《机器人工程导论》 课件 第3讲 特种机器人

特种机器人2026/1/251特种机器人的定义及分类1特种机器人关键技术3国内外特种机器人主要企业和科研院所5特种机器人应用案例4特种机器人发展历程及未来趋势22026/1/252特种机器人的定义及分类1特种机器人关键技术(重点)3国内外特种机器人主要企业和科研院所5特种机器人应用案例(重点)4特种机器人发展历程及未来趋势22026/1/2531特种机器人的定义及分类特种机器人的定义特种机器人（specialrobot,）是指应用于专业领域，一般由经过专门培训的人员操作或使用的，辅助或替代人执行任务的机器人。2026/1/254工程伦理1特种机器人的定义与分类特种机器人的分类根据全国特种作业机器人标准化工作组织提出的特种机器人分类标准GB/T36321-2018，可将特种机器人按空间、运动方式和功能进行如下的分类。2026/1/255按使用空间分类：特种机器人地面机器人地下机器人水面机器人水下机器人空中机器人空间机器人其他机器人2026/1/2561特种机器人的定义与分类按运动方式分类：特种机器人轮式机器人履带机器人足腿式机器人蠕动式机器人穿戴式机器人飞行式机器人潜游式机器人固定式机器人喷射式机器人其他运动方式机器人2026/1/2571特种机器人的定义与分类按功能分类：特种机器人的功能分类与行业相关，常见的功能主要包括采掘、安装、检测、维护、维修、巡检、侦察、排爆、搜救、输送、诊断、治疗、康复、清洁等。特种机器人的定义及分类1特种机器人关键技术(重点)3国内外特种机器人主要企业和科研院所5特种机器人应用案例(重点)4特种机器人发展历程及未来趋势22026/1/2582026/1/2592

特种机器人发展历程及未来趋势特种机器人的发展历程特种机器人形式多样，功能广泛，作为能够代替或者辅助人类完成特定任务的自动化产品，相关的研究与发展历史也是非常久远。1962年美国AMF公司生产出了适用于码头物流运输的特种机器人VERSTRAN，该机器人是一款真正商业化的特种机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对特种机器人和特种机器人研发的热潮。1965年，约翰霍普金斯大学（JohnsHopkinsUniversity）应用物理实验室研制出Beast特种机器人，该机器人能够通过声呐系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。2026/1/25102

特种机器人发展历程及未来趋势1966年，美国海军使用水下探险机器人“Kovo”，潜至750m深的海底，成功地打捞起一枚失落的氢弹。1976年，美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA）发射了火星探测机器人Viking-1与Viking-2。这两个特种机器人都是由放射性同位素热电发电提供动力的。同年，东京理工学院Shigeo-Hirose等人研发了一款软钳特种机器人，该机器人可以根据要握住物体的形状来调整自身关节角度，从而实现对物体的夹取。1996年，NASA的探测特种机器人Sojourner被送往火星，并于次年成功着陆。2026/1/25112006年，中国矿业大学成功研制了CUMT-I型矿山救援特种机器人，标志着我国开始具备救援机器人的自主研发能力。该特种机器人至今已发展到第五代，具备环境探测、给养运输、灭火、救运伤员等能力。2

特种机器人发展历程及未来趋势2020年，广州市政府应用了一款具备体温测量、广播通知功能的安防机器人——千巡警用巡逻特种机器人，该特种机器人在新冠肺炎疫情防控中减少了人员接触带来的风险，具有重要意义。2026/1/2512特种机器人的未来趋势2

特种机器人发展历程及未来趋势轻量化智能化柔性化2026/1/25132

特种机器人发展历程及未来趋势资源开放模块化遥操作2026/1/25142

特种机器人发展历程及未来趋势多智能体协同特种机器人的定义及分类1特种机器人关键技术(重点)3国内外特种机器人主要企业和科研院所5特种机器人应用案例(重点)4特种机器人发展历程及未来趋势22026/1/25152026/1/25163特种机器人关键技术仿生结构创新设计依据仿生学方法和机构学理论，目前已开发了多种类型的移动机器人机构，包括地面机器人的轮式、履带式、足腿式移动机构，空中机器人的翼型设计和良好的气动力外形，水下机器人的流线型外形和螺旋桨推进等，设计出各种新型移动载体结构与机构。2026/1/25173特种机器人关键技术高效的驱动技术超声波电机驱动压电马达驱动蚯蚓模式驱动2026/1/25183特种机器人关键技术多传感器技术通过多种传感器，特种机器人能够实时检测内部运动情况以及获取外界工作环境信息。2026/1/25193特种机器人关键技术导航定位技术对陆上机器人来说，里程计、方向陀螺等都比较成熟。对水下短程机器人来说，定位可以利用短基线定位系统、超短基线定位系统或长基线定位系统而不用GPS或者北斗定位系统来标定，导航可采用基于方向陀螺和多普勒测速组成递推算法，并按测定的位置定时校正。2026/1/25203特种机器人关键技术控制系统可靠性技术控制系统是特种机器人工作的核心，一般情况下其工作环境恶劣，可靠性问题突出，严重影响机器人正常任务的完成，控制系统的可靠性成为特种机器人有效完成任务的关键技术。可靠性关键技术机器人控制系统设计环境可靠性设计故障模式影响分析2026/1/25213特种机器人关键技术遥控及监控技术当操作者与机器人处于两个相对独立的空间位置时，遥操作不失为一种有效的手段。2026/1/25223特种机器人关键技术人机接口技术设计良好的人机接口就成为智能机器人研究的重点问题之一。2026/1/25233特种机器人关键技术虚拟机器人技术基于多传感器、多媒体和虚拟现实、临场感的虚拟遥操作和人机交互，将成为共同需要发展的一项技术。2026/1/25243特种机器人关键技术网络机器人技术通过网络对特种机器人进行有效的控制，其中包括网络接口装置、众多信息组的压缩与解压方法以及传输方法研究。比如近年来提出的车联网技术就是网络机器人技术在交通和智能车辆领域上的应用。2026/1/25253特种机器人关键技术多智能体协调控制技术智能体协调控制技术是近年来开始探索的又一项智能技术，广泛应用于多机器人合作控制、交通车辆控制、无人飞机编队和网络的资源分配等领域。2026/1/25263特种机器人关键技术微小型机器人技术微小型机器人技术包括微机构、微传感及相应的微系统集成技术等。目前在很大程度上这是一项由技术驱动的新领域，但它代表了21世纪的尖端技术之一。2026/1/25273特种机器人关键技术机器智能特种机器人对其智能程度有更高期望，以满足在未知或部分未知环境中自主作业的需要。特种机器人的智能可以体现在其工作的各个方面，包括对环境的感知、信息的处理、行为决策、与人及环境的协调和自学习等。特种机器人的定义及分类1特种机器人关键技术(重点)3国内外特种机器人主要企业和科研院所5特种机器人应用案例(重点)4特种机器人发展历程及未来趋势22026/1/25282026/1/25294特种机器人应用案例救援机器人救援机器人是指在危险或救援人员难以开展救援作业的环境中，用于辅助或代替救援人员完成幸存者搜救、环境探测等任务的机器人。根据事故类型的不同，救援机器人可以分为消防救援机器人、地震救援机器人、矿山救援机器人、核事故救援机器人和水下救援机器人等。消防救援机器人JMX-LT50型消防机器人2026/1/25304特种机器人应用案例RXR-CJD防爆侦察机器人XFZC-2001侦察无人机2026/1/25314特种机器人应用案例地震救援机器人911事件中参与搜救任务的地震救援机器人MicroVGTVTalonSolemPackBot2026/1/25324特种机器人应用案例我国自主研发的地震救援机器人“麻辣小龙虾”救援机器人2026/1/25334特种机器人应用案例核事故救援机器人PioneerDelfin耐辐照水下潜艇水下耐辐照探照车2026/1/25344特种机器人应用案例水下救援机器人KC-ROV水下机器人2026/1/25354特种机器人应用案例矿山救援机器人KRZ-Ⅰ矿山救援机器人2026/1/25364特种机器人应用案例检测检修机器人检测检修机器人是执行安装、检测、维护、维修、巡检等功能的一系列机器人的统称，具体功能和分类与行业有关，如核电站检修机器人、高铁检修机器人、变电站巡检机器人、管道检修机器人等。核电站检修机器人TESAR系统2026/1/25374特种机器人应用案例高铁检修机器人高铁检修中的图像采集机器人机器人视角1机器人视角22026/1/25384特种机器人应用案例管道检修机器人YoungSK团队的油气管道检修机器人Flexitrax管道机器人2026/1/25394特种机器人应用案例变电站巡检机器人南方电网变电站巡检机器人2026/1/25404特种机器人应用案例探险机器人探险机器人是为了最大程度减少探险时可能对人体造成的伤害，或进入人类不能进入的危险区域，代替人类对未知世界进行探索。根据其功能和应用场合可分为不同的类型，如进行快速扫雷、侦查的军用探险机器人，对地外空间进行探索的空间探测器，用于海底探测和数据采集的海洋机器人。星球探测机器人“勇气“号火星探测器2026/1/25414特种机器人应用案例“玉兔”号“玉兔”二号2026/1/25424特种机器人应用案例海洋探险机器人CrabsterCR200“海星6000”ROV2026/1/25434特种机器人应用案例火山探险机器人TrackWalker-IIELF火山探险机器人2026/1/2544无人驾驶机器人无人驾驶是军用民用车辆和工程机械的发展趋势，采用仿人机器人方案可以直接在现有车辆上进行升级改造，可无损安装于驾驶室内，具有可推广性。4特种机器人应用案例无人驾驶机器人基于仿生腿部和仿生机械手臂设计原理，无需改装现有车辆和工程机械，替代操作人员完成危险恶劣及极端环境下的无人运载特种作业。本技术可以解决陆军装备地面无人平台技术——仿生无人平台结构设计技术、仿生腿部和机械臂技术领域问题，以及工程机械和军用民用车辆装备试验测试领域问题。本技术可以应用在军用民用地面车辆装备测试试验、军用战场运输、抢险救援、靶车移动等特殊任务场合，保障人员安全的同时提高执行效率并降低成本，在国防军工和军民两用领域具有广泛的应用前景。4特种机器人应用案例危险恶劣环境下的无人运载特种作业排放耐久性试验高寒试验高温试验高原试验操稳性试验高速环形试验部件耐久性试验安全碰撞试验战场运输抗洪抢险火灾救援击靶训练无人驾驶机器人的应用场景2026/1/2546无人驾驶机器人研究现状国外研究机构包括德国联邦国防军大学、德国达姆施塔特工业大学、德国布伦瑞克工业大学、德国宝马、德国大众、美国密歇根大学、美国加州大学洛杉矶分校、美国福特、美国克莱斯勒、美国国防部德雷珀实验室、英国安东尼百思特动力、日本三重大学、日本日产、以色列理工大学等，其关键技术仍处在保密阶段。4特种机器人应用案例国内研究机构包括南京理工大学、东南大学、清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、同济大学、重庆大学、吉林大学、湖南大学、解放军陆军工程大学、中国汽车技术研究中心、中囯科学院合肥智能机械研究所、中国汽车工程研究院等都在陆续开展相关技术研究。2026/1/2547无人驾驶机器人技术创新本技术是无人系统的一种新构型、新原理。目前的车辆无人驾驶方案：（1）需要对现有整车系统重新设计制造（2）需要对现有车辆的底盘进行改装，增加复杂的线控装置（3）不同车型间改装方案及零部件不通用4特种机器人应用案例区别于目前的无人驾驶方案，本技术采用基于仿生腿部和仿生机械手臂设计原理的仿人机器人方案：（1）无需重新设计制造现有整车系统（2）无需改装现有车辆的底盘，无需车辆是自动挡、电子油门、电动转向、电制动，安装机器人后即可实现自动驾驶（3）机器人操纵的无人驾驶方案通过自学习可以驾驶各种车型，通用性强2026/1/25484特种机器人应用案例无人驾驶机器人国内外研究现状国外无人驾驶机器人英国FroudeConsine驾驶机器人英国ABD驾驶机器人2026/1/25494特种机器人应用案例新西兰奥克兰大学驾驶机器人德国Schenck驾驶机器人2026/1/25504特种机器人应用案例国产无人驾驶机器人气动式DNC-1驾驶机器人气电混合式DNC-2驾驶机器人全电动式DNC-3驾驶机器人2026/1/25514特种机器人应用案例第四代DNC-4驾驶机器人（南京理工大学）特种机器人