智能结构及智能机构
智能结构
〔1〕Rabinow, J. (1948). "The magnetic fluid clutch." AIEE Transactions, Vol. 67, pp. 1308–1315.
1.电、磁流变材料
把磁流变体注入杯子中，它像水一样可以用一根铅笔搅 动。一旦把一块磁铁置于杯子下面，磁流变体就会固化， 即使把杯子横过来，磁流变体也不会流出来。当把磁铁 移去时，磁流变体就又恢复流动状态。
利用压电材料可以制成石英表、压力传感器，超声波发生器等。 1880年首先在酒石酸钾晶体上发现。
压电材料
压电材料
皮尔 居里 Pierre Curie 1859-1906
1880年Pierre Curie与 其兄弟首先在酒石酸 钾晶体上发现压电效 应。
W.G.Cady 1874-1973
1920年Cady 建利用 石英晶体的振动 特性制造振荡器。
1.电磁流变体 2.形状记忆合金 3.压电材料 4.理论研究
电、磁流变体
在20世纪40年代末期，人们发现 [1] 在普通的流 体中掺入适当的磁性悬浮物。就成为电磁流变 体。当外加磁场作用在这种流体上时，由于悬 浮物磁向与外磁场一致，就大大约束了流体的 运动，整个流体呈现固体化的性质。而且反应 之快，是在短于微妙级的时间间隔内完成的。 悬浮物为磁性体时称为磁流变体（MR），而 悬浮物是电介质时称为电流变体（ER）。
如果用两条在不同温度之下相变的记忆合金，就 可以实现一种往复的动作。
基于同样的道理
形状记忆合金
跳舞的 机器人 和 机械手
记忆合金的应用－人造肌肉
可以随气流情况改变形状的机翼
3.压电材料
材料上施加外力引起变形时在材料内产生电场。 反之对材料施加外电场时在材料内部产生变形。 如钛酸钡：PbZrO3 -PbTiO3 。
智能蒙皮技术的发展现状及其军事运用[1]
![智能蒙皮技术的发展现状及其军事运用[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/f3ec3af5aef8941ea76e05f3.png)
智能蒙皮技术的发展现状及其军事运用王智 周建军 摘要：智能蒙皮技术是材料、生物、光电技术、自动控制和计算机工程等多学科综合集成的一项新技术，在军事上有着广泛的应用前景，本文分析了智能蒙皮技术的优点及其应用，并对其研究现状和发展趋势作了简单的介绍。
智能材料由于具有探测、处理、执行的能力，获得了常规材料不具备的功能，能够实现特定的目的。
目前材料的智能化已代表了材料科学发展的最新方向，智能材料的问世标志和宣告了第５代新材料的诞生，也预示着２１世纪将发生一次划时代的材料技术革命。
在新军事变革的大背景下，智能材料也因此受到了各国的高度重视，智能蒙皮技术就是智能材料的一个重要应用方面，本文主要介绍其发展现状和军事应用。
一、智能材料和智能结构智能结构是将探测元件、驱动元件和微处理控制系统与基体材料相融合，形成具有识别、分析、判断、动作等功能的一种结构。
它是在２０世纪５０年代提出来的，当时称为自适应系统，是基于新材料技术和微机电技术发展起来的。
智能结构首先在航空航天领域得到高度发展和应用。
智能结构的核心是智能材料或机敏材料，智能材料是能感知环境变化，并能实时改变自身性能参数的复合材料或材料的复合，其显著特点是在电、磁、热、机械运动、光、声、流变特性等之间存在耦合作用，可以完成动作和传感两大功能。
将智能材料植入工程结构中，就形成智能结构。
智能结构不仅能够承受载荷，还能感知所处的内外部环境变化，并能通过改变其物理性能或形状等作出响应，借此实现自诊断、自适应、自修复等功能。
因此，智能结构具有广阔的军事应用前景，它的研究、开发和利用，对未来武器装备的发展将产生重大影响。
智能结构可分为两类：第一类智能结构是直接由智能材料制成的零部件。
第二类智能结构是在复合材料的零部件中埋入或在其表面安装传感元件、动作元件等。
如在碳纤维复合材料中埋入光导纤维和传感器作为传感元件，埋入形状记忆合金丝作为动作元件。
智能蒙皮就属于这类智能结构。
智能机器人的原理及构造
智能机器人的原理及构造智能机器人作为人工智能领域的重要应用之一，已经在各个领域显示出巨大的潜力。
智能机器人的原理及构造是实现其智能化的关键，本文将就此进行探讨。
一、智能机器人的概述智能机器人是一种能够感知环境、理解任务并相应地执行任务的机器人。
智能机器人集成了多种传感器、控制系统和算法，并通过人工智能技术实现了对环境的感知、对任务的理解以及对动作的执行。
智能机器人的出现不仅为人们的生活带来了诸多便利，同时也对各个行业产生了深远的影响。
二、智能机器人的原理智能机器人实现智能化的原理主要包括感知、认知和执行三个环节。
1. 感知感知是指智能机器人通过多种传感器感知环境信息。
传感器可以是摄像头、激光雷达、红外传感器等，通过收集环境的各种数据来获得环境的状态和特征。
感知可以帮助机器人理解周围的物体、人物和场景，为后续的任务执行提供必要的信息。
2. 认知认知是指智能机器人对感知到的信息进行处理和分析，从而理解任务和环境。
在这一环节中，智能机器人需要具备图像处理、语音识别、自然语言处理等技术，通过对感知到的数据进行解析和学习，从而形成对环境和任务的认知。
认知使得智能机器人能够理解人类的指令并作出相应的反应。
3. 执行执行是指智能机器人根据感知和认知的结果，进行相应的动作执行。
智能机器人通过执行器，如电机、液压装置等，将感知和认知的结果转化为力学动作。
执行过程需要智能机器人具备规划和控制能力，以保证动作的准确和高效。
三、智能机器人的构造智能机器人的构造是指智能机器人的硬件和软件组成。
1. 硬件构造智能机器人的硬件主要包括传感器、执行器以及机械结构。
传感器包括各种传感器，如摄像头、声纳、激光雷达等，用于感知环境。
执行器包括电机、液压装置等，用于执行任务。
机械结构是智能机器人的骨架，用于支撑传感器和执行器，使其能够在特定环境下运动和工作。
2. 软件构造智能机器人的软件构造主要包括感知算法、认知算法和执行算法。
感知算法负责对传感器数据进行分析和处理，提取环境的特征和状态。
智能机器人的原理及构造
智能机器人的原理及构造智能机器人是一种能够自主感知环境并作出响应的机器人，它能够在执行任务时利用先进的算法和传感器来实现自主或协作导航、机器视觉、语言处理和行动规划等功能。
智能机器人通常包括一个由电脑控制的机器人体和一个集成在机器人体内部的计算机系统，这个计算机系统可以通过对环境的感知和分析来做出决策，并预测未来的动向。
智能机器人的构造通常由三部分组成：机器人体、计算机系统和传感器。
机器人体包括了机械构造和动力系统，这个部分的目的是提供机器人的力学结构以及要驱动机器人的能源。
计算机系统包括机器人体内或附近的多个微处理器和程序，这个部分的目的是处理和分析传感器反馈的数据，从而实现智能决策。
传感器是机器人体的一部分，包括各种类型的传感器，如摄像头、声音传感器和触觉传感器。
这些传感器负责获取环境中的各种信息，以便机器人的计算机系统做出决策。
机器人体的构造取决于它的应用，例如工业机器人需要长臂和精确的运动，而清洁机器人需要轮子和较小的大小。
机器人体内部还需要源源不断的能源供应，如电池或油燃料。
机器人体通常由铝合金、钢、碳纤维等材料制成，这些材料对抗腐蚀、耐磨、高强度和轻质的特性使它成为最佳选择。
计算机系统通常包括电脑、相机、控制器和决策算法。
这些成分使机器人的系统得以感知环境、学习行为并做出自动化决策。
这种计算系统与人工智能领域的研究成果息息相关，例如机器视觉、语音识别、自然语言处理和机器学习等领域都具备在智能机器人上应用的潜力。
传感器在智能机器人的身体里扮演着至关重要的角色。
传感器可以为机器人提供环境上关于物体位置、距离、形状和运动等各种信息。
传感器也可帮助机器人获取物体表面高/低、粗糙和光滑程度等信息。
这样的信息可以帮助机器人识别出它周围的世界，并在执行任务时作出明智的决策。
智能机器人的原理在于将机器人体、计算机系统和传感器集成在一起，从而成为一个自主工作、能够与人类互动、具有理解人类语言的机器。
智能机器人的发展将继续推进人工智能的发展，为未来的技术发展带来持续创新和改变。
智能结构的研究现状及其前景展望
感器、 致动器 、 控制器 以及相应 的配套辅助系统为
２０ ０ ８年 ７月 １ 日收 到 ５
智 能材 料 系 统 根 据 其 功 能 特 点 可 划 分 为 两 大
类： 一类是对外界或内部的刺激强度， 如应力 、 应变 及物理 、 化学、 热 、 磁 、 光、 电、 辐射等作用具有感知
功能 的材料 ， 通称 为 感 知 材 料 。这类 材 料 主要 有 光
第 ８卷 第 ２ 期 ２０ １ ０ ８年 １ 月 １ １７ －８ ９ ２ ０ ） １５８ —５ ６ １ １１ （ ０ ８ ２ —８ ６０
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ１８ Ｎｏ ２ｌ ． ．
ＮＯＶ ２０ ８ ． ０
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｎ
发生变 化 时做 出响应 或 驱 动 的材料 ， 形状 记 忆 合 如 金 、 电材 料 、 压 电致 伸 缩 材 料 、 致 伸 缩 材 料 、 磁 电流 变体 、 磁流 变体 和功 能凝胶 等 。 压 电材 料 是 一 种 非 常 重 要 的 功 能 性 材 料 。压 电材料 的正 负 压 电 效 应 均 较 高 ， 响 范 围 也 较 宽 ， 频
自修复 的优点， 而且还具有集传感 和驱 动一体化 的优越特性。近年来 ， 能结构振动控制技 术 已被广泛 应用到军事 、 智 机械 、 医 学、 等领域 。本 文介绍 了智能结构的概 况， 目前智能结构在振 动控制领 域 的应用现状进 行 了回顾 ， 后指 出 了今 后 需要解 对 最
决 的主 要 问题 和 发 展 方 向 。
性 和在 线性 －５。 Ｈ１ ］
关于智能结构和智能组合的初步认识
作者： 邹欢清
作者机构： 浙江慈溪市新世纪实验学校
出版物刊名： 教学与管理：理论版
页码： 5-6页
摘要： 从上个世纪末开始,多元智能理论引入中国并且不断扩大影响.多元智能使人们的教育目标,转向更为实际的人的智能,转向人的潜能开发,而问题体系则更加明确地提出,教育就是要提高人的智能水平,从而培养能够解决实际问题的高能力的人.我们不仅可以通过提高人的语言智能、数学逻辑智能来提高人的解决问题的能力,还能够通过提高人的空间智能、音乐智能、人际交往等其他智能提高解决问题的能力,甚至在不提高人的单项智能的情况下,还能够通过优化智能组合来提高解决问题的能力.从智能组合的角度,人的全面发展和个性化发展殊途同归,前者是强调通过智能的全面开发提高智能水平,从而提高解决问题的能力.后者强调通过开发人的智能强项,围绕智能强项形成解决问题的特殊的高效率的能力.教育目标更接近人的实际,接近需要,具有相当的可操作性.……。
智能材料结构的关键共性技术
智能材料结构的关键共性技术智能材料结构的研究涉及材料科学、化学、力学、物理学、生物学、微电子技术、分子电子学、计算机、控制、人工智能等学科与技术，是多学科综合交叉的研究领域。
传感器、驱动器、控制器及其集成是构成智能材料结构的四大关键共性技术。
1. 智能结构传感器能感知智能结构状态或环境的材料叫作智能结构传感器。
它必须能对结构状态或环境敏感，易于集成，高度分布。
结构状态包括变形（应变、位移）、运动（速度、加速度）、受载（力）、温度（含温度梯度）及健康状态（运行突发损伤）等。
使用传感元件已有很长的历史。
早期的传感元件都是结构型的，它们利用机械结构的位移或变形实现非电量到电量的变换。
随着各种半导体材料和功能材料的发展，利用材料的压敏、光敏、热敏、气敏和磁敏等效应，可以把压力、光强、温度、气体成分和磁场强度等物理量变换成电量，由此研制成的传感元件称为物性传感元件。
目前智能结构中采用的传感元件主要为物性传感元件。
它们灵敏度高，易于以分布方式贴在结构表面或埋入结构内部。
理想的传感元件应能将结构内部的状态变化（应变或应变速率等）直接以电信号的形式输出。
用于衡量智能结构传感元件品质优劣的主要技术指标有灵敏度、空间分辨率和带宽，此外，还有温度敏感性、电磁相容性、尺寸大小、线性度和迟滞特性等。
对于长寿命的智能结构（如空间站中采用的智能结构）来讲，传感元件的性能稳定性是一个需要重点考虑的指标，因为它对系统辨识结果的准确性和正确性具有至关重要的影响。
压电材料是智能材料与结构中广泛使用的传感材料。
在很多情况下，抵抗强电磁干扰是极其重要的，故光纤传感器是最佳选择。
2. 智能结构驱动器智能结构中的驱动器应能高度分布，易于集成，并能对结构的机械状态施加足够的影响。
驱动器能直接将控制器输出的电信号转变为结构的应变或位移，具有改变智能结构的形状、刚度、位置、固有频率、阻尼、摩擦、流体速率及其他机械特性的能力。
其主要性能参数有最大应变量、刚度和带宽，此外，还有线性度、温度灵敏度、强度和效率等。
智能材料和结构的研究与开发
智能材料和结构的研究与开发智能材料和结构是近年来备受瞩目的领域。
它们具有智能响应、自修复、形变等特性，已被广泛应用于军事、航空航天、医疗、建筑、能源等领域。
在未来，智能材料和结构的发展将成为人类技术进步的一个重要方向。
本文将探讨智能材料和结构的研究现状、应用前景和未来发展趋势。
一、智能材料的研究现状及应用智能材料是指在受到外部刺激（如温度、光、电磁场等）时能够自动或自主地产生变化，以实现对外界环境的感知和响应的一种新型材料。
目前，针对智能材料的研究主要包括形状记忆合金、电敏感材料、磁致伸缩材料、智能涂层材料、智能纳米材料等。
智能材料最常见的应用领域为军事和航空航天领域。
在军事上，利用智能材料制作的自主引导武器、自适应结构体等，可以大大提升作战能力；在航空航天领域，一些研究成果也被广泛应用，如利用智能材料制作的飞机翼和机身可以自行修复裂缝和减小空气阻力。
此外，智能材料还在医疗、建筑、能源等领域有广泛应用。
例如在医疗中，智能材料可用于人工心脏起搏器、智能体外循环等医疗设备制作；在建筑中，智能材料可用于建筑隔音、节能、抗震等领域；在能源中，智能材料可用于高效能源获取和储存。
二、智能结构的研究现状及应用智能结构是指能够自动感知和控制自身形变、强度、稳定性等性能的新型结构。
它包括智能陶瓷、纤维增强复合材料、智能混凝土、智能钢结构等。
智能结构最常见的应用领域为建筑和桥梁工程。
例如在建筑中，智能结构可用于减震、消音、防火、节能等领域；在桥梁工程中，智能结构可用于提高承载能力、抗震能力和延长使用寿命。
三、智能材料和结构未来发展趋势智能材料和结构的未来发展趋势可以从以下几个方面来展开：1.开发更为复杂的智能结构。
未来的智能结构将会更加复杂，并将整体结构化、模块化，以提高自身的智能性。
2.应用范围的扩展。
未来智能材料和结构的应用范围将会继续扩展，并进一步渗透至智能机器人领域。
3.发展基于智能材料和结构的新型技术。
未来将会发展出基于智能材料和结构的新型技术，如智能感知系统、智能控制系统等。
智能机器人的机构设计与控制
智能机器人的机构设计与控制随着智能科技和机器人技术的飞速发展，智能机器人已经成为了出现在我们生活的一个新的热点。
智能机器人的应用领域越来越广泛，机器人的机构设计与控制也变得更加复杂和精密。
在本文中，我们将重点探讨智能机器人的机构设计与控制。
一、智能机器人的机构设计机构设计是指为了实现机器人某项动作或完成特定任务而安排的部件、结构、布局、材料以及加工技术等综合设计。
智能机器人的机构设计需要兼顾多种因素，如机器人要完成的任务、使用环境、工作负载、自主学习算法和传感器技术等。
下面我们将详细探讨智能机器人机构设计的四个方面。
1. 机械结构设计机械结构设计是智能机器人机构设计的重要部分，它应建立在机器人的使用环境和工作负载基础上。
例如，如果机器人要在恶劣的工作环境中工作，机械结构就需要考虑防水、防尘、抗震、抗磨损等性能。
2. 机电集成设计机电集成设计是智能机器人机构设计中不可缺少的一部分，也是智能机器人实现物理任务的基础。
机电集成设计通过直接连接机器人的力和动力传递，将机器人各部件紧密耦合起来，实现机器人的高效稳定运动。
3. 传感器布置设计传感器布置设计是智能机器人机构设计中的重要环节，传感器技术对机器人的智能化程度至关重要。
有了传感器，机器人可以感知周围环境和带有标记的物体，自行构建地图、规划路径和实现精准抓取等任务。
4. 智能算法优化设计智能算法优化设计是智能机器人机构设计中的高级环节，它将人工智能与机器人设计结合，通过自主学习和全面数据分析，为机器人提供先进、高效的智能算法。
这些算法可以在不断的实际应用中进行优化。
二、智能机器人的控制系统设计机器人的控制系统是实现机器人智能化和自主化的重要手段，它负责监视、控制机器人的各类行为和功能，实现人机交互、互联互通。
智能机器人的控制系统设计应涉及到机器人的各项行动，如移动、抓取、搬运、组装等。
1. 控制策略设计控制策略设计是机器人控制系统设计的基础环节，也是机器人智能控制的重要部分。
智能机器人介绍及应用架构
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智能机器人的核心技术
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1.机器人自我意识 2.机器人自建地图
3.机器人双目视觉
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主要内容
• 智能机器人的简介 • 智能机器人的应用 • 智能机器人方框图 • 智能机器人基本结构 • 智能机器人常见故障诊断思路
促进客户二次光临消费。 会员政策：注册餐厅会员即可免费获得机器人献歌献舞一曲。 人力成本：小胖分工明确，门卫迎宾，点餐、结算员等多项工作只需要一个管理员即可，市场调查显示至少可替换至
少一半员工，极大降低人力财力支出. 透过餐厅展示打开第二方市场：销售家用服务型机器人
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智能机器人的应用-商用机情景应用
餐饮行业：迎宾、引领、点餐迎宾、领位、发传单、广告宣传、点餐、排号、叫号、预约、等待区
投影娱乐游戏电影等、遥控监控店内情况、净化空气等。
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门卫迎宾：吸引路人目光，彰显特色，增强同行业竞争力。 自主避障：超声波探测系统检测障碍物体，自主避让绕行 座位引导：记录空缺座位，引导客户入座。 自助点餐：为客户推荐本店特色菜系，介绍食材来源地，让客户吃的放心，引导客户完成菜系、主食、酒水等点单。 同时让客户扫描自己的二维码，关注本店最新特色优惠，关注小胖的成长，更便于随时有需要呼叫小胖使用。 客户买单：客户饭后通过微信公共平台叫小胖买单时，小胖同时确认客户是否为本店会员，同时介绍本店会员优惠，
进化者智能机器人
-“小胖”
主要内容
• 智能机器人的简介 • 智能机器人的应用 • 智能机器人方框图 • 智能机器人基本结构 • 智能机器人常见故障诊断思路
教师智能结构的名词解释
教师智能结构的名词解释教师智能结构是指教师在教学环境中所形成的一种智能化、系统化的结构。
它体现了教师在教学过程中所具备的知识、技能、态度以及各种因素相互作用的结果。
教师智能结构可以被看作是教师教学能力和素养的体现，是教师个人在教学实践中经验的积累与提炼。
这个结构在教师的思维、行为和情感层面都有所体现，它对于教师的教学效果和学生的学习成果具有重要的影响。
教师智能结构是由多个要素组成的，包括知识结构、教学技能、教学策略、教学经验、教学反思等。
首先，知识结构是教师智能结构的基础。
教师需要具备丰富的学科知识和教育学知识，以便能够深入理解教学内容，为学生提供准确、系统的知识指导。
其次，教学技能是教师智能结构的核心。
教师需要掌握各种教学方法和技巧，能够合理地组织教学活动，激发学生的学习兴趣，顺利实现教学目标。
再者，教师需要灵活运用各种教学策略，根据学生的特点和需求，采取不同的教学方法，使学生能够主动参与到教学活动中，培养他们的创新意识和解决问题的能力。
此外，教师智能结构还需要包含教学经验的积累和教学反思的能力。
教师通过不断实践和反思，总结经验教训，不断优化自己的教学方式，提高教学质量。
在教师智能结构中，教师的思维、行为和情感相互关联，相互作用。
首先，教师的思维指导着教学行为。
教师的思维方式和观念决定了他们选择的教学方法和策略。
一个思维活跃、有创意的教师往往能够提供更多样化、富有创造性的教学方式，激发学生的学习热情和思维能力。
其次，教师的行为是教师智能结构的体现。
教师的行为包括教学组织、教学实施、教学评价等方面，这些行为会直接影响到教学效果。
最后，教师的情感也是教师智能结构中不可忽视的一部分。
教师需要具备情感智能，关注学生的情感需求，与学生建立良好的师生关系，以提高学生的学习积极性和教学效果。
教师智能结构的发展是一个渐进、逐步提高的过程。
教师需要通过不断学习、反思和实践，不断完善自己的教学能力，不断拓宽自己的教学视野。
智能手机的硬件组成部分及结构图
智能手机的硬件组成部分及结构图随着通信产业的不断发展，移动终端已经由原来单一的通话功能向语音、数据、图像、音乐和多媒体方向综合演变。
而移动终端基本上可以分成两种：一种是传统手机（featurephone）；另一种是智能手机（smartphone）。
智能手机具有传统手机的基本功能，还具有以下特点：开放的操作系统、硬件和软件可扩充性，以及支持第三方的二次开发。
相对于传统手机，智能手机以其强大的功能和便捷的操作等特点受到了入们的青睐，成为市场的一种潮流。
1.1、智能手机的整体结构智能手机可以被看作袖珍的计算机。
它有处理器、存储器、输入输出设备（键盘、显示屏、USB接口、耳机接口、摄像头等）及I/O 通道。
手机通过空中接口协议（例如GSM、CDMA、PHS等）和基站通信，既可以传输语音，也可以传输数据。
如图1所示为智能手机的外部结构。
打开手机的外壳，拆开电路板等元件，可以看清智能手机的内部结构。
图2为智能手机的内部结构。
智能手机的主电路板是手机中最重要的部件，它位于智能手机的内部，与各部件之间通过数据软线或触点相连接。
主电路板可以说是手机的核心部件，它负责手机信号的输入、输出、处理、手机信号的发送，以及整机的供电、控制等工作。
图3为智能手机主电路板。
【小知识】不同品牌的智能手机电路板的设计会有所不同，有的智能手机只有一块电路板，有的智能手机除了有主电路外，还有副电路板。
副电路板一般连接接口、摄像头等附件。
从图3中可以看出，智能手机的主电路板上安装的都是贴片元器件，排列十分紧密，并且电路板上的主要芯片都采用BGA形式焊接在电路板上。
【提示】BGA的全称是BallGridArray（球栅阵列结构的PCB），它是集成电路采用有机载板的一种封装法。
它的特点是：封装面积少；功能加大，引脚数目增多；PCB板熔焊时能自我居中，易上锡；可靠性高；电性能好，整体成本低等。
1.2、智能手机电路结构智能手机的电路是智能手机的核心，负责手机的供电、控制以及手机各种功能的实现。
第一章智能机器人组成及机构
而是根据实际使用的工作性能要求来确定。
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手腕自由度图例：
腕部坐标系
手腕的偏转（R）
手腕的俯仰（B）
手腕的回转（R）
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RBR手腕
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1.4 机器人行走机构
安装在固定基座上的机器人有其使用的局限性，不能够移动，对于一些大件的、 尺寸超过一定范围的，就需要多次或者多台机器人进行作业，增加了使用成本；对于 一些工作周期比较长的，则降低了效率，造成资源浪费。
柔轮
波发生器 刚轮
谐波减速器原理图
23
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1.6 机器人运动轴与坐标系
1）机器人运动轴的名称ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
通常机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴、基座轴和工装轴， 基 座轴 和工装轴 统称 外部轴 .
机器人轴
机器人操作机（本体）的轴，属 于机器人本身。
基座轴
机器人整体移动的轴，如行走轴 （滑移平台或导轨）。
增加机器人外部轴，扩展机器人作业半径，降低生产使用成本；管理多个工位， 提高效率。机器人第七轴应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
主要应用于焊接、铸造、机械加工、智能仓储、汽车、航天等行业领域。
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1. 5 机器人传动机构
目前机器人广泛采用的机械传动单元是减速器，应用在关节型机器人
减速器主要两类： RV 减速器 和 谐波减速器 。 一般将 RV 减速器放 置在基座、腰部、大臂等重负载的位置 ( 用于 20kg 以上的机器人关节 ) ；
5. 精度 精度、重复精度、和分辨率
3
1.机器人机械机构组成
1.1 机器人结构分类
智能结构的原理及应用
智能结构的原理及应用智能结构的概述智能结构是指具有感知、推理和响应功能的结构体系，能够根据外界环境的变化自动调整其形态和性能。
智能结构融合了传感器、执行器和控制系统等技术，通过对周围环境的感知和对内部状态的监测，实现对结构形态的智能控制。
智能结构的发展具有重要的现实意义和广阔的应用前景，在诸多领域都有广泛的应用。
智能结构的原理智能结构的实现基于以下几个原理：1. 传感器原理智能结构通过搭载传感器实现对外界环境的感知。
传感器可以通过测量温度、湿度、压力、振动等参数来获取关于结构体系的信息。
传感器从感知到信号转换是实现智能结构的第一步，准确、灵敏的传感器是智能结构的重要组成部分。
2. 控制系统原理智能结构需要一个可靠的控制系统，来根据传感器获取的信息做出相应的决策。
控制系统可以根据预设的参数和规则，控制执行器的动作，调整结构的形态和性能。
控制系统可以采用传统的PID控制方法，也可以利用人工智能和机器学习等技术来实现更智能化的自适应控制。
3. 执行器原理执行器是智能结构中的关键部件，它们通过接收控制系统的指令，实现对结构的调整。
根据智能结构的具体应用场景，执行器可以采用不同的机械、液压、电动等方式。
执行器的设计需要兼顾结构的可控性和动态性能，以确保智能结构的响应速度和准确性。
智能结构的应用智能结构的应用远超出我们的想象。
以下是智能结构在几个典型领域的应用示例：1. 建筑领域智能结构在建筑领域的应用主要集中在结构监测和抗震减灾方面。
通过将传感器嵌入到建筑结构中，可以实时监测结构的变形和振动情况，提前发现可能的安全隐患。
智能结构还可以根据地震波的预测和实时数据，调整建筑的刚度和阻尼特性，提高抗震性能。
2. 桥梁领域智能结构在桥梁领域的应用主要集中在结构健康监测和远程监控方面。
通过搭载传感器网络和远程数据传输技术，可以实时监测桥梁的结构完整性和使用状况。
智能结构可以及时发现桥梁的损伤和变形，提前采取维修和加固措施，保障桥梁的安全性和可靠性。
智能材料和智能结构(3)——智能结构的设计、控制和探测
较高的水准考虑到控制问题 。从控制系统的观 点，波前传感器的设计应解决两个基本 问题：可控制性 、可观 察 性 问题和子孔径位 置最佳化 问题 。 １ 、可控制性和可观 察性分析
（ ）系 统 模 型 １
建立 自适应光 学系 统输入／ 输出模 型常用 的方
法 是 影 响 函数 法 【。 图 ｌ 自适 应 光 学 系 统 框 图 。 １ 】 是
ｕ －
史 永 基 曹 慧敏 刘 刚 田 叶 芳
一
、
引 言
一
般说来，智能结构 是指 一种具有确定 目的和意志 的非生物结构 ，该研究领域起始于上个世纪 ８ ０年代，
当时是将雷达天 线集 成到军事 飞机 的表层 ，称 为智 能皮层 ，后来将智 能皮层 的概念扩大到整个结构 ，称为智能 结构。实现智能结构的技术包括材料设计 、高等执行和传感技术、 白适应计算机算法和能量利用最佳化。智能
式 中 ，Ｓ是波 前 传 感 器 算 符 。 常 用 的 波 前传 感 器 是 剪 切 干 涉 仪 和 Ｈ ｒ ｎ ．ｈ ｃ 传 感 ａｔ ｎＳ ａｋ ｍａ
器【 ，任务是测量系统波前误差
， 。
在 线 性 近 似 下 不考 虑 噪声 和 微 扰 ， 统 输 入 （） 输 出 系 尼与
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｖｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｒｅ ｉｗ
综 不ｊ 术
智能材料和智能结构 （） ３
摘要 ：智能结构是当代最具挑战性、最活跃 的新研 究领域之 一。智能结构技术包括材料设计 、高等执行和
传感技术 、自适应计算机算法和能量利用最佳 化。智能结构 的应用 范围从 空间飞 行器和飞机到大型 民用建
传 感 器世 界 ２１ ． ０ ０１ １
ＷＷＷ．ｅｎ ｏｒ ｓ ｓ ｗｏｒ ｏｍ ｌＧ ｄ ｃｎ
《智能化数控系统体系结构及关键技术研究与实现》
《智能化数控系统体系结构及关键技术研究与实现》一、引言随着科技的飞速发展，智能化数控系统已成为现代制造业的核心技术之一。
该系统以数字化技术为基础，通过集成计算机、网络、传感器、自动化控制等先进技术，实现了对制造过程的精确控制与智能化管理。
本文将详细探讨智能化数控系统的体系结构，关键技术研究及其实现方法。
二、智能化数控系统体系结构智能化数控系统的体系结构主要包括硬件层、软件层和应用层。
1. 硬件层：包括中央处理器、输入输出设备、传感器、执行器等。
这些硬件设备负责接收、处理和执行指令，实现制造过程的自动化控制。
2. 软件层：包括操作系统、数控编程软件、数据库管理系统等。
软件层是智能化数控系统的核心，负责实现系统功能的逻辑控制与数据处理。
3. 应用层：根据具体应用需求，将硬件层和软件层进行集成与优化，实现特定制造过程的智能化控制与管理。
三、关键技术研究1. 数字化技术：数字化技术是实现智能化数控系统的关键技术之一。
通过将制造过程进行数字化建模，实现制造过程的精确控制与优化。
2. 传感器技术：传感器技术是实现智能化数控系统的重要手段之一。
通过安装各种传感器，实时监测制造过程中的各种参数，为系统提供实时数据支持。
3. 自动化控制技术：自动化控制技术是实现制造过程自动化的关键技术。
通过计算机对制造过程的控制与优化，实现制造过程的精确、高效和自动化。
4. 网络化技术：网络化技术是实现智能化数控系统的重要手段之一。
通过网络将各个设备进行连接，实现信息的实时传输与共享，提高系统的整体性能。
四、关键技术研究与实现1. 数字化技术研究与实现：通过对制造过程进行数字化建模，实现制造过程的精确控制与优化。
具体实现方法包括建立数字化模型、数据采集与处理、数据分析与优化等。
2. 传感器技术研究与实现：通过安装各种传感器，实时监测制造过程中的各种参数。
具体实现方法包括传感器选型、安装位置选择、信号处理与分析等。
3. 自动化控制技术研究与实现：通过计算机对制造过程的控制与优化，实现制造过程的精确、高效和自动化。
智能结构与智能机构PPT课件
4.2 目前遇到的难题
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智能结构驱动器 智能结构传感器7
Thank you!
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结构健康监测与诊断系统）
机器人
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3.1 自适应机翼
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3.1 自适应机翼
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3.1 自适应机翼
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3.2 碳纤维混凝土温度自诊断自适应结构
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3.3 微型机器人
TiNi是SMA（形状记 忆材料）中一种。 SMA的伸缩实现开闭 屈伸动作。
智能结构也可以定义成：可以根据外部条件和内部条件主动
地改变结构特性以最优地满足任务需要的结构。外部条件可能 包括环境、载荷或已制造出及已在使用中的结构几何外形。内 部条件可能包括对材料或结构的局部区域的破坏、失效的隔离 和改变载荷传输途径等。
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1.1智能结构材料
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1.电磁流变体
在20世纪40年代末期，人们发现在普通的流体中掺 入适当的磁性悬浮物。就成为电磁流变体。当外加 磁场作用在这种流体上时，由于悬浮物磁向与外磁 场一致，就大大约束了流体的运动，整个流体呈现 固体化的性质。而且反应之快，是在短于微妙级的 时间间隔内完成的。
悬浮物为磁性体时称为磁流变体（MR），而悬浮 物是电介质时称为电流变体（ER）。
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3.4 螃蟹机器 人
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螃蟹机器人
Riririr
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日本Kondo Hexapod /六脚机器人
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4.展望
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学习内容名称智能结构与智能机构智能结构与智能机构摘要：智能结构是一种仿生结构体系。
通过总结当前的研究现状，结合具体实例，得到智能结构的关键技术和发展前景。
1.智能结构与智能机构简介智能结构可以定义成一种仿生结构体系,它集主结构、传感器、控制器及驱动器于一体,具有结构健康自诊断、自监控、环境自适应以及损伤自愈合自修复的生命特征及智能功能,在危险发生时能自己保护自己[1]。
智能结构也可以定义成：可以根据外部条件和内部条件主动地改变结构特性以最优地满足任务需要的结构。
外部条件可能包括环境、载荷或已制造出及已在使用中的结构几何外形。
内部条件可能包括对材料或结构的局部区域的破坏、失效的隔离和改变载荷传输途径等。
智能机构指由两个或两个以上构件通过活动联接形成的智能构件系统。
1.1智能材料（intelligent material）智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料[1]。
智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。
科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。
一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。
具体来说，智能材料需具备以下内涵：(1)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度，如电，光，热，应力，应变，化学，核辐射等；(2)具有驱动功能，能够响应外界变化；(3)能够按照设定的方式选择和控制响应；(4)反应比较灵敏,及时和恰当；(5)当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态。
智能材料又可以称为敏感材料，其英文翻译也有若干种，常用的有Intelligent material，Intelligent material and structure，Smart material，Smart material and structure，Adaptive material and structure等。
智能材料大体可分为电磁流变体，形状记忆合金[2]。
1.1.1电磁流变体在20世纪40年代末期，人们发现在普通的流体中掺入适当的磁性悬浮物。
就成为电磁流变体。
当外加磁场作用在这种流体上时，由于悬浮物磁向与外磁场一致，就大大约束了流体的运动，整个流体呈现固体化的性质。
而且反应之快，是在短于微妙级的时间间隔内完成的。
悬浮物为磁性体时称为磁流变体（MR），而悬浮物是电介质时称为电流变体（ER）。
1.1.2.形状记忆材料材料在外力作用下发生残余变形后，在温度作用下又会发生逆变形，使材料恢复原状。
冷却后再再发生残余变形，再加热，结果还能恢复原状。
这种现象称为形状记忆效应（Shape Memory Effect）。
这种具有形状记忆效应（SME）的材料称为形状记忆材料，它包括形状记忆合金、记忆陶瓷及形状记忆聚合物。
1.1.3.压电材料如下图所示：材料上施加外力引起变形时在材料内产生电场。
反之对材料施加外电场时在材料内部产生变形。
1.2 智能结构的关键技术智能结构的关键技术包括传感器、驱动器、控制器及其集成[3]。
智能结构的仿生学模型如下图所示：1.2.1 智能传感器智能传感器（intelligent sensor），从仿生学来讲，相当于智能结构的神经元，是具有信息处理功能的传感器。
智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。
一般智能机器人的感觉系统由多个传感器集合而成，采集的信息需要计算机进行处理，而使用智能传感器就可将信息分散处理，从而降低成本。
与一般传感器相比，智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。
1.2.2 智能驱动器智能结构中的驱动器从仿生学来讲相当于智能结构中的肌肉，它的任务是使智能结构自适应动作，故必须具有较大的肌肉力量，应有较小的滞后效应。
目前，常采用形状记忆合金、压电材料、电（磁）流变材料及伸缩材料作为驱动器。
1.2.3 智能控制器智能结构中的控制器，从仿生学来讲，相当于智能结构的神经中枢（大脑）控制对象为结构本身。
由于智能节后本身是分布式强耦合的非线性系统，且所处环境具有不确定性及时变性，因此控制器应具有分布式及中央处理方式相协调的特点。
对于复杂的事变系统，还应具有一定的鲁棒性及在线学习功能。
智能结构的控制分为三个层次：一、局部控制，用加入阻尼或吸收能量来抵消外来干扰；二、整体控制，如结构整体稳定性控制、形状确定性控制及扰动抑制等；三、智能控制，结构可以实现自诊断、自修复、自适应、自学习等功能。
2 智能结构发展按现在的观点，智能结构分为两大类，智能结构材料，智能空间结构力学。
智能结构首先是从航天领域发起的，在上个世纪60年代到80年代初，美俄在这个领域取得理论与技术上的基础性突破，在80年代，它逐渐渗透进建筑领域。
“智能结构力学”概念在80年代中期横空出世。
当前“智能结构技术”首先被运用于航天，其次，某些超高层建筑使用其二线技术或三线技术，例如在地震带重要的一级工程，安装有精密仪器设备的工业动力厂房，重要的数据库存贮大楼，重要的甲级医院，有标志性的一级电视发射塔，一些政府或机关的办公场所等。
智能结构是1985年出现的，是当前结构设计与结构力学方面正在迅速发展的一种崭新领域，由于尚在发展过程中，其名称未完全统一，有的称为智能结构，有的称为自适应结构。
智能结构就是可以根据外部条件和内部条件主动地改变结构特性以最优地满足任务需要的结构。
外部条件可能包括环境、载荷或已制造出及已在使用中的结构几何外形。
内部条件可能包括对材料或结构的局部区域的破坏、失效的隔离和改变载荷传输途径等。
从结构方面，就是把具有特殊力学性能和物理性能的形状记忆合金、压电陶瓷、压电晶体、磁致变体、电致变体及流变体等复合在构件中（或埋在复合材料中），组成构件的受感元件和作动元件，再配上微处理器，便成为智能的材料结构，来自动适应结构的一些特殊要求。
2.1发展现状国外对智能结构的研究和应用非常重视，因为智能结构不仅可以解决当前工程上一些难于解决的实际问题，而且被认为是21世纪的主要材料结构，同时这方面的研究还将推动许多学科和技术的发展[4]。
美国、日本、英国、加拿大、台湾等都积极开展了智能航天结构的研究。
在日本，政府给予大力支持，拨巨额专款来从事这方面的研究。
由6个研究所和16个学术团体发起，于1989年3月在日本召开了国际性的智能材料结构学术会议。
1995年美国白宫科技厅所列出的美国关键技术中，智能结构也是其中之一。
在美国进行的智能航天结构应用研究:主要有以下几项：1.喷气推进实验室（JPL）的精密干涉仪定位试验，支承干涉仪的衍架结构中，部分构件采用智能梁杆，使干涉仪的相对位置的改变量控制在10-8m之内。
2.JPL的直径为3.8m的反射器试验，在6条均匀分布的半径线上采用智能桁架结构，成功地进行了形状控制试验，反射角度的变化小于0.01。
3.MIT的6根3.5m桁架形成的一个四面体精度试验，试验中受到外界干扰时，各个角点的相对位置控制精确，四面体形状完全不变。
4.JPL的噪声智能控制试验中，试件为直径3.6m的复合材料圆柱舱体，局部复合了智能材料结构，在172Hz下，测得噪声降低了12dB5.1993年12月发射的取代“哈勃”望远镜WFPC的WFPC-2采用了一个智能关节状的折叠镜，消除了振动、热扰动及太空环境对静态定位角的影响，满足了望远镜的光学精度要求。
6.1994年发射的“克莱门汀”号月球探测器采用智能材料(SMA)的智能分离机构，在轨运行中结果理想。
总起来看，国外对智能结构的研究应用十分活跃，并且有如下的几个特点：1.十分重视对基本规律、特性、机理以及模拟计算方法等的研究，并且认为这是推进智能结构发展的关键。
2.基础研究与工程实际应用问题相结合，而且两者平行地进行，这个研究特点可以说自从智能材料兴起和应用于工程上后，就出现了。
因为智能材料的基本特性密切依赖于结构设计和力学分析，而具体结构的应用又对基本材料和复合方法提出了许多特殊要求。
3.综合结构力学、控制、材料、计算机及试验技术等不同学科交叉进行研究。
4.资金的投入方向决定了研究的重点。
美国当前主要是围绕航天器的实际问题来开展研究的，并且规定了外国人不能参加，这当然是属于先进的尖端技术之列。
2.2智能结构在航天领域的应用2.2.1形状控制智能空间结构在发射段及主动飞行段主动改变形状，以适应发射结构外形包络面的限制，在外层空间主动改变形状，以适应姿态要求，或者主动补偿温差引起的结构变形及结构长时间工作后的形状变化，从而提高空间结构的定位精度[5]。
用SMA材料可以设计太阳电池阵的连接转动系统，记忆形状为在空间的太阳阵展开后的正常运行状态，用其代替常规的展开驱动机构，可以减少展开过程引起的冲击，提高系统的可靠性，并大幅度地减轻驱动机构的质量。
2.2.2.损伤探测与修复空间结构的可靠性、安全行和使用寿命是必须保证的最重要的技术要求，关键结构用智能结构代替，就可以更好地满足这些要求。
飞船的外部舱壁的重要部位设计成智能结构，可以自动探测在正常运行期间结构长时间的疲劳破坏、疲劳裂纹及空间废弃物的撞击损伤，并主动进行控制和修复，大幅度地提高安全性和可靠性。
2.2.3.振动控制空间飞行器的各个部件及整体结构，其最低频率都有一个严格的下限，以避免外界的低频激励引起的强烈耦合振动。
有时，空间结构的设计方案已经进行到试验阶段时，因为第一阶模态频率偏低而全部失败。
考虑到空间结构大量采用复合材料板壳结构这一特点，用智能复合材料结构代替常规复合材料的主承力结构，就可以在不改变原有的比较成熟结构方案的情况下，主动地改变结构的模态频率，从而解决最低频率偏低的问题。
在外层空间，空间结构的阻尼小。
展开机构展开后引起振动，或者其它外部激励引起结构振动时，振动就很难消除，在展开驱动机构中复合流变体，可以主动改变结构的刚度和阻尼，从而改变了结构的模态频率和衰减了振动的幅度，使振动得到有效抑制。
2.2.4.分离机构空间结构的连接分离机构目前大多利用火工品螺栓，这就存在火焰冲击波和污染的问题，星箭所载仪器受损的概率高，尤其是只能一次性使用，在地面无法进行重复试验以考核其可靠性。
利用SMA的记忆特性能够解决这些问题，并减轻质量。
火箭头锥整流罩智能分离机构，用SMA弹簧压制成强制式螺栓，分离时通脉冲电流，弹簧迅速恢复到地面所记忆的伸展状态，使连接的结构分离。