推荐第1篇：机器人社团招新策划书
机器人社团招新活动
策划书
机器人社团 2016.10.7
一．活动主题
机器人社团招新
二．活动背景及目的
又一个金秋来临，一个收获的季节，我们南铁院迎来了大一新生。机器人社团送走了一批13届的学长后，迎来了更为年轻的新鲜力量。这次招新的学弟学妹们，会给我们社团带来了新的活力与热情。相比我们大二的同学，这些学弟学妹们虽然在专业的知识和相关技能方面略有欠缺，但只要心中充满对这份事业的无限热爱，并且坚持不懈的努力，就一定能有的惊人的成绩。
社团是我们大学时光的一份美好回忆，在这里有付出、有收获。此次招新仪式决定了我们机器人社团后期的人才情况，对社团地更好发展有至关重要的影响。此次活动丰富学生的课余生活，提升同学们对机器人和科技的兴趣，为爱好电子类的大一新生提供一个平台，大家为了一个共同的爱好努力。
三．活动时间及地点
2016年10月12日 梅花广场
四．活动对象 机器人社团大
二、大三成员
五．活动内容及详细流程
1、提前通知社团的大二大三同学开展本次招新活动的时间。并对社团内的几台机器人进行维护，保证活动当天可以在梅花广场进行机器人的操作及展示
2、活动当天安排指定同学抬座子，搬机器人作品，拿社旗、社徽。展板等宣传物品，确保大一的的同学可以顺利的加入社团。
3、在梅花广场进行机器人及相关科技作品的展示，让大一的学弟学妹们更好的了解我们社团。
4、对在场前来询问的部分同学，赠送小礼物，以活跃活动的气氛也吸引了大家加入社团。
5、对社团报名表进行认真的统计，并按照联系方式进行通知召开第一次社团大会。并建立QQ群，方便以后的联系。
六．活动意义
本次回顾这一年的旅程里，我们经历了很多，从一个懵懂的大一新生转眼间变成充满拼搏与干劲大二学生，又到了一年社团迎新的时候，看着那些学弟学妹，突然发现他们就是曾经的我们。此次招新仪式对社团今后的发展有重要的作用，我们希望更多爱好科技的同学及相关的技术精英加入我们的社团。加入社团参加活动，丰富课余生活，缓解学习带来的压力，体现科技的魅力，锻炼同学们的思维能力，拓宽同学们的眼界，提升同学们对机器人和科技的兴趣。
七、活动注意事项
1、在活动中要注意维持秩序，不能毫无目的性的乱拉人加入。
2、活动中应保证机器人等相关展示设备的完好，避免发生损坏或丢失。
3、梅花广场时我们学校的公共活动场地，在广场进行活动时，应保证广场内卫生环境的整洁，社团成员可以携带便携垃圾袋，做到垃圾及时回收，做一个又环保素质的学生。
4、提前安排好各个时间段的排班情况，以保证活动现场人力充足。
八．活动经费预算
矿泉水费
10元
机器人社团 2016年10月7日
推荐第2篇：机器人设计制作大赛策划书
山西大学首届机器人设计制作大赛
策 划 书
物理电子工程学院第十六届团委学生会 秘书处
二〇一五年三月一日
一、活动背景
大学生机器人大赛是教育部提倡的理工科大学生学科竞赛之一，目的在于养大学生的创新设计能力、综合设计能力以及团队合作精神，加强学生的动手能力。吸引、鼓励广大学生参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。
二、活动意义
为了展现我校科技创新水平，提高学生科技创新能力，为全校同学提供一个参与科技活动，进行科技创新的平台，特此举办机器人设计制作大赛。
三、活动流程与细则
（一）活动主题
结合科技知识，探索创新实践。
（二）主办单位
山西大学物理电子工程学院团委学生会秘书处
（三）参赛对象 山西大学全体学生
（四）活动地点
山西大学体育馆
（五）活动内容
机器人设计、制作、能力展示。分为自主设计类机器人能力展示与题目发放类机器人能力展示两类。
（注：自主创新类机器人在能力展示时要介绍其原理、用途等）
2
（六）前期准备
1.宣传做到全方位，横幅、展板、宣传海报、微信、QQ、人人等，线上与线下宣传都要兼顾。
2.提前做好对场地的审批与申请，做好比赛所用场地的制作，搭建，以及比赛会场的布置。
3.比赛之前向校方借用投影仪、音响等设备，并在赛前进行检查调试。
4.落实人事分工，分配现场值班，灯光音响控制人员，同时要有引领参赛队伍的人员，确保各项工作有人员负责。
5.联系老师，为题目的发布做准备，并确定主持人及礼仪。 5.制作比赛当天的开场PPT。
6.比赛前收集资料，以拍照、摄像的方式记录各个团队的机器人制作过程。
7.购买比赛的必需用品，如胶带。
8.联系好新闻部帮忙拍照，摄像等。
（七）活动流程
1.进行机器人设计大赛的题目发放，宣布时间安排，机器人设计制作时间以目难易程度而定。
2.进行最后的参赛人员统计，并为之后的机器人能力展示进行准备工作。
3.通知参赛队伍准备调试时间地点及注意事项。
4.所有参赛队伍机器人制作完成后进行机器人比赛，为所有队伍
3 发参赛证，核对参赛人员信息。
5.赛后进行机器人设计制作经验交流。
（八）大赛现场流程 1.暖场音乐与视频。 2.主持人开场白。 3.嘉宾及评委介绍。 4.主持人宣读比赛规则。 5.自主创新类比赛开始。 6.休息十五分钟。
7.题目作品展示类比赛开始。 8.评委对两组比赛进行点评。 9.主持人宣布比赛结果。 10.颁奖典礼以及合影留念。
（九）工作人员要求
1.工作人员及时进入自己的工作岗位，不得私自乱穿，影响赛场秩序。
2.服从本次任务分配，并积极完成任务。
3.每次值班准时到场，并提醒参赛队保持场地清洁。4.不准给参赛者提供任何有关竞赛的信息。 5.礼貌待人，不得与参赛者产生矛盾等。
四、宣传方案
（一）活动前期宣传：多渠道宣传，利用人人主页、海报、展板、
4 宣传单为主要宣传形式，还可以QQ群群发消息，班委宣传等等。
（二）活动中期宣传：在活动当天用现场黑板或屏幕展示活动标语口号，派发本次大赛的传单。
（三）活动后期宣传：将活动中的精彩相片或视频上传网络。
五、奖项设置
本次大赛设一等奖一名，二等奖两名，三等奖三名，另设最佳创新奖三名。对于参赛作品，视作品的可行性及创新性等指标，给予作品500元或300元的立项奖励，获奖作品在立项的基础上追加奖励。
获奖者均颁发荣誉证书。具体细节由大赛的承办部门负责解释。
六、活动经费
宣传经费：宣传单：300张，30元，调查问卷：200张，20元，展板：4张，40元，90+__元
杂费：计___元 证书：待定 立项资金：待定
七、人员安排
具体人员分工视实际情况而定
八、意外防范
（一）因突发情况而未能准时来参加比赛的选手，工作人员要及时与之取得联系，询问清楚原因，确定参赛人员不能来参加比赛，工作人员要做好登记工作。
（二）参赛选手应在比赛开始前20分钟到场，进行签到，并由工
5 作人员带领到指定区域。
（三）开始比赛15分钟未到场的选手，视为弃权，取消其比赛资格。
（四）在比赛期间如有不服从竞赛规则的参赛者，对其进行劝说，如有不听者，取消其参赛资格。
（五）比赛期间参赛者对本次活动如有歧义，（要求在比赛后解决）防止影响比赛正常进行。
（六）如有旁观者在赛场喧哗起哄，应尽快劝阻，情节严重者，应迅速带离赛场以免妨碍赛场秩序。
九、活动总结
（一）活动结束后，以QQ、微信、人人主页、活动记录等形式对此次比赛结果做出通知。
（二）活动结束后，秘书处召开例会对此次比赛进行总结，并以书面形式作出记录。
物理电子工程学院团委学生会秘书处 赵文彪
二〇一五年三月一日
推荐第3篇：首届机器人文化节策划书 修改
中国矿业大学首届机器人文化节
“灵动机器 创意无限”
策划书
时间：2011年10月29日、30日
地点：南湖校区二食堂广场
主办：中国矿业大学学生会
机电学院机器人实验室
计算机学院创新实验室
协办：腾讯徐州分公司
一、活动名称：
中国矿业大学首届机器人文化节
二、活动主题
“灵动机器创意无限”
三、活动口号
“科技伴青春，我爱机器人”
四、活动目的及意义：
本次活动是中国矿业大学首届机器人文化节，举办此次文化节的主要目的是带领广大矿大同学近距离接触和了解机器人的相关知识，扩大机器人相关知识技术在校园里的影响，在整个校园创造良好的科技创新氛围，为在校学生提供一个近距离接触机器人的平台，激发大家参与课外学术科技活动的积极性，帮助同学们树立自信心，同时本届文化节可以引导青年学生提高素质、发挥才智，培养大家提高自主创新素质和能力的意识，更好的挖掘同学们的潜力。
三、主体信息：
时间：2011年12月10日 地点：南湖校区二食堂广场 主办：中国矿业大学学生会 协办：机电学院机器人实验室
计算机学院创新实验室 腾讯徐州分公司
四、活动整体思路：
1、本次文化节由两部分活动构成：
（1） 周六上午在二食堂广场进行机器人展览。参展机器人由既
定参展方提供。
（2） 周六上午11：00在二食堂广场举办文化节开幕式 （3） 周六晚19：00在镜湖大讲堂举行机器人主题讲座，将邀请
本次参展方负责人及机器人比赛获奖者为大家讲解机器人的相关知识。
2、机器人广场展览活动具体安排
（1）展场布置图如下：（根据实际情况会有较大改动） （2）展场布置具体细节：
A.在公交区出口（二食堂广场车站旁）放置引导宣传牌 B.展区分布及功能阐释：
a.独立展区：集中在如图展场的北侧，独自展示功能独特的机器人 b.体验区：包括零件展示区和拼装区，零件展示区展示废弃的机器人零件，可以让同学们自由触摸和研究。
c.畅想区：放置白色展板和大屏幕上墙，白色展板用于张贴写有参加展览的同学对机器人的畅想的便签纸，大屏幕上墙用来让参加展览会的同学通过腾讯微博进行现场互动，表达自己对机器人的期望，同时由腾讯工作人员控制现场互动、抽奖及礼品分发活动。
d.红地毯及拱门：用于举行开幕式。
C.每个展区前放置张贴宣传单的展板，介绍展出机器人的名字，型号，功能，并涉及相似功能机器人的知识介绍，进行机器人知识普及。 3.机器人主题访谈
为了提升同学们对机器人的认识，展览会结束的当天晚上开展机器人讲座活动。本次机器人讲座邀请参展方负责人、机器人比赛获奖同学及机器人协会的负责人为嘉宾，主要讲述一些机器人的发展历史，机器人的作用特点以及制作机器人的初级知识。 流程：
A.由主持人宣读主持词
B.访谈开始，由主持人对机器人相关问题对嘉宾进行访谈。 C.讲座结束，主持人主持现场进行现场互动，让同学进行提问。
D.由主持人作最后总结，宣布此次访谈结束。
五．前期宣传措施
机器人文化节前期宣传工作安排如下：
1.彩色海报（1张特大型，二食堂，包括现场活动、讲座宣传）（宣传中心）
3.充分利用人人网、百度贴吧、校会网站进行前期造势宣传(宣传中心) 4.横幅宣传：分别放置在公教、及广场入场拱门上
5.机器人知识讲座在活动期间在宿舍区公教区张贴A4宣传单，同时在展览现场进行宣传。
六．经费预算
七、可行性分析
1、机器人相关研制课题在我校处于蓬勃发展阶段，本次文化节可以激发大家参与课外学术科技活动的积极性，帮助同学们树立自信心，引导青年学生提高素质、发挥才智，培养大家提高自主创新素质和能力的意识，更好的挖掘同学们的潜力。同学们对此兴趣浓厚，参与度很高。
2、中国矿业大学学生会是徐州市学联主席单位，在矿大具有其他学生组织无法比拟的影响力，在徐州的其他高校中也有很强的号召力，希望通过自身在中国矿业大学以及在徐州的影响力把机器人文化节活动做成徐州范围内的大型活动。
3.本次文化节组织的各协办方可以借此平台，向同学们展示自己的研究
成果，普及机器人相关知识，激发校园创新力，推进机器人研制事业在我校的发展。同时，各参展协办方可以通过这次活动，扩大自身影响力，相互交流经验，共同协作。
八．安保措施及其他
1.拉绳子：（拉大物品与参观者之间距离，防止机器人抚摸或破坏；排队领奖保证秩序；有效调控现场混乱度）
2.抽调干事：（学生会部分部门干事及志愿者负责现场秩序维护及安全保障）
3.帐篷：（预防下雨等不利天气，暂存物品） 4.学院人员：（参展学院人员保护机器人）
5.现场防雨措施以防止下雨淋湿机器人和现场设备，如展板、会展台、展桌、音响等（雨伞，油布，应急帐篷）；
推荐第4篇：机电技术学院机器人展览会策划书
机电技术学院机器人展览会策划书
一、活动目的
为了响应学院关于大学生科技文化艺术节的号召，培养大学生科技创新意识和实践能力，为提高学生对于专业知识的学习积极性，增强科技实践技能的熟练程度，充分展示我校的专业特色和学生创新意识、营造良好的校园文化氛围，促进全校学生课外学术科技活动的蓬勃开展，我分院特举办机器人展览会活动。
二、活动意义
机器人是自动执行工作的机器装置。它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如在生产业、建筑业、工业、医学、农业甚至军事等领域中均有重要用途。机器人展览会不仅是增强大学生素质，培养大学生创新能力与实践能力的有效途径，而且是推进校园文化建设的重要方式，也是我校大型品牌活动，是校园文化的浓缩，是学校大爱育人办学特色的体现，更是全校师生展现自我、体现风采的窗口。
三、展会主题:
科技创造未来，文化滋润心灵
四、展会主办单位:
机电技术学院团总支、学生会
五、展会时间:
2012年4月20日
六、展会地点:
机电技术学院学生会
七、展会参加对象:
机电技术学院全体师生
八、展会流程
（一） 展会前期：
（1） 由办公室向院社联部申请宣传场地，在食堂门口与天工楼楼
道口做宣传活动。
（2） 社团部相关人员要深入到各个班级进行宣传。
（3） 宣传部负责出板报和设计横幅。
（4） 实践部负责展会的赞助经费。
（5） 由青志部相关人员负责展会场景的布置。
（二） 展会中期：
由办公室和青志部负责会展时的安全和秩序。
（三） 展会末期：
由社团部进行打扫场地与归还展品，并对此次的活动经行归纳总结。
九、展会经费预算
横幅：100*1=100元板报：50*2=100元共计：200元
十、活动建议:
在展会期间，不光要有科技作品展览，同时还要突出文艺类作品的展出。在展览优秀作品的同时，也可以展览一些相关命题的书画作品。
十一、展会注意事项
（1） 此次展会范围广，一定要保证参赛选手的人身财产安全。
（2） 要保证展会期间的秩序，在活动各个阶段要做到秩序井然。
（3） 如有其它突发事件，按实际情况解决。
机电技术学院团总支
学生会
2012年4月10日
推荐第5篇：机器人
焊接机器人
在汽车底盘焊接中的应用
职业技术教育学院汽车维修工程教育091班 09520150 郑冬鲁
焊接机器人最适合于多品种高质量生产方式，目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接件均使用了机器人焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。国内生产的桑塔纳、帕萨特、别克、赛欧、波罗等后桥、副车架、摇臂、悬架、减振器等轿车底盘零件大都是以MIG焊接工艺为主的受力安全零件，主要构件采用冲压焊接,板厚平均为1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接头形式为主，焊接质量要求相当高，其质量的好坏直接影响到轿车的安全性能。应用机器人焊接后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性和降低劳动强度，改善了劳动环境。
机器人焊接系统的常见应用方式
按照焊接机器人系统在汽车底盘零部件焊接的夹具布局的不同特点，及外部轴等外围设施的不同配置，焊接机器人系统可分为以下几种形式。
滑轨+焊接机器人的工作站
（见图1）两套夹具固定在滑动小车上，由气缸驱动使装有工件的两个夹具轮流进入机器人焊接区焊接，操作人员在另一面上、下料。两个工作站交叉进行，使机器人焊接时间与工件上、下料时间同步，这种方式可以节约变位器旋转时间。双夹具滑轨形式的焊接机器人系统利用两副滑轨轮流为焊接机器人送料，可靠性较高，但对被焊工件的外形尺寸有一定限制，
通常焊接工件直径小于0.6m。
在桑塔纳后桥焊接生产线、POLO下摇臂焊接生产线上均有应用实例。
单（双）夹具固定式+焊接机器人工作站
（见图2）该结构形式简单，夹具由变位机进行变位，来实现机器人焊枪不同位置的焊接。系统故障率低，但由于在装卸工件过程中机器人处于等待状态，因而机器人的利用效率一般低于80%，所以在新的焊接线上较少利用。
该系统在帕萨特后桥焊接生产线及桑塔纳前悬挂焊接和生产线有成功应用。
带变位机回转工作台+焊接机器人工作站
（见图3）该形式由两副夹具带变位器和一个转台组成，结构紧凑。两副夹具可以进行不同的焊接程序以实现不同的工艺要求。机器人在其中一副夹具上焊接工件时，操作工可以在另一副夹具上装卸工件，机器人的利用率较高，一般大于90%，是目前最广泛使用的一种形式。
该系统在别克副车架焊接线、赛欧后桥焊接线、帕萨特副车架焊接线均有广泛应用。
搬运机器人+焊接机器人工作站
（见图4）两部机器人之间的配合所体现的主要优点是能适应各种不规则焊缝的焊接。但缺点是由于两部机器人配合的不协调所导致的故障率较高。所以此种形式需合理安排机器人运动形式才能最大程度提高生产效率。
协调运动式外轴+焊接机器人工作站
(见图5)该形式运用较广泛。在实际焊接中环焊缝是常见的一种，而常见的变位器不能适应360°焊接，在这种情况下，协调式外轴与机器人相配合即可轻松实现360°以上环焊缝的焊接。
在帕萨特后桥稳定杆焊接、波罗后桥总成焊接中均采用了该形式。
机器人焊接自动线
目前桑塔纳前悬挂焊接生产线、帕萨特后桥焊接生产线均采用此形式。
焊接机器人柔性系统
随着市场竞争加剧，汽车行业面临品种多、批量少的改型性的新车型需求，要求焊接机器人系统必须高度柔性化。焊接机器人系统的柔性化，即：适应于不同零件的焊接夹具；能短时间内快速调换气、电信号、配管、配线快速改换；控制程序必须能预置和快速转换，最大程度地发挥机器人特点以使一套机器人系统能根据需要焊接多种零件和适应产品多样化和改进的要求。可快速调换夹具的
二、四工位焊接机器人系统能体现系统柔性化。
二工位点焊机器人系统
给标准点焊机器人配备了快速交换连接器。通过快速交换连接器，可实现机器人焊钳的快速自动更换，不但可满足复杂产品各个部位的焊点焊接，而且，在更换产品时，只需更换
合适的焊钳就可以了。
柔性的系统控制。该系统的主控系统采用PLC为主控单元，配以远程I/O模块，通过机器人的远程I/O模块，实现对机器人、夹具、夹具工作平台及周边装置的控制。PLC程序采用结构化方式编制，各个子程序分别对应于一个功能，对于不同工件，只需调用或修正不同子程序，不需重新编程。不同产品的焊接内容及夹具气缸的动作关系的设计和操作完成后，可以长时间储存，更换产品时可直接调用。操作控制采用触摸屏，减少了大量复杂的连线，同时可以为不同工件专门设计不同的操作及状态显示界面。
采用机器人外部轴伺服驱动的回转工作平台。该平台除可以承受较大的径向和轴向力外，同时采用机器人外部轴伺服驱动和控制转台，从而使转台有极好的启停特性，并与机器人实现协调运动，可实现多工位焊接。在回转平台上装有远程模块，转台中心留有气路和电路出口专用快速接头和多芯插口，以便使夹具可快速装拆。
这套系统已成功的生产了金杯副车架、后桥及派力奥横梁、摆臂等多种产品，且产品更换方便快捷。
四工位的弧焊机器人系统
该系统有两台KR15弧焊机器人、一个四工位旋转式转台、夹具回转变位装置及清枪器、焊机等周边装置组成。其柔性主要体现在机器人工作范围较大，功能较全。夹具回转变位装置安装法兰上装有远程模块，远程模块预留多芯航空插头，在更换夹具时，可方便地与夹具上的相应接口连接。夹具回转变位装置端部有压缩空气快速接头，可方便快速地与夹具的气路连接，在2～3分钟内便可以实现新夹具与变位器的机械连接。
机器人焊接新技术应用
TCP（tool center point工具中心点）自动校零技术
焊接机器人的工具中心点就是焊枪的中心点，TCP的零位精度直接影响着焊接质量的稳定性。但在实际生产中不可避免会发生焊枪与夹具之间的碰撞等不可预见性因素导致TCP位置偏离。通常的做法是利用手动进行机器人TCP校零，但一般全过程需要30分钟才能完成，影响生产效率。TCP自动校零是用在机器人焊接中的一项新技术，它的硬件设施是由一梯形固定支座和一组激光传感器组成。当焊枪以不同姿态经过TCP支座时，激光传感器都将记录下的数据传递到CPU与最初设定值进行比较与计算。当TCP发生偏离时，机器人会自动运行校零程序，自动对每根轴的角度进行调整，并在最少的时间内恢复TCP零位。
目前在波罗后桥及帕萨特副车架的机器人焊接生产线上均采用了该技术，大大方便了设备调
整，节约了调整时间，提高了产品的质量。
双丝高速焊接技术
双丝高速焊不仅焊接效率比传统焊接方式高，而且热影响区小，产品的疲劳强度有所提高。目前双丝焊主要有两种方式：一种是Twin arc法，另一种为Tandem法。焊接设备的基本组成类似，都是由两个焊接电源、两个送丝机和一个共用的送双丝的电缆。为了防止同相位的两个电弧的相互干扰，常采用脉冲MIG/脉冲MAG焊法，并保持两个电弧轮流交替燃烧。这样一来，就要求一个协同控制器保证两个电源的输出电流波形相位相差180°（如图9）。当焊接参数设置到最佳时，脉冲电弧能得到无短路、几乎无飞溅的过渡过程，真正做到“一个脉冲过渡一个熔滴”，每个熔滴的大小几乎完全相同，其大小是由电弧功率来决定。
目前在波罗下摇臂焊接中采用了Tandem方式，主枪与次枪均采用脉冲式，其焊接速度可达30mm/s， 不但提高了焊接效率，而且产品疲劳强度远远高于类似的单丝焊。
机器人等离子切割技术
对机器人焊接质量提出高要求，势必对冲制件的匹配性提出了更高要求。尤其是针对管状件的相贯线形焊缝，对冲制件的匹配轮廓度要求小于0.5mm,传统的冲压工艺很难直接保证达到此要求，于是，机器人等离子切割走进了汽车底盘零部件焊接生产线。机器人等离子切割是由普通的抓举机器人持等离子割炬按机器人编程轨迹进行匀速切割，氧气作为切割气体，氮气起保护作用，所切割工件边缘平滑，轮廓度小于0.3mm，保证焊接的质量稳定。当产品尺寸需要改进时，无需对冲压模具进行改进，只需对机器人切割轨迹进行简单的调整即可满足生产，可节约大量生产成本。
模块式夹紧机构的应用
在传统的底盘焊接机器人系统中夹具通常采用的是四连杆机构，该机构有夹紧和自锁的功能，但结构体积较大，影响了机器人的焊接空间位置。目前一种全新的模块化夹紧机构已溶入到了机器人焊接系统中，首先是通用性强，各夹紧机构可方便互换，只要有几套标准的备件即可保证正常生产。其次采用的是全封闭的结构，对气缸起到了很好的保护和润滑作用，有效地避免了焊接飞溅对气缸活塞和连杆机构的破坏。另外这种机构可以方便地对夹紧行程和自锁角度进行调节。在今后的机器人焊接系统的夹具部分将会更多的采用该结构方式。
机器人焊接技术的发展
机器人离线编程及远程诊断技术
为适合机器人焊接生产线的生产节拍和调试需求，机器人离线编程及远程诊断技术的应用已迫在眉睫。离线编程软件可直接进行模拟运行，当将离线程序输入机器人后只需对其中的焊接空间点的位置进行修改既可满足实际生产。另外使机器人具有远程诊断能力，实现远离工厂现场了解机器人系统的实际运行状况，在机器人系统尤其是机器人控制器出现故障时对其进行及时有效的诊断与维护，从而大大缩短故障处理时间，节约维护成本，是非常有意义的。
焊缝自动跟踪技术
焊接机器人缺少对工件的自适应能力，效果比较好的是用激光视觉传感器系统，它能够自动识别焊缝位置，在空间中寻找和跟踪焊缝、寻找焊缝起、终点，实现焊枪跟随焊缝位置自适应控制。但这种方法不太适合轿车底盘零件的焊接，因轿车底盘零件机器人系统的夹具允许机器人工作空间范围很小，根本不允许焊枪头上再有附带激光跟踪头焊接。为此仅可使用的焊缝自动跟踪技术为电弧电压跟踪传感，该系统具有寻找焊缝起始点、终点以及弧长参考点，焊接过程中根据弧长的变化，用电弧传感器控制电压自适应控制。这种方法也只能应用于角接接头形式，对于轿车底盘零件大量的薄板搭接焊缝，因无法寻找弧长参考点也无法应用。
机器人焊接在汽车工业中的应用代表了焊接工艺的一个新发展方向。中国汽车工业使用机器人焊接系统时间不长，应用面还不广，还有待于在实践中结累更多经验。
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智能机器人的工作计划
一：队名：越撸越健康；
二：队长：余悠迪；
成员：余悠迪，董文杰；
三：工作计划：1）第三周到第四周，查阅资料，查找大学生优秀创意机器人模型资料，确定研究方向和具体的研究对象。
2）第五周-第七周：初步完成简单的机器人模型，包括具体的硬件设备和程序算法。
3）第8周到第10周：完善机器人的功能。
4）第11周到12周：技术改进，对机器人的功能进一步完善，完成最终作品。
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走进汽车生产车间，只见各种焊接机器人、装配机器人组成的自动化生产线正高效运行。而在各大卖场，也可以看到琳琅满目的清扫机器人、机器人玩具等。我们以前只能在科幻小说和电影里看到的机器人，如今正从银幕中走出来，切切实实地走进了我们的生活。
2013年，我国工业用机器人购买量再上新台阶，超过3.6万台，首次并且以“大比分”超过素有“机器人王国”之称的日本，成为全球最大的机器人购买国。如此巨大的市场蛋糕背后，隐藏着怎样的专利布局？制约中国工业机器人发展的瓶颈是什么，又该如何去突破？为此，记者采访了国家知识产权局工业机器人课题组的专家，从行业专利分析的角度，为我们提供了我国工业机器人快速健康发展的新视角。
跨国巨头 抢滩中国市场
我国工业机器人市场潜力巨大。课题组发布的《工业机器人行业专利分析报告》称，目前世界工业机器人平均密度为每万名员工拥有55台，而中国工业机器人的使用密度仅为每万名员工23台，远低于发达国家。课题负责人、国家知识产权局专利局光电技术发明审查部部长崔伯雄说：“依此推算，如果中国达到发达国家的水平，这意味着中国工业机器人市场将是一个天量级的市场。”东莞市机器人技术协会副会长罗百辉表示，考虑到我国劳动力成本上升、机器人价格下降等因素，预计未来10年我国工业机器人市场空间将达7200亿元至18000亿元。
巨大的市场预期吸引了国外主流机器人厂商加紧对中国市场进行布局。2006年，瑞士ABB公司将机器人业务全球总部迁至上海，同时在中国建立研发中心。2013年，日本安川在常州的机器人工厂投产，达产后年产能达12000台。根据报告，包括ABB公司和安川公司在内，日本发那科、德国库卡等4家巨头目前已占据了中国工业机器人市场的70%。
在崔伯雄看来，这并不意外。他强调：“我们要清醒地看到，工业机器人传统强国在抢占中国等新兴市场时，均非常重视借助专利布局提高竞争力，实现市场和技术的双重垄断。” 早在上世纪90年代中后期，日本及欧美的各大工业机器人公司纷纷将目光投向以中国、印度为代表的新兴市场，加快了在中国的专利布局步伐，专利申请量快速增长。报告显示，截止到2013年，国外申请人在中国共申请专利7080件，主要来自日本、美国、德国和韩国。更有甚者，上世纪90年代后，国外申请人的申请数量总体上超过中国申请人，这一局面到2003年才得以改变。
鉴于我国还处在工业机器人的产业化初期阶段，国内有关工业机器人的专利诉讼还没有出现。“但是，从美国专利诉讼的经验来看，一旦市场竞争激烈，各方都有可能用专利来保护自己的利益。”崔伯雄分析说。为此，课题组建议，中国企业应重视专利申请策略，加强国内外专利布局，这样才能在未来的竞争中赢得市场。
攻克核心技术迎头赶上
市场的热捧难掩国内企业的尴尬。从2013年中国市场工业机器人销售情况看，跨国公司品牌占据绝对优势，全年销量达2.7万台，占总销售量的74%。相比之下，国产品牌尚处于成长阶段，秦川发展、沈阳新松等国内机器人先行者，其销量相对于外资企业来说还微不足道，产品主要应用于性能要求低的领域，附加值相对较低。
课题组专家认为，造成这一状况的主要原因在于我国机器人核心技术缺失。据了解，工业机器人的核心部件包括机器人本体、减速器、伺服电机、控制系统等4个部分，这4部分分别
占总成本的22%、24%、36%、12%。“而伺服电机和减速器很大一部分还得从国外进口，这影响了我国机器人的价格竞争能力。”国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心副主任曲淑君说。
报告称，在减速器和伺服电机方面，国内企业与国际巨头相差巨大。以RV减速器为例，中国申请人申请的专利仅26件，且有效专利只有13件，发明专利只有2件；国外申请人在华申请了专利47件，其中有效的26件全部是发明专利。而且，我国企业申请的专利都不属于核心技术。
“日本企业在减速器和控制领域的主流技术方面布局非常完善，对关键技术的掌握占据绝对优势，在同一个技术方向上为竞争对手留下的发展空间有限。”曲淑君分析说，这种情况对我国相关领域产生了非常大的威胁。一是对于各个关键技术的专利布局，中国企业难以加入关键技术研发的队伍，难以全面提高自身的技术力量；二是中国很多企业技术实力较为薄弱，大部分企业可能成为日本企业的代工工厂，影响中国企业将更多的利润用于科研创新。 面对这种威胁如何突破？国家知识产权局专利局机械发明审查部二处处长徐晓明表达了看法。她和她的团队对比研究了减速器领域的两家龙头企业——谐波传动公司、纳博特斯克公司，发现这两家企业最大的共同之处在于：一是对于所有关键技术进行有效专利布局，二是采取核心专利与大量外围专利协作，即以核心专利作为基础，以大量外围专利作为补充，避免规避。“这给我们很大启发，我们完全可以借鉴当年日本逆袭美国的专利网战略模式，增加外围专利的申请量，包围核心技术，谋求以专利技术交换赢得一定的技术市场，从而积蓄技术能力，开展核心专利技术的研发，最终获得核心竞争力。”徐晓明说。
强化合作意识多措并举
多年来，在国家科技计划的支持下，我国工业机器人基础理论和关键技术不断取得新突破，形成了一批具有较强科研实力的企业和研究院所。报告显示，2010年至2013年工业机器人全球专利申请量排名前20位的申请人中，中国的鸿富锦/鸿海、清华大学、天津大学和浙江大学位列其中。“这说明我国工业机器人的研发能力明显提升。”国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心机械部主任郭震宇说。
然而，为什么专利技术的突破并没有带来预期的市场表现？对此，崔伯雄认为，影响技术市场实现的因素很多，就我国目前的现状而言，研发力量分散、产学研脱节、产业链阙如是其中的一个重要因素。根据报告，中国发明专利申请量排名前十的申请人中，国外申请人均为企业，而国内申请人清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学及浙江大学则均为高校。“研发主体集中在科研院所，不仅限制了科研成果的转化应用，最终也制约了技术创新。”崔伯雄说。
“跨国机器人巨头的成功路径给我们提供了很好的启示。”郭震宇说。根据报告，发那科公司被称为日本模式的典型代表，发那科通过与美国通用汽车等下游企业合作，围绕汽车自动化生产工艺及配套，从总装机器人逐渐向焊装、冲压以及喷涂的机器人发展，逐步成长为工业机器人市场的领先者。课题组专家认为，在当前我国工业机器人研发力量薄弱、核心技术缺失的情况下，合作是提高我国机器人研发水平的根本途径。这种合作不仅包括产学研用的合作、产业链上下游之间的合作，也包括企业之间合作、成立产业联盟等。
促进我国机器人产业的发展，政策扶植也是一个重要的着力点。课题组专家表示，日本之所以成为机器人技术第一大国，与政府的扶持分不开。因此，课题组建议政府应建立完善的研
发及产业化政策，建立有效的公共技术平台以加强关键共性技术和核心功能部件的研究与突破，细化完善研发与产业化方面的激励政策。
我们期待中国机器人产业的春天如期到来。
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机器人
爸爸，我作业写完了，可以玩电脑吗？可以。听完爸爸的这句话，我直奔向电脑，打开电脑。接下来又得要等1分钟左右，真烦人！我想：要是有电脑机器人该多好啊！20年后的我就能发明这种电脑机器人。
它有两根又细又长的天线；方方正正的脑袋；一双由摄象机组成的眼睛；三角形的大嘴巴；左侧的耳朵是一个手机；而右侧的耳朵是一台小巧玲珑、精致、精美的迷你收音机。它的肚子上有一台特制的电脑与键盘。
这种电脑机器人的是：它只要一打开它，屏幕上就会自动显示出桌面；而且耗电量少；可以节约电；它可以防止我们上不良网站、而且，它还可以防止病毒损坏电脑；它可以变得很大很大，也可以变得很小很小，随身带在身上。比如，某一家企业的总经理正在某个地方旅游，玩得正高兴，公司就像半路杀来的程咬金，给这位玩得正高兴的总经理泼了一盆子的冷水，如果这位总经理有电脑机器人的话，就不发愁了。
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机器人技术的发展概述
课程:
电气专业前沿课程 指导老师： 刘华山 班级： 电子0701 学号： 070901013 姓名： 何忠伟
摘要：本文通过简单介绍机器人的诞生、发展过程以及未来发展趋势，讨论了机器人及其技术发展的情况，并进一步说明了机器人与现代科学技术革命有着密切的关系，符合科技革命关于生产实践需要的理论。机器人作为一种高技术，是不断发展和完善的，这种不断的发展和完善是通过技术革命的内在推动力来实现的。同时，机器人的发展和广泛应用，极大地推动着科学技术的发展和人类社会的进步。．
关键词：机器人；发展历史；运动控制；关键技术；发展趋势 Abstract: This paper simply introduced the robot of the birth and development proce and the future development trends, and discu the robot and technical development, and further shows the robot and modern science and technology revolution have close relations, accord with the revolution of science and technology of the theory about the production practice need.Robot as a high technology, is developing and perfect, the constant development and improvement of the internal driving force through technology revolution to realize.At the same time, the development of the robot and the widespread application, greatly promote the development of science and technology and the progre of human society.
Keywords: robots；development history；motion control；key technology；development trend
1 引言
机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。有些人认为，最高级的机器人要做的和人一模一样，其实非也。实际上，机器人是利用机械传动、现代微电子技术组合而成的一种能模仿人某种技能的机械电子设备，他是在电子、机械及信息技术的基础上发展而来的。然而，机器人的样子不一定必须像人，只要能独立完成一些人类的技能或有一定危险性的工作，就属于机器人大家族的成员。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
2 发展历史
2．1早期机器人的出现
机器人，英语为ROBOT，意思是一种干脏活的人形机器。它体现了人类长期以来的一种愿望，即创造一种像人一样的智能机器，以便能够代替人去进行各种各样的工作。机器人虽然是一个新造词，但关于机器人这一思想的渊源，却可以追溯到遥远的古代。早在我国西周时期，就有能工巧匠侣师制作了一个歌舞“机器人”献给周穆王；公元前3世纪，古希腊发明家戴达罗斯用青铜为可里特岛国王迈诺斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯；我国东汉时期，张衡发明了用于军事的指南车，可以说它是最早的移动机器人雏形。
随着科技的发展，18世纪出现了以蒸汽机发明为标志的第一次技术革命，这引起了古代机器人技术的进步。1893年More制造了“蒸汽人”，它的腰由杆件支撑，靠蒸汽驱动双腿沿圆周运动。以上这些自动玩具或自动作业机的出现均是以当时的科学和技术为基础。用现代的眼光来看，它们的功能是单一的，实现方法是落后的，但它们却代表了当时的最高科技水平。
2．2现代机器人的产生
20世纪，人类取得了辉煌的成就，从量子力学、相对论的创立，原子能的应用，脱氧核糖核酸双螺旋结构的发现，到信息技术的腾飞，人类基因工作草图的绘就，世界科学发生了深刻的变革。信息技术、生物技术、新材料技术、先进制造技术、海洋技术、航空航天技术等都取得了重大突破。此时，科学技术化，技术科学化，科学技术密不可分，出现了人类历史上第一次科学与技术的综合性革命――现代科技革命。
现代机器人是电子工程学、机械学、控制论与控制工程学、计算机科学与工程、人类学、社会学、人工智能、生物学等多学科的集成，所以它是多学科科技革命的必然结果。
当时电子计算机已经出现，电子技术也有了长足的发展，产业领域出现了受计算机控制的可编程的数控机床，与机器人相关的控制技术和零部件加工有了扎实的基础。另一方面，人类需要开发自动机械，代替人去从事一些恶劣环境下的工作，比如在原子能的研究过程中，由于存在大量放射性，要求用某种操作机械代替人来处理放射性物质。正是在这一背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了一种遥控机械手代替人，1948年又开发了主从机械手。1954年美国人乔治?德沃尔设计出了第一台可编程(示教再现型)的工业机器人，在此基础上，创建了Un5m此on公司，并于1962年生产出来，取名为Unimate。此机器人在美国通用汽车公司(CM)投入使用，这标志着第一代机器人的诞生。从此，机器人开始成为社会系统中的一员，影响着社会的发展、科技的进步。
3 机器人的发展进程
从20世纪60年代初，美国生产出最初的工业机器人，到20世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了20世纪90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。现将按工业机器人、特种机器人两条技术发展路线分述机器人的发展进程。
3．1工业机器人的发展进程
1)机器人操作机。通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。
2)并联机器人。利用机器人技术，采用并联机构，实现高精度测量及加工，这是工业机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。意大利COMAU公司，日本FANUC等公司已开发出了此类产品。我国的燕山大学、哈尔滨工业大学等也研制出了此类产品。
3)机器人控制系统。由于控制理论、控制技术和计算机技术的发展，机器人控制系统的性能进一步提。高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制，出现了基于学习或进化方式的控制方法。人机界面更加友好，基于图形操作的界面也已问世。编程方式仍以示教编程为主，但在某些领域的离线编程已实现实用化。
4)机器人传感系统。微电子技术和新材料的发展，推动了传感技术的进步。激光传感器、视觉传感器、力传感器、触觉传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了工业机器人的作业性能和对环境的适应性。日本KAwASAKI、YASKAwA、rANuc和瑞典ABB、德国KuKA、REIs等公司皆推出了此类产品。
5)网络化机器人群体。互联网的出现，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步。日本YJASKAwA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与CaId)us、PID5Lus总线及一些网络的联接，出现了网络化工业机器人群体，使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。
6)机器人可靠性。由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时，而现在已达到5万小时，几乎可以满足任何场合的需求。
3．2特种机器人的发展进程
随着人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向非制造领域迅速发展。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求。这些行业与制造业相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机器人的要求更高，需要机器人具有行走功能，对外感知能力以及局部的自主规划能力等，是机器人技术的一个重要发展方向。
1)水下机器人。美国的AUSS、俄罗斯的MT―8
8、法国的EPAVLARD、中国的“探索者”和CR―01A等水下机器人已用于海洋石油开采，海底勘查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护以及大坝检查等方面，形成了有缆水下机器人(RoV)和无缆水下机器人(AUV)两大类。
2)空间机器人。空间机器人是先进机器人的重要研究领域，引起了各国的高度重视。目前美、俄、加拿大等国已研制出各种空间机器人。最早的太空机器人出现在20世纪70年代，前苏联的月球―17探测器把世界上第一台月球巡视机器人――月球车―1带到了月球。后来，月球―21探测器把实用型月球车―2带到月球，此车重840kg，车上安装有电视摄像机和多种环境科学测量仪器，它在月球上工作了4个多月，行程37km，把大量的月球照片和测量结果发送回地球。再如美国NASA的空间机器人幼Mor，它是一辆自主移动车，重量为U．5kg，有6个车轮，它在火星上的成功应用，引起了全球的广泛关注。
3)核工业用机器人。国外的研究主要集中在机构灵巧，动作准确可靠、反应快、重量轻、刚度好、便于装卸与维修的高性能伺服手以及半自主和自主移动机器人。已完成的典型系统，如美国oRML基于机器人的放射性储罐清理系统、反应堆用双臂操作器，加拿大研制成功的辐射监测与故障诊断系统，德国的C7灵巧手等。
4)地下机器人。地下机器人主要包括采掘机器人和地下管道检修机器人两大类。主要研究内容为：机械结构、行走系统、传感器及定位系统、控制系统、通信及遥控技术。目前日、美、德、中等国家已研制出了地下管道和石油、天然气等大型管道检修用的机器人，各种采掘机器人及自动化系统正在研制中。
5)医用机器人。医用机器人的主要研究内容包括：医疗外科手术的规划与仿真、机器人辅助外科手术、最小损伤外科、临场感外科手术等。美国已开展临场感外科(Telepresence SurgeIy)的研究，用于战场模拟、手术培训、解剖教学等。法、英、意、德等国家联合开展了图像引导型矫形外科(Telemahcs)计划、袖珍机器人(Biomed)计划以及用于外科手术的机电手术工具等项目的研究，并已取得一些卓有成效的成果。我国的北京航空航天大学和海军总医院研制出脑外科手术机器人，并成功地应用在临床上。
6)建筑机器人。日本已研制出20多种建筑机器人。如高层建筑抹灰机器人、预制件安装机器人、室内装修机器人、地面抛光机器人、擦玻璃机器人等，并已实际应用。美国卡内基梅隆大学、麻省理工学院等都在进行管道挖掘和埋没机器人、内墙安装机器人等型号的研制，并开展了传感器、移动技术和系统自动化施工方法等基础研究。中、英、德、法等国也在开展这方面的研究。
7)军用机器人。美、英、法、德等国已研制出第二代军用智能机器人。其特点是采用自主控制方式，能完成侦察、作战和后勤支援等任务，在战场上具有看、嗅和触模能力，能够自动跟踪地形和选择道路，并且具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。如美国的Navldb自主导航车、路V半自主地面战车，法国的自主式快速运动侦察车(DARDS)，德国MV4爆炸物处理机器人等。目前美国oRNL正在研制和开发Abrams坦克、爱国者导弹装电池用机器人等各种用途的军用机器人。
8)微型机器人。微型机器人的研究始于20世纪80年代。微电子技术的发展，使得成千上万的电子元件在很小的空间内集成已经成为现实。受其影响，人们开始没想将微型传感器、微处理器、微型执行机构等器件在极小的空间内进行集成，组成微型机电系统(MEMS)或微型机器人。这样的机器人，在生物血管疾病诊断和治疗，高级仪器设备的检修清洗等许多领域中有重要应用。目前，美国已经研制出昆虫大小的飞行机器人，它具有与真实昆虫一样的大小和外表，能够遥控飞行，主要用于战争现场的近距离侦察和目标攻击；日本研制出直径只有几个毫米的机器人，用于进人人体肠道进行疾病诊断。我国的上海交通大学等单位也研制出了微型管道机器人，用于设备检测。
另外，仿人形机器人在人工智能技术和微计算机技术的指导下，已具备了对话能力、运动能力和自主完成某些特定任务的能力；在市场需求的牵引下，农业机器人、地下机器人等也已进入实用化研究阶段。
3．3 科学技术与机器人技术的相互作用
从机器人的发展进程可以看出，随着计算机技术、人工智能技术、信息技术等的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，机器人的视觉、触觉、自主控制等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。20世纪80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。将机器人的单元技术渗透到社会的各个领域形成了各式各样的新机器――机器人化机器。当前与信息技术的交互和融合产生了“软件机器人”、“网络机器人”；与纳米技术、分子生物学的交叉和融合又产生了“纳米机器人”；今后也许与克隆技术的结合将会产生“克隆机器人”问。这说明了机器人所具有的创新活力，也说明了客观世界是一个相互作用，相互联系的统一世界。任何一门学科都是对客观世界某一方面或某种运动形式的本质和规律的正确反映，客观世界普遍联系的特征也必然会在各门学科的思想、理论体系中反映出来，同时也决定了各门学科之间的相互联系、相互依赖和相互作用的关系，决定了它们是一个有机联系的科学整体。机器人融合了计算机、信息、自动控制、机械、仿生等技术，从而使机器人技术的发展与其它学科的技术发展极为密切。纵观机器人的发展史，我们可以发现机器人是随着其它学科的兴旺发达而呈现出勃勃生机的。 相关学科理论与技术的进步推动机器人技术的发展，而机器人技术的进步又将刺激与推动各相关学科理论与技术的不断发展。机器人与其它学科的关系不仅仅是索取，它们是相互促进，共同发展的伙伴。如微电子技术、计算机技术等发展的同时，也促进了机器人能力的发展，人工智能的发展，也促进了智能机器人的产生和发展，纳米技术的出现，导致了纳米机器人的诞生，同时机器人的发展反过来又在促进着生物科学、海洋科学、空间科学、人工智能等的发展，为它们提供必不可少的研究手段、研究载体，提高它们的研究效率和研究水平，缩短它们的研究周期。机器人的发展也给计算机技术、信息技术、自动控制、机械等提出了更高的要求，为它们提出了新的研究课题，促进着它们的进步和发展。
4 机器人的未来
当今机器人技术的发展趋势主要有两个突出的特点：一是在横向上，机器人的应用领域不断扩大，机器人的种类日趋增多；一是在纵向上，机器人的性能不断提高，并逐步向智能化方向发展。21世纪，机器人技术将继续是科学与技术发展的热点。机器人技术的进一步发展必将对社会经济和生产力的发展产生更加深远的影响。在未来的100年中，科学与技术的发展将会使机器人技术提高到一个更高的水平。机器人将成为人类的伙伴，更加广泛地参与人类的生产活动和社会生活。
4．1机器人未来技术研究
目前，国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。未来机器人技术的主要研究内容集中在以下几个方面：
1)工业机器人操作机结构的优化设计技术。探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载／自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。
2)机器人控制技术。重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。
3)多传感系统。为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非乎稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。
4)机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术。多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。
5)虚拟机器人技术。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感应技术，实现机器人的虚拟遥控操作和人机交互。
6)多智能体控制技术。这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。
7)微型和微小机器人技术。这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。
8)软机器人技术。主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计末考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。
9)仿人和仿生技术。这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。
4．2决定机器人未来发展的因素
人类生产活动的需要是生产作业机器人技术发展的基本动力，社会的科学技术水平是机器人技术的基础。
目前，机器人技术的发展尚存在许多待解决的瓶颈问题。从仿生学角度看，现代机器人的驱动系统还是相当笨重的，虽然人们曾经努力创造了数种用于机器人的驱动系统，但是现在还没有任何驱动系统能与人的肌肉相媲美；需要研究体积小、重量轻、出力大、灵敏度高的新型驱动系统，用于取代现在使用的笨重的驱动系统；对于移动机器人来说，还需要解决可携带能源问题，研究新型高效能源。现在使用的蓄电池的体积和重量，相对其蓄电容量来讲，显得太大、太重；计算机的信息传输与处理速度还不够快，还不能满足机器人实时感知系统的需要；机器人的“思维能力”也将取决于计算机的智能化程度；传感器的微型化和集成化仍然不能满足机器人技术的发展需要；纳米机器人的研究，需要人们对生命过程分子水平生物学原理的每一步都有深刻的认识；水下机器人的研究，要求解决动力定位的控制问题、远距离水下通信和能源问题；为了提高太空机器人的可靠性和灵活性，促进其智能化和微型化，需要研究用灵巧的、可变形的材料来代替电动机等执行机构；机器人的进化研究，需要人们搞情人类社会进化的每一步，研究其机器实现的方法等。
机器人的发展给现代科学技术提出了亟待解决的问题，问题的解决又将极大地推动机器人的进步。在21世纪，科学技术更加发达，机器人种类更加繁多，机器人家族将会越来越兴旺，机器人也将越来越多才多艺，越来越聪明伶俐。同时，机器人将进一步促进人类社会科技的进步和经济的发展。机器人将使世界的明天更加绚丽多彩。
5 参考文献
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引言
机器人的诞生和机器人学的建立及发展，是20世纪自动控制领域最具说服力的成就，是20世纪人类科学技术进步的重大成果。现在全世界已经有100万台机器人，销售额每年增加20%及以上。机器人技术和工业得到了前所未有的发展。机器人技术是现代科学与技术交叉和综合的体现，先进机器人的发展代表着国家综合科技实力和水平，因此目前许多国家都已经把机器人技术列入本国21世纪高科技发展计划随着机器人应用领域的不断扩大，机器人已从传统的制造业进入人类的工作和生活领域，另外，随着需求范围的扩大，机器人结构和形态的发展呈现多样化。高端系统具有明显的仿生和智能特征，其性能不断提高，功能不断扩展和完善；各种机器人系统便逐步向具有更高智能和更密切与人类社会融洽的方向发展。
一、早期机器人的发展
机器人的起源要追溯到3000多年前。“机器人”是存在于多种语言和文字的新造词，它体现了人类长期以来的一种愿望，即创造出一种像人一样的机器或人造人，以便能够代替人去进行各种工作。
直到四十多年前，“机器人”才作为专业术语加以引用，然而机器人的概念在人类的想象中却已存在三千多年了。早在我国西周时代（公元前1066年~前771年），就流传着有关巧匠偃师献给周穆王一个艺妓（歌舞机器人）的故事。
春秋时代（公元前770~前467）后期，被称为木匠祖师爷的鲁班，利用竹子和木料制造出一个木鸟，它能在空中飞行，“三日不下”，这件事在古书《墨经》中有所记载，这可称得上世界第一个空中机器人。
东汉时期（公元25~220），我国大科学家张衡，不仅发明了震惊世界的“候风地动仪”，还发明了测量路程用的“计里鼓车”，车上装有木人、鼓和钟，每走1里，击鼓1次，每走10里击钟一次，奇妙无比。
三国时期的蜀汉（公元221~263），丞相诸葛亮既是一位军事家，又是一位发明家。他成功地创造出“木牛流马”，可以运送军用物资，可成为最早的陆地军用机器人。
在国外，也有一些国家较早进行机器人的研制。公元前3世纪，古希腊发明家戴达罗斯用青铜为克里特岛国王迈诺斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯。
在公元前2世纪出现的书籍中，描写过一个具有类似机器人角色的机械化剧院，这些角色能够在宫廷仪式上进行舞蹈和列队表演。
公元前2世纪，古希腊人发明了一个机器人，它是用水、空气和蒸汽压力作为动力，能够动作，会自己开门，可以借助蒸汽唱歌。
1662年，日本人竹田近江，利用中标技术发明了能进行表演的自动机器玩偶；到了18世纪，日本人若井源大卫门和源信，对该玩偶进行了改进，制造出了端茶玩偶，该玩偶双手端着茶盘，当讲茶杯放到茶盘上后，它就会走向客人将茶送上，客人取茶杯时，它会自动停止走动，带客人喝完茶姜茶被放回茶盘之后，他就会转回原来的地方，煞是可爱。
法国的天才冀师杰克·戴·瓦克逊，于1738年发明了一直机器鸭，他会游泳。喝水、吃东西和排泄，还会嘎嘎叫。
瑞士钟表名匠德罗斯父子三人于公元1768~1774年间，设计制造出三个像真人一样大小的机器人——写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人。它们是由凸轮控制和弹簧驱动的自动机器，至今还作为国宝保存在瑞士纳切特尔市艺术和历史博物馆内。同时，还有德国梅林制造的巨型泥塑偶人“巨龙哥雷姆”，日本物理学家细川半藏设计的各种自动机械图形，法国杰夸特设计的机械式可编程织造机等。 1770年，美国科学家发明了一种报时鸟，一到整点，这种鸟的翅膀、头和喙便开始运动，同时发出叫声，他的主弹簧驱动齿轮转动，是活塞压缩空气而发出叫声，同时齿轮转动时带动凸轮转动，从而驱动翅膀、头运动。 1893年，加拿大摩尔设计的能行走的机器人“安德罗丁”，是以蒸汽为动力的。这些机器人工艺珍品，标志着人类在机器人从梦想到现实这一漫长道路上，前进了一大步。
二、近代机器人的发展
1920年，原捷克斯洛伐克剧作家卡雷尔·凯培克在他的科幻情节剧《罗萨姆的万能机器人》中，第一次提出了“机器人” （Robot）这个名词，被当成了机器人一词的起源。在捷克语中，Robot这个词是指一个赋役的努力。
20世纪初期，机器人已躁动于人类社会和经济的母胎之中，人们含有几分不安地期待着它的诞生。他们不知道即将问世的机器人将是个宠儿，还是个怪物。针对人类社会对即将问世的机器人的不安，美国著名科学幻想小说家阿西莫夫于1950年在他的小说《我是机器人》中，首先使用了机器人学（Robotics）这个词来描述与机器人有关的科学，并提出了有名的“机器人三守则”：
（1） 机器人必须不危害人类，也不允许他眼看人将受害而袖手旁观； （2） 机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类；
（3） 机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它做出牺牲。
这三条守则，给机器人社会赋以新的伦理性，并使机器人概念通俗化更易于为人类社会所接受。至今，它仍为机器人研究人员、设计制造厂家和用户，提供了十分有意义的指导方针。
wps_clip_image-16453 图一 第一代机器人
通常可将机器人分为三代。第一代是可编程机器人（如图一）。这类机器人一般可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作。这一带机器人从20世纪60年代后半期开始投入使用，目前他在工业界得到了广泛应用。第二代是感知机器人（如图二），即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。这类机器人在工业界已有应用。第三代机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，因此能在非特定的环境下作业，故称之为智能机器人（如图三）。目前，这类机器人处于试验阶段，将向实用化方向发展。 wps_clip_image-30784 图二第二代机器人
今日工业机器人的最早研究可追溯到第二次大战后不久。在40年代后期，橡树岭和阿尔贡国家实验室就已开始实施计划，研制遥控式机械手，用于搬运放射性材料。这些系统是“主从”型的，用语准确地“模仿”操作员手和臂的动作。主机械手由使用者进行导引做一连串动作，而从机械手尽可能准确地模仿主机械手的动作，后来用机械耦合主从机械手的动作加入力的反馈，使操作员能够感觉到从机械手及其环境之间产生的力。50年代中期，机械手中的机械耦合被液压装置所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人和通用制造厂的“怪物”I型机器人。1954年G.C.Devol提出了“通用重复操作机器人”的方案，并在1961年获得了专利。同一时期诞生了利用肌肉生物电流控制的上臂假肢。 wps_clip_image-1709 图三 第三代机器人
1958年，被誉为“工业机器人之父”的Joseph F.Engel Berger创建了世界上第一个机器人公司——Unimation（Univeral Automation）公司，并参与设计了第一台Unimate机器人（如图四）。这是一台用于压铸的五轴液压驱动机器人，手臂的控制由一台计算机完成。它采用了分离式固体数控元件，并装有存储信息的磁鼓，能够记忆完成180个工作步骤。与此同时，另一家美国公司——AMF公司也开始研制工业机器人，即Versatran（Versatile Transfer）机器人。它主要用于机器之间的物料运输、采用液压驱动。该机器人的手臂可以绕底座回转，沿垂直方向升降，也可以沿半径方向伸缩。一般认为Unimate和Versatran机器人是世界上最早的工业机器人。 wps_clip_image-29756 图四 Unimate机器人
1959年，美国Consolidated Controls公司研制出第一代工业机器人原型。1960年美国机床铸造公司（AMF）生产出圆柱坐标的VERSATRAN型机器人，可做点位和轨迹控制，同年第一批电焊机器人用于工业生产。随后，美国Unimation公司研制出球坐标的UNIMATE型机器人，它采用电液伺候驱动，磁鼓存储，可完成近200种示教在线动作。
可以说，60年代和70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。主要成就如表一。 表一 机器人技术发展编年表 机器人表
虽然，编程机器人是一种新颖而有效的制造工具，但到了60年代，利用传感器反馈大大增强机器人柔性的趋势就已经很明显了。60年代早期，H.A.厄恩斯特于1962年介绍了带有触觉传感器的计算机控制机械手的研制情况。这种称为MH-1的装置能“感觉”到块状材料，用此信息控制机械手，把块状材料堆起来，无需操作员帮助。这种工作是机器人在合理的非结构性环境中具有自适应特性的一例。机械手系统是六自由度ANL Model-8型操作机，由一台TX-O计算机通过接口装置进行控制。此研究项目后来成为MAC计划的一部分，在机械手上又增加了电视摄像机，开始进行机器感觉研究。与此同时，汤姆威克和博奈也于1962年研制出一种装有压力传感器的手爪样机，可检测物体，并向电机输入反馈信号，启动一种或两种抓取方式。一旦手爪接触到物体，与物体大小和质量成比例的信息就通过这些压力敏感元件传输到计算机1963年，美国机械铸造公司推出了VERSATRAN机器人商品，同年初，还研制了多种操作机手臂，如Roehampton型和Edinburgh型手臂。
在60年代后期，麦卡锡于1968年和他在斯坦福工人智能实验室的同事报告了有手、眼和耳（即机械手、电视摄象机和拾音器）的计算机的开发情况。他们表演了一套能识别语音命令、“看见”散放在桌面上的方块和按指令进行操作的系统。皮珀也在1968年研究了计算机控制的机械手的运动学问题。在1971年卡恩和罗恩分析了机械限位手臂开关式（最短时间）控制的动力学和控制问题。
这时，其他国家（特别是日本）也开始认识到工业机器人的潜力。早在1968年，日本川崎重工业公司与Unimation公司谈判，购买了其机器人专利。1969年，机器人出现了不寻常的新发展，通用电气公司为诶过陆军研制了一种试验性步行车。同年，研制出了“波士顿”机械手，次年又研制出了“斯坦福”机械手。后者装有摄像机和计算机控制器。把这些机械手用作机器人的操作机，是一些重大的机器人研究工作开始了。对“斯坦福”机械手所做的一项实验是根据各种策略自动地堆放状材料。在当时对于自动机器人来说，这是一项非常复杂的工作。1974年Cincinnati Milacron公司推出了第一台计算机控制的工业机器人，定名为“The Tomorrow Tool”。它能举起重达45.36kg的物体，并能跟踪装配线上的各种移动物体。
在此期间，智能机器人的研究也有进展，1961年美国麻省理工学院研制出有触觉的MH-1型机器人，在计算机控制下用来处理放射性材料。1968年美国斯坦福大学研制出名为SHAKEY的智能移动机器人。从60年代后期起，喷漆、弧焊机器人相继在工业生产中应用，由加工中心和工业机器人组成的柔性加工单元标志着单件小批生产方式的一个新的高度。几个工业化国家竞相开展了具有视觉、触觉、多手、多足，能超越障碍、钻洞、爬墙、水下移动的各种智能机器人的研究工作，并开始在海洋开发、空间探索和核工业中试用。整个60年代，机器人技术虽然取得了如上列举的许多进展，建立了产业并生产了多种机器人商品，但是在这一阶段多数工业部门对应用机器人还持观望态度，机器人在工业应用方面的进展并不快。
在70年代，大量的研究工作把重点放在使用外部传感器来改善机械手的操作。1973年博尔斯和保罗在斯坦福使用视觉和力反馈，表演了与PDP-10计算机相连由计算机控制的“斯坦福”机械手，用于装配自动水泵。几乎同时，IBM公司的威尔和格罗斯曼在1975年研制了一个带有触觉和力觉传感器的计算机控制的机械手，用于完成20个零件的打字机机械装配工作。1974年，麻省理工学院人工智能实验室的井上对力反馈的人工智能作了研究。在精密装配作业中，用一种着陆导航搜索技术进行初始定位。内文斯等人于1974年在德雷珀实验室研究了基于依从性的传感技术。这项研究发展为一种被动柔顺（称为间接中心柔顺，RCC）装置，它与机械手最后一个关节的安装板相连，用于紧配合装配。同年，贝杰茨在喷气推进实验室为空间开发计划用的扩展性“斯坦福”机械手提供了一种基于计算机的力矩控制技术。从那以后相继提出了多种不同的用于机械手伺候的控制方法。
1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，他是全电动驱动、关节式结构、多CPU二级微机控制、采用VAL专用语言，可配置视觉、触觉的力觉感受器的，技术较为先进的机器人。同年日本山梨大学的牧野洋研制成具有平面关节的SCARA型机器人。整个70年代，出现了更多的机器人商品，并在工业生产中逐步推广应用。随着计算机科学技术、控制技术和人工智能的发展，机器人的研究开发，无论就水平和规模而言都得到迅速发展。据国外统计，到1980年全世界约有2万余台机器人在工业中应用。
进入80年代后，机器人生产继续保持70年代后期的发展势头。到80年代中期机器人制造业成为发展最快和最好的经济部门之一。机器人在工业中开始普及应用，工业化国家的机器人产值近几年以年均20%~40%的增长率上升。1984年全世界机器人使用总台数是1980年的四倍，到1985年底，这一数字已达到14万台， 1990年达到30万台左右，其中高性能的机器人所占比例将不断增加，特别是各种装配机器人的产量增长较快，和机器人配套使用的机器视觉技术和装置正在迅速发展。1985年前后，FANUC和GMF公司又先后推出交流伺候驱动的工业机器人产品。
到80年代后期，由于传统机器人用户应用工业机器人已经饱和，从而造成工业机器人产品的积压，不少机器人厂家倒闭或被兼并，是国际机器人学研究和机器人产业出现不景气。到90年代初，机器人产业出现复苏和继续发展迹象。但是，好景不长，1993~1994年又跌入低谷。1995年后，世界机器人数量逐年增加，增长率也较高，1998年丹麦乐高公司推出了机器人套件，让机器人的制造变得像搭积木一样相对简单又能任意拼装，从而使机器人开始走入个人世界。机器人学以较好的发展势头进入21世纪。2002年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba（如图五），他能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座，这是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。近年来，全球机器人行业发展迅速，2007年全球机器人行业总销售量比2006年增长10%。人性化、重型化、智能化已经成为未来机器人产业的主要发展趋势。现在全世界服役的工业机器人总数在100万台以上。此外，还有数百万服务机器人在运行。 wps_clip_image-27967 图五Roomba
阿富汗战争中，美国军方领导人决定向阿富汗派遣一种名为“大狗”的新型机器人，作为增兵计划的一部分。与以往各种机器人不同的是，“大狗”并不依靠轮子行进，而是通过其身下的四条“铁腿”。美媒体报道称，美军正在将阿富汗作为测试这种具有高机动能力的机器人的试验场。 机器人发展史 在过去30~40年间，机器人学和机器人技术获得引人注目的发展，具体体现在：①机器人产业在全世界迅速发展；②机器人的应用范围遍及工业、科技和国防的各个领域；③形成了新的学科——机器人学；④机器人向智能化方向发展；⑤服务机器人成为机器人的新秀而迅猛发展。
我国是从20世纪80年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划，1987年，我国的“863”高技术计划将机器人方面的研究开发列入其中。目前我国从事机器人研究和应用开发的主要是高校及有关科研院所等。最初我国在机器人技术方面研究的主要目的是跟踪国际先进的机器人技术。随后，我国在机器人技术及应用方面取得了很大的成就，主要研究成果有：哈尔滨工业大学研制的两足步行机器人，北京自动化研究所1993年研制的喷涂机器人，1995年完成的高压水切割机器人，沈阳自动化研究所研制完成的有缆深潜300m机器人、无缆深潜机器人、遥控移动作业机器人。
我国在仿人形机器人方面，也取得很大的进展。例如，中国国防科学技术大学经过10年的努力，于2000年成功地研制出我国第一个仿人形机器人——“先行者”，其身高140厘米，重20公斤。它有与人类似的躯体、头部、眼睛、双臂和双足，可以步行，也有一定的语言功能。它每秒走一步到两步，但步行质量较高：既可在平地上稳步向前，还可自如地转弯、上坡；既可以在已知的环境中步行，还可以在小偏差、不确定的环境中行走。
三、未来机器人的展望
展望未来，对机器人的需求是多面的。在制造工业由于多数工业产品的商品寿命逐渐缩短，品种需求加多，这就促使产品的生产就要从传统的单一品种成批大量生产逐步向多品种小批量柔性生产过渡。有各种加工装备、机器人、物料传送装置和自动化仓库组成的柔性制造系统，以及由计算机统一调度的更大规模的集成制造系统将逐步成为制造工业的主要生产手段之一。
现在工业上运行的90%以上的机器人，都不具有智能。随着工业机器人数量的快速增长和工业生产的发展，对机器人的工作能力也提出了更高的要求，特别是需要各种具有不同程度智能的机器人和特种机器人。这些智能机器人，有的能够模拟人类用两条腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移动；有的具有视觉和触觉功能，能够进行独立操作、自动装配和产品检验；有的具有自主控制和决策能力。这些智能机器人，不仅应用各种反馈传感器，而且还运用人工智能中各种学习、推理和决策技术。智能机器人还应用许多最新的智能技术，如临场感技术、虚拟现实技术、多真体技术、人工神经网络技术、遗传算法和遗传编程、放声技术、多传感器集成和融合技术以及纳米技术等。可以说，智能机器人将是未来机器人技术发展的方向。
第11篇：STM32机器人
上海第二工业大学
实 训 报 告
课程名称:一级项目（机器人）_ 学生姓名： 周 勇 学 号： 20124823566 学院名称： 电子与电气工程学院 专业班级： 12自动化C1
第1章
绪论
1.1 研究背景和意义
机器人是一个很好的科研平台，非常适合以它作为工程对象，来学习和掌握软件编程、嵌入式技术、传感器技术、无线数据通信、机电一体化、图像处理与模式识别及人工智能等专业知识。机器人已经广泛地应用于工业、医学、农业、建筑业、以及军事等领域，本项目通过用STM32单片机制作一个简单机器人，实现一些机器人必备的基本动作来进一步学习STM32单片机，提高我的实践操作能力，以弥补课堂上单纯的理论知识所造成的欠缺。此外，参与机器人的制作会将理论知识与实践完美地结合在一起，制作的产品会给我们带来一种喜悦与自豪之感，这将进一步激发我们的学习热情，引领我们走向更远的专业之路。
1.2国内外机器人发展方向
随着机器人在社会中的不断普及和应用，人们对机器人实用化、市场化的呼声也越来越高。未来机器人的发展将有一个非常大的发展空间。未来机器人可能会朝着一下几个方面发展：
（1）外形结构的拟人化和微型化
机器人发展的初级阶段是以机械手的形式呈现的。当时由于技术、资金、性价比等方面的原因，并没有注重发展拟人机器人。随着技术的不断进步，还有机械手式机器人呈现的不足，拟人化的机器人正在得到快速的发展。微型化也是机器人发展的一个目标，研制纳米级的机器人可以进入人体内部，帮助人体清理垃圾，治疗疾病等。 （2）功能的多样化
机器人以后的发展方向必然是向着多功能、多扩展性的方向发展，听、视、触、嗅、味觉将会是机器人必备的功能。在现今的机器人中，听、视觉发展相对较快，在触、嗅、味觉方面的由于技术上的限制，现在还没有研制出在这些方面比较成熟的感应装置。
（3）具有自我学习和思考的能力
机器人相对于人最大的不足就是不具有思考和再学习的能力，这也是由于多方面原因造成的。首先人类对自身的这种能力的认识也不是很彻底。其次机器人的大脑（CPU）的运算能力还是不如人脑。不过相信在不远的将来，人类对于这种能力的认识足够清楚之后，并且更加强大的CPU将能被研制出来。机器人也将很快就具有这种思考和自我学习的能力了。
第2章 系统总体设计思路
2.1 项目设计要求
基于STM32开发板的基础上，通过以I/O口控制伺服电机的转动为起点逐步增加操作的复杂程度，最终使得小车可以实现复杂运动、智能探索和避开障碍物、距离检测并显示在液晶屏上以及进行小车尾随等功能。
2.2 硬件系统设计方案
本项目所使用的智能小车为欧鹏科技有限公司生产的，采用STM32F103系类微控制器。小车由两个舵机和一个前方的万向轮来控制其运动。在小车的前方有一块面包板，便于我们自己搭建一些额外的外围电路模块，以增强小车的实用性和智能型。小车使用的是两节3.7V的直流电源给电机供电，另外通过三端电源稳压芯片7805以及C1117芯片将7.4V的直流电源转化为3.3V的直流电源供STM32芯片使用。小车的底面和正面分别见图1-1和1-2以及下载程序时的连接线路图如图1-3所示。
图1-1 小车底面图
图1-2 小车正面图
第3章 系统模块软硬件设计 3.1机器人伺服电机控制信号
本项目中所用的机器人伺服电机型号为PARALLAX。电机实物图见图2-1.控制伺服电机转动速度的信号如图2-
2、2-3和2-4所示的脉冲信号。图2-2所示是高电平持续1.5ms 低电平持续20ms，然后不断重复地控制脉冲序列。该脉冲序列发给经过零点标定后的伺服电机，伺服电机不会旋转。如果此时你的电机旋转，表明电机需要标定。此时，我们需要参考参考《基础机器人制作》教材中有关伺服电机标定的部分。从图2-
2、2-3和2-4可知，控制电机运动转速的是高电平持续的时间，当高电平持续时间为1.3ms时，电机顺时针全速旋转，当高电平持续时间1.7ms时，电机逆时针速旋转。下面我们将看到如何给单片机微控制器编程使P1端口的第一脚（P1_0）来发出伺服电机的控制信号。
图2-1
项目中所使用的舵机实物图
图2-2 电机转速为零的控制信号时序图
图2-3 1.3 ms的控制脉冲序列使电机顺时针全速旋转
图2-4 1.7ms的连续脉冲序列使电机逆时针全速旋转
3.1.1 舵机控制
通过P1端口的第一脚（P1_0）来发出伺服电机的控制信号驱动一个舵机。 下面的程序代码
1、代码
2、代码3可以分别让一个舵机（舵机的标准状态下）静止不动、沿顺时针方向以最大速度转动、沿逆时针方向以最大速度转动。代码1 while (1)
{
GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_10);
// PD10输出高电平
delay_nus(1500);
// 延时1500微秒
GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_110);
// PD10输出高电平
delay_nms(20000);
//延时20毫秒 }
代码2 while (1)
{
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
// PD10输出高电平
delay_nus(1300);
// 延时1300微秒
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
// PD10输出高电平
delay_nms(20);
//延时20毫秒
}
代码3 while (1)
{
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
// PD10输出高电平
delay_nus(1700);
// 延时1700微秒
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
// PD10输出高电平
delay_nms(20);
//延时20毫秒
}
3.1.2 驱动小车
以上的三段程序代码可以让我们来控制一个舵机的正反转以及停止这三种状态。下面这段代码4是控制两个鸵机同时沿顺时针方向全速转动的程序，这样我们便可以让个小车向前跑起来。
代码4 #include "stm32f10x_heads.h" #include "HelloRobot.h" int main(void) {
BSP_Init();
USART_Configuration();
printf("Program Running!\n");
while (1)
{
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
// PD10输出高电平delay_nus(1300);
//延时1300微秒
GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10)；
// PD10输出高电平
GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
// PD10输出高电平
delay_nus(1700);
//延时1700微秒 GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
// PD10输出高电平
delay_nms(20);
//延时20毫秒
} }
3.2 循环语句控制小车的运行时间长短
到目前为止，已经明白了脉冲宽度控制连续旋转电机速度和方向的原理。控制电机速度和方向的方法是非常简单的。控制电机运行的时间也非常简单，那就是用 for 循环。 下面代码5是 for 循环的例子，它会使小车向前运动大约3秒钟。
代码5 #include "stm32f10x_heads.h" #include "HelloRobot.h" int main(void) { int counter; BSP_Init(); USART_Configuration(); printf("Program Running!\n");
for(counter=0;counter
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9); delay_nus(1300); GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9); delay_nms(20);
} while(1); }让我们来计算一下这个代码能使电机转动的确切的时间长度。每通过循环一次delay_nus(1700)持续1.7 ms，delay_nms(20)持续20ms，再delay_nus(1300)，其他语句的执行时间很少，可忽略。
那么for循环整体执行一次的时间是：1.7 ms + 20 ms+1.3 ms = 23ms，本循环执行130次，即就是23ms乘以130，时间=130*23ms =130*0.023秒=3秒。这样我们的这个电机就可以沿逆时针方向转动大约3秒的时间了。这样就可以有效控制小车运动时间的长短。
3.3 用C语言函数进行机器人巡航控制
前面我们已经知道控制电机前进、后退以及左右转等简单操作，下面我们通过建立数组来让小车进行复杂的连续性的运动。要点：建立一个数组，通过switch、case语句来让小车执行相应的命令，最终完成小车的复杂运动。相应的程序如下代码6所示：
代码6 #include "stm32f10x_heads.h" #include "HelloRobot.h" void Forward(void)
//建立一个小车前进的子函数 {
int i;
for(i=1;i
//延时大约1.5秒
{
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
delay_nus(1700);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);
delay_nus(1300);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
delay_nms(20); } } void Left_Turn(void)
//建立一个小车左转的子函数 {
int i;
for(i=1;i
//延时大约0.65秒
{
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
delay_nus(1300);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);
delay_nus(1300);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
delay_nms(20); } } void Right_Turn(void)
//建立一个小车右转的子函数 {
int i;
for(i=1;i
//延时大约0.65秒
{
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
delay_nus(1700);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);
delay_nus(1700);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
delay_nms(20); } } void Backward(void)
//建立一个小车后退的子函数 {
int i;
for(i=1;i
//延时大约1.5秒
{
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
delay_nus(1300);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);
delay_nus(1700);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
delay_nms(20); } } int main(void) {
char Navigation[10]={'F','L','F','F','R','B','L','B','B','Q'};
int addre=0;
BSP_Init();
USART_Configuration();
printf("Program Running!\n");
while(Navigation[addre]!='Q')
{
switch(Navigation[addre])
{
case 'F':Forward();break;
case 'L':Left_Turn();break;
case 'R':Right_Turn();break;
case 'B':Backward();break;
}
addre++; } while(1); }
3.3.1代码分析
在程序主函数中定义了一个字符数组如下所示： char Navigation[10]={'F','L','F','F','R','B','L','B','B','Q'};
这个数组中存储的是一些命令：F表示向前运动，L表示向左转，R表示向右转，B表示向后退，Q表示程序结束。之后，定义了一个int型变量addre，用来作为访问数组的索引。接着是一个while循环，注意到这个循环的条件表达式与前面的不同：只有当前访问的数组值不为Q时，才执行循环体内的语句。在循环内，每次执行switch语句后，都要更新addre，以使下次循环时执行新的运动。 switch语句
switch语句是一种多分支选择语句，其一般形式如下：
switch(表达式){
case 常量表达式 1: 语句 1;break; case 常量表达式 2: 语句 2;break; „
case 常量表达式 n: 语句 n;break; default:
语句 n+1;break;
}
其语义是：计算表达式的值，逐个与其后的常量表达式值相比较，当表达式的值与某个常量表达式的值相等时，即执行其后的语句。如表达式的值与所有case后的常量表达式均不相同时，则执行default后的语句。
在本例程中，当Navigation[addre]为’F’时，执行向前运动的函数Forward()；当
Navigation[addre]为’L’时，执行向左转的函数Left_Turn()；当Navigation[addre]为’R’时，执行向右转的函数Right_Turn()；当Navigation[addre]为’B’时，执行向后运动的函数Backward()。
3.4 单片机输入接口与机器人触觉导航
许多自动化机械都依赖于各种触觉型开关，例如当机器人碰到障碍物时，接触开关就会 察觉，通过编程让机器人躲开障碍物；旅客登机桥在靠近飞机时为了保护昂贵的飞机，在登 机桥接口安装触须，当登机桥离飞机很近后触须就会碰到飞机，立即通知控制器提醒离飞机 已经很近了，需要降低靠近速度；工厂利用触觉开关来计量生产线上的工件数量；在工业加 工过程中，也被用来排列物体。在所有这些实例中，触觉开关提供的输入通过计算机或者单 片机处理后生成其它形式的程序化的输出。 3.4.1触觉导航与单片机输入接口
STM32单片机的5组GPIO端口既可以作为输入，也可以作为输出，既可按16位处理，也可按位方式使用。实际上，当单片机启动或复位时，复用功能未开启，IO端口被配制成浮空输入模式。所有端口都有外部中断能力。为了使用外部中断线，必须将端口配置成输入模式。
作为输入，如果I/O脚上的电压为3.3V，则其相对应的I/O口寄存器中的相应位存储1；如果电压为0V，则存储0。
布置恰当的电路，可以让胡须达到上述效果：当胡须没有被碰到时，使I/O脚上的电压 为3.3V；当胡须被碰到时，则使I/O脚上电压为0。然后，单片机就可以读入相应数据，进行分析、处理，控制机器人的运动。 3.4.2安装并测试机器人胡须
机器人的胡须安装实物图如图2-5所示。图2-6是其电路简化图，图2-7是小车触须的完整实物图。
图2-5
机器人胡须
图2-6 机器人胡须电路示意图
图 2-7 机器人的触须实物图
通过编程让单片机探测什么时候胡须被触动。由图2-6可知，连接到每个胡须电路的I/O 引脚监视着10K上拉电阻上的电压变化。当胡须没有被触动，连接胡须的I/O管脚的电压是3.3V；当胡须被触动时，I/O短接到地，所以I/O管脚的电压是0V。
3.4.3 基于胡须的机器人触觉导航
在机器人行走过程中，如果有胡须被触动，那就意味着碰到了什么。导航程序需要接受这些输入信息，判断它的意义，调用一系列使机器人倒退、旋转朝不同方向行走的动作子函数以避开障碍物。
下面的程序让机器人向前走直到碰到障碍物。在这种情况下，机器人用它的一根或者两 根胡须探测障碍物。一旦胡须探测到障碍物，调用C语言函数控制机器人巡航导航中的导航程序和子程序使小车倒退或者旋转，然后再重新向前行走，直到遇到另一个障碍物。 为了实现这些功能，需要编程机器人来做出选择，此时要用到if语句的另一种形式，if-else-if形式，它可以进行多分支选择。它的一般形式为：
if(表达式1)
语句1;
else if(表达式2)
语句2;
else if(表达式3)
语句3; „„
else if(表达式n-1)
语句n-1; Else 语句n;
其语义为：依次判断表达式的值，当出现某个值为真时，则执行其对应的语句。然后跳到整个if语句之外继续执行程序；如果所有的表达式均为假，则执行语句n。然后继续执行后续程序。
3.4.4机器人进入死区后人工智能决策程序代码7如下:
代码7
#include "stm32f10x_heads.h" #include "HelloRobot.h"
int PE2state(void)
//获取PE2胡须的状态 { return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_2); } int PE3state(void)
//获取PE3胡须的状态 { return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_3); }
void Forward(void) {
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
delay_nus(1700);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);
delay_nus(1300);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
delay_nms(20); } void Left_Turn(void) {
int i;
for(i=1;i
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
delay_nus(1300);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);
delay_nus(1300);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
delay_nms(20); } } void Right_Turn(void) {
int i;
for(i=1;i
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
delay_nus(1700);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);
delay_nus(1700);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
delay_nms(20); } } void Backward(void) {
int i;
for(i=1;i
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
delay_nus(1300);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);
delay_nus(1700);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
delay_nms(20); } } int main(void) {
BSP_Init();
USART_Configuration(); printf("Program Running!\n");
while(1) {
if((PE2state()==0)&&( PE3state()==0))
//两胡须同时碰到
{
Backward();
//向后退
Left_Turn();
//向左转
Left_Turn();
//向左转
}
else if(PE2state()==0)
//右边胡须碰到
{
Backward();
//向后退
Left_Turn();
//向左转
}
else if(PE3state()==0)
//左边胡须碰到
{
Backward();
//后退
Right_Turn();
//向右转
}
else
//胡须没有碰到
Forward();
//前进
} }
3.5接口综合应用与红外导航
红外线二极管发射红外光，如果机器人前面有障碍物，红外线从物体反射回来，相当于机器人眼睛的红外检测（接收）器，检测到反射回的红外光线，并发出信号来表明检测到从物体反射回红外线。机器人的大脑——STM32基于这个传感器的输入控制伺服电机。
红外线（IR）接收/检测器有内置的光滤波器，除了需要检测的980 nm波长的红外线外，它几乎不允许其它光通过。红外检测器还有一个电子滤波器，它只允许大约38.5 kHz 的电信号通过。换句话说，检测器只寻找每秒闪烁38,500次的红外光。这就防止了普通光源象太阳光和室内光对IR的干涉。太阳光是直流干涉（0Hz）源，而室内光依赖于所在区域的主电源，闪烁频率接近100或120 Hz。由于120 Hz在电子滤波器的38.5 kHz通带频率之外，它完全被IR探测器忽略。
3.5.1 搭建电路并测试红外发射和接收.电路如图-所示。
电路中使用三极管的原因是STM32单片机的I\O口电压为3.3V，为了提高其驱动能力，这里加入三极管（工作电压为5V）使其工作在开关状态驱动红外发射管，而不是直接用STM32单片机驱动。
图2-8 红外发射和接收理论电路图
图2- 9红外发射和接收实物图
3.5.2 测试红外发射探测器
下面要用PE1发送持续1毫秒的38.5kHz的红外光，如果红外光被小车路径上的物体反射回来，红外检测器将给微控制器发送一个信号，让它知道已经检测到反射回的红外光。 让每个IR LED 探测器组工作的关键是发送1毫秒频率为38.5 kHz的红外信号，然后立刻将IR探测器的输出存储到一个变量中。下面是一个例子，它发送38.5 kHz信号给连接到PE1 的IR发射器，然后用整型变量irDetectLeft存储连接到P1_2的IR探测器的输出。
for(counter=0;counter
{
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_0);
delay_nus(13);
GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_0);
delay_nus(13);
} 上述代码给P1_3输出的信号高电平13微秒，低电平为13微秒，总周期为26微秒，即频率约为38.5kHz。总共输出38个周期的信号，即持续时间约为1毫秒（38*26约等于1000微秒）。当没有红外信号返回时，探测器的输出状态为高。当它探测到被物体反射的38500Hz红外信号时，它的输出为低。因红外信号发送的持续时间为1毫秒，因此IR探测器的输出如果处于低，其持续状态也不会超过1毫秒，因此发送完信号后必须立即将IR探测器的输出存储到变量中。这些存储的值会显示在调试终端或被机器人用来导航。
3.5.3 误差原因分析 : 当我们用数字示波器测量一下PE1产生的方波的频率并不是严格的38.5kHz，而是比38.5kHz略低。为什么会这样呢？这是因为上面例程中除了延时函数本身严格产生13us的延时外，延时函数的调用过程也会产生延时，因此实际产生的延时会比13微秒更长。函数调用时，CPU会先进行一系列的操作，这些操作是需要时间的，至少几个us，所要求的延时也是微秒级，这就造成了延时的不精确性。
3.5.4 高性能红外导航
有关IR检测器的一个有趣的事是它们的输出与触须的输出非常相象。没有检测到物体 时，输出为高；检测到物体时，输出为低。
在触须导航里使用的预编程机动动作很好，但是在使用IR LED和探测器时会造成不必 要的迟钝。发送脉冲给电机之前检查障碍物，可以大大改善机器人的行走性能。程序可以使 用传感器输入为每个瞬间的导航选择最好的机动动作。这样，机器人永远不会走过头，它会 找到绕开障碍物的完美路线，成功的走过更加复杂的路线。 3.5.5 在每个脉冲之间采样以避免碰撞
探测障碍物很重要的一点是在机器人撞到它之前给机器人留有绕开它的空间。如果前方 有障碍物，机器人会使用脉冲命令避开，然后探测，如果物体还在，再使用另一个脉冲来避 开它。机器人能持续使用电机驱动脉冲和探测，直到它绕开障碍物，然后它会继续发向前行 走的脉冲。
其详细程序代码8如下所示:
代码8 #include "stm32f10x_heads.h" #include "HelloRobot.h"
#define LeftLaunch_1 GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_1)
//左边红外发射 #define LeftLaunch_0 GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_1) //左边红外发射 #define RightLaunch_1 GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_0)
//右边红外发射 #define RightLaunch_0 GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_0) //右边红外发射 #define LeftIR
GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_3) //左边红外接收 #define RightIR GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_2) //左边红外接收 void IRLaunch(unsigned char IR) {
int counter;
if(IR=='L') //左边发射
for(counter=0;counter
{
LeftLaunch_1;
delay_nus(12);
LeftLaunch_0;
delay_nus(12);
}
if(IR=='R') //右边发射
for(counter=0;counter
{
RightLaunch_1;
delay_nus(12);
RightLaunch_0;
delay_nus(12);
} }
int main(void) { int pulseLeft,pulseRight; int irDetectLeft,irDetectRight;
BSP_Init();
USART_Configuration();
printf("Program Running!\r\n");
do
{
IRLaunch('R'); //右边发射
irDetectRight = RightIR;//右边接收
IRLaunch('L'); //左边发射
irDetectLeft = LeftIR;//左边接收
if((irDetectLeft==0)&&(irDetectRight==0))//向后退
{
pulseLeft=1300;
pulseRight=1700;
}
else if((irDetectLeft==0)&&(irDetectRight==1))//向右转
{
pulseLeft=1700;
pulseRight=1700;
}
else if((irDetectLeft==1)&&(irDetectRight==0))//向左转
{
pulseLeft=1300;
pulseRight=1300;
}
Else
//前进
{
pulseLeft=1700;
pulseRight=1300;
}
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);
delay_nus(pulseLeft);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);
delay_nus(pulseRight);
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);
delay_nms(20);
}
while(1); }
程序解析：
这个程序使用稍微不同的方法来使用驱动脉冲。除了两个存储IR检测器输出的状态以 外，它还使用两个整型变量来设置发送的脉冲持续时间。 int pulseLeft,pulseRight;
int irDetectLeft,irDetectRight;
前面，我们使用了当型循环控制语句while，它的一般表达式为：while(表达式) 语句; 这里，我们使用另一种循环控制语句： do„while语句
在C语言中，直到型循环控制语句是“do„while”，它的一般形式为： do 语句while(表达式);
其中，语句通常为复合语句，称为循环体。
do„while语句的基本特点是：先执行后判断。因此，循环体至少被执行一次。在do循环体中，发送38.5 kHz的IR信号给每个IR LED。当脉冲发送完后，变量立即存储IR检测器的输出状态。这是很有必要的，因为如果你等待的时间太长，无论是否发现物体，将返回没有探测到物体的状态1。
3.6 尾随小车
3.6.1尾随概念及其原理
让一个机器人跟随另一个机器人行走，跟随的机器人也叫尾随车。尾随车要正常工作必 须知道距离引导车有多远。如果尾随车落在后面，它必须能察觉并加速。如果尾随车距离引 导车太近，它也要能察觉并减速。如果当前距离正好合适，它会等待直到测量距离变远或变近。
距离仅仅是由机器人和其它自动化机器需要控制一种数值之一。当一个机器被设计用来 自动维持某一数值，比如距离、压力或液位等，它一般都包含一个控制系统。这些系统有时 由传感器和阀门组成，或者由传感器和电机组成。在机器人里面，由传感器和连续旋转电机组成。还必须有某些处理器可以接受传感器的测量结果并把它们转化为机械运动。必须对处 理器编程来基于传感器的输入做出决定，从而控制机械输出。 闭环控制是一种常用的维持控制目标数据的方法，它很好地帮助机器人保持与一个物体之间的距离。闭环控制算法类型多种多样，最常用的有滞后、比例、积分以及微分控制。
3.6.2 系统控制原理
图2-10所示的方框图描述了机器人用到的比例控制过程的步骤，即机器人用右边的IR LED/探测器探测距离并用右边的伺服电机调节机器人之间的位置以维持适当的距离。
图2-10 右边伺服电机及IR LED/探测器的比例控制方框图
仔细观察一下图2-10中的数字，学习一下比例控制是如何工作的。这个特殊的例子是 右边的IR LED/探测器和右边的伺服电机的比例控制方框图。设定位置为2，说明你想机器人维持它和任何它探测到的物体之间的距离是2。测量的距离为4，距离太远。误差是设定值减去测量值的差，即2-4=-2，这在圆圈的左方以符号的形式指出，这个圆圈叫求和点。接着，误差传入一个操作框。这个操作框显示，误差将乘以一个比例常数Kp。Kp的值为70。该操作框的输出显示为–2×70 = –140，这叫输出校正。这个输出校正结果输入到另一个求和点，这时它与电机的零点脉冲宽度1500相加。相加的结果是1360，这个脉宽可以让电机大约以3/4全速顺时针旋转。这让机器人右轮向前、朝着物体的方向旋转。
第二次经过闭环，测量距离可能发生变化，但是没有问题，因为不管测量距离如何变， 这个控制环路将会计算出一个数值，让电机旋转来纠正任何误差。修正值与误差总是成比例 关系，该误差就是设定位置和测量位置的关系的偏差。
控制环都有一组方程来主导系统行为。图2-10中的方框图是对该组方程的可视化描述方法。下面是从方框图中归纳出来的方程关系及结果：
Error
=
Right distance set point – Measured right distance = 2 – 4
Output adjus
=
error·Kp = –2 ·70 = –140
Right servo output
=
Output adjust + Center pulse width = – 140 +1500 = 1360
通过一些置换，上面三个等式可被简化为一个，提供你相同的结果：
Right servo output = (Right distance set point – Measured right distance)
Kp+ Center pulse width
代入数值，你可以看到结果一致：
= ((2 – 4)·70) + 1500 = 1360
左边的IR LED/探测器以及左边的伺服电机的控制框图如图2-11所示，与右边的运算法则类似。不同的是比例系数Kp的值由+70变为为-70。假设与右边的测量值一样，输出修正的脉冲宽度应该为1640。下面是该框图的计算等式
Left servo output = (Left distance set point – Measured left distance)
Kp+ Center pulse width = ((2 – 4)·(–70)) +1500 = 1640
图2-11 右边伺服电机及IR LED/探测器的比例控制方框图
这个控制环的值让电机大约以3/4全速逆时针旋转。这个对机器人的左轮来讲是一个向 前旋转的脉宽。反馈的意思是，系统的输出被尾随车重新采样做另一个距离探测。控制环一 次又一次的重复运行，大概每秒40次。
3.6.4对尾随车编程
下面的例子说明如何用C语言求解上面的方程。右边距离设置为2，测量距离由变量distanceRight存储，Kp为70，零点脉冲宽度为1500：
pulseRight = （2leftdistance）* Kpl + CenterPulse pulseRight =(SetPoint – rightdistance) * Kpr + CenterPulse 最后调用子函数Send_Pulse对电机的速度进行调节。
该例程实现刚才讨论过的各个伺服脉冲比例控制。换句话说，在每个脉冲发送之前，需 要测量距离，决定误差信号，然后将误差值乘以比例系数Kp，再将结果加上（或减去）发送到左（或右）伺服电机的脉冲宽度值。
3.6.5测试现象
（1）把大小为8.5×11英寸的纸片置于机器人的前面，就像障碍物墙。机器人应该维持它 和纸片之间的距离为预定的距离。
（2）尝试轻轻旋转一下纸片，机器人应该跟随之旋转。
（3）尝试用纸片引导机器人四处运动，机器人应该跟随它。
（4）移动纸片距离机器人特别近时，机器人应该后退，远离纸片。
参考文献
【1】 彭刚 秦志强
《基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践》
电子工业出版社 2012-08 【2】 秦志强 王文斌
《机器人制作与编程》
电子工业出版社 2009-04 【3】 陈正冲
《C语言深度解析》
待出版中 【4】 康华光
《电子技术基础-模拟部分》第五版
高等教育出版社 2009-12
第12篇：机器人心得
上海英集斯机器人学习心得体会
电气工程与自动化系 王文川 2013年6月18日有幸参加了上海英集斯自动化技术有限公司的机器人培训及展示，该公司成立于2005年，上海市高新技术企业，上海市aaa级诚信企业、iso质量管理体系认证企业。专业从事教育及科研用智能机器人、先进制造教育装备及物联网等实验系统的设计与生产。专业从事工业自动化生产线及专用自动化设备的设计、生产与安装，包括汽车自动化生产线、自动化包装线等。 机器人的定义 什么是机器人？ 在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。
操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。
程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。
示教再现型机器人：通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。
数控型机器人：不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。
感觉控制型机器人：利用传感器获取的信息控制机器人的动作。 适应控制型机器人：机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。
学习控制型机器人：机器人能“体会”工作的经验，具有一定的 学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。
智能机器人：以人工智能决定其行动的机器人。
智能机器人是信息技术发展的前沿领域，是一门具有高度综合渗透性、前瞻未来性、创新实践性的学科，蕴涵着极其丰富的教育资源。
该公司的几款机器人很值得我们学习，如： 1.机械结构最大程度的模块化：方便学生拆卸、认识及组装机器人，动手乐趣无穷；提供了丰富的扩展方式，可扩展性强，可安装我们的机械配件，也可自行设计机械配件，创意空间无限；铝合金材 质、精密激光切割与钣金工艺、细纱纹彩色烤漆表面处理工艺，增强学生的工艺意识；单独功能零件互换连接结构，各种结构件，增加学生的感性机构认识，启发学生的设计思想、思路。
2.强大的硬件扩展能力：主控制器采用16位dsp高速处理器，能支持图像、语音、网络通信模块使机器人真正智能化；液晶显示及键盘控制采用51系列单片机；扩展部分采用cpld管理；硬件接口（jtag）开放；多个标准传感器接口、标准通讯总线以及mt-bus总线接口，可以扩展a/d，d/a，数字i/o等多种扩展卡、传感器及并行/串行通信。 3.模块化的软件开发平台：由浅入深的软件开发环境：支持流程图、标准c语言编程，不仅支持基于函数库的软件开发，还可以基于底层操作地址和操作码的编程。 4.丰富的传感器配件：平台支持多种传感器模块，如：碰撞传感器、光敏传感器、远红外传感器、红外测障传感器、红外测距传感器、地面灰度传感器、mp3播放卡、数字指南针、语音识别模块、陀螺仪模块等。
教育要面向现代化。让智能机器人教育走进每个搞应用科学人的心中，开发机器人文化的教育功能和发掘智能机器人的教育价值，对推进教育创新，促进教育改革和教育现代化，对创造型、研究型、专家型队伍的形成，对提高搞应用科学人的创新和实践能力，同时对我国机器人事业的发展、人才高地的建设，具有重要的现实意义和战略意义。
教育要面向世界。日本、美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响，已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。要赶超世界先进水平，机器人教育及知识的普及必不可少。
教育要面向未来。21世纪中期，人类社会将全面进入以智能机器人为代表的智能时代。最近10年，有关机器人的研究与应用水平将取得重大突破。机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整；机器人的制造与销售将成为一个新的经济增长点。在继续教育领域开展智能机器人教育，是为了让中国今天搞应用科学人能够有准备地迎接明天的挑战——智能机器人时代的到来。
结合我院的实际，我认为有一款机器人非常适合学生的学习：
创新型简易步行机器人是一款广泛地应用于我院创新教育以及毕业设计的创新型机器人。本机器人有着完善的软硬件系统，强大的电子和机械扩展能力，而且很方便学生的安装。
一、仿人机器人研究有何意义
现代科技的发展使机器人研究领域的范围不断扩大，机器人的内涵和外延的不断丰富。根据联合国标准化组织对机器人的定义，机器
人既可以是一种实际的可编程、多功能的操作机，也可以指具有可改变和可编程动作的专门系统。在现代工业生活领域中机器人的使用越来越广。
仿生机器人是机器人研究中的重要分支。如果说各式各样的工业机器人、智能控制系统、机器视觉系统、智能识别系统是具有实际意义的机器人或智能系统，能为工业生产提供很大的帮助，那么仿生机器人现有的研究水平远没有达到实际应用的程度。即使在仿真机器人、仿生机器人研究非常发达的日本，仿生机器人现阶段也只能完成简单的功能。相比起研究的庞大投入，仿生机器人的商业价值也非常有限。那么，为什么会有这么多顶级研究机构、高端实验室投入到仿生机器人的研究中呢？根据上海英集斯自动化技术有限公司机器人专家的介绍，仿生机器人涉及到机器人制造中的各个领域，如自主行为控制、人工智能、动态管理、机械设计等，一台小小的仿生机器人的技术含量很可能远超过巨大的机械手臂的技术含量，仿生机器人在一定程度上代表着机器人研究的最高水平。此外，虽然目前的仿生机器人尚没有实现大规模的商业开发，但是日本一些机器人研究公司推出的基于机器人研究的玩具得到了不错的市场效果。随着时间的推移仿生机器人不管在研究领域，还是在商业领域都会有很好的表现。这也是仿生机器人研究受到重视的根本原因。
因此，我们学习机器人，研究机器人必须跟上世界的先进步伐，必须领先世界的先进脚步。
二、发展机器人技术对国家会产生哪些影响篇二：学习设计机器人的心得体会
学习设计机器人的心得体会
暑假我在西安工程大学实习实训中心学习设计机器人，通过学习给我留下深刻的感受，从中学习到了c语言编程、pcb画图、fpga、焊接以及其他零件的用途与方法，让我受益匪浅，终于能体会到不同零件的奇妙组合中展现的人类智慧的结晶。知识的重要性在我心中再次提升，电子产品知识产权的垄断，让我既看到了机遇又看到了挑战，学习是现在我们唯一的行动方针.我认为，积极地参与设计活动，不断的学习，不仅可以充分的体会到自己动手实践的乐趣，获得哪怕是前进一小步时候的那种成功的喜悦。
（1）有利于我们学习能力的提高。这里所说的学习能力包括获取资料的能力、理解前人思路的能力、系统设计能力、动手能力。
（2）有利于我们团队精神的培养。在课堂之外实际的工作中，我们一般都要与人合作共同完成某一项目，这就非常需要团队精神，而这一点在课堂常规教学中得到的锻炼是很有限的。电子设计竞赛要求三人组队参赛，集体计算成绩，这就要求三个人必须互相信任、互相配合、分工合作。在顺境时小组成员要相互提醒保持冷静，逆境时要相互鼓励共度难关，出现问题时不能相互埋怨。
（3）有利于我们应变能力的提高。我们必须在尽可能短的时间内解决问题，这就需要在平时的训练中提高能力。
第一，兴趣培养。在这段时间，我在业余时间经常看些普及型的杂志图书，在书中遇到一些小方案也经常自己动手实践一下。比如
我喜欢看办了几十年的《无线电》杂志、还有《电子世界》、《电子制作》等等，毫不夸张地说，这些杂志很经典。看这些杂志的目的很简单，那就是培养兴趣。美国教育心理学家华尔特·科勒斯涅克说过：“兴趣可以看成既是学习的原因，又是学习的结果。正像兴趣是过去学习的产物一样，兴趣也是今后学习的手段。”心理学研究也表明：一个人做他感兴趣的事，可以发挥智力潜能的80％以上；而做不感兴趣的事情，则只能发挥智力潜能的20％左右。我国古代著名的思想家、教育家孔子早在两千多年前就认识到了兴趣在学习中的作用。他在《论语》中提出：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”孔子把学习划分为三个层次：第一个层次是知学，即知道学习的重要性和必要性；第二个层次是好学，即爱好学习，对学习有兴趣；第三个层次是乐于学习，能从学习中获得无穷无尽的乐趣。在这三个层次中，知学不如好学，好学不如乐学，只有激发和培养对学习的浓厚兴趣，乐在其中，才能获得最好的学习效果。因此，我建议，求学之初的同学，要注意激发和培养学习兴趣，这样可以使自己注意力高度集中，观察力敏锐，思维活跃，想象丰富，并且可以激发灵感，增强自信心。 第
二、“基础知识储备、实践锻炼”。在大三到大四这个时候，我对自己就有了更高的要求。在学好专业基础课的同时，我重点学习了一些应用技能。比如，我学习了一些常用eda软件的使用，熟悉了实验室制版的流程，强化了自己的软件编程能力，熟练掌握了硬件描述语言。在学习掌握这些实践应用基本技能的同时，我经常会找一些方案来实践一下。我们学校从学校、学院到电子创新基地都给大家提供
了大量资金和技术的支持，加上指导老师的帮助等等。 第
三、“参加设计仅仅是使我们了解一些目前比较先进的技术、掌握一些实用的技能，为今后从事科研工作打下一定的基础，缩短“入门”的时间，但就具体的专业水平，技术水准来说，只是刚刚入门，后面还有更长的路要走。
总之，我要学的还很多，我希望在以后的日子里能够与大家多多交流，分享感受，共同成长，共同进步！篇三：机器人心得体会
心得体会 这学期我们开设了只能机器人课程，虽然是选修课，但是大家还是有很多感兴趣的部分。
我们的课程主要以介绍机器人为主，而这次的机器人课程主要以讲解机器人的历史发展和应用为主。第一章，我们主要学习机器人的历史、发展已经其基本介绍。第二章开始老师给我们讲解了机器人的基本构成结构及图像处理。第三四章主要讲解了机器人核心灵魂所在--“大脑”。最后一章是简单概述告诉我们如何去设计一个简单的几人。然后倪老师为我们扩展了一些知识，关于运算方法方面的知识，主要为模糊规则运算。
我们接触了机器人，机器人的程序没有太多的难点，我们学习过c语言，可以说有点编程基础，但是实际动手操作实在算不上好。我们主要学习如何使用电脑控制机器人，连接说起来只要两个字，做起来真的不是那么简单。去新实验楼看了实体只能机器人大家都觉的好高端。
时间如流沙般从指间滑落，短短的十周的机器人机器人课程在每天的忙碌与充实中度过，也对智能机器人有了一定的了解。感谢老师对我们的辛勤教导，祝老师在新的一年里身体健康、合家欢乐！篇四：智能机器人心得体会 很庆幸能够选修《智能机器人》这门课，通过了这门课使我对智能机器人有了一个更加清晰的认识，同时也激起了我对此方面的研究的兴趣。之前就对机器视觉，认知心理学，机器学习和人工智能颇感兴趣，并对此进行了深入的了解，通过这门课，我认识到，智能机器人作为这些学科的交叉产物，是个综合应用这些知识的最好的平台。通过这门课，我也从新认识了智能机器人制作的艰辛和困难性，使我认识到之前对此不以为然，眼高手低态度得幼稚。同时也教育我，任何一个项目本身所呈现的问题只是完成该项目所需工作的冰山一角，做任何事，都必须以谦恭，认真的态度对待。同时也是我懂得了，再将事情坐完之前不可轻易对此做出评价。
通过这门课我系统的认识了机器人的感念，综上所述,目前机器人无碰路径规划大致可分为两类:全局规划方法和局部规划方法.在全局规划方法中,主要是基于构形空间的自由空间法:将机器人和障碍物映射到构形空间,得到障碍区域和自由区域,然后在自由区域里寻找最佳路径;在局部规划方法中,主要是人工势场法:对障碍物建立排斥势场,对目标点建立吸引势场,根据传感装置反馈回来的机器人与障碍物之间的距离,在排斥力和吸引力的共同作用下,机器人绕开障碍物向目标点移动. 通过这门课使我了解到智能机器人所必需的三部分，就如上面所列的，人工智能，超级计算机和机械结构。三者是组成智能机器人不可或缺的部分，人工自能赋予机器人，判断，推理，学习的能力。超级计算机提供强大的处理数据的能力，使的机器人能够快速对传感器信 号经处理，同时对人工智能技术提供支持。机械结构是机器人的物理组成部分，一个机器人机械结构所具有的自由度数的多少，以及结构强度的大小，决定了机器人活动的灵活性。三者只有相互结合，紧密联系，才能实现机器人的智能化。机器人路径规划技术未来的研究重点是“仿人、仿生”智能。
虽然《智能机器人》只是一门选修课，但却是我受益匪浅，在这短短八周的时间里，这门课给我最大的帮助就是，激发了我对智能机器人相关领域的学习和研究的强烈兴趣，同时也是我认识到我们大学生所学课程的重要性，十分感谢倪建军老师的严谨教学。篇五：机器人教学中的心得体会
机器人教学中的心得体会
作者：陈媛媛
机器人学科是一个涵盖知识面很广的交叉学科。机器人是集机械、电路、程序为一体自动控制的典型代表，它含软件编程也包含有硬件开发，机器人是一个非常好的培养学生综合素质和综合解决问题能力的教学工具。现在国内外都开始重视机器人，将其作为一种工具和手段应用到教学中去。2004年，我校把机器人引进了校园。成立了“机器人课外活动小组”，并将其作为校本课程进行授课。
作为学校机器人活动小组的辅导教师，在几年的机器人教学实践中，总结到一些经验，下面跟大家分享我的一些机器人教学做法。
一、从设计和搭建入手
据我所知，目前可以应用到中小学机器人教学的器材主要有几家厂商在做，如国外的乐高、国内的中鸣、广茂达、纳英特等，这些厂商提供的机器人器材一般都是各种独立的模块，如红外传感器、马达、超声波传感器、伺服电机等等，这些零散的部件需要搭建起来才是一个整体。机器人的搭建是工程学的一部分，涉及的很多内容，如杠杆、齿轮配比、轮子和轮轴、梁、摩檫力、重心等。小学生的心理年龄特征是爱玩各种积木电玩，但是他们对上面的搭建知识一知半解。根据学生这一特点，我一开始让学生开始接触机器人的时候，先让学生搭建一些小车，或者一些他们认为很好玩的东西，然后介绍一些简单的杠杆、齿轮、摩擦力、重心的知识。从结构开始的好处还可以让他们了解各种部件的连接方法，熟悉搭建方法，这样对以后的编程控制有很大的帮助，不然到了以后的编程控制，他们会经常出错，不知道那个模块接在那个端口，程序出错后也不会调试。因为没有编程控制，学生很能快就认为所谓的机器人跟他们平时玩的四驱车、遥控车没什么两样，这时要趁热打铁了，开始教学生编程控制，让学生编程控制小车在特定的条件下停或者转弯，让学生分辩出机器人的小车跟他们以前玩四驱车、遥控车不同，让它们保持对机器人持久的好奇心和兴趣。
二、将课堂交给学生
三、让学生时刻体验成功的乐趣
老师对学生的每一点成功，每一点进步，每一个创意，都给予肯定，随时让学生有成功的自豪感。例如：为了让学生能想得到、做得到、实现得了，我们采用先让学生自主的去探究，当学生感到迫切需要帮助的时候，就组织大家针对所遇到的困难和问题进行共同探讨，再对自己的程序进行调试，教师适当参与，经过小组的共同努力，终于感受到成功的快乐，就这样让他们在学习的过程中始终有成就感。例如在学生初步学习了《轨迹识别传感器的应用》一课后，我特别设计了一节综合实践课，目的是拓展应用。组织学生参加机器人运动会为主题开展的课堂教学活动，由于情境自然充满乐趣，学生充满激情投入到各项比赛中，我设计了三种类型的跑道轨迹，即三个比赛项目，这三个比赛项目由易到难，由浅入深，逐步深入， 注重了知识的层次性。作为一节综合实践课，在课堂上除了注重活动的准备及开展以外只需坚持启发引导点拨的原则，重难点知识则通过学生实践、小组学习交流讨论以及教师适当点拔等方式帮助学生理解掌握。在引导学生交流比赛经验及心得的时候，要侧重于以下几个问题的解决。即：
1、当走黑线的时候如何设置轨迹识别传感器变量的值？
2、如何应用两个轨迹识别传感器？要考虑哪几种情况？
3、你用了几个轨迹识别传感器，你的程序是怎样编写的？
4、电机的速度受哪些因素的影响？怎样来调节？
5、机器人实践中要综合考虑哪些因素？围绕这些问题考察学生对知识的掌握和实践的体会。这样学生在活动中自始至终都有收获。
四、使合作学习成为习惯
第一合作学习对于后进的学生无疑是一个福音，也有助于思维敏捷，创造能力强的学生在小组学习中展示自己的才华，从而赢得同伴的尊重，互助互学。第二机器人的种类多，价格又比较昂贵，难以实现学生人手一台，所以学生学习采用合作学习的方式比较好。 因此在教学中把学生分成若干个合作小组，课堂上可以自由组成学习小组，成员三人到五个为佳，在每一节课的实施中，在抛出学习任务之前，我都向学生强调你可与其他同学组成搭档共同完成这一任务，在小组确立之后，学生再从教师处领取机器人，分工开始拼装、编程、下载、调试。在合作活动之前，教师应该注意各小组的分工状况是否合理。如动手能力强的可以主要负责拼装机器人的操作任务、逻辑思维能力强的可以主要负责机器人的程序编制??教师也可以直接参与分工，以保证每组的人员配置都尽可能合理。
在合作学习中，教师应减少对学生学习过程的干预和控制，让学生自主设计、自我控制。为了营造更好的学习氛围，鼓励学生创造，教师还应该放下架子，“蹲”下来参与学生之间的讨论。因此作为教师的我每次也都会参与到某一个小组，扮演组内的一名成员，与学生共同完成任务，这样做不但能更好地让学生体验到团队合作的力量，还能了解学生在团队合作中存在的问题，从而帮助学生更好的与人合作。在评价任务完成的效果时，我也总会评价小组的合作学习如何，哪个小组积极发挥的团队的力量解决了难题，我会做出积极的赞赏和表扬，使学生不但认识到团队合作的力量，久而久之具备了团队合作的精神。
五、在评价中使学生体验成功 评价可以包括自我评价、同学评价及教师评价。智能机器人的任务完成情况评价，可以从完成任务的方式和完成任务的效率上进行衡量，用最简单的方式、最快的速度完成特定的任务一般就是最佳方案。在同学互评过程中，教师要引导学生多进行正面的、鼓励性的评价。另外，教师在评价的过程中也应该重视人文性，对于学生的合作精神、钻研精神等应该予以充分的肯定。例如教学《机器人吹灭蜡烛》这一课，老师总结并宣布下课之后，还有一组同学在场地上使劲调试。原来他们的“机器人”即使看到“蜡烛”也仍旧在原地打转，不会吹灭蜡烛，我询问情况之后，安慰他们并建议下次上课的时候再调试，而他们却坚决不肯，我只能破例同意他们把机器人带回家调试。第二天，他们兴冲冲地跑来给我演示他们的成果，他们成功了！我表扬了他们刻苦钻研的精神，在后来的学习中，他们钻研的劲头更足了。 总之，智能机器人作为一种较年轻开放性的教育平台，大的方向来讲，需要教师一直在实践中不断地探究、反思，这其中不乏对教材提出质疑，对机器人提出想法，对工作提出自己的思路。小的方向来讲还需要教师善于观察生活，从中发现问题，精心设计任务，要对学生合理引导、积极鼓励。只有这样，智能机器人进课堂才会真正给学生带来发自内心的快乐，才能更有效地提高学生的信息素养。
第13篇：机器人课程设计
沈阳化工大学
机器人课程设计
专业：测控技术与仪器
班级：测控0901
姓名：许伟博
学号：09130109
目录
第一章
绪言.............................................................................................2 1.1、目的和意义 .................................................................................2 1.
2、设计内容 .....................................................................................2 1.2.1、机器人硬件 ........................................................................2 1.2.
2、设计任务 ............................................................................3 1.3、运行框图 .....................................................................................3 第二章 机器人触觉导航 ..........................................................................4 2.
1、安装并测试机器人胡须 .............................................................4 2.2、测试触须传感器 .........................................................................7 2.
3、C语言程序如下 ..........................................................................7 第三章
机器人红外导航 ....................................................................11 3.1、使用红外线发射和接收器件探测道路 ...................................11 3.
2、搭建并测试IR发射和探测器 .................................................12 3.3、测试红外发射探测器 ...............................................................12 3.
4、探测和避开障碍物 ...................................................................13 第四章
心得体会 ..................................................................................16
1
第一章
绪言
1.1、目的和意义
机器人涉及机械、电子、传感、控制等多个领域和学科。本课程设计是在《机器人学》课程的基础上，利用多传感技术、控制技术实现机器人控制系统的综合与应用，达到锻炼学生综合设计能力的目的。
1.2、设计内容 1.2.
1、机器人硬件
本课程设计使用实验室已有的移动机器人。机器人有两个驱动轮、一个从动轮，驱动轮由舵机直接驱动。机器人控制器为89S52单片机。
图1 机器人结构简图
2
1.2.2、设计任务
利用多传感器技术，实现对机器人的轨迹规划及控制。具体为：控制机器人在规定的场地内避开障碍物走遍整个场地。
场地长1.8m，宽1.5m，场地四周为高0.3m的挡板。场地如图2所示。
1.3、运行框图
3
第二章 机器人触觉导航
本章你将通过给你的机器人增加触觉传感器学习如何使用这些端口来获取外界信息。实 际上，对于任何一个自动化系统（不仅仅是机器人），无非都是通过传感器获取外界信息，通过接口进入计算机（或者单片机），由计算机或单片机根据反馈信息进行计算和决策，生成控制命令，然后通过输出接口去控制系统相应的执行机构，完成系统所要完成的任务。因此，学习如何使用单片机的输入接口同学习使用输出接口同等重要。
许多自动化机械都依赖于各种触觉型开关，例如当机器人碰到障碍物时，接触开关就会察觉，通过编程让机器人躲开障碍物；旅客登机桥在靠近飞机时为了保护昂贵的飞机，在登 机桥接口安装触须，当登机桥离飞机很近后触须就会碰到飞机，立即通知控制器提醒离飞机已经很近了，需要降低靠近速度；工厂利用触觉开关来计量生产线上的工件数量；在工业加工过程中，也被用来排列物体。在所有这些实例中，触觉开关提供的输入通过计算机或者单片机处理后生成其它形式的程序化的输出。
本章中，你将在机器人前端安装并测试一个称为胡须的触觉开关。你将对机器人大脑编程来监视触觉开关的状态，以及决定当它遇到障碍物时如何动作。最终的结果就是通过触觉给机器人自动导航。
2.1、安装并测试机器人胡须
编程让机器人通过触觉胡须导航之前，首先必须安装并测试胡须。图3所示是安装机器人触觉胡须所需的硬件元件清单，包括：
1． 金属丝2根
2．平头M3×22盘头螺钉2个
3． 13mm圆形立柱2个
4． M3尼龙垫圈2个
5． 3-pin公-公接头2个
6． 220Ω电阻2个
7． 10kΩ电阻2个
图3 胡须硬件
4
安装胡须
1.拆掉连接主板到前支架的两颗螺钉 2.参考图4，进行下面操作
3.螺钉依次穿过M3尼龙垫圈、13mm圆 形立柱
4.螺钉穿过主板上的圆孔之后，拧进主板下面的支架中，但不要拧紧
5.把须状金属丝的其中一个钩在尼龙垫圈之上，另一个钩在尼龙垫圈之下，调整它们的位置使它们横向交 叉但又不接触
6.拧紧螺钉到支架上
7.参考接线图5，搭建胡须电路。
注意：右边胡须状态信息输入是通过P1口的第4脚完成，而左边胡须状态信息输入是通过P2口的第3脚完成
8.确定两条胡须比较靠近，但又不接触面包板上的3-pin头。推荐保持3 mm的距离。
9.图6所示是实际的参考接线图。
10.安装好触觉胡须的机器人如图7所示。
图4 安装机器人胡须
5
图5 胡须电路示意图
6
图6教学底板上胡须接线图
图7 安装好触须的机器人
2.2、测试触须传感器
先执行一段简单的程序，下面的程序是让小车前行的，修改参数调舵机，使舵机保持前行，然后在通过设置程序让左须子触碰障碍物时左转，右须子触碰障碍物是右转，这样进行调试，来检测传感器。
死区程序很关键，以中断的方式写入，避免其一直困在墙角里出不来。
2.3、C语言程序如下
#include #include int P1_4state(void)//获取P1_4的状态,右胡须 {return (P1&0x10)?1:0;} int P2_3state(void)//获取P2_3的状态,左胡须 {return (P2&0x08)?1:0;} void Forward(void) {
P1_1=1; delay_nus(1700);
P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20);} void siqu(void) interrupt 0
7
{ if(condition1) { commands for condition1 If(condition2) { commands for both condition2 and condition1} else { commands for conditio1 but not condition2}} Else { commands for not condition1} void Left_Turn(void)
{ int i;
for(i=1;i
delay_nus(1300);
P1_1=0;
P1_0=1;
delay_nus(1300);
P1_0=0;
delay_nms(20);}} void Right_Turn(void) {
int i;
for(i=1;i
delay_nus(1700);
P1_1=0;
P1_0=1;
delay_nus(1700);
P1_0=0;
delay_nms(20);}} void Backward(void) {
int i;
for(i=1;i
delay_nus(1300);
P1_1=0;
P1_0=1;
delay_nus(1700);
P1_0=0;
delay_nms(20); }} int main(void) { int i=1;
int z=0; uart_Init(); printf("Program Running!\n");
8
while(1) {if((P1_4state()==0)&&(P2_3state()==0))
{if(z==0)
{Backward(); //向后
Left_Turn();//向左
for(i;i
{
P1_1=1; delay_nus(1700);
P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); }
Left_Turn();//向左
z=1;}
else {Backward(); //向后
Right_Turn();//向右
for(i;i
{
P1_1=1; delay_nus(1700);
P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); }
Right_Turn();//向右
z=0;}} else if(P1_4state()==0)
{ if(z==0)
{Backward(); //向后
Left_Turn();//向左
for(i;i
{
P1_1=1; delay_nus(1700);
P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); }
Left_Turn();//向左
z=1;}
else
9
{Backward(); //向后
Right_Turn();//向右
for(i;i
{
P1_1=1; delay_nus(1700);
P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); }
Right_Turn();//向右
z=0;}}
else if(P2_3state()==0)
{ if(z==0)
{Backward(); //向后
Left_Turn();//向左
for(i;i
{
P1_1=1; delay_nus(1700);
P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); }
Left_Turn();//向左
z=1;}
else {Backward(); //向后
Right_Turn();//向右
for(i;i
{
P1_1=1; delay_nus(1700);
P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); }
Right_Turn();//向右
z=0;}}
else
Forward();//向前
} } 将上述程序下载到小车中进行调试。
10
第三章
机器人红外导航
现在许多遥控装置和PDA都使用频率低于可见光的红外线进行通信，而机器人则可以使用红外线进行导航。可以使用一些价格非常便宜且应用广泛的部件，让机器人的C51微控制器可以收发红外光信号，从而实现机器人的红外线导航。
3.1、使用红外线发射和接收器件探测道路
许多机器人使用雷达（RADAR）或者声纳（SONAR）来探测物体而不需同物体接触。我们使用红外光来照射机器人前进的路线，然后确定何时有光线从被探测目标反射回来，通过检测反射回来的红外光就可以确定前方是否有物体。由于红外遥控 技术的发展，现在红外线发射器和接收器已经很普及并且价格很便宜。这对于机器人爱好者而言是一个好消息。
红外前灯
你将要在机器人上建立的红外光探测物体系统在许多方面就象汽车的前灯系统。当汽车
前灯射出的光从障碍物体反射回来时，人的眼睛就发现了障碍物体，然后大脑处理这些信息，
并据此控制身体动作驾驶汽车。机器人使用红外线二极管LED作为前灯，如图8所示。
图8 用红外光探测障碍物
图9 本章需要用到的新部件
红外线二极管发射红外光，如果机器人前面有障碍物，红外线从物体反射回来，相当于机器人眼睛的红外检测（接收）器，检测到反射回的红外光线，并发出信号来表明检测到从物体反射回红外线。机器人的大脑——单片机AT89S52基于这个传感器的输入控制伺服电机。
红外线（IR）接收/检测器有内置的光滤波器，除了需要检测的980 nm波长的红外线外， 它几乎不允许其它光通过。红外检测器还有一个电子滤波器，它只允许大约38.5 kHz 的电信号通过。换句话说，检测器只寻找每秒闪烁38,500次的红外光。这就防止了普通光源象太阳光和室内光对IR的干涉。太阳光是直流干涉 （0Hz）源，而室内光依赖于所在区域的主电源，闪烁频率接近100或
11
120 Hz。由于120 Hz在电子滤波器的38.5 kHz通带频率之外，它完全被IR探测器忽略。
3.2、搭建并测试IR发射和探测器
本任务中，我们将搭建并测试红外线发射和检测器。
元件清单:
(1) 两个红外检测器
(2) 两个IR LED
(3) 四个470□电阻
(4) 两个9013三极管
搭建红外线前灯
电路板的每个角安装一个IR组(IR LED和检测器)
电路图如图10
图10
左侧和右侧IR组原理图
3.3、测试红外发射探测器
用P1_3发送持续1毫秒的38.5kHz的红外光，如果红外光被小车路径上的物体反射回来，红外检测器将给微控制器发送一个信号，让它知道已经检测到反射回的红外光。
让每个IR LED 探测器组工作的关键是发送1毫秒频率为38.5 kHz的红外信号，然后立刻将IR探测器的输出存储到一个变量中。下面是一个例子，它发送38.5 kHz信号给连接到P1_3 的IR发射器，然后用整型变量irDetectLeft存储
12
连接到P1_2的IR探测器的输出。
for(counter=0;counter
{
P1_3=1;
delay_nus(13);
P1_3=0;
delay_nus(13);
}
irDetectLeft=P1_2state();
上述代码给P1_3输出的信号高电平13微秒，低电平为13微秒，总周期为26微秒，即频率
约为38.5kHz。总共输出38个周期的信号，即持续时间约为1毫秒（38*26约等于1000微秒）。
当没有红外信号返回时，探测器的输出状态为高。当它探测到被物体反射的38500Hz红外信号时，它的输出为低。因红外信号发送的持续时间为1毫秒，因此IR探测器的输出如果处于低，其持续状态也不会超过1毫秒，因此发送完信号后必须立即将IR探测器的输出存储到变量中。这些存储的值会显示在调试终端或被机器人用来导航。
输入保存运行程序 进行调试
当你将物体移开时 是否显示
irdetectleft=1？
3.4、探测和避开障碍物
改变触须程序使其适应IR检测和躲避
3.4.1调用函数 Void IRLaunch(unsigned char IR) { int counter
13
If(IR=’L’)
For (counter=0.counter
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LeftLaunch=0;
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
}
if(IR
'R')
for(counter=0;counter
{
RightLaunch=1;
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
RightLaunch=0;
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
}
}
修改if…else语句存储IR检测信息的变量。
if((irDetectLeft 0)&&(irDetectRight 0))//两边同时接收到红外线
{
Left_Turn();
Left_Turn();
}
else if(irDetectLeft 0)//只有左边接收到红外线
Right_Turn();
else if(irDetectRight 0)//只有右边接收到红外线
Left_Turn();
else
Forward(); 3..4.2 验证机器人的行为和和运行程序RoamingWithIr.c时除不需要接触是否非常像
例程：RoamingWithIr.c
for(counter=0;counter
{ LeftLaunch=1;
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
LeftLaunch=0;
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
}
if(IR
'R') //右边发射
14
for(counter=0;counter
{ RightLaunch=1;
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
RightLaunch=0;
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
}
}
void Forward(void) //向前行走子程序
{ P1_1=1;
delay_nus(1700);
P1_1=0;
P1_0=1;
delay_nus(1300);
P1_0=0;
delay_nms(20);
}
void Left_Turn(void)
//左转子程序
{
int i;
for( i=1;i
{
P1_1=1;
delay_nus(1300);
P1_1=0;
P1_0=1;
delay_nus(1300);
P1_0=0;
delay_nms(20);
}
} void Right_Turn(void)
//右转子程序
{ int i;
for( i=1;i
{
P1_1=1;
delay_nus(1700);
P1_1=0;
P1_0=1;
delay_nus(1700);
P1_0=0;
delay_nms(20);
}
}
void Backward(void)
//向后行走子程序
{ int i;
for( i=1;i
15
{ P1_1=1;
delay_nus(1300);
P1_1=0;
P1_0=1;
delay_nus(1700);
P1_0=0;
delay_nms(20);
}
}
int main(void)
{ int irDetectLeft,irDetectRight;
uart_Init();
printf("Program Running!\n");
while(1)
{
IRLaunch('R'); //右边发射
irDetectRight = RightIR;//右边接收
IRLaunch('L'); //左边发射
irDetectLeft = LeftIR;//左边接收
if((irDetectLeft 0)&&(irDetectRight 0))//两边同时接收到红外线
{
Backward();
Left_Turn();
Left_Turn();
}
else if(irDetectLeft 0)//只有左边接收到红外线
{
Backward();
Right_Turn();
}
else if(irDetectRight 0)//只有右边接收到红外线
{
Backward();
Left_Turn();
}
else
Forward();
}
}
第四章
心得体会
通过这次课程设计，我从中学到了很多东西，不仅是知识方面，还有动手方面等。随着科技的发展，机器人的应用也越来越普遍了。所以这次课程设计不仅是一次机器人知识的普及，也是一次与机器人亲密接触的机会。
在没有做课程设计之前，我对机器人并不很了解，慢慢的接触之后，我明白了机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编好的程序。在这次课
16
程设计中我们通过软件调试又巩固了单片机和C语言的相关知识。我们通过硬件调试锻炼了自己的动手能力。在课程设计中，我们也遇到很多的困难，在老师和同学的帮助下，最后都一一解决了。
通过这次课程设计，使我的理论知识又上升到了一个新的层次，同时在设计中也加深了我对理论知识的更深理解，另外，这次课程设计不仅使我的知识有了很大提高，而且使我学到许多其他方面的知识，总之，通过这次课程设计我不仅学到了新知识，而且提高了我考虑问题、分析问题的全面性，是我的综合能力有了很大提升。
总之，通过课程设计我既学到了知识，有锻炼了能力。非常感谢学校和老师为我们提供了这么宝贵的机会去学习机器人并完成设计，谢谢。
第14篇：保安机器人
校园机器人
现在每个学校都配了保安，他们负责保护我们的学校和学生的安全。我想发明一种能代替保安的机器人。2040年我终于发明了这样的机器人。
这种机器人的样子和人差不多，大约有1.5米。全部用高科技材料做成。他的头是圆的，可以360度转动。头上有一对电子眼，它具有很强的扫描功能。一张会说话的嘴巴。他的身子是圆柱体的，正中是一块黑色电脑视屏，体内装有电脑芯片。双手可以自由伸长缩短。脚上装有四只带有轮子的鞋。它是靠太阳能发电工作的，你看奇特吗？环保吧！
这种机器人的功能特别多。首先他有识别功能。每天早晨，他都会站在校门前欢迎每位小朋友，嘴里还会不停的说：“早上好，同学们。”假如他发现有哪个坏人想冲进学校行凶作恶，他的电子眼就立刻会发出蓝色的光波，并把它击退在10米之外。这样校园就安全了。
其次他有保护功能。上体育课时，保安机器人又开始工作了。他站在高处，打开他的身子——电脑视屏，四处扫描。假如哪个同学要摔伤了，机器人会伸出他的机器手，直接扶住，避免不必要的伤害。还有同学们的一举一动都会扫描在电脑上。假如哪个同学打人、骂人、破坏花草树木，机器人马上会把你抓到校长室接受处分。
最后他还有清洁功能。放学了，机器人又开始工作了。只见他拿出吸尘器，认真地打扫学校每一个角落，扫得一尘不染。
这就是我发明的新型机器人。我想不就得将来一定会有的。
第15篇：我,机器人
我与机器人
——读阿西莫夫《机器人短篇全集》
阿西莫夫是最著名的科幻小说家之一，颇为盛名的《基地》系列便是他的杰作。《机器人短篇全集》是中国的出版社选编了阿西莫夫诸多有关机器人的小说合集。如果说《基地》是描写未来宇宙宏观场面的史诗之作，那机器人系列就是未来社会的生活小品文。拜读《机器人短篇全集》之后我想到了未来社会，科技发展，为机器人与人类没有结果爱情而唏嘘，为机器人为人类付出生命而感动，我沉浸在作者描绘出的世界无法自拔。最后，脑海中也只剩下这两个词 “我 ，机器人”。——当然，这也是阿西莫夫最为著名的机器人小说的名字。
阿西莫夫在这些机器人类科幻小说中反复提到了机器人的三个定律：
第一法则：机器人不得伤害人类。
第二法则：机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一法则相矛盾。
第三法则：机器人必须保护自己，除非这种保护与第
一、第二法则相矛盾。
机器人法则也成为后来很多机器人类科幻小说遵循的公理,被很多人认同，它不仅是机器人要遵循的法则，同时也是最初制造机器人的科学家、企业家遵循的伦理原则。甚至这三条准则的提出促使机器
11 《机器人短篇全集（上、下册）》，（美）艾萨克•阿西莫夫 著 汉声杂志 译，四川出版集团，2005 年6月 人伦理学这门学科出现。在这种框架下的机器人所反映出一些伦理问题甚至搬上荧幕，最常见的就是机器人与人类的爱情问题。
看艾西莫夫笔下的机器人也让我想到了看过的其它机器人小说。或许不能称之为机器人,因为在一些作品中他们也有血肉之躯，甚至有人的生理反应，如饥饿等等。他们与人类已经没有很大的区别，甚至可能人类体内的金属器材还多于机器人，例如心脏支架，截止后代替的金属腿。而机器人则追求更加逼真，运用纳米、克隆技术或者现在想也想不到的科技制造完全血肉之躯。到那时候人们用“机器人”来命名这个族群都会惭愧，因此这些作品用了“非碳基生物”这个名词。机器人已经是一种生物了，科幻小说中有诸多描写人类与机器人之间战争的桥段，甚至有的描写人类处于机械人统治之下。真不希望未来世界出现这种情况。
科幻小说家们极富想象力，想到了未来的各种可能性。看到这些小说就知道阿西莫夫提出三原则是多么的必要，简单的三句话极富逻辑性，可以视之为机器人的宪法。科学家们总是追求完美，当机器人会动的时候他们还希望他能思考，当他们有类人的形态的时候还希望有完全人类的外表。但实际上机器人只应是为人类发展提供便捷的工具，不应该让他们具有独立思考的能力。
阿西莫夫笔下的机器人形态万千，性格各异。有机智的美女自动汽车，有机器人心理医生，有想要自由成为人类的仆人，有小女孩忠心的玩伴„„。这些机器人普遍的特征是机械的、有思想的，有的机器人甚至需要人类给他们做心理治疗。 阿西莫夫的机器人短篇不是机器人类科幻小说最引人入胜的，因为文中完全没有高科技的细致描述，没有战争的画面，但是里面所反映出的基本原则为以后机器人类科幻小说奠定了基调。基本原则是不可违背的，一旦违背，极有可能出现机器人统治人类的局面。阿西莫夫笔下的机器人是人类社会文明发展的必然产物，并对人类发展起到正面的作用。机器人是人类的朋友，给我们生活带来极大便利。
很多科幻小说描写的是战争。人类与外星人、机器人、变异人等等。作者最有名的《基地》系列即是战争描写。那么阿西莫夫的这些机器人短篇小说值得观赏之处应在于他另辟蹊径，着重生活描写。仿佛几百年后，甚至几十年后我们的生活就应该是这样，其中有个叫莎莉的女性敞篷车便是在2045年出厂，没准这就是真的呢！而且，我坚信他的小说最终也会成为现实。
第16篇：机器人教学大纲
课程编号：
课程名称：机器人学
《机器人学》教学大纲
一、课程的地位、性质何任务
本课程是自动化、机械类专业为培养高级工程技术应用型人才而开设的硕士研究生选修课程。面对21世纪知识经济时代的机遇与挑战，人类（地球人）正在以非凡的智慧构思新世纪的蓝图。世界的明天将更加美好。但是，地球人在发展中也面临着环境、人口、资源、战争和贫困等普遍问题，同时还要学会与机器人共处,这是21世纪地球人必须正视和处理的紧要问题，是影响地球人生存和发展的休戚与共的重大事件。
机器人学是一门高度交叉的前沿学科，机器人技术是集力学、机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等多学科知识之大成，是一项综合性很强的新技术。自第一台电子编程工业机器人问世以来，机器人学已取得令人瞩目的成就。正如宋健教授1999年7月5日在国际自动控制联合会第14届大会报告中所指出的：“机器人学的进步和应用是本世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化。” 机器人技术的出现与发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性的变化，而且将对人类的社会生活产生深远的影响。
通过本课程的学习，培养学生的思维能力和严谨的求学态度，本课程的主要任务是：通过本课程的学习，使学生达到以下基本要求：
（1）了解机器人的特点、结构与分类。了解机器人学的研究领域及其与人工智能的关系。
（2）掌握机器人运动方程的表示及运动方程的求解。 （3）掌握机器人动力学方程。
（4）了解机器人的基本控制原则，初步掌握机器人的位置控制和柔顺控制以及机器人的分解运动控制。
（5）了解机器人规划的作用和任务，初步认识机器人的轨迹规划问题。 （6）了解机器人编程的要求和分类、机器人语言系统的结构和基本功能。 此外，还必须重视自学能力、分析问题和解决问题的能力。
二、学时分配表
教学内容
第一章 绪论
第二章 机器人学的数学基础 第三章 机器人运动方程的表示与求解
第四章
机器人动力学
第五章
机器人的控制
第六章
机器人学的现状与未来
合计
授课学时
2 10 12 14 14 2 54
实验学时
0
三、课程的内容与要求
本课程具体内容与要求如下： 第一章：绪论
通过本章内容的教学，使学生了解机器人学的起源与发展，讨论机器人学的定义，分析机器人的特点、结构与分类。
主要内容：
1． 机器人学的发展。
2． 机器人的特点、结构与分类。 3． 机器人学与人工智能的关系。 第二章：数学基础
通过本章内容的教学，使学生掌握空间任意点的位置和姿态变换、坐标变换、齐次坐标变换、物体的变换和逆变换，以及通用旋转变换等。
主要内容：
1． 位置和姿态的表示。 2． 坐标变换。 3．
齐次坐标变换。 4． 物体的变换及逆变换。 5．
通用旋转变换。 第三章：机器人运动学
通过本章内容的教学，使学生掌握空间任意点的位置和姿态变换、坐标变换、齐次坐标变换、物体的变换和逆变换，以及通用旋转变换等。
主要内容：
1．机器人运动方程的表示。 2．机械手运动方程的求解。 3．机器人的雅可比公式。 第四章：机器人动力学
通过本章内容的教学，使学生能够掌握机器人动力学方程、动态特性和静态特性；着重分析机械手动力学方程的两种求法，即拉格朗日功能平衡法和牛顿-欧拉动态平衡法；然后总结出建立拉格朗日方程的步骤。
主要内容： 1．刚体动力学。 2．机械手动力学方程。 3．机器人的动态特性。 4．机械手的稳态负荷。 第五章：机器人控制
通过本章内容的教学，使学生了解机器人的控制原则、控制方法和轨迹规划。 主要内容：
1． 机器人的基本控制原则。 2．
机器人的位置控制。 3．
机器人的柔顺控制。 4． 机器人的分解运动控制。 第六章：机器人学的现状与未来
包括国内外机器人技术和市场的发展现状和预测、21世纪机器人技术的发展趋势、我国新世纪机器人学的发展战略等。不同类型机器人的研究发展状况等。
四、说明
机器人学课程目的是要求学生通过学习、课堂教育，能了解机器人发展的最新技术与现状；初步掌握机器人技术的基本知识。课外注重培养学生对机器人的兴趣。课内教学注重对学生能力的培养。
本课程应在线性代数、机械机构和自动控制等课程后开设。
五、教材及教学参考书的选用
1、《机器人学》 蔡自兴主编 清华大学出版社 2000年 （教材）
2、《机器人学导论》约翰J.克雷格主编 西北工业大学出版社 1987年
3、《机器人探索》 Fred G.Martin主编 电子工业出版社 2004年
第17篇：Packbot机器人
Packbot机器人
PackBot 510多任务机器人由士兵该机器人采用Aware 2.0版机器人智能软件，适应性较强，其模块化数字架构适合各种可互换载荷，使其可执行多种任务。依据任务需求和操作人员的参数选择，该机器人可快速改装。Aware 2.0版机器人智能软件允许机器人自主操作，从而降低操作人员工作负荷，提高态势感知能力。
iRobot公司的510Packbot机器人是世界上经过战争环境测试的、最成功的机器人之一。目前，伊拉克和阿富汗战场的士兵正在使用这种机器人以在安全的距离内来执行危险的任务。510Packbot机器人能确认并解除路边炸弹、汽车炸弹以及其他简易爆炸装置（IED）的威胁，它同样适用于执行其他任务，其中包括侦察和清道等任务。
iRobot是知名的美国机器人公司，其家用清洁机器人销量巨大，甚至有人抱怨iRobot在美国的垄断。除清洁机器人外，iRobot的另一成功产品就是军用机器人，iRobot PackBot就是其中一员。
iRobot PackBot自07年投入市场以来，至今已经出售3000台。iRobot PackBot使用坦克履带行走，装有摄像头，士兵可以远程遥控机器人。iRobot PackBot的一个重要功能就是排除未引爆的炸弹和地雷。
长0.87米，宽0.51米，高0.18米，重18公斤。“Packbot”意指“背包机器人”，
“Packbot”机它的最大时速可达14公里，每次充电后行驶距离能超过13公里，同时涉水深度可达3米。该型机器人十分机警，能捕捉到躲在暗处的杀手们的一举一动。它的底盘装有全球定位系统(GPS)、电子指南针和温度探测仪，设计成方形的“头部”可以伸出能识别“黑枪”的摄像机。它还能通过声波定位仪、激光扫描仪、微波雷达等多种装置准确捕捉敌方狙击手的方位，并向随行的士兵“通风报信”。 器人十分结实，即使从1.8米的高度摔在硬质混凝土上，也会毫发无伤。
iRobot的另一种较小型“PackBot”机器人现服役于美国军队，这个“PackBot”搭配了一个爆炸物感应系统，有效地探测炸弹。目前这种探测系统还处于实验阶段。
测出炸弹，拆之。另一种“PackBot”机器人可以进行挖掘和拆弹工作。他配备了称为“explosive ordnance disposal”(eod)和工程师的全套工具，可以对土壤进行挖掘，然后举起相当于自身重量2倍的炸弹。看图片上它的背后放着一个炮弹壳，不知道是干什么用的。
这个也是“PackBot”系列中的一员，装备了单个“锤子”，适用于不需要那么强的火力压制，只有一个“锤子”，所以用比“Warrior”小一些的“PackBot”就足够搭载了。
同样使用“PackBot”平台的这种探测机器人是一个出色的侦察员，它可以无声无息的按战斗需要完成监视工作。
这种iRobot SUGV的机器人是一种小型地面探测车，重量仅为30磅。它带有一个称为“tactical head”的头部，还有一个相机、一个红外感应器和一个可即时传送影像的摄像头。
这个“PackBot”配备了一个高灵敏度声音探测仪，可以探测到远处物体发出的微小声音。有了它，军队再不用担心敌人狙击手的存在，因为再好的狙击手也会发出极微小的声音，一旦被它探测到，它会自动定位这个狙击手，然后把信息传给使用者。
第二代PackBot 510炸弹清除机器人
携带方便
第二代PackBot 510机器人操作手柄
第二代PackBot 510炸弹清除机器人质量更轻，速度更快，动力更强，越障能力和可靠性更高。
PackBot 510炸弹清除机器人仅重19公斤，可以携带超过20公斤的装备，该型机器人的控制器无论从外形还是使用方法，都十分类似于平常人们玩电子游戏的手柄，因此，训练和使用起来十分简便，因为绝大多数美军士兵都玩过电子游戏。 无线控制器可以在千米之外操控PackBot机器人，根据执行任务的不同，改型机器人可持续执行任务2至12小时。
当PackBot机器人执行任务时，美国大兵只需坐着观看一台紧凑型摄像机显示器（28×16×8英寸），相关信息就会一目了然。
当合适的任务来临时，这种机器人只需从窗户扔进建筑物内，任务即可开始执行，其最大速度可达每秒2.5米，一次充电可以行驶10公里，
第二代PackBot 510机器人还能防水，可攀登楼梯，每台造价9万美元。
除了军队，美国警方反恐特警组对它也是宠爱有加。(张加军)
packbot的主体结构就是它的履带式底盘，其控制系统和模块负载区则位于履带之间的区域。其主体框架非常小巧，动力系统为小型静音电动马达，由车载电池供电，电池模块位于履带间的空隙处，可更换。已配备爆炸物拆除机械臂（EOD套件）的packbot系列最新型--510型为例，其主要诸元：携带两块电池时系统总质量为30.87kg（平台自身重约18kg），前履带不展开时系统总长为810mm（展开180度角后长1020mm）、卸下前置履带后系通宽410mm、（带前置履带式宽520mm）、机械臂处于收缩状态时高410mm、（完全展开后最高为2210mm）。
在结构设计上，packbot的最大亮点是两只履带主动轮外侧附配有可拆卸式前置履带。这两可拆卸式前置履带并非标新立异，而是针对packbot本身尺寸较小的特点特意设计的，它对提高底盘的越障能力、增大主履带的拖拽力都很有帮助。Packbot的另一种设计巧妙之处在于其搭载的负载模块多采用肘式设计，携带时可以折叠收放在两履带之间。Packbot的电池模块采用低成本的镍铬可充电电池组。根据packbot所执行任务的性质，标配的两块电池可使用2~12小时，如果需要延长任务时间，还可以再加装两块电池，是续航时间达到4~24小时。
Packbot的机械臂总长为2030mm，全伸展时可举起4.5kg的重物，最大限度可举起13.6kg的重物。全臂4个肘节共有8个独立的自由关节，分别为：肩部万向转轴（与底盘相连）、肩部轴（0~220度旋转）、肘节
1、肘节2(两者皆可在0~340度间旋转)、万向机械爪、机械爪夹头（0~180度开合）、万向爪夹头和爪夹头斜面（0~220度开合）。全系统共配有4个摄像头,分别用于完成行驶监控、任务操作监控。它的行驶监控由1个广角单色低光CCD负责，安装在底盘下部，俯仰角220度，即可向上监控机械臂运作，也可向下详查车体前地面状况;操作监控由1个安装在机械臂端、具有12倍变焦能力的彩色CCD和两个安装在其他位置的辅助CCD构成，通过它们可多角度、多方位的观察机械爪的动作。
Packbot的越障能力也值得称道。Packbot“身材”短小，重心很低，其他一些大型无人平台所难以克服的宽沟、斜面和陡坡，对packbot来说完全不成问题。其道理就像马匹遇到无法越过的宽沟时只得绕道而行，而蚂蚁却能无视障碍的存在，直接从沟底爬过一样。而且，在攀爬超过60度以上的斜坡时，packbot的前置履带会调整到与主履带重合的位置，由于两套履带同轴，转动方向也相同，接地面积的增大强化了packbot的爬坡能力。而对于更陡的斜坡，irobot公司还为packbot配置了爬坡专用履带，该履带的齿轮廓更粗大，应付爬坡更为轻松自如。
当然对于身材短小的机器人来说，其他大型平台丝毫不构成障碍的台阶、矮墙等，这类机器人就难以逾越了。在这种情况下，packbot特有的前置履带再次发挥作用--当前置履带向前伸展开与主履带形成一定角度后，就能使packbot攀上一定高度的垂直障碍。比如，遇到较高的台阶时，packbot前置履带会向前展开搭上台阶边沿，在前后两幅履带的共同驱动下，就能翻过高阶。当然，packbot翻爬台阶的高度存在上限，根据它的翻越原理可轻易得出它的高限就是其前置履带的长度，即300mm左右。
第18篇：果园机器人
三年级下册 第五单元
单元主题：科学技术 24* 果园机器人
一、教材分析
这篇课文是义务教育小学语文人教版三年级下册第五单元的一篇略读课文。本单元课文都是介绍有关科学知识的文章。《果园机器人》展现了现代科技发展给人们生活带来的便利。文章内容简单，富有趣味。通过学生自学，教师引导，使学生获得有关机器人的科学知识，同时激发他们对科学的兴趣。
二、教学目标
1、了解果园机器人的基本情况，引起对机器人的兴趣，培养独立阅读的能力。
2、培养学生的语文朗读能力。
三、教学重点、难点
感受生活和生产的实际要求是发明创造的动力。
（一）激情导入
观看果园里的四组图片，猜猜看 ，果农请来了谁帮忙呢？
板书课题：24*《 果园机器人》
（二） 教学新授：
1、出示： 读一读：
1）、用自己喜欢的方式读课文，把课文读正确、流利。 2）、想想课文写的机器人是怎样的，哪些地方有趣。
2、检查文中的生字词，开火车领读，并相机解释词语。罢工
成熟
整齐
指定 特殊 发愁
3、说一说： 看图说说果园机器人是如何工作的？（同桌交流说、指名说）
4、想一想：
果园机器人是什么样子的？有什么特点？（小组合作学习）
果园机器人： ①适合果农，所以叫（ ）。
②会（ ）、（ ）、（ ）。 ③工作时不用（ ），也不用（ ）。 ④只要“吃”（ ），就 自己充电。 ⑤听懂主人的指挥，摘（ ）。 ⑥大胆想象一下,这些机器人还可以( )提供能量。
5、画一画：
文中哪些句子写出机器人的“有趣”呢？找出有趣的地方勾用“~~”画出来，再再读给同桌听，男女生PK朗读。 ①如果没有电，他们是要“罢工”的。
②因为电池的电很快就会用完的，没电了，机器人就会“饿倒”。让果农们在大片密密的果树林里一个个地去找“饿倒”了的机器人，那可太麻烦了。 ③它们只要“吃”掉在地上的水果就可以干活。这种机器人的肚子里，如果装了特殊的电池，就可以把吃进去的水果变成糖，再把糖变成电。
三、课堂拓展
聪明能干的机器人越来越受到大家的欢迎了，他们不但能够进入险区排除险情，可以潜入大海，寻找宝藏，还可以进入人体查病治病„„
（观看走进机器人世界视频及图片）
四、大胆想象
说一说自己还了解什么样的机器人，它有哪些本领。
五、师总结
今天这节课，同学们的收获可真不少，不仅认识了果园机器人，还了解了许多有关机器人的知识，希望同学们现在努力学习，长大后也能发明更多更好的机器人，为我们人类造福。 板书：24*果园机器人
作用：摘果子 装箱 运送 能量：“吃”水果→糖
第19篇：喷漆机器人
喷漆机器人
摘要：
喷漆机器人【spray painting robot】 可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。中国研制出几种型号的喷漆机器人并投入使用，取得了较好的经济效果。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教。
关键字：发展现状；趋势；关键部位；传动方式；控制系统
0 引言
目前，我国大型油罐的喷砂除锈、喷漆防腐主要采用依靠脚手架的传统人工作业方式，但此方式劳动强度大、工程质量差、工作环境恶劣。随着石化工业的迅速发展，特别是国家石油战略储备基地的建立，研制大型油罐喷砂／喷漆自动化设备势在必行。爬壁机器人正是此方面国内外的研究热点，但爬壁机器人普遍构造复杂、负载能力低、易坠落，特别是只能爬油罐外壁不能爬内壁，稳定性差，并不实用。因此低成本、易拆装、可实用的新型油罐喷砂／喷漆机器人的设计迫在眉睫。
1 国内机器人发展现状及趋势
中国工业机器人发展长期以来受限于成本较高同时国内劳动力价格低廉的状况，使得工业机器人应用面十分狭窄，但是随着中国经济持续快速扩张，人民生活水平不断提高，随着劳动力过剩程度的降低，单个工人的成本上升，对于产品质量更高的要求以及国家对装备制造业的重视，工业机器人及
其技术在中国得到了政府和产业界的广泛
重视。政府努力加快中国装备制造业尤其是工业机器人的发展，采取各种措施扩大中国装备制造业在市场中占据的份额，并提供优惠措施鼓励更多企业使用机器人及其技术以提升技术水平。产业界也开始重视工业机 器人在降低劳动成本、减少劳动风险、提高产品质量中所起的巨大作用。正因为如此，国内越来越多的企业在生产中采用了工业机器人。许多企业通过采用工业机器人技术满足了自己的要求，从而提高了企业的竞争力。各种机器人生产厂家的销售量都有大幅度的提高。在未来，中国的工业机器人产业将成为一种在国民经济中占据重要地位的产业。如中国科学院沈阳自动化所投资组建的新松机器人公司，年利润增长迅速。但总的来看我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。 1.1 工业机器人的技术及产业发展趋势
从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。
国际机器人联盟（I F R ）与联合国欧洲经济委员会（UNECE）发布的数据显示，全球多用途工业机器人销售从2003年开始恢复增长，预计在2005 年到2008 年间，全球工业机器人销量预计年均增长6.1％，到2008 年增至12.1 万台。以具体地区而言，亚太地区仍将是工业机器人使用量最高的地区，预计日本的工业机器人销量将由2004年的3.71万台增至2008年的4.59万台。而整体亚太地区的工业机器人销量将由2004 年的5.2万台增至2008 年的7.04万台。北美地区的工业机器人销量也将稳定增加，预计将由2004年的1.34万台增至2008年的1.65万台。而欧洲地区的工业机器人销量预计到2009年将增至3.37万台。
1.2 喷涂机器人目前存在的问题
国内使用过的喷涂机器人，一般来说主要分为国内自主研发和从国外直接买进。对于国内自行设计的喷涂机器人，机器人的重复定位精度低、喷枪与机器人的配合以及喷枪的选用都有较高的难度，同时由于设计水平和经验的限制，在使用时会出现一些在设计时忽视或未解决好的问题。再如喷涂程序的示教，由于开发人员没有为工人提供较好的示教手段，使得示教时间很长，影响生产效率。自行设计的喷涂机器人很难真正交给厂家、交给工人。对于进口的国外喷涂机器人，主要有两点不足：一是引进的机器人是基于国外发达国家的生产实际进行设计制造的，国内喷涂企业和汽车企业现有生产工艺条件不能完全满足进口设备的要求，同时由于使用的都是国内的技术人员，习惯、文化与技术的差异，可能造成引进的机器人不能正常工作或者不能工作在其理想状态，发挥不出其应有的作用；另一方面在涂料的成
膜过程中，喷涂设备及相应的喷涂工艺决定
了涂膜的均匀性、涂膜质量及生产效率。常用的喷涂设备有高压无气喷涂机、往复式顶喷机、往复式侧喷机、移动龙门式仿形喷涂设备及各类自动喷涂上业机器人等，但由于喷涂精度不高，对于表面有凹凸结构的复杂自由曲面,其采用传统的匀速喷涂方法易造成涂层厚度差较大。
2 总体结构与关键部件
根据喷砂工艺的要求，机器人需具有旋转、升降、俯仰、伸缩和喷枪画圆的功能。旋转：完成油罐周向运动；升降：实现油罐轴向运动；俯仰：调节喷枪与锈蚀面的夹角；伸缩：调整喷嘴至锈蚀面的距离。根据总体方案，旋转和升降功能已分别由导轨驱动小车和提升机构实现，故机器人本体具有三个自由度即可，且喷枪画圆运动是独立的。 在行走机构中，为防止前仰后倾、左右偏移，并便于调整，特别设计了十轮机构。为防止机构底面在转弯时被卡住，由前后轮距、轮心至车底距离和车轮半径确定不干涉时的最小轨道曲率半径，如图3所示。 3 传动方式
3.1 概念引入
伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。控制器的功能是完成伺服系统的闭环控制，包括力矩、速度和位置等。我们通常说的伺服驱动器已经包括了控制器的基本功能和功率放大部分。虽然采用功率步进电机直接驱动的开环伺服系统曾经在90年代的所谓经济型数控领域获得广泛使用，但是迅速被交流伺服所取代。进入21世纪，交流伺服系统越来越成熟，市场呈现快速多元化发展，国内外众多品牌进入市场竞争。目前交流伺服技术已成为工业自动化的支撑性技术之一。
在交流伺服系统中，电动机的类型有永磁同步交流伺服电机(PMSM)和感应异步交流伺服电机(IM)，其中，永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流之选。而异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在大功率场合得到重视。 3.2 性能指标
交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响
应和运行稳定性等方面来衡量。低档的伺服系统调速范围在1:1000以上，一般的在1:5000～1:10000，高性能的可以达到1:100000以上；定位精度一般都要达到±1个脉冲，稳速精度，尤其是低速下的稳速精度比如给定1rpm时，一般的在±0.1rpm以内，高性能的可以达到
±0.01rpm 以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90°或者幅值不小于50％。
3.3 控制功能及原理
机器人的控制功能主要包括喷砂／喷漆控制和机械手位姿控制。机器人的操作方式灵活，既可自动操作也可手动操作，既可就地操作也可无线遥控操作。现场操作箱与遥控器的面板布局相同，只是后者较小，合理配置的各种开关、按钮、指示灯和数码管便于操作人员监控。喷砂／喷漆控制主要控制机器人旋转(即导轨旋转)机器人升降(即提升机构升降)、喷枪划圆和喷射。首先，导轨驱动小车带动机器人从导轨最下(或最上)端开始转动，同时喷枪匀速连续画圆并喷射，导轨转动180。后，导轨与喷枪暂停并停止喷射，对称分布的两个喷枪会在油罐内壁上产生一个环形受喷带。然后，提升机构牵引机器人上升(或下降)一个受喷带后停止，接着导轨驱动小车带动机器人反向转动1800，同时喷枪恢复画圆并喷射。如此反复，直至完成整个油罐的喷砂／喷漆工作。导轨之所以交替正反转，是因为驱动机器人所有动作的液压油管都须通过油罐罐身下层圈板上的人孔，若导轨朝一个方向连续旋转，油管将被扯断。机械手位姿控制调整喷嘴至锈蚀面保持最佳距离，调节喷枪与锈蚀面保持最佳夹角，二者均可在现场操作箱和遥控器上设定并显示。
4 控制系统软件
控制系统软件选用嵌入式操作系统肛C／OS一Ⅱ，它是一个源码公开、可移植、可固化、可裁剪的占先式实时多任务操作系统嘲。绝大部分肛C／0S一Ⅱ的源码是用移植性很强的ANSIC写的。¨C／0S一Ⅱ移植方便
且运行稳定，已成功移植到绝大多数8位～64位微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)上。应用程序是与应用相关的代码定制合适的内核服务功能，实现对汕C／0S一Ⅱ的裁剪。与处理器无关的代码就是操作系统的内核，¨C／OS一Ⅱ内核提供所有的系统服务，系统采用pC／0S一Ⅱ(v2．52)版本，内核将应用程序与底层硬件有机的结合成一个实时系统。多任务运行的实现实际上是靠CPU在许多任务之间转换、调度。CPU只有一个，轮番服务于一系列任务中的某一个。每个任务可以认为CPU完全只属于自己，每个任务有自己的一套CPU寄存器和自己的栈空间。使用多任务，可以将很复杂的应用程序层次化，更容易设计与维护。系统任务划分，是将系统中所有要处理的事情划分为一个个相对独立的任务模块，所有待处理的任务模块按顺序建立一个个的任务，并分配任务的优先级。在主程序中，建立这些模块的任务，然后每次执行就绪任务队列中优先级最高的任务。灿C／0S—II的任务调度是按优先级进行的，根据各任务的实时性要求及重要程度，分别设置它们的优先级。
5 总结
机器人动作流畅，系统稳定可靠。其还具有结构紧凑、体积小、占地面积小、动作灵活、速度快、工作范围大、重复位置精度高、操作调整方便、工作稳定可靠等一系列特点。随着我国国民经济建设的发展，喷漆机器人除了在汽车、自行车、摩托车等行业推广应用外，还可用于工程机械、通用机械和家用电器行业的喷漆生产作业中。因此喷漆机器人的推广应用将直接促进工业机器人这一高新技术产业的形成，推动我国机电一体化技术的发展以及产业结构的调整，对促进我国的经济振兴和发展有重要的意义。
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第20篇：水下机器人
班级 机电112 姓名 金鑫 学号 110201209
水下机器人应用发展分析
一、水下机器人的种类及国内现状
1、水下机器人的种类
水下机器人是一种具有智能功能的水下潜器，国内外专家学者根据其智能化程度和使用需求，将水下机器人分为四类：即拖曳式水下机器人TUV(TowingUnderwaterVehicle)、遥控式水下机器人ROV(RemotelyOperatedVehilce)、无人无缆水下机器人UUV(UnmannedUnderwaterVehicle)和智能水下机器人AUV(AutonomousUnderwaterVehicle)。前两种水下机器人均带缆，由母船上人工控制；后两种水下机器均无人无缆，自主航行，分别由预编程控制和智能式控制。
2、国内现状
目前国内研究水下机器人的单位较多，内容也五花八门，但代表国内先进水平的、真正进入实质性试验阶段的仅此几家。它们是：哈尔滨工程大学研制的智能水下机器人AUV，中科院沈阳自动化所研制的无人无缆水下机器人UUV，上海交通大学研制的遥控式水下机器人ROV和中船重工715所研制的拖曳式水下机器人TUV。
二、水下机器人应用前景
水下机器人的应用领域已经不断扩大，如海洋研究、海洋开发和水下工程等，发达的军事大国非常重视水下机器人在未来战争中的应用。水下机器人将成为未来水下战争中争夺信息优势、实施精确打击与智能攻击、完成战场中特殊作战任务的重要设备之一。
目前正处于飞速发展阶段。
1、海洋资源的研究和开发
占地球表面积71%的海洋是是一个富饶而远未得到开发的资源宝库，也是兵戎相见的战场。21世纪，人类面临人口膨胀和生存空间、陆地资源枯竭和社会生产增长、生态环境恶化和人类发展的三大矛盾挑战，要维持自身的生存、繁衍和发展，就必须充分利用海洋资源，这是无可回避的抉择。对人均资源匮乏的我国来说，海洋开发更具有特殊意义。因此，水下机器人将在海洋环境监测、海洋资源勘察、海洋科学研究中发挥重要作用。
2、未来战争中的作用
零伤亡是未来战争中的选择，因而使得无人武器系统在未来战争中的地位倍受重视，其潜在的作战效能越来越明显。作为无人武器系统重要组成部分的水下机器人能够以水面舰船或潜艇为基地，在数十或数百里的水下空间完成环境探测、目标识别、情报收集和数据通讯，将大大地扩展了水面舰船或潜艇的作战空间。尤其是自主航行的水下机器人，它们能够更安全地进入敌方控制的危险区域，能够以自主方式在战区停留较长的时间，是一种效果明显的兵力倍增器。更重要的是，在未来的战争中，“以网络为中心”的作战思想将代替“以平台为中心”的作战思想，水下机器人将成为网络中心站的重要节点，在战争中发挥越来越重要的作用。论文大全。目前各国重点研究的应用包括：水雷对抗、反潜战、情报收集、监视与侦察、目标探测和环境数据收集等。
三、水下机器人关键技术
1、总体技术
水下机器人是一种技术密集性高、系统性强的工程，涉及到的专业学科多达几十种，各学科之间彼此互相牵制，单纯地追求单项技术指标，就会顾此失彼。解决这些矛盾除有很强的系统概念外，还需加强协调。在满足总体技术要求的前提下，各单项技术指标的确定要相互兼顾。
为适应较大范围的航行，从流体动力学角度来看，水下机器人的外形采用低阻的流线型体。结构尽可能采用重量轻、浮力大、强度高、耐腐蚀、降噪的轻质复合材料。
2、仿真技术
水下机器人工作在复杂的海洋环境中，由智能控制完成任务。由于工作区域的不可接近性，使得对真实硬件与软件体系的研究和测试比较困难。为此在水下机器人的方案设计阶段，要进行仿真技术研究，内容为两部分： (1)平台运动仿真
按给定的技术指标和水下机器人的工作方式，设计机器人平台外形并进行流体动力试验，获得仿真用的水动力参数。在建立运动数学模型、确定边界条件后，用水动力参数和工况进行运动仿真，解算各种工况下平台的动态响应，根据技术指标评估平台的运动状态，如有差异,则通过调整平台尺寸、重心浮心等技术参数后再次仿真,„„,直至满足要求为止。 (2)控制硬、软件的仿真
在水中对控制系统的调试和检测具有很大的风险，因此有必要在控制硬、软件装入平台前，在实验室内先对单机性能进行检测，再对集成后的系统在仿真器上做陆地模拟仿真试验，并评估仿真后的性能。内容包括动密封、抗干扰、机电匹配、软件调试。根据结果，进行修改和完善。因而需研究和开发一套用于控制系统仿真的仿真器。仿真器主要由模拟平台、等效载荷、模拟通讯接口、仿真工作站等组成。在仿真器上对控制系统的仿真，可以减少湖海试时的调试工作量，避免由海中不确定因素带来的麻烦。
3、水下目标探测与识别技术
目前，水下机器人用于水下目标探测与识别的设备仅限于合成孔径声纳、前视声纳和三维成像声纳等水声设备。 (1)合成孔径声纳 用时间换空间的方法、以小孔径获取大孔径声基阵的合成孔径声纳，非常适合尺度不大的水下机器人，可用于侦察、探测、高分辨率成像，大面积地形地貌测量等，为水下机器人提供一种性能很好的探测手段。 (2)前视声纳组成的自主探测系统
前视声纳的图像采集和处理系统，在水下计算机网络管理下自主采集和识别目标图像信息，实现对目标的跟踪和对水下机器人的引导。可以通过实验，找出用于水下目标图像特征提取和匹配的方法，建立数个目标数据库，在目标图像像素点较少的情况下，较好的解决数个目标的分类和识别。系统对目标的探测结果，能提供目标与机器人的距离和方位，为水下机器人避碰与作业提供依据。 (3)三维成像声纳
用于水下目标的识别的三维成像声纳，是一个全数字化、可编程、具有灵活性和易修改的模块化系统。可以获得水下目标的形状信息，为水下目标识别提供了有利的工具。
4、智能控制技术
智能控制技术是提高水下机器人的自主性，在复杂的海洋环境中完成各种任务，因此研究水下机器人控制系统的软件体系、硬件体系和控制技术十分重要。
智能控制技术的体系结构是人工智能技术、各种控制技术在内的集成，相当于人的大脑和神经系统。软件体系是水下机器人总体集成和系统调度，直接影响智能水平，它涉及到基础模块的选取、模块之间的关系、数据（信息）与控制流、通讯接口协议、全局性信息资源的管理及总体调度机构。体系结构的目标与水下机器人的研究任务应是一致的，也是提高智能水平（自主性和适应性）的关键技术之一。不断改进和完善体系结构，加强对未来的预报预测能力，使系统更具有前瞻性和自主学习能力。论文大全。
5、规划与决策技术
规划与决策是指对自主式水下机器人在有海流区域工作时姿态和路径的规划与决策，主要确保水下机器人工作时艏向严格顶流。有两种路径规划方法，一种是坐标系旋转法，基本思想是将坐标系绕着Z轴旋转，直到X正半轴方向指向来流方向，在工作中保证机器人的姿态始终与X正半轴方向一致。另一种是基于栅格的位形空间激活值传播法。该方法能方便地实现各种优化条件，并适用于各种复杂的环境，具有较佳的控制生成路径能力和可扩展性，而且算法本身具有内在的并行性，很好地满足了机器人艏向尽量顶流的要求。
6、水下导航(定位)技术
用于自主式水下机器人的导航系统有多种，如惯性导航系统、重力导航系统、海底地形导航系统、地磁场导航系统、引力导航系统、长基线、短基线和光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统等，由于价格和技术等原因，目前被普遍看好的是光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统，该系统无论从价格上、尺度上和精度上都能满足水下机器人的使用要求，国内外都在加大力度研制。
7、通讯技术
为了有效的监测、传输数据﹑协调和回收等，水下机器人需要通讯。目前的通讯方式主要有光纤通讯、水声通讯。 (1)光纤通讯
由光端机（水面）﹑水下光端机﹑光缆组成。其优点是数据率高（100Mbit/s），很好的抗干扰能力。缺点，限制了水下机器人的工作距离和可操纵性，一般用于带缆的水下机器人TUV、ROV。 (2)水声通讯
由于声波在水中的哀减慢，对于需要中远距离通讯的水下机器人，水声通讯是唯一的、比较理想的一种方式。实现水声通讯最主要的障碍是随机多途干扰，要满足较大范围和高数据率传输要求，需解决多项技术难关。要达到实用程度，仍然有大量的工作要做。
8、能源系统技术
水下机器人、特别是续航力大的自主航行水下机器人，需要具有体积小、重量轻、能量密度高、多次反复使用、安全和低成本的能源系统。 (1)热系统
热系统是将能源转换成水下机器人的热能和机械能，包括封闭式循环、化学和核系统。其中由化学反应（铅酸电池、银锌电池、锂电池）给水下机器人提供能源是现今一种比较实用的方法。 (2)电-化能源系统
质子交换膜燃料电池具有水下机器人的动力装置所需的性能。该电池的特点是能量密度大、高效产生电能，工作时热量少，能快速启动和关闭。该电池技术难点是合适的安静泵、气体管路布置、散热、固态电解液以及燃料和氧化剂的有效存储。21世纪燃料电池将极大地改变人们的生活和企业环境。随着生产成本、稳定性等课题得到解决，燃料电池可望成为水下机器人的主导性能源系统。
四、结语
毫无疑问，在海洋开发和末来战争中，水下机器人起着举足轻重的作用。目前国内的水下机器人(主要是AUV、UUV)还处于研制试验阶段，很多关键技术还没有突破，离实际使用尚有一段距离。要瞄准目标，抓住时机，开拓创新，争取在水下机器人这一领域拥有更多的自主技术。
