最新科技前沿2

四、机器人系统仿真技术的发展概况。
国外很早便认识班机器人仿真在机器研究和应用方面的重要作用，并从70年代开始进行了这方面的研究工作。在许多从事机器人研究的部门都装备有功能较强的机器人仿真软件系统，它们为机器人的研究提供了灵活和方便的工具，比如，美国Cornell大学开发了一个通用的交互式机器人图形仿真系INEFFABELLE，它不是针对某个具体机器人，而是利用它可以很容易建立所需要的机器人及环境的模型，并且具有图形显示和运动的功能，它能进行机器人系统的分析、综合及离线编程。美国Maryland大学开发了一个机械手设计和分析的工具，它能产生机械手的动力学模型。根据需要可以自动产生F0RTRAN 的仿真程序， 同时也可产生符号表示的雅可比矩阵MIT开发了一个机器人CAD软件包OPTARMⅡ，它可用于时间最优轨迹规划的研究。Michigan大学开发了一个机器人图形编程系统——PR0GREss，其特点是菜单驱动和光标控制，并能有219图形符号来仿真外界的传感器和执行部件，以使用户获得更加接近真实的编程环境。
随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。无论机器人从外部特征如何近似人类，如何将机器人打开，其中一堆复杂的连线则与人体内部有着天壤之别。来自欧洲的研究小组目前着眼于缩小机器人与人类之间的差别，意味着未来的机器人将赋予更多的人性化特征。他们研制的新型机器人的“骨骼”是由热塑性聚合物和促动器构成的，响应每一块肌肉和类似筋腱的线路的运动。他们的目标是建立更接近人类的机器人，能够像人类一样与所处环境作出交互反应。将机器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——仿真机器人。
作为最新的一门科技学技术，仿真机器人的出现，是近几年来科技发展的重大突破和进步，本文从不同的角度来探讨仿真机器人的科技原理、应用、影响等。
随着时代的发展，科学技术日新月异。我们的生活无时无刻不在被新科学新技术影响着、改变着。在人类的发展史中，机器人扮演着一个十分重演的角色，特别是现代机器人。现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。自1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，其结果之一便是1952年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，原子能实验室的恶劣环境要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。
二、机器人仿真技术的应用。
机器人仿真主要应用在两个方面：一是机器人本身的设计和研究，这里机器人本身包括机器人的机械结构以及机器人的控制系统，它们主要包括机器人的运动学和动力学分析。各种规划和控制方法的研究等。机器人仿真系统可为这些研究提供灵活和方便的研究工具，它的用户主要是从事机器人设计和研究的部门和高等学校。机器人仿真的第二个方面的主要应用是那些以机器人为主体的自动化生产线，它包括机器人工作站的设计、机器人的选型、离线编程和碰撞检测等。机器人可为此提供既经济又安全的设计和试验的手段，它的用户主要是那些使用机器人的产业部门。目前，用于这方面的机器人仿真系统最常见的ROBCAD和IGRIP。下面以机器人离线编程为例来说明机器人仿真系统的应用。机器人是一种通用机械， 通过重新编程，它可以完成不同的工作任务 当机器人改变工作任务时，通常需中断机器人的当前工作， 先对机器人进行示教编程，然后机器人按照新的程序执行新的工作．若借助于机器人仿真系统．舅4可首先在仿真系统上进行离线编程，然后将编好的程序装到机器人中，机器人便可按照新的程序执行新的工作，因此，机器人可不必中断当前的工作，从而提高了生产效率，而且这种方法既经济又安全。利用机器人仿真系统进行离线编程在国外已十分普遍，它是机器人仿真系统应用最普遍和最典型的例子。机器人仿真系统的另外一个应用是它可以用于机器人的教学和培训。机器人是一个比较昂贵的设备，在进行机器人教学时，不可能用许多实际的机器人来作为教学和培训的试验设备，机器人仿真系统可为此提供一个方便和灵活的试验工具和手段。
对于未来仿真机器人的发展，有许多趋向。测井机器人作业仿真模拟的具体要求，设计采用虚拟井数据库和测井信号相结合的方法，实现对测井环境的虚拟仿真。选择了以深度信号作为仿真系统的驱动信号，以嵌入式处理器系统为核心，构建了仿真系统的总体结构，设计了虚拟仿真的工作流程。在此基础上，提出了虚拟仿真系统的具体实现方案，重点叙述了关键模块的设计与实现。一个测井机器人系统是由地面系统、电缆遥传系统、深度测量系统和下井仪器组成的。地面系统是整个系统的数据处理和控制核心。在操作工程师的操作控制下，地面系统接收由电缆遥传系统送来的下井仪器测量数据和深度系统传来的深度信号，对这些信息进行处理，并显示记录测井的资料和结果。同时操作员的操作指令和系统指令经遥传系统发送到井下仪器，对其进行控制。每项仿真研究都应从所研究系统的说明开始，只有对该系统具有深入的了解，明确需要解决的问题和应达到的目标，并且在这些问题上与决策者取得一致意见，才能为仿真建模与仿真运行提供可靠的基础。实际测井过程中，操作人员控制地面系统，首先配置与所选下井仪器一致的服务表，配置服务表使下井仪器完成初始化，并开始等时测井过程。此时电缆遥传系统与下井仪器均下入油井，在井筒中快速下行。此时每隔一定时间间隔，地面系统的DSP采集模块自动向下井仪器发送采集命令，下井仪器采集一组测井数据并存储，DSP采集模块经一段短暂的固定时间自动向下井仪器发送数据上传命令，下井仪器与遥传系统把存储测井数据回传到地面测井系统。地面系统利用此测井数据判断下井仪器下放是否受阻。当下井仪器下入井底，操作人员控制地面绞车缓慢上提电缆，并操作地面系统开始等深测井过程。在等深测井过程中，每隔一定深度间隔，地面系统的DSP采集模块自动向下井仪器发送采集命令，下井仪器采集一组测井数据并存储，DSP采集模块经一段短暂的固定时间自动向下井仪器发送数据上传命令，下井仪器与遥传系统把存储测井数据回传到地面测井系统。在等深测井过程中，反映地层岩石物性的大量测井数据被地面系统采集处理，得到相应测井结果。
国内从80年代后期起，许多单位也开始从事机器人仿真技术的研究工作。在国家高技术计划自动化领域智能机器凡号题中，清华大学 浙江大学、沈阳自动化所及上海受大等单位承担了机器人系统仿真的研制任务，取得了多项研究成果，本文后面还将对此工作专门介绍。哈工大、北航、国防科大等单位承担了机器人机构仿真的任务，摄后也研制成功一个大型的机器人仿真软件。还有不少单位针对某一具体方面进行了广泛深入的机器人仿真技术的研究。
仿真机器人的出现是近些年来最新科学研究与应用的一个缩影，它放映了科学进步越来越快、越来越人性化的特点。
仿真机器人正在被越来越多的人认识，同时也在一步一步的走向我们的生活、学习和工作。如今仿真机器人不仅在科研领域，工业生产领域应用，而且在日本已经出现了仿真机器人保姆等。我国的机器人仿真技术业发展的很快，相信不久的将来我们的身边也会出现仿真机器人的身影。
因此，机器人的到来给我们的生活和生产带来了很大的改变，特别是工业机器人在日本大力发展之后。机器人的发展迎来了一个新的春天，日本也因此而赢得了“机器人王国的美称”。然而怎样才能让机器人能更加接近人类，更加有效的为人类服务呢？于是科学家们开始了研究一种新的机器人——仿真机器人。
一、仿真机器人的出现。
三、机器人系统仿真技术与机器人的仿真设计。
机器人系统仿真是指通过计算机对实际的机器人系统进行模拟的技术。通过计算机对实际的机器人系统进行模拟。机器人系统仿真可以通过单机或多台机器人组成的工作站或生产线。仿真可以通过交互式计算机图形技术和机器人学理论等，在计算机中生成机器人的几何图形，并对其进行三维显示，用来确定机器人的本体及工作环境的动态变化过程。通过系统仿真，可以在制造单机与生产线之前模拟出实物，缩短生产工期，可以避免不必要的返工。在使用的软件中，工作站级的仿真软件功能较全，实时性高且真实性强，可以产生近似真实的仿真画面；而微机级仿真软件随实时性和真实性不高，但具有通用性强、使用方便等优点。目前机器人系统仿真所存在的主要问题是仿真造型与实际产品之间存在误差，需要进一步的研究解决。
机器人仿真主要应用在两个方面：一是机器人本身的设计和研究，这里机器人本身包括机器人的机械结构以及机器人的控制系统， 它们主要包括机器人的运动学和动力学分析。各种规划和控制方法的研究等。机器人仿真系统可为这些研究提供灵活和方便的研究工具，它的用户主要是从事机器人设计和研究的部门和高等学校。机器人仿真的第二个方面的主要应用是那些以机器人为主体的自动化生产线，它包括机器人工作站的设计、机器人的选型、离线编程和碰撞检测等。机器人可为此提供既经济又安全的设计和试验的手段，它的用户主要是那些使用机器人的产业部门。目前，用于这方面的机器人仿真系统最常见的ROBCAD和IGRIP。下面以机器人离线编程为例来说明机器人仿真系统的应用。机器人是一种通用机械，通过重新编程，它可以完成不同的工作任务 当机器人改变工作任务时，通常需中断机器人的当前工作，先对机器人进行示教编程，然后机器人按照新的程序执行新的工作．若借助于机器人仿真系统．舅4可首先在仿真系统上进行离线编程，然后将编好的程序装到机器人中，机器人便可按照新的程序执行新的工作，因此机器人可不必中断当前的工作，从而提高了生产效率，而且这种方法既经济又安全。利用机器人仿真系统进行离线编程在国外已十分普遍，它是机器人仿真系统应用最普遍和最典型的例子。
五、几种仿真机器人的介绍和应用。