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论文是一个汉语词语，拼音是lùn wén，古典文学常见论文一词，谓交谈辞章或交流思想。当代，论文常用来指进行各个学术领域的研究和描述学术研究成果的文章，简称之为论文。它既是探讨问题进行学术研究的一种手段，又是描述学术研究成果进行学术交流的一种。下面是小编为大家整理的机器人技术论文范文十二篇，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。

【篇一】机器人技术论文

　　摘要随着社会经济发展，机器人开始被广泛应用于各行各业中，替工人进行一些复杂、繁重的体力劳动。目前，机器人是一种制造业与自动化设备中的典型代表，这将会是人造机器的“终极”版。它的应用已经涉及信息化、自动化、智能化、传感器与知识化等多个学科和领域，这是目前，是我国乃至世界高新技术成果的最佳集成，因此，它的发展是与许多学科的发展有着密切的联系。以现在的发展趋势来看，工业机器人的应用范围越来越广泛，同时在技术操作中，他也变得越来越标准化、规范化，提高工业机器人的安全性。另一方面，工业机器人发展越来越微型化、智能化，在人类生活中应用越来越广泛。

　　关键词工业机器人智能化应用领域安全性

　　随着社会复杂的需求，工业机器人在应用领域中越来越广泛。一方面，工业机器人被广泛应用于工业生产中，代替工人危险、复杂、单调的长时间的作业，例如在机械加工、压力铸造、塑料制品成形及金属制品业等各种工序上，同时还应用于原子能工业等高危险的部门，这已经在发达国家中应用比较广泛。另一方面，工业机器人在其他的领域应用也比较多，随着科学技术的飞速发展，提高了工业机器人的使用性能和安全性能，其应用的范围越来越广泛，应用的范围已经突破了工业，尤其在医疗业中应用比较好。

　　一、工业机器人的发展历程

　　第一代机器人，一般指工业上大量使用的可编程机器人及遥控操作机。可编程机器人可根据操作人员所编程序完成一些简单重复性作业。遥控操作机制每一步动作都要靠操作人员发出。1982年，美国通用汽车公司在装配线上为机器人装备了视觉系统，从而宣告了第二代机器人―感知机器人的问世。这代机器人，带有外部传感器，可进行离线编程。能在传感系统支持下，具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能。第三代机器人为自治机器人，正在各国研制和发展。它不但具有感知功能，还具有一定决策和规划能力。能根据人的命令或按照所处环境自行做出决策规划动作即按任务编程。

　　我国机器人研究工作起步较晚，从“七五”开始国家投入资金，对工业机器及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发和研制。1986年国家高技术研究发展计划开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。

　　我国工业机器人起步于70年代初期，经过30多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。

　　上世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑：人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。

　　进入80年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。

　　从90年代初期起，中国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。

　　我国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支持已经取得了较大进展，工业机器人市场也已经成熟，应用上已经遍及各行各业。

　　我国未来工业机器人技术发展的重点有：第一，危险、恶劣环境作业机器人：主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二，医用机器人：主要有脑外科手术辅助机器人，遥控操作辅助正骨等;第三，仿生机器人：主要有移动机器人，网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。

　　二、工业机器人的发展趋势

　　机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有：一是工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。二是机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。三是工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化，网络化;器件集成度提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。四是机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。五是机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。

　　总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。

　　三、我国工业机器人发展面临的挑战与前景

　　我国工业底子薄，工业机器人发展一直处于一个初步发展阶段，虽然我国从上个世纪70年代开始研发工业机器人，但是技术力量不足与西方国家的技术封锁，对此，在发展过程中，存在着比较多的问题。细分起来，有如下几点：

　　首先，我国基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了一定的基础，但是无论从质量、产品系列全面，还是批量化供给方面都与国外存在较大的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显，因此造成关键零部件的进口，影响了我国机器人的价格竞争力。

　　第二，我国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有一批企业从事机器人的开发，但是都没有形成较大的规模，缺乏市场的品牌认知度，在机器人市场方面一直面临国外机器人品牌的打压。国外机器人作为成熟的产业采用整机降价，吸引国内企业购买，而在后续的维护备件费用很高的策略，逐步占领中国市场。

　　第三，认识不到位，在鼓励工业机器人产品方面的政策少。工业机器人的制造及应用水平，代表了一个国家的制造业水平，我们必须从国家高度认识发展中国工业机器人产业的重要性，这是我国从制造大国向制造强国转变的重要手段和途径。□

　　参考文献：

　　[1]任俊.面向熔射快速制模的机器人辅助曲面自动抛光系统的研究.华中科技大学，2006年.

　　[2]钟新华，蔡自兴，邹小兵.移动机器人运动控制系统设计及控制算法研究.华中科技大学学报(自然科学版)，2004年S1期.

　　[3]张中英.基于遗传算法的机器人神经网络控制系统.太原理工大学，2005年.

　　[4]李磊，叶涛，谭民，陈细军.移动机器人技术研究现状与未来.机器人，2002年05期.

　　[5]杜玉红，李修仁.生产线组装单元气动搬运机械手的设计.液压与气动，2006年05期.

　　[6]徐晓峰.基于串行通信技术的机器人实时控制研究.南京林业大学，2005年.

【篇二】机器人技术论文

　　《测量机器人应用与进展》

　　摘要：本文首先概括了测量机器人的发展历史和特点，结合实际工程实践，对测量机器人实际应用进行了较深入详细的论述，最后测量机器人的发展方向进行了展望。

　　关键字：测量机器人;发展现状;发展趋势

　　1引言

　　随着我国各项建设的快速发展，各种大型工程项目的建设和大型工程建筑物越来越多,因此，对大型工程建筑物进行变形和稳定性监测就愈加重要，有关变形监测的方法随着新仪器、新技术的出现而不断发展。测量机器人(Measurementrobot，或称测地机器人，Georobot)就是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪，它可以连续跟踪目标测量，或按照已经设定的程序自动重复测量多个目标可以实现测量的全自动化、智能化。尤其在小尺度局部坐标测量当中，测量精度高、灵活机动、快速便捷、无接触等方面，有着其它测量技术不可比拟的优势。本文概要介绍测量机器人发展和应用。

　　2测量机器人发展

　　测量机器人是在电子经纬仪和红外测距仪的基础上发展而来的，其研究与发展大致可以分为三个阶段：

　　20世纪70年代中期到80年代中期，电子经纬仪和红外测距仪已走向成熟，并得到迅速推广和应用，但存在生产成本高、劳动强度大、非自动化等缺点。为提高生产效率，一些研究机构和厂家进行了大量的研究和实验，1983年，H.Kahmen教授领导的课题组成功研制出由视觉经纬仪改制而成的组合式测量机器人，用于煤矿的边坡监测，可同时自动检测几百个变形目标点，但其集成度不高，精度较低。

　　20世纪80年代中期到90年代中期是测量机器人的逐步发展期，Leica公司推出了多种系列测量机器人，它除集成了电子经纬仪、步进马达、红外测距仪、CCD传感器、微处理器和存储器以外，最主要的是采用了自动目标识别技术，实现了普通棱镜的长距离的自动识别与精确照准，使测量机器人迅速从室内的工业测量走向了野外工程测量。

　　20世纪90年代以来则是测量机器人全面应用与发展的年代。测量机器人配套了测量软件系统，并可提供全面的二次开发工具和方法，基于测量机器人的各种应用与开发在世界范围内得到了迅速的发展和推广。

　　3测量机器人的特点

　　测量机器人具有无人值守，全自动(定时或连续)长期监测，监测精度高，时处理，可靠性高等特点。测量机器人主要计算机与全站仪的通讯模块、学习测量模块、自动测量模块和成果输出模块等几部分构成。计算机与全站仪的通讯模块是实现测量自动化的一个最基本的功能模块，它的主要功能是解决计算机与全站仪之间的双向数据通讯，人工操作计算机来向仪器发出指令，仪器执行相应的操作后返回给计算机一些相应的信息，从而来完成整个通讯过程。学习测量模块使测量机器人根据已有的数据，使其具有记忆的功能，将测量原始数据存储，并在以后的自动测量中调用数据来进行自动化的重复观测，得到不同时刻观测点的三维坐标信息，该模块为以后的自动测量模块提供了基础数据。自动测量模块功能主要是根据用户的设定，根据学习测量的数据，定时对特定点位进行自动观测，自动存储测量成果，包括原始数据和经过差分改正后的数据，从而得到不同变形点位的变形数据，经过多期观测值的累积同首期观测值之间的比较差值就可以得到不同点在不同周期下的变形趋势。成果输出模块可以提供变形量报表、不同周期的变形量趋势图等资料，使得变形成果资料更加生动和能够满足不同用户的需求。

　　4测量机器人的应用

　　利用测量机器人自动跟踪目标、时时测量的特点，在测绘工程和工业测量中等均有重要应用。

　　边坡(包括自然边坡和人工边坡)因受地质产状、岩性、地质构造、水、人工扰动和地震等因素的综合影响，造成边坡失稳，从而产生滑坡、崩坍、变形失稳、泥石流、塌陷等地质灾害，这些地质灾害是目前安全生产的最大隐患，目前广东、四川等一些雨水较多的省份已经利用测量机器人成功对边坡进行有效和精确的变形监测。

　　在道路路基施工和路面施工中，利用测量机器人时时跟踪测量的优势，可以随时得到施工点的平面位置和施工标高，而知道该点的设计标高，就可以得到该点处的填挖高度，从而使道路施工的动态控制成为可能。大大提高施工效率和精度，减轻测�咳嗽钡睦投慷龋�实现了道路测量与施工的自动化、一体化、程序化。

　　测量机器人己经成为大跨度桥梁施工过程中进行施工监测和控制的主要工具。在大跨度桥梁结构施工过程中，由于桥梁结构的空间位置随施工进展不断发生变化，要经历一个漫长和多次的体系转换过程，若同时考虑到施工过程中结构自重、施工荷载以及混凝土材料的收缩、徐变、材质特性的不稳定性和周围环境温度变换等因素的影响，使得施工过程中桥梁结构各个施工阶段的变形不断发生变化，这些因素均将在不同程度上影响成桥目标的实现，并可能导致桥梁合拢困难、成桥线形与设计要求不符等问题。所以在其施工阶段就需要对桥梁施工过程进行监控，除保证施工质量和安全外，同时也为桥梁的长期健康监测与运营阶段的维护管理留下宝贵的参数资料。

　　在地铁隧道变形监测中，通过自动化测量机器人监测设备系统，把在外力作用下地铁隧道变化数据传送至控制器或仪器内，通过处理软件，计算断面收敛量，再通过互联网及远程通讯系统，使有关各方随时掌握地铁隧道收敛情况和规律，可有效保障地铁的安全运行。

　　跨断层连续变形监测，断层形变与地震的孕育过程直接相管，用本系统作跨断层高精度测距和变形监测可望作为短临地震预报的一种新的研究和预报手段，为防震减灾作出贡献。测量机器人的多目标、高精度、、全自动、实时数据处理、自动报警等全部优异性能,在这里可以得到充分的发挥，再与其他短临预报手段配合，有可能取得积极成果。

　　测量机器人系统也可广泛应用于航空、航天、汽车、造船等部门的工业测量和变形观测。如在容量计量领域，可用于船舶液舱或其它大容量量器的内部三维坐标点的自动测量与数据处理。

　　5、国内测量机器人应用现状

　　我国国内测量机器人的引进方面与国际几乎同步，但由于经济和缺乏前期研究等方面的原因，其工程应用略落后于国外，随着国内经济的飞速发展以及大规模工程建设的需要，国内购买测量机器人的单位日益增多，但其应用状况和使用效果有待改善。主要表现在以下两个方面：

　　1、测量机器人国外配套软件价格较高，且不符合中国国家规范或行业作业标准，很多单位仅购买测量机器人，没有购买相应软件，测量机器人不能发挥最大优势。因此研究开发符合中国国情的测量机器人通用系列化自主软件是目前国内的迫切需要，有较广阔的应用前景和发展空间。

　　2、虽然测量机器人工程应用日益广泛，应用领域也在不断扩展，但由于测量机器人的出现时间较短，我国现行的国家规范或行业标准中相关测量机器人应用的参照条款较少或比较落后。因此对测量机器人自动化测量的作业方法、流程、质量控制、成果管理、精度分析等方面要进行系统性的研究，并得出有益的结论，设立规范或标准，对工程生产有重要的指导意义。

　　6、测量机器人发展趋势

　　测量机器人自进入全面应用与发展期以来，其应用研究已比较深入和成熟，但各科研机构和厂家对测量机器人的基础研究并没有停止，生产厂家对测量机器人产品也在不断进行革新和改进。展望21世纪，测量机器人将在以下方面得到显著发展。

　　测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强。未来的测量机器人不需要合作目标，将可根据物体的特征点、纹理、轮廓线，用影像处理的方法进行自动识别、匹配和照准目标，采用空间前方交汇的原理获取物体的三维坐标及形状。测量机器人将与GPS、GIS技术集成，成为快速获取被测物体信息的重要仪器。多传感器集成系统及混合测量系统的应用范围将进一步扩大，可望在大区域范围内进行无控制网的各种测量工作。

　　7结束语

　　测量机器人技术是近年来发展起来的自动化测量技术,在各种工程监测、地震、地灾等方面具有高效、快速、省时省力等诸多优势,是测绘行业发展的一个热点方向。再加之具有完备的数据处理软件功能,经实践证明,测量机器人的发展和应用前景是非常广阔的。

　　参考文献：

　　[1]梅文胜,张正禄,黄全义.测量机器人在变形监测中的应用研究.2002(5).

　　[2]张正禄.测量机器人介绍.2005(5).

　　[3]张正禄.工程测量学的研究发展方向.2003(6).

【篇三】机器人技术论文

       摘要：随着科技的飞速发展，我国在国际上的地位日益增长的同时，国家领导入也在鼓励广大青年要善于将传统文化与现代科技相结合，去其糟粕，取其精华，形成一种新的文化。故本文主要介绍如何基于Arduino将传统文化进行改变，完成传统文化的继承与创新的目标。木偶戏又称为傀儡戏，主要是用木偶表演故事的戏剧，是我国传统艺术之一川。本文使用Arduino制作木偶戏机器人，利用金属齿轮数字标准舵机进行提线控制木偶的四肢，自动完成木偶戏最简单最基本的动作表演。
　　关键词：傀儡戏;机器人;Arduino;舵机
　　中图分类号：TP391
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2020）04-0242-02
　　收稿日期：2019-11-21
　　基金项目：甘肃农业大学省级大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201810733011）
　　作者简介：贾嫣（1978—），山西太原人，硕士，副教授，通信作者，主要研究方向为数字图像处理。
　　Arduino-based Puppet Show Robot
　　ZHOU Yu-huai，W ANG Bang-zhou，HU Bin，LIU Min，JIA Yan
　　（School of Information Science and Technology，Gansu Agriculture University，Lanzhou 730070，China）
　　Abstract：With the rapid development of science and technology，China's position in the world is growing day by day，at the same time，the national leaders are also encouraging the majority of young people to be good at combining traditional culture with modern science and technology，to get rid of its bad situation，take its essence，and form a new culture.Therefore，this paper mainly introduces how to change traditional culture based on Arduino to achieve the goal of inheritance and innovation of traditional culture.As one of the tradi is used to make a puppet robot，and the metal gear digital standard steering engine is used to control the limbs of the puppet with strings，so as to automatically complete the simplest and most basic action performance of the puppet show.tional arts in China，puppet plays，also known as puppetry，are mainly plays that use puppets to perform stories ['].In this paper，Arduino
　　Key words：puppet show;robot;Arduino;steering engine
　　1 概述
　　我國有着上下五千年的历史，是四大古国中唯一个没有文化断层的国家，而木偶戏就是我国五千年历史长河中的一点星光。木偶戏源于汉，兴于唐，三国时期已有偶人可进行杂技表演，隋代则开始用偶人表演故事[1]。宋代黄庭坚也在《涪翁杂说》中说：“傀儡戏，木偶人也。或曰当书魁曇，盖象古之魁曇之士，仿佛其言行也。”2006年5月20日，木偶戏经国务院批准列人第一批国家级非物质文化遗产名录。
　　木偶戏是台湾民间最神秘诡异的剧种，一般民间戏曲多为庙会酬神之用，兼具娱神、娱人特色，唯独傀儡戏以除煞禳灾为主要功能，除必要的工作人员及主事者外，并不欢迎一般“闲杂人等”，而除煞仪式所使用的咒语、手诀、符咒及法索、七星剑等法器，也使傀儡戏更具神秘色彩[2]。随着朝代更替与文化的相互交融与碰撞，慢慢地木偶戏被用于表演，表演时，演员在幕后-边操纵木偶，一边演唱，并配以音乐。但是由于近现代外来文化的入侵、人们生活节奏的变化和娱乐方式的改变，木偶戏的传承和发展面临着前所未有的困难。把科学技术与传统文化相互结合，是我们义不容辞的责任与义务。本项目是在上代产品的基础上重新对机械臂等基础机构进行了新的改进。
　　2 功能与结构
　　2.1 Arduino控制器模块
　　Arduino是一个基于开放原始码的软硬件平台，构建于开放原始码simple I/O介面板，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。Arduino 包含两个主要的部分[5]：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板;软件部分是Arduino IDE程序开发环境。在IDE中编写程序代码，将程序;上传到Arduino电路板后，Arduino主控板就会根据程序执行相应的任务。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。主控板上
　　的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器[3]。 　　本系统所采用的主控板是Arduino UNO R3开发板，主控板主要负责接收按钮发送的信号，在接收到信号后控制电机和舵机运转，完成对电机的PWM调速和舵机的转动角度控制，控制各个舵机运转完成预期动作[4]。
　　2.2 PCA9685 16路12位PWM信号发生器
　　2.2.1 PCA9685 16路12位PWM信号发生器的简介
　　在该作品中，PCA9685 16路12位PWM信号发生器是最主要的部件，该模块使用I2C总线可控制16路PWM输出，每路12位分辨率（4096级），其内置25MHz晶振，可以不连接外部晶振，也可以连接外部晶振，但是最大晶振为50MHz。该模块支持2.3-5.5V电压，最大耐压值为5.5V，该模块还具有上电复位及软件复位等功能。在该模块使用过程中，必须确定I2C地址，通过焊接A5-A0确定模块的I2C地址，如果不做任何焊接，默认地址是0x80，其V+引脚用于给舵机供电。在本次实验中使用十个舵机，来分别控制两个人偶完成相应的动作。
　　2.2.2 精度控制
　　如果假设舵机为50Hz的控制频率，脉宽为0.5ms-2.5ms，12位分辨率（4096级），相关精度计算如下：
　　·PWM周期：
　　·时间分辨率：
　　·最大脉宽时间：
　　·最大脉宽时间可分成的份数：
　　.0-180o的舵机，角度分辨率为：
　　2.3 供电模块
　　供电模块由5V可充电电池和9V干电池组成，9V干电池用于给Arduino控制器供电，5V电池用于PCA968516路12位PWM信号发生器供电。Arduino 5V引脚接PCA968516 路12位PWM信号发生器Vec引脚供电示意图如下：
　　2.4 硬件连接说明
　　Arduino通过库函数来驱动PCA968516路12位PWM信号发生器，它们的具体连接如图2所示。
　　2.5 机械臂的结构与组成
　　机械臂由一个JX11092.5Kg大金属舵机和四个MG90S 9g金属舵机组成，2.5Kg金属舵机用来控制木偶转身，其他四个9g金属小舵机分别控制木偶的四肢，通过五个舵机的相互配合木偶可完成一些较为复杂的动作，本实验中使用完全相同的两个机械臂来控制两个木偶，通过编程控制舵机转动不同的角度来实现相应的动作，在、再配以音乐，可以完成简单的木偶戏表演。
　　2.5.1 舵机
　　舵机是由直流电机、控制电路板、可调电位器、变速齿轮组等组成，（如图2所示）这些器件被封装在舵机外壳里，简单地来说，舵机就是一个封装 好的伺服马达，英文Servo。
　　其简单的工作原理是：控制电路电路接收控制源的信号，并控制小型直流电机转动，变速齿轮组将电机的转速成倍的缩小，并将电机的输出扭矩放大相应的倍数，然后进行输出。可调电位器和变速齿轮组的末级一起转动，测量舵机轴转动的角度，控制电路板检测并根据可调电位器判断舵机转动角度，以达到控制舵机转动相应角度的目的。实验所用的舵机外壳是塑料外壳，舵机散热效果并不理想，对实验结果有轻微的影响，如使用金属外壳舵机，能大大提高舵机的散热效果。变速此轮组按照材料的不同也分为：塑料此轮组、金属此轮组和混合此轮组。塑料齿轮组价格低廉，噪音小，但是强度较低。金属此轮组一般噪声大，价格相比于塑料齿轮组要贵，但是强度高。混合齿轮组在金属齿轮组和塑料齿轮组间做了折中，如电机输出扭矩不大时，一般采用塑料齿轮。
　　2.5.2 机械臂的物理结构
　　第一代实验作品采用如下机械臂机构：
　　第一代机械臂的结构设计如图4所示，由1个大扭力舵机.和4个9g舵机构成，能够基本满足提线木偶戏表演的操作需求，具有结构简单、重量轻、易组装的特点，同时也满足了提线木偶表演的强度需要。舵机A为大扭力舵机，通过转动，带动十字架型机械臂及4个9g舵机的位置移动，从而实现提线木偶的转身动作。舵机1、舵机2、舵机3、舵机4为9g舵机，每个舵机上分别牵引着木偶双手和双脚上的线，通过程序控制每個舵机的转动，从而实现对木偶的每条胳膊、每条腿的控制，完成较为复杂的动作。每个舵机上分别牵引着木偶双手和双脚上的线，通过程序控制每个舵机的转动，从而实现对木偶的每条胳膊、每条腿的控制，完成较为复杂的动作[4]。
　　第二代实验作品采用如下机械臂机构：
　　机械臂最上方是一个2.5Kg大舵机，该舵机固定在舞台的上方的横梁上，大舵机的下方是一个“工”字形的舵机支架，大，舵机的转动轴固定在“工”字支架的中间位置，当大舵机转动时可以控制其下方的其他结构和木偶转动，以达到转身效果。“工”字型结构的一端朝上开有四个小孔。另一端的近地面固定着是个9g小舵机，小舵机的转动轴上固定着条形结构长度刚好到达小孔下方，木偶四肢的提线由，上至下穿过小孔固定在条形结构的末端。当四个小舵机开始摆动时，木偶四肢的提线被拉动，以此控制木偶四肢的运动。
　　第一代实验作品因为舵机在运动时，控制木偶的提线不在同一水平线上抽动，导致木偶在运动时会出现极不协调的肢体动作。在重新设计机械臂结构以后，人偶肢体协调度得到显著改善。
　　3 实验结果
　　该实验可以通过编程实现对舵机多个舵机进行控制，多个舵机相互配合可以实现不同的动作，如抬手遮脸行走移动、转身、抬腿等动作，各动作相互配合，再配上传统木偶戏音乐，基本可以完成简单的表演，在该实验中，我们选的木偶人物为神话人物七仙女和董永，所选音乐为黄梅戏天仙配选段。
　　参考文献：
　　[1]叶明生.中国傀儡戏史-古代、近现代卷，Antiquity to moderm periods：古代、近现代卷Antiquity to modern periods[M].北京：中国戏剧出版社，2017.
　　[2]叶明生.台湾傀儡戏探源[J].台湾研究，2004（6）：52-55.
　　[3]闫洪猛.基于Arduino的移动机器人控制系统设计[J].电子技术与软件工程，2018（7）：106.
　　[4]周榆淮，贾嫣，孙文燕，等.基于Arduino的提线木偶戏机器人的设计与实现[J].电脑知识与技术，2018，14（18）：193-195.

【篇四】机器人技术论文

　　摘要：针对隧道巡检机器人巡检过程中环境密闭、强磁干扰、长距离传输、信号延迟、通信不稳定等问题设计了隧道巡检机器人通信系统，分别从网络通信及内部通信两方面设计了基于Labview的软件控制的网桥通信、以太网络通信与串口通信结合的隧道巡检机器人通信系统。有效解决了隧道巡检环境干扰问题，使通信更加快速，信号更加稳定，保障了隧道巡检机器人巡检过程信息交互的稳定与可靠。

　　关键词：隧道巡检机器人;通信系统;网络通信

　　中图分类号：TP242   文献标识码：A  文章编号：1007-9416（2020）04-0000-00

　　0引言

　　随着经济的发展，电缆发生故障引发的事故的几率也在相应地增加，为了保障电力电缆在地下隧道内的稳定安全运行，隧道巡检机器人孕育而生[2]。隧道巡检机器人具有可长时间不间断工作，保证了巡检过程中的实时可靠性，复杂环境中适用性等。隧道巡检机器人在进行巡检时需要与外界搭建可靠的通信，由于隧道区域空间狭小，存在拐角和岔口，加上内部有大量的电力电缆，构成了一种闭域空间环境，这些都将给隧道巡检机器人的通信带来严重困难，因此有必要对隧道巡检机器人的通信系统进行设计[1]。

　　1通信系统整体设计

　　通信系统分为网络通信和内部通信，其中网络通信为了避免因直角弯产生的信号延迟等问题，主要由两个部分组成分别为有线、无线传输[3]。有线传输部分与信号中继相连接，被放入井下的隧道巡检机器人携带中继模块。其中中继模块通过网桥无线发射和接受相应指令;内部通信即本体携带的控制单元与驱动器、传感器等装置的信号通信。

　　由于隧道巡检系统的硬件结构可分为三层：上层-上位机、中层-微控制器、下层-用于执行的驱动单元和用于反馈的采集单元。因此隧道巡检机器人的通信系统流程图如图1所示，上层上位机与中层微控制器通过网络通信完成指令的传输及相应处理;中层微控制器与下层单元选用串口通信方式完成信息交互[4]。

　　2网络通信设计

　　通信系统中运用网络通信传输者着上层上位机和中层微控制器之间的指令，同时负责与机器人所携带的摄像头之间的画面反馈工作。因为隧道空间密闭同时存在强磁干扰，所以需要传输距离较长并且稳定的信号传输，为稳定完成通信任务，实现较长距离信号传输，为实现对机器人动作位置调整和实时监控等功能，设计了以网桥为中继的网络通信模式[6]。

　　网桥可以在较长的距离上正常工作，其主要在数据链路层工作，连接LAN的方法是不同的MAC地址發送帧[5]。由于考虑到在网络通信的过程中会有障碍物出现的可能，为降低对信号的影响将中继单元（网桥）放置在隧道内，与上位机的连接由于不需要移动所以选用了有线传输更加稳定。传输网桥有2.4G和5.8G两种型号传输方式，由于5.8G传输距离长、传输速率块、传输稳定等优势选用5.8G网桥进行信号传输。

　　上位机和微控制器及上位机和摄像头之间为单独通信，因为与上位机间的通信都需要通过双绞线形式进行连接并且在于机器人内部，并且稳定性能要求高，所以选择国电龙源电气路由器搭建网络，即能接入控制器进行指令传输，也能连接摄像头增加控制灵活性。具体参数如表1所示。

　　3串口通信设计

　　中层的微控制器与下层的电机及三个驱动器之间的信号通信采用的是串口通信模式，因为RS232应用简便、成本较低、通信质量稳定、应用领域广泛等特点所以设计选用了RS232串口协议通信方式。

　　RS232串行接口主要用于完成中层微控制器与下层部分模块之间的通信，选用的中层的微控制器与下层的驱动器上均有可以用于进行RS232通信的DB9串行接口。组网时应在发送线与地线之间连接一个10kΩ的电阻，为保障工作电路和驱动器的安全。通过对三个驱动器的组网方法就可以实现机器人各个电机之间的联动控制，实现灵活操作控制。

　　4结论

　　本文完成了基于Labview的软件控制的5.8GHz的外部网桥通信、以太网络通讯与RS232串口通信结合的隧道巡检机器人巡检系统的通信系统设计。此通信系统可以保证网络传输的快速可靠，有效降低隧道内的强磁干扰。

　　参考文献

　　[1]姜芸，付庄.一种小型电缆隧道检测机器人设计[J].华东电力，2009，37（1）：95-97.

　　[2]李忠友，刘元雪，陈小良，等.隧道火灾研究现状与展望[J].地下空间与工程学报，2010，06（a02）：1755-1760.

　　[3]NodaS，UedaK.Firedetectionintunnelsusinganimageprocessingmethod[C].VehicleNavigationandInformationSystemsConference，1994.Proceedings.IEEE，1994：57-62.

　　[4]谢振宇.电缆隧道综合检测机器人控制系统研究[D].上海交通大学，2008.2

　　[5]赵亮，冯林，吴振宇，等.基于FPGA的小型机器人无线通信系统[J].计算机工程，2010，36（13）：251-253.

　　[6]李向东，厉秉强.基于巡检机器人的通信控制系统设计与分析[J].山东电力技术，2005（6）：3-7.

【篇五】机器人技术论文

　　【摘 要】随着科学技术的飞速发展，电气工程得到不断的更新和进步，其自动化技术不断加强而机器人设计也在不断的冲击人们的生活，在机器人设计理念中加入电气工程的自动化技术，利用其自动化技术让机器人具有人性化特征，从而能够具有更多人类的自动行为，从更多方面为人类提供更好的服务。

　　【关键词】电气工程;自动化;机器人设计

　　一、前言

　　机器人的不断研究创造是时代经济发展的必然，是为了满足人们更多需要而必然要进行的一项科学研究。目前，国外很多国家在机器人设计领域已有很多成功例子，其机器人具备的技术是当前我国技术无法比拟的。但是，时下我国很多高校开展机器人设计研究以及社会上的机器人比赛活动等，让越来越多的人对机器人设计有更多的认识，给机器人设计的不断创新创造了一个良好的环境。电气工程及其自动化技术能够给机器人设计提供一个良好的技术支持。本文主要分析机器人设计中的自动化技术应用情况，旨在让我国的机器人设计快速跟上国际先进技术，创造出具有世界领先水平的机器人。

　　二、机器人简介

　　机器人最早出现在中国的西周穆王时期，最初形式是一个有开关能够自动“跳舞”的木质人，后来在卡雷尔·恰佩克的科幻小说中创造了机器人这个名词，从此一些能够自动制定既定工作的机械设备统称为机器人[1]。现代的机器人能够在人类的指挥下做一些简单工作，如对话、投篮、快跑、协助人类进行危险行为等。目前技术比较先进的国家如英国、日本、美国等在机器人的研究上取得非常大的进步，很多领域如医学、建筑学及军事建设等方面均使用机器人当做人类力量的延伸。通过指挥或者在机器人内部设计自动装备，让机器人拥有人类思维，自动进行工作。当前机器人发展甚至趋向高度的人性化，机器人不再只是由机械设备组成，有些机器人甚至有人类的模样和思维方式，但是机器人真正能够拥有人类相同的思维还需要很长一段时间。

　　三、电气工程及其自动化概念

　　电器工程及其自动化是一门学科，这门学科包括多个技术领域，涉及面非常广，从计算机、电机电子以及互联网技术、信息控制技术，甚至还包括多种电力和机电技术结合成为一个整体的技术，这些不同领域的技术一同构成电气工程及其自动化学科。由于是一个工程型又带有自动化功能形式的学科，其具有的特点就包含工程中的强力学以及网络信息中的软件学特点，形成一种强弱结合的形式。这个学科的课程包括电气知识和网络信息技术知识，具体有：网络信息技术、仪器检测和控制技术、电子和电路技术、计算机软硬件技术等强力学和软件学技术相互结合的'课程形式。这个综合性学科主要教给学生的是各种工程和电气以及计算机方面的知识，毕业学员一般均掌握包括计算机软硬件技术、网络信息技术以及仪器实验分析技术等多方面的技术，在社会工作中能够适应多个领域的工作要求。

　　电气工程及其自动化学科的最主要课程为电气和计算机工程，因此在进行实验和具体实践时，这个两门课程是最主要的测验对象。通过设置不同等级的专业实验教学训练平台，让学生在掌握基础的技术能力的同时根据自身的条件去挑战更高的技术实验。使学生除了掌握基础的电机技术、电力电学技术以及计算机硬件技术之外还能够掌握如线路综合设计技术、高级计算机软件管理技术以及CPLD技术等综合性相对比较强的技术，在实际工作中能够解决更多难题和满足更多需求。

　　电气工程及其自动化在社会中的使用领域主要有：水力电力领域、信息处理领域、电力线路设计领域、各种变压器设计领域以及与人们日常生活密切相关的各种监控设备(如交通摄像监控、小区摄像监控)、机器自动化设备(例如电梯、安全门)、网络通信设备(如电子邮件、网络条件软件)以及智能控制设备(如楼道声控开关灯)等方面，这些军事电气工程及其自动化学科在实际的运用，具有广泛性和多面性[2]。

　　四、电气工程及其自动化在机器人设计中的运用分析

　　由于机器人是由多种机械部件拼接后再安装编排程序最后实现机器装备自动运行的，因此通过分析其主要构造能够了解电气工程及其自动化技术在其中的运用情况。首先，机器人是由电机和连接杆组成的，在装置电机时根据需要装置步行或跳跃等电机使其拥有步行和跳跃等能力，同时利用生活常见的铝板铝条进行构建的链接，将一个还不能行动的机器人做出来后再通过加入编排程序让其自动工作或人工指挥其工作。这其中就包含电气工程及其自动化学科中的电机电力技术、计算机指挥和控制技术以及电力线路链接设计等多种技术。

　　其次，机械人构件组装完毕后，还需要检测装置保证其运行功能质量。检测装置是在机械人雏形形成并开始指挥其工作后对其实际的信息进行记录，再将实际信息和机器人内部既定的信息相对比，若出现很大偏差则需要重新进行信息的设定，若偏差很小则表示机器人研究成功，可以投入使用。分析是现代先进的机器人技术发现，很多机器人能够代替人类将损坏或质量不好的对象进行，同时立即将信息进行反馈，大幅度提高机器人工作的精确度并减少人类的工作量。

　　再者，机器人在组装完成后需要通过驱动装置对内部构件进行驱动，驱动后机器人才能给自行工作。利用计算机系统中的驱动设备在机器人中按照指定信号装置，当信号一放出，机器人即能够自动工作。其主要依靠电气工程机器自动化学科中的计算机软件系统、信号监控系统来实现机械装置的自动位移。

　　最后，机器人虽然能够根据已编排的程序自动动作，但是大多时候仍是人类进行控制，因此监控系统就显得尤为重要。目前的监控系统主要为集中式的控制系统，也就是指需要一个中心监控装置就可以实现对机器人的全部控制，该中心装置一般是一台微机[3]。该步骤需要运用到电气工程机器自动化学科中的单片机技术，单片机本身即为一台微机，因此将其安插在机器人结构中，只需要插入电源就可以运行，从而自如的控制机器人工作。

　　从以上分析内容可知，在机器人设计中加入电气工程及其自动化专业技术能够使机器人设计更加顺利，其拥有的功能会相对比较多且符合现代的技术水平。但，同样的，机器人设计是一个比较复杂的研究工程，其中涉及到的技术类型多样，仅仅依靠电气工程机器自动化专业技术根本无法满足人类对高度人性化机器人的要求。因此，只有不断的研究多种技术，才能使机器人真正成为人类工作和生活的好助手。

　　参考文献

　　[1]wilson.机器人设计经验之谈[J].电子制作，2011，32(09)：102-103.

　　[2]张静，刘永均，李柏林.机器人系统多学科协同优化设计[J].机械设计与研究，2008，41(05)：98-99.

　　[3]邓锋.采用标准关节机器人系统对飞机货舱门结构的自动钻铆[J].航空制造技术，2010，36(19)：210-211.

【篇六】机器人技术论文

　　智能机器人视觉仿生技术研究综述

　　摘要：机器人视觉仿生技术是机器人视觉控制领域的新热点。本综述在详细分析了灵长类动物眼球运动的形式和特点基础上，对国内外应用生物眼球运动控制机理来构建仿生机器视觉的研究现状、存在的问题及未来发展趋势做了全面综述，并针对目前机器人视觉仿生面临的技术难题，提出了开展视觉仿生研究的新思路和新构想。

　　Abstract： Robot vision bionic technology is the new hot shot in robot vision control area. In this review， based on a detailed analysis of primate eye movement forms and characteristics， the domestic and international research status of building bionic vision with the biological eye movement control mechanism， the problems and future trends are reviewed comprehensively， and new ideas for the visual bionic research are proposed for the current technical problems of robot vision bionic.

　　关键词： 视觉仿生;仿生眼;机器人

　　Key words： bionic vision;bionic eye;robots

　　中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2013)26-0195-02

　　0 引言

　　智能机器人是指：具有感知、识别、推理和决策能力，并且能独立执行任务的机器人。感知和识别技术是智能机器人最为关键的技术。研究最多的是基于视觉传感器的感知技术。比如美国波士顿动力公司研制的Big-Dog、Alpha-Dog、Little-Dog等系列四足机器人，采用立体视觉作为对环境进行识别和感知。意大利IIT大学研制的HyQ[2]机器人能够在复杂地形条件下高速移动，都不同程度地利用视觉实现感知。尽管如此还是满足不了人们对智能“双眼”的追求，假如能给智能机器人配备一双智能双眼，使其能像人类一样感知和获取环境信息、快速准确地切换视眼和跟踪目标，是人类对智能机器人梦寐以求的愿望。为此，人们采用多种基于计算机视觉的方法和手段来构建初步具备“视觉”功能的视觉系统。但目前智能机器人“眼睛”的功能还是比较低级，特别是在双目协调、以及对突然变化或事先未知的运动目标的跟踪、大视野与精确跟踪之间的矛盾以及由于震动引起的视线偏离补偿等方面的问题到目前都没得到很好的解决。近年来，视觉仿生成为前沿交叉学科的研究热点。

　　由于生物视觉经过千百万年的进化已具有极其发达和完善的内外环境适应能力。根据模拟生物视觉不同的功能表现及不同的应用场合，视觉仿生的研究可归纳为两大方面：一是从视觉感知、认知的角度进行研究;二是从眼球运动、视线控制的角度进行研究。前者国内外都有大量的研究方向和成果，主要研究视觉感知机制模型、信息特征提取和处理机制以及在复杂场景中目标搜索等。而后者是根据人类和其它灵长类动物的眼球运动控制机理来构建智能机器人的“眼睛”，实现生物眼的多种优异功能。

　　1 人类眼球运动的形式及特点

　　1.1 扫射与平滑追踪运动

　　扫射是当双眼自由地看周围环境是，视线很快从一个注视点转向另一个注视点。其潜伏期一般为200～250m/s，速度约为400b/s。Young等最早建立了扫视采样模，输入输出分别为目标位置和眼球位置，Robinson修改了Young的模型，模拟大脑并行处理特性。当前眼位与目标位置之差经过脉冲发生器进入并行通路，经积分器后产生位置信号，与MLF直接通路共同作用于眼球运动装置，产生扫射运动。平滑运动与扫射不同，属于眼球运动速度的连续负反馈系统，两者发生的时间是独立的。当眼球追踪一个运动物体时所发生的运动，使视线平滑地跟踪目标。

　　1.2 反射性眼球运动

　　从驱动眼动的动力源来分的话，眼球运动有与注意有关的眼动(如saccades、smooth pursuit、vergence)和与头动相关的眼动(即反射性眼动如VOR 和 OKR)两类。2005 年，Merfeld和 Ramat 分析了利用仿生机器人 iCub robot 对两种常见的 VOR 模型进行了模拟实验，分析了小脑在自适应特性及图像稳定中的重要作用。2007年Ojima指出，生物眼球运动具有典型的自适应控制机制，能够根据环境变化立即做出相应的变化和适当的响应，受此启发，提出一种非线性耦合神经振荡器网络模型及空间-时间学习算法，获得了平滑追踪中指令信号与运动增益及相位滞后的关系，建立的平滑追踪VOR 复合模型，改善了目标跟踪特性。

　　1.3 注视转移中头眼协调运动

　　2009 年后，人们提出了头眼协调运动的最优控制方法，运用最优控制理论研究了头眼运动与注视转移的关系，提出头眼运动最小贡献力为准则的最优控制方法，并转化为求解两点边值问题的微分方程组，仿真结果印证了“头、眼分别受控制于不同的控制器”的结论。但该研究提出的模型不具备生物的自学习机能，在此基础上提出了一种自学习最优控制模型，在注视转移过程中自适应调整控制器参数，对于再现生物头眼协调特性更近了一步。通过分析视觉重定位中头、眼运动的实验数据，提出建立头眼协调运动模型还须考虑一些尚未解决的问题。进一步研究导致这些现象的神经机制，才能揭示各运动子系统之间相互协调的本质。

　　1.4 固视微动

　　人眼在注视静止目标时，眼球仍处于高频率无意识的振动之中，一旦振动停止，成像就会变得模糊，这种振动保证了图像的获取质量。人眼的微动机制启发人们去模拟眼球振动来改善图像质量。当人眼凝视静止物体时，眼球自身的震颤(固视微动)具有突出物体边缘的作用且包含深度信息。东京工业大学张晓琳先后建立了单眼和双眼的水平眼球微动控制系统的模型，使眼球微动模型可以用于机器人眼的设计制造和控制上，并在此基础上制作了一对具有与双眼微动控制系统模型相同的机器人眼实验模型。事实上，生物眼球运动在大多数情况下是包含上述多种运动成分的复合运动。此外，人们还研究了眼球运动系统中神经积分器的作用、眼球运动的脑干控制机理，眼球运动与感知，以及眼球-头颈的运动学和动力学特性等，仿生眼的研究在国外成为前沿研究热点。 　　2 仿生视觉面临的问题及对策

　　目前机器人眼的研究多是基于工学方法，利用左右摄像机获得目标图像分别进行处理，左右眼和头颈缺乏协调联动机制，在双目、头眼协调运动、视线偏离补偿、不确定目标追踪等方面存在诸多技术障碍，采用仿生技术是寻求解决这些问题的重要途径。

　　2.1 建立完善的仿生眼模型

　　基于国外生理学研究成果，采用工程仿生学和控制理论相结合的方法，将视觉控制生理模型转化为工程技术模型，实现生物视觉的优异性能，从根本上解决机器视觉面临的技术难题，是智能机器人研究的重要方向。目前文献中的仿生眼模型只模拟了人眼的一种或两种运动，且多为单眼或双眼一维水平运动。普遍采用扫视与平滑追踪分离的机制，难以同时实现多种眼球运动。进一步研究各种眼球运动之间的内部关联与神经机理，建立多自由度非线性仿生双眼运动模型，同时实现扫视、平滑追踪、异向运动和反射运动等多种眼球运动，尚需进行大量的研究。

　　2.2 引入生物神经控制机理

　　当进行大幅度视线转移时，机器人的关节冗余需要有效地协调头部和双目的运动。目前提出的头眼协调运动系统及学习算法多是基于水平方向的二维头眼系统，虽有学者提出3D头眼协调运动控制算法，但采用的是先双目聚焦，再转动头部，后做眼睛补偿的“分时”“分段”执行方法，并未真正实现头眼同时转向目标中的协调控制。目前3D头眼协调运动仍是一项有待突破的技术难关。从生物头眼协调运动中获取灵感，研究灵长类动物头、眼和身体协调组合完成视线转移的神经控制机理，设计双目头颈协调运动控制算法，解决机器人3D头眼协调控制问题不失为一条重要的研究途径。

　　2.3 研究人眼跟踪目标的机理

　　机器人“眼”的重要功能之一是视觉跟踪，目前常采用视觉伺服反馈控制的方法，但对于突然、快速变化以及行踪无常的目标，常出现目标丢失、跟踪失败的现象。人眼在跟踪变化无常的目标中表现出的非凡才能源于其视觉系统中眼球快速扫视和慢速平稳追随之间的协调配合和实时切换。深入研究人类眼球运动模式自动切换快速准确跟踪目标的神经生理机制，将视觉跟踪中扫视(saccade事件驱动)和平稳追随(smooth pursuit，速度连续驱动)模式的切换看作混杂系统的自适应最优控制问题加以研究，以期解决随意性运动目标跟踪的快速性和准确性问题。其中两种模式之间的最佳切换时机和预测算法是研究的关键技术。

　　2.4 模拟人类反射性眼球运动机理

　　机器人在颠簸路段行走或在复杂的非结构化环境中作业时，自身机体振动或姿态发生变化会引起较大的视线偏离。通常采用图像处理(特征提取、目标检测与匹配、空间位置计算等)的方法来调节伺服机械云台，但补偿范围小，图像稳定性差，尚无解决大视线偏离的办法。人眼具有很强的自适应和自调节功能，当头部和身体姿态发生变化或背景动态变化时，仍能清楚地注视和跟踪目标，缘于其前庭动眼反射(VOR)和视动反射(OKR)机能。研究人类反射性眼球运动机理，建立由基于视网膜滑动信息的反馈控制器和基于前庭输入的前馈控制器组成的自适应VOR-OKR模型，主动补偿由机器人姿态本体变化引起的视觉误差，解决机器人大范围视觉偏差补偿问题。

　　3 结论

　　机器人的视觉技术是机器人的共性技术，也是一项关键技术。仿生型机器人眼运动控制系统使机器人眼具备人眼的诸多特殊自然功能，将其投入机器人产业应用将开创仿生学在机器人技术领域崭新的应用前景。

　　参考文献：

　　[1]Erkelens CJ.A dual visual-local feedback model of the vergence eye movement system[J].Journal of Vision，2011，11(10)：21：1-14.

　　[2]毛晓波.仿生机器眼运动系统建模与控制研究[D].郑州：郑州大学，2011.

　　[3]Robinson DA.Models of the saccadic eye control system[J].Kybernetik，1973，14(2)：71-83.

【篇七】机器人技术论文

　　《论如何在科技馆中开展中小学机器人教育》

　　[摘要]随着机器人产业的发展,世界各国都认识到,培养机器人设计与操作人才的重要性。因此,纷纷出台政策加强对中小学生的机器人教育。科技馆作为重要的校外教育机构,也有必要在此领域发挥自己的作用。通过分析认为,科技馆的机器人教育应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高,提出在建构主义教育理论的指导下,以项目学习的模式,开展机器人俱乐部、夏令营及机器人比赛等形式的中小学生机器人教育。

　　[关键词]科技馆中小学机器人教育建构主义项目学习

　　自上世纪50年代以来,随着人工智能技术的迅速发展,机器人产业也发生了日新月异的变化。虽然其初衷是为工业、农业、国防等领域服务,但随着技术的进步及社会需求的发展,它已对普通公众的生活产生了潜移默化的影响,在医疗、教育、娱乐、交通等领域都能看到机器人“身影”,这也使人们愈来愈认识到,培养机器人设计与操作人才对机器人产业发展的重要性。因此,目前很多中小学校和校外机构都开设了机器人教育及培训课程,这对机器人人才储备而言具有重大意义。而作为校外教育不可或缺的一个环节,科技馆在中小学机器人教育体系中理应占据一席之地,发挥出自己的作用。那么,如何发挥呢?笔者认为,应在明确机器人教育的概念、厘清其发展现状的基础上,结合科学教育理论,确定合适的教育模式并加以实施。

　　一、机器人教育的概念

　　1920年,当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》中创造出“机器人(Robot)”这个词的时候,他肯定没料到在近一个世纪之后,其小说中让机器人代替人类劳动的情节已经变成了现实,并且它们还对公众生活产生了巨大的影响。

　　伴随着“机器人”这个词的诞生,社会各界一直对它的定义争论不已,但是一般说来,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。”

　　那么,什么是“机器人教育”呢?根据目前被广泛采用的彭绍东教授的定义,“机器人教育”就是学习、利用机器人,优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。

　　彭教授根据机器人在教学中扮演的角色,把机器人教育分为五大类:

　　(1)机器人学科教学(RobotSubjectInstruction,简称RSI);

　　(2)机器人辅助教学(Robot―AssistedInstruction,简称RAI);

　　(3)机器人管理教学(Robot――ManagedInstruction,简称RMI);

　　(4)机器人代理(师生)事务(Robot―RepresentedRoutine,简称RRR);

　　(5)机器人主持教学(Robot――DirectedInstruction,简称RDI)。

　　国内外目前所开展的主要是前两个类型,即机器人学科教学(RSI)和机器人辅助教学(RAI)。前者是指以机器人为对象进行学习,学习的内容是“机器人学科”;而后者指的是以机器人为工具进行学习,学习的内容是“自然科学的各个学科”。由于国内外情况的差异,我国中小学目前所开展的机器人教育以“机器人学科教学”为主,而国外则两种教育类型发展较为平均,并无特殊偏重。

　　二、国内外中小学机器人教育的现状

　　在一些发达国家,机器人教育已经成为中小学教育的热点。在美国,一般通过机器人技术课程、机器人辅助教学课程、课外活动及机器人主题夏令营等定期活动来对中小学生进行机器人教育。比如,美国加利福尼亚州高中工程与技术联盟在为高中生开设的工程与技术选修课程中,提供了ROBOTICS课程,主要介绍机器人技术历史,基础,术语,微控制,传感器,程序控制等方面的知识;美国国家自然基金支持的项目“K―12教育中的机器人技术”,目的是帮助K―12教师以及其他教育者开发或改进以机器人作为一种工具,来教授STEM的课程和开发机器人技术课程;印地安那州的Purdue大学与LAFAYETTE学校合作,在5至8年级学生课外活动中开展的ROBOTICS项目;CarnegieMellon大学提供的针对高中生的ROBOCAMP暑期机器人计划,通过八星期的课程,使学生懂得一些基本的与机器人有关的电子,机械和计算机科学知识。

　　在日本,其机器人产业的发展已经超过了欧美各国,这与他们对机器人教育的高度重视密不可分。他们不光在各个大学设立了机器人研究专业,并且在中小学的教学大纲中也加进了机器人课程。每年定期举办针对不同层次学生的机器人设计和制作大赛,各个学校也会在假期举办机器人研习营,从而形成了一个多角度、全覆盖的机器人教育体系。

　　此外,英国、俄罗斯、巴西、新加坡等国也早已出台了多项措施推进本国的中小学机器人教育发展。

　　而我国的中小学机器人教育则起步较晚,且覆盖面较小。2000年,北京景山学校以科研课题的形式将机器人普及教育纳入到信息技术课程中,在国内率先开展了中小学机器人课程教学。2001年,上海市西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行机器人活动进课堂的探索和尝试。2005年,哈尔滨市正式将机器人引入课堂教学,在哈尔滨师大附小、60中、省实验中学等41所学校开设了“人工智能与机器人”课程,用必修课形式对中小学生进行机器人科学方面的教育。

　　除了这些进行正规课堂教学的学校外,有些中小学则采用兴趣班、培训班的形式开展机器人教育。

　　庆幸的是,我国政府已经意识到中小学机器人教育的重要性,并在“课标”中有所体现。如教育部在2003年4月正式颁布的《普通高中技术课程(实验)标准》中,首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块,它是基于计算机技术的学习的平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程模块。现在,新的高中课程标准在“信息技术”科目中也已设立了“人工智能初步”选修模块,这是我国高中阶段开展人工智能教育迈出的第一步。

　　不过值得注意的是,在我国中小学机器人教育体系中,科技馆所占比例几可忽略。我们认为作为青少年科普的重要阵地,科技馆理应在中小学机器人教育中发挥更大的作用。

　　三、科技馆与中小学机器人教育

　　1.科技馆在中小学机器人教育中的定位

　　作为校外科普机构,科技馆不可能将完成“课标”为己任,而是应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高。就中国的情况而言,我们认为,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。

　　2.科技馆在中小学机器人教育中可采用的指导理论

　　在杜威“做中学”、皮亚杰的“发生认识论”以及维果斯基“心理发展的文化历史学说”基础上发展起来的建构主义教育理论(本文的讨论范围不包括激进的建构主义〈radicalconstructionism〉),近年来已经在科学教育领域中产生了巨大影响。

　　建构主义认为,世界是客观存在的,但世界的意义却是由人建构的。它强调知识的动态发展性,并认为知识不是通过教师传授得到的,而是学习者在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人的帮助(即通过人际间的协作活动)而实现的意义建构过程,因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“交流”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。

　　在学习过程中,学习者处于中心地位,是信息加工的主体,要主动对意义进行建构;而教师则是意义建构的帮助者,而非知识的灌输者。故在此理念下,整个学习过程中,学生要充分发挥自己的主动性,使用探究的方式,以自己已有的知识和经验为基础,努力构建属于自己的新知识;他们需要主动搜集、分析相关信息、资料,并对要学习的问题提出假设并加以验证。而教师的任务则是激发学生的学习兴趣,创设符合学习内容的情境,提示新旧知识之间联系,引导学生之间的协作、对话,从而帮助学生完成新知识的构建。

　　建构主义教育理论与科技馆教育的教育特点非常契合。因为“科技馆教育的本质特点在于它模拟再现了科研和生产活动的实践过程,并且不是简单地模拟再现,而是以学习为目的、经过改造的模拟再现,创造了引导观众进入探索与发现科学过程的条件。科技馆提供的‘从实践中学习’的途径不仅成为它与其他教育、传播机构及传统博物馆的最大区别,而且是科技馆生存与发展的价值所在。”也就是说,科技馆的教育需要创设学习情境,引导观众自己进行意义建构,并且在此过程中,可能伴有观众与科技馆员工或观众之间的交流,这恰恰正是一个完整的建构主义者所提倡的教育过程。

　　3.科技馆在中小学机器人教育中可采用的模式

　　1918年,著名教育学家克伯屈(WilliamHeardKilpatrick)在他名为《项目(设计)教学法:在教育过程中有目的活动的应用》的文章中,首次提出了“项目学习(Project-basedLearning)”的概念,用以说明有目的的设计行为对教育的重要性及其在教育过程中的应用。它让“学生自己计划、运用已有的知识经验,通过自己的操作,在具体的情境中解决实际问题”。它是“一套能使教师指导儿童对真实世界进行深入研究的课程活动,它在真实世界中让学生借助多种资源开展探究活动,并在一定时间内解决一系列相互关联着的问题的一种新型的探究性的学习,具体表现为构想、验证、完善、制造出某种东西,它可以是有形的由学生制作的物体,如书、剧本或一项发明等。”20世纪二三十年代,项目教学法已经在美国一些学校的低年级中得到了运用,到20世纪八九十年代,则在广大中小学中得到了普遍推广。

　　我们认为,项目学习法正是在科技馆中进行机器人教育所可以采用的模式。不论是机器人学科教学(RSI),还是机器人辅助教学(RAI),都可以项目学习的模式开展。而可采用的活动形式有机器人俱乐部、夏令营、机器人比赛等。

　　选定项目后,就需要组织学生对主题的探究活动。这一阶段一般都以学习小组或团队的形式进行。学生首先要对项目的主题进行调查、讨论,提出解决问题的假设;然后收集相关信息,对它们进行处理和分析,再验证或推翻之前的假设,最终得出问题的解决方案。在整个探究过程中,为有利于学生自我知识的建构,应对他们的一切探索和决定都持鼓励态度,而毋须规定出唯一正确的答案。

　　四、结论

　　科技馆作为重要的校外教育机构,也有必要在此领域发挥自己的作用。本文通过分析认为,科技馆的机器人教育应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。具体应在建构主义教育理论的指导下,以项目学习的模式,开展机器人俱乐部、夏令营及机器人比赛等形式的中小学生机器人教育。

　　参考文献:

　　[1]彭绍东.论机器人教育(上)[J].电化教育研究,2002,(6):4.

　　[2]王益,张剑平.美国机器人教育的特点及其启示[J].现代教育技术,2007,(11):109.

　　[3]教育新闻网[EB/OL].

　　[4]刘文利.学校科学教育需要科技馆积极支持[J].中国教育学刊,2008,(3):45.

　　[5]杨洁.多元智能理论视野下的项目学习[D].2004.5.

【篇八】机器人技术论文

　   摘 要：在光电技术迅猛发展的背景下，出现了用机器替代人眼发挥识别功能的技术，也就是机器视觉技术。这样的先进技术手段具备高度自动化、精准化以及便捷安全的突出优势，也因此促进了这一技术在诸多领域中的实践应用。本文首先对机器视觉技术及其发展情况进行简要概述，之后着重对机器视觉技术的主要应用领域与应用方法进行说明，以期为机器视觉技术的大范围普及推广创造良好条件。
　　关键词：机器视觉技术;发展;应用
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.130
　　1 机器视觉技术发展概述
　　 视觉是人获知外界事物多元信息的一个重要渠道，会将获得的信息传入大脑，由大脑结合人类知识经验处理分析信息，完成信息的识别。机器视觉顾名思义是用机器模拟人类视觉，从图像或者图像序，识别检测实际生活中三维物体的形态及其运动情况。和人类视觉相比，机器视觉具备很多优势，比方说机器视觉不会出现视觉疲劳，同时机器视觉技术功能比人类视觉的速度和精准度更高;机器视觉技术可以在诸多检测技术如紫外线、超声波等的支持之下检测到人类视觉但没有办法检测得到的事物。
　　2 机器视觉技术的主要应用领域分析
　　2.1 机器视觉技术在制造业的应用
　　 機器视觉技术在制造业中有以下几个主要应用领域：第一，精密测量。在制造业的生产活动当中，对零件进行精密测量是必不可少的一个工作环节。机器视觉监测体系基本是由摄像头、计算机处理和光学系统几部分构成的。先是用光源发射平行光束照在零件被检测部位上，被检部位轮廓用纤维光学镜成像，由计算机进行图像处理，获得被测部位轮廓位置信息。在被测零件出现位移以后，机器视觉系统两次测量边缘轮廓位置，位移是两次测量结果的差值。假如是在同一图像当中的两条平行边缘轮廓的话，轮廓差值是位置差值。第二，产品特征检测。机器视觉技术可利用产品特征检测在批量生产模式当中精准高效检测产品质量。其一是从产品空间特征着手进行检测，也就是检测产品尺寸与形状是否能够达到合格标准;其二是检测产品表面特点，也就是通过检测产品表面划痕、裂纹、磨损、粗糙度、纹理等划分产品质量;其三是检测产品结构特点，检验产品是否缺少零件或掺有多余杂质。第三，机器人研究。机器视觉技术应用于机器人的制造和研究，能够给机器人建立视觉系统，提升其智能化与自动化水平。
　　2.2 机器视觉技术在农业中的应用
　　 农业现代化水平在不断提高，呼吁大量先进科技在农业领域的应用，而机器视觉技术就是农业改革发展中不可或缺的技术力量。机器视觉技术在农业中的应用主要体现在：第一，应用于土壤检测，给农作物种植提供根据。机器视觉技术可以对目标物的图像信息进行有效的分析判断，提升机器处理速度与效率。收集农产品的信息常常利用CCD照相机或摄像机，同时和红外光谱或高光谱信息进行整合完成信息收集，给信息处理工作打下基础。通过把计算机视觉技术和近红外光谱结合起来，能够迅速检测出土壤的含水率，检测不同地点土壤成分，更好的选择要种植的农作物种类。第二，应用于农作物生长参数的获取。机器视觉技术在图像处理和算法识别方面有着很强的精准度，通过选取恰当算法的方式可以给精准获得自然环境之下农作物的多方面生产参数提供重要参考。第三，可以提高农业机器人的智能化水平，使其顺利完成农产品采摘、分类、包装、管理等活动。
　　2.3 机器视觉技术在汽车业的应用
　　 汽车行业是如今发展速度很快的一个行业，也是计算机视觉技术应用的一个主要领域，现如今已经逐步和汽车生产制造的多个环节结合起来，给汽车智能化发展提供了巨大助力。就拿检测汽车零部件尺寸与外观质量来说，过去检测方法耗费过多的人力物力，而结果的精准度和产品的合格率也得不到保障，但是在有了机器视觉技术发挥检测作用，显著提升了检测效率和精确程度。机器视觉技术在汽车业的应用主要体现在：第一，应用于3D四轮定位。机器视觉技术在汽车3D四轮定位仪的开发和产品研发当中有着显著应用价值，是其中的关键技术，而且设计精度水平很高。第二，应用于汽车整车与零部件自动检测。比如，运用带有双光源光路的机器视觉系统得到活塞表面图像信息，并选取恰当软件平台处理数字图像信息，能够一次性检测汽车所有活塞重点项目;以机器视觉技术为核心的汽车门锁自动检测系统可以提升门锁检测效率与精度，保证经济价值;通过对以机器视觉技术为基础的汽车连杆裂解槽检测法的应用，消除人工检测的误判和漏检问题。第三，应用于汽车产品装配加工。机械产品装配、新能源电池模块焊装等都能够对机器视觉技术进行应用。第四，应用于汽车智能驾驶。现如今汽车智能驾驶的研究在不断深入，而机器视觉技术是智能驾驶真正得以落实的核心技术，为车辆的智能驾驶提供强有力的信息支撑。
　　3 机器视觉技术未来发展趋势
　　 在未来机器视觉技术会进一步扩大优势功能，弥补当前技术发展和应用当中的不足，接下来从以下几个角度着手分析其未来发展趋势：第一，统一开放标准是其发展的动力所在。在未来基于机器视觉技术的产品应逐渐依照国际统一标准来进行衡量判断，而在我国自动化开放程度逐步提升的背景下会促进机器视觉技术走开放性发展道路，逐步和国际接轨，推动机器视觉整个行业的长足进步。第二，嵌入式产品会逐步替代板卡式产品。未来机器视觉会逐步趋于依靠PC技术，而且和数据采集等控制与测量的集成会更加紧密。由嵌入式产品替代板卡式产品正在持续增长，而彻底替代是必然趋势。其重要原因是在计算机与微电子技术手段的迅猛进步之下，嵌入式系统将会更大范围的推广应用，特别是在低功耗技术优势的发挥之下将会得到人们的关注。除此以外，嵌入式操作系统主要运用的是高级语言，其优势是能够提升工作效率、可靠性和可维护性。第三，标准一体化解决方案是其必然发展路径。机器视觉技术在未来发展当中会更大范围运用标准化技术，尤其是为满足自动化企业需求探寻软硬一体化解决方案，推动机器视觉技术高端化发展与应用。
　　参考文献：
　　[1]唐向阳，张勇，李江有，黄岗，杨松，关宏.机器视觉关键技术的现状及应用展望[J].昆明理工大学学报（理工版），2014（02）：68-70.
　　[2]董娜.基于机器视觉技术的机械制造自动化技术应用[J].中国科技投资，2016（16）：139-140.

【篇九】机器人技术论文

　　摘要：智能自动绘图写字机器人可以完成写字、绘图、制作壁画等工作，简单改装后可以变为具有激光雕刻与CNC加工功能的工业机器人。经过市场调研，目前已有的写字机器人普遍体积较小，只能在A4纸上写字，效率低且功能单一，不适用于工业生产。针对市场需求，在已有产品的基础上进行创新，设计了多功能大型工业写字机器人，并开发了配套的人工智能应用软件。

　　关键词：人工智能;智能制造;文化创意;智慧生产

　　1作品简介

　　该绘图写字机器人是由人工智能神经网络结构自主生成可人工调节的图文内容，并由个人电脑将图文内容转化为机器动作指令，由自主设计的多自由度框架写字绘图机构执行命令的一体化全栈式机器。

　　2工作原理

　　此机器采用COREXY运动结构，通过2个57高速闭环步进电机带动GT2同步皮带传动，结构略复杂，但是精度较高。得益于稳定的框架和固定的不随横轴移动的步进电机，避免了平台XY轴移动带来的晃动和不稳。移动组件部分搭建在三根高精度线轨之上，以保证书写时的速度和精度。

　　电路部分使用AtmelATmega328P的主控芯片，围绕此芯片搭建了外围电路，电路线板采用光耦隔离，抗干扰能力强，精确度高，主控板既可板载驱动器，也可外接大功率驱动器。考虑到书写尺寸，两个步进电机采用外置的电机驱动器，驱动器与主控板连接，采用12V与24V双路大功率电源，满足一个电源驱动整个机器的需求。

　　在PC端需要三部分软件来完成整个系统的控制逻辑：

　　（1）与下位机（基于AtmelATmega328P的电路控制板）通信的控制软件，将控制命令（Gcode）和下位机交互，控制机械运动;

　　（2）通过软件将图案或文字转化为控制命令（Gcode）;

　　（3）通过人工智能与深度学习软件自主设计艺术画作或者模仿古今中外书法绘画名家进行全自动创作。

　　系统流程如图1所示。

　　3创新点

　　（1）该机器一改其他类型机器工作原理简单、工作能力单一、工业设计薄弱的缺点，创造性地使用工业级别的自动化零件，一方面可以极大地增加该机器的稳定性与寿命，另一方面也可使得该机器具有其他功能。

　　（2）该机器的框架庞大，可控性优良，且框架刚性优秀，因此该机器可以通过简单的改装来满足不同的工作需求。除可以在表面使用不同的涂料进行喷涂外，还可以用于平面液体固化等方面，例如制作异形薄煎饼、绘图巧克力，通过不同材料打印彩色标牌等，该机器在平面扩展方面存在极为优良的性能。

　　（3）该机器的主要框架较为稳定，与市面上其他同类商品相比，其底面为一个完整的矩形，因此适合将该机器进行进一步扩展。在增加Z轴运动后，该机器可以成为一台精度极高的三维打印机，在增加密封箱或者其他类似的通风设施后，可以改造成为一台与专业机型无异的激光切割雕刻机，因此其在工业应用方面也存在极高的扩展性。

　　（4）由于其使用了直线导轨与闭环步进电机控制，其对干扰的排除能力远超其他同类产品，因此可以做一些负荷较大的工作。其本身扭矩支持将它改造成铣床或者浮雕制作机。该机器虽然自重较大，但体积较为紧凑，因此可以方便地将其置于需要制作浮雕等的平面上。

　　（5）该产品投产后不仅可以作为写字机器人使用，还可以将其框架经过简单改造与二次开发后作为喷绘机、雕刻机、食品打印机、三维打印机、铣床等多种工业设备出售。因此该机器对于公司而言可以有力降低开发成本，实现较高的经济收益。

　　4市场前景

　　我们根据调研，发现目前市场上还未出现类似该机器的产品，同时机器相关技术成熟度较高，市场前景广阔。相比传统的绘画创作方式，无论是AI设计师的设计效率，还是设计之后绘制成品的生产效率，均远高于现有方式。

　　（1）传统设计师在考虑一副壁画或艺术画内容时，往往需要较长的时间周期，而对于单个设计师而言，很容易出现灵感枯竭、内容风格单一等现象，同时设计师的水平也各有高低。相比之下，人工智能自主创作内容的方案不会存在上述情况，借助现代计算机高速的计算速度，神经网络能够在短时间内创作大量优异的画作，且内容完全可控，因此这是对传统设计行业的颠覆性挑战。

　　（2）传统人工绘制壁画艺术画等方式对工匠技术具有较高要求，不同人之间绘制效果略有差异，且人工速度较低。相比之下，自动化机器拥有由机械结构带来的高精度优势，效果堪比甚至超过人工。由于机械结构由大功率步进伺服系统驱动，绘画的效率也远远高于人工。

　　（3）机器硬件和软件的成本远远低于目前聘请设计师和工匠施工的费用，相同的投資资金下，使用机器带来的生产效率是人工无法比拟的。

【篇十】机器人技术论文

　　摘   要：随着人口老龄化问题的凸显，护理机器人市场需求呈现上升趋势，其技术发展也十分迅速。介绍了助餐机器人、卫生护理机器人、复健机器人和智能护理床式机器人的特点及代表性型号，分析得出当前护理机器人的研究热点主要集中在机构优化创新设计、人工智能控制及安全性等方面。认为国内护理机器人的研究和应用与西方发达国家相比仍存在较大差距，今后的发展应该围绕突出护理机器人的特色功能、与人工智能相结合、提高护理机器人的安全性与可靠性等方面加以改进。

　　关键词：护理机器人;助餐机器人;卫生护理机器人;复健机器人;智能护理床式机器人

　　中图分类号： TP242 文献标识码： A        文章编号：2095-7394(2020)04-0062-09

　　第六次全国人口普查数据显示，我国60岁以上的人口已高达1.85亿，占总人口的13.9%。根据联合国对人口年龄类型的划分，目前我国已经进入“老年型国家”，且老龄化的速度还在不断加快。预计从2020年开始，我国将步入老龄化严重阶段，老龄化水平将达到17.17%;到2050年，我国将步入超高老龄化国家行列，60岁及以上人口将占到30%[1]。与此同时，由于人们对生活品质追求的提高，使得医疗护理不管在质上还是量上都需要满足更高水准的要求。医疗、护理和康复需求的不断增加，以及相对缺乏的医护人力，使得医疗及健康服务机器人市场具有巨大的发展潜力。

　　护理机器人作为一种特殊的医用机器人，一般是指为需护理人的身体功能和生活提供支援，或者为护理人员提供支援的机器，它服务的对象主要为失能老年人或者残疾人。荷兰、美国、日本等国从20世纪80年代就开始重视护理机器人的研发价值和社会意义，目前，这些发达国家的护理机器人技术已走在世界前列[2]。我国发展服务机器人产业已被列为“863”计划重点项目并引起相关部门和科研单位的重视，但与上述发达国家相比，我国在护理机器人技术方面仍存在比较明显的差距[3]。

　　1    护理机器人的分类及研究进展

　　1.1  助餐机器人

　　助餐机器人是用来帮助行动不便的使用者进行日常饮食护理的一种机器人。1987年，英国的Mike Topping公司开发了一款Handy 1型助餐机器人，旨在帮助一名11岁的脑瘫男孩完成进食[4]。而美国Sammons Preston公司研发的助餐机器人包含了开关、手脚控制器、转盘、托盘、推送器等装置，其结构如图1所示。该类助餐机器人由数台直流伺服电动机驱动，拥有较大的工作空间，可应对不同体型和年龄段的使用者。

　　助餐机器人的控制大致可以通过三种途径实现[5]：一是脚踏开关。使用者只需要踩踏相应脚踏开关即可获得进餐帮助，其缺点是自动化程度较低。第二种是语音识别。将特定功能的语音信号存入模板库中，当使用者发出声音指令时，将其与模板库中的原有信号进行匹配与识别。其缺点是由于不同人的发音存在差异，会导致不能识别或者误识别的情况出现。第三种是识别头部姿势。其硬件由视频采集卡和高精度摄像头组成，通过头部的动作，如摇头、低头等识别使用者的需求，并产生相应的操作命令。其缺点是系统组成较为复杂，软件控制上也容易出现误动作。

　　如何取餐是开发助餐机器人的难点。如图2所示，目前最成功的是半勺式取餐机构，该机构自由度仅为1.通过直流伺服电动机驱动丝杠螺母前后运动来实现勺子的张合[6]。美国在2009年开发出世界上首个四轴饮食护理机器人Meal Buddy，它包含一个3自由度的机械臂和配套的餐盘和餐桌[7]。该机器人在餐盘的设计上，充分考虑到在喂给有汤汁的食物时可能造成的汤汁滴落问题，采用了磁力吸附的原理以及特殊的机械结构。我国哈尔滨工程大学在助餐机器人设计[8]与进餐时餐勺轨迹规划[9]等领域进行了长期深入的研究，取得了一定的成果;但其目前研制的助餐机器人还处于功能样机阶段，亟需改进以实现产品化。

　　近年来，针对助餐机器人还开发了化妆、刷牙、刮胡须等功能，使其成为更加完善的护理机器人[10]，从而提高了被护理者的自理能力和自信心。

　　1.2   卫生护理机器人

　　面对无法独自完成个人卫生清洁工作的人群，传统的人工卫生护理工作量大且效率低下，卫生护理机器人的出现即可有效解决这些问题。其中，应用最广泛的是站立式卫生护理机器人，该类护理机器人包含辅助站立系统和清洁系统两大部分[11]。典型的辅助站立系统结构方案如图3所示，依靠扶手的垂直向上提升带动人体重心向上移动，由此减小下肢的受力。清洁系统包含背部清洁、臀部清洁、腿部清洁、头部清洁等。其中：背部、臀部、腿部清洁系统通过支撑板上的圆形塑料搓头模拟人工搓澡，还有一些智能型的个人卫生护理机器人甚至可以根據被护理者的性别、年龄和皮肤特性，设置搓澡力度;头部清洁系统主要采用由主转臂、自转臂、俯仰支撑臂组成的3自由度定位装置，以伺服电动机驱动，搓头安装在半圆形帽壳上[12-13]。

　　浴缸式自动洗浴机器人可以实现自动洗头、洗澡、按摩、干身、生命体征监测等功能，被护理者可以不必站立而完成个人卫生的清洁。由于浴缸式自动洗浴机器人存在被护理者进出不方便的问题，因此出现了看护轮椅式洗澡机器人，如日本的Bishamon看护用轮椅洗澡机器人，如图4所示。它采用了角度可调的浴缸和上下可分离的轮椅紧密结合的模式，轮椅即为整个机器人的一部分，这样，被护理者进出浴缸非常方便，机器人使用效率较高。

　　如图5所示为我国洛阳圣瑞机电技术有限公司与河南科技大学等联合开发的轮椅式洗澡机器人[14]，它采用半封闭卧式舱体结构，分为固定、移动两部分，其中移动部分采用座椅结构，以方便洗浴者入舱。

　　1.3  复健机器人

　　中风或脑血管损伤可能会引起永久神经性损伤，导致患者无法灵活控制一部分肢体，进而严重危害人体健康。由于人体大脑的中枢神经有可塑性，因此，如果在发病初期及时治疗，完全可以在一定程度上重组和重建大脑神经功能。例如，对于由脑卒中造成的偏瘫患者，相关研究结果表明，康复训练在神经系统功能发生障碍后的3个月内具有比较显著的效果，而超过6个月后神经系统功能恢复的可能性就相对较小[15]。助行复健机器人(亦称为康复机器人)就是以此为目的进行设计的，它主要用于帮助老年人、伤残病人等站立、行走、活动，以恢复他们的患侧肢体运动功能，改善其日常活动能力，从而提高生活质量。国外先后有美国麻省理工学院KREBS H I等研制了末端式上肢康复机器人MIT-MANUS[16]，斯坦福大学BURGAR C G等开发了拥有上肢镜像功能的MIME[17]，如图6所示;国内华中科技大学吴军等研发了一种气动肌肉双向拉伸的外骨骼康复机器人[18]，如图7所示，这种机器人关节的运动通过气动肌肉来实现。 　　在下肢康复机器人的研究方面：瑞士苏黎世联邦理工学院研制的 Lokomat[19]，其新的下肢机构增加了骨盆的侧向运动和髋关节的内收/外展运动，以实现更加接近人体行走的自然步态;美国特拉华大学研制的ALEX[20]下肢康复机器人包含12个自由度，能适应各种动作;国内清华大学、中国科学院自动化研究所、上海交通大学、南京理工大学、浙江大学以及哈尔滨工程大学等，也在下肢康复机器人领域做了初步研究[21-22]。

　　近几十年来，国内研究者在上肢康复机器人技术领域的研究成果较多，尤其是在主动训练、柔顺性控制、康复评价等领域的技术研究工作已经开展得比较深入，并开始逐步应用于临床[23]。然而，制作成本高、应用普及受限以及康复效果有限等，是现有上肢康复机器人应用研究中面临的主要问题;而下肢康复机器人的研究和临床应用尚处于初步阶段，仍然存在诸多问题有待深入研究解决[24]。

　　1.4   智能护理床式机器人

　　智能护理床式机器人主要服务于空巢家庭中的老人、失去自理能力的病人等。国外护理床研究起步早、技术比较成熟，早在20世纪90年代，相关电动护理床就已经在医疗护理领域得到应用，其中具有代表性的是日本八乐梦公司的KQ-86330和KR-C7320E[25]，如图8所示。该护理床采用电机驱动，根据使用者要求调整靠背、大腿板、小腿板的角度，可以改变睡姿和坐姿。美国 Hill-Rom 公司研发了CareAssist 系列多功能电动护理床[26]，如图9所示，该护理床采用创新性机械结构将床体与轮椅融合为一体，通过机构的运动即可将床体变为一个轮椅，以便于患者在不离开护理床的条件下完成位置转移和坐、卧姿态的转换;但该护理床存在体积较大、轮椅状态时行驶不便等不足之处，因此该类护理床目前多应用于医疗机构。目前，国内的一些科研机构也开展了智能护理床的相关研究工作，并取得了一定的进展[27-28]，但投入实际生产的仍然很少。

　　对于失能人群，解决其长期卧床的大小便问题是护理工作中最为繁琐的环节，因此，如何保证失能人群可以便捷且舒适地完成大小便是护理设备研发的重点之一[29]。针对这一问题，目前比较常见的是一次性便袋和升举式便盆[30]两种方案，如图10所示。由于以上两种方案均需要由护理人员对被护理者进行便后身体清洁工作，所以实际使用中护理人员的工作强度仍然比较大。

　　如图11所示，日本松永和国产鱼跃品牌将轮椅与家用坐便器结合，在一定程度上解决了使用者的大小便护理问题，但在解决长期卧床患者的大小便问题时，仍显得过于繁琐。此外，日本还研发了Ever Care全自动排泄处理系统[31]，该产品由床体集便器、净水污水箱、水循环系统以及嵌入式计算机系统组成，可自动完成对患者的大小便护理工作，如图12所示。由于患者臀部需要长时间包裹于床体集便器内，使其舒适性受到很大影响，因此，该产品的使用者主要是生活完全不能自理的人群。

　　综上，目前市场上主流的护理床式机器人在功能上，尤其是在大小便护理功能的完善方面，还有很大的提升空间。新一代的护理床式机器人可以将智能马桶技术与移动机器人技术融入其中，开发出在机械结构上与床体相对独立的移动式智能马桶，一方面，可提供温水冲洗和暖风烘干功能;另一方面，结合智能调度和导航系統，可与多个床体进行对接，从而提高护理质量并改善护理人员的工作环境。此外，通过进一步融入各种智能传感器，新一代护理床式机器人还可以对呼吸、体温和血压等生命体征进行实时监控，并通过网络共享给护理人员，从而在使用者生命体征数值出现异常时发出警报。

　　2    护理机器人的研究热点

　　2.1  机构优化创新设计

　　机构性能的优化和提升对于护理机器人功能的改善有着重要作用。目前，助餐机器人的喂食机构还无法达到人类手指的灵活性，因此，如何通过机构创新设计，使助餐机器人满足多种类型食物，如流质、半流质和固体食物的喂食需求，是当前需要解决的关键技术之一[32]。护理床式机器人从最原始的纯手动方式，发展到目前的全自动智能化，每一代机器人的革新都伴随着机构的优化创新。目前，市场上的护理床大多具备起背、屈腿、侧翻身以及大小便护理等功能，然而，功能越全面的护理床机械结构越复杂、体积亦更加庞大;因此，通过机构优化创新，在实现多功能的同时进一步缩小体积，从而提高其便携性能，是护理床式机器人研发中的关键技术之一。此外，将近些年来出现的新型软体机器人[33]技术思想融合到护理行业，可有效提高护理机器人的柔顺性、安全性和适应性。新型软体机器人在人机交互、复杂易碎品抓持和狭小空间作业等方面具有不可比拟的优势，据报道，国外已研发相关产品来辅助脑中风患者或骨折病人做上肢康复训练。

　　2.2  传感器与智能控制技术

　　人工智能是全世界的研究热点之一，因此，智能化必然是未来机器人技术发展的重要方向，而护理机器人的智能水平又依赖于传感器以及智能控制技术的发展。传感器如同人类的“五官”，机器人若需要感知外部的环境变化并做出反应，就需要依靠传感器来采集外界的环境信息并进行综合处理。早期的护理机器人主要依靠机械结构来实现其各项护理功能，随着技术的发展，目前的护理机器人使用了大量的传感器并结合智能控制算法来提高其自动化和智能化水平。例如：用于检测位移和角位移量的传感器，以及测量速度和加速度的传感器;检测接触力、把握力、荷重、发布压力、力矩的触觉传感器;检测平面位置、距离、形状的视觉传感器;检测声音、超声波的听觉传感器;检测气体成分和味道的嗅觉味觉传感器;等等[22]。

　　为了克服单一传感器只能给出环境的部分或侧面信息的局限性，逐步产生了多传感器信息融合技术，它通过对多种传感器获得的关于未知环境特征信息的分析和综合，得到对该环境全面、一致的估计[34]。例如：天津大学设计的一款用于识别语音指令的智能语音系统，其装载了微音器和摄像机，以人发音时的面部表情变化为指示信号，干扰信号是其他各种声音组成的噪音，通过传感器的信息融合，可以从驳杂的噪音中检出目标声音[35]。 　　2.3  可靠性和安全性

　　尽管国内外关于工业机器人可靠性和安全性的相关研究成果较多[36-38]，但针对护理机器人可靠性和安全性的研究仍相对较少，目前仅在康复机器人等领域有少量的研究报道[39]。护理机器人不同于一般的工业机器人，它是直接作用于人的系统，需要具备高的可靠性和安全性以保护使用者的生命安全;因此，为了使其能够长期可靠地运行，做好可靠性设计是关键环节。

　　在实际应用中，将容错技术、故障诊断技术等多种技术引入护理机器人中，采用不同的冗余配置方式，可以实现规划级和控制级计算机系统高可靠性设计[40]。而在可靠性设计的基础上，按照各子系统的重要程度来进行可靠性分配，如采取不降低产品性能前提下的简化设计、降低元件实际承受的应力、增加冗余的并联结构等措施，可以防止因为串行零部件可靠性低而导致的全体结构失效[41]。

　　为了保证护理机器人的安全性，采用ISO 13482-2014标准对个人护理机器人安全问题产生原因及相应的处理措施进行分析。目前，国内外许多学者在机械结构设计、控制算法以及评估方法等领域开展了比较广泛的研究[42]，例如：用故障树形图分析法来分析，从而对机器人的安全性进行评估[43];使用安全地板，当有人靠近时自动关闭机器;安装安全敏感系统，检测是否有进入机器人工作区的人员或者物体;等等。

　　3   总结与展望

　　随着人们生活水平的提高和科技的快速发展，在应对全世界范围内人口老龄化问题的过程中，护理机器人的需求正逐渐增大。上述个人卫生护理机器人、助餐机器人、复健机器人以及智能护理床式机器人等型号多样、功能迥异的护理机器人的出现，改善了老年人和残障人士的生活质量，缓解了老龄化社会所带来的巨大压力。

　　总体而言，我国对护理机器人的研究和应用起步较晚，与西方发达国家之间仍存在较大差距。在今后的发展中，应该从突出护理机器人的特色功能、与人工智能相结合、提高护理机器人的安全性与可靠性等方面加强改进，从而在该领域形成独特的竞争力。

　　参考文献：

　　[1] 刘喜珍. 老年社会关怀研究[J]. 北京青年政治学院学报，2013(4)：51-55.

　　[2] 倪自强，王田苗，刘达. 医疗机器人技术发展综述[J].机械工程学报，2015.51(13)：45-52.

　　[3] 李扬，周岷峰. 我国医疗机器人产业发展特征分析[J].机器人产业，2018(2)：95-100.

　　[4] TOPPING M J，SMITH J K. The development of handy 1. A robotic system to assist the severely disabled[J]. Technology and Disability，1999.10(2)：95-105.

　　[5] 王岚.助餐机器人的机构设计与控制模式研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007.

　　[6] 李彦涛.助餐机器人样机控制及控制研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2012.

　　[7] SONG W K，KIM J. Novel assistive robot for self-feeding [M]. Korea：INTECH Open Access Publisher， 2012.

　　[8] 李彦涛，张立勋，赵奇，等. 基于xPC的助餐机器人实时控制系统研究[J]. 中国康复医学杂志，2011.26(4)：363-366.

　　[9] 张立勋，李彦涛，高峻，等. 助餐机器人轨迹规划研究[J]. 系统仿真学报，2010.22(5)：1232-1236.

　　[10] 孙海欣，曹志强. 智能助餐机器人的设计[J]. 长春大学学报，2017.27(8)：18-21.

　　[11] 付东辽，韩建海，胡志刚. 卫生护理机器人辅助站立装置设计与研究[J]. 机械传动，2013.37(11)：43-46.

　　[12] 朱飒爽，李国霞，伏桂月，等. 个人卫生护理机器人控制部分的设计与实现[J]. 现代电子技术，2012.35(5)：131-133.

　　[13] 翟常冬，边敦新，沙晓，等.基于STM32的多功能智能护理机器人设计[J]. 集成电路应用，2019.36(5)：44-46.

　　[14] 赵志伟.国内首台个人卫生护理机器人在洛阳诞生[N].洛阳日报，2010-11-26(1).

　　[15] 潘畅.中风偏瘫实用康复术详图解[M].北京：中国中医药出版社，1999.

　　[16] KREBS H I，VOLPE B T，WILLIAMS D，et al. Robot-aided neurorehabilitation： a robot for wrist rehabilitation [J]. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering，2007.15(3)：327 -335.

　　[17] BURGAR C G，LUM P S，SHOR P C，et al. Development of robots for rehabilitation therapy：the Palo Alto VA/Stanford experience [J]. Journal of Rehabilitation Research and Development，2000.37(6)：663-673.

　　[18] 吳军，王永骥，黄剑，等. 新型可穿戴式多自由度气动上肢康复机器人[J]. 华中科技大学学报(自然科学版)，2011.39(S2)：279-282. 　　[19] COLOMBO G，JOERG M，SCHREIER R，et al. Treadmill training of paraplegic patients using a robotic orthosis [J]. Journal of Rehabilitation Research and Development，2000.37(6)：693-700.

　　[20] ZANOTTO D，STEGALL P，AGRAWAL S K. ALEX III：a novel robotic platform with 12 DOFs for human gait training [C]// Proceedings of the 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). Karlsruhe：IEEE，2013：3914-3919.

　　[21] 倪文彬，瞿志俊，张建云，等.一种步态康复训练机器人设计[J]. 机械科学与技术，2016.35(11)： 1665-1672.

　　[22] 侯增广，赵新刚，程龙，等. 康复机器人与智能辅助系统的研究进展[J]. 自动化学报，2016.42(12)： 1765-1779.

　　[23] MACIEJASZ P，ESCHWEILER J，GERLACH-HAHN K，et al. A survey on robotic devices for upper limb rehabilitation [J]. Journal of  Neuro Engineering and Rehabilitation，2014.11(1)：3-32.

　　[24] KREBS H I. Rehabilitation robotics：an academic engineer perspective [C]// Proceedings of the 33rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBS). Boston：IEEE，2011：6709-6712.

　　[25] 朱爱洁. 多功能智能护理床研制[D]. 合肥：合肥工业大学，2018.

　　[26] HU C M，YEH C H. The synergy of QFD and TRIZ design practice：A case study for medical care bed [C]// Proceedings of 2011 International Conference on Modelling，Identification and Control (ICMIC). Shanghai：IEEE，2011：523-531.

　　[27] 赵礼刚，阮涛，丁军政，等. 基于ADAMS的多功能护理床支背机构优化设计[J]. 江苏科技大学学报(自然科学版)，2019.33(1)：45-50.

　　[28] 秦帅华，赵新华，杨玉维，等. 多功能护理床起背机构创新设计及运动分析[J]. 天津理工大学学报，2018.34(2)：1-5.

　　[29] LO C C，TSAI S H，LIN B S. Novel non-contact control system of electric bed for medical healthcare[J]. Medical & biological engineering & computing，2017.55(3)：517-526.

　　[30] 桑凌峰，傅建中，甘中学，等. 轮椅担架一体化护理机器人设计[J]. 机械设计与研究，2018.34(5)： 65-69.

　　[31] 周祖茗，张华，刘兴，等. 智能尿便处理器的设计与研究[J]. 制造业自动化，2012.34(18)：100-103.

　　[32] 张祥，喻洪流，雷毅，等. 国内外饮食护理机器人的发展状况研究[J]. 中国康复医学杂志，2015.30(6)：627-630.

　　[33] 王田苗，郝雨飞，杨兴帮，等. 软体机器人：结构、驱动、传感与控制[J]. 机械工程学报，2017.53(13)：1-13.

　　[34] 王耀南，李树涛. 多传感器信息融合及其应用综述[J]. 控制与决策，2001(5)：518-522.

　　[35] 王建荣，张句，路文焕，等.机器人自身噪声环境下的自动语音识别[J].清华大学学报(自然科学版)，2017.57(2)：153-157.

　　[36] 孙剑萍，JEFF X，汤兆平. 机器人定位精度及标定非概率可靠性方法研究[J]. 仪器仪表学报，2018.39(12)：109-120.

　　[37] FAZLOLLAHTABAR H，NIAKI S T A. Integration of fault tree analysis，reliability block diagram and hazard decision tree for industrial robot reliability evaluation[J]. Industrial Robot，2017.44(6)：754-764.

　　[38] 陈胜军. 工业机器人系统可靠性预测方法研究[J]. 南京师范大学学报(工程技术版)，2008(2)：6-9.

　　[39] 康浩博，王建辉.基于安全性考虑的五自由度外骨骼式上肢康复机器人自适应控制[J]. 中国科技论文，2014.9(7)：844-851.

　　[40] 周风余，刘明，张志献，等. RPJ-D型喷浆机器人机械结构及其分布式计算机控制系统的可靠性设计[J]. 机器人，2003(2)：127-131.

　　[41] 劉朝霞，孙宇锋，轩杰，等. 考虑多因素的可修系统任务可靠性分配方法[J]. 北京航空航天大学学报，2019.45(4)：834-840.

　　[42] 赵京，张自强，郑强，等.机器人安全性研究现状及发展趋势[J]. 北京航空航天大学学报，2018.44(7)： 1347-1358.

　　[43] 李锡江，刘荣，张厚祥，等. 基于模糊故障树法的清洗机器人安全性研究[J]. 北京航空航天大学学报， 2004(4)：344-348.

【篇十一】机器人技术论文

　　摘 要：随着我国物流行业的快速发展，货物的流动性以及流量的大量增加都为仓储行业带来了巨大的挑战。而货物抓取机器人可以有效地利用工作环境的空间，改善货物的搬运能力，有效地节约货物装卸搬运需要的作业时间。在文中从系统实现功能以及系统方案这两个方面对货物抓取机器人设计进行介绍，并分析了该货物抓取机器人的特色，为货物抓取机器人的设计提供借鉴。

　　关键词：货物抓取 STM32单片机 机械臂 PWM控制 数据传输模块

　　中图分类号：G64                  文献标识码：A           文章编号：1674-098X（2019）02（b）-0081-02

　　1 立题意义

　　我国物流行业规模不断扩大，货物的流动性和流量的增加对现代仓储行业提出了更高的要求。为实现高效率的货品出入库管理，越来越多的机器人设备开始应用于仓储管理中[1]。

　　根据上述分析的机器人发展前景及物流行业未来发展方向，本文提出的设计一种具有手持终端控制和自动控制两种控制方式的货物抓取机器人具有很强的研究价值和实际意义。

　　2 研究内容

　　本项目设计一款货物抓取机器人。该货物抓取机器人设置成手持终端控制和自动控制两种模式。该机器人以金属底盘搭配四对负重轮作为运输工具，采用外置高增益天线，能够更好地接收到信号;能够实时视频WiFi控制，实现第一人称视角及控制;使用调速系统，可以更好掌控小车速度;安装的四自由度机械臂实现对目标货物的精准抓取。

　　系统最终实现的主要功能如下：

　　（1）实时视频WiFi控制功能，通过手机，电脑等通过WiFi连接机器人，在屏幕上实时观看画面以第一人称视角控制机器人，以此来实现手持终端控制;

　　（2）路径规划功能，通过在电脑或手机上描绘路径，机器人可以按照规划好的路径行进，以此来实现机器人的自动控制;

　　（3）机械臂抓取货物功能，采用四自由度机械臂，模拟人体手臂设计，舵机有防卡死功能，与控制软件界面同步控制，自由度多，具有很大的灵活性，控制起来更加方便;

　　（4）躲避障碍功能，机器人同规划路径运动时，通过传感器采集信息并反馈给主控制板，主控制板发出信息使机器人避开障碍;

　　（5）云台控制摄像头功能，通过手机触屏，可灵活地控制二自由度云台上下左右带动摄像头转动，可以更方便地观察目标。

　　3 货物抓取机器人系统实现方案

　　3.1货物抓取机器人系统硬件总体方案设计

　　货物抓取机器人系统系统主要由STM32主控板、电源、电机驱动模块、Robot-Eyes摄像头、WiFi视频数据传输模块、二自由度视频云台和四自由度机械臂、金属底盘组成。

　　STM32单片机作为控制核心，根据接收到的各模块的数据信息，发送相应控制指令。

　　WiFi视频数据传输模块是利用无线技术进行无线传输的一种模块，主要由发射器，接收器和控制器组成。

　　二自由度云台是一种安装、固定摄像装置的支撑设备，用于摄像装置与支撑物的连接，主要用于需要进行运动图像捕捉的场合或环境，是采集方式更方便直接，在需要摇摆和摆动的机构中，如机械臂也利用云台来实现可接触范围的延伸和扩展。

　　四自由度机械臂主体结构有四个自由度，主要由旋转关节组成，具有与人的肩、肘、腕相对应的关节，更加接近于人的手臂。四自由度机械臂是本设计方案的重要研究对象。机械臂运行轨迹追踪控制技术主要包括自适应控制，滑模变结构控制，鲁棒自适应控制和模糊自适应控制[3]和经典PWM控制五大类。由于四自由度机械臂采用仿人类手臂设计，灵活度高，所以本设计方案对机械臂采用PWM控制，这种控制方法的优点是控制精度高。

　　电机驱动模块：采用8路舵机组成。

　　电源采用12V锂电池组，对机器人进行供电。

　　3.2货物抓取机器人软件总体方案设计

　　货物抓取机器人软件设计是按照模块化的思想完成的，采用C语言编写。设计内容包括基于STM32单片机控制系统的主程序，电机驱动子程序、四自由度机械臂控制子程序，WiFi通讯子程序、手持终端控制子程序。

　　STM32单片机在处理传感器采集的信息后，通过串口通信送达调用舵机控制器中的动作指令，舵机控制器控制四自由度机械臂对货物进行抓取。

　　拟通过三个层面来实现上述功能：

　　（1）底层电机驱动层，以STM32单片机实现对小车的驱动控制。该层主要设计电机驱动控制子程序和四自由度机械臂子程序。电机驱动控制子程序可以采用PWM算法实现对机器人底盘运动的控制。四自由度机械臂子程序中运用PWM控制算法，使用PWM调速方式对各关节电机进行驱动，采用外环位置环与内环速率环的双闭环控制结构，对各关节的运动方向，角度等进行控制，以此来对机械臂进行整体控制，实现对货物的抓取。

　　（2）中层数据传输层，借助路由器平台传输控制命令以及视频传递。传输层是完成对控制命令的传输，是连接机器人和手机的桥梁，同时也负责视频画面的采集和编码。该层主要设计WiFi通讯子程序。通过这个子程序可以实现数据的传输功能。

　　（3）顶层终端控制层，通过手持终端实现对机器人的控制。采用eclipse编写Android程序，程序共两个Activity界面：设置界面和主程序界面。設置界面中设置服务器端IP，控制口号和视频传输端口号[4]。主程序界面中有前进/后退按钮，按钮用于向路由器端发送TCP数据，通过数据传输以实现对机器人的控制。

　　4 项目特色

　　本文设计的货物抓取机器人，集实时视频WiFi控制、四自由灵活抓取货物机械臂、二自由度云台搭载摄像头于一体，可以设置手持终端控制和自动控制两种控制方式对货物进行抓取。STM32单片机，是一种较为先进的单片机，不仅可以用寄存器进行编程，还可以使用官方提供的库文件进行编程。实时视频WiFi控制可以通过手机视频实时了解机器人位置并对机器人进行控制;选用四自由度机械臂，模仿人类手臂结构抓取货物更牢固;采用二自由度云台搭载摄像头，可以更灵活地控制摄像头来采集信息;8路舵机控制器对机器人进行驱动，机器人运动更加灵活且动力更加强劲，采用PWM控制技术对电机进行控制可以大大节省能量，具有很强的稳定性。综上所述，该货物抓取机器人的成本低，性价比高，操作方便快捷，可以大大节省人力资源，降低人力成本，同时提高工作效率，对物流行业发展乃至社会经济发展起到一定的推进作用。

　　参考文献

　　[1]刘丽军.基于单目视觉的仓储物流机器人定位方法探讨[J].电子制作，2018（12）：63-64.

　　[2]王晴.应用单片机进行多自由度机械臂控制系统设计[J].邢台职业技术学院学报，2018，35（3）：64-66.

　　[3]宦婧，周伟祝，赵媛.基于智能感应的多自由度机械臂系统的设计实现[J].计算机与数字工程，2018，46（2）：397-401.

　　[4]杨勇.DIY基于路由器控制的wifi视频小车[J].电子世界，2018（23）：143-144.

【篇十二】机器人技术论文

　　智能机器人的未来发展趋势。

　　摘要:通过老师对机器人技术基础的说明和各组同学课外知识的介绍，以及自己在网上查机器人的知识和论文，掌握了机器人的基本知识和应用。我对智能机器人技术的发展现状和世界各国智能机器人的发展水平和应用有了新的认识。在掌握了机器人的基本知识以后，我对机器人将来的发展趋势有自身的看法。

　　关键词:机器人、发展现状、应用、趋势。

　　1、引言。

　　机器人的定义是可编程和多功能的操作机，用于搬运材料、零件和工具，或者为了执行不同的任务而具有可变化和可编程动作的专业系统。

　　智能机器人是在感觉上全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合考场，可以全面考察人工智能各领域的技术，研究彼此的关系。也可以在有害环境中代替人从事危险工作、天下海、战场作业等方面大显身手。

　　智能机器人应具备感知环境的能力、执行某项任务影响环境的能力和感知与行动联系的能力三个方面。智能机器人和工业机器人的根本区别在于智能机器人具有感知功能和识别、判断和规划功能。

　　随着智能机器人应用领域的不断扩大，人们期待智能机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。但是，智能机器人的环境往往不为人知，难以预测。智能机器人应完成的工作任务也越来越复杂，人工分析智能机器人的行为，设计也越来越困难。目前，国内外对智能机器人的研究也越来越深入。

　　通过学习机器人技术基础和课后讨论，观看各组的说明和相关机器人视频，分析了国内外智能机器人的发展，讨论了智能机器人发展中存在的问题，最后提出了智能机器人发展的想法。

　　2、国内外该领域发展现状综述。

　　2.1智能机器人的发展现状。

　　智能机器人是第三代机器人，该机器人具有多种传感器，可融合多种传感器获得的信息，有效适应变化环境，具有较强的自适应能力、学习能力和自治功能。

　　目前开发中的智能机器人智能水平并不高，只能说是智能机器人的初级阶段。在智能机器人研究中，目前的核心问题有两个。另一方面，提高智能机器人的自主性是智能机器人与人的关系，也就是说，希望智能机器人与人更加独立，具有更加友好的人机界面。从长远来看，只要操作人员给出要完成的任务，机器就能自动形成完成任务的步骤，自动完成。另一方面，提高智能机器人的适应性，提高智能机器人适应环境变化的能力，是智能机器人与环境的关系，希望加强交互关系。

　　智能机器人涉及到很多关键技术，这些技术关系到智能机器人的智能高低。这些重要技术主要包括多传感信息耦合技术，多传感信息融合是指综合多传感器的感知数据，产生更可靠、更准确、更全面的信息，融合的多传感器系统更完善、更准确地反映检测对象的特性，消除信息的不确定性，提高信息的可靠性

　　在各国智能机器人的发展中，美国智能机器人技术在国际上一直处于领先地位，其技术全面、先进、适应性强、性能可靠、功能全面、精度高，其视觉、触觉等人工智能技术已广泛应用于宇宙、汽车工业。日本由于一系列扶植政策，各种机器人包括智能机器人发展迅速。欧洲各国在智能机器人的研究和应用方面处于世界公认的领先地位。我国起步较晚，进入大发展时期，以机器人为媒体推进制造业整体变化，推进高科技产业整体成长。

　　2.2智能机器人的广泛应用。

　　现代智能机器人基本上可以根据人的命令完成各种复杂的工作，如深海探测、作战、侦察、信息收集、危险、服务等工作，模拟人类不能或不想完成的工作，不仅可以自主完成工作，还可以与人合作完成工作

　　智能机器人根据工作场所的不同，可分为管道、水下、空中、地面机器人等。管道机器人可用于检测管道使用中的破裂、腐蚀和焊接质量，在恶劣环境下承担管道的清洁、涂装、焊接、内部研磨等维护，修复地下管道的水下机器人可用于海洋科学研究、海上石油开发、海底矿藏勘探、海底捞救生等空中机器人可用于通信、气象、灾害监测、农业、地质、交通、广播电视等服务机器人半自主或全自主工作，为人类提供服务，其中医疗机器人具有良好的应用前景

　　在国防领域，军用智能机器人得到前所未有的重视和发展，近年来，美英等国开发了第二代军用智能机器人，其特点是采用自主控制方式，完成侦察、作战和物流支援等任务，在战场上具有观察、嗅觉等能力，自动跟踪地形和选择道路，具有自动搜索、识别和消灭敌人目标的功能。例如，美国的Navplab自主导航车、SSV自主地面坦克等。在未来的军事智能机器人中，智能战斗机器人、智能侦察机器人、智能警戒机器人、智能士兵机器人、智能运输机器人等也成为防卫装备的新亮点。

　　在服务工作方面，世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研发和广泛应用服务智能机器人，以扫地机器人为例，随着科技的进步和社会的发展，人们希望能够更加从繁琐的日常事务中脱颖而出，这就使扫地机器人进入家庭成为可能。日本公司开发的地板清扫机器人，可以沿着墙壁从任何位置自动启动，利用旋转的刷子将废弃物清扫到自己的容器中的车站地板清洗机器人工作时，将清洗液洒在地板上，用旋转刷不断清洗地板，将污水吸入带来的容器中的工厂的自动清扫机器人可以用于各种工厂的清扫工作。美国的清扫机器人Roomba具有很高的自主能力，可以在房间各家具的间隙游走，灵巧地完成清扫。瑞典的机器人三叶虫表面光滑圆形，内置搜索雷达，可以迅速检测和避免桌腿、玻璃器皿、宠物和其他障碍物。微处理器识别这些障碍物时，可以重新选择路线，重新判断和计算整个房间，保证房间的各个角落被清扫。

　　现代智能机器人不仅在上述方面有着广泛的应用，而且会渗透到生活的方方面面面，像煤炭工业在矿业方面，考虑到社会对煤炭需求量日益增长的趋势和煤炭开采的恶劣环境，将智能机器人应用到矿业是必不可少的。在建筑方面，有高层建筑抹灰机器人、预制品安装机器人、室内装饰机器人、擦拭玻璃机器人、地板研磨机器人等。在核工业方面，主要研究机构灵活、动作准确可靠、反应快、重量轻的机器人等。智能机器人的应用领域日益扩大，人们希望智能机器人能够在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。

　　3.讨论和展望和个人经验。

　　3.1智能机器人发展趋势展望。

　　智能机器人发展前景广阔，目前机器人研究处于第三代智能机器人阶段，国内外研究取得了很多成果，但智能水平仍不令人满意。未来的智能机器人应该在以下方面着力发展:面向任务，由于目前的人工智能不能提供实现智能机器的完整理论和方法，现有的人工智能技术多依赖于领域知识，因此我们限制了机器完成的任务和发展面向任务的特殊机器人，现有的人工智能技术可以发挥作用，开发这种智能机器人是可能的传感技术和集成技术技术，在现有传感器和集成技术的基础上发展更好、更先进的处理方法和实现手段，或者寻找新的传感器技术复杂的同时，可以提高人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智

　　3.2发展趋势。

　　现有的智能机器人智能化水平还不够高，所以在今后的发展中，努力提高各发面技术及其综合应用，大力提高智能机器人的智能化程度，提高智能机器人的自主性和适应性，是智能机器人发展的关键。同时，智能机器人涉及多门学科的协同工作，不仅包括技术基础，还包括心理学、伦理学等社会科学，让智能机器人完成对人类有益的工作，让人类从繁重、重复、危险的工作中解放出来，就像科幻作家阿西莫夫的机器人学三大法则一样，智能机器人真正为人类的利益服务，不能成为反人类的工具。相信在不不久的将来，各行各业都充满了各种各样的智能机器人，科幻小说的场景在科学家们的努力下成为现实，很好地提高了人类的生活质量和对未知事物的探索能力。

　　3.3个人的经验。

　　在没有学习《机器人技术基础》这门课程之前，我对机器人知之甚少。通过老师的说明和各组同学的课程说明，我对机器人有了更广泛的认识。

　　我一直想自己做一台遥控六通道遥控飞机，因为没有太多的知识和专业的时间，一直觉得太难了，所以一直没有方向。学习机器人技术基础这门课程是我制作的开始，遥控直升机与智能机器人相比差距太大，这就是科学技术的发展结果吧。

　　看过TED的一堂四轴直升机的录像，让我开阔视野，让我对制作自己的机器人有更多的想法。

　　通过《机器人技术基础》、《传感器与检测技术》、《机械设计基础》课程学习后，丰富的知识和技能，我可以在自己制作的机器人相应的传感器模块，使自己制作的机器人具有更多的功能，智能化。

　　参考文献。

　　[1].董砚秋.智能机器人概述[J].网络和信息。

　　[2].朱玉章.未来智能机器人[J].军事世界。

　　[3].谭定忠、王启明、李金山、谭林.洁净机器人研究发展现状[J].机械工程师

　　[4].许世范.智能机器人的发展及其在矿山的应用[J].煤矿自动化

　　[5].张博.智能机器人的现状和发展[J]。科学报告。

　　[6].张博.智能机器人的现状和发展[J]。科学报告。

　　[7].云为民.中国机器人发展的我看[J].读者的声音

　　[8].贾玉赞.浅谈智能机器人的发展和应用[J].太原技术

　　[9].孟庆春，齐勇，淑军，杜春侠，殷波，高云.智能机器人及其发展[J].中国海洋大学学报.

本文来源：http://www.rubber-label.com/bg/176900/