尖端机器人技术简介

机器人技术作为信息技术和先进制造技术的典型代表和主要技术手段,已成为世界各国竞相发展的技术。目前最尖端的机器人技术是类人型机器人。研制具有人类外观特征,可以模拟人类行走与基本操作功能的类人型机器人,一直是人类的梦想之一。类人型机器人广泛涉及人工智能、计算机视觉、自动控制、精密仪器、传感和信息等一系列学科的创新研究 和综合集成,是一门综合性很强的学科,代表着一个国家的高科技发展水平。因此,世界发达国家都不惜投入巨资进行开发研究。

日、美、英等国都在研制仿人形机器人方面做了大量的工作,并已取得突破性的进展。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形机器人P3,美国麻省理工学院研制出了仿人形机器人科戈(COG),德国和澳洲共同研制出了装有52个汽缸,身高2米、体重150公斤的大型机器人。本田公司最新开发的新型机器人”阿西莫”,身高120厘米,体重43公斤,它的走路方式更加接近人。我国也在这方面作了很多工作,国防科技大学、哈尔滨工业大学研制出了双足步行机器人,北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学研制出了多指灵巧手等。

双足步行机器人研究是一个很诱人的研究课题,而且难度很大。在日本开展双足步行机器人研究已有30多年的历史,研制出了许多可以静态、动态稳定行走的双足步行机器人。日本本田公司研制的双足步行机器人P2和P3是其中的佼佼者。它们不仅能走平路,还可以走台阶和倾斜的路。它们站立稳定,推不倒,脚底不平也能保持身体的直立姿态。1997年我国国务院总理李鹏前往日本本田公司总部参观时,机器人P3接待了李鹏总理。

我国在仿人形机器人方面也做了大量研究,并取得了很多成果。经过十年攻关,国防科技大学研制成功我国第一台仿人型机器人–“先行者”,实现了机器人技术的重大突破。”先行者”有人一样的身躯、头颅、眼睛、双臂和双足,有一定的语言功能,可以动态步行。

北京航空航天大学机器人研究所于80年代末开始灵巧手的研究与开发,最初研究出来的BH-1型灵巧手功能相对简单,但填补了当时国内空白。在随后的几年中又不断改进,现在的灵巧手已能灵巧地抓持和操作不同材质、不同形状的物体。它配在机器人手臂上充当灵巧末端执行器可扩大机器人的作业范围,完成复杂的装配、搬运等操作。比如它可以用来抓取鸡蛋,既不会使鸡蛋掉下,也不会捏碎鸡蛋。灵巧手在航空航天、医疗护理等方面有应用前景。

微型机器人

随着电子器件的不断缩小,组装仪器时要求的精密度也在不断增加。现在,科学家正在研制微型机器人,能在桌面大小的地方组装像硬盘驱动器之类的精密小巧的产品。军队也对这种微型机器人表现出了浓厚的兴趣。他们设想制造出大到鞋盒子,小到硬币大小的机器人,它们会爬行,跳跃,到达敌军后方,为不远处的部队或千里之外的总部收集情报。这些机器人是廉价的,可以大量部署,它们可以替代人进入难以进入或危险的地区,进行侦察、排雷和探测生化武器的工作。日本已制作出利用太阳电池的微小机器人,它只有钱币大小。太阳能电池产生的电力驱动马达使机器人向着光亮的地方前进。1992年,日本精工爱普生公司开发研制出一台光敏微型机器人”先生”,体积不到3立方厘米,重1.5克。它由97种不同的手表零件制成。充上电后,这个机器人能以每秒1.13厘米的速度移 动大约5分钟。

微型飞行器被认为是未来战场上的重要侦察和攻击武器,能以可接受的成本执行某一有价值的任务。这种飞行器必须能够传输实时图像或执行其它功能,有足够小的尺寸(小于20厘米)、足够的巡航范围(如不小于5公里)和飞行时间(不小于15分钟)。微型飞行器由于具有特殊的用途而倍受关注。一个重要应用是军事侦察,可装备到士兵班,进行敌情侦察及监视。还可用于战争危险估计、目标搜索、通信中继,监测化学、核或生物武器,侦察建筑物内部情况。可适用于城市、丛林等多种战争环境。因为其便于携带,操作简单,安全性好的优点,可以在部队中大量装备。在非军事领域,配置有相应传感器的微型飞行器可以用来搜寻灾难幸存者、有毒气体或化学物质源,消灭农作物害虫等。 上海交通大学研制出的SMA六足微小型机器人,外观如同一只小甲虫,外形尺寸为25×30×30mm3,重20克,步行速度18 mm/分,有12个自由度,SMA(形状记忆合金)作为驱动源。

另外,微型机器人在医疗和生物工程中也有十分重要的作用。如无损伤医用微型机器人主要应用于人体内腔的疾病医疗,可以大大减轻或消除目前临床上广泛使用的各类内窥镜、内注射器、内送药装置等医疗器械给患者带来的严重不适及痛苦。在生物和医学工程中常用的微操作过程主要有两大类:微注射操作和微切割操作,这两种操作在现代生物和医学研究中均起到了非常重要的作用。而微型机器人将能很好地进行这两种操作,从而推动生物医学工程的发展。

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