关于机器人的发展历史

精选文库关于机器人的发展历史库卡公司最早于1898年由Johann Josef Keller和Jakob Knappich在奥格斯堡建立。最初主要专注于室内及城市照明。但与此不久公司就涉足至其它领域（焊接工具及设备，大型容器），1966年公司成为欧洲市政车辆的市场领导者。1973年公司研发了其名为 FAMULUS第一台工业机器人。当时库卡公司属Quandt集团旗下，而Quandt家族则于1980年退出。公司成为一个上市公司。1995年库卡机器人技术脱离库卡焊接及机器人有限公司独立成立有限公司，与库卡焊接设备有限公司（即后来的库卡系统有限公司），同属属于库卡股分公司（前身IWKA集团）。现今库卡专注于向工业生产过程提供先进的自动化解决方案。库卡机器人公司目前全球拥有3150名员工（2012年9月30日数据），其总部在德国奥格斯堡。公司主要客户来自汽车制造领域，但在其他工业领域的运用也越来越广泛。重要发展1971 为Daimler-Benz建成欧洲第一台焊接传输线。1973 库卡建成全球第一台六轴机电驱动的工业机器人FAMULUS。1976 IR 6/60 全新的机器人类型六轴机电驱动带角手。1989 新一代工业机器人诞生 无刷电机的使用降低了维护成本提高了技术可用性。2007 库卡 titan“ - 当时最强大的6轴工业机器人，被计入吉尼斯纪录。2010 KR QUANTEC系列工业机器人贴补了机器人家庭中载重90-300公斤工作范围达3100毫米这一部分的空白。2012 最新小型机器人系列KR AGILUS上市。ABB是全球领先的电力和自动化集团，总部设在瑞士。ABB集团业务遍布全球100多个国家，拥有120,000名员工。在中国的13,000名员工，在60个不同城市服务于26家本地企业和38个销售与服务分公司。ABB致力于研发、生产机器人已有30多年的历史并且拥有全球160000多套机器人的安装经验。作为工业机器人的先行者以及世界领先的机器人制造厂商，在瑞典、挪威和中国等地设有机器人研发、制造和销售基地。ABB于1974年发明了世界上第一台工业机器人，并拥有当今最多种类、最全面的机器人产品、技术和服务，及最大的机器人装机量。ABB的领先不光体现在其所占有的市场份额和规模，还包括其在行业中敏锐的前瞻眼光。ABB与中国的关系始于20世纪初。1907年，ABB向中国提供了第一台蒸汽锅炉，自此，ABB与中国的贸易关系开始了长足的发展。1974年，ABB在香港设立了中国业务部，随后又于1979年在北京设立了其永久性办事处。1994年ABB将其中国总部迁至北京。2005年，ABB在中国上海投产国际领先的机器人生产线，同年设立全球性机器人研究中心。ABB集团是目前唯一一家在华从事工业机器人生产的国际企业。2006年，ABB集团将五大业务部门之一的机器人业务总部落户中国上海。2007年，ABB集团扩大在华机器人生产业务，引入最新型号机器人生产线。2008年，ABB机器人柔性精加工亚太区技术中心落户上海，这标志着ABB在柔性精加工应用领域的一个重要里程碑，将更好地贴近客户、开拓亚洲市场提供便利。2009年，投资1.5亿美金，ABB机器人总部新址落户上海康桥工业园区。在中国，ABB先进的机器人自动化解决方案和包括白车身，冲压自动化，动力总成和涂装自动化在内的四大系统正为各大汽车整车厂和零部件供应商以及消费品、铸造、塑料和金属加工工业提供全面完善的服务。ABB在中国主要生产大型工业机器人，弧焊、涂装等小型机器人和机器人控制器，产品出口全世界。随着中国工业行业的迅猛发展，对工业机器人的需求也日益增加，ABB将不断开发出适合本地和亚太市场需求的新的机器人解决方案，以此来满足广大客户的特殊需求，帮助其提高生产效率。ABB机器人在中国开展了全方位的业务活动，包括制造、研发、销售、工程和服务等，拥有领先的市场份额。ABB基于“根植本地，服务全球”的经营理念，将中国研发、制造的产品和系统设备销往全球各地，例如欧洲的沃尔沃汽车公司、美洲的机器人产品及配套系统设备、为印度TATA汽车公司提供先进的弧焊技术等。同时在中国的全球采购计划，为世界各地的ABB公司服务。中国是ABB在全球最大的市场。ABB是全球领先的工业机器人供应商，同时提供机器人软件、外设、模块化制造单元及相关服务，产品广泛应用于焊接、物料搬运、装配、喷涂、精加工、拾料、包装、货盘堆垛、机械管理等领域，以汽车、塑料、金属加工、铸造、电子、制药、食品、饮料等行业为目标市场。ABB不但服务于包括诸如戴姆勒.克莱斯勒、法国标致和本田等知名跨国公司，而且我们与越来越多优秀的中国企业，例如吉利、长城汽车、比亚迪、上海通用、上海大众、富士康、娃哈哈、蒙牛等建立起密切的合作伙伴关系。ABB致力于提供解决方案，帮助客户提高生产效率、改善产品质量、提升安全水平。在工业机器人行业，ABB可谓是当之无愧的领先者。目前，日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外，还注重中间件的研制。然而，近年来日本基本上在做模仿性的工作，突破性技术比较少。而美国在机器人领域的技术开发方面，一直保持着世界领先地位。再有，美国主要做高附加值的产业，比如军用机器人，目前世界销售的9000台军用机器人之中，有60%来自美国。比如：美国最近研制成功的Big Dog军用机器人，能负重100公斤，行进速度跟人相当，每小时达到五公里，还能适应各种地形，即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。在各种机器人中，工业机器人应用较早，发展最为成熟。同时，技术的不断进步一直在牵引着机器人学科的发展，使机器人的应用领域从工业机器人扩展到特种机器人和服务机器人等。机器人技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。机器人不但将在工厂、实验室与人一起工作，还将在车站、机场、码头、交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。机器人还将步入千家万户，为老人端茶送水，护理伤病人等等。未来机器人将会越来越广泛地进入人类社会，人类对机器人的依赖会如同现时对待计算机一样，即使是短时间的离开都可能会造成很大不便。机器人化是先进制造领域的重要标志和关键技术，针对先进制造业生产效率提高的诸多瓶颈问题，尤其是在汽车产业中，机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目前汽车制造业是所有行业中人均拥有机器人密度最高的行业，如2004年德国制造业中每1万名工人中拥有机器人的数量为162台，而在汽车制造业中每1万名工人中拥有机器人的数量则为1140台；意大利的这一数值更能说明问题，2004年意大利制造业中每1万名工人中拥有辅助操作的机器人数量为123台，而在汽车制造业中每1万名工人中机器人的拥有数量则高达1600台。在国外，应用于制造业的机器人取得了较显著进展，已成为一种标准设备而得到工业界广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的、知名机器人公司。如德国的KUKA、瑞典的ABB、日本的安川等。据专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，2002年至2004年，世界机器人市场年增长率平均在10%左右，2005年达到创纪录的30%，2007年全球机器人实际安装量达到650万台，机器人安装量比2006年增加3%，达到了114365台。据统计，近年来全球机器人行业发展迅速，2008年全球机器人行业总销售量比2006年增长25。而无论在使用、生产还是出口方面，日本一直是全球领先者，目前日本已经有130余家专业的机器人制造商。世界各国主要行业对机器人的需求详人已应用在汽车制造厂的焊装线上，我国现有机器人研究开发和应用工程单位200多家，其中从事机器人研究和应用的有75家，共开发生产各类机器人约3000多台，90%以上用于生产，引进机器人做应用工程的约1000多台。在国内，机器人产业刚刚起步，但增长的势头非常强劲，我国机器人经过20多年的发展已在产业化的道路上迈开了步伐。近几年，我国应用于制造业的机器人及自动化生产线和工程项目、相关产品的年产销额已近五亿元。我国的机器人产品生产企业比较少，目前沈阳新松机器人股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司和北京机械工业自动化研究所工程中心是三家主要生产基地，每家企业年产值相比国外企业仍有较大的差距，其中还包括一些机器人外围产品，没有形成规模化生产，规模经济并不突出。由于机器人在研制、设计和试验过程中，经常需要对其运动学、动力学性能进行分析以及进行轨迹规划设计，而机器人又是多自由度、多连杆空间机构，其运动学和动力学问题十分复杂，计算难度和计算量都很大。若将机械手作为仿真对象，运用计算机图形技术、CAD技术和机器人学理论在计算机中形成几何图形，并动画显示，然后对机器人的机构设计、运动学正反解分析、操作臂控制以及实际工作环境中的障碍避让和碰撞干涉等诸多问题进行模拟仿真，这样就可以很好地解决研发机器人过程中出现的问题，也能极大的促进我国机器人技术的发展 。从整体上来说，我国机器人产业还很薄弱，机器人研究仍然任重而道远。我国市场上机器人总共拥有量近万台，仅占全球总量的0.56%，其中完全国产机器人行业集中度仅为占30%，其余皆为从日本、美国、瑞典、德国、意大利等20多个国家引进。究其原因，很大程度在于自主品牌不够，发展壮大自主品牌及其自动化成套装备产业成为当务之急，由于机器人是最典型的机电一体化、数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进装备制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。随着我国企业自动化水平的不断提高、人民生活需求水平的提高，机器人市场也会越来越大，这就给机器人研究、开发、生产者带来巨大商机，目前中科院常州中心常州机械电子工程研究所致力于机器人及智能装备技术的开发。我国机器人市场竞争越来越激烈，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，加快机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的主要途径。因此我国机器人行业要认识到以下几点情况：第一，机器人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径，政府要对国产机器人有更多的政策与经济支持，参考国外先进经验，加大技术投入与改造；第二，在国家的科技发展计划中，应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持，形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面；第三，部分国产机器人已经与国外相当，企业采购机器人时不要盲目进口，应该综合评估，立足国产。据资料显示，截止2008年底我国制造业拥有31400台机器人，国产的不足千台，但还缺乏整体核心技术的突破，尤其在自动控制、精加工和材料方面，具有中国知识产权的机器人很少，不少关键元器件至今尚不能自己生产或者性能不高，这些因素已经开始严重影响国产机器人做大做强步伐。目前，国际制造业中心正向中国转移，用信息化带动工业化、用高新技术改造传统产业已成为江苏省工业发展的必由之路。作为先进制造装备之典型代表的机器人必将有一个大的产业发展空间，市场前景广阔。虽然我国目前的机器人市场不大，但其潜在市场很大。汽车、工程机械、电子、电机和金属加工等工业仍是应用机器人的主要部门。在这些部门，机器人的装机台数与实际需要相差甚远，有很大的市场。对于建筑、包装、空间、海洋、采矿(含海底采矿)、电力、农林和医疗等新的领域，其机器人市场也是很大的。只要用得成功，就比较容易推广应用。扩大机器人的应用领域是开拓国内机器人市场的必要举措之一。我们知道，现代高端科技研制的各种类型机器人，已经在众多的领域得到较广泛的应用，占有举重轻足的地位。科学在不断地发展，机器人制造工艺的各项性能水平也在不断地得已提升。从较早期只能执行简单程序，重复简单动作的工业机器人，发展到如今装载智能程序有较强智能表现的智能机器人，以及正在努力研制的具备犹如人类复杂意识般的意识化机器人。可以说机器人的发展史犹如人类的文明和进化史在不断地向着更高级发展。从原则上说，意识化机器人已是机器人的高级形态，不过意识又可划分为简单意识和复杂意识之类。对于人类来说，是具有非常完美的复杂意识，而现代所谓的意识机器人，最多只是简单化意识，对于未来意识化智能机器人很可能的几大发展趋势，在这里概括性地分析如下：一、语言交流功能越来越完美智能机器人，既然已经被赋予“人”的特殊称义，那当然需要有比较完美的语言功能，这样就能与人类进行一定的，甚至完美的语言交流，所以机器人语言功能的完善是一个非常重要的环节。现代智能机器人的语言功能，主要是依赖于其内部存储器内预先储存大量的语音语句和文字词汇语句，其语言的能力取决于，数据库内储存语句量的大小，以其储存的语言范围。如果与人类进行语言交流时，人类所提问的问题超过其数据库范围，那机器人很可能会答非所问，或者回答不知道，或者一直按统一的设定语句回答。还有相关的文字聊天机器人也亦样。从这方面来说，显然数据库词汇量越大的机器人，其聊天能力也会越强，这如同人类学习知识一般，学习的知识越多，知道的越多，掌握的技能也会越多，表达的能力也相对越强。由此我们可以进一步这样设想，假设机器人储存的聊天语句足够多的话，能涵盖所有的语汇，语句，那么机器人就有可能与常人的聊天能力相媲美，甚至还要强。此时的机器人相当于具有更广的知识面了，虽然机器人可能并不清楚聊天语句的真正涵义。对于未来智能机器人的语言交流功能会越来越完美化，是一个必然性趋势，在人类的完美设计程序下，它们能轻松地掌握多个国家的语言，远高于人类的学习能力。那机器人是怎样掌握的呢？方式很简易化，因为机器人主要是以内部储存的语言库进行交流，在未来互联网上很可能会建立一个对应于世界多个国家的机器人语言库下载网站。进入网站后，可以看到每个国家的语言包下载连接，语言包中将对应几乎所有的词汇、语句、及相关的纯正发音，和详细的解释。所以每个语言包，理论上的容量都是非常大的，可能达到几百G吧，这对人类来说制作语言包是极费时，费精力的工作。为此需要许多人类的参与才能顺利组建。而对未来机器人巨大的储存量，只需轻松地下载这些语言包，解压后就能瞬间掌握某个国家的语言，多下载多掌握。这相比人类学习任何一种语言都得花费极大的时间和精力，人类只能自叹弗如了。另外，机器人还能进行自我的语言词汇重组能力，就是当人类与之交流时，若遇到语言包程序中没有的语句或词汇时，可以自动地用相关的或相近意思词组，按句子的结构重组成一句新句子来回答，这也相当于类似人类的学习能力和逻辑能力，是一种意识化的表现。二、各种动作的完美化机器人的动作是相对于模仿人类动作来说的，我们知道人类能做的动作是极至多样化的，招手、握手、走、跑、跳、等各种手势，都是人类的惯用动作。不过现代智能机器人虽也能模仿人的部分动作，不过相对是有点僵化的感觉，或者动作是比较缓慢的。未来机器人将以更灵活的类似人类的关节和仿真人造肌肉，使其动作更像人类，模仿人的所有动作，甚至做得更有形将成为可能。还有可能做出一些普通人很难做出的动作，如平地翻跟斗，倒立等。三、外形越来越酷似人类科学家们研制越来越高级的智能机器人，是主要以人类自身形体为参照对象的。自然先需有一个很仿真的人型外表是首要前提，在这一方面日本应该是相对领先的，国内也是非常优秀的。当几近完美的人造皮肤，人造头发，人造五管等恰到好处地遮盖于金属内在的机器人身上时，站在那里还配以人类的完美化正统手势。这样从远处乍一看，你还真的会误以为是一个大活人。当走近时，细看才发现原来只是个机器人，对于未来机器人，仿真程度很有可能达到即使你近在咫尺细看它的外在，你也只会把它当成人类，很难分辩是机器人，这种状况就如美国科幻大片终结者中的机器人物造型具有极至完美的人类外表。四、复原功能越来越强大凡是人类都会有生老病死，而对于机器人来说，虽无此生物的常规死亡现象，但也有一系列的故障发生时刻，如内部原件故障、线路故障、机械故障、干扰性故障等。这些故障也相当于人类的病理现象，如果人类不帮助其排除相应故障，那机器人是绝难自行排除的，这些都是较明显的弊端所在。若一直无法排除，那故障会越来越严重，到最后机器人系统会完全损坏，也许这就是机器人的死亡。未来智能机器人将具备越来越强大的自行复原功能，对于自身内部零件等运行情况，机器人会随时自行检索一切状况，并做到及时排除。它和检索功能就像我们人类感觉身体哪里不舒服一样是智能意识的表现。另外机器人那完美人造皮肤下的钢筋铁骨也将越发坚不可摧，即使人造皮肤在被完全剥离机体的情况下，机械骨架还是能让身体继续呈现可怕的战斗能力，这种场景就如未来战士中的机器人原型，理论上这类超强机器人在未来我们是很可能看得到的。当然这一切还需要人类赋予其的特殊能力，未来社会有太多的智能机器人将涉及到各个领域。所以机器人的自行修复能力是必须的，如没有很强的修复能力，那在发生故障时，每次都需要人类努力地检修，帮助排除故障，会非常的麻烦。而且机器人故障可不是一般人能修理的，得特殊技术人员才能修理，考虑到这样，那研发机器人的专家会努力让其具有自行复原能力，这样也能最大化减轻人类的检修任务。五、体内能量储存越来越大智能机器人的一切活动都需要体内持续的能量支持，这就像人类需要吃饭是同一道理，不吃会没力气，会饿死。机器人动力源多数使用电能，供应电能就需要大容量的蓄电池，对于机器人的电能消耗应该说是较大的。因为它走动时是人类步行的模式，而不用传统的轮子，脚走的那种身体起伏性是需要更大的能量支持的。我们知道现代蓄电池的蓄电量都是较有限的，未来蓄电池的储电能力应该能得到较大幅度的提高，但是也可能满足不了机器人的长久动力需求，而且蓄电池容量越大充电时间也往往需越长，这样就显得较为麻烦。但如果用内燃机来做动力似乎也不妥，主要是噪音较大，而且内燃机会排放出较多的有害气体，这样机器人尤其不适合处于家庭环境中。针对能量储存供应问题，未来应该会有多种解决方式，最理想的能源应该就是可控核聚变能，微不足道的质量就能持续释放非常巨大的能量，机器人若以聚变能为动力，永久性运行将得以实现。这就像电影钢铁侠中的人物形象，也以聚变能为动力。不过这种技术对人类来说，简直太困难了，将需要在其体内安装一台微型冷核聚变反应器。且运行必须非常安全，若不安全，聚变能一下子发生大爆炸，后果不堪设想。而现在人类连热核聚变装置的稳定运行都还有许多难点要攻克，冷聚变能否实现还是一个谜，所以核聚变动力实现是遥遥无期的。另外，未来还很可能制造出一种超级能量储量器，其也是充电的，但有别于蓄电池在多次充电放电后，蓄电能力会逐步下降的缺点，能量储存器基本可永久保持储能效率。且充电快速而高效，单位体积储存能量相当于传统大容量蓄电池的百倍以上。也许这将成为智能机器人的理想动力供应源，还有可以用在未来社会普及的电动汽车上，使其一次充电能跑数万公里，那可谓是应用非常全面的理想储能器。六、逻辑分析能力越来越强人类的大部分行为能力是需要借助于逻辑分析，例如思考问题需要非常明确的逻辑推理分析能力，而相对平常化的走路，说话之类看似不需要多想的事，其实也是种简单逻辑，因为走路需要的是平衡性，大脑在根据路状不断地分析判断该怎么走才不至于摔例，人类在分析走路时，已是完美自如化的。而机器人走路则是要通过复杂的计算来进行。还有人类说话时需大脑的不断分析对方话语的含义和自己话语的意思，不能答非所问。那么对于智能机器人为了完美化模仿人类，未来科学家会不断地赋予它许多逻辑分析程序功能，这也相当于是智能的表现。如自行重组相应词汇成新的句子是逻辑能力的完美表现形式，还有若自身能量不足，可以自行充电，而不需要主人帮助，那是一种意识表现。总之逻辑分析有助人机器人自身完成许多工作，在不需要人类帮助的同时，还可以尽量地帮助人类完成一些任务，甚至是比较复杂化的任务。在一定层面上讲，机器人有较强的逻辑分析能力，是利大于弊的。七、具备越来越多样化功能人类制造机器人的目的是为人类所服务的，所以就会尽可能地把它变成多功能化，比如在家庭中，可以成为机器人保姆。会你扫地、吸尘、还可以做你的谈天朋友，还可以为你看护小孩。到外面时，机器人可以帮你搬一些重物，或提一些东西，甚至还能当你的私人保嫖。另外，未来高级智能机器人还会具备多样化的变形功能，比方从人形状态，变成一辆豪华的汽车也是有可能的，这似乎是真正意义上的变形金刚了，它载着你到处驶驰于你想去的任何地方，这种比较理想的设想，在未来都是有可能实现的。医疗机器人技术是集医学生物力学机械学机械力学材料学计算机图形学计算机视觉数学分析机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域,已经成为国际机器人领域的一个研究热点.目前,先进机器人技术在医疗外科手术规划模拟微损伤精确定位操作无损伤诊断与检测新型手术医学治疗方法等方面得到了广泛的应用,这不仅促进了传统医学的革命,也带动了新技术新理论的发展本文详细介绍了国内外有关医疗机器人的开发及应用现状,并探讨了今后的发展方向国内外研究现状(Researchstatusathomeandabroad)近年来,西方许多先进国家都进行专门立项投资,积极开展医用机器人方面的研究.如美国国防部开展了TelepresenceSurger通过CT观察病人颅内情况 并将有关的手术数据输入到控制机器人的计算机中.计算机自动识别脑中的病灶 并规划出通往病灶的途径 根据医生的指令 完成病人头部的皮肤切开在头盖骨上钻孔刺穿脑膜等工作 微型仪器从2毫米粗的导管中伸入到病变部位进行手术.这台机器人系统能切除脑肿瘤能用放射性光束杀死脑中的癌细胞 还能用导管破坏帕金森病患者脑中的有病细胞 从而制止病人的颤抖1986年 美国IBM的ThomasJ.Watson研究中心和加利福尼亚大学的研究人员开始合作开发一种创新的系统 以便进行髋骨整体置换手术.在此基础上 1992年成立了IntegratedSurgicalSystems公司并推出了ROBODOC机器人系统 它是在传统工业机器人技术基础上开发而成的 可以完成全髋骨替换 髋骨置换及修复和膝关节置换等手术.相应的 该公司还开发了ORTHODOC图像处理系统 根据CT图片进行3D建模和手术规划 为手术提供所有需要的数据 帮助医生完成监控和虚拟手术.该系统已经通过美国食品与药品检验局(FDAD认证 在美国欧洲中东亚洲等地得到应用.图1为OR-THODOC和ROBODOC机器人系统. (临场感手术)技术研究,用于战场模拟手术培训和解剖教学,NASA已通过ZEUS系统,医生可以在舒适的工作环境下操纵主手动作,并通过监视器实时监视手术的过程;在手术地点,从手忠实地模拟并按比例缩放医生用主手操作的动作,完成手术.著名的 林白手术 就是通过ZEUS系统完成的.2OOO年1月9日,美国IntuitiveSurgical公司成功开发出Davinci(达 芬奇D外科手术机器人系统,它是目前为数不多的商品化的使用技术之一.它包括一个医生控制平台多功能手术床各种手术器械和图像处理设备.手术医生在控制台上通过主手率,节约费用.(复制医生的运动D操作机器人动作,通过脚踏板来控制高质量的视觉系统.多功能手术床包括2个机器人手臂和一个内窥镜挟持手臂.为避免损伤患者微细组织和神经,内窥镜手臂在手术切口1cm上回转.图4为医生应用Davinci外科手术机器人系统进行心脏手术.DavincisurgicalrobotsystemIntuitiveSurgical公司还开发了一套完整的具有7个自由度的手术器械Endowrist,能灵活的模拟人手腕的运动,每种器械具有不同的用途,例如夹钳缝合和组织处理等.高精度的3D内窥镜和图像处理设备为医生提供术野内象开放式手术一样真实的3D图像,并通过图像同步荧光装置来增强和优化.Davinci系统可以为医生提供和开放式手术一样的直觉控制运动范围和组织处理能力,医生可以在别的房间甚至其它医院进行远程控制机械手实施修复心脏瓣膜等多种精密手术.如果医生在操纵控制杆时手臂发生颤抖,系统会自动纠错,避免出现误操作.此外,机械臂还能完成一些人手无法完成的极为精细的动作,手术切口也可以开得很小,从而缩短患者在手术后恢复的时间,同时还可以提高手术效在国内,由北京航空航天大学机器人研究所清华大学计算机图形图像中心和海军总医院共同开发的遥操作远程医用机器人系统17,如图5所示.该系统主要由影像获取传输,虚拟手术规划智能机械臂病人头部(病灶D固定装置等部分组成,可以完成确定手术靶点重建三维病灶轮廓引导定位器械定向手术系统等多个复杂步骤,治疗脑部纵深病变无需开颅.这一手术突破了传统脑外科手术的定式,病人头上不必再戴厚重的金属框架以辅助定位,病人造成的创伤面比传统手术小得多,定位也较传统手术精确.2.2康复机器人研究现状机器人用于康复领域包括助残和老人看护等,研究领域主要包括康复机械手智能轮椅,以及家庭和单位之间的交互设备及智能控制界面等康复机械手的目的是通过机器人手臂完成残疾人的手臂功能.机械手必须具有足够的自由度以满足每个用户的需要,根据机器人技术的发展水平,一般具有以下三种结构.第一种是彻底结构化的控制平台,类似于桌面工作站,将机械手安装在固定的控制平台上,完成在固定工作空间内的操作,这种方法已经实用化,如早期法国CEA公司开发的MAS-TER系统,美国TolfaCorporation开发的DEvAR系统,以及英国OxfordIntelligentMachines开发的RAID系统等.第二种结构是将机械手安装在轮椅上,这样就可以在任何地域使用,但这导致了机械手刚性下降,抓取的精度往往达不到要求,而且这种方法只适合于那些可以用轮椅的人.如美国的MOvAR系统和意大利的URMAD系统等.第三种机构是将机械手安装在自主或半自主车辆上.日本东京大学的S.Tachi教授在MIT日本实医疗机器人发展概况综述验室工作时开发了一个移动式康复机器人MEL-导盲狗.来自欧洲ScuolaSuperioreS.DOG,作为Anna技术实验室的一个研究小组在URMAD系统基础上开发了MOVAID系统,它由若干个固定的位于室内主要活动区域(如厨房和卧室D的工作站和一个可以在室内自由避障的移动机器人组成,操作者可以通过工作站的实时图形界面监控和干预机器人的动作,它可以帮助残疾人完成诸如用微波炉(专门研制的D加热食物打扫厨房和清理床铺等工作,目前,该系统已经在意大利经过了实际的残疾人使用的传感器和动力系统,用户也有可能对外界信息无法做出反应.因此功能全面的控制界面有效的控制策略,以及家庭和单位之间的交互设备也是康复机器人的研究重点.2.3医院服务机器人移动机器人也许是解决目前医院服务上一些缺陷的方法,完成一些沉重的和令人厌恶的工作,如抬起病人去厕所或为失禁病人更换床单等.一些医院服务机器人近年来得到发展,一般用来辅助护士完成食物药品医疗器械病志等的传送和投递工作.验证.一般来说,这种思路的系统一般由视觉操作器行走传感器数据采集和系统控制等几部分组成.轮椅是下肢残疾和失去行走能力的老年人的主要交通工具,已由过去单纯依靠人力操作发展到现在的智能轮椅.各类传感器和高效的信息处理及控制技术在轮椅上的应用,使轮椅成为了高度自动化的智能移动机器人.几年前,Madarasz等人提出半自主导航轮椅,具有在办公室环境下运动的能力,可以进行从当前位置到建筑物内特殊室内的路径规划,系统同时装备最小碰撞功能,所有的传感器和限位装置都安装在轮椅上,一个监控系统负责高级的操作和导航,减轻残疾人的工作负担.在欧洲,目前致力于开发具有部分自主行为的轮椅,意大利的TGRS.R.L公司生产了一种结合轮椅与小车结构的智能轮椅,叫Explorer(在欧洲SPRINT-IMMEDIATE计划中修改为MANUSD,它不仅能在规则的地形下行走,而且可以上下楼梯.代表最新发展方向的是美国费城Pennsylvania大学的P.Wellman等人设计的智能轮椅,在这个设计里,一个移动的车辆上还包含了两个可以作为手和臂工作的机械手.另外,由于腿式轮椅先天具有全方向运动的能力,在不同的地形或恶劣的环境下都能工作,而且允许重构(在静止时,一个腿可以作为操作手来用,完成简单的接取物体或开门等动作D,也得到了一定的发展.最具有创意的是法国PievveRabischong教授和他领导的研究小组开发的ActiveOrthesis系统,在下肢肌肉中植入电极,增加自然状态行走时的生理模式刺激,以实现残疾人自然行走的梦想.由于康复的对象是残疾或老年人,因此,必须要充分考虑到这些特殊用户在他们的环境里应用机器人控制界面的可能性,以及在用户失去或肢体功能不断下降条件下的系统可操作性,虽然包含了先进如美国运输研究会(TransitionResearchCorpora-tion,TRCD(现在叫elpMateRoboticsD研制的 elpMate机器人,可以24小时的在医院里完成运送食物和药品的工作,与工厂所使用的自动输送车不同的是,这种机器人不是沿着固定的轨道网络行走,而是基于传感器和运动规划算法实现自主行走,适合于部分结构化的环境(StructuredEnvironmentD,系统也能处理传感器噪声误差和定位错误,发现并避开障碍物(如人等D.这种机器人已在数家医院安装,一些医院报告说工作效率大大提高.由日本机械工程研究所(MELD开发的 MELKONG护理机器人,专门用来照顾那些不便走动的病人.为了送这种病人去卫生间或浴室,通常需要两名护理人员,劳动强度较大.该机器人可以轻松而平稳地将病人从床上托起,并将其送往卫生间浴室或餐厅.平时该机器人由护士操纵,但在夜间,病人也可以通过操纵手柄进行控制.一些关键的技术,如停靠行走抓取液压执行器能源供给人机界面等都已经解决.日本三菱公司还推出了一种在MELKONG基础上改进的传输搬运车辆12.应用现状目前,医疗机器人的实际应用主要集中在外科手术领域,机器人做手术十分精确,一个神经外科大夫的误差精度能达到2毫米,而机器人的精度可以很容易的达到微米级,在追求MIS的今天,其好处是不言而喻的,因此得到了广泛的研究和应用,目前已经商品化的产品包括前面提到的TOBODOCAE-SOPZEUS和Davinci等系统,在各种外科手术中得到了广泛的应用.如TOBODOC辅助外科手术系统在德国澳大利亚西班牙法国英国瑞士中东日本韩国印度等多个国家和地区都有应用,在日本大学和医院里就有7台.而在世界范围内有近500台AESOP机器人在MIS中得到应用,每年完成2000年5月