機器人技術論文1
【摘 要】隨著科學技術的飛速發展，電氣工程得到不斷的更新和進步，其自動化技術不斷加強而機器人設計也在不斷的沖擊人們的生活，在機器人設計理念中加入電氣工程的自動化技術，利用其自動化技術讓機器人具有人性化特征，從而能夠具有更多人類的自動行為，從更多方面為人類提供更好的服務。
【關鍵詞】電氣工程;自動化;機器人設計
一、前言
機器人的不斷研究創造是時代經濟發展的必然，是為了滿足人們更多需要而必然要進行的一項科學研究。目前，國外很多國家在機器人設計領域已有很多成功例子，其機器人具備的技術是當前我國技術無法比擬的。但是，時下我國很多高校開展機器人設計研究以及社會上的機器人比賽活動等，讓越來越多的人對機器人設計有更多的認識，給機器人設計的不斷創新創造了一個良好的環境。電氣工程及其自動化技術能夠給機器人設計提供一個良好的技術支持。本文主要分析機器人設計中的自動化技術應用情況，旨在讓我國的機器人設計快速跟上國際先進技術，創造出具有世界領先水平的機器人。
二、機器人簡介
機器人最早出現在中國的西周穆王時期，最初形式是一個有開關能夠自動“跳舞”的木質人，后來在卡雷爾·恰佩克的科幻小說中創造了機器人這個名詞，從此一些能夠自動制定既定工作的機械設備統稱為機器人[1]。現代的機器人能夠在人類的指揮下做一些簡單工作，如對話、投籃、快跑、協助人類進行危險行為等。目前技術比較先進的國家如英國、日本、美國等在機器人的研究上取得非常大的進步，很多領域如醫學、建筑學及軍事建設等方面均使用機器人當做人類力量的延伸。通過指揮或者在機器人內部設計自動裝備，讓機器人擁有人類思維，自動進行工作。當前機器人發展甚至趨向高度的人性化，機器人不再只是由機械設備組成，有些機器人甚至有人類的模樣和思維方式，但是機器人真正能夠擁有人類相同的思維還需要很長一段時間。
三、電氣工程及其自動化概念
電器工程及其自動化是一門學科，這門學科包括多個技術領域，涉及面非常廣，從計算機、電機電子以及互聯網技術、信息控制技術，甚至還包括多種電力和機電技術結合成為一個整體的技術，這些不同領域的技術一同構成電氣工程及其自動化學科。由于是一個工程型又帶有自動化功能形式的學科，其具有的特點就包含工程中的強力學以及網絡信息中的軟件學特點，形成一種強弱結合的形式。這個學科的課程包括電氣知識和網絡信息技術知識，具體有：網絡信息技術、儀器檢測和控制技術、電子和電路技術、計算機軟硬件技術等強力學和軟件學技術相互結合的'課程形式。這個綜合性學科主要教給學生的是各種工程和電氣以及計算機方面的知識，畢業學員一般均掌握包括計算機軟硬件技術、網絡信息技術以及儀器實驗分析技術等多方面的技術，在社會工作中能夠適應多個領域的工作要求。
電氣工程及其自動化學科的最主要課程為電氣和計算機工程，因此在進行實驗和具體實踐時，這個兩門課程是最主要的測驗對象。通過設置不同等級的專業實驗教學訓練平臺，讓學生在掌握基礎的技術能力的同時根據自身的條件去挑戰更高的技術實驗。使學生除了掌握基礎的電機技術、電力電學技術以及計算機硬件技術之外還能夠掌握如線路綜合設計技術、高級計算機軟件管理技術以及CPLD技術等綜合性相對比較強的技術，在實際工作中能夠解決更多難題和滿足更多需求。
電氣工程及其自動化在社會中的使用領域主要有：水力電力領域、信息處理領域、電力線路設計領域、各種變壓器設計領域以及與人們日常生活密切相關的各種監控設備(如交通攝像監控、小區攝像監控)、機器自動化設備(例如電梯、安全門)、網絡通信設備(如電子郵件、網絡條件軟件)以及智能控制設備(如樓道聲控開關燈)等方面，這些軍事電氣工程及其自動化學科在實際的運用，具有廣泛性和多面性[2]。
四、電氣工程及其自動化在機器人設計中的運用分析
由于機器人是由多種機械部件拼接后再安裝編排程序最后實現機器裝備自動運行的，因此通過分析其主要構造能夠了解電氣工程及其自動化技術在其中的運用情況。首先，機器人是由電機和連接桿組成的，在裝置電機時根據需要裝置步行或跳躍等電機使其擁有步行和跳躍等能力，同時利用生活常見的鋁板鋁條進行構建的鏈接，將一個還不能行動的機器人做出來后再通過加入編排程序讓其自動工作或人工指揮其工作。這其中就包含電氣工程及其自動化學科中的電機電力技術、計算機指揮和控制技術以及電力線路鏈接設計等多種技術。
其次，機械人構件組裝完畢后，還需要檢測裝置保證其運行功能質量。檢測裝置是在機械人雛形形成并開始指揮其工作后對其實際的信息進行記錄，再將實際信息和機器人內部既定的信息相對比，若出現很大偏差則需要重新進行信息的設定，若偏差很小則表示機器人研究成功，可以投入使用。分析是現代先進的機器人技術發現，很多機器人能夠代替人類將損壞或質量不好的對象進行，同時立即將信息進行反饋，大幅度提高機器人工作的精確度并減少人類的工作量。
再者，機器人在組裝完成后需要通過驅動裝置對內部構件進行驅動，驅動后機器人才能給自行工作。利用計算機系統中的驅動設備在機器人中按照指定信號裝置，當信號一放出，機器人即能夠自動工作。其主要依靠電氣工程機器自動化學科中的計算機軟件系統、信號監控系統來實現機械裝置的自動位移。
最后，機器人雖然能夠根據已編排的程序自動動作，但是大多時候仍是人類進行控制，因此監控系統就顯得尤為重要。目前的監控系統主要為集中式的控制系統，也就是指需要一個中心監控裝置就可以實現對機器人的全部控制，該中心裝置一般是一臺微機[3]。該步驟需要運用到電氣工程機器自動化學科中的單片機技術，單片機本身即為一臺微機，因此將其安插在機器人結構中，只需要插入電源就可以運行，從而自如的控制機器人工作。
從以上分析內容可知，在機器人設計中加入電氣工程及其自動化專業技術能夠使機器人設計更加順利，其擁有的功能會相對比較多且符合現代的技術水平。但，同樣的，機器人設計是一個比較復雜的研究工程，其中涉及到的技術類型多樣，僅僅依靠電氣工程機器自動化專業技術根本無法滿足人類對高度人性化機器人的要求。因此，只有不斷的研究多種技術，才能使機器人真正成為人類工作和生活的好助手。
參考文獻
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機器人技術論文2
智能機器人視覺仿生技術研究綜述
摘要：機器人視覺仿生技術是機器人視覺控制領域的新熱點。本綜述在詳細分析了靈長類動物眼球運動的形式和特點基礎上，對國內外應用生物眼球運動控制機理來構建仿生機器視覺的研究現狀、存在的問題及未來發展趨勢做了全面綜述，并針對目前機器人視覺仿生面臨的技術難題，提出了開展視覺仿生研究的新思路和新構想。
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.
關鍵詞： 視覺仿生;仿生眼;機器人
Key words： bionic vision;bionic eye;robots
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311(2013)26-0195-02
0 引言
智能機器人是指：具有感知、識別、推理和決策能力，并且能獨立執行任務的機器人。感知和識別技術是智能機器人最為關鍵的技術。研究最多的是基于視覺傳感器的感知技術。比如美國波士頓動力公司研制的Big-Dog、Alpha-Dog、Little-Dog等系列四足機器人，采用立體視覺作為對環境進行識別和感知。意大利IIT大學研制的HyQ[2]機器人能夠在復雜地形條件下高速移動，都不同程度地利用視覺實現感知。盡管如此還是滿足不了人們對智能“雙眼”的追求，假如能給智能機器人配備一雙智能雙眼，使其能像人類一樣感知和獲取環境信息、快速準確地切換視眼和跟蹤目標，是人類對智能機器人夢寐以求的愿望。為此，人們采用多種基于計算機視覺的方法和手段來構建初步具備“視覺”功能的視覺系統。但目前智能機器人“眼睛”的功能還是比較低級，特別是在雙目協調、以及對突然變化或事先未知的運動目標的跟蹤、大視野與精確跟蹤之間的矛盾以及由于震動引起的視線偏離補償等方面的問題到目前都沒得到很好的解決。近年來，視覺仿生成為前沿交叉學科的研究熱點。
由于生物視覺經過千百萬年的進化已具有極其發達和完善的內外環境適應能力。根據模擬生物視覺不同的功能表現及不同的應用場合，視覺仿生的研究可歸納為兩大方面：一是從視覺感知、認知的角度進行研究;二是從眼球運動、視線控制的角度進行研究。前者國內外都有大量的研究方向和成果，主要研究視覺感知機制模型、信息特征提取和處理機制以及在復雜場景中目標搜索等。而后者是根據人類和其它靈長類動物的眼球運動控制機理來構建智能機器人的“眼睛”，實現生物眼的多種優異功能。
1 人類眼球運動的形式及特點
1.1 掃射與平滑追蹤運動
掃射是當雙眼自由地看周圍環境是，視線很快從一個注視點轉向另一個注視點。其潛伏期一般為200～250m/s，速度約為400b/s。Young等最早建立了掃視采樣模，輸入輸出分別為目標位置和眼球位置，Robinson修改了Young的模型，模擬大腦并行處理特性。當前眼位與目標位置之差經過脈沖發生器進入并行通路，經積分器后產生位置信號，與MLF直接通路共同作用于眼球運動裝置，產生掃射運動。平滑運動與掃射不同，屬于眼球運動速度的連續負反饋系統，兩者發生的時間是獨立的。當眼球追蹤一個運動物體時所發生的運動，使視線平滑地跟蹤目標。
1.2 反射性眼球運動
從驅動眼動的動力源來分的話，眼球運動有與注意有關的眼動(如saccades、smooth pursuit、vergence)和與頭動相關的眼動(即反射性眼動如VOR 和 OKR)兩類。2005 年，Merfeld和 Ramat 分析了利用仿生機器人 iCub robot 對兩種常見的 VOR 模型進行了模擬實驗，分析了小腦在自適應特性及圖像穩定中的重要作用。2007年Ojima指出，生物眼球運動具有典型的自適應控制機制，能夠根據環境變化立即做出相應的變化和適當的響應，受此啟發，提出一種非線性耦合神經振蕩器網絡模型及空間-時間學習算法，獲得了平滑追蹤中指令信號與運動增益及相位滯后的關系，建立的平滑追蹤VOR 復合模型，改善了目標跟蹤特性。
1.3 注視轉移中頭眼協調運動
2009 年后，人們提出了頭眼協調運動的最優控制方法，運用最優控制理論研究了頭眼運動與注視轉移的關系，提出頭眼運動最小貢獻力為準則的最優控制方法，并轉化為求解兩點邊值問題的微分方程組，仿真結果印證了“頭、眼分別受控制于不同的控制器”的結論。但該研究提出的模型不具備生物的自學習機能，在此基礎上提出了一種自學習最優控制模型，在注視轉移過程中自適應調整控制器參數，對于再現生物頭眼協調特性更近了一步。通過分析視覺重定位中頭、眼運動的實驗數據，提出建立頭眼協調運動模型還須考慮一些尚未解決的問題。進一步研究導致這些現象的神經機制，才能揭示各運動子系統之間相互協調的本質。
1.4 固視微動
人眼在注視靜止目標時，眼球仍處于高頻率無意識的振動之中，一旦振動停止，成像就會變得模糊，這種振動保證了圖像的獲取質量。人眼的微動機制啟發人們去模擬眼球振動來改善圖像質量。當人眼凝視靜止物體時，眼球自身的震顫(固視微動)具有突出物體邊緣的作用且包含深度信息。東京工業大學張曉琳先后建立了單眼和雙眼的水平眼球微動控制系統的模型，使眼球微動模型可以用于機器人眼的設計制造和控制上，并在此基礎上制作了一對具有與雙眼微動控制系統模型相同的機器人眼實驗模型。事實上，生物眼球運動在大多數情況下是包含上述多種運動成分的復合運動。此外，人們還研究了眼球運動系統中神經積分器的作用、眼球運動的腦干控制機理，眼球運動與感知，以及眼球-頭頸的運動學和動力學特性等，仿生眼的研究在國外成為前沿研究熱點。 2 仿生視覺面臨的問題及對策
目前機器人眼的研究多是基于工學方法，利用左右攝像機獲得目標圖像分別進行處理，左右眼和頭頸缺乏協調聯動機制，在雙目、頭眼協調運動、視線偏離補償、不確定目標追蹤等方面存在諸多技術障礙，采用仿生技術是尋求解決這些問題的重要途徑。
2.1 建立完善的仿生眼模型
基于國外生理學研究成果，采用工程仿生學和控制理論相結合的方法，將視覺控制生理模型轉化為工程技術模型，實現生物視覺的優異性能，從根本上解決機器視覺面臨的技術難題，是智能機器人研究的重要方向。目前文獻中的仿生眼模型只模擬了人眼的一種或兩種運動，且多為單眼或雙眼一維水平運動。普遍采用掃視與平滑追蹤分離的機制，難以同時實現多種眼球運動。進一步研究各種眼球運動之間的內部關聯與神經機理，建立多自由度非線性仿生雙眼運動模型，同時實現掃視、平滑追蹤、異向運動和反射運動等多種眼球運動，尚需進行大量的研究。
2.2 引入生物神經控制機理
當進行大幅度視線轉移時，機器人的關節冗余需要有效地協調頭部和雙目的運動。目前提出的頭眼協調運動系統及學習算法多是基于水平方向的二維頭眼系統，雖有學者提出3D頭眼協調運動控制算法，但采用的是先雙目聚焦，再轉動頭部，后做眼睛補償的“分時”“分段”執行方法，并未真正實現頭眼同時轉向目標中的協調控制。目前3D頭眼協調運動仍是一項有待突破的技術難關。從生物頭眼協調運動中獲取靈感，研究靈長類動物頭、眼和身體協調組合完成視線轉移的神經控制機理，設計雙目頭頸協調運動控制算法，解決機器人3D頭眼協調控制問題不失為一條重要的研究途徑。
2.3 研究人眼跟蹤目標的機理
機器人“眼”的重要功能之一是視覺跟蹤，目前常采用視覺伺服反饋控制的方法，但對于突然、快速變化以及行蹤無常的目標，常出現目標丟失、跟蹤失敗的現象。人眼在跟蹤變化無常的目標中表現出的非凡才能源于其視覺系統中眼球快速掃視和慢速平穩追隨之間的協調配合和實時切換。深入研究人類眼球運動模式自動切換快速準確跟蹤目標的神經生理機制，將視覺跟蹤中掃視(saccade事件驅動)和平穩追隨(smooth pursuit，速度連續驅動)模式的切換看作混雜系統的自適應最優控制問題加以研究，以期解決隨意性運動目標跟蹤的快速性和準確性問題。其中兩種模式之間的最佳切換時機和預測算法是研究的關鍵技術。
2.4 模擬人類反射性眼球運動機理
機器人在顛簸路段行走或在復雜的非結構化環境中作業時，自身機體振動或姿態發生變化會引起較大的視線偏離。通常采用圖像處理(特征提取、目標檢測與匹配、空間位置計算等)的方法來調節伺服機械云臺，但補償范圍小，圖像穩定性差，尚無解決大視線偏離的辦法。人眼具有很強的自適應和自調節功能，當頭部和身體姿態發生變化或背景動態變化時，仍能清楚地注視和跟蹤目標，緣于其前庭動眼反射(VOR)和視動反射(OKR)機能。研究人類反射性眼球運動機理，建立由基于視網膜滑動信息的反饋控制器和基于前庭輸入的前饋控制器組成的自適應VOR-OKR模型，主動補償由機器人姿態本體變化引起的視覺誤差，解決機器人大范圍視覺偏差補償問題。
3 結論
機器人的視覺技術是機器人的共性技術，也是一項關鍵技術。仿生型機器人眼運動控制系統使機器人眼具備人眼的諸多特殊自然功能，將其投入機器人產業應用將開創仿生學在機器人技術領域嶄新的應用前景。
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機器人技術論文3
智能機器人的未來發展趨勢。
摘要:通過老師對機器人技術基礎的說明和各組同學課外知識的介紹，以及自己在網上查機器人的知識和論文，掌握了機器人的基本知識和應用。我對智能機器人技術的發展現狀和世界各國智能機器人的發展水平和應用有了新的認識。在掌握了機器人的基本知識以后，我對機器人將來的發展趨勢有自身的看法。
關鍵詞:機器人、發展現狀、應用、趨勢。
1、引言。
機器人的定義是可編程和多功能的操作機，用于搬運材料、零件和工具，或者為了執行不同的任務而具有可變化和可編程動作的專業系統。
智能機器人是在感覺上全面模擬人的機器系統，外形不一定像人。它是人工智能技術的綜合考場，可以全面考察人工智能各領域的技術，研究彼此的關系。也可以在有害環境中代替人從事危險工作、天下海、戰場作業等方面大顯身手。
智能機器人應具備感知環境的能力、執行某項任務影響環境的能力和感知與行動聯系的能力三個方面。智能機器人和工業機器人的根本區別在于智能機器人具有感知功能和識別、判斷和規劃功能。
隨著智能機器人應用領域的不斷擴大，人們期待智能機器人在更多領域為人類服務，代替人類完成更復雜的工作。但是，智能機器人的環境往往不為人知，難以預測。智能機器人應完成的工作任務也越來越復雜，人工分析智能機器人的行為，設計也越來越困難。目前，國內外對智能機器人的研究也越來越深入。
通過學習機器人技術基礎和課后討論，觀看各組的說明和相關機器人視頻，分析了國內外智能機器人的發展，討論了智能機器人發展中存在的問題，最后提出了智能機器人發展的想法。
2、國內外該領域發展現狀綜述。
2.1智能機器人的發展現狀。
智能機器人是第三代機器人，該機器人具有多種傳感器，可融合多種傳感器獲得的信息，有效適應變化環境，具有較強的自適應能力、學習能力和自治功能。
目前開發中的智能機器人智能水平并不高，只能說是智能機器人的初級階段。在智能機器人研究中，目前的核心問題有兩個。另一方面，提高智能機器人的自主性是智能機器人與人的關系，也就是說，希望智能機器人與人更加獨立，具有更加友好的人機界面。從長遠來看，只要操作人員給出要完成的任務，機器就能自動形成完成任務的步驟，自動完成。另一方面，提高智能機器人的適應性，提高智能機器人適應環境變化的能力，是智能機器人與環境的關系，希望加強交互關系。
智能機器人涉及到很多關鍵技術，這些技術關系到智能機器人的智能高低。這些重要技術主要包括多傳感信息耦合技術，多傳感信息融合是指綜合多傳感器的感知數據，產生更可靠、更準確、更全面的信息，融合的多傳感器系統更完善、更準確地反映檢測對象的特性，消除信息的不確定性，提高信息的可靠性
在各國智能機器人的發展中，美國智能機器人技術在國際上一直處于領先地位，其技術全面、先進、適應性強、性能可靠、功能全面、精度高，其視覺、觸覺等人工智能技術已廣泛應用于宇宙、汽車工業。日本由于一系列扶植政策，各種機器人包括智能機器人發展迅速。歐洲各國在智能機器人的研究和應用方面處于世界公認的領先地位。我國起步較晚，進入大發展時期，以機器人為媒體推進制造業整體變化，推進高科技產業整體成長。
2.2智能機器人的廣泛應用。
現代智能機器人基本上可以根據人的命令完成各種復雜的工作，如深海探測、作戰、偵察、信息收集、危險、服務等工作，模擬人類不能或不想完成的工作，不僅可以自主完成工作，還可以與人合作完成工作
智能機器人根據工作場所的不同，可分為管道、水下、空中、地面機器人等。管道機器人可用于檢測管道使用中的破裂、腐蝕和焊接質量，在惡劣環境下承擔管道的清潔、涂裝、焊接、內部研磨等維護，修復地下管道的水下機器人可用于海洋科學研究、海上石油開發、海底礦藏勘探、海底撈救生等空中機器人可用于通信、氣象、災害監測、農業、地質、交通、廣播電視等服務機器人半自主或全自主工作，為人類提供服務，其中醫療機器人具有良好的應用前景
在國防領域，軍用智能機器人得到前所未有的重視和發展，近年來，美英等國開發了第二代軍用智能機器人，其特點是采用自主控制方式，完成偵察、作戰和物流支援等任務，在戰場上具有觀察、嗅覺等能力，自動跟蹤地形和選擇道路，具有自動搜索、識別和消滅敵人目標的功能。例如，美國的Navplab自主導航車、SSV自主地面坦克等。在未來的軍事智能機器人中，智能戰斗機器人、智能偵察機器人、智能警戒機器人、智能士兵機器人、智能運輸機器人等也成為防衛裝備的新亮點。
在服務工作方面，世界各國尤其是西方發達國家都在致力于研發和廣泛應用服務智能機器人，以掃地機器人為例，隨著科技的進步和社會的發展，人們希望能夠更加從繁瑣的日常事務中脫穎而出，這就使掃地機器人進入家庭成為可能。日本公司開發的地板清掃機器人，可以沿著墻壁從任何位置自動啟動，利用旋轉的刷子將廢棄物清掃到自己的容器中的車站地板清洗機器人工作時，將清洗液灑在地板上，用旋轉刷不斷清洗地板，將污水吸入帶來的容器中的工廠的自動清掃機器人可以用于各種工廠的清掃工作。美國的清掃機器人Roomba具有很高的自主能力，可以在房間各家具的間隙游走，靈巧地完成清掃。瑞典的機器人三葉蟲表面光滑圓形，內置搜索雷達，可以迅速檢測和避免桌腿、玻璃器皿、寵物和其他障礙物。微處理器識別這些障礙物時，可以重新選擇路線，重新判斷和計算整個房間，保證房間的各個角落被清掃。
現代智能機器人不僅在上述方面有著廣泛的應用，而且會滲透到生活的方方面面面，像煤炭工業在礦業方面，考慮到社會對煤炭需求量日益增長的趨勢和煤炭開采的惡劣環境，將智能機器人應用到礦業是必不可少的。在建筑方面，有高層建筑抹灰機器人、預制品安裝機器人、室內裝飾機器人、擦拭玻璃機器人、地板研磨機器人等。在核工業方面，主要研究機構靈活、動作準確可靠、反應快、重量輕的機器人等。智能機器人的應用領域日益擴大，人們希望智能機器人能夠在更多領域為人類服務，代替人類完成更復雜的工作。
3.討論和展望和個人經驗。
3.1智能機器人發展趨勢展望。
智能機器人發展前景廣闊，目前機器人研究處于第三代智能機器人階段，國內外研究取得了很多成果，但智能水平仍不令人滿意。未來的智能機器人應該在以下方面著力發展:面向任務，由于目前的人工智能不能提供實現智能機器的完整理論和方法，現有的人工智能技術多依賴于領域知識，因此我們限制了機器完成的任務和發展面向任務的特殊機器人，現有的人工智能技術可以發揮作用，開發這種智能機器人是可能的傳感技術和集成技術技術，在現有傳感器和集成技術的基礎上發展更好、更先進的處理方法和實現手段，或者尋找新的傳感器技術復雜的同時，可以提高人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智能機器人工智
3.2發展趨勢。
現有的智能機器人智能化水平還不夠高，所以在今后的發展中，努力提高各發面技術及其綜合應用，大力提高智能機器人的智能化程度，提高智能機器人的自主性和適應性，是智能機器人發展的關鍵。同時，智能機器人涉及多門學科的協同工作，不僅包括技術基礎，還包括心理學、倫理學等社會科學，讓智能機器人完成對人類有益的工作，讓人類從繁重、重復、危險的工作中解放出來，就像科幻作家阿西莫夫的機器人學三大法則一樣，智能機器人真正為人類的利益服務，不能成為反人類的工具。相信在不不久的將來，各行各業都充滿了各種各樣的智能機器人，科幻小說的場景在科學家們的努力下成為現實，很好地提高了人類的生活質量和對未知事物的探索能力。
3.3個人的經驗。
在沒有學習《機器人技術基礎》這門課程之前，我對機器人知之甚少。通過老師的說明和各組同學的課程說明，我對機器人有了更廣泛的認識。
我一直想自己做一臺遙控六通道遙控飛機，因為沒有太多的知識和專業的時間，一直覺得太難了，所以一直沒有方向。學習機器人技術基礎這門課程是我制作的開始，遙控直升機與智能機器人相比差距太大，這就是科學技術的發展結果吧。
看過TED的一堂四軸直升機的錄像，讓我開闊視野，讓我對制作自己的機器人有更多的想法。
通過《機器人技術基礎》、《傳感器與檢測技術》、《機械設計基礎》課程學習后，豐富的知識和技能，我可以在自己制作的機器人相應的傳感器模塊，使自己制作的機器人具有更多的功能，智能化。
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機器人技術論文4
摘要：針對隧道巡檢機器人巡檢過程中環境密閉、強磁干擾、長距離傳輸、信號延遲、通信不穩定等問題設計了隧道巡檢機器人通信系統，分別從網絡通信及內部通信兩方面設計了基于Labview的軟件控制的網橋通信、以太網絡通信與串口通信結合的隧道巡檢機器人通信系統。有效解決了隧道巡檢環境干擾問題，使通信更加快速，信號更加穩定，保障了隧道巡檢機器人巡檢過程信息交互的穩定與可靠。
關鍵詞：隧道巡檢機器人;通信系統;網絡通信
中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）04-0000-00
0引言
隨著經濟的發展，電纜發生故障引發的事故的幾率也在相應地增加，為了保障電力電纜在地下隧道內的穩定安全運行，隧道巡檢機器人孕育而生[2]。隧道巡檢機器人具有可長時間不間斷工作，保證了巡檢過程中的實時可靠性，復雜環境中適用性等。隧道巡檢機器人在進行巡檢時需要與外界搭建可靠的通信，由于隧道區域空間狹小，存在拐角和岔口，加上內部有大量的電力電纜，構成了一種閉域空間環境，這些都將給隧道巡檢機器人的通信帶來嚴重困難，因此有必要對隧道巡檢機器人的通信系統進行設計[1]。
1通信系統整體設計
通信系統分為網絡通信和內部通信，其中網絡通信為了避免因直角彎產生的信號延遲等問題，主要由兩個部分組成分別為有線、無線傳輸[3]。有線傳輸部分與信號中繼相連接，被放入井下的隧道巡檢機器人攜帶中繼模塊。其中中繼模塊通過網橋無線發射和接受相應指令;內部通信即本體攜帶的控制單元與驅動器、傳感器等裝置的信號通信。
由于隧道巡檢系統的硬件結構可分為三層：上層-上位機、中層-微控制器、下層-用于執行的驅動單元和用于反饋的采集單元。因此隧道巡檢機器人的通信系統流程圖如圖1所示，上層上位機與中層微控制器通過網絡通信完成指令的傳輸及相應處理;中層微控制器與下層單元選用串口通信方式完成信息交互[4]。
2網絡通信設計
通信系統中運用網絡通信傳輸者著上層上位機和中層微控制器之間的指令，同時負責與機器人所攜帶的攝像頭之間的畫面反饋工作。因為隧道空間密閉同時存在強磁干擾，所以需要傳輸距離較長并且穩定的信號傳輸，為穩定完成通信任務，實現較長距離信號傳輸，為實現對機器人動作位置調整和實時監控等功能，設計了以網橋為中繼的網絡通信模式[6]。
網橋可以在較長的距離上正常工作，其主要在數據鏈路層工作，連接LAN的方法是不同的MAC地址發送幀[5]。由于考慮到在網絡通信的過程中會有障礙物出現的可能，為降低對信號的影響將中繼單元（網橋）放置在隧道內，與上位機的連接由于不需要移動所以選用了有線傳輸更加穩定。傳輸網橋有2.4G和5.8G兩種型號傳輸方式，由于5.8G傳輸距離長、傳輸速率塊、傳輸穩定等優勢選用5.8G網橋進行信號傳輸。
上位機和微控制器及上位機和攝像頭之間為單獨通信，因為與上位機間的通信都需要通過雙絞線形式進行連接并且在于機器人內部，并且穩定性能要求高，所以選擇國電龍源電氣路由器搭建網絡，即能接入控制器進行指令傳輸，也能連接攝像頭增加控制靈活性。具體參數如表1所示。
3串口通信設計
中層的微控制器與下層的電機及三個驅動器之間的信號通信采用的是串口通信模式，因為RS232應用簡便、成本較低、通信質量穩定、應用領域廣泛等特點所以設計選用了RS232串口協議通信方式。
RS232串行接口主要用于完成中層微控制器與下層部分模塊之間的通信，選用的中層的微控制器與下層的驅動器上均有可以用于進行RS232通信的DB9串行接口。組網時應在發送線與地線之間連接一個10kΩ的電阻，為保障工作電路和驅動器的安全。通過對三個驅動器的組網方法就可以實現機器人各個電機之間的聯動控制，實現靈活操作控制。
4結論
本文完成了基于Labview的軟件控制的5.8GHz的外部網橋通信、以太網絡通訊與RS232串口通信結合的隧道巡檢機器人巡檢系統的通信系統設計。此通信系統可以保證網絡傳輸的快速可靠，有效降低隧道內的強磁干擾。
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機器人技術論文5
《論如何在科技館中開展中小學機器人教育》
[摘要]隨著機器人產業的發展,世界各國都認識到,培養機器人設計與操作人才的重要性。因此,紛紛出臺政策加強對中小學生的機器人教育。科技館作為重要的校外教育機構,也有必要在此領域發揮自己的作用。通過分析認為,科技館的機器人教育應定位于中小學機器人校內教育的補充與提高,提出在建構主義教育理論的指導下,以項目學習的模式,開展機器人俱樂部、夏令營及機器人比賽等形式的中小學生機器人教育。
[關鍵詞]科技館中小學機器人教育建構主義項目學習
自上世紀50年代以來,隨著人工智能技術的迅速發展,機器人產業也發生了日新月異的變化。雖然其初衷是為工業、農業、國防等領域服務,但隨著技術的進步及社會需求的發展,它已對普通公眾的生活產生了潛移默化的影響,在醫療、教育、娛樂、交通等領域都能看到機器人“身影”,這也使人們愈來愈認識到,培養機器人設計與操作人才對機器人產業發展的重要性。因此,目前很多中小學校和校外機構都開設了機器人教育及培訓課程,這對機器人人才儲備而言具有重大意義。而作為校外教育不可或缺的一個環節,科技館在中小學機器人教育體系中理應占據一席之地,發揮出自己的作用。那么,如何發揮呢?筆者認為,應在明確機器人教育的概念、厘清其發展現狀的基礎上,結合科學教育理論,確定合適的教育模式并加以實施。
一、機器人教育的概念
1920年,當捷克斯洛伐克作家卡雷爾•恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中創造出“機器人(Robot)”這個詞的時候,他肯定沒料到在近一個世紀之后,其小說中讓機器人代替人類勞動的情節已經變成了現實,并且它們還對公眾生活產生了巨大的影響。
伴隨著“機器人”這個詞的誕生,社會各界一直對它的定義爭論不已,但是一般說來,人們都可以接受這種說法,即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。聯合國標準化組織采納了美國機器人協會給機器人下的定義:“一種可編程和多功能的,用來搬運材料、零件、工具的操作機;或是為了執行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統。”
那么,什么是“機器人教育”呢?根據目前被廣泛采用的彭紹東教授的定義,“機器人教育”就是學習、利用機器人,優化教育效果及師生勞動方式的理論與實踐。
彭教授根據機器人在教學中扮演的角色,把機器人教育分為五大類:
(1)機器人學科教學(RobotSubjectInstruction,簡稱RSI);
(2)機器人輔助教學(Robot―AssistedInstruction,簡稱RAI);
(3)機器人管理教學(Robot――ManagedInstruction,簡稱RMI);
(4)機器人代理(師生)事務(Robot―RepresentedRoutine,簡稱RRR);
(5)機器人主持教學(Robot――DirectedInstruction,簡稱RDI)。
國內外目前所開展的主要是前兩個類型,即機器人學科教學(RSI)和機器人輔助教學(RAI)。前者是指以機器人為對象進行學習,學習的內容是“機器人學科”;而后者指的是以機器人為工具進行學習,學習的內容是“自然科學的各個學科”。由于國內外情況的差異,我國中小學目前所開展的機器人教育以“機器人學科教學”為主,而國外則兩種教育類型發展較為平均,并無特殊偏重。
二、國內外中小學機器人教育的現狀
在一些發達國家,機器人教育已經成為中小學教育的熱點。在美國,一般通過機器人技術課程、機器人輔助教學課程、課外活動及機器人主題夏令營等定期活動來對中小學生進行機器人教育。比如,美國加利福尼亞州高中工程與技術聯盟在為高中生開設的工程與技術選修課程中,提供了ROBOTICS課程,主要介紹機器人技術歷史,基礎,術語,微控制,傳感器,程序控制等方面的知識;美國國家自然基金支持的項目“K―12教育中的機器人技術”,目的是幫助K―12教師以及其他教育者開發或改進以機器人作為一種工具,來教授STEM的課程和開發機器人技術課程;印地安那州的Purdue大學與LAFAYETTE學校合作,在5至8年級學生課外活動中開展的ROBOTICS項目;CarnegieMellon大學提供的針對高中生的ROBOCAMP暑期機器人計劃,通過八星期的課程,使學生懂得一些基本的與機器人有關的電子,機械和計算機科學知識。
在日本,其機器人產業的發展已經超過了歐美各國,這與他們對機器人教育的高度重視密不可分。他們不光在各個大學設立了機器人研究專業,并且在中小學的教學大綱中也加進了機器人課程。每年定期舉辦針對不同層次學生的機器人設計和制作大賽,各個學校也會在假期舉辦機器人研習營,從而形成了一個多角度、全覆蓋的機器人教育體系。
此外,英國、俄羅斯、巴西、新加坡等國也早已出臺了多項措施推進本國的中小學機器人教育發展。
而我國的中小學機器人教育則起步較晚,且覆蓋面較小。2000年,北京景山學校以科研課題的形式將機器人普及教育納入到信息技術課程中,在國內率先開展了中小學機器人課程教學。2001年,上海市西南位育中學、盧灣高級中學等學校開始以“校本課程”的形式進行機器人活動進課堂的探索和嘗試。2005年,哈爾濱市正式將機器人引入課堂教學,在哈爾濱師大附小、60中、省實驗中學等41所學校開設了“人工智能與機器人”課程,用必修課形式對中小學生進行機器人科學方面的教育。
除了這些進行正規課堂教學的學校外,有些中小學則采用興趣班、培訓班的形式開展機器人教育。
慶幸的是,我國政府已經意識到中小學機器人教育的重要性,并在“課標”中有所體現。如教育部在2003年4月正式頒布的《普通高中技術課程(實驗)標準》中,首次在“通用技術”科目中設立了“簡易機器人制作”模塊,它是基于計算機技術的學習的平臺、將機械傳動與單片機的應用有機組合的一個選修課程模塊。現在,新的高中課程標準在“信息技術”科目中也已設立了“人工智能初步”選修模塊,這是我國高中階段開展人工智能教育邁出的第一步。
不過值得注意的是,在我國中小學機器人教育體系中,科技館所占比例幾可忽略。我們認為作為青少年科普的重要陣地,科技館理應在中小學機器人教育中發揮更大的作用。
三、科技館與中小學機器人教育
1.科技館在中小學機器人教育中的定位
作為校外科普機構,科技館不可能將完成“課標”為己任,而是應定位于中小學機器人校內教育的補充與提高。就中國的情況而言,我們認為,補充的內容應該是校內教育極少涉及的機器人輔助教學(RAI),而提高的內容是校內教育已有一定基礎的機器人學科教學(RSI)。
2.科技館在中小學機器人教育中可采用的指導理論
在杜威“做中學”、皮亞杰的“發生認識論”以及維果斯基“心理發展的文化歷史學說”基礎上發展起來的建構主義教育理論(本文的討論范圍不包括激進的建構主義〈radicalconstructionism〉),近年來已經在科學教育領域中產生了巨大影響。
建構主義認為,世界是客觀存在的,但世界的意義卻是由人建構的。它強調知識的動態發展性,并認為知識不是通過教師傳授得到的,而是學習者在一定的情境(即社會文化背景下),借助其他人(包括教師和學習伙伴)的幫助,利用必要的學習資料,通過意義建構的方式而獲得。由于學習是在一定的情境(即社會文化背景下),借助其他人的幫助(即通過人際間的協作活動)而實現的意義建構過程,因此建構主義學習理論認為“情境”、“協作”、“交流”和“意義建構”是學習環境中的四大要素。
在學習過程中,學習者處于中心地位,是信息加工的主體,要主動對意義進行建構;而教師則是意義建構的幫助者,而非知識的灌輸者。故在此理念下,整個學習過程中,學生要充分發揮自己的主動性,使用探究的方式,以自己已有的知識和經驗為基礎,努力構建屬于自己的新知識;他們需要主動搜集、分析相關信息、資料,并對要學習的問題提出假設并加以驗證。而教師的任務則是激發學生的學習興趣,創設符合學習內容的情境,提示新舊知識之間聯系,引導學生之間的協作、對話,從而幫助學生完成新知識的構建。
建構主義教育理論與科技館教育的教育特點非常契合。因為“科技館教育的本質特點在于它模擬再現了科研和生產活動的實踐過程,并且不是簡單地模擬再現,而是以學習為目的、經過改造的模擬再現,創造了引導觀眾進入探索與發現科學過程的條件。科技館提供的‘從實踐中學習’的途徑不僅成為它與其他教育、傳播機構及傳統博物館的最大區別,而且是科技館生存與發展的價值所在。”也就是說,科技館的教育需要創設學習情境,引導觀眾自己進行意義建構,并且在此過程中,可能伴有觀眾與科技館員工或觀眾之間的交流,這恰恰正是一個完整的建構主義者所提倡的教育過程。
3.科技館在中小學機器人教育中可采用的模式
1918年,著名教育學家克伯屈(WilliamHeardKilpatrick)在他名為《項目(設計)教學法:在教育過程中有目的活動的應用》的文章中,首次提出了“項目學習(Project-basedLearning)”的概念,用以說明有目的的設計行為對教育的重要性及其在教育過程中的應用。它讓“學生自己計劃、運用已有的知識經驗,通過自己的操作,在具體的情境中解決實際問題”。它是“一套能使教師指導兒童對真實世界進行深入研究的課程活動,它在真實世界中讓學生借助多種資源開展探究活動,并在一定時間內解決一系列相互關聯著的問題的一種新型的探究性的學習,具體表現為構想、驗證、完善、制造出某種東西,它可以是有形的由學生制作的物體,如書、劇本或一項發明等。”20世紀二三十年代,項目教學法已經在美國一些學校的低年級中得到了運用,到20世紀八九十年代,則在廣大中小學中得到了普遍推廣。
我們認為,項目學習法正是在科技館中進行機器人教育所可以采用的模式。不論是機器人學科教學(RSI),還是機器人輔助教學(RAI),都可以項目學習的模式開展。而可采用的活動形式有機器人俱樂部、夏令營、機器人比賽等。
選定項目后,就需要組織學生對主題的探究活動。這一階段一般都以學習小組或團隊的形式進行。學生首先要對項目的主題進行調查、討論,提出解決問題的假設;然后收集相關信息,對它們進行處理和分析,再驗證或推翻之前的假設,最終得出問題的解決方案。在整個探究過程中,為有利于學生自我知識的建構,應對他們的一切探索和決定都持鼓勵態度,而毋須規定出唯一正確的答案。
四、結論
科技館作為重要的校外教育機構,也有必要在此領域發揮自己的作用。本文通過分析認為,科技館的機器人教育應定位于中小學機器人校內教育的補充與提高,補充的內容應該是校內教育極少涉及的機器人輔助教學(RAI),而提高的內容是校內教育已有一定基礎的機器人學科教學(RSI)。具體應在建構主義教育理論的指導下,以項目學習的模式,開展機器人俱樂部、夏令營及機器人比賽等形式的中小學生機器人教育。
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機器人技術論文6
摘 要：隨著我國物流行業的快速發展，貨物的流動性以及流量的大量增加都為倉儲行業帶來了巨大的挑戰。而貨物抓取機器人可以有效地利用工作環境的空間，改善貨物的搬運能力，有效地節約貨物裝卸搬運需要的作業時間。在文中從系統實現功能以及系統方案這兩個方面對貨物抓取機器人設計進行介紹，并分析了該貨物抓取機器人的特色，為貨物抓取機器人的設計提供借鑒。
關鍵詞：貨物抓取 STM32單片機 機械臂 PWM控制 數據傳輸模塊
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）02（b）-0081-02
1 立題意義
我國物流行業規模不斷擴大，貨物的流動性和流量的增加對現代倉儲行業提出了更高的要求。為實現高效率的貨品出入庫管理，越來越多的機器人設備開始應用于倉儲管理中[1]。
根據上述分析的機器人發展前景及物流行業未來發展方向，本文提出的設計一種具有手持終端控制和自動控制兩種控制方式的貨物抓取機器人具有很強的研究價值和實際意義。
2 研究內容
本項目設計一款貨物抓取機器人。該貨物抓取機器人設置成手持終端控制和自動控制兩種模式。該機器人以金屬底盤搭配四對負重輪作為運輸工具，采用外置高增益天線，能夠更好地接收到信號;能夠實時視頻WiFi控制，實現第一人稱視角及控制;使用調速系統，可以更好掌控小車速度;安裝的四自由度機械臂實現對目標貨物的精準抓取。
系統最終實現的主要功能如下：
（1）實時視頻WiFi控制功能，通過手機，電腦等通過WiFi連接機器人，在屏幕上實時觀看畫面以第一人稱視角控制機器人，以此來實現手持終端控制;
（2）路徑規劃功能，通過在電腦或手機上描繪路徑，機器人可以按照規劃好的路徑行進，以此來實現機器人的自動控制;
（3）機械臂抓取貨物功能，采用四自由度機械臂，模擬人體手臂設計，舵機有防卡死功能，與控制軟件界面同步控制，自由度多，具有很大的靈活性，控制起來更加方便;
（4）躲避障礙功能，機器人同規劃路徑運動時，通過傳感器采集信息并反饋給主控制板，主控制板發出信息使機器人避開障礙;
（5）云臺控制攝像頭功能，通過手機觸屏，可靈活地控制二自由度云臺上下左右帶動攝像頭轉動，可以更方便地觀察目標。
3 貨物抓取機器人系統實現方案
3.1貨物抓取機器人系統硬件總體方案設計
貨物抓取機器人系統系統主要由STM32主控板、電源、電機驅動模塊、Robot-Eyes攝像頭、WiFi視頻數據傳輸模塊、二自由度視頻云臺和四自由度機械臂、金屬底盤組成。
STM32單片機作為控制核心，根據接收到的各模塊的數據信息，發送相應控制指令。
WiFi視頻數據傳輸模塊是利用無線技術進行無線傳輸的一種模塊，主要由發射器，接收器和控制器組成。
二自由度云臺是一種安裝、固定攝像裝置的支撐設備，用于攝像裝置與支撐物的連接，主要用于需要進行運動圖像捕捉的場合或環境，是采集方式更方便直接，在需要搖擺和擺動的機構中，如機械臂也利用云臺來實現可接觸范圍的延伸和擴展。
四自由度機械臂主體結構有四個自由度，主要由旋轉關節組成，具有與人的肩、肘、腕相對應的關節，更加接近于人的手臂。四自由度機械臂是本設計方案的重要研究對象。機械臂運行軌跡追蹤控制技術主要包括自適應控制，滑模變結構控制，魯棒自適應控制和模糊自適應控制[3]和經典PWM控制五大類。由于四自由度機械臂采用仿人類手臂設計，靈活度高，所以本設計方案對機械臂采用PWM控制，這種控制方法的優點是控制精度高。
電機驅動模塊：采用8路舵機組成。
電源采用12V鋰電池組，對機器人進行供電。
3.2貨物抓取機器人軟件總體方案設計
貨物抓取機器人軟件設計是按照模塊化的思想完成的，采用C語言編寫。設計內容包括基于STM32單片機控制系統的主程序，電機驅動子程序、四自由度機械臂控制子程序，WiFi通訊子程序、手持終端控制子程序。
STM32單片機在處理傳感器采集的信息后，通過串口通信送達調用舵機控制器中的動作指令，舵機控制器控制四自由度機械臂對貨物進行抓取。
擬通過三個層面來實現上述功能：
（1）底層電機驅動層，以STM32單片機實現對小車的驅動控制。該層主要設計電機驅動控制子程序和四自由度機械臂子程序。電機驅動控制子程序可以采用PWM算法實現對機器人底盤運動的控制。四自由度機械臂子程序中運用PWM控制算法，使用PWM調速方式對各關節電機進行驅動，采用外環位置環與內環速率環的雙閉環控制結構，對各關節的運動方向，角度等進行控制，以此來對機械臂進行整體控制，實現對貨物的抓取。
（2）中層數據傳輸層，借助路由器平臺傳輸控制命令以及視頻傳遞。傳輸層是完成對控制命令的傳輸，是連接機器人和手機的橋梁，同時也負責視頻畫面的采集和編碼。該層主要設計WiFi通訊子程序。通過這個子程序可以實現數據的傳輸功能。
（3）頂層終端控制層，通過手持終端實現對機器人的控制。采用eclipse編寫Android程序，程序共兩個Activity界面：設置界面和主程序界面。設置界面中設置服務器端IP，控制口號和視頻傳輸端口號[4]。主程序界面中有前進/后退按鈕，按鈕用于向路由器端發送TCP數據，通過數據傳輸以實現對機器人的控制。
4 項目特色
本文設計的貨物抓取機器人，集實時視頻WiFi控制、四自由靈活抓取貨物機械臂、二自由度云臺搭載攝像頭于一體，可以設置手持終端控制和自動控制兩種控制方式對貨物進行抓取。STM32單片機，是一種較為先進的單片機，不僅可以用寄存器進行編程，還可以使用官方提供的庫文件進行編程。實時視頻WiFi控制可以通過手機視頻實時了解機器人位置并對機器人進行控制;選用四自由度機械臂，模仿人類手臂結構抓取貨物更牢固;采用二自由度云臺搭載攝像頭，可以更靈活地控制攝像頭來采集信息;8路舵機控制器對機器人進行驅動，機器人運動更加靈活且動力更加強勁，采用PWM控制技術對電機進行控制可以大大節省能量，具有很強的穩定性。綜上所述，該貨物抓取機器人的成本低，性價比高，操作方便快捷，可以大大節省人力資源，降低人力成本，同時提高工作效率，對物流行業發展乃至社會經濟發展起到一定的推進作用。
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機器人技術論文7
摘要：智能自動繪圖寫字機器人可以完成寫字、繪圖、制作壁畫等工作，簡單改裝后可以變為具有激光雕刻與CNC加工功能的工業機器人。經過市場調研，目前已有的寫字機器人普遍體積較小，只能在A4紙上寫字，效率低且功能單一，不適用于工業生產。針對市場需求，在已有產品的基礎上進行創新，設計了多功能大型工業寫字機器人，并開發了配套的人工智能應用軟件。
關鍵詞：人工智能;智能制造;文化創意;智慧生產
1作品簡介
該繪圖寫字機器人是由人工智能神經網絡結構自主生成可人工調節的圖文內容，并由個人電腦將圖文內容轉化為機器動作指令，由自主設計的多自由度框架寫字繪圖機構執行命令的一體化全棧式機器。
2工作原理
此機器采用COREXY運動結構，通過2個57高速閉環步進電機帶動GT2同步皮帶傳動，結構略復雜，但是精度較高。得益于穩定的框架和固定的不隨橫軸移動的步進電機，避免了平臺XY軸移動帶來的晃動和不穩。移動組件部分搭建在三根高精度線軌之上，以保證書寫時的速度和精度。
電路部分使用AtmelATmega328P的主控芯片，圍繞此芯片搭建了外圍電路，電路線板采用光耦隔離，抗干擾能力強，精確度高，主控板既可板載驅動器，也可外接大功率驅動器。考慮到書寫尺寸，兩個步進電機采用外置的電機驅動器，驅動器與主控板連接，采用12V與24V雙路大功率電源，滿足一個電源驅動整個機器的需求。
在PC端需要三部分軟件來完成整個系統的控制邏輯：
（1）與下位機（基于AtmelATmega328P的電路控制板）通信的控制軟件，將控制命令（Gcode）和下位機交互，控制機械運動;
（2）通過軟件將圖案或文字轉化為控制命令（Gcode）;
（3）通過人工智能與深度學習軟件自主設計藝術畫作或者模仿古今中外書法繪畫名家進行全自動創作。
系統流程如圖1所示。
3創新點
（1）該機器一改其他類型機器工作原理簡單、工作能力單一、工業設計薄弱的缺點，創造性地使用工業級別的自動化零件，一方面可以極大地增加該機器的穩定性與壽命，另一方面也可使得該機器具有其他功能。
（2）該機器的框架龐大，可控性優良，且框架剛性優秀，因此該機器可以通過簡單的改裝來滿足不同的工作需求。除可以在表面使用不同的涂料進行噴涂外，還可以用于平面液體固化等方面，例如制作異形薄煎餅、繪圖巧克力，通過不同材料打印彩色標牌等，該機器在平面擴展方面存在極為優良的性能。
（3）該機器的主要框架較為穩定，與市面上其他同類商品相比，其底面為一個完整的矩形，因此適合將該機器進行進一步擴展。在增加Z軸運動后，該機器可以成為一臺精度極高的三維打印機，在增加密封箱或者其他類似的通風設施后，可以改造成為一臺與專業機型無異的激光切割雕刻機，因此其在工業應用方面也存在極高的擴展性。
（4）由于其使用了直線導軌與閉環步進電機控制，其對干擾的排除能力遠超其他同類產品，因此可以做一些負荷較大的工作。其本身扭矩支持將它改造成銑床或者浮雕制作機。該機器雖然自重較大，但體積較為緊湊，因此可以方便地將其置于需要制作浮雕等的平面上。
（5）該產品投產后不僅可以作為寫字機器人使用，還可以將其框架經過簡單改造與二次開發后作為噴繪機、雕刻機、食品打印機、三維打印機、銑床等多種工業設備出售。因此該機器對于公司而言可以有力降低開發成本，實現較高的經濟收益。
4市場前景
我們根據調研，發現目前市場上還未出現類似該機器的產品，同時機器相關技術成熟度較高，市場前景廣闊。相比傳統的繪畫創作方式，無論是AI設計師的設計效率，還是設計之后繪制成品的生產效率，均遠高于現有方式。
（1）傳統設計師在考慮一副壁畫或藝術畫內容時，往往需要較長的時間周期，而對于單個設計師而言，很容易出現靈感枯竭、內容風格單一等現象，同時設計師的水平也各有高低。相比之下，人工智能自主創作內容的方案不會存在上述情況，借助現代計算機高速的計算速度，神經網絡能夠在短時間內創作大量優異的畫作，且內容完全可控，因此這是對傳統設計行業的顛覆性挑戰。
（2）傳統人工繪制壁畫藝術畫等方式對工匠技術具有較高要求，不同人之間繪制效果略有差異，且人工速度較低。相比之下，自動化機器擁有由機械結構帶來的高精度優勢，效果堪比甚至超過人工。由于機械結構由大功率步進伺服系統驅動，繪畫的效率也遠遠高于人工。
（3）機器硬件和軟件的成本遠遠低于目前聘請設計師和工匠施工的費用，相同的投資資金下，使用機器帶來的生產效率是人工無法比擬的。
機器人技術論文8
摘要隨著社會經濟發展，機器人開始被廣泛應用于各行各業中，替工人進行一些復雜、繁重的體力勞動。目前，機器人是一種制造業與自動化設備中的典型代表，這將會是人造機器的“終極”版。它的應用已經涉及信息化、自動化、智能化、傳感器與知識化等多個學科和領域，這是目前，是我國乃至世界高新技術成果的最佳集成，因此，它的發展是與許多學科的發展有著密切的聯系。以現在的發展趨勢來看，工業機器人的應用范圍越來越廣泛，同時在技術操作中，他也變得越來越標準化、規范化，提高工業機器人的安全性。另一方面，工業機器人發展越來越微型化、智能化，在人類生活中應用越來越廣泛。
關鍵詞工業機器人智能化應用領域安全性
隨著社會復雜的需求，工業機器人在應用領域中越來越廣泛。一方面，工業機器人被廣泛應用于工業生產中，代替工人危險、復雜、單調的長時間的作業，例如在機械加工、壓力鑄造、塑料制品成形及金屬制品業等各種工序上，同時還應用于原子能工業等高危險的部門，這已經在發達國家中應用比較廣泛。另一方面，工業機器人在其他的領域應用也比較多，隨著科學技術的飛速發展，提高了工業機器人的使用性能和安全性能，其應用的范圍越來越廣泛，應用的范圍已經突破了工業，尤其在醫療業中應用比較好。
一、工業機器人的發展歷程
第一代機器人，一般指工業上大量使用的可編程機器人及遙控操作機。可編程機器人可根據操作人員所編程序完成一些簡單重復性作業。遙控操作機制每一步動作都要靠操作人員發出。1982年，美國通用汽車公司在裝配線上為機器人裝備了視覺系統，從而宣告了第二代機器人―感知機器人的問世。這代機器人，帶有外部傳感器，可進行離線編程。能在傳感系統支持下，具有不同程度感知環境并自行修正程序的功能。第三代機器人為自治機器人，正在各國研制和發展。它不但具有感知功能，還具有一定決策和規劃能力。能根據人的命令或按照所處環境自行做出決策規劃動作即按任務編程。
我國機器人研究工作起步較晚，從“七五”開始國家投入資金，對工業機器及其零部件進行攻關，完成了示教再現式工業機器人成套技術的開發和研制。1986年國家高技術研究發展計劃開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人。
我國工業機器人起步于70年代初期，經過30多年的發展，大致經歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發期和90年代的適用化期。
上世紀70年代是世界科技發展的一個里程碑：人類登上了月球，實現了金星、火星的軟著陸。我國也發射了人造衛星。世界上工業機器人應用掀起一個高潮，尤其在日本發展更為迅猛，它補充了日益短缺的勞動力。在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業機器人。
進入80年代后，在高技術浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機器人技術的開發與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間，國家投入資金，對工業機器人及其零部件進行攻關，完成了示教再現式工業機器人成套技術的開發，研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人。1986年國家高技術研究發展計劃(863計劃)開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人。
從90年代初期起，中國的國民經濟進入實現兩個根本轉變時期，掀起了新一輪的經濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業機器人又在實踐中邁進一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產業化基地，為我國機器人產業的騰飛奠定了基礎。
我國工業機器人經過“七五”攻關計劃、“九五”攻關計劃和863計劃的支持已經取得了較大進展，工業機器人市場也已經成熟，應用上已經遍及各行各業。
我國未來工業機器人技術發展的重點有：第一，危險、惡劣環境作業機器人：主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機器人;第二，醫用機器人：主要有腦外科手術輔助機器人，遙控操作輔助正骨等;第三，仿生機器人：主要有移動機器人，網絡遙控操作機器人等。其發展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。
二、工業機器人的發展趨勢
機器人是先進制造技術和自動化裝備的典型代表，是人造機器的“終極”形式。它涉及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網絡等多個學科和領域，是多種高新技術發展成果的綜合集成，因此它的發展與眾多學科發展密切相關。當今工業機器人的發展趨勢主要有：一是工業機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降。二是機械結構向模塊化可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化;有關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人。三是工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化，網絡化;器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結構，大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。四是機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術在產品化系統中已有成熟應用。五是機器人化機械開始興起。從94年美國開發出“虛擬軸機床”以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。
總體趨勢是，從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術概念轉移，從工業機器人產業向解決方案業務的機器人技術產業發展。機器人技術的內涵已變為靈活應用機器人技術的、具有實際動作功能的智能化系統。機器人結構越來越靈巧，控制系統愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發展。
三、我國工業機器人發展面臨的挑戰與前景
我國工業底子薄，工業機器人發展一直處于一個初步發展階段，雖然我國從上個世紀70年代開始研發工業機器人，但是技術力量不足與西方國家的技術封鎖，對此，在發展過程中，存在著比較多的問題。細分起來，有如下幾點：
首先，我國基礎零部件制造能力差。雖然我國在相關零部件方面有了一定的基礎，但是無論從質量、產品系列全面，還是批量化供給方面都與國外存在較大的差距。特別是在高性能交流伺服電機和精密減速器方面的差距尤其明顯，因此造成關鍵零部件的進口，影響了我國機器人的價格競爭力。
第二，我國的機器人還沒有形成自己的品牌。雖然已經擁有一批企業從事機器人的開發，但是都沒有形成較大的規模，缺乏市場的品牌認知度，在機器人市場方面一直面臨國外機器人品牌的打壓。國外機器人作為成熟的產業采用整機降價，吸引國內企業購買，而在后續的維護備件費用很高的策略，逐步占領中國市場。
第三，認識不到位，在鼓勵工業機器人產品方面的政策少。工業機器人的制造及應用水平，代表了一個國家的制造業水平，我們必須從國家高度認識發展中國工業機器人產業的重要性，這是我國從制造大國向制造強國轉變的重要手段和途徑。□
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機器人技術論文9
《測量機器人應用與進展》
摘要：本文首先概括了測量機器人的發展歷史和特點，結合實際工程實踐，對測量機器人實際應用進行了較深入詳細的論述，最后測量機器人的發展方向進行了展望。
關鍵字：測量機器人;發展現狀;發展趨勢
1引言
隨著我國各項建設的快速發展，各種大型工程項目的建設和大型工程建筑物越來越多,因此，對大型工程建筑物進行變形和穩定性監測就愈加重要，有關變形監測的方法隨著新儀器、新技術的出現而不斷發展。測量機器人(Measurementrobot，或稱測地機器人，Georobot)就是一種能代替人進行自動搜索、跟蹤、辨識和精確照準目標并獲取角度、距離、三維坐標以及影像等信息的智能型電子全站儀，它可以連續跟蹤目標測量，或按照已經設定的程序自動重復測量多個目標可以實現測量的全自動化、智能化。尤其在小尺度局部坐標測量當中，測量精度高、靈活機動、快速便捷、無接觸等方面，有著其它測量技術不可比擬的優勢。本文概要介紹測量機器人發展和應用。
2測量機器人發展
測量機器人是在電子經緯儀和紅外測距儀的基礎上發展而來的，其研究與發展大致可以分為三個階段：
20世紀70年代中期到80年代中期，電子經緯儀和紅外測距儀已走向成熟，并得到迅速推廣和應用，但存在生產成本高、勞動強度大、非自動化等缺點。為提高生產效率，一些研究機構和廠家進行了大量的研究和實驗，1983年，H.Kahmen教授領導的課題組成功研制出由視覺經緯儀改制而成的組合式測量機器人，用于煤礦的邊坡監測，可同時自動檢測幾百個變形目標點，但其集成度不高，精度較低。
20世紀80年代中期到90年代中期是測量機器人的逐步發展期，Leica公司推出了多種系列測量機器人，它除集成了電子經緯儀、步進馬達、紅外測距儀、CCD傳感器、微處理器和存儲器以外，最主要的是采用了自動目標識別技術，實現了普通棱鏡的長距離的自動識別與精確照準，使測量機器人迅速從室內的工業測量走向了野外工程測量。
20世紀90年代以來則是測量機器人全面應用與發展的年代。測量機器人配套了測量軟件系統，并可提供全面的二次開發工具和方法，基于測量機器人的各種應用與開發在世界范圍內得到了迅速的發展和推廣。
3測量機器人的特點
測量機器人具有無人值守，全自動(定時或連續)長期監測，監測精度高，時處理，可靠性高等特點。測量機器人主要計算機與全站儀的通訊模塊、學習測量模塊、自動測量模塊和成果輸出模塊等幾部分構成。計算機與全站儀的通訊模塊是實現測量自動化的一個最基本的功能模塊，它的主要功能是解決計算機與全站儀之間的雙向數據通訊，人工操作計算機來向儀器發出指令，儀器執行相應的操作后返回給計算機一些相應的信息，從而來完成整個通訊過程。學習測量模塊使測量機器人根據已有的數據，使其具有記憶的功能，將測量原始數據存儲，并在以后的自動測量中調用數據來進行自動化的重復觀測，得到不同時刻觀測點的三維坐標信息，該模塊為以后的自動測量模塊提供了基礎數據。自動測量模塊功能主要是根據用戶的設定，根據學習測量的數據，定時對特定點位進行自動觀測，自動存儲測量成果，包括原始數據和經過差分改正后的數據，從而得到不同變形點位的變形數據，經過多期觀測值的累積同首期觀測值之間的比較差值就可以得到不同點在不同周期下的變形趨勢。成果輸出模塊可以提供變形量報表、不同周期的變形量趨勢圖等資料，使得變形成果資料更加生動和能夠滿足不同用戶的需求。
4測量機器人的應用
利用測量機器人自動跟蹤目標、時時測量的特點，在測繪工程和工業測量中等均有重要應用。
邊坡(包括自然邊坡和人工邊坡)因受地質產狀、巖性、地質構造、水、人工擾動和地震等因素的綜合影響，造成邊坡失穩，從而產生滑坡、崩坍、變形失穩、泥石流、塌陷等地質災害，這些地質災害是目前安全生產的最大隱患，目前廣東、四川等一些雨水較多的省份已經利用測量機器人成功對邊坡進行有效和精確的變形監測。
在道路路基施工和路面施工中，利用測量機器人時時跟蹤測量的優勢，可以隨時得到施工點的平面位置和施工標高，而知道該點的設計標高，就可以得到該點處的填挖高度，從而使道路施工的動態控制成為可能。大大提高施工效率和精度，減輕測?咳嗽鋇睦投慷齲?實現了道路測量與施工的自動化、一體化、程序化。
測量機器人己經成為大跨度橋梁施工過程中進行施工監測和控制的主要工具。在大跨度橋梁結構施工過程中，由于橋梁結構的空間位置隨施工進展不斷發生變化，要經歷一個漫長和多次的體系轉換過程，若同時考慮到施工過程中結構自重、施工荷載以及混凝土材料的收縮、徐變、材質特性的不穩定性和周圍環境溫度變換等因素的影響，使得施工過程中橋梁結構各個施工階段的變形不斷發生變化，這些因素均將在不同程度上影響成橋目標的實現，并可能導致橋梁合攏困難、成橋線形與設計要求不符等問題。所以在其施工階段就需要對橋梁施工過程進行監控，除保證施工質量和安全外，同時也為橋梁的長期健康監測與運營階段的維護管理留下寶貴的參數資料。
在地鐵隧道變形監測中，通過自動化測量機器人監測設備系統，把在外力作用下地鐵隧道變化數據傳送至控制器或儀器內，通過處理軟件，計算斷面收斂量，再通過互聯網及遠程通訊系統，使有關各方隨時掌握地鐵隧道收斂情況和規律，可有效保障地鐵的安全運行。
跨斷層連續變形監測，斷層形變與地震的孕育過程直接相管，用本系統作跨斷層高精度測距和變形監測可望作為短臨地震預報的一種新的研究和預報手段，為防震減災作出貢獻。測量機器人的多目標、高精度、、全自動、實時數據處理、自動報警等全部優異性能,在這里可以得到充分的發揮，再與其他短臨預報手段配合，有可能取得積極成果。
測量機器人系統也可廣泛應用于航空、航天、汽車、造船等部門的工業測量和變形觀測。如在容量計量領域，可用于船舶液艙或其它大容量量器的內部三維坐標點的自動測量與數據處理。
5、國內測量機器人應用現狀
我國國內測量機器人的引進方面與國際幾乎同步，但由于經濟和缺乏前期研究等方面的原因，其工程應用略落后于國外，隨著國內經濟的飛速發展以及大規模工程建設的需要，國內購買測量機器人的單位日益增多，但其應用狀況和使用效果有待改善。主要表現在以下兩個方面：
1、測量機器人國外配套軟件價格較高，且不符合中國國家規范或行業作業標準，很多單位僅購買測量機器人，沒有購買相應軟件，測量機器人不能發揮最大優勢。因此研究開發符合中國國情的測量機器人通用系列化自主軟件是目前國內的迫切需要，有較廣闊的應用前景和發展空間。
2、雖然測量機器人工程應用日益廣泛，應用領域也在不斷擴展，但由于測量機器人的出現時間較短，我國現行的國家規范或行業標準中相關測量機器人應用的參照條款較少或比較落后。因此對測量機器人自動化測量的作業方法、流程、質量控制、成果管理、精度分析等方面要進行系統性的研究，并得出有益的結論，設立規范或標準，對工程生產有重要的指導意義。
6、測量機器人發展趨勢
測量機器人自進入全面應用與發展期以來，其應用研究已比較深入和成熟，但各科研機構和廠家對測量機器人的基礎研究并沒有停止，生產廠家對測量機器人產品也在不斷進行革新和改進。展望21世紀，測量機器人將在以下方面得到顯著發展。
測量機器人將作為多傳感器集成系統在人工智能方面得到進一步發展，其應用范圍將進一步擴大，影像、圖形和數據處理方面的能力進一步增強。未來的測量機器人不需要合作目標，將可根據物體的特征點、紋理、輪廓線，用影像處理的方法進行自動識別、匹配和照準目標，采用空間前方交匯的原理獲取物體的三維坐標及形狀。測量機器人將與GPS、GIS技術集成，成為快速獲取被測物體信息的重要儀器。多傳感器集成系統及混合測量系統的應用范圍將進一步擴大，可望在大區域范圍內進行無控制網的各種測量工作。
7結束語
測量機器人技術是近年來發展起來的自動化測量技術,在各種工程監測、地震、地災等方面具有高效、快速、省時省力等諸多優勢,是測繪行業發展的一個熱點方向。再加之具有完備的數據處理軟件功能,經實踐證明,測量機器人的發展和應用前景是非常廣闊的。
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