现代智能机械的发展和应用.docx

现代智能机械的发展和应用武汉理工大学机自 1203方士铭一、现代智能机械的应用(1) 军用机器人 军用机器人是一种用于军事领域的具有某种仿人功能的自动机机器人的国际名称叫“罗伯 特"(ROBOT)原意是用人手制造的工人该词源于捷克作家卡列尔查培于1920年创作的一 部名叫《洛桑万能机器人公司》的幻想剧中罗伯特是该剧主人公的名字他是个既忠城又 勤劳的机器人提到机器人，人们会想到工业生产流水线上的焊接机器人、喷漆机器人，或者看到过各种服 务性的机器人但大多数人很少看到过供军事作战使用的机器人，因为它是一种军事机密 尽管如此，一些工业化国家的新闻媒体仍然透露了这方面的内幕，向人们描述了军用机器人 的神秘风采现代实用机器人，自50年代诞生以来，已风靡全球据称，世界上机器人已达20万，并且 每年还在 35%的速度递增机器人从事的行业，也由原来单一的工业，迅速扩展到农业、交 通运输业、商业，科研等各行各业机器人从军虽晚于其他行业，但自60 年代在印支战场 崭露头角以来，日益受到各国军界的重视作为一支新军，眼下虽然还难有作为，但其巨大 的军事潜力，超人的作战效能，预示着机器人在未来的战争舞台上是一支不可忽视的军事力 量。

用于直接遂行战斗任务 用机器人代替一线作战的士兵，以降低人员伤亡和流血是目前俄、美等国研制机器人时最受 重视的课题正在研制的这类机有： 1．固定防御机器人它是一种外形象“铆钉”的战斗机器人，身上装有目标探测系统、各 种武器和武器控制系统，固定配置于防御阵地前沿，主要遂行防御战斗任务当无敌情时， 机器人隐蔽成半地下状态；当目标探测系统发现敌人冲击时，即靠升降装置迅速钻出地面抗 击进攻之敌2．奥戴提克斯 I 型步行机器人这种机器人由美国奥戴提克斯公司研制，主要用于机动作 战它外形酷似章鱼，圆形“脑袋”里装有微由脑和各种传感器和探测器．由电池提供动力， 能自行辨认地形，识别目标，指挥行动安装有6条腿，行走时3条腿抬起另3 条腿着地 相互交替运动使身体前进腿是节肢结构，能象普通士兵那样登高、下坡、攀越障碍，通过 沼泽；可立姿行走，也可象螃蟹一样横行，还能蹲姿运动脑袋虽不能上下俯仰，但能前后 左右旋转，观察十分方便该机器人负重也是人所不及，停止间可提重953 公斤，行进时能 搬运 408 公斤它系美国设计的士兵型基础机器人，只要给其加装任务所需要的武器装备， 就立即能成为某一部门的“战士”3．阿尔威反坦克机器人。

它是一种外型类似小型面包车的遥控机器人，车上装有反坦克导 弹、电视摄相机和激光测距机，由微电脑和人两种控制系统控制当发现目标时，机器人能 自行机动或由远处遥控人员指挥其机动，占领有利射击位置，通过激光测距确定射击诸元， 瞄准目标发射导弹它是配属陆军遂行反坦克任务的机器人4．榴炮机器人它是一种外形象自行火炮的遥控机器人车上火炮由机械手操作作战时， 先由机器人观察捕捉目标，报告目标性质和位置，再由机器人控制指挥中心定下决心，确定 射击诸元，下达射击指令，然后机械手根据指令操作火炮射击它是装备炮兵的机器人 5．飞行助器人它是一种装有微电脑和各种灵敏传感器的智能机器人该机器人安装 在军用战斗机上，能听懂驾驶员简短的命令，主要通过对飞行过程中或飞机周围环境的探测、 分析，辅助驾驶员遂行空中格斗任务它能准确及时报告飞机面临导弹袭击的危险和指挥飞 机采取最有利的规避措施更奇特的是，它通过监视飞行员的脑电波和脉搏等，能确定飞行 员的警觉程度，并据此向飞行员提供各种飞行和战斗方案，供飞行员选择6．海军战略家机器人它是美国海军正在研制的高级智能机器人，主要装备小型水面舰艇， 用于舰艇操纵、为舰艇指挥员提供航行和进行海战的有关参数及参谋意见。

其工作原理是， 通过舰艇上的计算机系统，不断搜集与分析舰上雷达、空中卫星和其他探测手段获得的各种 情投资料，从中确定舰艇行动应采取的最佳措施，供指挥员决策参考类似的作战机器人还 有“徘徊者机器人”、“步兵先锋机器人”、“重装哨兵机器人”、“电子对抗机器人”、“机器人 式步兵榴弹”等用于侦察和观察 侦察历来是最勇敢者的行业，其危险系数要高于其他军事行动机器人作为从事危险工作最 理想的代理人，当然是最合适的人选目前正在研制的这类机器人有： 1．战术侦察机器人它配属侦察分队，担任前方或敌后侦察任务该机器人是一种仿人形 的小型智能机器人，身上装有有步兵侦察雷达，或红外、电磁、光学、音响传感器及无线电 和光纤通信器材，既可依靠本身的机动能力自主进行观察和侦察，还能通过空投、抛射到敌 人纵深，选择适当位置进行侦察，并能将侦察的结果及时报告有关部门2．三防侦察机器人它用于对核沾染、化学染毒和生物污染进行探测、识别标绘和取样 前面介绍的美陆军机器人“曼尼”就是这一种三防侦察机器人3．地面观察员/目标指示员机器人它是一种半自主式观察机器人，身上装有摄象机、夜间 观测仪、激光指示器和报警器等，配置在便于观察的地点。

当发现特定目标时，报警器使向 使用者报警，并按指令发射激光镇定目标，引导激光寻的武器进行攻击一旦暴露，还能依 靠自身机动能力进行机动，寻找新的观察位置类似的侦察机器人还有“便携式电子侦察机器人”、“铺路虎式无人驾驶侦察机”、“街道斥候 机器人”等用于工程保障 繁重的构筑工事任务，艰巨的修路、架桥，危险的排雷、布雷，常使工程兵不堪重负而这 些工作，对于机器人来说，最能发挥它们的“素质”优势研制中的这类机器人有 1．多用途机械手它是一种类似平板车的多功能机器人，上面装有机械手和无线电控制、 电视反馈操作系统，可担负运送舟桥纵列和土石方的任务，同时，还能承担运送油桶、弹药 等后勤保障任务2．布雷机器人它是一种仿造现行布雷机械制作的智能机器人，装有遥控和半自主控制两 套系统，可以自主设置标准布局的地雷场它工作时，能严格按照控制者的布雷计划挖坑， 给地雷安装引信、打开保险、理雷、填土，并能自动标示地雷场的界限和绘制埋雷位置图等 3．排雷机器人它是一种装有探雷器和使地雷失效装置的机器人，主要用于协助攻击分队 在各种雷场中开辟通路，并进行标示4．海卡尔思飞雷机器人它是一种外形似导弹的小型智能机器人，全重50 多公斤，装有小 型电脑和磁、声传感器，可由飞机投送，也可依靠自身火箭机动。

当接近目标区时，它身上 的深测设备即工作，自行成战斗状态当发现目标接近时，小火箭即点燃、起动向目标攻击 攻击半径为500至1000 米，速度可达100公里/小时5．烟幕机器人它装有遥控发烟装置，可自行运动到预定发烟位置，按人的指令发烟，完 成任务后，自主返回该机器人主要协助步兵发烟分队6．便携式欺骗系统机器人它身上装有自动充气的仿人、车、炮等，主要用于战术欺骗 它可模拟一支战斗分队，并发出相应加声响，自行运动到任务需要的地区去欺骗敌人 用于指挥、控制 人工智能技术的发展，为研制“能参善谋”的机器人创造了条件研制中的这类机器人有“参 谋机器人”、"战场态势分析机器人”、“战斗计划执行情况分析机器人”等这类机器人，一 般都装有较发达的“大脑”——高级计算机和思想库它们精通参谋业务，通晓司令部工作 程序，有较高的分析问题的能力，能快速处理指挥中的各种情报信息，并通过显示器告诉指 挥员，供其定下决心之用用于后勤保障 后勤保障是机器人较早运用的领域之一这类机器人有：“车辆抢救机器人”、“战斗搬运依 机器人”、“自动加油机器人”、“医疗助器人”等，主要在泥泞、沾染等恶劣条件下遂行 运输、装卸、加油、抢修技术装备、抢救伤病人员等后勤保障任务。

用于军事科研和教学 机器人充当科研助手，进行模拟教学已有较长历史，并做出过卓越贡献人类最早采集的月 球土壤标本，太空回收的卫星都是机器人完成的如今，用于这方面的机器人较多，典型的 有“宇宙探测机器人”、“宇宙飞船机械臂”、“放射性环境工作机器人”、“模拟教学机器人”、 “射击训练机器人”等2）智能机械手MECHANICAL HAND, 也称机械手，能模仿人手和臂的某些运动功能，用以按固定程序抓取、 搬运物件或操作工具的自动操作装置它可以代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动 化，能在有害的环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工 和原子能等部门机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分构成手部是用来抓取工件（或工具）的 部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种形式，如夹持型、托 持型和吸附型等运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的 动作，改变被抓持物件的位置和姿势运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为 机械手的自由度自由度是机械手设计的关键参数自由度越多，机械手的灵活性越大，通 用性越广，其结构也越复杂。

一般专用机械手有2—3 个自由度机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可 分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机 械手等2）机械手 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工 件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置，有些操作装置需要由人直接操纵， 如用于原子能部门操持危险品的主从式操作手也常称为机械手机械手在锻造工业中的应用 能进一步发展锻造设备的生产能了，改善热、累等劳动条件1.1.3 国内外现状和发展趋势 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备工业机械手的是工业机器人 的一个重要分支它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有 人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性机械手作业的准确性和各种环境中完 成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置在现代生产过程中，机械 手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来 的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动 化的有机结合。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不 知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重 视，并越来越广泛地得到了应用 自动换刀装置是数控加工中心在工件的一次装夹中实现多道工序加工不可缺少的装置, 主要 由刀库、机械手和驱动装置几部分组成机械手和驱动装置是两个关键部分, 根据驱动装置 的不同, 自动换刀装置可分为凸轮式、液压式、齿轮式、连杆式及各种机构复合式, 其中以凸 轮式用得较多发达国家数控加工中心的立式自动换刀机械手主要采用凸轮式, 我国加工中 心技术起步较晚, 对自动换刀机械手研究较少进入 20 世纪 90 年代后, 北京机床研究所、大 连组合机床研究所、济南第一机床厂、青海机床厂以及陕西省的秦川机床厂都对立式自动换 刀机械手进行了研究和开发迄今为止, 我国制造的加工中心配置的自动换刀机械手大多数 是进口的其主要原因: 一是国内生产的换刀机械手质量较差,成本也不低;二是进口换刀机 械手价格虽然较高,但在整个加工中心中所占份额不大作为加工中心的配套技术, 自动换刀 机械手的研究和开发将直接影响到我国自动化生产水平的提高, 从经济上、技术上考虑都是 十分必要的。

立式换刀机械手和卧式换刀机械手已得到广泛应用20世纪 90年代以来,数控加工技术得到 迅速的普及和发展, 数控机床在制造业得到了3 越来越广泛的应用带有自动换刀系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着愈来愈重 要的作用, 它能缩短产品的制造周期, 提高产品的加工精度, 适合柔性加工加工中心是数。