机器人自动化及仿真的研究进展

[摘 要]机器人技术已在工业、国防等领域得到了广泛的应用，引领高科技发展的前沿方向。然而实体机器人结构复杂、造价昂贵、维护不便，限制了机器人技术的发展。仿真技术为解决这些困难提供了方向。工业机器人具有多种特点，在结构上与人形似，具有较多的功能，而且能够被编程，从而按照人类的思维模式进行各项工作，能给人带来较大便利。工业机器人基于自身特性，能够在多种行业中发挥出较好作用，所以有着广阔的应用前景。本文首先介绍了机器人仿真技术的研究，在此基础上进一步分析了机器人自动化的特点，并根据研究的现状指出了机器人发展的方向。

[关键词]机器人；仿真研究；自动化

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0123-01

引言

机器人的本质就是高科技的机器装置，但是和一般机器装置不同是机器人还具备了一些智能能力，比如动作能力、规划能力以及感知能力等等，这些特殊的能力也使得机器人具备了高度的灵活性。机器人纳鲜兰统醴⒚饕岳匆丫取得了长足的进步，特别是近些年来，科学技术的飞速发展让机器人仿真技术的发展有了质的飞越，随着机器人技术越来越成熟，其功能也越来越强大，也被越来越多的行业运用在实际的生产中，并取得了良好的成果。在不断的研究和实践中，人们逐渐认识到机器人技术的本质就是各种交互技术的结合，随着科技的发展，机器人的仿真技术和自能化能力需要不断的开发，充分的发挥其潜力，实现多层次的自动化能力，并通过合理的操作来取代人们生产过程中的费力和危险活动。

我国机器人仿真技术的研究对象主要集中在机器人运动学、轨迹规划、动力学以及操作实体建模等方面，虽然我国仿真技术起步比较晚，但发展极为迅速。

一、机器人仿真研究

微软的windows平台是机器人仿真技术开发的基础，仿真技术的程序设计环节以及几何建模环节则需要采用面向对象的程序设计方法。在设计机器人仿真模型的过程中，通过研究对象的具体过程分析获得模型，为后续仿真机器人的过程奠定基础，在这一过程中常使用的开发工具是Open GL以及Visual C++，其中Visual C++这一款开发工具与OOA（面向对象分析）、OOD（面向对象设计）、OOP（面向对象编程）紧密的结合，为机器人仿真技术编程等环节提供了强大技术支持和有效的操作方式。目前常用机器人仿真软件有IGRIP，ROBCAD，DELMIA 等。

世界上第一台机器人的出现离现在只有100多年的历史，但是从历史来看，人们对机器人的渴望和描述可以追溯到三千多年以前，那时的人类就希望建造成一种机器可以协助人们完成很多繁重的劳动。随着第三次科技革命的不断深化，科学技术得到了长足的发展，机器人的制造技术也得以有了较大的进步，其中机器人的视觉以及触觉技术的改善就是典型的例子。由于技术的不断进步，机器人的概念也发生了一些变化，从上世纪八十年代开始，机器人的发展方向也由以前的单一机器逐步向决策、感觉以及思考等更加智能化的方向发展，同时机器人技术的研究范围也不断的延生，空间机器人、水下机器人以及微小型机器人等一些新型的机器人形态也被广泛的创造，让过去很难操作的问题得到很好的解决，为人们的生活生产带来了极大的便利。将机器人的控制技术、职能技术以及传感技术、影像采集等等运用到生产生活的各个领域便产生了形态各异、功能不同的众多智能机器人类型。

目前各国的智能机器人研究进行的非常迅速，同时也取得了很多成就。比如英国的伦敦机器人研究中心就研究了一款猎豹机器人，该机器人的移动速度能够比正常人的移动速度要高出许多并能够保持良好的稳定性；美国的洛杉矶职能研究所研究出了一款代号为“阿加尔”的机器人，该机器人没有头部，只有四肢和躯干，在崎岖的山路以及颠簸的地形行走迅速，必要时候能够用手臂前进，该机器人以及被广泛运用在地形勘探中并取得良好的效果。

二、机器人自动化控制系统的特点

机器人白动化是实现工业高效、安全生产的关键技术之一，机器人的发展是高强度、危险劳动所必须具备的手段，通过现代及将来技术人员攻克机器人白动化的发展瓶颈，开发出适应不同条件下的机器人，可以广泛应用于各行各业，这需要不断利用新技术、新手段完善提高机器人白动化控制系统，以实现少人工作、安全生产的目标。

机器人白动化控制系统的特点：

1）机器人的控制系统与机构运动学和动力学密切相关，机器人的控制系统在各种坐标下都可对机器人手足状态进行描述，并且可以根据需要对参考坐标系进行选择，对机器人需要完成的动作做适当的坐标变换。

2）一个较简单的机器人也需要三到六个自由度，而复杂系统的机器人则需要十几个甚至几十个自由度，每一个白由度一般都包含一个与之相适应、协调的伺服机构，组成一个多变量控制系统。

3）机器人需要完成的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成，在这些方式和路径中需要考虑机器人动作的“最优路径”的问题，只有找到“最优路径”才可以发挥机器人的最大效率，对于高级、复杂的机器人则可采用人工智能的方法，利用计算机建立放大的信息库，借助计算机所建立的信息库进行控制决策、管理和操作。

4）由计算机来实现多个独立的伺服系统的协调控制，使其按照人的意志行动，甚至赋予机器人一定智能任务。

三、机器人发展前景分析

在日常生活中，机器人的身影也悄然出现。目前，出自机器人“奥特曼”之手的“奥式削面”已经悄然面世。“奥式削面”可根据顾客喜好调节面条薄厚，很多顾客在食用后，都对这个“削面师傅”竖起大拇指。从微观生活到规模化操作，机器人正在渗入人类生活中的细枝末节一场可以预见的“机器人代工”时代已经到来，拥有13亿人口的中国又将如何应对？但作为世界第一的劳动力大国，中国应该预见到这种发展趋势。从全球来看，家电生产、汽车制造中已经基本实现机器人作业。而在石油勘探、化工制造以及核电站等危险环境下，则更需要机器人尽快投入使用。资料显示，上世纪60年代末以来，机器人开始进入工业领域。从目前看，全世界60%的机器人出自日本，尤其是高端机器人。作为机器人新兴市场的中国、东南亚、印度等国家和地区也出现显著增长。近年来，工业机器人的应用领域正向电子信息产业以及建筑、采矿等领域延伸。专家预计，未来工业机器人年均增速有望达到25%左右，用于物流、搬运的移动机器人每年增幅将不低于20%。机器人将成为未来市场炙手可热的领域，世界各国都在抢占先机，以期赢在“第一起跑线”。此前有媒体报道说，日本打算在2020年用机器人逐步替代工资高昂的劳工，以占据价格优势。中国潜在的巨大市场需求也初露端倪。资料显示，随着中国制造业自动化的发展，特别是作为工业机器人主要应用领域的汽车及汽车零部件制造业的发展，工业机器人的装配量将会快速增长。

结语

随着机器人研究的不断深入和发展，机器人白动化控制的应用领域将越来越宽，经济效益和社会效益也会随之越来越显著。现在应该强调的是，机器人白动化控制在工业生产的应用还处于初级发展阶段，需要与之相适应的计算机、机械行业的同步发展，但由于机器人白动化技术对于工业白动化领域的重要性，相信随着人工智能、传感器技术、计算机技术、通信技术等影响机器人及其白动化关键技术的发展，在未来实现工业无人化生产方面将起着关键性的作用。

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