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【篇1】機(jī)器人技術(shù)論文

　　智能機(jī)器人的未來發(fā)展趨勢。

　　摘要:通過老師對(duì)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)的說明和各組同學(xué)課外知識(shí)的介紹，以及自己在網(wǎng)上查機(jī)器人的知識(shí)和論文，掌握了機(jī)器人的基本知識(shí)和應(yīng)用。我對(duì)智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和世界各國智能機(jī)器人的發(fā)展水平和應(yīng)用有了新的認(rèn)識(shí)。在掌握了機(jī)器人的基本知識(shí)以后，我對(duì)機(jī)器人將來的發(fā)展趨勢有自身的看法。

　　關(guān)鍵詞:機(jī)器人、發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用、趨勢。

　　1、引言。

　　機(jī)器人的定義是可編程和多功能的操作機(jī)，用于搬運(yùn)材料、零件和工具，或者為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可變化和可編程動(dòng)作的專業(yè)系統(tǒng)。

　　智能機(jī)器人是在感覺上全面模擬人的機(jī)器系統(tǒng)，外形不一定像人。它是人工智能技術(shù)的綜合考場，可以全面考察人工智能各領(lǐng)域的技術(shù)，研究彼此的關(guān)系。也可以在有害環(huán)境中代替人從事危險(xiǎn)工作、天下海、戰(zhàn)場作業(yè)等方面大顯身手。

　　智能機(jī)器人應(yīng)具備感知環(huán)境的能力、執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)影響環(huán)境的能力和感知與行動(dòng)聯(lián)系的能力三個(gè)方面。智能機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人的根本區(qū)別在于智能機(jī)器人具有感知功能和識(shí)別、判斷和規(guī)劃功能。

　　隨著智能機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，人們期待智能機(jī)器人在更多領(lǐng)域?yàn)槿祟惙?wù)，代替人類完成更復(fù)雜的工作。但是，智能機(jī)器人的環(huán)境往往不為人知，難以預(yù)測。智能機(jī)器人應(yīng)完成的工作任務(wù)也越來越復(fù)雜，人工分析智能機(jī)器人的行為，設(shè)計(jì)也越來越困難。目前，國內(nèi)外對(duì)智能機(jī)器人的研究也越來越深入。

　　通過學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)和課后討論，觀看各組的說明和相關(guān)機(jī)器人視頻，分析了國內(nèi)外智能機(jī)器人的發(fā)展，討論了智能機(jī)器人發(fā)展中存在的問題，最后提出了智能機(jī)器人發(fā)展的想法。

　　2、國內(nèi)外該領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀綜述。

　　2.1智能機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀。

　　智能機(jī)器人是第三代機(jī)器人，該機(jī)器人具有多種傳感器，可融合多種傳感器獲得的信息，有效適應(yīng)變化環(huán)境，具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力和自治功能。

　　目前開發(fā)中的智能機(jī)器人智能水平并不高，只能說是智能機(jī)器人的初級(jí)階段。在智能機(jī)器人研究中，目前的核心問題有兩個(gè)。另一方面，提高智能機(jī)器人的自主性是智能機(jī)器人與人的關(guān)系，也就是說，希望智能機(jī)器人與人更加獨(dú)立，具有更加友好的人機(jī)界面。從長遠(yuǎn)來看，只要操作人員給出要完成的任務(wù)，機(jī)器就能自動(dòng)形成完成任務(wù)的步驟，自動(dòng)完成。另一方面，提高智能機(jī)器人的適應(yīng)性，提高智能機(jī)器人適應(yīng)環(huán)境變化的能力，是智能機(jī)器人與環(huán)境的關(guān)系，希望加強(qiáng)交互關(guān)系。

　　智能機(jī)器人涉及到很多關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)關(guān)系到智能機(jī)器人的智能高低。這些重要技術(shù)主要包括多傳感信息耦合技術(shù)，多傳感信息融合是指綜合多傳感器的感知數(shù)據(jù)，產(chǎn)生更可靠、更準(zhǔn)確、更全面的信息，融合的多傳感器系統(tǒng)更完善、更準(zhǔn)確地反映檢測對(duì)象的特性，消除信息的不確定性，提高信息的可靠性

　　在各國智能機(jī)器人的發(fā)展中，美國智能機(jī)器人技術(shù)在國際上一直處于領(lǐng)先地位，其技術(shù)全面、先進(jìn)、適應(yīng)性強(qiáng)、性能可靠、功能全面、精度高，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已廣泛應(yīng)用于宇宙、汽車工業(yè)。日本由于一系列扶植政策，各種機(jī)器人包括智能機(jī)器人發(fā)展迅速。歐洲各國在智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用方面處于世界公認(rèn)的領(lǐng)先地位。我國起步較晚，進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，以機(jī)器人為媒體推進(jìn)制造業(yè)整體變化，推進(jìn)高科技產(chǎn)業(yè)整體成長。

　　2.2智能機(jī)器人的廣泛應(yīng)用。

　　現(xiàn)代智能機(jī)器人基本上可以根據(jù)人的命令完成各種復(fù)雜的工作，如深海探測、作戰(zhàn)、偵察、信息收集、危險(xiǎn)、服務(wù)等工作，模擬人類不能或不想完成的工作，不僅可以自主完成工作，還可以與人合作完成工作

　　智能機(jī)器人根據(jù)工作場所的不同，可分為管道、水下、空中、地面機(jī)器人等。管道機(jī)器人可用于檢測管道使用中的破裂、腐蝕和焊接質(zhì)量，在惡劣環(huán)境下承擔(dān)管道的清潔、涂裝、焊接、內(nèi)部研磨等維護(hù)，修復(fù)地下管道的水下機(jī)器人可用于海洋科學(xué)研究、海上石油開發(fā)、海底礦藏勘探、海底撈救生等空中機(jī)器人可用于通信、氣象、災(zāi)害監(jiān)測、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等服務(wù)機(jī)器人半自主或全自主工作，為人類提供服務(wù)，其中醫(yī)療機(jī)器人具有良好的應(yīng)用前景

　　在國防領(lǐng)域，軍用智能機(jī)器人得到前所未有的重視和發(fā)展，近年來，美英等國開發(fā)了第二代軍用智能機(jī)器人，其特點(diǎn)是采用自主控制方式，完成偵察、作戰(zhàn)和物流支援等任務(wù)，在戰(zhàn)場上具有觀察、嗅覺等能力，自動(dòng)跟蹤地形和選擇道路，具有自動(dòng)搜索、識(shí)別和消滅敵人目標(biāo)的功能。例如，美國的Navplab自主導(dǎo)航車、SSV自主地面坦克等。在未來的軍事智能機(jī)器人中，智能戰(zhàn)斗機(jī)器人、智能偵察機(jī)器人、智能警戒機(jī)器人、智能士兵機(jī)器人、智能運(yùn)輸機(jī)器人等也成為防衛(wèi)裝備的新亮點(diǎn)。

　　在服務(wù)工作方面，世界各國尤其是西方發(fā)達(dá)國家都在致力于研發(fā)和廣泛應(yīng)用服務(wù)智能機(jī)器人，以掃地機(jī)器人為例，隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人們希望能夠更加從繁瑣的日常事務(wù)中脫穎而出，這就使掃地機(jī)器人進(jìn)入家庭成為可能。日本公司開發(fā)的地板清掃機(jī)器人，可以沿著墻壁從任何位置自動(dòng)啟動(dòng)，利用旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物清掃到自己的容器中的車站地板清洗機(jī)器人工作時(shí)，將清洗液灑在地板上，用旋轉(zhuǎn)刷不斷清洗地板，將污水吸入帶來的容器中的工廠的自動(dòng)清掃機(jī)器人可以用于各種工廠的清掃工作。美國的清掃機(jī)器人Roomba具有很高的自主能力，可以在房間各家具的間隙游走，靈巧地完成清掃。瑞典的機(jī)器人三葉蟲表面光滑圓形，內(nèi)置搜索雷達(dá)，可以迅速檢測和避免桌腿、玻璃器皿、寵物和其他障礙物。微處理器識(shí)別這些障礙物時(shí)，可以重新選擇路線，重新判斷和計(jì)算整個(gè)房間，保證房間的各個(gè)角落被清掃。

　　現(xiàn)代智能機(jī)器人不僅在上述方面有著廣泛的應(yīng)用，而且會(huì)滲透到生活的方方面面面，像煤炭工業(yè)在礦業(yè)方面，考慮到社會(huì)對(duì)煤炭需求量日益增長的趨勢和煤炭開采的惡劣環(huán)境，將智能機(jī)器人應(yīng)用到礦業(yè)是必不可少的。在建筑方面，有高層建筑抹灰機(jī)器人、預(yù)制品安裝機(jī)器人、室內(nèi)裝飾機(jī)器人、擦拭玻璃機(jī)器人、地板研磨機(jī)器人等。在核工業(yè)方面，主要研究機(jī)構(gòu)靈活、動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重量輕的機(jī)器人等。智能機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，人們希望智能機(jī)器人能夠在更多領(lǐng)域?yàn)槿祟惙?wù)，代替人類完成更復(fù)雜的工作。

　　3.討論和展望和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。

　　3.1智能機(jī)器人發(fā)展趨勢展望。

　　智能機(jī)器人發(fā)展前景廣闊，目前機(jī)器人研究處于第三代智能機(jī)器人階段，國內(nèi)外研究取得了很多成果，但智能水平仍不令人滿意。未來的智能機(jī)器人應(yīng)該在以下方面著力發(fā)展:面向任務(wù)，由于目前的人工智能不能提供實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器的完整理論和方法，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)多依賴于領(lǐng)域知識(shí)，因此我們限制了機(jī)器完成的任務(wù)和發(fā)展面向任務(wù)的特殊機(jī)器人，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)可以發(fā)揮作用，開發(fā)這種智能機(jī)器人是可能的傳感技術(shù)和集成技術(shù)技術(shù)，在現(xiàn)有傳感器和集成技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展更好、更先進(jìn)的處理方法和實(shí)現(xiàn)手段，或者尋找新的傳感器技術(shù)復(fù)雜的同時(shí)，可以提高人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智能機(jī)器人工智

　　3.2發(fā)展趨勢。

　　現(xiàn)有的智能機(jī)器人智能化水平還不夠高，所以在今后的發(fā)展中，努力提高各發(fā)面技術(shù)及其綜合應(yīng)用，大力提高智能機(jī)器人的智能化程度，提高智能機(jī)器人的自主性和適應(yīng)性，是智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵。同時(shí)，智能機(jī)器人涉及多門學(xué)科的協(xié)同工作，不僅包括技術(shù)基礎(chǔ)，還包括心理學(xué)、倫理學(xué)等社會(huì)科學(xué)，讓智能機(jī)器人完成對(duì)人類有益的工作，讓人類從繁重、重復(fù)、危險(xiǎn)的工作中解放出來，就像科幻作家阿西莫夫的機(jī)器人學(xué)三大法則一樣，智能機(jī)器人真正為人類的利益服務(wù)，不能成為反人類的工具。相信在不不久的將來，各行各業(yè)都充滿了各種各樣的智能機(jī)器人，科幻小說的場景在科學(xué)家們的努力下成為現(xiàn)實(shí)，很好地提高了人類的生活質(zhì)量和對(duì)未知事物的探索能力。

　　3.3個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)。

　　在沒有學(xué)習(xí)《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》這門課程之前，我對(duì)機(jī)器人知之甚少。通過老師的說明和各組同學(xué)的課程說明，我對(duì)機(jī)器人有了更廣泛的認(rèn)識(shí)。

　　我一直想自己做一臺(tái)遙控六通道遙控飛機(jī)，因?yàn)闆]有太多的知識(shí)和專業(yè)的時(shí)間，一直覺得太難了，所以一直沒有方向。學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)這門課程是我制作的開始，遙控直升機(jī)與智能機(jī)器人相比差距太大，這就是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展結(jié)果吧。

　　看過TED的一堂四軸直升機(jī)的錄像，讓我開闊視野，讓我對(duì)制作自己的機(jī)器人有更多的想法。

　　通過《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》、《傳感器與檢測技術(shù)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程學(xué)習(xí)后，豐富的知識(shí)和技能，我可以在自己制作的機(jī)器人相應(yīng)的傳感器模塊，使自己制作的機(jī)器人具有更多的功能，智能化。

　　參考文獻(xiàn)。

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【篇2】機(jī)器人技術(shù)論文

　　《論如何在科技館中開展中小學(xué)機(jī)器人教育》

　　[摘要]隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,世界各國都認(rèn)識(shí)到,培養(yǎng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與操作人才的重要性。因此,紛紛出臺(tái)政策加強(qiáng)對(duì)中小學(xué)生的機(jī)器人教育。科技館作為重要的校外教育機(jī)構(gòu),也有必要在此領(lǐng)域發(fā)揮自己的作用。通過分析認(rèn)為,科技館的機(jī)器人教育應(yīng)定位于中小學(xué)機(jī)器人校內(nèi)教育的補(bǔ)充與提高,提出在建構(gòu)主義教育理論的指導(dǎo)下,以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的模式,開展機(jī)器人俱樂部、夏令營及機(jī)器人比賽等形式的中小學(xué)生機(jī)器人教育。

　　[關(guān)鍵詞]科技館中小學(xué)機(jī)器人教育建構(gòu)主義項(xiàng)目學(xué)習(xí)

　　自上世紀(jì)50年代以來,隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展,機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了日新月異的變化。雖然其初衷是為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等領(lǐng)域服務(wù),但隨著技術(shù)的進(jìn)步及社會(huì)需求的發(fā)展,它已對(duì)普通公眾的生活產(chǎn)生了潛移默化的影響,在醫(yī)療、教育、娛樂、交通等領(lǐng)域都能看到機(jī)器人“身影”,這也使人們愈來愈認(rèn)識(shí)到,培養(yǎng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與操作人才對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性。因此,目前很多中小學(xué)校和校外機(jī)構(gòu)都開設(shè)了機(jī)器人教育及培訓(xùn)課程,這對(duì)機(jī)器人人才儲(chǔ)備而言具有重大意義。而作為校外教育不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié),科技館在中小學(xué)機(jī)器人教育體系中理應(yīng)占據(jù)一席之地,發(fā)揮出自己的作用。那么,如何發(fā)揮呢?筆者認(rèn)為,應(yīng)在明確機(jī)器人教育的概念、厘清其發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合科學(xué)教育理論,確定合適的教育模式并加以實(shí)施。

　　一、機(jī)器人教育的概念

　　1920年,當(dāng)捷克斯洛伐克作家卡雷爾•恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機(jī)器人萬能公司》中創(chuàng)造出“機(jī)器人(Robot)”這個(gè)詞的時(shí)候,他肯定沒料到在近一個(gè)世紀(jì)之后,其小說中讓機(jī)器人代替人類勞動(dòng)的情節(jié)已經(jīng)變成了現(xiàn)實(shí),并且它們還對(duì)公眾生活產(chǎn)生了巨大的影響。

　　伴隨著“機(jī)器人”這個(gè)詞的誕生,社會(huì)各界一直對(duì)它的定義爭論不已,但是一般說來,人們都可以接受這種說法,即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義:“一種可編程和多功能的,用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī);或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。”

　　那么,什么是“機(jī)器人教育”呢?根據(jù)目前被廣泛采用的彭紹東教授的定義,“機(jī)器人教育”就是學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人,優(yōu)化教育效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。

　　彭教授根據(jù)機(jī)器人在教學(xué)中扮演的角色,把機(jī)器人教育分為五大類:

　　(1)機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RobotSubjectInstruction,簡稱RSI);

　　(2)機(jī)器人輔助教學(xué)(Robot―AssistedInstruction,簡稱RAI);

　　(3)機(jī)器人管理教學(xué)(Robot――ManagedInstruction,簡稱RMI);

　　(4)機(jī)器人代理(師生)事務(wù)(Robot―RepresentedRoutine,簡稱RRR);

　　(5)機(jī)器人主持教學(xué)(Robot――DirectedInstruction,簡稱RDI)。

　　國內(nèi)外目前所開展的主要是前兩個(gè)類型,即機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI)和機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI)。前者是指以機(jī)器人為對(duì)象進(jìn)行學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)的內(nèi)容是“機(jī)器人學(xué)科”;而后者指的是以機(jī)器人為工具進(jìn)行學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)的內(nèi)容是“自然科學(xué)的各個(gè)學(xué)科”。由于國內(nèi)外情況的差異,我國中小學(xué)目前所開展的機(jī)器人教育以“機(jī)器人學(xué)科教學(xué)”為主,而國外則兩種教育類型發(fā)展較為平均,并無特殊偏重。

　　二、國內(nèi)外中小學(xué)機(jī)器人教育的現(xiàn)狀

　　在一些發(fā)達(dá)國家,機(jī)器人教育已經(jīng)成為中小學(xué)教育的熱點(diǎn)。在美國,一般通過機(jī)器人技術(shù)課程、機(jī)器人輔助教學(xué)課程、課外活動(dòng)及機(jī)器人主題夏令營等定期活動(dòng)來對(duì)中小學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人教育。比如,美國加利福尼亞州高中工程與技術(shù)聯(lián)盟在為高中生開設(shè)的工程與技術(shù)選修課程中,提供了ROBOTICS課程,主要介紹機(jī)器人技術(shù)歷史,基礎(chǔ),術(shù)語,微控制,傳感器,程序控制等方面的知識(shí);美國國家自然基金支持的項(xiàng)目“K―12教育中的機(jī)器人技術(shù)”,目的是幫助K―12教師以及其他教育者開發(fā)或改進(jìn)以機(jī)器人作為一種工具,來教授STEM的課程和開發(fā)機(jī)器人技術(shù)課程;印地安那州的Purdue大學(xué)與LAFAYETTE學(xué)校合作,在5至8年級(jí)學(xué)生課外活動(dòng)中開展的ROBOTICS項(xiàng)目;CarnegieMellon大學(xué)提供的針對(duì)高中生的ROBOCAMP暑期機(jī)器人計(jì)劃,通過八星期的課程,使學(xué)生懂得一些基本的與機(jī)器人有關(guān)的電子,機(jī)械和計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)。

　　在日本,其機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)超過了歐美各國,這與他們對(duì)機(jī)器人教育的高度重視密不可分。他們不光在各個(gè)大學(xué)設(shè)立了機(jī)器人研究專業(yè),并且在中小學(xué)的教學(xué)大綱中也加進(jìn)了機(jī)器人課程。每年定期舉辦針對(duì)不同層次學(xué)生的機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作大賽,各個(gè)學(xué)校也會(huì)在假期舉辦機(jī)器人研習(xí)營,從而形成了一個(gè)多角度、全覆蓋的機(jī)器人教育體系。

　　此外,英國、俄羅斯、巴西、新加坡等國也早已出臺(tái)了多項(xiàng)措施推進(jìn)本國的中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展。

　　而我國的中小學(xué)機(jī)器人教育則起步較晚,且覆蓋面較小。2000年,北京景山學(xué)校以科研課題的形式將機(jī)器人普及教育納入到信息技術(shù)課程中,在國內(nèi)率先開展了中小學(xué)機(jī)器人課程教學(xué)。2001年,上海市西南位育中學(xué)、盧灣高級(jí)中學(xué)等學(xué)校開始以“校本課程”的形式進(jìn)行機(jī)器人活動(dòng)進(jìn)課堂的探索和嘗試。2005年,哈爾濱市正式將機(jī)器人引入課堂教學(xué),在哈爾濱師大附小、60中、省實(shí)驗(yàn)中學(xué)等41所學(xué)校開設(shè)了“人工智能與機(jī)器人”課程,用必修課形式對(duì)中小學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人科學(xué)方面的教育。

　　除了這些進(jìn)行正規(guī)課堂教學(xué)的學(xué)校外,有些中小學(xué)則采用興趣班、培訓(xùn)班的形式開展機(jī)器人教育。

　　慶幸的是,我國政府已經(jīng)意識(shí)到中小學(xué)機(jī)器人教育的重要性,并在“課標(biāo)”中有所體現(xiàn)。如教育部在2003年4月正式頒布的《普通高中技術(shù)課程(實(shí)驗(yàn))標(biāo)準(zhǔn)》中,首次在“通用技術(shù)”科目中設(shè)立了“簡易機(jī)器人制作”模塊,它是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)的平臺(tái)、將機(jī)械傳動(dòng)與單片機(jī)的應(yīng)用有機(jī)組合的一個(gè)選修課程模塊。現(xiàn)在,新的高中課程標(biāo)準(zhǔn)在“信息技術(shù)”科目中也已設(shè)立了“人工智能初步”選修模塊,這是我國高中階段開展人工智能教育邁出的第一步。

　　不過值得注意的是,在我國中小學(xué)機(jī)器人教育體系中,科技館所占比例幾可忽略。我們認(rèn)為作為青少年科普的重要陣地,科技館理應(yīng)在中小學(xué)機(jī)器人教育中發(fā)揮更大的作用。

　　三、科技館與中小學(xué)機(jī)器人教育

　　1.科技館在中小學(xué)機(jī)器人教育中的定位

　　作為校外科普機(jī)構(gòu),科技館不可能將完成“課標(biāo)”為己任,而是應(yīng)定位于中小學(xué)機(jī)器人校內(nèi)教育的補(bǔ)充與提高。就中國的情況而言,我們認(rèn)為,補(bǔ)充的內(nèi)容應(yīng)該是校內(nèi)教育極少涉及的機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI),而提高的內(nèi)容是校內(nèi)教育已有一定基礎(chǔ)的機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI)。

　　2.科技館在中小學(xué)機(jī)器人教育中可采用的指導(dǎo)理論

　　在杜威“做中學(xué)”、皮亞杰的“發(fā)生認(rèn)識(shí)論”以及維果斯基“心理發(fā)展的文化歷史學(xué)說”基礎(chǔ)上發(fā)展起來的建構(gòu)主義教育理論(本文的討論范圍不包括激進(jìn)的建構(gòu)主義〈radicalconstructionism〉),近年來已經(jīng)在科學(xué)教育領(lǐng)域中產(chǎn)生了巨大影響。

　　建構(gòu)主義認(rèn)為,世界是客觀存在的,但世界的意義卻是由人建構(gòu)的。它強(qiáng)調(diào)知識(shí)的動(dòng)態(tài)發(fā)展性,并認(rèn)為知識(shí)不是通過教師傳授得到的,而是學(xué)習(xí)者在一定的情境(即社會(huì)文化背景下),借助其他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助,利用必要的學(xué)習(xí)資料,通過意義建構(gòu)的方式而獲得。由于學(xué)習(xí)是在一定的情境(即社會(huì)文化背景下),借助其他人的幫助(即通過人際間的協(xié)作活動(dòng))而實(shí)現(xiàn)的意義建構(gòu)過程,因此建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為“情境”、“協(xié)作”、“交流”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素。

　　在學(xué)習(xí)過程中,學(xué)習(xí)者處于中心地位,是信息加工的主體,要主動(dòng)對(duì)意義進(jìn)行建構(gòu);而教師則是意義建構(gòu)的幫助者,而非知識(shí)的灌輸者。故在此理念下,整個(gè)學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生要充分發(fā)揮自己的主動(dòng)性,使用探究的方式,以自己已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),努力構(gòu)建屬于自己的新知識(shí);他們需要主動(dòng)搜集、分析相關(guān)信息、資料,并對(duì)要學(xué)習(xí)的問題提出假設(shè)并加以驗(yàn)證。而教師的任務(wù)則是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,創(chuàng)設(shè)符合學(xué)習(xí)內(nèi)容的情境,提示新舊知識(shí)之間聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生之間的協(xié)作、對(duì)話,從而幫助學(xué)生完成新知識(shí)的構(gòu)建。

　　建構(gòu)主義教育理論與科技館教育的教育特點(diǎn)非常契合。因?yàn)?ldquo;科技館教育的本質(zhì)特點(diǎn)在于它模擬再現(xiàn)了科研和生產(chǎn)活動(dòng)的實(shí)踐過程,并且不是簡單地模擬再現(xiàn),而是以學(xué)習(xí)為目的、經(jīng)過改造的模擬再現(xiàn),創(chuàng)造了引導(dǎo)觀眾進(jìn)入探索與發(fā)現(xiàn)科學(xué)過程的條件?？萍拣^提供的‘從實(shí)踐中學(xué)習(xí)’的途徑不僅成為它與其他教育、傳播機(jī)構(gòu)及傳統(tǒng)博物館的最大區(qū)別,而且是科技館生存與發(fā)展的價(jià)值所在。”也就是說,科技館的教育需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境,引導(dǎo)觀眾自己進(jìn)行意義建構(gòu),并且在此過程中,可能伴有觀眾與科技館員工或觀眾之間的交流,這恰恰正是一個(gè)完整的建構(gòu)主義者所提倡的教育過程。

　　3.科技館在中小學(xué)機(jī)器人教育中可采用的模式

　　1918年,著名教育學(xué)家克伯屈(WilliamHeardKilpatrick)在他名為《項(xiàng)目(設(shè)計(jì))教學(xué)法:在教育過程中有目的活動(dòng)的應(yīng)用》的文章中,首次提出了“項(xiàng)目學(xué)習(xí)(Project-basedLearning)”的概念,用以說明有目的的設(shè)計(jì)行為對(duì)教育的重要性及其在教育過程中的應(yīng)用。它讓“學(xué)生自己計(jì)劃、運(yùn)用已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn),通過自己的操作,在具體的情境中解決實(shí)際問題”。它是“一套能使教師指導(dǎo)兒童對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行深入研究的課程活動(dòng),它在真實(shí)世界中讓學(xué)生借助多種資源開展探究活動(dòng),并在一定時(shí)間內(nèi)解決一系列相互關(guān)聯(lián)著的問題的一種新型的探究性的學(xué)習(xí),具體表現(xiàn)為構(gòu)想、驗(yàn)證、完善、制造出某種東西,它可以是有形的由學(xué)生制作的物體,如書、劇本或一項(xiàng)發(fā)明等。”20世紀(jì)二三十年代,項(xiàng)目教學(xué)法已經(jīng)在美國一些學(xué)校的低年級(jí)中得到了運(yùn)用,到20世紀(jì)八九十年代,則在廣大中小學(xué)中得到了普遍推廣。

　　我們認(rèn)為,項(xiàng)目學(xué)習(xí)法正是在科技館中進(jìn)行機(jī)器人教育所可以采用的模式。不論是機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI),還是機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI),都可以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的模式開展。而可采用的活動(dòng)形式有機(jī)器人俱樂部、夏令營、機(jī)器人比賽等。

　　選定項(xiàng)目后,就需要組織學(xué)生對(duì)主題的探究活動(dòng)。這一階段一般都以學(xué)習(xí)小組或團(tuán)隊(duì)的形式進(jìn)行。學(xué)生首先要對(duì)項(xiàng)目的主題進(jìn)行調(diào)查、討論,提出解決問題的假設(shè);然后收集相關(guān)信息,對(duì)它們進(jìn)行處理和分析,再驗(yàn)證或推翻之前的假設(shè),最終得出問題的解決方案。在整個(gè)探究過程中,為有利于學(xué)生自我知識(shí)的建構(gòu),應(yīng)對(duì)他們的一切探索和決定都持鼓勵(lì)態(tài)度,而毋須規(guī)定出唯一正確的答案。

　　四、結(jié)論

　　科技館作為重要的校外教育機(jī)構(gòu),也有必要在此領(lǐng)域發(fā)揮自己的作用。本文通過分析認(rèn)為,科技館的機(jī)器人教育應(yīng)定位于中小學(xué)機(jī)器人校內(nèi)教育的補(bǔ)充與提高,補(bǔ)充的內(nèi)容應(yīng)該是校內(nèi)教育極少涉及的機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI),而提高的內(nèi)容是校內(nèi)教育已有一定基礎(chǔ)的機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI)。具體應(yīng)在建構(gòu)主義教育理論的指導(dǎo)下,以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的模式,開展機(jī)器人俱樂部、夏令營及機(jī)器人比賽等形式的中小學(xué)生機(jī)器人教育。

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【篇3】機(jī)器人技術(shù)論文

　　摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，機(jī)器人開始被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，替工人進(jìn)行一些復(fù)雜、繁重的體力勞動(dòng)。目前，機(jī)器人是一種制造業(yè)與自動(dòng)化設(shè)備中的典型代表，這將會(huì)是人造機(jī)器的“終極”版。它的應(yīng)用已經(jīng)涉及信息化、自動(dòng)化、智能化、傳感器與知識(shí)化等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，這是目前，是我國乃至世界高新技術(shù)成果的最佳集成，因此，它的發(fā)展是與許多學(xué)科的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。以現(xiàn)在的發(fā)展趨勢來看，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍越來越廣泛，同時(shí)在技術(shù)操作中，他也變得越來越標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，提高工業(yè)機(jī)器人的安全性。另一方面，工業(yè)機(jī)器人發(fā)展越來越微型化、智能化，在人類生活中應(yīng)用越來越廣泛。

　　關(guān)鍵詞工業(yè)機(jī)器人智能化應(yīng)用領(lǐng)域安全性

　　隨著社會(huì)復(fù)雜的需求，工業(yè)機(jī)器人在應(yīng)用領(lǐng)域中越來越廣泛。一方面，工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，代替工人危險(xiǎn)、復(fù)雜、單調(diào)的長時(shí)間的作業(yè)，例如在機(jī)械加工、壓力鑄造、塑料制品成形及金屬制品業(yè)等各種工序上，同時(shí)還應(yīng)用于原子能工業(yè)等高危險(xiǎn)的部門，這已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家中應(yīng)用比較廣泛。另一方面，工業(yè)機(jī)器人在其他的領(lǐng)域應(yīng)用也比較多，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，提高了工業(yè)機(jī)器人的使用性能和安全性能，其應(yīng)用的范圍越來越廣泛，應(yīng)用的范圍已經(jīng)突破了工業(yè)，尤其在醫(yī)療業(yè)中應(yīng)用比較好。

　　一、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程

　　第一代機(jī)器人，一般指工業(yè)上大量使用的可編程機(jī)器人及遙控操作機(jī)。可編程機(jī)器人可根據(jù)操作人員所編程序完成一些簡單重復(fù)性作業(yè)。遙控操作機(jī)制每一步動(dòng)作都要靠操作人員發(fā)出。1982年，美國通用汽車公司在裝配線上為機(jī)器人裝備了視覺系統(tǒng)，從而宣告了第二代機(jī)器人―感知機(jī)器人的問世。這代機(jī)器人，帶有外部傳感器，可進(jìn)行離線編程。能在傳感系統(tǒng)支持下，具有不同程度感知環(huán)境并自行修正程序的功能。第三代機(jī)器人為自治機(jī)器人，正在各國研制和發(fā)展。它不但具有感知功能，還具有一定決策和規(guī)劃能力。能根據(jù)人的命令或按照所處環(huán)境自行做出決策規(guī)劃動(dòng)作即按任務(wù)編程。

　　我國機(jī)器人研究工作起步較晚，從“七五”開始國家投入資金，對(duì)工業(yè)機(jī)器及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)和研制。1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃開始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。

　　我國工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初期，經(jīng)過30多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。

　　上世紀(jì)70年代是世界科技發(fā)展的一個(gè)里程碑：人類登上了月球，實(shí)現(xiàn)了金星、火星的軟著陸。我國也發(fā)射了人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用掀起一個(gè)高潮，尤其在日本發(fā)展更為迅猛，它補(bǔ)充了日益短缺的勞動(dòng)力。在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。

　　進(jìn)入80年代后，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間，國家投入資金，對(duì)工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)開始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。

　　從90年代初期起，中國的國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個(gè)根本轉(zhuǎn)變時(shí)期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步，先后研制出了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。

　　我國工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過“七五”攻關(guān)計(jì)劃、“九五”攻關(guān)計(jì)劃和863計(jì)劃的支持已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，工業(yè)機(jī)器人市場也已經(jīng)成熟，應(yīng)用上已經(jīng)遍及各行各業(yè)。

　　我國未來工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有：第一，危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人：主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機(jī)器人;第二，醫(yī)用機(jī)器人：主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人，遙控操作輔助正骨等;第三，仿生機(jī)器人：主要有移動(dòng)機(jī)器人，網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。

　　二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢

　　機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動(dòng)化裝備的典型代表，是人造機(jī)器的“終極”形式。它涉及到機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢主要有：一是工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。二是機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化;有關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人。三是工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。四是機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。五是機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。

　　總體趨勢是，從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)殪`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實(shí)際動(dòng)作功能的智能化系統(tǒng)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來越靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發(fā)展。

　　三、我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與前景

　　我國工業(yè)底子薄，工業(yè)機(jī)器人發(fā)展一直處于一個(gè)初步發(fā)展階段，雖然我國從上個(gè)世紀(jì)70年代開始研發(fā)工業(yè)機(jī)器人，但是技術(shù)力量不足與西方國家的技術(shù)封鎖，對(duì)此，在發(fā)展過程中，存在著比較多的問題。細(xì)分起來，有如下幾點(diǎn)：

　　首先，我國基礎(chǔ)零部件制造能力差。雖然我國在相關(guān)零部件方面有了一定的基礎(chǔ)，但是無論從質(zhì)量、產(chǎn)品系列全面，還是批量化供給方面都與國外存在較大的差距。特別是在高性能交流伺服電機(jī)和精密減速器方面的差距尤其明顯，因此造成關(guān)鍵零部件的進(jìn)口，影響了我國機(jī)器人的價(jià)格競爭力。

　　第二，我國的機(jī)器人還沒有形成自己的品牌。雖然已經(jīng)擁有一批企業(yè)從事機(jī)器人的開發(fā)，但是都沒有形成較大的規(guī)模，缺乏市場的品牌認(rèn)知度，在機(jī)器人市場方面一直面臨國外機(jī)器人品牌的打壓。國外機(jī)器人作為成熟的產(chǎn)業(yè)采用整機(jī)降價(jià)，吸引國內(nèi)企業(yè)購買，而在后續(xù)的維護(hù)備件費(fèi)用很高的策略，逐步占領(lǐng)中國市場。

　　第三，認(rèn)識(shí)不到位，在鼓勵(lì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品方面的政策少。工業(yè)機(jī)器人的制造及應(yīng)用水平，代表了一個(gè)國家的制造業(yè)水平，我們必須從國家高度認(rèn)識(shí)發(fā)展中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的重要性，這是我國從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的重要手段和途徑?！?/p>

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【篇4】機(jī)器人技術(shù)論文

　　【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電氣工程得到不斷的更新和進(jìn)步，其自動(dòng)化技術(shù)不斷加強(qiáng)而機(jī)器人設(shè)計(jì)也在不斷的沖擊人們的生活，在機(jī)器人設(shè)計(jì)理念中加入電氣工程的自動(dòng)化技術(shù)，利用其自動(dòng)化技術(shù)讓機(jī)器人具有人性化特征，從而能夠具有更多人類的自動(dòng)行為，從更多方面為人類提供更好的服務(wù)。

　　【關(guān)鍵詞】電氣工程;自動(dòng)化;機(jī)器人設(shè)計(jì)

　　一、前言

　　機(jī)器人的不斷研究創(chuàng)造是時(shí)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，是為了滿足人們更多需要而必然要進(jìn)行的一項(xiàng)科學(xué)研究。目前，國外很多國家在機(jī)器人設(shè)計(jì)領(lǐng)域已有很多成功例子，其機(jī)器人具備的技術(shù)是當(dāng)前我國技術(shù)無法比擬的。但是，時(shí)下我國很多高校開展機(jī)器人設(shè)計(jì)研究以及社會(huì)上的機(jī)器人比賽活動(dòng)等，讓越來越多的人對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)有更多的認(rèn)識(shí)，給機(jī)器人設(shè)計(jì)的不斷創(chuàng)新創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境。電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)能夠給機(jī)器人設(shè)計(jì)提供一個(gè)良好的技術(shù)支持。本文主要分析機(jī)器人設(shè)計(jì)中的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用情況，旨在讓我國的機(jī)器人設(shè)計(jì)快速跟上國際先進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)造出具有世界領(lǐng)先水平的機(jī)器人。

　　二、機(jī)器人簡介

　　機(jī)器人最早出現(xiàn)在中國的西周穆王時(shí)期，最初形式是一個(gè)有開關(guān)能夠自動(dòng)“跳舞”的木質(zhì)人，后來在卡雷爾·恰佩克的科幻小說中創(chuàng)造了機(jī)器人這個(gè)名詞，從此一些能夠自動(dòng)制定既定工作的機(jī)械設(shè)備統(tǒng)稱為機(jī)器人[1]。現(xiàn)代的機(jī)器人能夠在人類的指揮下做一些簡單工作，如對(duì)話、投籃、快跑、協(xié)助人類進(jìn)行危險(xiǎn)行為等。目前技術(shù)比較先進(jìn)的國家如英國、日本、美國等在機(jī)器人的研究上取得非常大的進(jìn)步，很多領(lǐng)域如醫(yī)學(xué)、建筑學(xué)及軍事建設(shè)等方面均使用機(jī)器人當(dāng)做人類力量的延伸。通過指揮或者在機(jī)器人內(nèi)部設(shè)計(jì)自動(dòng)裝備，讓機(jī)器人擁有人類思維，自動(dòng)進(jìn)行工作。當(dāng)前機(jī)器人發(fā)展甚至趨向高度的人性化，機(jī)器人不再只是由機(jī)械設(shè)備組成，有些機(jī)器人甚至有人類的模樣和思維方式，但是機(jī)器人真正能夠擁有人類相同的思維還需要很長一段時(shí)間。

　　三、電氣工程及其自動(dòng)化概念

　　電器工程及其自動(dòng)化是一門學(xué)科，這門學(xué)科包括多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及面非常廣，從計(jì)算機(jī)、電機(jī)電子以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息控制技術(shù)，甚至還包括多種電力和機(jī)電技術(shù)結(jié)合成為一個(gè)整體的技術(shù)，這些不同領(lǐng)域的技術(shù)一同構(gòu)成電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)科。由于是一個(gè)工程型又帶有自動(dòng)化功能形式的學(xué)科，其具有的特點(diǎn)就包含工程中的強(qiáng)力學(xué)以及網(wǎng)絡(luò)信息中的軟件學(xué)特點(diǎn)，形成一種強(qiáng)弱結(jié)合的形式。這個(gè)學(xué)科的課程包括電氣知識(shí)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)知識(shí)，具體有：網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、儀器檢測和控制技術(shù)、電子和電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)等強(qiáng)力學(xué)和軟件學(xué)技術(shù)相互結(jié)合的'課程形式。這個(gè)綜合性學(xué)科主要教給學(xué)生的是各種工程和電氣以及計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)，畢業(yè)學(xué)員一般均掌握包括計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)以及儀器實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)等多方面的技術(shù)，在社會(huì)工作中能夠適應(yīng)多個(gè)領(lǐng)域的工作要求。

　　電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)科的最主要課程為電氣和計(jì)算機(jī)工程，因此在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和具體實(shí)踐時(shí)，這個(gè)兩門課程是最主要的測驗(yàn)對(duì)象。通過設(shè)置不同等級(jí)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)訓(xùn)練平臺(tái)，讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)的技術(shù)能力的同時(shí)根據(jù)自身的條件去挑戰(zhàn)更高的技術(shù)實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生除了掌握基礎(chǔ)的電機(jī)技術(shù)、電力電學(xué)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)之外還能夠掌握如線路綜合設(shè)計(jì)技術(shù)、高級(jí)計(jì)算機(jī)軟件管理技術(shù)以及CPLD技術(shù)等綜合性相對(duì)比較強(qiáng)的技術(shù)，在實(shí)際工作中能夠解決更多難題和滿足更多需求。

　　電氣工程及其自動(dòng)化在社會(huì)中的使用領(lǐng)域主要有：水力電力領(lǐng)域、信息處理領(lǐng)域、電力線路設(shè)計(jì)領(lǐng)域、各種變壓器設(shè)計(jì)領(lǐng)域以及與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的各種監(jiān)控設(shè)備(如交通攝像監(jiān)控、小區(qū)攝像監(jiān)控)、機(jī)器自動(dòng)化設(shè)備(例如電梯、安全門)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備(如電子郵件、網(wǎng)絡(luò)條件軟件)以及智能控制設(shè)備(如樓道聲控開關(guān)燈)等方面，這些軍事電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)科在實(shí)際的運(yùn)用，具有廣泛性和多面性[2]。

　　四、電氣工程及其自動(dòng)化在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的運(yùn)用分析

　　由于機(jī)器人是由多種機(jī)械部件拼接后再安裝編排程序最后實(shí)現(xiàn)機(jī)器裝備自動(dòng)運(yùn)行的，因此通過分析其主要構(gòu)造能夠了解電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)在其中的運(yùn)用情況。首先，機(jī)器人是由電機(jī)和連接桿組成的，在裝置電機(jī)時(shí)根據(jù)需要裝置步行或跳躍等電機(jī)使其擁有步行和跳躍等能力，同時(shí)利用生活常見的鋁板鋁條進(jìn)行構(gòu)建的鏈接，將一個(gè)還不能行動(dòng)的機(jī)器人做出來后再通過加入編排程序讓其自動(dòng)工作或人工指揮其工作。這其中就包含電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)科中的電機(jī)電力技術(shù)、計(jì)算機(jī)指揮和控制技術(shù)以及電力線路鏈接設(shè)計(jì)等多種技術(shù)。

　　其次，機(jī)械人構(gòu)件組裝完畢后，還需要檢測裝置保證其運(yùn)行功能質(zhì)量。檢測裝置是在機(jī)械人雛形形成并開始指揮其工作后對(duì)其實(shí)際的信息進(jìn)行記錄，再將實(shí)際信息和機(jī)器人內(nèi)部既定的信息相對(duì)比，若出現(xiàn)很大偏差則需要重新進(jìn)行信息的設(shè)定，若偏差很小則表示機(jī)器人研究成功，可以投入使用。分析是現(xiàn)代先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)發(fā)現(xiàn)，很多機(jī)器人能夠代替人類將損壞或質(zhì)量不好的對(duì)象進(jìn)行，同時(shí)立即將信息進(jìn)行反饋，大幅度提高機(jī)器人工作的精確度并減少人類的工作量。

　　再者，機(jī)器人在組裝完成后需要通過驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)后機(jī)器人才能給自行工作。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)設(shè)備在機(jī)器人中按照指定信號(hào)裝置，當(dāng)信號(hào)一放出，機(jī)器人即能夠自動(dòng)工作。其主要依靠電氣工程機(jī)器自動(dòng)化學(xué)科中的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝置的自動(dòng)位移。

　　最后，機(jī)器人雖然能夠根據(jù)已編排的程序自動(dòng)動(dòng)作，但是大多時(shí)候仍是人類進(jìn)行控制，因此監(jiān)控系統(tǒng)就顯得尤為重要。目前的監(jiān)控系統(tǒng)主要為集中式的控制系統(tǒng)，也就是指需要一個(gè)中心監(jiān)控裝置就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的全部控制，該中心裝置一般是一臺(tái)微機(jī)[3]。該步驟需要運(yùn)用到電氣工程機(jī)器自動(dòng)化學(xué)科中的單片機(jī)技術(shù)，單片機(jī)本身即為一臺(tái)微機(jī)，因此將其安插在機(jī)器人結(jié)構(gòu)中，只需要插入電源就可以運(yùn)行，從而自如的控制機(jī)器人工作。

　　從以上分析內(nèi)容可知，在機(jī)器人設(shè)計(jì)中加入電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)能夠使機(jī)器人設(shè)計(jì)更加順利，其擁有的功能會(huì)相對(duì)比較多且符合現(xiàn)代的技術(shù)水平。但，同樣的，機(jī)器人設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的研究工程，其中涉及到的技術(shù)類型多樣，僅僅依靠電氣工程機(jī)器自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)根本無法滿足人類對(duì)高度人性化機(jī)器人的要求。因此，只有不斷的研究多種技術(shù)，才能使機(jī)器人真正成為人類工作和生活的好助手。

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【篇5】機(jī)器人技術(shù)論文

　　《測量機(jī)器人應(yīng)用與進(jìn)展》

　　摘要：本文首先概括了測量機(jī)器人的發(fā)展歷史和特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程實(shí)踐，對(duì)測量機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了較深入詳細(xì)的論述，最后測量機(jī)器人的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

　　關(guān)鍵字：測量機(jī)器人;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

　　1引言

　　隨著我國各項(xiàng)建設(shè)的快速發(fā)展，各種大型工程項(xiàng)目的建設(shè)和大型工程建筑物越來越多,因此，對(duì)大型工程建筑物進(jìn)行變形和穩(wěn)定性監(jiān)測就愈加重要，有關(guān)變形監(jiān)測的方法隨著新儀器、新技術(shù)的出現(xiàn)而不斷發(fā)展。測量機(jī)器人(Measurementrobot，或稱測地機(jī)器人，Georobot)就是一種能代替人進(jìn)行自動(dòng)搜索、跟蹤、辨識(shí)和精確照準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)以及影像等信息的智能型電子全站儀，它可以連續(xù)跟蹤目標(biāo)測量，或按照已經(jīng)設(shè)定的程序自動(dòng)重復(fù)測量多個(gè)目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)測量的全自動(dòng)化、智能化。尤其在小尺度局部坐標(biāo)測量當(dāng)中，測量精度高、靈活機(jī)動(dòng)、快速便捷、無接觸等方面，有著其它測量技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。本文概要介紹測量機(jī)器人發(fā)展和應(yīng)用。

　　2測量機(jī)器人發(fā)展

　　測量機(jī)器人是在電子經(jīng)緯儀和紅外測距儀的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其研究與發(fā)展大致可以分為三個(gè)階段：

　　20世紀(jì)70年代中期到80年代中期，電子經(jīng)緯儀和紅外測距儀已走向成熟，并得到迅速推廣和應(yīng)用，但存在生產(chǎn)成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、非自動(dòng)化等缺點(diǎn)。為提高生產(chǎn)效率，一些研究機(jī)構(gòu)和廠家進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，1983年，H.Kahmen教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組成功研制出由視覺經(jīng)緯儀改制而成的組合式測量機(jī)器人，用于煤礦的邊坡監(jiān)測，可同時(shí)自動(dòng)檢測幾百個(gè)變形目標(biāo)點(diǎn)，但其集成度不高，精度較低。

　　20世紀(jì)80年代中期到90年代中期是測量機(jī)器人的逐步發(fā)展期，Leica公司推出了多種系列測量機(jī)器人，它除集成了電子經(jīng)緯儀、步進(jìn)馬達(dá)、紅外測距儀、CCD傳感器、微處理器和存儲(chǔ)器以外，最主要的是采用了自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了普通棱鏡的長距離的自動(dòng)識(shí)別與精確照準(zhǔn)，使測量機(jī)器人迅速從室內(nèi)的工業(yè)測量走向了野外工程測量。

　　20世紀(jì)90年代以來則是測量機(jī)器人全面應(yīng)用與發(fā)展的年代。測量機(jī)器人配套了測量軟件系統(tǒng)，并可提供全面的二次開發(fā)工具和方法，基于測量機(jī)器人的各種應(yīng)用與開發(fā)在世界范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展和推廣。

　　3測量機(jī)器人的特點(diǎn)

　　測量機(jī)器人具有無人值守，全自動(dòng)(定時(shí)或連續(xù))長期監(jiān)測，監(jiān)測精度高，時(shí)處理，可靠性高等特點(diǎn)。測量機(jī)器人主要計(jì)算機(jī)與全站儀的通訊模塊、學(xué)習(xí)測量模塊、自動(dòng)測量模塊和成果輸出模塊等幾部分構(gòu)成。計(jì)算機(jī)與全站儀的通訊模塊是實(shí)現(xiàn)測量自動(dòng)化的一個(gè)最基本的功能模塊，它的主要功能是解決計(jì)算機(jī)與全站儀之間的雙向數(shù)據(jù)通訊，人工操作計(jì)算機(jī)來向儀器發(fā)出指令，儀器執(zhí)行相應(yīng)的操作后返回給計(jì)算機(jī)一些相應(yīng)的信息，從而來完成整個(gè)通訊過程。學(xué)習(xí)測量模塊使測量機(jī)器人根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，使其具有記憶的功能，將測量原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并在以后的自動(dòng)測量中調(diào)用數(shù)據(jù)來進(jìn)行自動(dòng)化的重復(fù)觀測，得到不同時(shí)刻觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，該模塊為以后的自動(dòng)測量模塊提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。自動(dòng)測量模塊功能主要是根據(jù)用戶的設(shè)定，根據(jù)學(xué)習(xí)測量的數(shù)據(jù)，定時(shí)對(duì)特定點(diǎn)位進(jìn)行自動(dòng)觀測，自動(dòng)存儲(chǔ)測量成果，包括原始數(shù)據(jù)和經(jīng)過差分改正后的數(shù)據(jù)，從而得到不同變形點(diǎn)位的變形數(shù)據(jù)，經(jīng)過多期觀測值的累積同首期觀測值之間的比較差值就可以得到不同點(diǎn)在不同周期下的變形趨勢。成果輸出模塊可以提供變形量報(bào)表、不同周期的變形量趨勢圖等資料，使得變形成果資料更加生動(dòng)和能夠滿足不同用戶的需求。

　　4測量機(jī)器人的應(yīng)用

　　利用測量機(jī)器人自動(dòng)跟蹤目標(biāo)、時(shí)時(shí)測量的特點(diǎn)，在測繪工程和工業(yè)測量中等均有重要應(yīng)用。

　　邊坡(包括自然邊坡和人工邊坡)因受地質(zhì)產(chǎn)狀、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水、人工擾動(dòng)和地震等因素的綜合影響，造成邊坡失穩(wěn)，從而產(chǎn)生滑坡、崩坍、變形失穩(wěn)、泥石流、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，這些地質(zhì)災(zāi)害是目前安全生產(chǎn)的最大隱患，目前廣東、四川等一些雨水較多的省份已經(jīng)利用測量機(jī)器人成功對(duì)邊坡進(jìn)行有效和精確的變形監(jiān)測。

　　在道路路基施工和路面施工中，利用測量機(jī)器人時(shí)時(shí)跟蹤測量的優(yōu)勢，可以隨時(shí)得到施工點(diǎn)的平面位置和施工標(biāo)高，而知道該點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，就可以得到該點(diǎn)處的填挖高度，從而使道路施工的動(dòng)態(tài)控制成為可能。大大提高施工效率和精度，減輕測?咳嗽鋇睦投慷齲?實(shí)現(xiàn)了道路測量與施工的自動(dòng)化、一體化、程序化。

　　測量機(jī)器人己經(jīng)成為大跨度橋梁施工過程中進(jìn)行施工監(jiān)測和控制的主要工具。在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中，由于橋梁結(jié)構(gòu)的空間位置隨施工進(jìn)展不斷發(fā)生變化，要經(jīng)歷一個(gè)漫長和多次的體系轉(zhuǎn)換過程，若同時(shí)考慮到施工過程中結(jié)構(gòu)自重、施工荷載以及混凝土材料的收縮、徐變、材質(zhì)特性的不穩(wěn)定性和周圍環(huán)境溫度變換等因素的影響，使得施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)各個(gè)施工階段的變形不斷發(fā)生變化，這些因素均將在不同程度上影響成橋目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并可能導(dǎo)致橋梁合攏困難、成橋線形與設(shè)計(jì)要求不符等問題。所以在其施工階段就需要對(duì)橋梁施工過程進(jìn)行監(jiān)控，除保證施工質(zhì)量和安全外，同時(shí)也為橋梁的長期健康監(jiān)測與運(yùn)營階段的維護(hù)管理留下寶貴的參數(shù)資料。

　　在地鐵隧道變形監(jiān)測中，通過自動(dòng)化測量機(jī)器人監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)，把在外力作用下地鐵隧道變化數(shù)據(jù)傳送至控制器或儀器內(nèi)，通過處理軟件，計(jì)算斷面收斂量，再通過互聯(lián)網(wǎng)及遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)，使有關(guān)各方隨時(shí)掌握地鐵隧道收斂情況和規(guī)律，可有效保障地鐵的安全運(yùn)行。

　　跨斷層連續(xù)變形監(jiān)測，斷層形變與地震的孕育過程直接相管，用本系統(tǒng)作跨斷層高精度測距和變形監(jiān)測可望作為短臨地震預(yù)報(bào)的一種新的研究和預(yù)報(bào)手段，為防震減災(zāi)作出貢獻(xiàn)。測量機(jī)器人的多目標(biāo)、高精度、、全自動(dòng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)報(bào)警等全部優(yōu)異性能,在這里可以得到充分的發(fā)揮，再與其他短臨預(yù)報(bào)手段配合，有可能取得積極成果。

　　測量機(jī)器人系統(tǒng)也可廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船等部門的工業(yè)測量和變形觀測。如在容量計(jì)量領(lǐng)域，可用于船舶液艙或其它大容量量器的內(nèi)部三維坐標(biāo)點(diǎn)的自動(dòng)測量與數(shù)據(jù)處理。

　　5、國內(nèi)測量機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀

　　我國國內(nèi)測量機(jī)器人的引進(jìn)方面與國際幾乎同步，但由于經(jīng)濟(jì)和缺乏前期研究等方面的原因，其工程應(yīng)用略落后于國外，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及大規(guī)模工程建設(shè)的需要，國內(nèi)購買測量機(jī)器人的單位日益增多，但其應(yīng)用狀況和使用效果有待改善。主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

　　1、測量機(jī)器人國外配套軟件價(jià)格較高，且不符合中國國家規(guī)范或行業(yè)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，很多單位僅購買測量機(jī)器人，沒有購買相應(yīng)軟件，測量機(jī)器人不能發(fā)揮最大優(yōu)勢。因此研究開發(fā)符合中國國情的測量機(jī)器人通用系列化自主軟件是目前國內(nèi)的迫切需要，有較廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

　　2、雖然測量機(jī)器人工程應(yīng)用日益廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，但由于測量機(jī)器人的出現(xiàn)時(shí)間較短，我國現(xiàn)行的國家規(guī)范或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)測量機(jī)器人應(yīng)用的參照條款較少或比較落后。因此對(duì)測量機(jī)器人自動(dòng)化測量的作業(yè)方法、流程、質(zhì)量控制、成果管理、精度分析等方面要進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，并得出有益的結(jié)論，設(shè)立規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)工程生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。

　　6、測量機(jī)器人發(fā)展趨勢

　　測量機(jī)器人自進(jìn)入全面應(yīng)用與發(fā)展期以來，其應(yīng)用研究已比較深入和成熟，但各科研機(jī)構(gòu)和廠家對(duì)測量機(jī)器人的基礎(chǔ)研究并沒有停止，生產(chǎn)廠家對(duì)測量機(jī)器人產(chǎn)品也在不斷進(jìn)行革新和改進(jìn)。展望21世紀(jì)，測量機(jī)器人將在以下方面得到顯著發(fā)展。

　　測量機(jī)器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面得到進(jìn)一步發(fā)展，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，影像、圖形和數(shù)據(jù)處理方面的能力進(jìn)一步增強(qiáng)。未來的測量機(jī)器人不需要合作目標(biāo)，將可根據(jù)物體的特征點(diǎn)、紋理、輪廓線，用影像處理的方法進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、匹配和照準(zhǔn)目標(biāo)，采用空間前方交匯的原理獲取物體的三維坐標(biāo)及形狀。測量機(jī)器人將與GPS、GIS技術(shù)集成，成為快速獲取被測物體信息的重要儀器。多傳感器集成系統(tǒng)及混合測量系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，可望在大區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行無控制網(wǎng)的各種測量工作。

　　7結(jié)束語

　　測量機(jī)器人技術(shù)是近年來發(fā)展起來的自動(dòng)化測量技術(shù),在各種工程監(jiān)測、地震、地災(zāi)等方面具有高效、快速、省時(shí)省力等諸多優(yōu)勢,是測繪行業(yè)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)方向。再加之具有完備的數(shù)據(jù)處理軟件功能,經(jīng)實(shí)踐證明,測量機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用前景是非常廣闊的。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]梅文勝,張正祿,黃全義.測量機(jī)器人在變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究.2002(5).

　　[2]張正祿.測量機(jī)器人介紹.2005(5).

　　[3]張正祿.工程測量學(xué)的研究發(fā)展方向.2003(6).

【篇6】機(jī)器人技術(shù)論文

　　智能機(jī)器人視覺仿生技術(shù)研究綜述

　　摘要：機(jī)器人視覺仿生技術(shù)是機(jī)器人視覺控制領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。本綜述在詳細(xì)分析了靈長類動(dòng)物眼球運(yùn)動(dòng)的形式和特點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)國內(nèi)外應(yīng)用生物眼球運(yùn)動(dòng)控制機(jī)理來構(gòu)建仿生機(jī)器視覺的研究現(xiàn)狀、存在的問題及未來發(fā)展趨勢做了全面綜述，并針對(duì)目前機(jī)器人視覺仿生面臨的技術(shù)難題，提出了開展視覺仿生研究的新思路和新構(gòu)想。

　　Abstract： Robot vision bionic technology is the new hot shot in robot vision control area. In this review， based on a detailed analysis of primate eye movement forms and characteristics， the domestic and international research status of building bionic vision with the biological eye movement control mechanism， the problems and future trends are reviewed comprehensively， and new ideas for the visual bionic research are proposed for the current technical problems of robot vision bionic.

　　關(guān)鍵詞： 視覺仿生;仿生眼;機(jī)器人

　　Key words： bionic vision;bionic eye;robots

　　中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311(2013)26-0195-02

　　0 引言

　　智能機(jī)器人是指：具有感知、識(shí)別、推理和決策能力，并且能獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人。感知和識(shí)別技術(shù)是智能機(jī)器人最為關(guān)鍵的技術(shù)。研究最多的是基于視覺傳感器的感知技術(shù)。比如美國波士頓動(dòng)力公司研制的Big-Dog、Alpha-Dog、Little-Dog等系列四足機(jī)器人，采用立體視覺作為對(duì)環(huán)境進(jìn)行識(shí)別和感知。意大利IIT大學(xué)研制的HyQ[2]機(jī)器人能夠在復(fù)雜地形條件下高速移動(dòng)，都不同程度地利用視覺實(shí)現(xiàn)感知。盡管如此還是滿足不了人們對(duì)智能“雙眼”的追求，假如能給智能機(jī)器人配備一雙智能雙眼，使其能像人類一樣感知和獲取環(huán)境信息、快速準(zhǔn)確地切換視眼和跟蹤目標(biāo)，是人類對(duì)智能機(jī)器人夢寐以求的愿望。為此，人們采用多種基于計(jì)算機(jī)視覺的方法和手段來構(gòu)建初步具備“視覺”功能的視覺系統(tǒng)。但目前智能機(jī)器人“眼睛”的功能還是比較低級(jí)，特別是在雙目協(xié)調(diào)、以及對(duì)突然變化或事先未知的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤、大視野與精確跟蹤之間的矛盾以及由于震動(dòng)引起的視線偏離補(bǔ)償?shù)确矫娴膯栴}到目前都沒得到很好的解決。近年來，視覺仿生成為前沿交叉學(xué)科的研究熱點(diǎn)。

　　由于生物視覺經(jīng)過千百萬年的進(jìn)化已具有極其發(fā)達(dá)和完善的內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力。根據(jù)模擬生物視覺不同的功能表現(xiàn)及不同的應(yīng)用場合，視覺仿生的研究可歸納為兩大方面：一是從視覺感知、認(rèn)知的角度進(jìn)行研究;二是從眼球運(yùn)動(dòng)、視線控制的角度進(jìn)行研究。前者國內(nèi)外都有大量的研究方向和成果，主要研究視覺感知機(jī)制模型、信息特征提取和處理機(jī)制以及在復(fù)雜場景中目標(biāo)搜索等。而后者是根據(jù)人類和其它靈長類動(dòng)物的眼球運(yùn)動(dòng)控制機(jī)理來構(gòu)建智能機(jī)器人的“眼睛”，實(shí)現(xiàn)生物眼的多種優(yōu)異功能。

　　1 人類眼球運(yùn)動(dòng)的形式及特點(diǎn)

　　1.1 掃射與平滑追蹤運(yùn)動(dòng)

　　掃射是當(dāng)雙眼自由地看周圍環(huán)境是，視線很快從一個(gè)注視點(diǎn)轉(zhuǎn)向另一個(gè)注視點(diǎn)。其潛伏期一般為200～250m/s，速度約為400b/s。Young等最早建立了掃視采樣模，輸入輸出分別為目標(biāo)位置和眼球位置，Robinson修改了Young的模型，模擬大腦并行處理特性。當(dāng)前眼位與目標(biāo)位置之差經(jīng)過脈沖發(fā)生器進(jìn)入并行通路，經(jīng)積分器后產(chǎn)生位置信號(hào)，與MLF直接通路共同作用于眼球運(yùn)動(dòng)裝置，產(chǎn)生掃射運(yùn)動(dòng)。平滑運(yùn)動(dòng)與掃射不同，屬于眼球運(yùn)動(dòng)速度的連續(xù)負(fù)反饋系統(tǒng)，兩者發(fā)生的時(shí)間是獨(dú)立的。當(dāng)眼球追蹤一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體時(shí)所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，使視線平滑地跟蹤目標(biāo)。

　　1.2 反射性眼球運(yùn)動(dòng)

　　從驅(qū)動(dòng)眼動(dòng)的動(dòng)力源來分的話，眼球運(yùn)動(dòng)有與注意有關(guān)的眼動(dòng)(如saccades、smooth pursuit、vergence)和與頭動(dòng)相關(guān)的眼動(dòng)(即反射性眼動(dòng)如VOR 和 OKR)兩類。2005 年，Merfeld和 Ramat 分析了利用仿生機(jī)器人 iCub robot 對(duì)兩種常見的 VOR 模型進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，分析了小腦在自適應(yīng)特性及圖像穩(wěn)定中的重要作用。2007年Ojima指出，生物眼球運(yùn)動(dòng)具有典型的自適應(yīng)控制機(jī)制，能夠根據(jù)環(huán)境變化立即做出相應(yīng)的變化和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，受此啟發(fā)，提出一種非線性耦合神經(jīng)振蕩器網(wǎng)絡(luò)模型及空間-時(shí)間學(xué)習(xí)算法，獲得了平滑追蹤中指令信號(hào)與運(yùn)動(dòng)增益及相位滯后的關(guān)系，建立的平滑追蹤VOR 復(fù)合模型，改善了目標(biāo)跟蹤特性。

　　1.3 注視轉(zhuǎn)移中頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)

　　2009 年后，人們提出了頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的最優(yōu)控制方法，運(yùn)用最優(yōu)控制理論研究了頭眼運(yùn)動(dòng)與注視轉(zhuǎn)移的關(guān)系，提出頭眼運(yùn)動(dòng)最小貢獻(xiàn)力為準(zhǔn)則的最優(yōu)控制方法，并轉(zhuǎn)化為求解兩點(diǎn)邊值問題的微分方程組，仿真結(jié)果印證了“頭、眼分別受控制于不同的控制器”的結(jié)論。但該研究提出的模型不具備生物的自學(xué)習(xí)機(jī)能，在此基礎(chǔ)上提出了一種自學(xué)習(xí)最優(yōu)控制模型，在注視轉(zhuǎn)移過程中自適應(yīng)調(diào)整控制器參數(shù)，對(duì)于再現(xiàn)生物頭眼協(xié)調(diào)特性更近了一步。通過分析視覺重定位中頭、眼運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出建立頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模型還須考慮一些尚未解決的問題。進(jìn)一步研究導(dǎo)致這些現(xiàn)象的神經(jīng)機(jī)制，才能揭示各運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)之間相互協(xié)調(diào)的本質(zhì)。

　　1.4 固視微動(dòng)

　　人眼在注視靜止目標(biāo)時(shí)，眼球仍處于高頻率無意識(shí)的振動(dòng)之中，一旦振動(dòng)停止，成像就會(huì)變得模糊，這種振動(dòng)保證了圖像的獲取質(zhì)量。人眼的微動(dòng)機(jī)制啟發(fā)人們?nèi)ツM眼球振動(dòng)來改善圖像質(zhì)量。當(dāng)人眼凝視靜止物體時(shí)，眼球自身的震顫(固視微動(dòng))具有突出物體邊緣的作用且包含深度信息。東京工業(yè)大學(xué)張曉琳先后建立了單眼和雙眼的水平眼球微動(dòng)控制系統(tǒng)的模型，使眼球微動(dòng)模型可以用于機(jī)器人眼的設(shè)計(jì)制造和控制上，并在此基礎(chǔ)上制作了一對(duì)具有與雙眼微動(dòng)控制系統(tǒng)模型相同的機(jī)器人眼實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。事?shí)上，生物眼球運(yùn)動(dòng)在大多數(shù)情況下是包含上述多種運(yùn)動(dòng)成分的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。此外，人們還研究了眼球運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中神經(jīng)積分器的作用、眼球運(yùn)動(dòng)的腦干控制機(jī)理，眼球運(yùn)動(dòng)與感知，以及眼球-頭頸的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性等，仿生眼的研究在國外成為前沿研究熱點(diǎn)。 　　2 仿生視覺面臨的問題及對(duì)策

　　目前機(jī)器人眼的研究多是基于工學(xué)方法，利用左右攝像機(jī)獲得目標(biāo)圖像分別進(jìn)行處理，左右眼和頭頸缺乏協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，在雙目、頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、視線偏離補(bǔ)償、不確定目標(biāo)追蹤等方面存在諸多技術(shù)障礙，采用仿生技術(shù)是尋求解決這些問題的重要途徑。

　　2.1 建立完善的仿生眼模型

　　基于國外生理學(xué)研究成果，采用工程仿生學(xué)和控制理論相結(jié)合的方法，將視覺控制生理模型轉(zhuǎn)化為工程技術(shù)模型，實(shí)現(xiàn)生物視覺的優(yōu)異性能，從根本上解決機(jī)器視覺面臨的技術(shù)難題，是智能機(jī)器人研究的重要方向。目前文獻(xiàn)中的仿生眼模型只模擬了人眼的一種或兩種運(yùn)動(dòng)，且多為單眼或雙眼一維水平運(yùn)動(dòng)。普遍采用掃視與平滑追蹤分離的機(jī)制，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種眼球運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步研究各種眼球運(yùn)動(dòng)之間的內(nèi)部關(guān)聯(lián)與神經(jīng)機(jī)理，建立多自由度非線性仿生雙眼運(yùn)動(dòng)模型，同時(shí)實(shí)現(xiàn)掃視、平滑追蹤、異向運(yùn)動(dòng)和反射運(yùn)動(dòng)等多種眼球運(yùn)動(dòng)，尚需進(jìn)行大量的研究。

　　2.2 引入生物神經(jīng)控制機(jī)理

　　當(dāng)進(jìn)行大幅度視線轉(zhuǎn)移時(shí)，機(jī)器人的關(guān)節(jié)冗余需要有效地協(xié)調(diào)頭部和雙目的運(yùn)動(dòng)。目前提出的頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)及學(xué)習(xí)算法多是基于水平方向的二維頭眼系統(tǒng)，雖有學(xué)者提出3D頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制算法，但采用的是先雙目聚焦，再轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，后做眼睛補(bǔ)償?shù)?ldquo;分時(shí)”“分段”執(zhí)行方法，并未真正實(shí)現(xiàn)頭眼同時(shí)轉(zhuǎn)向目標(biāo)中的協(xié)調(diào)控制。目前3D頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)仍是一項(xiàng)有待突破的技術(shù)難關(guān)。從生物頭眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)中獲取靈感，研究靈長類動(dòng)物頭、眼和身體協(xié)調(diào)組合完成視線轉(zhuǎn)移的神經(jīng)控制機(jī)理，設(shè)計(jì)雙目頭頸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制算法，解決機(jī)器人3D頭眼協(xié)調(diào)控制問題不失為一條重要的研究途徑。

　　2.3 研究人眼跟蹤目標(biāo)的機(jī)理

　　機(jī)器人“眼”的重要功能之一是視覺跟蹤，目前常采用視覺伺服反饋控制的方法，但對(duì)于突然、快速變化以及行蹤無常的目標(biāo)，常出現(xiàn)目標(biāo)丟失、跟蹤失敗的現(xiàn)象。人眼在跟蹤變化無常的目標(biāo)中表現(xiàn)出的非凡才能源于其視覺系統(tǒng)中眼球快速掃視和慢速平穩(wěn)追隨之間的協(xié)調(diào)配合和實(shí)時(shí)切換。深入研究人類眼球運(yùn)動(dòng)模式自動(dòng)切換快速準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)的神經(jīng)生理機(jī)制，將視覺跟蹤中掃視(saccade事件驅(qū)動(dòng))和平穩(wěn)追隨(smooth pursuit，速度連續(xù)驅(qū)動(dòng))模式的切換看作混雜系統(tǒng)的自適應(yīng)最優(yōu)控制問題加以研究，以期解決隨意性運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的快速性和準(zhǔn)確性問題。其中兩種模式之間的最佳切換時(shí)機(jī)和預(yù)測算法是研究的關(guān)鍵技術(shù)。

　　2.4 模擬人類反射性眼球運(yùn)動(dòng)機(jī)理

　　機(jī)器人在顛簸路段行走或在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中作業(yè)時(shí)，自身機(jī)體振動(dòng)或姿態(tài)發(fā)生變化會(huì)引起較大的視線偏離。通常采用圖像處理(特征提取、目標(biāo)檢測與匹配、空間位置計(jì)算等)的方法來調(diào)節(jié)伺服機(jī)械云臺(tái)，但補(bǔ)償范圍小，圖像穩(wěn)定性差，尚無解決大視線偏離的辦法。人眼具有很強(qiáng)的自適應(yīng)和自調(diào)節(jié)功能，當(dāng)頭部和身體姿態(tài)發(fā)生變化或背景動(dòng)態(tài)變化時(shí)，仍能清楚地注視和跟蹤目標(biāo)，緣于其前庭動(dòng)眼反射(VOR)和視動(dòng)反射(OKR)機(jī)能。研究人類反射性眼球運(yùn)動(dòng)機(jī)理，建立由基于視網(wǎng)膜滑動(dòng)信息的反饋控制器和基于前庭輸入的前饋控制器組成的自適應(yīng)VOR-OKR模型，主動(dòng)補(bǔ)償由機(jī)器人姿態(tài)本體變化引起的視覺誤差，解決機(jī)器人大范圍視覺偏差補(bǔ)償問題。

　　3 結(jié)論

　　機(jī)器人的視覺技術(shù)是機(jī)器人的共性技術(shù)，也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。仿生型機(jī)器人眼運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使機(jī)器人眼具備人眼的諸多特殊自然功能，將其投入機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)用將開創(chuàng)仿生學(xué)在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域嶄新的應(yīng)用前景。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3]Robinson DA.Models of the saccadic eye control system[J].Kybernetik，1973，14(2)：71-83.