【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 開洞筑路；農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以耕耘播種、施肥除蟲；軍用機(jī)器人可以沖鋒陷陣、排雷排彈……　　現(xiàn)在社會(huì)上對(duì)機(jī)器人有很多迷惑，有人認(rèn)為機(jī)器人無所不能。這些朋友是從電影、電視、小說中認(rèn)識(shí)機(jī)器人的，他們眼中的機(jī)器人是神通廣大的萬能機(jī)器，當(dāng)他們看到現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人時(shí)，他們會(huì)認(rèn)為現(xiàn)在的機(jī)器人太普通，不能稱之為機(jī)器人。有人認(rèn)為機(jī)器人是人，形狀必須像人，不像人怎么能叫機(jī)器人，然而現(xiàn)實(shí)中絕大多數(shù)的機(jī)器人樣子不像人，這使很多機(jī)器人愛好者大失所望。還有人認(rèn)為機(jī)器人上崗，工人就會(huì)下崗，無形中把機(jī)器人當(dāng)成了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，他們沒有想到機(jī)器人會(huì)為人做許多有益的事情，會(huì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給人類創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3 機(jī)器人定義　　在科技界，科學(xué)家會(huì)給每一個(gè)科技術(shù)語一個(gè)明確的定義，但機(jī)器人問世已有幾十年，機(jī)器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見。原因之一是機(jī)器人還在發(fā)展，新的機(jī)型，新的功能不斷涌現(xiàn)。根本原因主要是因?yàn)闄C(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問題。就像機(jī)器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對(duì)機(jī)器人充滿了幻想。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間　　其實(shí)并不是人們不想給機(jī)器人一個(gè)完整的定義，自機(jī)器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什么是機(jī)器人。但隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時(shí)代的到來，機(jī)器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富，機(jī)器人的定義也不斷充實(shí)和創(chuàng)新?！　?886 年法國作家利爾亞當(dāng)在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機(jī)器起名為“安德羅丁” （android） ，它由 4 部分組成：　　1，生命系統(tǒng)（平衡、步行、發(fā)聲、身體擺動(dòng)、感覺、表情、調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)等） ；　　2，造型解質(zhì)（關(guān)節(jié)能自由運(yùn)動(dòng)的金屬覆蓋體，一種盔甲） ；　　3，人造肌肉（在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態(tài)） ；　　4，人造皮膚（含有膚色、機(jī)理、輪廓、頭發(fā)、視覺、牙齒、手爪等） ?！　?920 年捷克作家卡雷爾卡佩克發(fā)表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機(jī)器人》 。在劇本中，卡佩克把捷克語“Robota”寫成了“Robot” ， “Robota”是奴隸的意思。該劇預(yù)告了機(jī)器人的發(fā)展對(duì)人類社會(huì)的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。在該劇中，機(jī)器人按照其主人的命令默默地工作，沒有感覺和感情，以呆板的方式從事繁重的勞動(dòng)。后來，羅薩姆公司取得了成功，使機(jī)器人具有了感情，導(dǎo)致機(jī)器人的應(yīng)用部門迅速增加。在工廠和家務(wù)勞動(dòng)中，機(jī)器人成了必不可少的成員。機(jī)器人發(fā)覺人類十分自私和不公正，終于造反了，機(jī)器人的體能和智能都非常優(yōu)異，因此消滅了人類。　　但是機(jī)器人不知道如何制造它們自己，認(rèn)為它們自己很快就會(huì)滅絕，所以它們開始尋找人類的幸存者，但沒有結(jié)果。最后，一對(duì)感知能力優(yōu)于其它機(jī)器人的男女機(jī)器人相愛了。這時(shí)機(jī)器人進(jìn)化為人類，世界又起死回生了?！　】ㄅ蹇颂岢龅氖菣C(jī)器人的安全、感知和自我繁殖問題?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步很可能引發(fā)人類不希望出現(xiàn)的問題。雖然科幻世界只是一種想象，但人類社會(huì)將可能面臨這種現(xiàn)實(shí)?！　榱朔乐箼C(jī)器人傷害人類，科幻作家阿西莫夫于 1940 年提出了“機(jī)器人三原則”：　　1，機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；　　2，機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；　　3，機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外?！　∵@是給機(jī)器人賦予的倫理性綱領(lǐng)。機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則?！　≡?1967 年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議上，就提出了兩個(gè)有代表性的定義。一是浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4森政弘與合田周平提出的：“機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等 7 個(gè)特征的柔性機(jī)器” 。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動(dòng)性、智能性、個(gè)體性、半機(jī)械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動(dòng)性等 10 個(gè)特性來表示機(jī)器人的形象。另一個(gè)是加藤一郎提出的具有如下 3 個(gè)條件的機(jī)器稱為機(jī)器人：　　1，具有腦、手、腳等三要素的個(gè)體；　　2，具有非接觸傳感器（用眼、耳接受遠(yuǎn)方信息）和接觸傳感器；　　3，具有平衡覺和固有覺的傳感器?！≡摱x強(qiáng)調(diào)了機(jī)器人應(yīng)當(dāng)仿人的含義，即它靠手進(jìn)行作業(yè)，靠腳實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，由腦來完成統(tǒng)一指揮的作用。非接觸傳感器和接觸傳感器相當(dāng)于人的五官，使機(jī)器人能夠識(shí)別外界環(huán)境，而平衡覺和固有覺則是機(jī)器人感知本身狀態(tài)所不可缺少的傳感器。這里描述的不是工業(yè)機(jī)器人而是自主機(jī)器人?！　C(jī)器人的定義是多種多樣的，其原因是它具有一定的模糊性。動(dòng)物一般具有上述這些要素，所以在把機(jī)器人理解為仿人機(jī)器的同時(shí)，也可以廣義地把機(jī)器人理解為仿動(dòng)物的機(jī)器。　　1988 年法國的埃斯皮奧將機(jī)器人定義為：“機(jī)器人學(xué)是指設(shè)計(jì)能根據(jù)傳感器信息實(shí)現(xiàn)預(yù)先規(guī)劃好的作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法作為研究對(duì)象” 。　　1987 年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。 ”　　我國科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器” 。在研究和開發(fā)未知及不確定環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人的過程中，人們逐步認(rèn)識(shí)到機(jī)器人技術(shù)的本質(zhì)是感知、決策、行動(dòng)和交互技術(shù)的結(jié)合。隨著人們對(duì)機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識(shí)的加深，機(jī)器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透。結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，人們發(fā)展了各式各樣的具有感知、決策、行動(dòng)和交互能力的特種機(jī)器人和各種智能機(jī)器，如移動(dòng)機(jī)器人、微機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、空中空間機(jī)器人、娛樂機(jī)器人等。對(duì)不同任務(wù)和特殊環(huán)境的適應(yīng)性，也是機(jī)器人與一般自動(dòng)化裝備的重要區(qū)別。這些機(jī)器人從外觀上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了最初仿人型機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人所具有的形狀，更加符合各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增強(qiáng)，從而為機(jī)器人技術(shù)開辟出更加廣闊的發(fā)展空間?！　≈袊こ淘涸洪L宋健指出：“機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用是 20 世紀(jì)自動(dòng)控制最有說服力的成就，是當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化” 。機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高技術(shù)的發(fā)展前沿，它在人類生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大正引起國際上重新認(rèn)識(shí)機(jī)器人技術(shù)的作用和影響。 機(jī)器人分類浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5關(guān)于機(jī)器人如何分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的按負(fù)載重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分。一般的分類方式見表：表 11 機(jī)器人分類分類名稱 簡(jiǎn)要解釋操作型機(jī)器人 能自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個(gè)自由度，可固定或運(yùn)動(dòng)，用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)中。程控型機(jī)器人 按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。示教再現(xiàn)型機(jī)器人 通過引導(dǎo)或其它方式，先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。數(shù)控型機(jī)器人 不必使機(jī)器人動(dòng)作，通過數(shù)值、語言等對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。感覺控制型機(jī)器人 利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作。適應(yīng)控制型機(jī)器人 機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境的變化，控制其自身的行動(dòng)。學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人 機(jī)器人能“體會(huì)”工作的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“學(xué)”的經(jīng)驗(yàn)用于工作中。智能機(jī)器人 以人工智能決定其行動(dòng)的機(jī)器人。我國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨(dú)立成體系的趨勢(shì)，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。目前，國際上的機(jī)器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人，這和我國的分類是一致的。機(jī)器人運(yùn)用的領(lǐng)域也越來越廣泛。不僅在國民經(jīng)濟(jì)中扮演了重要的角色，而且在深海探測(cè)，科學(xué)研究，太空計(jì)劃等前沿領(lǐng)域得以大展身手。本文中提到的登月車實(shí)際上就是種類繁多的工業(yè)機(jī)器人在太空中的應(yīng)用。 我國登月車需要解決的主要關(guān)鍵技術(shù)我國深空探測(cè)急需解決的技術(shù)是：① 深空通信[7]和測(cè)控網(wǎng)；[8]② 登月軌道設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)；[9]③ 軟著陸登陸技術(shù)；④ 月球探測(cè)機(jī)器人遙感科學(xué)技術(shù)[10]。 根據(jù)月球環(huán)境及特點(diǎn)，考慮到登月車所執(zhí)行的任務(wù)，登月車研究包括以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。 （1）輕小型機(jī)械及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6 登月車的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)應(yīng)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，同時(shí)與之配套的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)具備很好的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的爬坡和翻越障礙的能力。目前已經(jīng)出現(xiàn)的行駛機(jī)構(gòu)主要有履帶式、腿式和輪式，其中輪式的效率最高，但適應(yīng)能力最差，而腿式的適應(yīng)能力最強(qiáng)但效率最差。 （2）大時(shí)延遙操作技術(shù) 登月車遙操作中最主要的問題是空間與地面通信中的時(shí)間延遲，以及有限的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。通信延遲包括遙控指令的延遲和遙測(cè)信號(hào)的延遲，主要是由光傳播速度造成的。時(shí)延使連續(xù)遙操作閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。目前，3D 預(yù)測(cè)仿真圖形是解決大時(shí)延遙操作的主要方法，為此需建立登月車和月球環(huán)境的預(yù)測(cè)仿真圖形顯示系統(tǒng)，在良好人機(jī)界面的條件下進(jìn)行遙操作。 （3）自主導(dǎo)航、定位與控制 登月車應(yīng)同時(shí)具備自主與遙操作兩種工作方式。由于月球場(chǎng)景數(shù)據(jù)與遙操作指令傳輸存在大時(shí)延問題，所以對(duì)登月車有必要實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、定位與控制，在自主和遙操作配合的情況下完成任務(wù)。 （4）傳感技術(shù) 自主導(dǎo)航的前提是登月車配備完善的傳感系統(tǒng)，充分、細(xì)致地感知外部環(huán)境，同時(shí)將遙測(cè)數(shù)據(jù)傳回地面控制臺(tái)。 （5）信號(hào)的壓縮、傳輸與恢復(fù) 對(duì)在大時(shí)延、數(shù)據(jù)傳輸帶寬有限條件下的信號(hào)壓縮、傳輸與恢復(fù)技術(shù)的研究。 （6）安全及可靠性技術(shù) 包括材料、密封、潤滑、能源、溫控、故障診斷與處理等技術(shù)。 研究的主要內(nèi)容登月車模型玩具設(shè)計(jì)，模仿登月車的基本功能和設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用“模擬制造”的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)可完成規(guī)定動(dòng)作的登月車，完成理論方案的設(shè)計(jì)，運(yùn)用 PROE 軟件進(jìn)行的實(shí)體造型和對(duì)所設(shè)計(jì)登月車的進(jìn)行受力分析，模型設(shè)計(jì)，模擬裝配。運(yùn)用對(duì)登月車的控制系統(tǒng)進(jìn)行電子電路硬件設(shè)計(jì)，并用單片機(jī)進(jìn)行編程。設(shè)計(jì)的登月車能夠在限定的時(shí)間（十分鐘）內(nèi)完成以下動(dòng)作：1）登月車攜帶紅旗翻越障礙。2）登月車將紅旗插在指定地點(diǎn)的旗樁上并站立。3）登月車拾取藍(lán)色木塊按要求放入指定基地區(qū)。 設(shè)計(jì)要求（1）登月車以收起機(jī)械臂計(jì)，其長度小于或等于 300mm、寬度小于或等于 300mm、高度小于或等于 300mm。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7（2）登月車的驅(qū)動(dòng)可采用各種形式的原動(dòng)機(jī)，不允許使用人力直接驅(qū)動(dòng)，若使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其電源應(yīng)為安全電源。（3）登月車前進(jìn)方式不限，拾取木塊的方式和每次拾取木塊的數(shù)量不限。（4）登月車的控制可采用有線或無線遙控方式工作場(chǎng)地及用品規(guī)格（1）本登月車工作場(chǎng)地采用木質(zhì)地板，場(chǎng)地尺寸： 4000mm 2022mm，四周圍板高200mm。（2）場(chǎng)地細(xì)節(jié)見圖 11，圖中障礙管采用市售 216。50、 216。90、216。110 及 216。160PVC 塑料管。（3）木塊尺寸：216。4040，漆成藍(lán)色和黃色，其中藍(lán)色木塊的另一端底面漆成紅色。（4）紅旗尺寸：120200 直角三角形。（5）紅旗旗桿尺寸：216。3300。圖 11 場(chǎng)地浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8第二章 產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路－虛擬設(shè)計(jì)技術(shù) 虛擬制造隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，制造業(yè)中許多新概念、新觀點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生，虛擬制造(virtual manufacturing)就是其中之一，它代表了一種全新的制造體系和模式。在虛擬制造中，基于數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品開發(fā)方式(virtual product development)，以用戶的需求為驅(qū)動(dòng)，并將用戶需求轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的各種功能特征。虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是各種現(xiàn)代制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。虛擬制造技術(shù)是多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的綜合集成與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)仿真、建模和優(yōu)化技術(shù)是虛擬制造的核心與關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)設(shè)計(jì)、制造等生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)一建模，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段或產(chǎn)品制造之前，就能真實(shí)地模擬出產(chǎn)品的未來制造全過程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能、成本及可制造性，從而更有效、更經(jīng)濟(jì)靈活地進(jìn)行組織生產(chǎn)，合理配置工廠和車間的資源，使生產(chǎn)布局更合理、更有效，以達(dá)到產(chǎn)品開發(fā)周期和成本最優(yōu)化，生產(chǎn)效率最高化之目的。針對(duì)虛擬制造的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有的研究手段和條件，構(gòu)建了一個(gè)虛擬設(shè)計(jì)與制造環(huán)境。 虛擬設(shè)計(jì)與制造環(huán)境的總體結(jié)構(gòu)虛擬設(shè)計(jì)與制造環(huán)境的總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。該環(huán)境由以下幾個(gè)部分組成：主控制界面、參數(shù)化CAD／CAM 系統(tǒng)、虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境、虛擬裝配環(huán)境、虛擬加工環(huán)境，機(jī)床建模環(huán)境和數(shù)據(jù)集成管理模塊。主控制界面用于幫助用戶在各個(gè)子環(huán)境之間進(jìn)行切換。虛擬設(shè)計(jì)、裝配和加工環(huán)境均是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)所創(chuàng)建的具有一定沉浸感的三維虛擬環(huán)境，其中設(shè)計(jì)環(huán)境可以讓用戶從各個(gè)角度觀察，變換和修改由CAD系統(tǒng)所生成的參數(shù)化模型；裝配環(huán)境可以使用戶通過直接操作虛擬環(huán)境中的零件來進(jìn)行裝配操作；虛擬加工環(huán)境則為用戶提供了一個(gè)虛擬的車間環(huán)境，以進(jìn)行零件加工過程的分析。虛擬設(shè)計(jì)與加工環(huán)境通過系統(tǒng)主控制界面來調(diào)用參數(shù)化CAD／CAM 系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程中，用戶可通過主控制界面選擇進(jìn)入相應(yīng)虛擬環(huán)