个人服务机器人.ppt

为了能在星球表面复杂地形下行走，星球探测机器人的移动机 构设计非常重要。中国科学院沈阳自动化研究所针对微小型星球探 测机器人的移动机构，设计了一系列的复合移动机构。"沙地一号" 微小型移动机器人如图6-22，移动机构采用了轮加腿的复合机构。
"沙地二号"微小型移动机器人如图6-23，其移动机构采用了履 带加腿的复合移动机构。
（1）尺蠖法 （2）冲击法 （3）蠕动法 （4）震动法 （5）碰撞法 5.3.2 微型机器人 （1）管道检查微型机器人 （2）腔道检查微型机器人 （3）微型步行机器人 （4）超精密加工微型机器人 （5）高精度测量微型机器人 （6）震动式微型机器人
5.4 微操作机器人
5.4.1 微操作机器人分类
微操作机器人 (micro Manipulating robot)是以亚微米、纳米运 动定位技术为核心，在较小空间中进行精密操作作业的装置，可以 应用于生物显微操作、微电子制造、纳米加工等领域。
"沙地三号"微小型机器人如图6-24，其移动机构采用了轮 加腿的复合移动机构
（6） 空间飞行微机器人
20世纪90年代美国Aero Vironment公司研制的微型飞 机如图6-26，重量只有42g， 尺寸为15cm，遥控距离为 1000m。
1995年日本神户大学研究了一种半导体曝光装置的定位平台， 采用 “尺蠖法"驱动，定位精度为5nm。
（3）MEMS制造
MEMS制造现在用的微细加工方法有LC法和Liga法。但此法对三 维复杂件加工有困难，因此，日本研究用小机床加工微元件，能加 工直径为10微米的阶梯轴。
（4）纳米加工
2000年东京工业大学，用AFM进行纳米加工，它的目标是原子 级加工，制造纳米元件。 （5）星球探险
5·4.2 微操作机器人介绍 (1)具有视觉反馈的微操作机器人
北航的微操作机器人
(2) 双动式微操作机器人
1993年日本通产省机械研究所研究了一种双动式微操作机器人。 该机器人采用并联机构、压电晶体驱动、双动式控制，在高倍显微 镜下，用双手操作。由于有力反馈，因此可实现精细操作。
(3) STM的"原子移位"
微操作系统中的力觉系统和视觉系统是实现智能化操作的关键。
(1) 视觉系统
为了实现微细作业，特别是在1mm以下对象的作业，系统必须 借助光学显微镜、电子显微镜实现对操作过程的监视。
(2) 力觉系统
在实际操作过程中为了更好的完成作业，仅有视觉信息还不足 以反映操作的实际情况，往往还需要接触力等其他信息，因而需在 微操作系统申加入微力传感器，同时这也有利于智能化控制、力遥 控操作的实现。
4.3.2 个人服务机器人 （1）伤残助理机器人 （2）智能轮椅 （3）机器人除草机 4.3.3 工程机器人 （1）喷浆机器人 （2）压路机器人 （3）隧道凿岩机器人 （4）林木球果采集机器人 4.3.4 极限作业机器人 （1）消防机器人 包括：遥控消防机器人、喷射灭火机器人、消防侦察机器人、攀登 营救机器人、救护机器人。
3. 微操作相关理论问题
首先，微观环境和宏观环境有很大差别，在宏观作业环境中常 常被忽略的因素，在微观环境中必须引起重视。特别是当操作对象 的尺度减小到尺度效应明显作用的尺度时，温度、湿度、轻微振动 等因素将直接影响操作的直接进行。
其次，为了完成复杂操作，机器人微操作系统往往由主操作手、 辅助操作手及工作平台(群手)组成，建立各组成部分之间协调工作 的运动学方程，以及微操作机器人的微运动学和微动力学方程，并 获得快速操作的最优解，这是微操作系统控制中的一个关键问题。
1.操作手及作业平台
综上所述，微操作机器人系统(作业手、平台、辅助设备等)应 该是多自由度、宏微运动结合、运动精度高且各组成部分能协调工 作的高精度机械系统。采用合适的驱动方式，设计满足上述要求， 且体积小，重量轻，调节方便的微操作机器人手是机器人微操作系 统中的关键技术之一。
2.智能操作系统及控制系统
1970年11月17日7时20分，"鲁诺寇德一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ"探查机器人在月球 着陆，从此揭开人类探索宇宙的新纪元。
美国NASA研制的用于星球探测的微小型探查机器人GOFOR号， 它的尺寸是0.4mX0.4m，重量为3.5kg。
美国NASA研制的纳米探查机器人。重量为0·8kg，移动方式采 用腿加轮的复合结构，移动速度0·01m/s。
最后，对具体的操作来讲，也要进行相应的理论研究。如进行 微装配时，装配策略的研究。
5.5 微机器人应用
（1）生物工程 激光镊在二位空间来完成分选粒子，可进行基因转导、细胞
器切割、焊接等加工。
（2）超LS1制造
超LSI的DRAM制造，预计2010年特征尺寸要实现70nm。为实 现纳米定位，除了提高传统的传动精度外，还需要研究新方法。
微操作机器人一般按操作对象大小分类:
❖微细作业机器人 (10-3—10-6 m)
❖超微细作业机器人 (10-6—10-9m) 国内外微操作技术及微操作机器人研究现状
微操作技术是目前国内外的研究热点，很多研究机构都针对不 同的操作对象，进行了广泛的研究工作。目前已涉及的研究领域有: 多自由度的微操作机器人系统，针对不同微细作业场合所采用的工 具、夹具，微操作作业策略及微操作机器人遥控作业研究等。
（2）核处理机器人 （3）水下机器人
第五章 微机器人 5.1 概述 历程：1981 扫描隧道显微镜（STM）
1987 100微米的为型马达 1993 用于眼球网膜显微手术的微操作机器人 1995 用于生物工程细胞操作的双手微操作机器人 5.2 微机器人的概念和分类 分类：按尺寸、形式、机能 5.3 微型机器人 5.3.1 微型机器人驱动方法和原理
1993年日本理化学研究
所用STM的探针可使单原子
按人意愿移动。其定位平精
度10微米。 (4) 纳米移动机器人
中科院沈阳自动化所， 采用碰撞驱动法，尺寸直 径54毫米，重量1.1克，相 当减速比I=51652
5.4.3 关键技术与相关理论
正是由于微观操作与宏观操作在操作机理、操作工具等方面的 种种不同，使微观操作具有很多特殊性，表现在操作手、操作平台、 操作控制系统、操作机理、人机接口等各个方面。