機器人發展文獻

① 機器人文獻

Android Science
Hiroshi Ishiguro makes perhaps the most humanlike robots around--not particularly to serve as societal helpers but to tell us something about ourselves
TEXT SIZE: By Tim Hornyak
At the 2005 World Exposition in Japan's Aichi prefecture, robots from laboratories throughout the country were on display. The humanoids came in all shapes and sizes: they moved on wheels, walked on two legs, looked like lovable little dolls or fantastic mechanical warriors. All, however, were instantly recognizable as artificial creations. Except one: it had moist lips, glossy hair and vivid eyes that blinked slowly. Seated on a stool with hands folded primly on its lap, it wore a bright pink blazer and gray slacks. For a mesmerizing few seconds from several meters away, Repliee Q1expo was virtually indistinguishable from an ordinary woman in her 30s. In fact, it was a of one.

To many people, Repliee is more than a humanoid robot--it is an honest-to-goodness android, so lifelike that it seems like a real person. Japan boasts the most advanced humanoid robots in the world, represented by Honda's Asimo and other bipedal machines. They are expected to eventually pitch in as the workforce shrinks amid the dwindling and aging population. But why build a robot with pigmented silicone skin, smooth gestures and even makeup? To Repliee's creator, Hiroshi Ishiguro, the answer is simple: "Android science."

Director of Osaka University's Intelligent Robotics Laboratory, Ishiguro has a high furrowed brow beneath a shock of inky hair and riveting eyes that seem on the verge of emitting laser beams. Besides the justification for making robots anthropomorphic and bipedal so they can work in human environments with architectural features such as stairs, Ishiguro believes that people respond better to very humanlike robots. Androids can thus elicit the most natural communication. "Appearance is very important to have better interpersonal relationships with a robot," says the 42-year-old Ishiguro. "Robots are information media, especially humanoid robots. Their main role in our future is to interact naturally with people."

Although Ishiguro grew up as a typical robot-mod?el-?building Japanese boy near Kyoto, he was more keen on philosophical questions about life than on inventing robots. Mild colorblindness forced him to abandon his aspirations of a career as an oil painter, and he was drawn to computer and robot vision instead. He built a guide robot for the blind as an undergraate at the University of Yamanashi, and elements of his later humanoid Robovie went into the design of Mitsubishi Heavy Instries's new household communications robot, Wakamaru. A fan of the android character Data from the Star Trek franchise, he sees robots as the ideal vehicle to understand more about ourselves.

To emulate human looks and behavior successfully, Ishi?guro yokes robotics with cognitive science. In turn, cognitive science research can use the robot as a test bed to study human perception, communication and other faculties. This novel cross-fertilization is what Ishiguro describes as android science. In a 2005 paper, he and his collaborators explained it thus: "To make the android humanlike, we must investigate human activity from the standpoint of [cognitive science, behavioral science and neuroscience], and to evaluate human activity, we need to implement processes that support it in the android."

One key strategy in Ishiguro's approach is to model robots on real people. He began research four years ago with his then four-year-old daughter, casting a rudimentary android from her body, but its few actuator mechanisms resulted in jerky, unnatural motion. With Tokyo-based robotics maker Kokoro Company, Ishiguro built Repliee also by "ing" a real person--NHK TV newscaster Ayako Fujii--with shape-memory silicone rubber and plaster molds. Polyurethane and a five-millimeter-thick silicone skin, soft and specially colored, cover a metal skeleton. Given clothing, a wig and lipstick, it is a near mirror image of Fujii.

Appearance, though, is only part of human likeness. To achieve smooth upper-body movement in Repliee, Ishiguro equipped it with 42 small, quiet air servo-actuators. Because a fridge-size external air compressor powers the actuators, locomotion was sacrificed. Similarly, Ishiguro off-loaded most of the android's control elements and sensors. Floor sensors track human movement, video cameras detect faces and gestures, and microphones pick up speech. The result is a surprisingly good. "I was developed for the purpose of research into natural human-robot communication," Repliee says in velvety prerecorded Japanese, raising its arm in instantaneous response to a touch picked up by its piezoelectric skin sensors.
Humanlike robots run the risk of compromising people's comfort zones. Says Ishiguro collaborator Takashi Minato: "Because the android's appearance is very similar to that of a human, any subtle differences in motion and responses will make it seem strange." The negative emotional reaction is known as the "uncanny valley," first described in 1970 by Japanese roboticist Masahiro Mori. Repliee, though, is so lifelike that it has overcome the creepiness factor, partly because of the natural way it moves.

One of Ishiguro's android-science experiments demonstrates the importance of movement. He had subjects identify the color of a cloth behind a curtain after it had been pulled back for two seconds. Unknown to participants, Repliee was also behind the curtain, either motionless or exhibiting prelearned "micro movements" that people unconsciously make. When the android was static, 70 percent of the subjects realized that they had seen a robot. But when Repliee moved slightly, only 30 percent realized it was an android.

In a land where Sony Aibo robot dogs are treated like family, it is not surprising that the engineering students who work on Repliee daily have developed a special protectiveness for it. Gaze-direction experiments suggest that nonengineers can unconsciously accept androids on a social level, too. In these studies, subjects pausing to consider a thought looked away ring conversations with both people and Repliee, leading Ishiguro and his associates to consider that the breaking of eye contact can be a measure of an android's human likeness. They see this as key to eliminating psychological barriers to robots playing everyday roles in society. (Less sophisticated androids are already at work in Japan: Saya, a robot with fewer sensors and limited movement that was developed by Hiroshi Kobayashi of Tokyo University of Science, has been a receptionist in the university's lobby for years.)

"An android is a kind of ultimate experimental apparatus and test bed," states Ishiguro collaborator Karl MacDorman, who has been examining possible links between the uncanny valley and fear of death. "We need more of them." Although Ishiguro's automatons may even evolve to bipedalism, perhaps ironically, he is sure that androids will never be able to pass for human. There will be no need, say, for the elaborate Blade Runner-type "empathy tests." "Two seconds or 10 seconds of confusion is possible, but a whole day is not," Ishi?guro remarks. "It's impossible to have the perfect android."

Still, he wants his next android, a male, to be as authentic as possible. The model? Himself. Ishiguro thinks having a robot clone could ease his busy schele: he could dispatch it to classes and meetings and then teleconference through it. "My question has always been, Why are we living, and what is human?" he says. An Ishiguro made of circuitry and silicone might soon be answering his own questions.

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③ 急求機器人發展趨勢論文參考文獻

據新華社消息，我國目前已基本掌握了機器人操作機的設計製造技術、控制系統硬體和軟體設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。「九五」期間我國工業機器人的需求量以每年30％以上的速度增長。2000年，我國工業機器人的擁有量約為3500台，其中以點焊、弧焊、噴漆、注塑、裝配、搬運、沖壓等各類機器人為主，銷售額為6．7億元。

據專家對國內542家用戶以及汽車、電子電器、工程機械3個行業的部分用戶進行的統計分析，就全國而言，弧焊、點焊、裝配、噴塗機器人應用的最多；其次是搬運、上下料（沖壓、壓鑄、鑄鍛、注塑等用的大多是上下料機器人）；再次是包裝、碼垛、拆垛機器人和密封塗膠機器人；其他機器人用量很少。就行業而言，汽車行業以焊接、噴塗、塗膠作業較多，沖壓、搬運、裝配次之；電子電器行業集中在裝配，如華錄一家就用了近300台，其次是搬運和噴塗；工程機械行業集中用於弧焊，噴塗其次。此外包裝、碼垛、拆垛機器人目前主要用於石化、輕紡和煙草行業。

據對724家用戶的統計分析，大機械行業（機械製造和汽車工業）用戶共有467家，佔用戶的65％；電子電器和郵電通訊業用戶有92家，佔用戶的13％。可見，目前國內工業機器人主要應用在汽車、機械製造等行業。

機器人及其自動化成套裝備是指以機器人為核心，以信息技術和網路技術為媒介，將所有設備連接到一起而形成的大型自動化生產線。機器人及其自動化成套裝備的擁有量和水平是衡量一個國家製造業綜合實力的重要標志之一。機器人及其自動化成套裝備已成為目前國內外極受重視的高新技術應用領域。

目前，國外機器人自動化生產線成套裝備已成為自動化成套裝備的主流以及未來自動化生產線的發展方向。

國外汽車行業、電子和電器行業、物流與倉儲行業（企業級）等已大量使用機器人自動化生產線， 從而保證了其產品的質量和生產的高效。典型的如機器人有大型轎車殼體沖壓自動化系統技術和成套裝備、大型機器人車體焊裝自動化系統技術和成套裝備、電子和電器等的機器人柔性自動化裝配及檢測成套技術和裝備、機器人整車及發動機裝配自動化系統技術和成套裝備、AGV物流與倉儲自動化成套技術及裝備等，這些機器人設備的使用大大推動了這些行業的快速發展，提升了製造技術的先進性。

當前，國外將機器人自動化生產線成套裝備的共性技術作為重點開發內容：

1．大型自動化生產線的設計開發技術。利用CAX及模擬系統等多種高新技術和設計手段，快速設計和開發機器人大型自動化生產線，並進行數字化驗證。

2．自動化生產線「數字化製造」技術。虛擬製造技術發展很快，國外幾家早期從事模擬軟體的開發公司已經推出可進入實用的所謂「數字化工廠」（DMF）商品化軟體。國外企業已利用這類軟體建立起自己的產品製造工藝過程信息化平台，再與本企業的資源管理信息化平台和車身產品設計信息平台結合，構成支持本企業產品完整製造過程生命周期的信息化平台。自動化生產線的設計、製造、整定及維護也必須要基於上述信息化平台進行，開展並行工程，實現信息共享，這是最大限度地壓縮自動化生產線投產周期所必須的，另外也有利於實現生產線的柔性和質量控制的功能。

3．大型自動化生產線的控制協調和管理技術。利用計算機和信息技術，實現整條生產線的控制、協調和管理，快速響應市場需求，提高產品競爭力。

4．自動化生產線的在線檢測及監控技術。利用感測器和機器人技術，實現大型生產線的在線檢測，確保產品質量，並且實現產品的主動質量控制。利用網路技術，實現生產線的在線監控，確保生產線安全運行。

5．自動化生產線模塊化及可重構技術。利用設計的模塊化和標准化，能夠實現生產線的快速調整及重構。

6．生產線快速整定（commissioning time）技術。如建立完整的製造過程信息技術，發展機器人等自動化設備的離線編程技術、生產線上的機電設備實現網路控制管理技術、關鍵工位在線100％產品檢測技術、先進的生產線現場安裝精度測試技術。

④ 關於機器人的論文。有要求的。3000字左右。要有摘要、關鍵詞、正文、文獻。好的我給200分

最多追加100好吧，怎麼都喜歡騙人啊
微型機器人的發展和研究現狀

摘要: 微型機器人是微電子機械繫統的一個重要分支, 由於它能進入人類和宏觀機器人所不及的狹小空間內作業, 近幾十年來受到了廣泛的關注。本文首先給出了近年來國內外出現的幾種微型機器人, 在分析了其特點和性能的基礎上, 討論了目前微型機器人研究中所遇到的幾個關鍵問題, 並且指出了這些領域未來一段時間內的主要研究和發展方向。
關鍵詞: 微型機器人; 微驅動器

近年來, 採用MEMS 技術的微型衛星、微型飛行
器和進入狹窄空間的微機器人展示了誘人的應用前
景和軍民兩用的戰略意義。因此, 作為微機電系統技
術發展方向之一的基於精密機械加工微機器人技術
研究已成為國際上的一個熱點, 這方面的研究不僅有
強大的市場推動, 而且有眾多研究機構的參與。以日
本為代表的許多國家在這方面開展了大量研究, 重點
是發展進入工業狹窄空間微機器人、進入人體狹窄空
間醫療微系統和微型工廠。國內在國家自然科學基
金、863 高技術研究發展計劃等的資助下, 有清華大
學、上海交通大學、哈爾濱工業大學、廣東工業大
學、上海大學等科研院所針對微型機器人和微操作系
統進行了大量研究, 並分別研製了原理樣機。目前國
內對微型機器人的研究主要集中在三個領域[6] : (1)
面向煤氣、化工、發電設備細小管道探測的微型機器
人。(2) 針對人體、進入腸道的無創診療微型機器
人。(3) 面向復雜機械繫統非拆卸檢修的微型機器
人。
1 微型機器人的發展和研究狀況
根據國內開展微型機器人研究的實際情況, 我們
著重討論微型管道機器人、無創傷微型醫療機器人和
特殊作業的微型機器人。
111 微型管道機器人
微管道機器人是基於狹小空間內的應用背景提
出的, 其環境特點是在狹小的管狀通道或縫隙行走進
行檢測, 維修等作業。由於與常規條件下管內作業環
境有明顯不同, 其行走方式及結構原理與常規管道機
器人也不同, 因此按照常規技術手段對管道機器人按
比例縮小是不可行的。有鑒於此, 微型管道機器人的
行走方式應另闢蹊徑。近年來隨著微電子機械技術的
發展和晶體壓電效應和超磁致伸縮材料磁- 機耦合
技術應用的發展, 使新型微驅動器的出現和應用成為
現實。微驅動器的研究成果已成為微管道機器人的重
要發展基礎[1] 。
日本名古屋大學研製成一種微型管道機器人, 可
用於細小管道的檢測, 在生物醫學領域的小空間內作
微小工作。這種機器人可以由管道外面的電磁線圈驅
動, 而無須以電纜供電。日本東京工業大學和NEC
公司合作研究的螺旋式管內移動微機器人, 在直徑為
Φ2514mm的直管內它的最大運動速度是260mm/ s , 最
大牽引力是12N。法國Anthierens 等人研製出了適用
於Φ16mm的蠕動式機器人, 此種微型機器人的最大
運動速度為5mm/ s , 負載可達20N , 具有很高的運動
精度, 負載大, 但運動速度較慢且結構復雜。

國內的上海大學和上海交通大學都研製出了慣性
沖擊式管道微機器人, 上海交通大學的微機器人採用
層疊型壓電驅動器驅動; 上海大學的微機器人驅動器
有層疊型和雙壓電薄膜兩種類型[3] 。圖1 所示為雙壓
電薄膜微小管道機器人其運動機理, 該機器人採用雙
壓電薄膜驅動器, 相對於單壓電薄膜, 增大了驅動
力, 提高了承載能力。該機構的最大移動速度可以達
到15mm/ s , 具有前進、後退、上升和下降功能。
112 微型醫療機器人的發展
近幾年來, 醫療機器人技術的研究與應用開發進
展很快, 微型醫療機器人是其中最有發展前途的應用
領域, 據日本科學技術政策研究所預測, 到2017 年
醫療領域使用微型機器和機器人的手術將超過全部
醫療手術的一半。因此日本制定了採用「機器人外科
醫生」的計劃, 並正在開發能在人體血管中穿行、用
於發現並殺死癌細胞的超微型機器人。美國馬里蘭州
的約翰·霍普金實驗室研製出一種「靈巧葯丸」, 實際
上是裝有微型硅溫度計和微型電路的微型檢測裝置,
吞入體內, 可以將體內的溫度信息發給記錄器。瑞典
科學家發明了一種大小如英文標點符號的機器人, 未
來可移動單一細胞或捕捉細菌, 進而在人體內進行各
種手術。
國內的的許多科研院所主要開展了無創傷微型
醫療機器人的研究, 取得了一些成果。無損傷醫用機
器人主要應用於人體內腔的疾病醫療, 它可以大大減
輕或消除目前臨床上使用的各類窺鏡、內注射器、內
送葯裝置等醫療器械給患者帶來的嚴重不適合及痛
苦。中國科學技術大學在國家自然科學基金的資助下
研製出了基於壓電陶瓷驅動的多節蛇行游動腹腔手
術術微型機器人, 該機器人將CCD 攝像系統, 手術
器械及智能控制系統分別安裝在微型機器人的端部,
通過開在患者腹部的小口, 伸入腹腔進行手術。其特
點是響應速度快, 運動精度高, 作用力與動作范圍
大, 每一節可實現兩個自由度方向上±60°范圍內迅
捷而靈活的動作, 圖2 所示的是利用腹腔手術機器人
進行手術的場景[5] 。浙江大學也研製出了無損傷醫用
微型機器人的原理樣機, 該微型機器人以懸浮方式進
入人體內腔(如腸道, 食道) , 可避免對人體內腔有
機組織造成損傷, 運行速度快, 速度控制方便。
113 特殊作業微型機器人的發展
除了上述提到的微型管道機器人和無創傷微型
醫療機器人以外, 國內外一些科研工作者廣泛開展了
進行特殊作業微型機器人的研究。這種微型機器人配
備相應的感測器和作業裝置, 在軍事和民用方面具有
非常好的發展前景。
美國國家安全實驗室製造出了有史以來世界上
最小的機器人, 這部機器人重量不到28g , 體積為
411cm3 , 腿機構為皮帶傳送裝置, 該機器人可以代替
人去完成許多危險的工作。美國海軍發明了一種微型
城市搜救機器人, 該機器人曾在2001 年「9111」事
件發生後的世貿廢墟搜救現場大顯身手。日本三菱電
子公司、松下東京研究所和Sumitomo 電子公司聯合研
制出只有螞蟻大小的微型機器人, 該機器人可以進入
空間非常狹小的環境從事修理工作, 身體兩側有兩個
圓形的連接器可以與其他機器人相連接完成一些特殊
的任務。
由於自然界中的生物具有人類無法比擬的某些機
能, 因此近年來利用自然界生物的運動行為和某些機
能進行機器人設計、實現其靈活控制、受到了機器人
學者的廣泛重視。國內已有多所高校和科研院所在開
展微型仿生機器人方面的研究。上海交通大學基於仿
生學原理, 利用六套並聯平面四連桿機構、微型直流
電動機及相應的減速增扭機構研製出了微型六足仿生
機器人, 體積微小, 具有良好的機動性。該機器人長
30mm, 寬40mm, 高20mm, 重613 克, 其步行速度達
到3mm/ s[2] 。上海大學也進行了一些微型仿生機器人
的研究工作。
2 微型機器人發展中面臨的問題
(1) 驅動器的微型化
微驅動器是MEMS 最主要的部件, 從微型機器人
的發展來看, 微驅動技術起著關鍵作用, 並且是微機
器人水平的標志, 開發耗能低、結構簡單、易於微型
化、位移輸出和力輸出大, 線性控制性能好, 動態響
應快的新型驅動器(高性能壓電元件、大扭矩微馬
達) 是未來的研究方向。
(2) 能源供給問題
許多執行機構都是通過電能驅動的, 但是對於微
型移動機器人而言, 供應電能的導線會嚴重影響微型
機器人的運動, 特別是在曲率變化比較大的環境中。
微型機器人發展趨勢應是無纜化, 能量、控制信號以
及檢測信號應可以無纜發送、傳輸。微型機器人要真
正實用化, 必須解決無纜微波能源和無纜數據傳輸技
術, 同時研究開發小尺寸的高容量電池。
(3) 可靠性和安全性
目前許多正在研製和開發的微型機器人是以醫
療、軍事以及核電站為應用背景, 在這些十分重要的
應用場合, 機器人工作的可靠性和安全性是設計人員
必須考慮的一個問題, 因此要求機器人能夠適應所處
的環境, 並具有故障排除能力[4] 。
(4) 新型的微機構設計理論及精加工技術
微型機器人和常規機器人相比並不是簡單的結
構上比例縮小, 其發展在一定程度上和微驅動器和精
加工技術的發展是密切相關的。同時要求設計者在機
構設計理論上進行創新, 研究出適合微型機器人的移
動機構和移動方式。
(5) 高度自治控制系統
微機器人要完成特定的作業, 其自身定位和環境
的識別能力是關鍵, 開發微視覺系統, 提高微圖象處
理速度, 採用神經網路及人工智慧等先進的技術來解
決控制系統的高度自治難題是最終實現實用化的關
鍵。
3 結論
微機器人還處於實驗室理論探索時期, 離實用化
還有相當的距離。存在許多關鍵的技術沒有得到解
決, 這些問題的解決過程中同時會帶動許多相關學科
的發展。只有當這些問題解決以後, 微型機器人的實
用化才會成為可能。我們要勇於創新, 抓住這個前沿
課題, 將微型機器人技術應用到國民經濟建設發展影
響較大的領域。

⑤ 急！求微型機器人發展史論文

微型機器人的發展和研究現狀
宋曉峰, 談士力
(上海大學機械電子工程與自動化學院, 上海201800)
摘要: 微型機器人是微電子機械繫統的一個重要分支, 由於它能進入人類和宏觀機器人所不及的狹小空間內作業, 近幾十年來受到了廣泛的關注。本文首先給出了近年來國內外出現的幾種微型機器人, 在分析了其特點和性能的基礎上, 討論了目前微型機器人研究中所遇到的幾個關鍵問題, 並且指出了這些領域未來一段時間內的主要研究和發展方向。
關鍵詞: 微型機器人; 微驅動器

近年來, 採用MEMS 技術的微型衛星、微型飛行
器和進入狹窄空間的微機器人展示了誘人的應用前
景和軍民兩用的戰略意義。因此, 作為微機電系統技
術發展方向之一的基於精密機械加工微機器人技術
研究已成為國際上的一個熱點, 這方面的研究不僅有
強大的市場推動, 而且有眾多研究機構的參與。以日
本為代表的許多國家在這方面開展了大量研究, 重點
是發展進入工業狹窄空間微機器人、進入人體狹窄空
間醫療微系統和微型工廠。國內在國家自然科學基
金、863 高技術研究發展計劃等的資助下, 有清華大
學、上海交通大學、哈爾濱工業大學、廣東工業大
學、上海大學等科研院所針對微型機器人和微操作系
統進行了大量研究, 並分別研製了原理樣機。目前國
內對微型機器人的研究主要集中在三個領域[6] : (1)
面向煤氣、化工、發電設備細小管道探測的微型機器
人。(2) 針對人體、進入腸道的無創診療微型機器
人。(3) 面向復雜機械繫統非拆卸檢修的微型機器
人。
1 微型機器人的發展和研究狀況
根據國內開展微型機器人研究的實際情況, 我們
著重討論微型管道機器人、無創傷微型醫療機器人和
特殊作業的微型機器人。
111 微型管道機器人
微管道機器人是基於狹小空間內的應用背景提
出的, 其環境特點是在狹小的管狀通道或縫隙行走進
行檢測, 維修等作業。由於與常規條件下管內作業環
境有明顯不同, 其行走方式及結構原理與常規管道機
器人也不同, 因此按照常規技術手段對管道機器人按
比例縮小是不可行的。有鑒於此, 微型管道機器人的
行走方式應另闢蹊徑。近年來隨著微電子機械技術的
發展和晶體壓電效應和超磁致伸縮材料磁- 機耦合
技術應用的發展, 使新型微驅動器的出現和應用成為
現實。微驅動器的研究成果已成為微管道機器人的重
要發展基礎[1] 。
日本名古屋大學研製成一種微型管道機器人, 可
用於細小管道的檢測, 在生物醫學領域的小空間內作
微小工作。這種機器人可以由管道外面的電磁線圈驅
動, 而無須以電纜供電。日本東京工業大學和NEC
公司合作研究的螺旋式管內移動微機器人, 在直徑為
Φ2514mm的直管內它的最大運動速度是260mm/ s , 最
大牽引力是12N。法國Anthierens 等人研製出了適用
於Φ16mm的蠕動式機器人, 此種微型機器人的最大
運動速度為5mm/ s , 負載可達20N , 具有很高的運動
精度, 負載大, 但運動速度較慢且結構復雜。

國內的上海大學和上海交通大學都研製出了慣性
沖擊式管道微機器人, 上海交通大學的微機器人採用
層疊型壓電驅動器驅動; 上海大學的微機器人驅動器
有層疊型和雙壓電薄膜兩種類型[3] 。圖1 所示為雙壓
電薄膜微小管道機器人其運動機理, 該機器人採用雙
壓電薄膜驅動器, 相對於單壓電薄膜, 增大了驅動
力, 提高了承載能力。該機構的最大移動速度可以達
到15mm/ s , 具有前進、後退、上升和下降功能。
112 微型醫療機器人的發展
近幾年來, 醫療機器人技術的研究與應用開發進
展很快, 微型醫療機器人是其中最有發展前途的應用
領域, 據日本科學技術政策研究所預測, 到2017 年
醫療領域使用微型機器和機器人的手術將超過全部
醫療手術的一半。因此日本制定了採用「機器人外科
醫生」的計劃, 並正在開發能在人體血管中穿行、用
於發現並殺死癌細胞的超微型機器人。美國馬里蘭州
的約翰·霍普金實驗室研製出一種「靈巧葯丸」, 實際
上是裝有微型硅溫度計和微型電路的微型檢測裝置,
吞入體內, 可以將體內的溫度信息發給記錄器。瑞典
科學家發明了一種大小如英文標點符號的機器人, 未
來可移動單一細胞或捕捉細菌, 進而在人體內進行各
種手術。
國內的的許多科研院所主要開展了無創傷微型
醫療機器人的研究, 取得了一些成果。無損傷醫用機
器人主要應用於人體內腔的疾病醫療, 它可以大大減
輕或消除目前臨床上使用的各類窺鏡、內注射器、內
送葯裝置等醫療器械給患者帶來的嚴重不適合及痛
苦。中國科學技術大學在國家自然科學基金的資助下
研製出了基於壓電陶瓷驅動的多節蛇行游動腹腔手
術術微型機器人, 該機器人將CCD 攝像系統, 手術
器械及智能控制系統分別安裝在微型機器人的端部,
通過開在患者腹部的小口, 伸入腹腔進行手術。其特
點是響應速度快, 運動精度高, 作用力與動作范圍
大, 每一節可實現兩個自由度方向上±60°范圍內迅
捷而靈活的動作, 圖2 所示的是利用腹腔手術機器人
進行手術的場景[5] 。浙江大學也研製出了無損傷醫用
微型機器人的原理樣機, 該微型機器人以懸浮方式進
入人體內腔(如腸道, 食道) , 可避免對人體內腔有
機組織造成損傷, 運行速度快, 速度控制方便。
113 特殊作業微型機器人的發展
除了上述提到的微型管道機器人和無創傷微型
醫療機器人以外, 國內外一些科研工作者廣泛開展了
進行特殊作業微型機器人的研究。這種微型機器人配
備相應的感測器和作業裝置, 在軍事和民用方面具有
非常好的發展前景。
美國國家安全實驗室製造出了有史以來世界上
最小的機器人, 這部機器人重量不到28g , 體積為
411cm3 , 腿機構為皮帶傳送裝置, 該機器人可以代替
人去完成許多危險的工作。美國海軍發明了一種微型
城市搜救機器人, 該機器人曾在2001 年「9111」事
件發生後的世貿廢墟搜救現場大顯身手。日本三菱電
子公司、松下東京研究所和Sumitomo 電子公司聯合研
制出只有螞蟻大小的微型機器人, 該機器人可以進入
空間非常狹小的環境從事修理工作, 身體兩側有兩個
圓形的連接器可以與其他機器人相連接完成一些特殊
的任務。
由於自然界中的生物具有人類無法比擬的某些機
能, 因此近年來利用自然界生物的運動行為和某些機
能進行機器人設計、實現其靈活控制、受到了機器人
學者的廣泛重視。國內已有多所高校和科研院所在開
展微型仿生機器人方面的研究。上海交通大學基於仿
生學原理, 利用六套並聯平面四連桿機構、微型直流
電動機及相應的減速增扭機構研製出了微型六足仿生
機器人, 體積微小, 具有良好的機動性。該機器人長
30mm, 寬40mm, 高20mm, 重613 克, 其步行速度達
到3mm/ s[2] 。上海大學也進行了一些微型仿生機器人
的研究工作。
2 微型機器人發展中面臨的問題
(1) 驅動器的微型化
微驅動器是MEMS 最主要的部件, 從微型機器人
的發展來看, 微驅動技術起著關鍵作用, 並且是微機
器人水平的標志, 開發耗能低、結構簡單、易於微型
化、位移輸出和力輸出大, 線性控制性能好, 動態響
應快的新型驅動器(高性能壓電元件、大扭矩微馬
達) 是未來的研究方向。
(2) 能源供給問題
許多執行機構都是通過電能驅動的, 但是對於微
型移動機器人而言, 供應電能的導線會嚴重影響微型
機器人的運動, 特別是在曲率變化比較大的環境中。
微型機器人發展趨勢應是無纜化, 能量、控制信號以
及檢測信號應可以無纜發送、傳輸。微型機器人要真
正實用化, 必須解決無纜微波能源和無纜數據傳輸技
術, 同時研究開發小尺寸的高容量電池。
(3) 可靠性和安全性
目前許多正在研製和開發的微型機器人是以醫
療、軍事以及核電站為應用背景, 在這些十分重要的
應用場合, 機器人工作的可靠性和安全性是設計人員
必須考慮的一個問題, 因此要求機器人能夠適應所處
的環境, 並具有故障排除能力[4] 。
(4) 新型的微機構設計理論及精加工技術
微型機器人和常規機器人相比並不是簡單的結
構上比例縮小, 其發展在一定程度上和微驅動器和精
加工技術的發展是密切相關的。同時要求設計者在機
構設計理論上進行創新, 研究出適合微型機器人的移
動機構和移動方式。
(5) 高度自治控制系統
微機器人要完成特定的作業, 其自身定位和環境
的識別能力是關鍵, 開發微視覺系統, 提高微圖象處
理速度, 採用神經網路及人工智慧等先進的技術來解
決控制系統的高度自治難題是最終實現實用化的關
鍵。
3 結論
微機器人還處於實驗室理論探索時期, 離實用化
還有相當的距離。存在許多關鍵的技術沒有得到解
決, 這些問題的解決過程中同時會帶動許多相關學科
的發展。只有當這些問題解決以後, 微型機器人的實
用化才會成為可能。我們要勇於創新, 抓住這個前沿
課題, 將微型機器人技術應用到國民經濟建設發展影
響較大的領域。