 、 气 动 等 驱 动 装 置 。2检 测 装 置 的 作 用 是 实 时 检 测 机 器 人 的 运 动 及 工 作 情 况 ， 根 据 需 要 反 馈 给 控 制 系 统 ， 与设 定 信 息 进 行 比 较 后 ， 对 执 行 机 构 进 行 调 整 ， 以 保 证 机 器 人 的 动 作 符 合 预 定 的 要 求 。 作 为检 测 装 置 的 传 感 器 大 致 可 以 分 为 两 类 ： 一 类 是 内 部 信 息 传 感 器 ， 用 于 检 测 机 器 人 各 部 分 的内 部 状 况 ， 如 各 关 节 的 位 置 、 速 度 、 加 速 度 等 ， 并 将 所 测 得 的 信 息 作 为 反 馈 信 号 送 至 控 制器 ， 形 成 闭 环 控 制 。 另 一 类 是 外 部 信 息 传 感 器 ， 用 于 获 取 有 关 机 器 人 的 作 业 对 象 及 外 界 环境 等 方 面 的 信 息 ， 以 使 机 器 人 的 动 作 能 适 应 外 界 情 况 的 变 化 ， 使 之 达 到 更 高 层 次 的 自 动 化 ，甚 至 使 机 器 人 具 有 某 种 “感 觉 ”， 向 智 能 化 发 展 ， 例 如 视 觉 、 声 觉 等 外 部 传 感 器 给 出 工 作 对 象 、工 作 环 境 的 有 关 信 息 ， 利 用 这 些 信 息 构 成 一 个 大 的 反 馈 回 路 ， 从 而 将 大 大 提 高 机 器 人 的 工作 精 度 。控 制 系 统 有 两 种 方 式 。 一 种 是 集 中 式 控 制 ， 即 机 器 人 的 全 部 控 制 由 一 台 微 型 计 算 机 完成 。 另 一 种 是 分 散 （ 级 ） 式 控 制 ， 即 采 用 多 台 微 机 来 分 担 机 器 人 的 控 制 ， 如 当 采 用 上 、 下两 级 微 机 共 同 完 成 机 器 人 的 控 制 时 ， 主 机 常 用 于 负 责 系 统 的 管 理 、 通 讯 、 运 动 学 和 动 力 学计 算 ， 并 向 下 级 微 机 发 送 指 令 信 息 ； 作 为 下 级 从 机 ， 各 关 节 分 别 对 应 一 个 CPU， 进 行 插 补 运算 和 伺 服 控 制 处 理 ， 实 现 给 定 的 运 动 ， 并 向 主 机 反 馈 信 息 。 根 据 作 业 任 务 要 求 的 不 同 ， 机器 人 的 控 制 方 式 又 可 分 为 点 位 控 制 、 连 续 轨 迹 控 制 和 力 （ 力 矩 ） 控 制 。4.机 器 人 发 展 史1920 年 捷 克 斯 洛 伐 克 作 家 卡 雷 尔 恰 佩 克 在 他 的 科 幻 小 说 罗 萨 姆 的 机 器 人 万 能 公 司 中 ， 根 据 Robota(捷 克 文 ， 原 意 为 “劳 役 、 苦 工 ”)和 Robotnik(波 兰 文 ， 原 意 为 “工 人 ”)， 创 造 出“机 器 人 ”这 个 词 。31939 年 美 国 纽 约 世 博 会 上 展 出 了 西 屋 电 气 公 司 制 造 的 家 用 机 器 人 Elektro。 它 由 电 缆 控制 ， 可 以 行 走 ， 会 说 77 个 字 ， 甚 至 可 以 抽 烟 ， 不 过 离 真 正 干 家 务 活 还 差 得 远 。 但 它 让 人 们 对家 用 机 器 人 的 憧 憬 变 得 更 加 具 体 。1942 年 美 国 科 幻 巨 匠 阿 西 莫 夫 提 出 “机 器 人 三 定 律 ”。 虽 然 这 只 是 科 幻 小 说 里 的 创 造 ，但 后 来 成 为 学 术 界 默 认 的 研 发 原 则 。1948 年 诺 伯 特 维 纳 出 版 控 制 论 ， 阐 述 了 机 器 中 的 通 信 和 控 制 机 能 与 人 的 神 经 、感 觉 机 能 的 共 同 规 律 ， 率 先 提 出 以 计 算 机 为 核 心 的 自 动 化 工 厂 。1954 年 美 国 人 乔 治 德 沃 尔 制 造 出 世 界 上 第 一 台 可 编 程 的 机 器 人 ， 并 注 册 了 专 利 。 这种 机 械 手 能 按 照 不 同 的 程 序 从 事 不 同 的 工 作 ， 因 此 具 有 通 用 性 和 灵 活 性 。1956 年 在 达 特 茅 斯 会 议 上 ， 马 文 明 斯 基 提 出 了 他 对 智 能 机 器 的 看 法 ： 智 能 机 器 “能 够 创建 周 围 环 境 的 抽 象 模 型 ， 如 果 遇 到 问 题 ， 能 够 从 抽 象 模 型 中 寻 找 解 决 方 法 ”。 这 个 定 义 影 响 到以 后 30 年 智 能 机 器 人 的 研 究 方 向 。1959 年 德 沃 尔 与 美 国 发 明 家 约 瑟 夫 英 格 伯 格 联 手 制 造 出 第 一 台 工 业 机 器 人 。 随 后 ， 成立 了 世 界 上 第 一 家 机 器 人 制 造 工 厂 Unimation 公 司 。 由 于 英 格 伯 格 对 工 业 机 器 人 的 研 发和 宣 传 ， 他 也 被 称 为 “工 业 机 器 人 之 父 ”。1962 年 美 国 AMF 公 司 生 产 出 “VERSTRAN”(意 思 是 万 能 搬 运 ),与 Unimation 公 司 生 产 的Unimate 一 样 成 为 真 正 商 业 化 的 工 业 机 器 人 ， 并 出 口 到 世 界 各 国 ， 掀 起 了 全 世 界 对 机 器 人 和机 器 人 研 究 的 热 潮 。1962 年 -1963 年 传 感 器 的 应 用 提 高 了 机 器 人 的 可 操 作 性 。 人 们 试 着 在 机 器 人 上 安 装 各 种各 样 的 传 感 器 ， 包 括 1961 年 恩 斯 特 采 用 的 触 觉 传 感 器 ， 托 莫 维 奇 和 博 尼 1962 年 在 世 界 上 最早 的 “灵 巧 手 ”上 用 到 了 压 力 传 感 器 ， 而 麦 卡 锡 1963 年 则 开 始 在 机 器 人 中 加 入 视 觉 传 感 系 统 ，并 在 1965 年 ， 帮 助 MIT 推 出 了 世 界 上 第 一 个 带 有 视 觉 传 感 器 ， 能 识 别 并 定 位 积 木 的 机 器 人系 统 。1965 年 约 翰 霍 普 金 斯 大 学 应 用 物 理 实 验 室 研 制 出 Beast 机 器 人 。 Beast 已 经 能 通 过 声 纳系 统 、 光 电 管 等 装 置 ， 根 据 环 境 校 正 自 己 的 位 置 。 20 世 纪 60 年 代 中 期 开 始 ， 美 国 麻 省 理 工学 院 、 斯 坦 福 大 学 、 英 国 爱 丁 堡 大 学 等 陆 续 成 立 了 机 器 人 实 验 室 。 美 国 兴 起 研 究 第 二 代 带传 感 器 、 “有 感 觉 ”的 机 器 人 ， 并 向 人 工 智 能 进 发 。4世 界 第 一 台 智 能 机 器 人 Shakey1968 年 美 国 斯 坦 福 研 究 所 公 布 他 们 研 发 成 功 的 机 器 人 Shakey。 它 带 有 视 觉 传 感 器 ， 能根 据 人 的 指 令 发 现 并 抓 取 积 木 ,不 过 控 制 它 的 计 算 机 有 一 个 房 间 那 么 大 。 Shakey 可 以 算 是 世 界第 一 台 智 能 机 器 人 ， 拉 开 了 第 三 代 机 器 人 研 发 的 序 幕 。1969 年 日 本 早 稻 田 大 学 加 藤 一 郎 实 验 室 研 发 出 第 一 台 以 双 脚 走 路 的 机 器 人 。 加 藤 一 郎长 期 致 力 于 研 究 仿 人 机 器 人 ， 被 誉 为 “仿 人 机 器 人 之 父 ”。 日 本 专 家 一 向 以 研 发 仿 人 机 器 人 和娱 乐 机 器 人 的 技 术 见 长 ， 后 来 更 进 一 步 ， 催 生 出 本 田 公 司 的 ASIMO 和 索 尼 公 司 的 QRIO。1973 年 世 界 上 第 一 次 机 器 人 和 小 型 计 算 机 携 手 合 作 ， 就 诞 生 了 美 国 Cincinnati Milacron公 司 的 机 器 人 T3。1978 年 美 国 Unimation 公 司 推 出 通 用 工 业 机 器 人 PUMA， 这 标 志 着 工 业 机 器 人 技 术 已经 完 全 成 熟 。 PUMA 至 今 仍 然 工 作 在 工 厂 第 一 线 。1984 年 英 格 伯 格 再 推 机 器 人 Helpmate， 这 种 机 器 人 能 在 医 院 里 为 病 人 送 饭 、 送 药 、 送邮 件 。 同 年 ， 他 还 预 言 ： “我 要 让 机 器 人 擦 地 板 ， 做 饭 ， 出 去 帮 我 洗 车 ， 检 查 安 全 ”。1998 年 丹 麦 乐 高 公 司 推 出 机 器 人 (Mind-storms)套 件 ， 让 机 器 人 制 造 变 得 跟 搭 积 木 一 样 ，相 对 简 单 又 能 任 意 拼 装 ， 使 机 器 人 开 始 走 入 个 人 世 界 。1999 年 日 本 索 尼 公 司 推 出 犬 型 机 器 人 爱 宝 (AIBO)， 当 即 销 售 一 空 ， 从 此 娱 乐 机 器 人 成为 目 前 机 器 人 迈 进 普 通 家 庭 的 途 径 之 一 。2002 年 美 国 iRobot 公 司 推 出 了 吸 尘 器 机 器 人 Roomba， 它 能 避 开 障 碍 ， 自 动 设 计 行 进路 线 ， 还 能 在 电 量 不 足 时 ， 自 动 驶 向 充 电 座 。 Roomba 是 目 前 世 界 上 销 量 最 大 、 最 商 业 化 的家 用 机 器 人 。 iRobot 公 司 北 京 区 授 权 代 理 商 ： 北 京 微 网 智 宏 科 技 有 限 公 司。2006 年 6 月 ， 微 软 公 司 推 出 Microsoft Robotics Studio， 机 器 人 模 块 化 、 平 台 统 一 化 的趋 势 越 来 越 明 显 ， 比 尔 盖 茨 预 言 ， 家 用 机 器 人 很 快 将 席 卷 全 球55.机 器 人 分 类 篇诞 生 于 科 幻 小 说 之 中 一 样 ， 人 们 对 机 器 人 充 满 了 幻 想 。 也 许 正 是 由 于 机 器 人 定 义 的 模糊 ， 才 给 了 人 们 充 分 的 想 象 和 创 造 空 间 。家 务 型 机 器 人 ： 能 帮 助 人 们 打 理 生 活 ， 做 简 单 的 家 务 活 。操 作 型 机 器 人 ： 能 自 动 控 制 ， 可 重 复 编 程 ， 多 功 能 ， 有 几 个 自 由 度 ， 可 固 定 或 运 动 ， 用于 相 关 自 动 化 系 统 中 。程 控 型 机 器 人 ： 按 预 先 要 求 的 顺 序 及 条 件 ， 依 次 控 制 机 器 人 的 机 械 动 作 。示 教 再 现 型 机 器 人 ： 通 过 引 导 或 其 它 方 式 ， 先 教 会 机 器 人 动 作 ， 输 入 工 作 程 序 ， 机 器人 则 自 动 重 复 进 行 作 业 。数 控 型 机 器 人 ： 不 必 使 机 器 人 动 作 ， 通 过 数 值 、 语 言 等 对 机 器 人 进 行 示 教 ， 机 器 人 根 据示 教 后 的 信 息 进 行 作 业 。感 觉 控 制 型 机 器 人 ： 利 用 传 感 器 获 取 的 信 息 控 制 机 器 人 的 动 作 。适 应 控 制 型 机 器 人 ： 能 适 应 环 境 的 变 化 ， 控 制 其 自 身 的 行 动 。学 习 控 制 型 机 器 人 ： 能 “体 会 ”工 作 的 经 验 ， 具 有 一 定 的 学 习 功 能 ， 并 将 所 “学 ”的 经 验 用于 工 作 中 。智 能 机 器 人 ： 以 人 工 智 能 决 定 其 行 动 的 机 器 人 。我 国 的 机 器 人 专 家 从 应 用 环 境 出 发 ， 将 机 器 人 分 为 两 大 类 ， 即 工 业 机 器 人 和 特 种 机 器人 。 所 谓 工 业 机 器 人 就 是 面 向 工 业 领 域 的 多 关 节 机 械 手 或 多 自 由 度 机 器 人 。 而 特 种 机 器 人则 是 除 工 业 机 器 人 之 外 的 、 用 于 非 制 造 业 并 服 务 于 人 类 的 各 种 先 进 机 器 人 ， 包 括 ： 服 务 机器 人 、 水 下 机 器 人 、 娱 乐 机 器 人 、 军 用 机 器 人 、 农 业 机 器 人 、 机 器 人 化 机 器 等 。 在 特 种 机 器人 中 ， 有 些 分 支 发 展 很 快 ， 有 独 立 成 体 系 的 趋 势 ， 如 服 务 机 器 人 、 水 下 机 器 人 、 军 用 机 器人 、 微 操 作 机 器 人 等 。 目 前 ， 国 际 上 的 机 器 人 学 者 ， 从 应 用 环 境 出 发 将 机 器 人 也 分 为 两 类 ：制 造 环 境 下 的 工 业 机 器 人 和 非 制 造 环 境 下 的 服 务 与 仿 人 型 机 器 人 ， 这 和 我 国 的 分 类 是 一 致的 。空 中 机 器 人 又 叫 无 人 机 器 ， 近 年 来 在 军 用 机 器 人 家 族 中 ， 无 人 机 是 科 研 活 动 最 活 跃 、技 术 进 步 最 大 、 研 究 及 采 购 经 费 投 入 最 多 、 实 战 经 验 最 丰 富 的 领 域 。 80 多 年 来 ， 世 界 无 人 机的 发 展 基 本 上 是 以 美 国 为 主 线 向 前 推 进 的 ， 无 论 从 技 术 水 平 还 是 无 人 机 的 种 类 和 数 量 来 看 ，美 国 均 居 世 界 之 首 位 。66.机 器 人 品 种 篇6.1 无 人 飞 机“别 动 队 ”无 人 机纵 观 无 人 机 发 展 的 历 史 ， 可 以 说 现 代 战 争 是 推 动 无 人 机 发 展 的 动 力 。 而 无 人 机 对 现 代战 争 的 影 响 也 越 来 越 大 。 一 次 和 二 次 世 界 大 战 期 间 ， 尽 管 出 现 并 使 用 了 无 人 机 ， 但 由 于 技术 水 平 低 下 ， 无 人 机 并 未 发 挥 重 大 作 用 。 朝 鲜 战 争 中 美 国 使 用 了 无 人 侦 察 机 和 攻 击 机 ， 不过 数 量 有 限 。 在 随 后 的 越 南 战 争 、 中 东 战 争 中 无 人 机 已 成 为 必 不 可 少 的 武 器 系 统 。 而 在 海湾 战 争 、 波 黑 战 争 及 科 索 沃 战 争 中 无 人 机 更 成 了 主 要 的 侦 察 机 种 。 越 南 战 争 期 间 美 国 空 军 损 失 惨 重 ， 被 击 落 飞 机 2500 架 ， 飞 行 员 死 亡 5000 多 名 ， 美 国 国内 舆 论 哗 然 。 为 此 美 国 空 军 较 多 地 使 用 了 无 人 机 。 如 “水 牛 猎 手 ”无 人 机 在 北 越 上 空 执 行 任 务2500 多 次 ， 超 低 空 拍 摄 照 片 ， 损 伤 率 仅 4 。 AQM-34Q 型 147 火 蜂 无 人 机 飞 行 500 多 次 ，进 行 电 子 窃 听 、 电 台 干 扰 、 抛 撒 金 属 箔 条 及 为 有 人 飞 机 开 辟 通 道 等 。高 空 无 人 侦 察 机在 1982 年 的 贝 卡 谷 地 之 战 中 ， 以 色 列 军 队 通 过 空 中 侦 察 发 现 。 叙 利 亚 在 贝 卡 谷 地 集 中了 大 量 部 队 。 6 月 9 日 ， 以 军 出 动 美 制 E-2C“鹰 眼 ”预 警 飞 机 对 叙 军 进 行 监 视 ， 同 时 每 天 出 动“侦 察 兵 ”及 “猛 犬 ”等 无 人 机 70 多 架 次 ， 对 叙 军 的 防 空 阵 地 、 机 场 进 行 反 复 侦 察 ， 并 将 拍 摄的 图 像 传 送 给 预 警 飞 机 和 地 面 指 挥 部 。 这 样 ， 以 军 准 确 地 查 明 了 叙 军 雷 达 的 位 置 ， 接 着 发 射“狼 ”式 反 雷 达 导 弹 ， 摧 毁 了 叙 军 不 少 的 雷 达 、 导 弹 及 自 行 高 炮 ， 迫 使 叙 军 的 雷 达 不 敢 开 机 ，为 以 军 有 人 飞 机 攻 击 目 标 创 造 了 条 件 。在 科 索 沃 战 争 中 ， 美 国 、 德 国 、 法 国 及 英 国 总 共 出 动 了 6 种 不 同 类 型 的 无 人 机 约 200 多架 ， 它 们 有 ： 美 国 空 军 的 “捕 食 者 ”（ Predator） 、 陆 军 的 “猎 人 ”（ Hunter） 及 海 军 的 “先 锋 ”（ Pioneer） ； 德 国 的 CL-289； 法 国 的 “红 隼 ”（ Crecerelles） 、 “猎 人 ”， 以 及 英 国 的 “不 死 鸟 ”（ Phoenix） 等 无 人 机 。无 人 机 在 科 索 沃 战 争 中 主 要 完 成 了 以 下 一 些 任 务 ： 中 低 空 侦 察 及 战 场 监 视 ， 电 子 干 扰 ，战 果 评 估 ， 目 标 定 位 ， 气 象 资 料 搜 集 ， 散 发 传 单 以 及 营 救 飞 行 员 等 。科 索 沃 战 争 不 仅 大 大 提 高 了 无 人 机 在 战 争 中 的 地 位 ， 而 且 引 起 了 各 国 政 府 对 无 人 机 的重 视 。 美 国 参 议 院 武 装 部 队 委 员 会 要 求 ， 10 年 内 军 方 应 准 备 足 够 数 量 的 无 人 系 统 ， 使 低 空攻 击 机 中 有 三 分 之 一 是 无 人 机 ； 15 年 内 ， 地 面 战 车 中 应 有 三 分 之 一 是 无 人 系 统 。 这 并 不 是7要 用 无 人 系 统 代 替 飞 行 员 及 有 人 飞 机 ， 而 是 用 它 们 补 充 有 人 飞 机 的 能 力 ， 以 便 在 高 风 险 的任务 中 尽 量 少 用 飞 行 员 。 无 人 机 的 发 展 必 将 推 动 现 代 战 争 理 论 和 无 人 战 争 体 系 的 发 展 。6.2 特 种 功 能 的 机 器 人机 器 警 察所 谓 地 面 军 用 机 器 人 是 指 在 地 面 上 使 用 的 机 器 人 系 统 ， 它 们 不 仅 在 和 平 时 期 可 以 帮 助民 警 排 除 炸 弹 、 完 成 要 地 保 安 任 务 ， 在 战 时 还 可 以 代 替 士 兵 执 行 扫 雷 、 侦 察 和 攻 击 等 各 种任 务 ， 今 天 美 、 英 、 德 、 法 、 日 等 国 均 已 研 制 出 多 种 型 号 的 地 面 军 用 机 器 人 。英 国 的 “手 推 车 ”机 器 人在 西 方 国 家 中 ， 恐 怖 活 动 始 终 是 个 令 当 局 头 疼 的 问 题 。 英 国 由 于 民 族 矛 盾 ， 饱 受 爆 炸物 的 威 胁 ， 因 而 早 在 60 年 代 就 研 制 成 功 排 爆 机 器 人 。 英 国 研 制 的 履 带 式 “手 推 车 ”及 “超 级 手推 车 ”排 爆 机 器 人 ， 已 向 50 多 个 国 家 的 军 警 机 构 售 出 了 800 台 以 上 。 最 近 英 国 又 将 手 推 车 机器 人 加 以 优 化 ， 研 制 出 土 拨 鼠 及 野 牛 两 种 遥 控 电 动 排 爆 机 器 人 ， 英 国 皇 家 工 程 兵 在 波 黑 及科 索 沃 都 用 它 们 探 测 及 处 理 爆 炸 物 。 土 拨 鼠 重 35 公 斤 ， 在 桅 杆 上 装 有 两 台 摄 像 机 。 野 牛 重210 公 斤 ， 可 携 带 100 公 斤 负 载 。 两 者 均 采 用 无 线 电 控 制 系 统 ， 遥 控 距 离 约 1 公 里 。“土 拨 鼠 ”和 “野 牛 ”排 爆 机 器 人除 了 恐 怖 分 子 安 放 的 炸 弹 外 ， 在 世 界 上 许 多 战 乱 国 家 中 ， 到 处 都 散 布 着 未 爆 炸 的 各 种弹 药 。 例 如 ， 海 湾 战 争 后 的 科 威 特 ， 就 像 一 座 随 时 可 能 爆 炸 的 弹 药 库 。 在 伊 科 边 境 一 万 多平 方 公 里 的 地 区 内 ， 有 16 个 国 家 制 造 的 25 万 颗 地 雷 ， 85 万 发 炮 弹 ， 以 及 多 国 部 队 投 下 的 布雷 弹 及 子 母 弹 的 2500 万 颗 子 弹 ， 其 中 至 少 有 20 没 有 爆 炸 。 而 且 直 到 现 在 ， 在 许 多 国 家 中甚 至 还 残 留 有 一 次 大 战 和 二 次 大 战 中 未 爆 炸 的 炸 弹 和 地 雷 。 因 此 ， 爆 炸 物 处 理 机 器 人 的 需求 量 是 很 大 的 。排 除 爆 炸 物 机 器 人 有 轮 式 的 及 履 带 式 的 ， 它 们 一 般 体 积 不 大 ， 转 向 灵 活 ， 便 于 在 狭 窄的 地 方 工 作 ， 操 作 人 员 可 以 在 几 百 米 到 几 公 里 以 外 通 过 无 线 电 或 光 缆 控 制 其 活 动 。 机 器 人车 上 一 般 装 有 多 台 彩 色 CCD 摄 像 机 用 来 对 爆 炸 物 进 行 观 察 ； 一 个 多 自 由 度 机 械 手 ， 用 它 的手 爪 或 夹 钳 可 将 爆 炸 物 的 引 信 或 雷 管 拧 下 来 ， 并 把 爆 炸 物 运 走 ； 车 上 还 装 有 猎 枪 ， 利 用 激光 指 示 器 瞄 准 后 ， 它 可 把 爆 炸 物 的 定 时 装 置 及 引 爆 装 置 击 毁 ； 有 的 机 器 人 还 装 有 高 压 水 枪 ，可 以 切 割 爆 炸 物 。德 国 的 排 爆 机 器 人8在 法 国 ， 空 军 、 陆 军 和 警 察 署 都 购 买 了 Cybernetics 公 司 研 制 的 TRS200 中 型 排 爆 机 器 人 。DM 公 司 研 制 的 RM35 机 器 人 也 被 巴 黎 机 场 管 理 局 选 中 。 德 国 驻 波 黑 的 维 和 部 队 则 装 备 了Telerob 公 司 的 MV4 系 列 机 器 人 。 我 国 沈 阳 自 动 化 所 研 制 的 PXJ-2 机 器 人 也 加 入 了 公 安 部 队的 行 列 。美 国 Remotec 公 司 的 Andros 系 列 机 器 人 受 到 各 国 军 警 部 门 的 欢 迎 ， 白 宫 及 国 会 大 厦 的警 察 局 都 购 买 了 这 种 机 器 人 。 在 南 非 总 统 选 举 之 前 ， 警 方 购 买 了 四 台 AndrosVIA 型 机 器 人 ，它 们 在 选 举 过 程 中 总 共 执 行 了 100 多 次 任 务 。 Andros 机 器 人 可 用 于 小 型 随 机 爆 炸 物 的 处 理 ，它 是 美 国 空 军 客 机 及 客 车 上 使 用 的 唯 一 的 机 器 人 。 海 湾 战 争 后 ， 美 国 海 军 也 曾 用 这 种 机 器人 在 沙 特 阿 拉 伯 和 科 威 特 的 空 军 基 地 清 理 地 雷 及 未 爆 炸 的 弹 药 。 美 国 空 军 还 派 出 5 台 Andros机 器 人 前 往 科 索 沃 ， 用 于 爆 炸 物 及 子 炮 弹 的 清 理 。 空 军 每 个 现 役 排 爆 小 队 及 航 空 救 援 中 心都 装 备 有 一 台 Andros VI。我 国 研 制 的 排 爆 机 器 人排 爆 机 器 人 不 仅 可 以 排 除 炸 弹 ， 利 用 它 的 侦 察 传 感 器 还 可 监 视 犯 罪 分 子 的 活 动 。 监 视人 员 可 以 在 远 处 对 犯 罪 分 子 昼 夜 进 行 观 察 ， 监 听 他 们 的 谈 话 ， 不 必 暴 露 自 己 就 可 对 情 况 了如 指 掌 。1993 年 初 ， 在 美 国 发 生 了 韦 科 庄 园 教 案 ， 为 了 弄 清 教 徒 们 的 活 动 ， 联 邦 调 查 局 使 用 了两 种 机 器 人 。 一 种 是 Remotec 公 司 的 AndrosVA 型 和 Andros MarkVIA 型 机 器 人 ， 另 一 种 是RST 公 司 研 制 的 STV 机 器 人 。 STV 是 一 辆 6 轮 遥 控 车 ， 采 用 无 线 电 及 光 缆 通 信 。 车 上 有 一个 可 升 高 到 4.5 米 的 支 架 ， 上 面 装 有 彩 色 立 体 摄 像 机 、 昼 用 瞄 准 具 、 微 光 夜 视 瞄 具 、 双 耳音 频 探 测 器 、 化 学 探 测 器 、 卫 星 定 位 系 统 、 目 标 跟 踪 用 的 前 视 红 外 传 感 器 等 。 该 车 仅 需 一名 操 作 人 员 ， 遥 控 距 离 达 10 公 里 。 在 这 次 行 动 中 共 出 动 了 3 台 STV， 操 作 人 员 遥 控 机 器 人行 驶 到 距 庄 园 548 米 的 地 方 停 下 来 ， 升 起 车 上 的 支 架 ， 利 用 摄 像 机 和 红 外 探 测 器 向 窗 内 窥探 ， 联 邦 调 查 局 的 官 员 们 围 着 荧 光 屏 观 察 传 感 器 发 回 的 图 像 ， 可 以 把 屋 里 的 活 动 看 得 一 清二 楚 。6.3 民 用 机 器 人机 器 人 指 挥其 实 并 不 是 人 们 不 想 给 机 器 人 一 个 完 整 的 定 义 ， 自 机 器 人 诞 生 之 日 起 人 们 就 不 断 地 尝试 着 说 明 到 底 什 么 是 机 器 人 。 但 随 着 机 器 人 技 术 的 飞 速 发 展 和 信 息 时 代 的 到 来 ， 机 器 人 所 涵盖 的 内 容 越 来 越 丰 富 ， 机 器 人 的 定 义 也 不 断 充 实 和 创 新 。91886 年 法 国 作 家 利 尔 亚 当 在 他 的 小 说 未 来 夏 娃 中 将 外 表 像 人 的 机 器 起 名 为 “安 德 罗丁 ”（ android） ， 它 由 4 部 分 组 成 ：1， 生 命 系 统 （ 平 衡 、 步 行 、 发 声 、 身 体 摆 动 、 感 觉 、 表 情 、 调 节 运 动 等 ） ；2， 造 型 解 质 （ 关 节 能 自 由 运 动 的 金 属 覆 盖 体 ， 一 种 盔 甲 ） ；3， 人 造 肌 肉 （ 在 上 述 盔 甲 上 有 肉 体 、 静 脉 、 性 别 等 身 体 的 各 种 形 态 ） ；4， 人 造 皮 肤 （ 含 有 肤 色 、 机 理 、 轮 廓 、 头 发 、 视 觉 、 牙 齿 、 手 爪 等 ） 。1920 年 捷 克 作 家 卡 雷 尔 卡 佩 克 发 表 了 科 幻 剧 本 罗 萨 姆 的 万 能 机 器 人 。 在 剧 本 中 ，卡 佩 克 把 捷 克 语 “Robota”写 成 了 “Robot”， “Robota”是 奴 隶 的 意 思 。 该 剧 预 告 了 机 器 人 的 发 展对 人 类 社 会 的 悲 剧 性 影 响 ， 引 起 了 大 家 的 广 泛 关 注 ， 被 当 成 了 机 器 人 一 词 的 起 源 。 在 该 剧中 ， 机 器 人 按 照 其 主 人 的 命 令 默 默 地 工 作 ， 没 有 感 觉 和 感 情 ， 以 呆 板 的 方 式 从 事 繁 重 的 劳动 。 后 来 ， 罗 萨 姆 公 司 取 得 了 成 功 ， 使 机 器 人 具 有 了 感 情 ， 导 致 机 器 人 的 应 用 部 门 迅 速 增加 。 在 工 厂 和 家 务 劳 动 中 ， 机 器 人 成 了 必 不 可 少 的 成 员 。 机 器 人 发 觉 人 类 十 分 自 私 和 不 公正 ， 终 于 造 反 了 ， 机 器 人 的 体 能 和 智 能 都 非 常 优 异 ， 因 此 消 灭 了 人 类 。但 是 机 器 人 不 知 道 如 何 制 造 它 们 自 己 ， 认 为 它 们 自 己 很 快 就 会 灭 绝 ， 所 以 它 们 开 始 寻找 人 类 的 幸 存 者 ， 但 没 有 结 果 。 最 后 ， 一 对 感 知 能 力 优 于 其 它 机 器 人 的 男 女 机 器 人 相 爱 了 。这 时 机 器 人 进 化 为 人 类 ， 世 界 又 起 死 回 生 了 。卡 佩 克 提 出 的 是 机 器 人 的 安 全 、 感 知 和 自 我 繁 殖 问 题 。 科 学 技 术 的 进 步 很 可 能 引 发 人类 不 希 望 出 现 的 问 题 。 虽 然 科 幻 世 界 只 是 一 种 想 象 ， 但 人 类 社 会 将 可 能 面 临 这 种 现 实 。为 了 防 止 机 器 人 伤 害 人 类 ， 科 幻 作 家 阿 西 莫 夫 （ Isaac.Asimov） 于 1940 年 提 出 了 “机 器 人三 原 则 ”：1， 机 器 人 不 应 伤 害 人 类 ；2， 机 器 人 应 遵 守 人 类 的 命 令 ， 与 第 一 条 违 背 的 命 令 除 外 ；3， 机 器 人 应 能 保 护 自 己 ， 与 第 一 条 相 抵 触 者 除 外 。这 是 给 机 器 人 赋 予 的 伦 理 性 纲 领 。 机 器 人 学 术 界 一 直 将 这 三 原 则 作 为 机 器 人 开 发 的 准则 。在 1967 年 日 本 召 开 的 第 一 届 机 器 人 学 术 会 议 上 ， 就 提 出 了 两 个 有 代 表 性 的 定 义 。 一 是森 政 弘 与 合 田 周 平 提 出 的 ： “机 器 人 是 一 种 具 有 移 动 性 、 个 体 性 、 智 能 性 、 通 用 性 、 半 机 械半 人 性 、 自 动 性 、 奴 隶 性 等 7 个 特 征 的 柔 性 机 器 ”。 从 这 一 定 义 出 发 ， 森 政 弘 又 提 出 了 用 自动 性 、 智 能 性 、 个 体 性 、 半 机 械 半 人 性 、 作 业 性 、 通 用 性 、 信 息 性 、 柔 性 、 有 限 性 、 移 动10性 等 10 个 特 性 来 表 示 机 器 人 的 形 象 。 另 一 个 是 加 藤 一 郎 提 出 的 具 有 如 下 3 个 条 件 的 机 器 称 为机 器 人 ：1， 具 有 脑 、 手 、 脚 等 三 要 素 的 个 体 ；2， 具 有 非 接 触 传 感 器 （ 用 眼 、 耳 接 受 远 方 信 息 ） 和 接 触 传 感 器 ；3， 具 有 平 衡 觉 和 固 有 觉 的 传 感 器 。礼 仪 机 器 人该 定 义 强 调 了 机 器 人 应 当 仿 人 的 含 义 ， 即 它 靠 手 进 行 作 业 ， 靠 脚 实 现 移 动 ， 由 脑 来 完成 统 一 指 挥 的 作 用 。 非 接 触 传 感 器 和 接 触 传 感 器 相 当 于 人 的 五 官 ， 使 机 器 人 能 够 识 别 外 界环 境 ， 而 平 衡 觉 和 固 有 觉 则 是 机 器 人 感 知 本 身 状 态 所 不 可 缺 少 的 传 感 器 。 这 里 描 述 的 不 是工 业 机 器 人 而 是 自 主 机 器 人 。机 器 人 的 定 义 是 多 种 多 样 的 ， 其 原 因 是 它 具 有 一 定 的 模 糊 性 。 动 物 一 般 具 有 上 述 这 些要 素 ， 所 以 在 把 机 器 人 理 解 为 仿 人 机 器 的 同 时 ， 也 可 以 广 义 地 把 机 器 人 理 解 为 仿 动 物 的 机器 。1988 年 法 国 的 埃 斯 皮 奥 将 机 器 人 定 义 为 ： “机 器 人 学 是 指 设 计 能 根 据 传 感 器 信 息 实 现 预先 规 划 好 的 作 业 系 统 ， 并 以 此 系 统 的 使 用 方 法 作 为 研 究 对 象 ”。1987 年 国 际 标 准 化 组 织 对 工 业 机 器 人 进 行 了 定 义 ： “工 业 机 器 人 是 一 种 具 有 自 动 控 制 的操 作 和 移 动 功 能 ， 能 完 成 各 种 作 业 的 可 编 程 操 作 机 。 ”我 国 科 学 家 对 机 器 人 的 定 义 是 ： “机 器 人 是 一 种 自 动 化 的 机 器 ， 所 不 同 的 是 这 种 机 器 具备 一 些 与 人 或 生 物 相 似 的 智 能 能 力 ， 如 感 知 能 力 、 规 划 能 力 、 动 作 能 力 和 协 同 能 力 ， 是 一种 具 有 高 度 灵 活 性 的 自 动 化 机 器 ”。 在 研 究 和 开 发 未 知 及 不 确 定 环 境 下 作 业 的 机 器 人 的 过 程中 ， 人 们 逐 步 认 识 到 机 器 人 技 术 的 本 质 是 感 知 、 决 策 、 行 动 和 交 互 技 术 的 结 合 。 随 着 人 们对 机 器 人 技 术 智 能 化 本 质 认 识 的 加 深 ， 机 器 人 技 术 开 始 源 源 不 断 地 向 人 类 活 动 的 各 个 领 域渗 透 。 结 合 这 些 领 域 的 应 用 特 点 ， 人 们 发 展 了 各 式 各 样 的 具 有 感 知 、 决 策 、 行 动 和 交 互 能力 的 特 种 机 器 人 和 各 种 智 能 机 器 ， 如 移 动 机 器 人 、 微 机 器 人 、 水 下 机 器 人 、 医 疗 机 器 人 、军 用 机 器 人 、 空 中 空 间 机 器 人 、 娱 乐 机 器 人 等 。 对 不 同 任 务 和 特 殊 环 境 的 适 应 性 ， 也 是 机器 人 与 一 般 自 动 化 装 备 的 重 要 区 别 。 这 些 机 器 人 从 外 观 上 已 远 远 脱 离 了 最 初 仿 人 型 机 器 人和 工 业 机 器 人 所 具 有 的 形 状 ， 更 加 符 合 各 种 不 同 应 用 领 域 的 特 殊 要 求 ， 其 功 能 和 智 能 程 度也 大 大 增 强 ， 从 而 为 机 器 人 技 术 开 辟 出 更 加 广 阔 的 发 展 空 间 。中 国 工 程 院 院 长 宋 健 指 出 ： “机 器 人 学 的 进 步 和 应 用 是 20 世 纪 自 动 控 制 最 有 说 服 力 的 成就 ， 是 当 代 最 高 意 义 上 的 自 动 化 ”。 机 器 人 技 术 综 合 了 多 学 科 的 发 展 成 果 ， 代 表 了 高 技 术 的11发 展 前 沿 ， 它 在 人 类 生 活 应 用 领 域 的 不 断 扩 大 正 引 起 国 际 上 重 新 认 识 机 器 人 技 术 的 作 用 和影响 。我 国 的 机 器 人 专 家 从 应 用 环 境 出 发 ， 将 机 器 人 分 为 两 大 类 ， 即 工 业 机 器 人 和 特 种 机 器人 。 所 谓 工 业 机 器 人 就 是 面 向 工 业 领 域 的 多 关 节 机 械 手 或 多 自 由 度 机 器 人 。 而 特 种 机 器 人则 是 除 工 业 机 器 人 之 外 的 、 用 于 非 制 造 业 并 服 务 于 人 类 的 各 种 先 进 机 器 人 ， 包 括 ： 服 务 机器 人 、 水 下 机 器 人 、 娱 乐 机 器 人 、 军 用 机 器 人 、 农 业 机 器 人 、 机 器 人 化 机 器 等 。 在 特 种 机器 人 中 ， 有 些 分 支 发 展 很 快 ， 有 独 立 成 体 系 的 趋 势 ， 如 服 务 机 器 人 、 水 下 机 器 人 、 军 用 机器 人 、 微 操 作 机 器 人 等 。 目 前 ， 国 际 上 的 机 器 人 学 者 ， 从 应 用 环 境 出 发 将 机 器 人 也 分 为 两类 ： 制 造 环 境 下 的 工 业 机 器 人 和 非 制 造 环 境 下 的 服 务 与 仿 人 型 机 器 人 ， 这 和 我 国 的 分 类 是一 致 的 。古 代 机 器 人机 器 人 一 词 的 出 现 和 世 界 上 第 一 台 工 业 机 器 人 的 问 世 都 是 近 几 十 年 的 事 。 然 而 人 们 对机 器 人 的 幻 想 与 追 求 却 已 有 3000 多 年 的 历 史 。 人 类 希 望 制 造 一 种 像 人 一 样 的 机 器 ， 以 便 代替 人 类 完 成 各 种 工 作 。机 器 马 车西 周 时 期 ， 我 国 的 能 工 巧 匠 偃 师 就 研 制 出 了 能 歌 善 舞 的 伶 人 ， 这 是 我 国 最 早 记 载 的 机器 人 。春 秋 后 期 ， 我 国 著 名 的 木 匠 鲁 班 ， 在 机 械 方 面 也 是 一 位 发 明 家 ， 据 墨 经 记 载 ， 他 曾制 造 过 一 只 木 鸟 ， 能 在 空 中 飞 行 “三 日 不 下 ”， 体 现 了 我 国 劳 动 人 民 的 聪 明 智 慧 。公 元 前 2 世 纪 ， 亚 历 山 大 时 代 的 古 希 腊 人 发 明 了 最 原 始 的 机 器 人 自 动 机 。 它 是 以 水 、空 气 和 蒸 汽 压 力 为 动 力 的 会 动 的 雕 像 ， 它 可 以 自 己 开 门 ， 还 可 以 借 助 蒸 汽 唱 歌 。1800 年 前 的 汉 代 ， 大 科 学 家 张 衡 不 仅 发 明 了 地 动 仪 ， 而 且 发 明 了 计 里 鼓 车 。 计 里 鼓 车每 行 一 里 ， 车 上 木 人 击 鼓 一 下 ， 每 行 十 里 击 钟 一 下 。后 汉 三 国 时 期 ， 蜀 国 丞 相 诸 葛 亮 成 功 地 创 造 出 了 “木 牛 流 马 ”， 并 用 其 运 送 军 粮 ， 支 援 前方 战 争 。1662 年 ， 日 本 的 竹 田 近 江 利 用 钟 表 技 术 发 明 了 自 动 机 器 玩 偶 ， 并 在 大 阪 的 道 顿 堀 演 出 。 1738 年 ， 法 国 天 才 技 师 杰 克 戴 瓦 克 逊 发 明 了 一 只 机 器 鸭 ， 它 会 嘎 嘎 叫 ， 会 游 泳 和 喝 水 ，还 会 进 食 和 排 泄 。 瓦 克 逊 的 本 意 是 想 把 生 物 的 功 能 加 以 机 械 化 而 进 行 医 学 上 的 分 析 。写 字 机 器 人12在 当 时 的 自 动 玩 偶 中 ， 最 杰 出 的 要 数 瑞 士 的 钟 表 匠 杰 克 道 罗 斯 和 他 的 儿 子 利 路 易 道 罗斯 。 1773 年 ， 他 们 连 续 推 出 了 自 动 书 写 玩 偶 、 自 动 演 奏 玩 偶 等 ， 他 们 创 造 的 自 动 玩 偶 是 利 用齿 轮 和 发 条 原 理 而 制 成 的 。 它 们 有 的 拿 着 画 笔 和
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