3.5 3.5 无缆自治水下机器人无缆自治水下机器人3.5.1 3.5.1 无无缆自治水下机器人用途缆自治水下机器人用途(1) (1) AUVAUV的分类的分类 (2) (2) AUVAUV的特点的特点3.5.2 3.5.2 典型无缆自治水下机器人介绍典型无缆自治水下机器人介绍3.6 3.6 水下机器人技术发展趋势水下机器人技术发展趋势第四章第四章 服务机器人服务机器人4.1 4.1 服务机器人概述服务机器人概述定义定义服务机器人有别于工业机器人的特征主要体现服务机器人有别于工业机器人的特征主要体现 在在任务要求任务要求、操作环境操作环境和和机械结构机械结构等方面等方面4.2 4.2 服务机器人的关键技术服务机器人的关键技术 环境的表示环境的表示 环境感知传感器和信号处理方法环境感知传感器和信号处理方法 控制系统与结构控制系统与结构 复杂任务和服务的实时规划复杂任务和服务的实时规划 适应于作业环境的机械本体结构适应于作业环境的机械本体结构人人- -机器人接口机器人接口4.3 4.3 典型的服务机器人典型的服务机器人4.3.1 4.3.1 医疗机器人医疗机器人(1) (1) 脑神经外科手术辅助机器人脑神经外科手术辅助机器人(2) (2) 辅助内镜外科手术机器人辅助内镜外科手术机器人4.3.2 4.3.2 个人服务机器人个人服务机器人个人服务机器人个人服务机器人通常是指在医院、家庭、疗养院及康复中心等通常是指在医院、家庭、疗养院及康复中心等 对残疾人、老人提供各种协助的机器人，以及代替人进行家务劳动对残疾人、老人提供各种协助的机器人，以及代替人进行家务劳动 的机器人。的机器人。 ( (1)1)伤残人助理机器人伤残人助理机器人英国英国Mike ToppingMike Topping公司从公司从19871987年开始研制一种称为年开始研制一种称为Handy 1Handy 1 的机器人，它能为患有脑瘫、运动神经元疾病、中风、肌营养的机器人，它能为患有脑瘫、运动神经元疾病、中风、肌营养 不良等疾病的残疾人和意外事故的受伤者提供多种服务，如帮不良等疾病的残疾人和意外事故的受伤者提供多种服务，如帮 助他们就餐、洗脸、刮脸、刷牙和化妆。助他们就餐、洗脸、刮脸、刷牙和化妆。伤残人助理机器人控制器应当具有多种交互能力，如话音伤残人助理机器人控制器应当具有多种交互能力，如话音 识别、语音合成、传感器的输入、手柄控制等。伤残人助理机识别、语音合成、传感器的输入、手柄控制等。伤残人助理机 器人的简便性及多功能性会对残疾人和护理人员具有很大的吸器人的简便性及多功能性会对残疾人和护理人员具有很大的吸 引力，因为它为有特殊需求的人们提供了较大的自主性，使他引力，因为它为有特殊需求的人们提供了较大的自主性，使他 们增加了融入到正常环境中的机会。们增加了融入到正常环境中的机会。 (2)(2)智能轮椅智能轮椅 为残疾人或行动不便者提供有行走能力的机器人轮椅是个为残疾人或行动不便者提供有行走能力的机器人轮椅是个 人服务机器人的一个重要应用。机器人轮椅与普通的机械式轮人服务机器人的一个重要应用。机器人轮椅与普通的机械式轮 椅不同，它可以具有视觉导航、口令导航等功能，并能与人进椅不同，它可以具有视觉导航、口令导航等功能，并能与人进 行语音交互。行语音交互。 机器人轮椅技术的关键是安全导航问题机器人轮椅技术的关键是安全导航问题，采用的基本方法是用超声波、红外线和视觉测距，也有采用口采用的基本方法是用超声波、红外线和视觉测距，也有采用口 令控制。令控制。超声波和红外线导航的主要不足是可控测量范围有限，视觉导超声波和红外线导航的主要不足是可控测量范围有限，视觉导 航可以克服这方面的不足航可以克服这方面的不足。机器人轮椅还具有与轮椅使用者交互的功能机器人轮椅还具有与轮椅使用者交互的功能，这种交互最直接，这种交互最直接 的方式是通过语音对话来实现。为实现这些功能，机器人轮椅的控的方式是通过语音对话来实现。为实现这些功能，机器人轮椅的控 制系统应包括口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障制系统应包括口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障 、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。 (3)(3)机器人除草机机器人除草机 瑞典瑞典HusqvarnaHusqvarna AB AB公司开发的公司开发的The Solar MowerThe Solar Mower自自 主式草坪除草机是一种替代人从事除草劳动的家务服务主式草坪除草机是一种替代人从事除草劳动的家务服务 机器人。机器人。它所要解决的关键问题是怎样将一个它所要解决的关键问题是怎样将一个1 1h/1000Wh/1000W的除的除 草过程转变为一个草过程转变为一个5050h/20Wh/20W的过程。的过程。 vvEnergyEnergy vvSensor CableSensor Cable vvThe Cutting SystemThe Cutting System vvAlarm and CodeAlarm and Code vvInformation and SettingInformation and Setting vvMaintenanceMaintenance vvSafety Safety vvNavigationNavigation vvTechnical SpecificationTechnical Specification433 433 工程机器人工程机器人工程机器人通常是指在室外或野外代替人从事施工、建筑等作工程机器人通常是指在室外或野外代替人从事施工、建筑等作 业的机器人。业的机器人。这类机器人是在传统的工程机械基础上发展而来的，有时也称这类机器人是在传统的工程机械基础上发展而来的，有时也称 为机器人化机器。也许从外观上看不出机器人化工程机械与传统工为机器人化机器。也许从外观上看不出机器人化工程机械与传统工 程机械的区别，但它是在传统工程机械基础上结合了机器人技术的程机械的区别，但它是在传统工程机械基础上结合了机器人技术的 一种智能机器，工作效率更高，作业质量更好，改善操作性能，降一种智能机器，工作效率更高，作业质量更好，改善操作性能，降 低操作者劳动强度和操作技术等级等。低操作者劳动强度和操作技术等级等。( (1)1)喷浆机器人喷浆机器人喷浆就是喷射混凝土。喷浆支护是现代建设施工中广泛采用的喷浆就是喷射混凝土。喷浆支护是现代建设施工中广泛采用的 支护方法，在铁路、公路隧道、矿山巷道、水利和水电的涵洞、地支护方法，在铁路、公路隧道、矿山巷道、水利和水电的涵洞、地 铁以及各种地下建筑施工中，喷浆支护方法被普遍采用。铁以及各种地下建筑施工中，喷浆支护方法被普遍采用。 (2)(2)压路机器人压路机器人在公路、铁路、机场、码头等交通运输和水利工程的建设中，在公路、铁路、机场、码头等交通运输和水利工程的建设中， 压路机是一种必不可少的工程机械。目前使用的普通压路机在施工压路机是一种必不可少的工程机械。目前使用的普通压路机在施工 效率和压实方面都难以满足高等级工程的需求。振动压路机采用大效率和压实方面都难以满足高等级工程的需求。振动压路机采用大 激振力辅助压实方式，作用深度大，生产效率高，但由于这种压路激振力辅助压实方式，作用深度大，生产效率高，但由于这种压路 机振动工作方式使驾驶员长期处于强振动、高噪音的工作环境中，机振动工作方式使驾驶员长期处于强振动、高噪音的工作环境中， 不仅劳动强度大，而且损伤身心健康。不仅劳动强度大，而且损伤身心健康。 (3) (3) 隧道凿岩机器人隧道凿岩机器人隧道开挖是现代交通、水电、矿山、军事工程等大规模基础设隧道开挖是现代交通、水电、矿山、军事工程等大规模基础设 施建设中的一项难度大、耗资耗时多、劳动条件差但又十分关键、施建设中的一项难度大、耗资耗时多、劳动条件差但又十分关键、 十分重要的施工作业。隧道开挖一般采用十分重要的施工作业。隧道开挖一般采用掘进法和钻爆法掘进法和钻爆法。前者是。前者是 采用庞大复杂的掘进机，用类似机械切削的方法一次将整个隧道断采用庞大复杂的掘进机，用类似机械切削的方法一次将整个隧道断 面成型。这种施工方法特点是掘迸速度快、安全，但该方法使用的面成型。这种施工方法特点是掘迸速度快、安全，但该方法使用的 全断面掘迸机价格非常昂贵。钻爆法的施工则比较灵活，断面适应全断面掘迸机价格非常昂贵。钻爆法的施工则比较灵活，断面适应 性好，设备费用相对低廉。性好，设备费用相对低廉。 (4) (4) 林木球果采集机器人林木球果采集机器人 林木球果采集机器人由林木球果采集机器人由机械手机械手、行走机构行走机构、液压驱动系统液压驱动系统和和计计 算机控制系统算机控制系统组成。其中机械手由组成。其中机械手由回转盘回转盘、立柱立柱、大臂大臂、小臂小臂和和采采 集爪集爪组成，整个机械手共有组成，整个机械手共有5 5个自由度。采集爪是一个具有两片类个自由度。采集爪是一个具有两片类 似梳子形状的可张开和闭拢的夹子。似梳子形状的可张开和闭拢的夹子。 试验表明，这种球果采集机器人每台可采松果试验表明，这种球果采集机器人每台可采松果500500kgkg，是人工上是人工上 树采摘的树采摘的3030一一5050倍。而且它对母树的破坏较小，采净率高，对森倍。而且它对母树的破坏较小，采净率高，对森 林的生态保护和林业的可持续发展都具有重要意义。林的生态保护和林业的可持续发展都具有重要意义。 434 434 极限作业机器人极限作业机器人极限作业机器人是指代替人到人不能去或不适宜去的环境中进极限作业机器人是指代替人到人不能去或不适宜去的环境中进 行作业的机器人，这些环境通常包括高温、高压、有毒、放射性、行作业的机器人，这些环境通常包括高温、高压、有毒、放射性、 深水、高空等。人在这些环境中作业所能容忍的条件是有一定限度深水、高空等。人在这些环境中作业所能容忍的条件是有一定限度 的，超过这些限度，就会危及人的生命。的，超过这些限度，就会危及人的生命。( (1)1)消防机器人消防机器人vv遥控消防机器人遥控消防机器人vv喷射灭火机器人喷射灭火机器人vv消防侦察机器人消防侦察机器人vv攀登营救机器人攀登营救机器人vv救护机器人救护机器人 ( (2)2)核处理机器人核处理机器人该机器人有五个自由度，高度为该机器人有五个自由度，高度为5 5mm，直径直径 2.22.2mm，重重1515t t。它采用了基于传感器反馈的它采用了基于传感器反馈的 可编程控制系统，可切割长可编程控制系统，可切割长1.11.1mm、宽宽0.40.4mm 、高高1 1mm的混凝土快。的混凝土快。(3)(3)水下机器人水下机器人第第 5 5章章 微微 机机 器器 人人5.15.1 概述概述19811981年由于现代物理和微系统技术发展，年由于现代物理和微系统技术发展，IBMIBM公司苏黎世实验室公司苏黎世实验室 发明了发明了扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 ( (STM)STM)。从此，人类可以亲眼直接看到立体从此，人类可以亲眼直接看到立体 的原子。的原子。19871987年加州大学伯克利分校制造出直径年加州大学伯克利分校制造出直径100 100 mm的的微马达微马达。之后。之后 又研制成微齿轮、曲柄和弹簧等。又研制成微齿轮、曲柄和弹簧等。19931993年美国研究出用于眼球网膜显微手术的年美国研究出用于眼球网膜显微手术的微操作机器人微操作机器人1 1995995年日本通产省机械技术研究所研究出应用于生物工程细胞操年日本通产省机械技术研究所研究出应用于生物工程细胞操 作