机器人在医学的应用
机器人在医学上的作用
吴大卫
101014322 机械10-3班
摘要：
医疗机器人是目前国外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一，其发展前景非常看好。近年来，医疗机器人技术引起美、法、德、意、日等国家学术界的极大关注，研究工作蓬勃兴起。第一代手术机器人已经用于世界各地的许多手术室中。这些机器人不是真正的自动化机器人，它们不能自已进行手术，但是它们向手术提供了有用的机械化帮助。这些机器仍然需要外科医生来操作它们并对其输入指令。
关键字：机器人机器人系统临床手术自动控制导航
引言：
机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自问世以来，就一直备受瞩目。40余年来，有关它的研究取得了长足的进展。各种形态、功能的机器人相继面世，而未来的机器人将是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。正是由于机器人在多方面应用的可能性，才使得机器人在财会方面也是可以取得成就的。
在本课程学习中，我了解了机器人的定义。它是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。同时，我了解到了机器人主要是由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。机器人大致分为家务型机器人、操作型机器人、程控型机器人、示教再现型机器人、数控型机器人、感觉控制型机器人、适应控制型机器人、学习控制型机器人、智能机器人等几类。随着科技的进步，相信机器人必将在人们生产活动以及生活方面发挥重要作用。而未来的高科技军事，高科技战争，也必然离不开机器人。
机器人在医学方面的应用非常广泛，主要由：1、实验室机器人：由于在实验室操作复杂，但都是一些简单的如取样、离心、混合等操作，人操作起来费时，而且精度也不是控制的很好。随着自动化水平提高，实验室机器人也将发挥重要作用。2、医疗康复机器人：从八十年代开始，医疗康复机器人有了很大发展，其应用范围已扩展到人们生活的各个领域，如机器人动作执行系统(机械手)、智能型轮椅、家庭日常生活和职业用生活护助及作业辅助型机器人等。3、外科手术机器人：外科手术机器人的应用领域主要分为微创外科手术机器人和手术中影像引导医用机器人。4、生物机器人：生物机器人是医学机器人领域的最高层次，即机器人能实现象人一样的移动、动作执行、视觉、触角、思维等功能。近期研究表明，
上述功能的实现对于目前的机器人来说还相当困难。日本现在进行的手指触觉机器人的研究已有很大的进展，该手指能根据获取物体的材料特性和三维外形的信息执行相应的动作。
1、外科手术机器人
第一代手术机器人已经用于世界各地的许多手术室中。这些机器人不是真正的自动化机器人，它们不能自已进行手术，但是它们向手术提供了有用的机械化帮助。这些机器仍然需要外科医生来操作它们并对其输入指令。这些手术机器人的控制方法是远程控制和语音启动。最近开发出来的两种手术机器人有：达芬奇手术系统、ZEUS 机器人手术系统。
1.1、达芬奇手术系统
它是美国第一个可在手术室使用的机器人系统，由Intuitive Surgical公司开发的。达芬奇系统使用的技术使外科医生可以到达肉眼看不到的外科手术点，这样他们就可以比传统的外科手术更精确地进行工作。价值 1 百万美元的达芬奇系统由两个主要部件组成：
1.1.1、外科医生控制台
主刀医生坐在控制台中，位于手术室无菌区之外，使用双手(通过操作两个主控制器)及脚(通过脚踏板)来控制器械和一个三维高清内窥镜。正如在立体目镜中看到的那样，手术器械尖端与外科医生的双手同步运动。
1.1.2、床旁机械臂系统
床旁机械臂系统(Patient Cart)是外科手术机器人的操作部件，其主要功能是为器械臂和摄像臂提供支撑。助手医生在无菌区内的床旁机械臂系统边工作，负责更换器械和内窥镜，协助主刀医生完成手术。为了确保患者安全，助手医生比主刀医生对于床旁机械臂系统的运动具有更高优先控制权。
1.1.3、成像系统
成像系统(Video Cart)内装有外科手术机器人的核心处理器以及图象处理设备，在手术过程中位于无菌区外，可由巡回护士操作，并可放置各类辅助手术设备。外科手术机器人的内窥镜为高分辨率三维(3D)镜头，对手术视野具有10倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像，使主刀医生较普通腹腔镜手术更能把握操作距离，更能辨认解剖结构，提升了手术精确度
1.2、ZEUS 机器人手术系统
由Computer Motion公司制作，在欧洲已经可以使用。它有一个计算机工作站、一个视频显示器和控制手柄，用于移动手术台上安装的手术仪器。ZEUS系统目前在美国只被批准用于医疗试验，而德国医生已经使用此系统进行了冠心病搭桥手术。
ZEUS系统得到了自动化内窥镜定位（AESOP）机器人系统的协助。由 Computer Motion 公司于1994年发布的AESOP是FDA批准使用的第一台可以用于手术室协助手术的机器人。AESOP比达芬奇系统和ZEUS系统要简单得多。AESOP基本上只是一个机械臂，用于医生定位
内窥镜——一种插入病人体内的外科照相机。脚踏板或声音软件用于医生定位照相机，这就让医生的手空出来继续进行手术。
2、医疗康复机器人
康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支，它的研究贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。目前，康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展,也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。
目前,康复机器人的研究主要集中在康复机械手、医院机器人系统、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面。
2.1、康复机械手
医疗康复领域的一个重要应用场合就是恢复四肢残废者手和腿实现象正常人一样的功能，即在残废者和周围环境间安装上一机械假肢作为媒介，使前者能象正常人一样用意识控制手足活动，执行各种任务。
机械手包括手足型和搬运及移动型。手足型机械手包括肌电控制前臂假手、能步行及上下楼梯的动力假腿和具有知觉的能动假手等。搬运及移动型机器人包括患者升降机、抱起机器人、输送及转送机器人和移动升降器等。随着人们生活水平的提高，人类的平均寿命持续增长，人类社会向老龄化社会发展，与此相适应的康复机器人的应用领域也逐渐向为老年人服务而倾斜，其应用前景十分广阔。
2.2、医院机器人系统
医院机器人系统主要是医院内部搬运机器人，其主要功能是运送食物、药品及一些医疗器械、病人病历档案等，它不同于一般的位置固定的生产装配场合中应用的工业机器人。国外研究的一种叫“HelpMater”的机器人已经在医院内使用，它能够24小时高效工作。医院工作人员能把医院内走廊，电梯的几何和断层图象信息输入到该机器人的控制系统内使其能自动工作。另外日本的机械工程实验室已在研究一种能提升病人的机器人，该机器人能够将病人从病床上提升起来并把其运送到医院卫生间、食堂等其它地方。但是该系统所需的各项技术如能量供应、人机交互系统等还有待于进一步解决和完善。
2.3、智能轮椅
随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是残疾人愈来愈需要运用现代高新技术来改善他们的生活质量和生活自由度。因为各种交通事故、天灾人祸和种种疾病，每年均有成千上万的人丧失一种或多种能力（如行走、动手能力等）。因此，对用于帮助残障人行走的机器人轮椅的研究已逐渐成为热点，如西班牙、意大利等国，中国科学院自动化研究所也成功研制了一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅。
机器人轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。
机器人轮椅关键技术是安全导航问题，采用的基本方法是靠超声波和红外测距，个别也
采用了口令控制。超声波和红外导航的主要不足在于可控测范围有限，视觉导航可以克服这
方面的不足。在机器人轮椅中，轮椅的使用者应是整个系统的中心和积极的组成部分。对使
用者来说，机器人轮椅应具有与人交互的功能。这种交互功能可以很直观地通过人机语音对
话来实现。尽管个别现有的移动轮椅可用简单的口令来控制，但真正具有交互功能的移动机
器人和轮椅尚不多见。
3、讨论与展望
国外关于医学机器人的研究虽然已取得了不少成就，但离生物机器人还有相当的距离，因此还有很多工作要做。国内关于这方面的研究较少，主要是集中在假肢领域，希望能对医
学机器人领域加强研究。这一领域需要机械、电子等各方面知识，所以应集中集团力量，赶
上发达国家水平，研制出医学领域的各种机器人，从而研究生物机器人。
4、总结
机器人技术被列为863计划发展的主题之一，著名的自动控制专家宋健在2(XX)年国际自控
联世界大会上的致辞中说:“机器人学的进步和应用是2O世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化。”微操作机器人系统作为一项典型的多学科交叉的成果，为机
器人技术开拓了新的应用领域。它的成功使生物医学工程实验摆脱了对培养特殊操作人员的
依赖，实现了高效率、高成功率、高难度的操作，可以说是生物医学工程实验手段的一次革
命性变革。同时，此项操作在疾病的诊断与治疗、新药物的研究与制造、器官移植、功能基
因研究等方面都将有广泛而重要的应用，对基因工程的发展产生重要的影响，在后人类基因
组计划中发挥很大的作用，可以为制药等新兴产业带来巨大的经济效益。
1、朱世强，王宣银．机器人技术及其应用．杭州：浙江大学出版社，2002
2、王田苗．走向产业化的先进机器人技术．中国制造业信息化，2005
3、吴瑞详．机器人技术与应用．北京：北京航空航天大学出版社，1994
4、高立明，林良明，颜国正，戎荣. 医学机器人的进展. 中国医疗器械杂志1997
5、初铭宇.机器人手术开创科技医学新领域.今日科苑。2010
机器人的“感觉器官”
什么是传感器？ 传感器是机器人的“感觉器官”，是一种电子元件或装置，能响应或感知被测量的物理量或化学量，并按一定规律转换成电信号，以供机器人核心识别。它就像人的眼睛、耳朵、鼻子一样，能够感应到周围环境的信息，并把这些信息传递给机器人的“大脑”。有了传感器，机器人就变得更加聪明了。 下图展示的是各种类型的传感器。 二、机器人的“嘴巴”和“耳朵” 1、机器人的“嘴巴”：它是一个峰鸣器，也叫扬声器，可以通过它发出声音，如音符、音乐等。 2、机器人的“耳朵”：它只能分辩声音的强、弱度，返回一个电信号，用相应的数值来表示，而现在此类传感器不能分辨具体的声音，也就是没办法进行高难度、复杂的语言智能识别。 声音传感器的原理：将其连接在机器人的模拟端口上，用它感觉外界声音的强度与给定的强度比较，超过时向主机发送“有声音”，反之“无声音”。 如图所示（纳英特声控传感器）：
技术指标： 外形尺寸：30.5×15.0×14.5mm(长×宽×高) 重量：20g 额定电压：直流电源5.0V 线长：17.2cm±0.2cm 调节方式：多圈电阻式调节，顺时针方向旋转功率调强，逆时针方向旋转功率调弱连接方式：单条3芯排线，2510型3脚插头安装方式：单颗?3螺丝安装 返回值：有声音返回1，无声音返回0（相对）指示方式：白灯发出绿光指示 使用方法: 使用单颗?3螺丝将声控传感器安装于要检测的环境之内，将其连接线接入任何空闭的数字传感器接口中。 声控传感器上配有信号指示灯，当有声音时指示灯会亮，还配有检测强度调节器。欲使声控传感器在给定的环境中有无声音时，可以使其先处于相对无声音的情况中，利用距离调节器可调出给定的初始声音强度。方法如下： a）如果指示灯不亮，将调节器顺时针方向旋转，旋转至指示灯刚刚不亮为止； b）如果灯不亮，将调节器逆时针方向旋转，旋转至指示灯刚刚亮起为止； 此时，声控传感器的检测强度即为给定的强度。 三、机器人的“眼睛” 眼睛是人们心灵的窗户，人们80%的信息都是通过视觉获取的，所以是非常重要的器官。机器人的视觉传感器也一样非常重要，它主要通过红外传感器或光电传感器两种传感器来“看”东西，“辨别”颜色。 现目前主要的红外传感器、灰度传感器和光电传感器： 纳英特红外传感 器
2019年骨科手术机器人企业发展战略规划
2019年骨科手术机器人企业发展战略规划 2019年8月
目录 一、战略发展规划和目标 (3) 1、总体发展目标 (3) 2、业务发展目标 (3) （1）团队建设 (3) （2）产品开发与推出 (4) （3）技术研究及引入 (4) （4）机器人手术量提升 (4) （5）机器人手术解决方案布局 (5) （6）治疗数据挖掘与应用 (5) （7）商业模式探索 (5) 二、为实现战略目标已采取的措施及实施效果 (5) 1、以研发为灵魂，加快业务模式转变 (5) 2、扩展国内销售网络，加强销售管理团队建设 (6) 3、坚持国际化发展战略，推动产品国际化进程 (7) 三、未来规划采取的措施 (7) 1、持续创新研发，完善研发团队建设 (7) 2、加大产品转化投入，进一步丰富公司产品线 (8) 3、开拓国内外市场，研习国际规则 (8) 4、加强人才队伍建设，完善人才管理机制 (8)
一、战略发展规划和目标 1、总体发展目标 基于深耕骨科手术机器人行业获取的基础技术和产业化经验，公司形成了循环发展的手术机器人创新体系。基于对行业发展状态与自身核心能力的认识，公司的愿景是引领骨科手术全面进入机器人智能辅助时代。为实现公司的愿景，公司的总体目标包括如下三个方面：第一，从临床实际需求出发，持续加大对研发投入，从技术上保持产品的安全性与性能和易用性上的领先优势，覆盖全骨科手术应用场景及完整手术治疗过程的各个环节。 第二，公司各系列产品完成从三甲医院到基层医疗机构的覆盖，通过专业化的服务，与医生共同实现手术机器人产品的价值实现。 第三，成为全球型企业，不仅是完成产品国外销售，更重要的是包括产品研发与相关技术预研、产品解决方案合作均来自全球并覆盖全球。 2、业务发展目标 公司为实现总体发展目标，计划实施的业务发展目标包括如下几点： （1）团队建设 抓住公司的两大核心竞争力，即手术机器人方向的创新医学技术的研究与产品化能力；以及专业的医学服务能力，尽快完成专业医学
《机器人技术及应用》综合习题
《机器人技术及应用》综合 习题 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错）
谈谈你对机器人的认识
认识机器人 机器人的发展史： 认识机器人首先先了解下robot机器人这一词是怎么来的。1920年捷克作家卡雷尔·卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”写成了“Robot”，“Robota”是奴隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。从此，“robot”以及相对应的中文“机器人”一词开始在全世界流行。 上个世纪60年代前后，随着微电子学和计算机技术的迅速发展，自动化技术也取得了飞跃性的变化，开始出现了现在普遍意义上的机器人。1959年，美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，取名“尤尼梅逊”，意为“万能自动”。尤尼梅逊的样子像一个坦克炮塔，炮塔上伸出一条大机械臂，大机械臂上又接着一条小机械臂，小机械臂再安装着一个操作器。这三部分都可以相对转动、伸缩，很像是人的手臂了。它的发明人专门研究了运动机构与控制信号的关系，编制出程序让机器记住并模仿、重复进行某种动作。英格伯格和德沃尔认为汽车制造过程比较固定，适合用这样的机器人。于是，这台世界上第一个真正意义上的机器人，就应用在了汽车制造生产中。 经过近百年来的发展，机器人已经在很多领域中取得了巨大的应用成绩，其种类也不胜枚举，几乎各个高精尖端的技术领域更是少不了它们的身影。在这期间，机器人的成长经历了三个阶段。第一个阶段中，机器人只能根据事先编好的程序来工作，这时它好像只有干活
儿的手，不懂得如何处理外界的信息。打个比方，如果让这样的机器人去抓会损坏它的东西，它也一定会去做。第二个阶段中，机器人好像有了感觉神经，具有了触觉、视觉、听觉、力觉等功能，这使得它可以根据外界的不同信息做出相应的反馈。如果再让它去抓某些东西，它可能就不干啦。第三个阶段，机器就真正长大成人啦，这时它不仅具有多种技能，能够感知外面的世界，而且它还能够不断自我学习，用自己的思维来决策该做什么和怎样去做。第一阶段的机器人，是小孩子，人们称它为“示教再现型”；第二阶段的机器人是一个青年，人们称它为“感觉型”；第三阶段的机器人则是成年人，称为“智能型”。1968年，美国斯坦福研究所研制出世界上第一台智能型机器人。这个机器人可以在一次性接受由计算机输出的无线遥控指令后，自己找到目标物体并实施对该物体的某些动作。1969年，该研究所对机器人的智能进行测定。他们在房间中央放置了一个高台，在台上放一只箱子，同时在房间一个角落里放了一个斜面体。科学家命令机器人爬上高台并将箱子推到地下去。开始，这个机器人绕着台子转了20分钟，却无法登上去。后来，它发现了角落里的斜面体，于是它走过去，把斜面体推到平台前并沿着这个斜面体爬上了高台将箱子推了下去。这个测试表明，机器人已经具备了一定的发现、综合判断，决策等智能。 到了上个世纪70年代，第二代机器人开始迅速发展并进入实用和普及的阶段，而第三代机器人在今天也已经得到了突飞猛进的变化。它能够独立判断和行动，具有记忆、推理和决策的能力，在自身
机器人技术发展与应用
机器人技术的发展与应用调研名称：机器人技术的发展与应用 调研时间：2018年7月29日止 调研人：曹桐滔
目录
一、机器人的发展状况 1.1国外发展概况 日本具有国际上最先进的机器人技术，就全世界范围来看，全球工业机器人约有4成在日本。不论在技术方面，还是在市场规模方面，日本可以称得上是“机器人大国”。日本在2004年5月发布的“新产业发展战略”中所指出的7个产业领域，机器人产业也是其中之一，同时，在进一步实施“新产业发展战略”的“新经济成长战略”报告中也把机器人放在使日本成为“世界技术创新中心”的支柱地位上，并在近两年开始重新审视机器人产业政策。 美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称机器人王国的日本起步至少要早五、六年。经过40多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。据统计，截止到2009年底，美国运行工业机器人大约有19．4万台。目前，美国工业机器人供应商有AdeptTechnology、AmericanＲobot、EmersonIndustrialAutomation等公司。 德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五、六年，但战争所导致的劳动力短缺，国民的技术水平较高等社会环境，却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。此外，20世纪70年代中后期，德国政府采用的积极行政手段也为工业机器人的推广开辟了道路。如在“改善劳动条件计划”中规定，对于一些危险、有毒、有害的工作岗位，必须由机器人来代替。这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。据统计，截止到2009年底，德国运行的工业机器人为14．58万台。目前，德国工业机器人供应商有KUKA、CLOOS等。 国际上一些大的工业机器人制造厂家，品牌主要分成两大体系，以日本为代表的日韩系，以德国为代表的欧系，其中ABB、安川、发那科三大品牌占据了全球51%的市场，KUKA、OTC、川崎、松下等几大品牌占市场份额的40%以上。
人工智能原理及其应用(王万森)第3版 课后习题答案
第1章人工智能概述课后题答案 1.1什么是智能?智能包含哪几种能力？ 解：智能主要是指人类的自然智能。一般认为，智能是是一种认识客观事物和运用知识解决问题的综合能力。 智能包含感知能力，记忆与思维能力，学习和自适应能力，行为能力 1.2人类有哪几种思维方式?各有什么特点？ 解：人类思维方式有形象思维、抽象思维和灵感思维 形象思维也称直感思维，是一种基于形象概念，根据感性形象认识材料，对客观对象进行处理的一种思维方式。 抽象思维也称逻辑思维，是一种基于抽象概念，根据逻辑规则对信息或知识进行处理的理性思维形式。 灵感思维也称顿悟思维，是一种显意识与潜意识相互作用的思维方式。 1.3什么是人工智能?它的研究目标是什么？ 解：从能力的角度讲，人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现智能；从学科的角度看，人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，使它能模拟、延伸和扩展人类智能的学科。 研究目标： 对智能行为有效解释的理论分析； 解释人类智能； 构造具有智能的人工产品； 1.4什么是图灵实验？图灵实验说明了什么？ 解：图灵实验可描述如下，该实验的参加者由一位测试主持人和两个被测试对象组成。其中，两个被测试对象中一个是人，另一个是机器。测试规则为：测试主持人和每个被测试对象分别位于彼此不能看见的房间中，相互之间只能通过计算机终端进行会话。测试开始后，由测试主持人向被测试对象提出各种具有智能性的问题，但不能询问测试者的物理特征。被测试对象在回答问题时,都应尽量使测试者相信自己是“人”，而另一位是”机器”。在这个前提下，要求测试主持人区分这两个被测试对象中哪个是人，哪个是机器。如果无论如何更换测试主持人和被测试对象的人，测试主持人总能分辨出人和机器的概率都小于50%，则认为该机器具有了智能。 1.5人工智能的发展经历了哪几个阶段？ 解：孕育期，形成期，知识应用期，从学派分立走向综合，智能科学技术学科的兴起
【配套K12】工业机器人技术及应用(教案)1
工业机器人技术及应用(教案)1 第一章绪论 什么是工业机器人为何发展工业机器人工业机器人发展概况工业机器人的诞生工业机器人的发展工业机器人的分类及应用工业机器人的分类工业机器人的应用学习目标 *掌握工业机器人的定义 *了解工业机器人的发展事和历程 *熟悉工业机器人的常见分类及其行业应用导入案例 富士康“百万机器人”上岗折射中国制造业升级 20XX 年，富士康 CEO 郭台铭表示,希望到 20XX 年底装配 30 万台机器人，到 20XX 年装配 100 万台，要在 5 到 10 年数年内通过自动化消除简单重复性的工序。机器人的投产使用，可将目前的人力资源转移到具备更高附加值的岗位上，这也符合将我国“人口红利”转为“人才红利”的大目标。 这一工业机器人的井喷潮涌，何时会蔓延到“中国制造”的每一个工厂、每一条生产线、每一个工序、每一个工位上，将为“中国制造”的转型提“智”做出何等贡献？我们对此充满期待。课堂认知 什么是工业机器人
机器人涉及到人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。 美国:一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能操作机。 日本: 一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。 中国: 一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或者生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。 ISO一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具来完成各种作业。 广义地说：工业机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器。它具有四个基本特征：①特定的机械机构 ②通用性 ③不同程度的智能④独立性 为何发展机器人 让机器人替人类干那些人不愿干、干不了、干不好的工作。 ABB 给出十大投资机器人的理：第一，降低运营成本；第二，提升产品质量与一致性；第三，改善员工的工作环境；第四，扩大产能；第五，增强生产的柔
机器人技术及其应用结课论文
大学 机 器 人 技 术 及 应 用 结 课 论 文
智能引领未来 摘要： 智能引领未来，机器人能力将远胜人类，这不是梦想；未来的机器人也能自主的学习和思考，工作能力将远远超过人类，能承担大量人类所不能及的工作，进一步推动智能科学的发展，促进社会的进步，促进经济的高速增长，而实现智能化必须依靠强有力的硬件系统，就机器人而言，其身上集成了多种处理器、存储器与大量的传感器，设想，当这些器件不断地走向高端化、微型化、进一步集成化，那么机器人的处理速度将进一步提高，质量与体积将大大减小，机器人将越来越”聪明“。 关键词： 机器人、智能、硬件系统、高端化、集成化、微型化、聪明。 引言： 现在的机器人与人类比较起来，机器人不能自主学习与自主思考，缺乏情感，必须需要接收人的命令才能执行相关命令，或者事先就把各种命令存储到机器人的大脑中，有需要的时候就执行命令。随着集成电路的飞速发展，处理器、存储器、传感器等电子元件的高端化、微型化、集成化，机器人的处理速度将大大提高，质量与体积将大大减轻，机器人会变得越来越”聪明“。 集成电路前景优越 芯片即集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性、先导性产业，在计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等几大领域起着关键作用，是全球主要国家或地区抢占的战略制高点，尤其是发达国家在这一领域投入了大量创新资源，竞争日趋激烈。 随着技术的不断进步，新的元件结构和材料上的变革都将对机器人的发展战略起到决定作用。在晶圆代工产业，14nm/16nm的FinFET器件已取得了一定的发展。拥有较低泄漏率和更高速度的低功率晶体管备受瞩目。3DNAND使平面NAND 降到20nm以下，创造出外形更小巧、位密度更高的产品。 为了改进3D设备的性能，未来的逻辑芯片和晶圆代工设备的解决方案需要采用选择性外延与高k金属栅电极材料加工工艺，以提高晶体管的速度，降低泄漏率。低功耗、高性能的晶体管则能丰富移动设备的功能，同时延长电池寿命, 3DNAND需要HAR蚀刻、阶梯绘图、多层堆叠沉积和高选择性硬模等技术的支持，从而在小巧的外形空间内实现高密度存储，这对智能化设备，如对机器人来说简直就是如虎添翼啊！ 随着LED产业发展越来越趋于健康和理性，LED领域设备需求也更多来自于新工艺、新技术的驱动，而非简单生产规模的扩张，比如倒装芯片与高压芯片被认为是目前最具有发展前景的LED芯片技术，而这两种技术也带动了深槽刻蚀设备和金属反射层镀膜设备等新设备、新工艺的需求。除此之外，还有AlN镀膜设备、高亮度红黄光芯片刻蚀设备等设备的需求。 集成电路引导未来生活 一张0.5毫米厚的世博会门票，其“真实面目”是个集成电路产品。门票里装了RFID芯片，当门票靠近读卡机时，门票上的线圈会感应出电流，电流便驱
机器人的“感觉器官”
第七节机器人的“感觉器官” ［教材分析］： 1．教材概况 本节课主要介绍机器人的各种传感器，如，声音，红外，灰度，烟雾，触动，温度等等；它如同我们的感觉器官，要会灵活的使用它们，从而控制机器人工作。 [教学目标] 知识与技能：了解各种常用的传感器，并能够熟练使用红外、声音、灰度传感器，利用他们来检测声音的强弱，光值的变化，有无障碍物等。 过程与方法：实验例证，观察分析； 主学习、研究； 多实践，多动手，多总结。 情感态度与价值观：培养吃苦耐劳的钻研精神，动手通过实验得到第一手资料是很宝贵的。 应用所学知识来解决现实生活中的实际问题，培养信息素养。 2．教学重难点 重点：声音传感器、灰度传感器等传感器的使用。 难点：如何使用各种传感器，调试、并获取相关的参考值； 实现：机器人+传感器+程序=任务的完成。 ［学生分析］： 学生巳对机器人有所了解，能分析问题，画出流程图，编出简单任务的程序。 ［教法与学法］： 1．教法：实验举例任务驱动 2．学法：观察，分析，取证，自主学习 [课时]：2课时 [教学设施]：机器人活动室，多媒体投影仪，乐高套件，纳英特套件及各种传感器 ［教学过程］： 一、播放影片剪辑片段，引入课题（5分钟） 播放影片剪辑片段《终结者2》及机器人视频《迎宾机器人》、《快乐接线员》，通过影片和视频片段，我们看到机器人具有我们人脑的一部分功能。机器人的核心是其电脑核心，光有电脑发号施令还不行，要让机器人处理相视频中的各种复杂的事务，对周围的环境能够
很快做出反应，能够完成“至欢迎词”，“能过简单接听电话”等功能，是靠各种传感器来实现的，他们好像有我们人类的眼、耳、口、鼻、舌。 什么是传感器？ 传感器是机器人的“感觉器官”，是一种电子元件或装置，能响应或感知被测量的物理量或化学量，并按一定规律转换成电信号，以供机器人核心识别。它就像人的眼睛、耳朵、鼻子一样，能够感应到周围环境的信息，并把这些信息传递给机器人的“大脑”。有了传感器，机器人就变得更加聪明了。 下图展示的是各种类型的传感器。 二、机器人的“嘴巴”和“耳朵” 1、机器人的“嘴巴”：它是一个峰鸣器，也叫扬声器，可以通过它发出声音，如音符、音乐等。 2、机器人的“耳朵”：它只能分辩声音的强、弱度，返回一个电信号，用相应的数值来表示，而现在此类传感器不能分辨具体的声音，也就是没办法进行高难度、复杂的语言智能识别。 声音传感器的原理：将其连接在机器人的模拟端口上，用它感觉外界声音的强度与给定的强度比较，超过时向主机发送“有声音”，反之“无声音”。 如图所示（纳英特声控传感器）： 技术指标： 外形尺寸：30.5×15.0×14.5mm(长×宽×高) 重量：20g 额定电压：直流电源5.0V 线长：17.2cm±0.2cm 调节方式：多圈电阻式调节，顺时针方向旋转功率调强，逆时针方向旋转功率调弱连接方式：单条3芯排线，2510型3脚插头安装方式：单颗?3螺丝安装 返回值：有声音返回1，无声音返回0（相对）指示方式：白灯发出绿光指示 使用方法: 使用单颗?3螺丝将声控传感器安装于要检测的环境之内，将其连接线接入任何空闭的数字传感器接口中。
我国自主研发的骨科手术机器人系统达到国际领先水平,手术准确率达 ...
我国自主研发的骨科手术机器人系统达到国际领先水平,手术准确率达93% 项目单位：北京天智航医疗科技股份有限公司 骨科疾病严重危害人民的健康和生命，是临床常见病和多发病。骨外科发展的核心瓶颈问题是手术医生视野和操作的局限性。 北京天智航医疗科技股份有限公司联合北京积水潭医院、北京航空航天大学，采用医工企紧密结合的方式组成项目研发团队，创建智能骨科手术体系，形成以影像导航和机器人技术为核心的临床解决方案，实现常规手术微创化、复杂手术标准化、关键操作智能化。 为进一步加速国产医疗设备的研发进度，北京市科委自2013年起支持天智航骨盆骨折、脊柱及关节置换等一系列骨科手术机器人辅助产品的研发，破解了智能综合解决方案核心技术研究、核心部件研究、临床应用推广等方面难题，获得了我国第一个医疗手术机器人产品注册许可证，填补了国内空白，在骨科手术机器人领域处于国际领先水平，打破了国际垄断。同时,北京市科委还推动制定了《脊柱外科导航技术标准》，该标准已成为国家卫生行业标准，有力的推进了国产医疗器械的临床应用；利用军地合作项目在解放军总医院、北京军区总医院建立骨科手术机器人临床应用示范基地，促进了产品完善和市场应用推广。 目前，公司已建立起国内首家骨科机器人智能手术中心，创建智能骨科综合治疗新策略。以智能化手术室为平台，建立智能手术配套体系，形成了整套智能骨科成果。上市三年来的总营收达2亿元。创新远程骨科手术模式，形成骨科机器人手术远程救治能力，提升了边远地区和基层医院骨科手术水平。 自2004年成功完成首例机器人辅助骨科手术起，已完成手术超过2000例，获得广泛好评。上颈椎内固定手术准确率由79%提升至93%；腰椎内固定手术准确率由73.4%提升至93.3%；经皮螺钉内固定治疗股骨颈骨折术中透视次数由54.3次降为8.8次；骨盆骨折经皮螺钉内固定准确率由76%提高到100% ，显著提高了手术的安全性和精准性。
人工智能及其应用 习题参考答案 第1章
第一章绪论 1 什么是人工智能？试从学科和能力两方面加以说明。 答：人工智能（学科）：人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。其近期的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。 人工智能（能力）：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。 2 为什么能够用机器（计算机）模仿人的智能？ 答：物理符号系统假设：任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必定能够执行上述 6 种功能。反之，任何系统如果具有这６种功能，那么它就能够表现出智能；这种智能指的是人类所具有的那种智能。 推论：既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么就能够用计算 机来模拟人的活动。 因此，计算机可以模拟人类的智能活动过程。 ３．现在人工智能有哪些学派？它们的认知观是什么？ 答：符号主义，又称为逻辑主义、心理学派或计算机学派。认为人工智能源于数理逻辑。连接主义，又称为仿生学派或生理学派。认为人工智能源于仿生学，特别是人脑模型的研究。
行为主义，又称为进化主义或控制论学派。认为人工智能源于控制论。 ４．你认为应从哪些层次对认知行为进行研究？ 答：应从下面４个层次对谁知行为进行研究： （１）认知生理学：研究认知行为的生理过程，主要研究人的神经系统（神经元、中枢神经系统和大脑）的活动。 （２）认知心理学：研究认知行为的心理活动，主要研究人的思维策略。 （３）认知信息学：研究人的认知行为在人体内的初级信息处理，主要研究人的认知行为如何通过初级信息自然处理，由生理活动变为心理活动及其逆过程 （４）认知工程学：研究认知行为的信息加工处理，主要研究如何通过以计算机为中心的人工信息处理系统，对人的各种认知行为（如知觉、思维、记忆、语言、学习、理解、推理、识别等）进行信息处理。 ５．人工智能的主要研究和应用领域是什么？ 答：问题求解，逻辑推理与定理证明，自然语言理解，自动程序设计，专家系统，机器学习，神经网络，机器人学，模式识别，机器视觉，智能控制，智能检索，智能调度与指挥，分布式人工智能与 Agent，计算智能与进化计算，数据挖掘与知识发现，人工生命。 6、人工智能的发展对人类有哪些方面的影响？试结合自己了解的情况何理解，从经济、社会何文化等方面加以说明？
工业机器人常见五大应用领域及关键技术【最新整理】
工业机器人常见五大应用领域及关键技术 去年全球工业机器人销量达到24万台，同比增长8%。其中，我国工业机器人市场销量超过6.6万台，继续保持全球第一大工业机器人市场的地位。但是，按机器人密度来看，即每万名员工对应的机器人保有量，我国不足30台，远低于全球约为50多台的平均水平。 前瞻产业研究院《2016-2021年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》数据显示：2015年我国工业机器人产量为32996台，同比增长21.7%。2016年机器人产业将继续保持快速增长，今年一季度我国工业机器人产量为11497台，同比增长19.9%。此外，数据显示，2015年我国自主品牌工业机器人生产销售达22257台，同比增长31.3%。国产自主品牌得到了一定程度的发展，但与发达国家相比，仍有一定差距。 2016年未来全球工业机器人市场趋势包括：大国政策主导，促使工业与服务机器人市场增长；汽车工业仍为工业机器人主要用户；双臂协力型机器人为工业机器人市场新亮点。 一、什么是工业机器人 工业机器人是一种通过重复编程和自动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统，它结合制造主机或生产线，可以组成单机或多机自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。 当前，工业机器人技术和产业迅速发展，在生产中应用日益广泛，已成为现代制造生产中重要的高度自动化装备。
二、工业机器人的特点 自20世纪60年代初第一代机器人在美国问世以来，工业机器人的研制和应用有了飞速的发展，但工业机器人最显著的特点归纳有以下几个。 1.可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统（ＦＭＳ）中的一个重要组成部分。 2.拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。 3.通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。 4.机电一体化。工业机器人技术涉及的学科相当广泛，但是归纳起来是机械学和微电子学的结合——机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都和微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展和水平。 三、工业机器人常见的五大应用领域 1.机械加工应用（2%） 机械加工行业机器人应用量并不高，只占了2%，原因大概也是因为市面上有许多
机器人心得
上海英集斯机器人学习心得体会 电气工程与自动化系王文川 2013年6月18日有幸参加了上海英集斯自动化技术有限公司的机器人培训及展示，该公司成立于2005年，上海市高新技术企业，上海市aaa级诚信企业、iso质量管理体系认证企业。专业从事教育及科研用智能机器人、先进制造教育装备及物联网等实验系统的设计与生产。专业从事工业自动化生产线及专用自动化设备的设计、生产与安装，包括汽车自动化生产线、自动化包装线等。机器人的定义什么是机器人？ 在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。 操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。 程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。 示教再现型机器人：通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。 数控型机器人：不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。 感觉控制型机器人：利用传感器获取的信息控制机器人的动作。适应控制型机器人：机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。 学习控制型机器人：机器人能“体会”工作的经验，具有一定的 学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。 智能机器人：以人工智能决定其行动的机器人。 智能机器人是信息技术发展的前沿领域，是一门具有高度综合渗透性、前瞻未来性、创新实践性的学科，蕴涵着极其丰富的教育资源。 该公司的几款机器人很值得我们学习，如： 1. 机械结构最大程度的模块化：方便学生拆卸、认识及组装机器人，动手乐趣无穷；提供了丰富的扩展方式，可扩展性强，可安装我们的机械配件，也可自行设计机械配件，创意空间无限；铝合金材 质、精密激光切割与钣金工艺、细纱纹彩色烤漆表面处理工艺，增强学生的工艺意识；单独功能零件互换连接结构，各种结构件，增加学生的感性机构认识，启发学生的设计思想、思路。 2. 强大的硬件扩展能力：主控制器采用16位dsp高速处理器，能支持图像、语音、网络通信模块使机器人真正智能化；液晶显示及键盘控制采用51系列单片机；扩展部分采用cpld管理；硬件接口（jtag）开放；多个标准传感器接口、标准通讯总线以及mt-bus总线接口，可以扩展a/d，d/a，数字i/o等多种扩展卡、传感器及并行/串行通信。 3. 模块化的软件开发平台：由浅入深的软件开发环境：支持流程图、标准c语言编程，不仅支持基于函数库的软件开发，还可以基于底层操作地址和操作码的编程。 4. 丰富的传感器配件：平台支持多种传感器模块，如：碰撞传感器、光敏传感器、远红外传感器、红外测障传感器、红外测距传感器、地面灰度传感器、mp3播放卡、数字指南针、语音识别模块、陀螺仪模块等。 教育要面向现代化。让智能机器人教育走进每个搞应用科学人的心中，开发机器人文化的教育功能和发掘智能机器人的教育价值，对推进教育创新，促进教育改革和教育现代化，
机器人技术及应用
机器人技术及应用
机器人技术及应用 周贤涛 郑州大学机械学院 20150150444 一、机器人原理 机器人瓦力的原理是一种物理状态？具有一定的形态？机器人的外形究竟是什么样子？这取决于人们想让它做什么样的工作？其功能设定决定了机器人的大小、形状、材质和特征等等。 像大脑就是控制机器人的程序或指令组，当机器人接收到传感器的信息后，能够遵循人们编写的程序指令，自动执行并完成一系列的动作。控制程序主要取决于下面几种因素，使用传感器的类型和数量，传感器的安装位置，可能的外部激励以及需要达到的活动效果。动作就是机器人的活动，有时即使它根本不动，这也是它的一种动作表现，任何机器人在程序的指令下要执行某项工作必定是靠动作来完成的。 他是一个智能的机器人产，但是他的智能已经和我们人类没什么区别了。如果在现实生活中有这样的机器人的话，就完全可以代替人类来做
任何事情了。这是我的看法。下面是现在我们现实生活中智能机器人的五个组成部分，电子计算机是智能模拟的物质技术工具。它是一种自动、高速处理信息的电子机器。它采用五个与大脑功能相似的部件组成了电脑，来模拟人脑的相应功能。这五个部件是，(1) 输入设备模拟人的感受器(眼、耳、鼻等) 用以接受外来的信息。人通过输入设备将需要计算机完成的任务、课题、运算步骤和原始数据采用机器所能接受的形式告诉计算机，并经输入设备把这些存放到存贮器中。(2) 存贮器模拟人脑的记忆功能，将输入的信息存储起来，供随时提取使用，是电子计算机的记忆置。(3) 运算器模拟人脑的计算、判断和选择功能，能进行加减乘除等算术运算和逻辑运算。(4) 控制器人脑的分析综合活动以及通过思维活动对各个协调工作的控制功能，根据存贮器内的程序，控制计算机的各个部分协调工作。它是电脑的神经中枢。 (5)输出设备模拟人脑的思维结果和对外界刺激的反映，把计算的结果报告给操作人员或与外部设备联系，指挥别的机器动作。 人工智能的产生是人类科学技术进步的结
2019年骨科手术机器人行业分析报告
2019年骨科手术机器人行业分析报告 2019年8月
目录 一、行业主管部门、监管体制及主要法律法规和政策 (5) 1、行业主管部门及监管体制 (5) （1）行业主管部门及职能 (5) （2）行业协会自律管理 (5) （3）行业监管体制 (6) ①医疗器械生产 (6) ②医疗器械经营 (7) ③医疗器械产品备案及注册 (7) 2、行业主要法律法规及政策 (7) （1）我国医疗器械行业主要法规 (7) （2）我国医疗器械行业相关主要政策 (8) 3、行业主要法律法规和政策的影响 (11) （1）国家政策和行业政策鼓励发展医用机器人等高端医疗器械 (11) （2）医疗器械市场竞争环境改善，创新医疗器械审批加速 (12) （3）两部委支持骨科手术机器人开展创新应用示范，提升精准医疗服务 (13) （4）手术机器人是医疗器械智能化的发展趋势 (13) 二、行业发展情况及未来发展趋势 (14) 1、医疗器械行业发展情况及发展趋势 (14) （1）全球医疗器械市场发展情况及发展趋势 (14) （2）中国医疗器械市场发展现状及发展趋势 (17) 2、手术机器人行业发展情况及发展趋势 (19) （1）手术机器人的起源与分类 (19) （2）医疗机器人行业高速增长，手术机器人占比最高 (20) （3）亚太地区处于发展初期，将成为最快增长的区域 (21) 3、骨科手术机器人发展情况 (23)
（1）国外骨科手术机器人发展情况 (23) （2）国内骨科手术机器人发展情况 (25) 4、骨科手术机器人未来发展趋势 (25) （1）全球骨科疾病发病率逐步提高，精准治疗是骨科手术未来方向 (25) （2）传统骨科手术痛点亟待解决，骨科手术机器人应用处于推广期 (26) （3）中国骨科手术市场需求大，迫切需要引入机器人辅助技术 (26) （4）国家鼓励创建骨科手术机器人应用中心，提高全国骨科治疗水平 (27) 三、行业壁垒 (28) 1、技术与研发壁垒 (28) 2、行业准入壁垒 (29) 3、市场壁垒 (29) 4、人才壁垒 (30) 四、行业竞争格局 (30) 1、手术机器人竞争格局 (30) 2、骨科手术机器人行业主要企业 (32) （1）Mazor Robotics公司 (33) （2）MEDTECH公司 (33) （3）MAKO Surgical公司 (33) （4）北京天智航医疗科技股份有限公司 (33) 五、行业技术水平及特点 (34) 1、机器人智能辅助技术 (34) 2、“国际原创”技术 (35) 六、行业面临的机遇与挑战 (36) 1、面临的机遇 (36) （1）我国人均寿命提高及人口老龄化趋势的加剧推动医疗器械的市场需求 (36)
机器人应用技术分析
2014年12月（下） 机器人应用技术分析 石红梅 （ 北京信息职业技术学院专业部，北京市１０００７０） ［摘要］机器人的应用领域十分广泛，包括工业生产、海空探索、康复和军事等。此外，机器人已逐渐在医院、家庭和一些服务行业获得 应用，并且已经进入高校的课堂。根据其功能可分为工业机器人、服务机器人、探索机器人和军事机器人。机器人核心技术的应用围绕基本结构优化与技术参数的提高。本文先将机器人的技术参数进行简单描述，对其主要知识基础与技术要求做了简单的论述，其应用的核心技术是目前国际各大企业关注的问题。［关键词］机器人；控制器；伺服系统；核心 机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行装置的、能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。它又分为以下两种情况来定义： 工业机器人是“一种能够执行与人的上肢类似动作的多功能机器”；如图１所示。 智能机器人是“一种具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器”。如图２所示。 1工业机器人基本结构及技术参数1.1工业机器人基本结构 从机械结构上，可以分为串联和并列机器人，目前广泛应用的是串联通用机器人。串联通用机器人一般由手臂、手腕组成。机器人手臂具有３个自由度（运动坐标轴），机器人作业空间由手臂运动范围决定。手腕是机器人工具（如焊枪、喷嘴、机加工刀具、夹爪）与主构架的连接机构，它具有３个自由度。如图１所示。 图１串联通用机器人 图２智能机器人 从机器人系统整体来看，分为控制器（包括示教器）、伺服驱动系统、机构、测量及传感器。其中控制器，用于控制机器人各运动部件的位置、速度和加速度，使机器人手爪或机器人工具的中心点以给定的速度沿着给定轨迹到达目标点。控制器是机器人的大脑，其性能和功能直接决定了机器人的整体能力。驱动系统，为机器人各运动部件提供力、力矩、速度、加速度。驱动系统是机器人的肌肉，其质量、驱动能力、响应速度、稳定性，直接决定了机器人的运动能力。 目前国产工业机器人，绝大多数使用日本品牌的伺服驱动系统，如松下、安川、三菱、三洋、富士等。测量系统，用于机器人运动部件的位移、速度和加速度的测量以及工作对象的测量，如工件及其位置的识别，障碍物的识别，抓举工件的重量是否过载等。通常机器人自身运动部件及工件重量的测量，使用伺服驱动系统提供的位置及电流信息，工件位置、障碍物识别等使用机器视觉等外接的测量设备。 1.2工业机器人技术参数１．２．１自由度数和类型 自由度（ＤＯＦ）是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。自 由度越多就越灵活，但结构也越复杂。机器人的自由度要根据其用途设计，一般在３￣６个之间。如果小于３个，不能称为机器人。大于６个的自由度称为冗余自由度（空间位姿只有６个参数）。冗余自由度能使机器人避开障碍物和改善机器人的动力性能。设计人类的手臂共有７个自由度。类型指的是所设计的关节属于转动关节还是移动关节。 １．２．２结构形式 结构形式指机器人运动链的形式，包括并联、串联、混合形式，决定了机器人适应的行业。串联结构优点是工作范围大，缺点是最大速度和刚度较差。并联结构优点是速度和刚度很好，但是工作范围小。 １．２．３运动范围 运动范围指机器人关节的运动范围，决定了工作空间的大小。由于末端执行器的形状和尺寸是多种多样的，为真实反映机器人的特征参数，故工作空间是指不安装末端执行器时的工作区域。工作空间的大小不仅与机器人各连杆的尺寸有关，而且与机器人的总体结构形式有关。工作空间的形状和大小是十分重要的，机器人在执行某作业时可能会因存在手部不能到达的盲区而不能完成任务。 １．２．４最大速度 最大速度指机器人关节或末端操作器的最高运动速度，决定了机器人的最大效率。 有的厂家指工业机器人主要自由度上最大的稳定速度，有的厂家 指手臂末端最大的合成速度，对此通常都会在技术参数中加以说明。最大工作速度愈高，其工作效率愈高。 １．２．５负载能力 负载能力指机器人在一定精度和运动条件下所能承担的最大负载，是决定机器人成本的主要参数。承载能力是指机器人在作业范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。承载能力不仅取决于负载的质量，而且与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为保证安全，通常将承载能力这一技术指标确定为高速运行时的承载能力。 １．２．６重复定位精度 重复定位精度指机器人经过多次循环运动后，到达空间同一位置和姿态的最大误差范围。重复定位精度是指在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令之下，机器人连续重复运动若干次时，其位置的分散情况，是关于精度的统计数据。因重复定位精度不受工作载荷变化的影响，故通常用重复定位精度这一指标作为衡量示教－再现工业机器人水平的重要指标。 １．２．７控制方式 控制方式指机器人运动控制的方式，如示教再现、点位控制、或轨迹控制，是机器人控制器的基本指标。 １．２．８驱动方式 驱动方式指机器人是采用液压、气动、交流电机或步进电机控制等，目前先进的工业机器人通常采用交流电机驱动。 2机器人技术涉及的基本知识 机器人技术所涉及的基本知识范围广，归纳起来包括以下几个学科：１）工程力学（理论力学、材料力学）。２）高等代数（线性代数、矩阵分析）。 １４
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《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的 发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按 结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、 方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地 形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器 人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错） 19. 一般认为Unimate和Versatran机器人是世界上最早的工业机器人。（对） 20. 1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，它是全电动驱动、关节式结构、多中央处理器二级微机控制， 可配置视觉感受器、具有触觉的力感受器，是技术较为先进的机器人。（对） 1. 刚体的自由度是指刚体具有独立运动的数目。（对） 2. 机构自由度只取决于活动的构件数目。（错） 3. 活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度。（对） 4. 机器人运动方程的正运动学是给定机器人几何参数和关节变量，求末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。（对） 5. 机器人运动方程的逆运动学是给定机器人连杆几何参数和末端执行器相对于参考坐标系的位姿，求机器人实现此位姿 的关节变量。（对） 6. 机械臂是由一系列通过关节连接起来的连杆构成。（对） 7. 对于机械臂的设计方法主要包括为2点，即机构部分的设计和内部传感器与外部传感器的设计。（错） 8. 球面坐标型机械臂主要由一个旋转关节和一个移动关节构成，旋转关节与基座相连，移动关节与末端执行器连接。（对） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地 形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 刚体在空间中只有4个独立运动。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 在机构中，每一构件都以一定的方式与其他构件相互连接，这种由两个构件直接接触的可动连接称为运动副。（错） 15. 运动副可以根据其引入约束的数目进行分类，引入一个约束的运动副称为二级副。（错） 16.通过面接触而构成的运动副，称为低副；通过点或线接触而构成的运动副称为高副。（对） 17. 两个构件之间只做相对转动的运动副称为移动副。（错） 18. 构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则称为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副。（对） 19. 在平面机构中，每个构件只有3个自由度。每个平面低副（转动副和移动副）提供1个约束，每个平面高副提供2