这个机器人的灵感来自remora，remora是一种附着在鲨鱼和鲸鱼身上的鱼，以它们宿主的死皮和粪便为食。Wang等人，Sci。机器人。2，eaan8072（2017））
一种受搭便车的鱼启发的机器人能够以自身重量340倍的力附着在水下表面。
这种新型机器人的灵感来源于remora，这种鱼附着在鲨鱼和鲸鱼等大型海洋动物身上，以寄主的死皮和粪便为食，
Remora鱼这样做时，鱼的下侧有一个特别适应的鳍，叫做吸盘，它由一个柔软的圆形“唇”和一排排称为片层的组织组成。薄片上有细小的针状小刺。remora可以利用椎间盘周围的微小肌肉来改变它的形状，将自己吸引到宿主身上；然后，这些小刺通过增加摩擦力来提供主要的抓握力。
“生物学家说，它代表了脊椎动物最非凡的适应能力之一，”李文说，中国北航大学的机器人学和生物力学研究人员，也是一篇描述remora机器人的新论文的主要作者。【7项受自然启发的聪明技术】
鱼一样的灵感
温说，他在哈佛大学做博士后研究时，就有了设计remora灵感机器人的想法。他和他的顾问正在设计3D打印鲨鱼皮。温总理说，当他在报纸上查找照片时，他总是在鲨鱼的照片上看到这些奇怪的小衣架。他们是雷莫拉斯。文和他的同事们被没有人试图制作一个仿生机器人remora光盘的事实所震惊，他们决定自己解决这个项目。
要做到这一点，他们必须想出一种方法来制作一个光盘，其截面从完全刚性到皮肤柔软。研究人员利用3D打印来完成这一壮举，然后添加了大约1000个由激光切割碳纤维制成的人造尖刺。为了让光盘像真正的remora光盘一样移动，研究人员嵌入了六个气动执行器——基本上是小气穴——可以根据提示进行充气和放气。
观察起伏的remora机器人dic。（Wang等人，Sci。机器人。2，eaan8072（2017））
结果看起来有点像剃须刀，刀片太多，只是更大。这个机器人从一头到另一头大约有5英寸（13厘米）。“KDSPE”骑着机器人“KDSPs”来测试这个鱼腥机器人，研究人员把它附着在水下的各种表面上，有的粗糙，有的平滑，有的僵硬，有的柔韧。其中包括真正的鲨鱼皮、有机玻璃、环氧树脂和硅橡胶。机器人很好地附着在所有的表面上，研究人员发现，KDSPE“KDSPs”将ReMORA机器人拉离光滑有机玻璃所需的力约为436牛顿，这相当于机器人本身重量的340倍。在更粗糙的表面上，机器人的抓得不那么紧。例如，用167牛顿的力把机器人从真正的鲨鱼皮上拉下来。
最后，研究人员将他们的圆盘连接到一个真正的遥控水下机器人上，并练习用圆盘将遥控潜水器连接到不同的表面。他们将椎间盘固定在之前测试过的相同范围的表面上的成功率为100%，平均固定时间不到4秒，研究称，
“旋转时覆盖在片层上的刚性小颗粒和软材料与表面啮合，就像活的remora椎间盘一样，温教授告诉现场科学。
虽然粘着机器人已经不是什么新鲜事了，但remora是机器人学家对水下附件的第一个选择。其他粘性机器人，比如受树蛙和壁虎启发的机器人，在水下工作不太好。 *** 说，remora机器人可以用来将物体附着在任何宽阔的水下表面，也可以让水下机器人在船底巡航，
remora机器人甚至可以用作跟踪海洋动物运动的标签。毕竟，还有一个搭便车的?"
关于生命科学的原始文章。
随着科技的进步，智能机器人的性能不断地完善，因此也被越来越多的应用于军事、排险、农业、救援、海洋开发等方面。这是我为大家整理的关于机器人的科技论文，供大家参考!
机器人的科技论文篇一：《浅谈智能移动机器人》
摘 要：随着科技的进步，智能机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围也越来越广，广泛应用于军事、排险、农业、救援、海洋开发等。介绍了常见智能移动机器人的基本系统组成及其相关的一些技术，提出一种能够应用于智能移动机器人的越障机构，并简单阐述了其工作原理。在对智能机器人有一定了解的基础上，论述了智能移动机器人的研究现状及其发展动向。
关键词：智能移动机器人 越障 避障 伸展收缩
1 引言
上世纪60年代智能机器人的出现开辟了智能生产自动化的新时代。在工业机器人问世50多年后的今天，机器人已被人们看作是不可缺少的一种生产工具。由于传感器、控制、驱动及材料等领域的技术进步开辟了机器人应用的新领域。智能移动机器人是机器人学中的一个重要分支。
2 智能移动机器人的基本系统组成及其相关技术
由于智能移动机器人在危险与恶劣环境以及民用等各方面具有广阔的应用前景，使得世界各国非常关注它的发展。其共同的五大系统组成要素为：(1)机械机构单元是智能移动机器人的骨架，机器人所有的模块都依靠其支撑，机械机构单元的结构，性能，强度直接影响着整个机器人的稳定性。随着科技发展和新型材料的研制开发，使得智能机器人产品的结构性能有了很大提高，机械机构的各项工艺性及尺寸设计都向着更加合理高效，更加轻便美观，更加环保节能，更加安全可靠等方向发展。(2)动力与驱动单元为智能移动机器人提供动力来源。(3)环境感知单元相当于智能移动机器人的五官，机器人通过感知单元对周围的环境进行感知识别及各种参数的收集，然后通过转换成控制模块可以识别的光电信号，输入到控制单元进行数据处理。(4)执行机构单元为智能移动机器人执行部分，能根据控制中心的命令执行命令，完成任务。不同的机器人有着不同的执行机构，执行机构的设计影响着对要执行动作的效率，精度，稳定性，可靠性等。(5)信息处理与控制单元作为整个机械系统的核心部分，它如人的大脑一样，调控着整个系统，一切的活动都由它指挥。将来自传感器部分采集到的信息进行集中汇总，存储，对所有信息分析，规划决策，输出命令。使机器人有目的的运行。
智能移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合机电系统。它是传感器技术，控制技术，移动技术，信息处理、人工智能、电子工程、计算机工程等多学科的重要研究成果，从某种意义上讲是机器发展进化过程中的产物，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。
3 一种越障机器人
我们设计的移动机器人(图1)有很好的机动性能，前导轮、前轮和后轮可以实现独立升降运动。前导轮(如图1)由通过曲柄圆盘的转动角度控制摇杆的摆动角度，带动相关的平面连杆机构运动，从而实现前导向轮的伸展和收缩实现攀越。机器人两侧的侧边驱动机构为平面连杆-滑块越障机构，前后轮(如图1)分别通过导杆在槽中的移动，带动平面连杆机构的运动，实现前后轮的伸展和收缩，实现越障功能。本机器人通过尺寸的设计可以实现较大的越障高度，通过合理的控制轮摆动的角度还能实现多种类型障碍物的攀越。
4 智能移动机器人的应用概况
随着科技的进步，机器人的功能不断完善，智能移动机器人的应用范围也大大拓宽，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在排险、海洋开发和宇宙探测领域等有害与危险场合(如辐射、灾区、有毒等)得到很好的应用。
4.1 陆地智能移动机器人
20世纪60年代后期，苏美为了完成对宇宙空间的占领，完成月球探测计划，各自研制开发并应用了移动机器人，通过移动机器人实现对外星土壤的样本采集和土壤分析等各种任务。陆地智能移动机器人的出现是为了帮助人类完成无法完成的任务。陆地移动机器人也广泛应用于军事，可以完成排除爆炸物，扫雷，侦查，清除障碍物等等，近年来智能移动机器人也开始渐渐融入人们的日常生活。
4.2 水下智能移动机器人
近年来，人们对资源的渴求加大，开始对原子能和海洋资源的开发，加之水下环境十分复杂(能见度差，定位困难，流体变化等)，水下智能移动机器人在海底资源探测上的优势使之受到关注。近年德国基尔大学的科学家研制出新型深水机器人“ROV Kiel 6000”，这架深水机器人能够下探到6000米深的海底，寻找神秘的深水生物和“白色黄金”可燃冰。
4.3 仿生智能移动机器人
近年来,全球许多机器人研究机构越来越多的关注仿生学与机构的研究工作.在某些情况下仿生机器人尤其独特优势，例如，蛇形机器人重心低，能够模仿蛇的动作，穿梭在能够穿梭在受灾现场和其他复杂的地形中能够帮助人类完成各种任务。除此之外还有仿生宠物狗、仿生鱼、仿生昆虫等。
5 智能移动机器人的发展方向及前景
影响移动机器人发展的因素主要有：导航与定位技术，多传感器信息的融合技术，多机器人协调与控制技术等因而移动机器人技术发展趋势主要包括：
(1)高智能情感机器人。随着科学技术的发展，人们对人机交互的技术的要求越来越高，具有人类智能的情感移动机器人是移动机器人未来发展趋势。目前的移动机器人只能说是具有部分的智能，人们渴望能够出现安全可靠的能够沟通交流的高智能的机器人。虽然现在要实现高智能情感机器人还非常的困难，但是终有一天，随着科学技术的突破，它将成为现实。
(2)高适应性多功能化的机器人。机器人的出现是为人类服务的，自然界中还有好多未知的世界等着我们开拓，各种危险的复杂多变的环境，人类无法涉足，因此人们也迫切希望有能够代替人类的机器人出现，高适应性多功能化的机器人也必将是机器人的发展方向之一。
(3)通用服务型的机器人。随着科学技术的发展，机器人也是应该越来越容易融入人们日常生活中的，在日常生活中为人们服务。例如在家庭中，机器人可以帮助人们做各种家务，和人们生活关系密切。
(4)特种智能移动机器人。根据不同应用领域，不同的目的，设计各种各样特种智能移动机器人是未来发展方向，如纳米机器人，宇宙探索机器人，深海探索机器人，娱乐机器人等等。
6 结束语
总之，智能移动机器人涉及到传感器技术，控制技术，移动技术，信息处理、人工智能、控制工程等多学科技术。未来智能移动机器人走向生活，安全可靠，操作简单是其趋势。尽管智能移动机器人以惊人的速度在发展着，但是实现高适应性，智能化，情感化，多功能化的移动机器人还有很长的路要走。
参考文献：
[1] 谢进,万朝燕,杜立杰.机械原理(第2版)[M].北京:高等 教育 出版社,2010.
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[3] 徐国保,尹怡欣,周美娟.智能移动机器人技术现状及展望[J].机器人技术与应用,2007(2).
[4] 肖世德,唐猛,孟祥印,等.机电一体化系统监测与控制[M].四川:西南交通大学出版社,2011.
机器人的科技论文篇二：《浅谈机器人设计 方法 》
摘要：机器人是人类完成智能化中非常重要的工具，随着时代的发展，机器人已经在世界有了一定的发展，甚至很多国家机器人已经运用到实际的生活中去。而机器人的设计方法无疑是很多人非常感兴趣的问题，因此本文针对机器人的设计方法进行了详细的探索。
关键词机器人;设计;方法
1.前言
纵观人类的发展史，工具的进步才能带动人类的文明，如今设计朝着智能化的方向在发展，机器人就是人类在发展智能化过程洪重要的产物，因此机器人常用的设计方法是设计师们必备的工具。
2.控制系统的硬件设计
在现代科学技术不断发展的背景之下，工业现场所涉及到的重体力劳动量不断提升。当中部分劳动任务的实现单单依靠人力是很难实现的。而为了良好的完成工业现场的相关生产作业任务。就需要通过对机器人装置的研究与应用来实现机器人控制系统的硬件部分主要由5个模块组成：控制模块、循迹模块、避障模块、电机驱动模块、电源模块。
(1)控制系统模块。ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，运算速度快，具有多路PWM输出，可将测速、避障等电路产生的输入信号进行处理，并输出控制信号给驱动放大电路，从而控制电机转速，此方式产生的PWM信号比用定时器中断产生的PWM信号实时性更好，而且不会占用系统的定时器资源。
(2)循迹模块。循迹是指小车在比赛场地上循白色引导线线行走，循迹模块的原理图如图2所示。循迹模块采用灰度传感器，发射管为普通LED灯，接收管为光敏三极管3DU33。工作原理为：不同颜色的物体对LED发射光反射不同的亮度，光敏三极管3DU33接收这些不同亮度的光线，就会呈现不同的电压Vx。Vx输入到比较器LM339的同相端，并与电位器设定的电压V0相比较，当VxV0时，比较器输出高电平，当Vx循迹机器人前后两端均是由7个灰度传感器组成的循迹模块。其中，中间三个灰度传感器起巡线的作用，两端的灰度传感器起探测弯道作用，剩下两个灰度传感器交替进行巡线和探测弯道。实验证明，这样的灰度传感器的布置图，机器人循迹的效果好，且“性价比”非常高。
(3)避障模块。避障模块主要使用的是红外发射接收传感器，当红外感应避障模块靠近物体时，输出低电平信号;当没有感应到物体时，输出高电平信号。将该信号线接入到单片机的控制端口，控制程序就能起到探测障碍物的作用，当在机器人行进的路径上就可以发现有障碍物并及时避开绕行。
(4)驱动模块。循迹避障机器人要求行走灵活、反应快速，因此要求驱动电机具有“转速快、制动及时”等特点。我们设计制作的循迹避障机器人采用中鸣公司的JMP-BE-3508I驱动板模块，其输入电压为11V到24V，最大输出电流为20A，满足快速前进、制动、转弯的要求。并且电机速度达到500rpm，堵转力矩为8KG.CM，具有很强的刹车功能。利用单片机的四路PWM输出信号，分别控制四个轮子的转速。并采用“四轮驱动”、“差速转弯”的方式实现机器人的前进、后退与转弯。
(5)电源模块。循迹机器人的电源模块主要实现以下三大功能：①稳定输出5V工作电压。故我们设计制作的电源模块以7805芯片为核心，把输入电压截止到5V。②提供足够的电流。7805芯片最大输出电流为1.5A，而循迹机器人需要较大电流，所以我们使用了两片7805芯片分别对控制系统和外部设备进行供电。③滤波。在7805芯片的输入、输出端分别并联104贴片电容和10μF的电解电容，过滤高频、低频信号。
3.软硬件模块开发流程和界面程序
(1)图像处理模块：照相机实时捕捉图像，处理转化后和初始图像进行处理比较，找出图像中差异的位置通过TCP传输。
(2)TCP通信模块：视觉系统通过以太网连接贝加莱控制器，控制器可以作客户机或服务器实时传输数据，：定义结构体用于视觉系统传输位姿给机器人和机器人实时反馈位姿和信号状态数据给视觉系统。
(3)位置转换模块：把视觉系统的位姿转换为机器人的位姿传输给机器人，控制机器人运行。
(4)轨迹规划模块：进行运动轨迹规划和速度规划，根据机器人当前的位置和目标位置，选择最优的运动轨迹(直线、圆弧、不规则曲线等运动轨迹)，然后对轨迹、速度进行插补，插补值调用机器人运动学算法计算轨迹的可靠性，再把实时插补的位置、速度传送给运动控制模块。
(5)运动控制模块：根据实时插补的值结合加速度、加加速度等控制参数给驱动器。
(6)伺服模块：根据控制器所发送数据，结合各伺服控制参数，驱动电机以最快响应和速度运行到各个位置。
4.机器人精度标定和视觉软件处理
4.1精度标定
精度的标定包括机器人精度标定 和机器人相对于视觉照相机位置标定 。机器人运动前，需要用激光跟踪仪标定准确各轴杆长、零点、减速比、耦合比等机械参数，给运动学、控制器系统，机器人才能按理论轨迹运行准确。行到指定点。 通过三点法、六点法标定机器人相对于视觉照相机的X、Y、Z方向距离给位置转化模块，确定机器人坐标系相对于照相机坐标系的转化关系。
4.2视觉处理软件
包括固定视觉系统标定模块和移动视觉系统标定模块 。视觉系统安装在固定位置相当于给机器人建立照相机一个用户坐标系，此模块用于运算机器人和固定视觉系统之间位姿转换关系。视觉系统安装在机器人末端法兰位姿相当于给机器人建立照相机一个工具坐标系，随着机器人运动而实时改变位置，此模块用于运算机器人和动态视觉系统之间位姿转换关系。 实时处理传输机器人、视觉系统和以太网的运行通信状态以及出错状态处理。
4.3人机界面设计及实现
当机器人出现故障，不能自动移动位置时，比如碰到硬件限位或出现碰撞现象时，此时可以进入手动页面，选择机器人操作，移动机器人到指定位置。对于新建码垛工艺线，需要配置系统参数、位置信息、以及产品参数，等必要的信息。码垛数据编辑与创建的功能，产品覆盖了袋子、箱子，以及可变数量抓取的功能。可以添加产品数量，改变产品方向，单步数量修改，产品位置移动以及旋转等设置。本页面中，示例生成了每层五包的袋装产品，编号从1到5，可以通过调整编号的顺序，达到改变产品的实际码垛顺序。
5.结束语
总之，在进行机器人的设计过程中，要根据设计的用途进行针对性的设计，对于设计过程中出现的问题要及时的采用上述的思维方法进行解决，随着机器智能化的推广，无疑机器人的设计在未来会有更广阔的天空。
参考文献：
[1]张海平，陈彦. Wincc在打包机人机界面中的设计与应用[J].HMI与工业软件，2012(3)：70-72.
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[3]金长新，李伟.基于Windows CE的车载电脑系统人机界面的实现[J].微计算机信息，2005(21)：132-134.
机器人的科技论文篇三：《浅谈igm焊接机器人的故障处理》
[摘 要]机器人技术综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。本文通过介绍igm焊接机器人的工作原理，以及在实际工作中机器人的常见故障现象，对故障产生的原因进行分析，并提出了相应的维修方法。
[关键词]igm焊接机器人 工作原理 故障处理
0 前言
机器人技术是综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。这门新型技术的介入，对维修技术人员提出了更高要求。如何保证焊接机器人的可靠性、稳定性，发挥机器人的最大优势，针对机器人的故障维修及设备维护保养工作就尤显重要。
1 igm焊接机器人组成及工作原理
1.1 igm焊接机器人的组成
igm焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人，它加工精细、动作灵巧、焊接精度高、焊缝成形好。在机械行业中得到了广泛的应用。
1.2 igm焊接机器人工作原理
igm焊接机器人内部轴控制原理：通过数字伺服板DSE-IBS处理当前位置的校准、位置驱动、速度驱动等信息，处理后的信息送馈到伺服驱动器，由伺服驱动器内部的脉宽调制器调制，然后放大输出推动伺服电机。伺服电机运动的同时，编码器同步运行，并把采集的位置角度信息反馈给RDW控制板，通过RDW板的增量计算、数据整定后的位置信息回馈给DSE-IBS板，做下一个周期的计算处理，此过程反复进行从而实现了实时位置的更迭过程。
2 igm焊接机器人故障诊断及分析
2.1 焊接机器人故障类型
焊接机器人故障类型可分为软件故障和硬件故障，由机器软件造成的故障，如系统停机 死机 的现象;由机器硬件造成的故障，如驱动单元、电气元件各模块的故障。就故障现象可分为人为故障和自然故障、突发故障三大类。对于维修来说，自然故障和突发故障的排除就显得困难，因为这种维修不仅仅针对故障单元本身，还要对系统进行改进，这就需要周密分析，对故障诊断进行优化和改进，避免排除过的故障重复出现，使系统进一步稳定可靠。
2.2 igm焊接机器人常见故障处理
2.2.1 机器人开机后示教器无报警信息，但机械手无法正常引弧。首先检查系统是否送丝送气，发现送丝系统无法手动送丝，保护气瓶有压力，但是焊枪喷嘴处无保护气。再检查机械手焊接电缆、引弧板及送丝板，都没有发现故障。这说明机械手的功能是正常的，可能是焊接回路不通畅。可以通过测量焊接回路阻抗来判断焊接回路是否正常。
回路阻抗的测试步骤：
i把连接工件的地线接好，保证地线夹与工件接触部分干净良好;
ii接通机器人电柜电源，将福尼斯焊机电源开关拨至“I”位置;
iii在焊机二级菜单内选择“r”功能。
iv取下焊枪喷嘴，拧上导电嘴，将导电嘴贴紧工件表面。需要注意的是，测量过程中要确保导电嘴与工件接触处的洁净。测量进行时，送丝机和冷却系统不启动;
v轻按焊枪开关或点动送丝键。焊接回路阻抗值测算完成。测量过程中，右显示屏显示“run”;
vi焊接回路测算结束后显示屏显示测量值。测得的焊接回路阻抗是18 Ω(正常值以20Ω为佳)，说明焊接机器人的焊接回路的通畅的。再断电、通电调试，焊接机器人能正常引弧，应该是回路测试过程中通过连接接地夹、拆卸喷嘴、导电嘴等将回路未正常接触处接通了。
2.2.2 igm机器人在焊接过程中，引弧困难、焊接电流极不稳定，且经常断弧，反复出现“Arc fault”电弧故障。
i检查接地电缆，测量回路电阻值为9.7Ω，正常
值以20Ω为佳。
ii检查焊丝直径(Ф1.2)与送丝轮的公称直径相匹配。
iii焊丝材料(G2Si)与焊接方式及焊接母材相匹配。
iv后观察焊枪喷嘴处，存在大量粉尘的切粉，手动送出的焊丝不光滑平整，有小量弯曲及伤丝情况，说明送丝不畅。
v对送丝阻力进行检测。将送丝锁紧杆、压紧杆打开，手盘焊丝盘将焊丝收回，发现阻力很大。多为送丝软管堵塞或软管与机械手夹角过大造成。
vi检查送丝轮磨损情况，V型送丝槽不易过深过宽，以正好放置一根Ф1.2规格的焊丝为佳，间隙过大，将影响送丝的稳定性，焊接电流的稳定性。拆下送丝轮，发现送丝轮磨损严重，圆度误差较大，送丝槽过深。送丝机构一旦出现失控，就会高速送丝，焊接电源得不到正常的信号反馈(送丝速度的反馈采用光电测速)，不能提供稳定的电流、电压，造成不能正常焊接。更换送丝轮、送丝软管，并进行压力调整，故障解除，焊接正常。
2.2.3 igm机器人回零参数自动丢失。igm机器人在下一次开机时，回零参数自动丢失，重新校零、输入参数，保存参数反复丢失。检查示教电缆、接口、程序、轴卡、RDW板指示灯全部正常，检查后备电池(缓冲电瓶，用于关机或意外掉电情况下，为系统提供短时间供电，进行信息的存储)测量电压值，一个为8.9V，一个为12 V，总电压为21 V，正常值为24V，更换一组电池后一切正常，再未出现数据丢失现象。
2.3 突发故障的分析及处理
该故障无可预见性，事发突然。实际工作中出现最多。多为受环境影响的系统故障，如焊接机器人控制部分电路板故障、稳压 电源故障 、通讯故障等，反映在机器人在工作时突然报警且无法消除报警。重新启动又恢复正常，但不久又出现报警，这类故障造成整个系统不稳定。
为了进一步判断驱动器的好坏，缩小故障范围，
对编码器进行检查，RCI系列的机器人各轴所使用的编码器是绝对编码器，它是一种电磁部件，可以传递旋转角度的信息，由两个固定绕组(sin绕组和cos绕组)及一个参考绕组组成，原理基本上同旋转变压器相似。将X12插头拔下，分别测量11-12、13-5、14-4端子阻值，结果没有一项有阻值，说明编码器出现异常。
找到12轴伺服电机，检查发现编码器插头锁紧并帽已退出，插头连接松动。将插头重新安插，锁紧到位，再次测量11-12端子阻值为94Ω，13-5端子阻值为65Ω，14-4端子阻值为65Ω，9-10端子阻值为600Ω，说明各绕组正常。上电后，驱动可正常打开，故障解除。
3 结束语
维修工作是理论指导实践，实践促进理论的一个反复过程，理论实践的有机结合才会使维修人员更加深入，更加准确的判断处理各种故障。工作中维修人员必须具有独立思考分析判断的能力，操作中一定要注意观察，不可盲目更改焊接机器人设定、跳线等状态，要养成做工作记录的好习惯，归纳 总结 各类故障现象以及处理过程，积累故障诊断和维修方面的 经验 ，以提高维修水平。
参考文献
[1] 戴光平.《焊接机器人故障诊断及维修技术》. 重庆：中国嘉陵工业股份有限公司，2003.
[2] 中国焊接协会成套设备与专业机具分会. 《焊接机器人实用手册》.机械工业出版社，2014.
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机器人技术的新进展
中国科学院沈阳自动化研究所 曲道奎 张念哲
一、国外机器人的最新进展
从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。下将按工业机器人和先进机器人两条技术发展路线分述机器人的最新进展情况。
1．工业机器人
（1）机器人操作机：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。
（2）并联机器人：采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。意大利COMAU公司，日本FANUC等公司已开发出了此类产品。
（3）控制系统：控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面更加友好，基于图形操作的界面也已问世。编程方式仍以示教编程为主，但在某些领域的离线编程已实现实用化。
（4）传感系统：激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。日本KAWASAKI、YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德国KUKA、REIS等公司皆推出了此类产品。
（5）网络通信功能：日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。
（6）可靠性：由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时，而现在已达到5万小时，几冬天可以满足任何场合的需求。
2．先进机器人
近年来，人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求。这些行业与制造业相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机器人的要求更高，需要机器人具有行走功能，对外感知能力以及局部的自主规划能力等，是机器人技术的一个重要发展方向。
（1）水下机器人：美国的AUSS、俄罗斯的MT-88、法国的EPAVLARD等水下机器人已用于海洋石油开采，海底勘查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护、以及大坝检查等方面，形成了有缆水下机器人（remote operated vehicle）和无缆水下机器人（autonomous under water vehicle）两大类。
（2）空间机器人：空间机器人一直是先进机器人的重要研究领域。目前美、俄、加拿大等国已研制出各种空间机器人。如美国NASA的空间机器人Sojanor等。Sljanor是一辆自主移动车，重量为11.5kg，尺寸630~48mm，有6个车轮，它在火星上的成功应用，引起了全球的广泛关注。
（3）核工业用机器人：国外的研究主要集中在机构灵巧，动作准确可靠、反应快、重量轻、刚度好、便于装卸与维修的高性能伺服手，以及半自主和自主移动机器人。已完成的典型系统，如美国ORML基于机器人的放射性储罐清理系统、反应堆用双臂操作器，加拿来大研制成功的辐射监测与故障诊断系统，德国的C7灵巧手等。
（4）地下机器人：地下机器人主要包括采掘机器人和地下管道检修机器人两在类。主要研究内容为：机械结构、行走系统、传感器及定位系统、控制系统、通信及遥控技术。目前日、美、德等发达国家已研制出了地下管道和石油、天然气等大型管道检修用的机器人，各种采机器人及自动化系统正在研制中。
（5）医用机器人：医用机器人的主要研究内容包括：医疗外科手术的规划与仿真、机器人辅助外科手术、最小损伤外科、临场感外科手术等。美国已开展临场感外科（telepresence surgery）的研究，用于战场模拟、手术培训、解剖教学等。法、英、意、德等国家联合开展了图像引导型矫形外科（telematics）计划、袖珍机器人（biomed）计划以及用于外科手术的机电手术工具等项目的研究，并已取得一些卓有成效的结果。
（6）建筑机器人：日本已研制出20多种建筑机器人。如高层建筑抹灰机器人、预制件安装机器人、室内装修机器人、地面抛光机器人、擦玻璃机器人等，并已实际应有和。美国卡内基梅隆重大学、麻省理工学院等都在进行管道挖掘和埋设机器人、内墙安装机器人等型号的研制、并开展了传感器、移动技术和系统自动化施工方法等基础研究。英、德、法等国也在开展这方面的研究。
（7）军用机器人：近年来，美、英、法、德等国已研制出第二代军用智能机器人。其特点是采用自主控制方式，能完成侦察、作战和后勤支援等任务，在战场上具有看、嗅和角摸能力，能够 自动跟踪地形和选择道路，并且具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。如美国的Navplab自主导航车、SSV半自主地面战车，法国的自主式快速运动侦察车（DARDS），德国MV4爆炸物处理机器人等。目前美国ORNL正在研制和开发Abrams坦克、爱国者导弹装电池用机器人等各种用途的军用机器人。
可以预见，在21世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生活的各个领域，成为人类良好的助手和亲密的伙伴。
二、目前研究热点及发展趋势
目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下10个方面：
1．工业机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。
2．机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。
3．多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。
4．机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。
5．机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。
6．虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。
7．多智能体（multi-agent）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。
8．微型和微小机器人技术（micro/miniature robotics）:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。
9．软机器人技术（soft robotics）:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。
10．仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。
科学论文是为了培养我们具有综合运用所学知识解决实际问题的能力，而论文格式使行文简练、版面美观。下面是我为大家精心推荐的全国青少年科技创新大赛科技论文格式，希望能够对您有所帮助。
全国青少年科技创新大赛科技论文格式
1 题目是科技论文的中心和总纲。
要求准确恰当、简明扼要、醒目规范、便于检索。一篇论文题目不要超出20个字。用小2号黑体加粗，居中。
科学论文格式要求和科技论文写作技巧
2 署名
署名表示论文作者声明对论文拥有著作权、愿意文责自负，同时便于读者与作者联系。署名包括工作单位及联系方式。工作单位应写全称并包括所在城市名称及邮政编码，有时为进行文献分析，要求作者提供性别、出生年月、职务职称、电话号码、e-mail等信息。
用小4号宋体
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3 摘要
摘要是对论文的内容不加注释和评论的简短陈述，是文章内容的高度概括。主要内容包括：
1)该项研究工作的内容、目的及其重要性。
2)所使用的实验方法。
3)总结研究成果，突出作者的新见解。
4)研究结论及其意义。
中文摘要200字左右，中文名称的“内容摘要”用小2号黑体加粗，居中，其内容另起一行用小4号宋体(1.5倍行距)，每段起首空两格，回行顶格。
英文“内容提要”项目名称规定为“Abstract”， 用小2号Times New Roman字体加粗，居中，其内容另起一行用小4号Times New Roman 字体，标点符号用英文形式。
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4 关键词
关键词是为了满足文献标引或检索工作的需要而从论文中萃取出的、表示全文主题内容信息条目的单词、词组或术语，一般列出3～8个。
有英文摘要的论文，应在英文摘要的下方著录与中文关键词相对应的英文关键词(key words )。
中文名称的 “关键词” 另起一行用小4号黑体加粗，内容用小4号黑体，一般不超过8个词，词间空一格。
英文“关键词” 另起一行， 项目名称规定为“Key words”，用小4号Times New Roman 字体加粗，顶格，其内容接“Key words”后空一格，用小4号Times New Roman字体加粗，词间用分号“;”隔开。
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5 引言
引言又称前言、导言、序言、绪论，它是一篇科技论文的开场白，由它引出文章，所以写在正文之前。引言也叫绪言、绪论。
引言的写作要求
(l)引言应言简意赅，内容不得繁琐，文字不可冗长，应能对读者产生吸引力。学术论文的引言根据论文篇幅的大小和内容的多少而定，一般为200～600字，短则可不足100字，长则可达1000字左右。
(2)比较短的论文可不单列“引言”一节，在论文正文前只写一小段文字即可起到引言的效用。
(3)引言不可与摘要雷同，不要写成摘要的注释。一般教科书中有的知识，在引言中不必赘述。
(4)学位论文为了需要反映出作者确已掌握了坚实的理论基础和系统的专门知识，具有开阔的科研视野，对研究方案作了充分论证，因此，有关于历史回顾和前人工作的综合评述，以及理论分析等，则可将引言单独写成一章，用足够的文字详细加以叙述。
(5)引言的目的应是向读者提供足够的背景知识，不要给读者悬念。作者在引言里不必对自己的研究工作或自己的能力过于表示谦意，但也不能自吹自擂，抬高自己，贬低别人。
引言的格式要求
项目名称用小2号黑体加粗，居中;内容另起一行用小4号宋体。每段起首空两格，回行顶格。
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6正文
正文是科技论文的主体，是用论据经过论证证明论点而表述科研成果的核心部分。正义占论文的主要篇幅，可以包括以下部分或内容：调查对象、基本原理、实验和观测方法、仪器设备、材料原料。实验和观测结果、计算方法和编程原理、数据资料、经过加工整理的图表、形成的论点和导出的结论等。
正文可分作几个段落来写，每个段落需列什么样的标题，没有固定的格式，但大体上可以有以下几个部分(以试验研究报告类论文为例)。
1)理论分析。
2)实验材料和方
3)实验结果及其分析
4)结果的讨论
具体要求有如下几点：
1)论点明确，论据充分，论证合理;
2)事实准确，数据准确，计算准确，语言准确;
3)内容丰富，文字简练，避免重复、繁琐;
4)条理清楚，逻辑性强，表达形式与内容相适应;
5)不泄密，对需保密的资料应作技术处理。
具体格式要求：
1)文字统一用5号宋体，每段起首空两格，回行顶格，多倍行距，设置值为1.25;
2)正文文中标题：
一级标题:标题序号为“一、”，用小4号宋体加粗，独占行，末尾不加标点;
二级标题:标题序号为“(一)”，用5号宋体加粗，独占行，末尾不加标点;
三级标题:标题序号为“1、”，用5号宋体加粗，若独占行，则末尾不加标点，若不独占行，标题后面须加句号;
四级标题:标题序号为“(1)”，用5号宋体，其余要求与三级标题相同;
五级标题:标题序号为“①”，用5号宋体，其余要求与三级标题相同。
注意：每级标题的下一级标题应各自连续编号。
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7 结论
科技论文一般在正文后面要有结论。结论是实验、观测结果和理论分析的逻辑发展，是将实验、观测得到的数据、结果，经过判断、推理、归纳等逻辑分析过程而得到的对事物的本质和规律的认识，是整篇论文的总论点。结论的内容主要包括：研究结果说明了什么问题，得出了什么规律，解决了什么实际问题或理论问题;对前人的研究成果作了哪些补充、修改和证实，有什么创新;本文研究的领域内还有哪些尚待解决的问题，以及解决这些问题的基本思路和关键。 对结论部分写作的要求是：
1)应做到准确、完整、明确、精练。结论要有事实、有根据，用语斩钉截铁，数据准确可靠，不能含糊其辞、模棱两可。
2)在判断、推理时不能离开实验、观测结果，不作无根据或不合逻辑的推理和结论。
3)结论不是实验、观测结果的再现，也不是文中各段的小结的简单重复。
4)对成果的评价应公允，恰如其分，不可自鸣得意。证据不足时不要轻率否定或批评别人的结论，更不能借故贬低别人。
5)写作结论应十分慎重，如果研究虽然有创新但不足以得出结论的话，宁肯不写也不妄下结论，可以根据实验、观测结果进行一些讨论。
要求：
项目名称用小2号黑体加粗，居中;内容另起一行用小4号宋体。每段起首空两格，回行顶格。
8 参考文献
在科技论文中，凡是引用前人(包括作者自己过去)已发表的文献中的观点、数据和材料等，都要对它们在文中出现的地方予以标明，并在文未(致谢段之后)列出参考文献表。这项工作叫做参考文献著录。
参考文献著录的原则
1) 只著录最必要、最新的文献。
2) 一般只著录公开发表的文献。
3) 采用标准化的著录格式。
参考文献格式要求：
参考文献(即引文出处)的类型以单字母方式标识：M——专著，C——论文集，N——报纸文章，J——期刊文章，D——学位论文，R——报告，S——标准，P——专利;对于不属于上述的文献类型，采用字母“Z”标识。
参考文献一律置于文末。其格式为：
(一)专著
示例 [1] 张志建.严复思想研究[M]. 桂林：广西师范大学出版社，1989.(49).
[2] [英]蔼理士.性心理学[M]. 潘光旦译注.北京：商务印书馆，1997.
(二)论文集
示例 [1] 伍蠡甫.西方文论选[C]. 上海：上海译文出版社，1979.
[2] [俄]别林斯基.论俄国中篇小说和果戈里君的中篇小说[A]. 伍蠡甫.西方文论选：下册[C]. 上海：上海译文出版社，1979.
凡引专著的页码，加圆括号置于文中序号之后。
(三)报纸文章
示例 [1] 李大伦.经济全球化的重要性[N]. 光明日报，1998-12-27，(3)
(四)期刊文章
示例 [1] 郭英德.元明文学史观散论[J]. 北京师范大学学报(社会科学版)，1995(3).
(五)学位论文
示例 [1] 刘伟.汉字不同视觉识别方式的理论和实证研究[D]. 北京：北京师范大学心理系，1998.
(六)报告
示例 [1] 白秀水，刘敢，任保平. 西安金融、人才、技术三大要素市场培育与发展研究[R]. 西安：陕西师范大学西北经济发展研究中心，1998.
全国青少年科技创新大赛科技论文
水下机器人概述和发展应用前景
摘要：水下机器人的应用领域已经不断扩大，如海洋研究、海洋开发和水下工程等，发达的军事大国非常重视水下机器人在未来战争中的应用。
关键词：水下机器人现状，应用
一、水下机器人的种类及国内现状
1、水下机器人的种类
水下机器人是一种具有智能功能的水下潜器，国内外专家学者根据其智能化程度和使用需求，将水下机器人分为四类：即拖曳式水下机器人TUV (Towing UnderwaterVehicle)、遥控式水下机器人ROV(RemotelyOperated Vehilce)、无人无缆水下机器人UUV (Unmanned UnderwaterVehicle)和智能水下机器人AUV (Autonomous Underwater Vehicle)。前两种水下机器人均带缆，由母船上人工控制;后两种水下机器均无人无缆，自主航行，分别由预编程控制和智能式控制。
2、国内现状
目前国内研究水下机器人的单位较多，内容也五花八门，但代表国内先进水平的、真正进入实质性试验阶段的仅此几家。它们是：哈尔滨工程大学研制的智能水下机器人AUV，中科院沈阳自动化所研制的无人无缆水下机器人UUV，上海交通大学研制的遥控式水下机器人ROV 和中船重工715 所研制的拖曳式水下机器人TUV。
二、水下机器人应用前景
水下机器人的应用领域已经不断扩大，如海洋研究、海洋开发和水下工程等，发达的军事大国非常重视水下机器人在未来战争中的应用。水下机器人将成为未来水下战争中争夺信息优势、实施精确打击与智能攻击、完成战场中特殊作战任务的重要设备之一。
目前正处于飞速发展阶段。
1、海洋资源的研究和开发
占地球表面积71%的海洋是是一个富饶而远未得到开发的资源宝库，也是兵戎相见的战场。21 世纪，人类面临人口膨胀和生存空间、陆地资源枯竭和社会生产增长、生态环境恶化和人类发展的三大矛盾挑战，要维持自身的生存、繁衍和发展，就必须充分利用海洋资源，这是无可回避的抉择。对人均资源匮乏的我国来说，海洋开发更具有特殊意义。因此，水下机器人将在海洋环境监测、海洋资源勘察、海洋科学研究中发挥重要作用。
2、未来战争中的作用
零伤亡是未来战争中的选择，因而使得无人武器系统在未来战争中的地位倍受重视，其潜在的作战效能越来越明显。作为无人武器系统重要组成部分的水下机器人能够以水面舰船或潜艇为基地，在数十或数百里的水下空间完成环境探测、目标识别、情报收集和数据通讯，将大大地扩展了水面舰船或潜艇的作战空间。尤其是自主航行的水下机器人，它们能够更安全地进入敌方控制的危险区域，能够以自主方式在战区停留较长的时间，是一种效果明显的兵力倍增器。更重要的是，在未来的战争中，“以网络为中心”的作战思想将代替“以平台为中心”的作战思想，水下机器人将成为网络中心站的重要节点，在战争中发挥越来越重要的作用。论文大全。目前各国重点研究的应用包括：水雷对抗、反潜战、情报收集、监视与侦察、目标探测和环境数据收集等。
三、水下机器人关键技术
1、总体技术
水下机器人是一种技术密集性高、系统性强的工程，涉及到的专业学科多达几十种，各学科之间彼此互相牵制，单纯地追求单项技术指标，就会顾此失彼。解决这些矛盾除有很强的系统概念外，还需加强协调。在满足总体技术要求的前提下，各单项技术指标的确定要相互兼顾。
为适应较大范围的航行，从流体动力学角度来看，水下机器人的外形采用低阻的流线型体。结构尽可能采用重量轻、浮力大、强度高、耐腐蚀、降噪的轻质复合材料。
2、仿真技术
水下机器人工作在复杂的海洋环境中，由智能控制完成任务。由于工作区域的不可接近性，使得对真实硬件与软件体系的研究和测试比较困难。为此在水下机器人的方案设计阶段，要进行仿真技术研究，内容为两部分：
(1)平台运动仿真
按给定的技术指标和水下机器人的工作方式，设计机器人平台外形并进行流体动力试验，获得仿真用的水动力参数。在建立运动数学模型、确定边界条件后，用水动力参数和工况进行运动仿真，解算各种工况下平台的动态响应，根据技术指标评估平台的运动状态，如有差异, 则通过调整平台尺寸、重心浮心等技术参数后再次仿真,……, 直至满足要求为止。
(2)控制硬、软件的仿真
在水中对控制系统的调试和检测具有很大的风险，因此有必要在控制硬、软件装入平台前，在实验室内先对单机性能进行检测，再对集成后的系统在仿真器上做陆地模拟仿真试验，并评估仿真后的性能。内容包括动密封、抗干扰、机电匹配、软件调试。根据结果，进行修改和完善。因而需研究和开发一套用于控制系统仿真的仿真器。仿真器主要由模拟平台、等效载荷、模拟通讯接口、仿真工作站等组成。在仿真器上对控制系统的仿真，可以减少湖海试时的调试工作量，避免由海中不确定因素带来的麻烦。
3、水下目标探测与识别技术
目前，水下机器人用于水下目标探测与识别的设备仅限于合成孔径声纳、前视声纳和三维成像声纳等水声设备。
(1)合成孔径声纳
用时间换空间的方法、以小孔径获取大孔径声基阵的合成孔径声纳，非常适合尺度不大的水下机器人，可用于侦察、探测、高分辨率成像，大面积地形地貌测量等，为水下机器人提供一种性能很好的探测手段。
(2)前视声纳组成的自主探测系统
前视声纳的图像采集和处理系统，在水下计算机网络管理下自主采集和识别目标图像信息，实现对目标的跟踪和对水下机器人的引导。可以通过实验，找出用于水下目标图像特征提取和匹配的方法，建立数个目标数据库，在目标图像像素点较少的情况下，较好的解决数个目标的分类和识别。系统对目标的探测结果，能提供目标与机器人的距离和方位，为水下机器人避碰与作业提供依据。
(3)三维成像声纳
用于水下目标的识别的三维成像声纳，是一个全数字化、可编程、具有灵活性和易修改的模块化系统。可以获得水下目标的形状信息，为水下目标识别提供了有利的工具。
4、智能控制技术
智能控制技术是提高水下机器人的自主性，在复杂的海洋环境中完成各种任务，因此研究水下机器人控制系统的软件体系、硬件体系和控制技术十分重要。
智能控制技术的体系结构是人工智能技术、各种控制技术在内的集成，相当于人的大脑和神经系统。软件体系是水下机器人总体集成和系统调度，直接影响智能水平，它涉及到基础模块的选取、模块之间的关系、数据(信息)与控制流、通讯接口协议、全局性信息资源的管理及总体调度机构。体系结构的目标与水下机器人的研究任务应是一致的，也是提高智能水平(自主性和适应性)的关键技术之一。不断改进和完善体系结构，加强对未来的预报预测能力，使系统更具有前瞻性和自主学习能力。论文大全。
5、规划与决策技术
规划与决策是指对自主式水下机器人在有海流区域工作时姿态和路径的规划与决策，主要确保水下机器人工作时艏向严格顶流。有两种路径规划方法，一种是坐标系旋转法，基本思想是将坐标系绕着Z 轴旋转，直到X正半轴方向指向来流方向，在工作中保证机器人的姿态始终与X 正半轴方向一致。另一种是基于栅格的位形空间激活值传播法。该方法能方便地实现各种优化条件，并适用于各种复杂的环境，具有较佳的控制生成路径能力和可扩展性，而且算法本身具有内在的并行性，很好地满足了机器人艏向尽量顶流的要求，
6、水下导航(定位)技术
用于自主式水下机器人的导航系统有多种，如惯性导航系统、重力导航系统、海底地形导航系统、地磁场导航系统、引力导航系统、长基线、短基线和光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统等，由于价格和技术等原因，目前被普遍看好的是光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统，该系统无论从价格上、尺度上和精度上都能满足水下机器人的使用要求，国内外都在加大力度研制。
7、通讯技术
为了有效的监测、传输数据�协调和回收等，水下机器人需要通讯。目前的通讯方式主要有光纤通讯、水声通讯。
(1)光纤通讯
由光端机(水面)�水下光端机�光缆组成。其优点是数据率高(100Mbit/s)，很好的抗干扰能力。缺点，限制了水下机器人的工作距离和可操纵性，一般用于带缆的水下机器人TUV、ROV。
(2)水声通讯
由于声波在水中的哀减慢，对于需要中远距离通讯的水下机器人，水声通讯是唯一的、比较理想的一种方式。实现水声通讯最主要的障碍是随机多途干扰，要满足较大范围和高数据率传输要求，需解决多项技术难关。要达到实用程度，仍然有大量的工作要做。
8、能源系统技术
水下机器人、特别是续航力大的自主航行水下机器人，需要具有体积小、重量轻、能量密度高、多次反复使用、安全和低成本的能源系统。
(1) 热系统
热系统是将能源转换成水下机器人的热能和机械能，包括封闭式循环、化学和核系统。其中由化学反应(铅酸电池、银锌电池、锂电池)给水下机器人提供能源是现今一种比较实用的方法。
(2) 电-化能源系统
质子交换膜燃料电池具有水下机器人的动力装置所需的性能。该电池的特点是能量密度大、高效产生电能，工作时热量少，能快速启动和关闭。该电池技术难点是合适的安静泵、气体管路布置、散热、固态电解液以及燃料和氧化剂的有效存储。21 世纪燃料电池将极大地改变人们的生活和企业环境。随着生产成本、稳定性等课题得到解决，燃料电池可望成为水下机器人的主导性能源系统。论文大全。
五、结语
毫无疑问，在海洋开发和末来战争中，水下机器人起着举足轻重的作用。目前国内的水下机器人(主要是AUV、UUV)还处于研制试验阶段，很多关键技术还没有突破，离实际使用尚有一段距离。要瞄准目标，抓住时机，开拓创新，争取在水下机器人这一领域拥有更多的自主技术。
看了“全国青少年科技创新大赛科技论文格式”的人还看：
1. 青少年科技活动策划方案
2. 科技创新教育的论文范文
3. 创新科技论文(2)
4. 青少年科技创新大赛领导讲话
5. 科技学术论文的格式
接触危险物品水下机器人论文的工作岗位
高温、低温、高压、辐射等极端环境的工作岗位
长时间机械作业的工作岗位
长时间监视监控的工作岗位
精细工作
高强度工作
……
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随着知识经济时代的到来，高技术已成为世界各国争夺的焦点，机器人技术作为高技术的一个重要分支普遍受到水下机器人论文了各国政府的重视。据了解，目前日本继前两个机器人计划--“极限作业机器人”计划和“微机械技术”开发计划之后，正在实施第三个“人型机器人”计划；美国仅花在无人机上的费用就已达25亿美元。我国政府也非常重视机器人的研究，早在“七五”期间就开始了工业机器人和水下机器人攻关计划，并取得了一定的成绩。1986年，国家“863”计划将智能机器人列入其中。经过十几年的艰苦奋斗，从跟踪世界先进水平到自主开发，取得了举世瞩目的成果。
机器人技术--科技经济的必争之地 世界各国都非常重视机器人技术的开发与研究，主要有以下几个方面的原因：
第一，发展机器人可以提高综合国力。机器人技术是集光机电信息自动化于一身的高新技术，从某种意义上讲，一个国家机器人水平的高低，代表了一个国家的综合实力。
发展工业机器人可以增强一个国家的制造能力。国内外很多企业都是通过使用工业机器人来提高生产率和产品质量。国外一些大的汽车、电子、机械制造商通过采用工业机器人作为关键生产设备，可以做到根据市场需求，及时调整生产策略，以小批量、多品种，占领更多的市场份额。国家"863"计划正是看到了这一趋势，对工业机器人及其应用工程给予了大力支持，在摩托车、汽车、电子、家电等行业推广了一批示范工程，并形成了拥有自主知识产权的产品系列。
发展特种机器人可增强国家的可持续发展能力。所谓的特种机器人是指除工业机器人之外的各种机器人。在“863”计划实施的初期，我国先后研制出了水下机器人、排险机器人、机器人压路机、微操作机器人、双足步行机器人、灵巧手等多种用途的特种机器人，大大缩短了我国机器人水平与国外发达国家之间的差距，有力地推动了我国机器人技术的发展，加强了机器人与社会、经济的联系。
智能机器人是具有感知、思维和行动功能的机器，是机构学、自动控制、计算机、人工智能、光电技术、传感技术、通讯技术、仿真技术等多种学科和技术的综合成果。智能机器人做为新一代生产和服务工具，在制造领域和非制造领域占有更广泛、更重要的位置，这对人类开辟新的产业，提高生产与生活水平具有十分现实的意义。例如，我国在争取公海海域优先开采权的过程中，由国家“863”计划研制的6000米水下无缆自治机器人系统先后两次出海，获得了海底锰结核分布的珍贵资料，使我国成为世界上少数几个具有深海探测能力的国家之一。
第二，发展机器人技术可以提高国防实力。在海湾战争、波黑战争、科索沃战争中，各种无人机和地面军用机器人系统在战场侦察、探雷排雷、监视、通讯中继、电子对抗、火力导引、战果评估、骚扰、攻击等方面都起了特殊的作用。鉴于高新技术对未来战争的指挥系统、战场环境将产生重大影响，我国已经开展并将加强这方面的研究。
第三，机器人可以形成一个巨大的产业。尽管目前发展相对成熟的只有工业机器人，但从世界机器人的发展趋势看，服务机器人、个人机器人具有巨大的市场潜力，可以预见，个人机器人将会像个人电脑一样走进千家万户，成为人类社会必不可少的生活用品。
第四，发展机器人可以提高一个国家的国际地位。在国家攻关计划和“863”计划的支持下，我们已经研制出了各种用途的机器人，并加入了由少数发达国家参加的国际先进机器人计划，提高了中国科技的国际地位。
我国发展机器人技术的必要性目前，我国机器人市场还不是很大，其原因是多方面的。我国是一个人口大国，多数人对机器人缺乏了解，认为现在下岗人员就很多，还用机器人干什么。这是一个偏颇的观点。
首先，机器人不是简单地代替人工作，我们使用机器人是让它们完成不适合人直接干、干不了和干不好的一些工作。比如：机器人可以进入病人体内进行检查和治疗，进入煤气管道进行检查和维修，进入核电站检查核泄漏，机器人可以登陆月球、深潜海底，能24小时不停地高质量完成单调或复杂的工作。目前我国有许多人工作在有毒、有害、高温、危险的作业环境中，机器人的应用可以将他们从恶劣环境中解放出来。
市场竞争也需要机器人。机器人的应用，不仅可以提高产品质量，提高产品的改型速度，适应快速变化的市场，满足消费者的需要，而且可以降低产品的成本，提高市场竞争能力，从而提高我国企业在国内外市场上的竟争能力。
另外，随着物质及精神生活水平的提高及老龄人口的增多，人们将需要更多的智能化、社会化、家庭化、个性化、感情化的服务，机器人将大显神通。 最重要的是，站在国家的角度来看，许多尖端技术，尤其是国防高技术必须拥有自主知识产权，才能在国际竞争中得到主动权。霸权主义并不希望我国拥有能与其相抗衡的机器人技术，我们只能依靠自力更生。
前景光明的机器人应用我国是一个发展中大国，经济的高速发展给机器人技术带来了广阔的应用前景。
随着我国高技术产业的兴起和大中型国有企业的扭亏为赢，将出现一批新兴产业，也将诱发新一轮的投资，工业机器人作为先进制造业的核心必将得到广泛应用。近两年，我国大规模的基础设施建设为混凝土喷射机器人、凿岩机器人、机器人压路机、机器人推土机等机器人化工程机械提供了用武之地。新一代机器人化工程机械如装载机、搅拌机、摊铺机、盾构机器人等正在研究中。21世纪是人类走向海洋，向海洋要资源的世纪，我国的系列水下机器人将承担起海洋探测的重任，为我国开发海洋作出贡献。
通过国家“863”计划的实施，我国机器人产业化已初露端倪，而且发展势头良好。一些企业已看到了机器人的巨大潜力，一汽、华录、海尔、嘉陵、长安等大型企业集团都开 始涉足机器人领域，他们都看到了中国潜在的机器人市场。
抓住时机迎接挑战 加速我国机器人产业化的发展迫在眉睫，我们必须采取相应的措施，才能适应形势。
国家应加大对机器人技术的投人，并制定相应的鼓励政策。机器人是具有创新性的、战略性的、对国民经济和国家安全有巨大影响的高技术，是21世纪经济技术的制高点之一。国家必须投入较多的资金加快机器人技术的研究，同时对有关企业给予一定的优惠政策，以推动我国机器人产业的发展。
我国应组建机器人自动化装备产业集团。随着我国制造业的快速发展，国内对机器人自动化装备的需求越来越旺，国外大的机器人公司已纷纷进人中国市场。尽管总的说来我国的特种机器人性能价格比优于国外，但由于企业规模小，产品比较单一、批量小，缺乏足够的资金实力和企业间的协调能力，因此很难与国际大公司抗衡。我们只有成立具有一定规模的公司，增加投入，在提高产品质量的同时降低成本，创造品牌，才能形成企业的良性发展，在国际市场占有一席之地。
筹建中国机器人协会。现在我们国家拥有二级机器人协会、学会不少，但各个分会针对的重点不同，涉及的人员范围也不同，相互沟通不够，给人一种各行其事的感觉。如果能成立一个中国机器人协会，把现有的二级学会组织起来，通过学术交流、科普宣传、市场调查等活动普及知识、培养人才，推动机器人科学技术的研究和应用水平，将对我国的机器人事业大有裨益。
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中国工业机器人未来发展会怎样？它能不能大规模应用于生产，被市场所接受？这一直以来就是困扰很多人一个的问题。
中国工业机器人发展长期以来受限于成本较高同时国内劳动力价格低廉的状况，这种局面使得工业机器人应用面十分狭窄。但是随着中国经济近30年的持续快速扩张，人民生活水平不断提高，很多情况已经悄然间发生了变化，这些变化改善了工业机器人的使用环境。
加工制造业作为制造业体制最为灵活，发展最为迅速的部分，它对国民经济有着极大的影响。改革开放以来，加工制造业的发展经历了从80年代的“三来一补”到国内外厂商直接投资开办工厂并同时在国内和国外销售。但是这些在中国的投资和开办的工厂利用的只是中国充足和低廉的劳动力，而它所采用的技术和设备大多来自于国外。虽然劳动力近似无限的供应使得中国制造业在二十世纪末已经发展成为世界工厂。但是这种发展却埋下巨大的隐忧，世界工厂的发展依赖于劳动力能否充足供应。
经济持续的增强以及在中国推行了20余年的计划生育，中国劳动力供应格局到现在已经开始发生变化。中国劳动力市场逐步从“买方”市场转移到“卖方”市场，劳动力由供远大于求开始向供求平衡的方向发展。作为制造业主力的农民工也从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出了更高的要求。这种市场的变化使得很多劳动力密集行业中的企业为了提高劳动生产率所采用的依靠增加工人数量，延长工人劳动时间的方法反将使其成本越来越高昂，同时这种方法的使用也受到越来越多法律的限制和政策的阻碍。这种从企业微观层面到整个社会宏观层面的改变对于中国企业影响巨大，它促使企业认识到必须采取从改善机器设备入手，提高技术和资金的密集度以尽量减少用工量来应对这种改变。
随着劳动力过剩程度的降低，单个工人的成本上升、对于产品质量更高的要求以及国家对装备制造业的重视，工业机器人及技术在中国得到了政府和产业界的广泛重视。政府努力加快中国装备制造业尤其是工业机器人的发展，使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额，并提供优惠措施鼓励更多企业使用机器人及技术以提升技术水平。产业界也开始重视工业机器人在降低劳动成本、减少劳动风险、提高产品质量中所起的巨大作用。正因为如此，最近几年国内越来越多的企业在生产中采用了工业机器人。不少企业通过采用工业机器人及技术满足了自己的要求，从而提高企业的竞争力。各种机器人生产厂家的销售量都有大幅度的提高。最近四年,很多企业在华的销售量甚至是前面十几年销售量的几倍。德国CLOOS公司在华焊接机器人销售量2000年以前为47台，2000年以后已经突破121台，销售量翻了近三倍。快速发展的工业机器人及技术正被大量应用于工业企业的技术提升。在未来，中国的工业机器人产业将作为一种在国民经济中占据重要地位的产业而存在。
国家863机器人技术主题自成立以来一直重视机器人技术在产业中的推广和应用，长期以来推进机器人技术提升传统产业，利用机器人技术发展高新产业。机器人技术主题不仅积极推动机器人产业化应用而且在普通人群中广泛普及机器人知识，增加人们对于各种机器人的了解和认识。使利用机器人技术提升我国工业发展水平，提高人民生活质量成为全社会的共识。
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1，基于符号的机器人学诞生与发展的简要历史
工程学科的一个共同点是：先有工程实践。机器人学的诞生也不例外，是随着工业机器人的诞生与发展而进行的，直至七十年代，工业机器人整个系统基本定型，发展主要在于单元器件性能的逐步改进。这时机器人学向深度和广度发展，成为一门非常综合和活跃的学科，这也是工程性质学科的另一个共同点：到一定时期，理论将超前于工程实践。George C. Devol于五十年代中期发明工业机器人，是可重复编程的PTP控制的操作手，和Jeseph F.Engelberger共同发展这一全新工具概念后，于1959年成立第一家工业机器人公司Unimation lnc.启发工业机器人发明的前期工作是二战中开始的主从控制的遥控机器人的开发，主要用于放射性物质的处理。
工业机器人发展的主要历史事件如下：
1954年：美国G.C.Devol，发明可编程机器人，专利号2988237
1959年：美国行星公司制造第一台商用机器人
1960年：美国Unimation公司成立
1970年：Victor Sheinman验证Starford Manipulator
1971年：日本工业机器人协会成立
1974年：美国Cincinnati Milaeron公司推出第一台小型机控制的机器人T3
1976年：Ralph Bolles发展了机器人编程语言AL
1978年：Unimation公司推出可用于装配的通用机器人PUMA
1978年：日本，牧野洋发明SCARA装配机器人
机器人学研究的主要事件有：
1954年：Denavit和Hartenberg（1954）提出用于表达空间杆件几何关系的一般方法，可用于解机器人正运动学
1962：Ernst（1962）和Boni（1962）分别研究带触觉和压觉传感器的机械手
1964：Uicker（1964）的博士论文研究了空间杆件的动力学
1968：Pieper（1968）的博士论文中用代数方法解逆运动学问题
1968：McCarthy（1968）在Stanford AI Lab研究带摄像机、麦克风的机器人，能根据人的指令发现并抓取积木
1971：Kahn和Roth（1971）研究机器人的最少时间控制
1972：Paul（1972）研究关节空间轨迹规划
1973：Bolles和Paul（1973）用装有视觉和力觉的Stanford arm完成水泵装配
1974：Bejezy（1974）研究机器人的动力学和计算力矩控制
1976：Bolles（1976）发展了机器人编程语言AL
1979：Paul（1979）研究了笛卡尔空间的轨迹规划
1979：Lozano—Perez和Wesley（1979）研究机器人避障问题
1981：R.P.Paul（1981）出版第一本机器人学课本，“Robot Manipulator：Mathematics，Programmings and Control”
这些事件的选择标准是该项研究开创性的。但是，虽然1954，1964二事件是机器人运动学和动力学的基础，但并不是专门为机器人学研究的。
1978年PUMA通用工业机器人的诞生可看作是工业机器人的成熟，直到现在，工业机器人的整个机械结构，驱动，控制结构，编程语言均和1978无本质差别。
1981年机器人学课本的出版标志着该学科的成熟，Denavit和Hartenberg（1954），Pieper（1968），Paul（1972），Bolles（1976），Paul（1979）等人的研究对工业机器人的成熟作用巨大。
由于学科发展的主要驱动力是求新求深，进入八十年代，机器人学的发展主要向广度和深度发展，主流也渐离工业背景。但由于机器人学是工程学科，太偏离实际肯定要受到制约，也即受到市场驱动力的制约，如那么多的机器人控制和智能方面的研究，但无一实用，这方面的研究肯定要萎缩。这几年，机器人学界意识到这一点（也即研究经费减少了），开始把注意力投向新的工程主题。基于行为的机器人学和生物机器人学将把机器人学推向新的发展时空。
2， 基于符号的机器人学的主要研究内容
参照K.S.Fu等（1988）的经典机器人学课本，传统机器人学的研究内容为：
·运动学
·动力学
·轨迹规划
·操作手控制（包括位置与力控制）
·机器人传感器
·路径规划与任务规划
以上内容均在笛卡尔空间对机器人或环境用符号进行描述（关节空间可映射至笛卡尔空间），然后实施规划和控制，这部分机器人学称之为基于符号的机器人学是恰当的。另外机器人路径规划和任务规划是与基于符号的人工智能特别相关的部分，这部分内容也称之为智能机器人学或基于人工智能的机器人学，基于符号的人工智能引起的危机自然也是它的危机。
进入十年代后，机器人学向深度和广度发展的研究有：
·多机器人系统的运行学、动力学、运动轨划、控制和协调等问题
·冗余度机器人的运动学、动力学、运动规划和控制问题
·弹性机器人的运行学、动力学、运动规划和控制问题
·复杂环境中机器人的基于多传感器的信息处理与任务实现问题
向广度发展的研究为：
·移动机器人的结构、传感器、控制与任务规划等
爬行，步行，飞行，水下，轮式，履带式等等能移动的机器人均是移动机器人，够成非常丰富的研究内容，由于机器人在工作空间中移动，首要问题即是避障与导航。由于移动机器人需要具有在动态环境中的自主运动和作业的能力，另一术语自主机器人也主要指移动机器人。
由于移动机器人的工作环境（动态的，不确定的）与工业机器人的工作环境（结构化的）完全不同，也就需要新的理论，正是这方面的工程需要诞生了基于行为的机器人学及向生物机器人学的发展。
3，什么是基于行为的机器人学？
基于行为的机器人学反对抽象的定义，因此采用场景化、具体化的解释更适合该领域的哲学思想，下列表是基于行为的机器人学和基于符号的机器人学在各方面的比较。 特征项 基于行为的机器人学 基于符号的机器人学
研究对象 非结构化环境工作的自主机器人 结构化环境工作的机器人
环境特点 动态的、不确定的、复杂的 确定的、预知的、简单的
传感信息的处理 分布式直接处理，不抽象、不定义 集中式融合处理，抽象、定义
对环境的处理 无中心模型，无中心表达 有模型，有中心表达
行为序列的产生 行为序列由目标、操作场景和机器人之间的交互作用而突现产生 根据给定的任务预先进行精确的规划
行为控制 自组织、分布式 中央控制或隐形中央控制
信息处理方式 并行、计算量极小 串行、计算量极大
任务实现 由自组织行为和环境交互作用的突现行为实现
由算法实现
系统结构 由行为模块并行组织，分层结构动态突现
由功能模块串行组织，结构固定不变
系统理论 主要用语言表达，难以形式化，强调具体化、场景化证实 主要用符号表达，便于分析，多用仿真
基于行为的机器人学的重要研究内容是系统结构而不是算法，基于行为的机器人在非结构化动态环境中的性能非常优越，用基于符号的机器人学设计的类似的机器人无法达到如下性能：
·高速度，高灵活性。在动态复杂环境中的移动速度可达到2米/秒。
·高柔性。迅速适应变化的内外部约束。
·高鲁棒性。可以承受局部损坏。
·高效性。软件代码可以是传统的几百分之一，硬件可以是传统的几十分之一。
·经济性。价格是传统的十几分之一。
·简易性。没有机器人学正规训练的人也能很快操作。
·可扩展性。很少改变原有系统便可增加性能。
·可靠性。分布式自组织并行工作，可靠性强。
4，生物机器人学，新的研究共同体
进入九十年代，机器人学研究中出现了许多新名称，如：基于行为的机器人学（Brooks，1991a），进化机器人学（Harvey，92），非笛卡尔机器人学（Gomi，1996），认知机器人学（Brooks，1997）等等。其中，进化机器人学主要研究当前环境行为进化，非笛卡尔机器人学和基于行为的机器人学研究类似的内容，认知机器人学是Brooks新提出的概念。因为Brooks一直领导着这个新的领域，有必要解释这个概念的背景。Brooks研究组研制基于行为的机器人取得很大成功后，（Brooks和Stein，1993）开始进行机器人的最高形式--仿人机器人的研究，主要是想实现其智能一步步累积的思想，更把研究面向人类认知问题，当时建立了很大的研究计划，至1996年底（Brooks，1997）报告了该计划的研究成果，显然，该计划从经费、技术和研究思想上遇到大挫折，目前还停留在单元模块的制造和研究上，在研究思想上，由于系统结构还是基于SA设计，由第三章的分析，根本是不会成功的。从技术上说，人从机体、感觉到大脑，远比想象的复杂，完全模拟人的行为，进一步拥有人的能力，还是长远的研究目标，从研究思想上，Brooks的智能累积思想（1991a）是行不通，一方面Brooks仍采用整体智能的概念，另一方面，智能的进化包含生物基础的进化，并不单纯是行为层次的增加。尽管如此，Brooks的研究计划引起世人注目，因为以前的类人机器人主要是机构的研究，最复杂是早稻田大学加藤一郎研制的会演奏钢琴的机器人，是传统控制方式的杰作，Brooks是第一个用基于行为的方法研制仿人机器人，已制成头眼手模块。德国GMD和日本东京大学也开始这方面的研究。虽然研究计划遭到挫折，但（Brooks，1997）提出了认知机器人学的概念，并把它作为基于行为的机器人学的进一步发展。他把身体形态、动机、一致性、自适应、发展、大脑机理等作为研究主题，可以看出，Brooks想把研究类人机器人作为基于行为的机器人的发展，他所说的认知机器人学即是对类人机器人的研究，也没有提出系统的理论，只是研究对象复杂了。
通过以上分析，进入九十年代，许多研究人员从生物学中寻找启发来开拓机器人学的新方向，主要推动力量是Brooks建立的包容结构理论，许多研究者也发现了包容结构的局限性，在它基础上很难再进行进一步的研究，上一章提出的GBA作出了很大的发展，GBA是一个开放的系统，在GBA的基础上，行为学习、行为进化等等均可以系统地进行研究，同时又面临许多新的问题，如更为有效的驱动系统、传感器，复杂学习问题，计算工具问题，思维问题等等，单一地面对某一问题，如，当前环境行为进化，或认知，都不利于机器人学新的发展，有必要把它们都统一到生物机器人学的范畴中，因为它们的思想基础都是统一的，另外，生物机器人学也不是基于行为的机器人学的发展，而是一种包容，以构成新的研究共同体，以深入、综合的视野拓宽机器人学研究的新时代。
生物机器人学的研究对象是：动态的不确定的环境中工作的自主、半自主的机器人。研究方法是：从生物系统的各个层次获得启发，动态平行应用从上向下和从下向上的研究方法，也即太极研究方法，更多地运用综合策略。
主要研究内容如下：
（1）仿生物机构、驱动器、传感器
（2）仿生物计算工具
（3）系统结构与智能结构
（4）意识、动机、情感、成长、相互作用、技能、语言、学习、知识、知觉、行为实现、思考等认知能力
（5）系统设计与制造
这样，生物机器人学就有了明确的指导方向，包容性也很大，如（Harvey，1992）提出的进化机器人学主要研究认知能力中的成长问题，采用动态神经网作为计算结构和工具，认知机器人学也主要针对认知能力中的几个因素。需要指出的是系统结构和智能结构是生物机器人学的基础，认知能力也需要在这个基础上实现。基于行为的机器人学主要研究了系统结构以及行为实现和相互作用问题。显然，生物机器人学能把已进行的该方向的所有领域都包容进来，并能促进和指导进一步的研究，同时避免犯局部性的错误。特别是，在研究方法上得到了和谐统一，一味从下向上的还原主义的研究方法容易犯机械论的错误，如目前发展的神经网络，难以产生高层行为，一味从上向下的研究方法容易脱离实际，如基于符号的机器人，难以适应环境。
比陆地更辽阔的是海洋，海水覆盖了地球约 71% 的表面积。不过，海洋学者认为人类只 探索 了其中的 5% 而已。 人们经常对较浅的海洋进行勘探，但由于极端的静水压力，深海区域基本仍是一片神秘领域。
目前，设计精良的水下机器人在深海任务中具有出色的机动性和功能性，勘探深度能达到 3000-11000 米，比如我国自主研发的 “蛟龙号”“奋斗者号” 等载人潜水器，在深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测与捕获、深海环境与生物考察等任务中都扮演着关键角色。
但是，这些深海潜水器通常需要特制的压力容器或压力补偿系统来保护内部机电系统，考虑到海底极端条件下结构破坏的风险，深海勘探仍然具有危险性和挑战性。 然而，大自然是神奇的，没有耐重压系统的深海生物却可以在极深的海域繁衍生息，灵活游走。
受深海生物特性的启发，来自浙江大学、之江实验室的科研团队及其合作者开发了一种能用于深海探测的无线自供能软体机器人 ，水下机器人论文他们通过在马里亚纳海沟最深 10900 米处和南海最深 3224 米处进行实际测试，验证了这种机器人具有极好的耐压和游泳性能。
相关研究论文以 “ Self-powered soft robot in the Mariana Trench ”（马里亚纳海沟里的自供能软体机器人）为题，于 3 月 4 日发表在《自然》（ Nature ）杂志上。
论文里介绍的这种深海机器人，是一种典型的仿生装备与系统。 目前，生活在中等海洋深度（约 1000 米）的软体生物，如章鱼和水母等已被广泛研究，它们的适应能力启发了很多水下软体机器人的设计，为深海探险提供了很多有前途的方法。
这类软体机器人的性能很大程度上取决于软启动器，包括介电弹性体（dielectric elastomers，DEs）、水凝胶和射流装置等，近年来的许多研究表明，具有扑翼、波动、喷射等推进方式的柔性机器人具有良好的游泳性能。
尽管如此，这类机器人的动力和控制电子系统仍然需要笨重而坚硬的容器来抵御深海极端压力，一种没有刚性容器、能在极端深海游泳的、有压力弹性的软机器人还没有被开发出来。
浙江大学李铁风、李国瑞及其合作者设计开发的这款软体机器人，灵感则是来自钝口拟狮子鱼（ Pseudoliparis swirei ） 。早在 2014 年，科学家就在马里亚纳海沟中约 7000 米处深度捕获到了这种鱼类，据了解，钝口拟狮子鱼还创下了一项人类拍到活体鱼类的最深纪录 ——8178 米。
马里亚纳海沟深处的压力有多大？ Nature 文章中有一个形象的描述，类似于把一整座埃菲尔铁塔的重量全都压在人类大脚趾上。 在那种寒冷、黑暗和极压的环境下，高压能压碎人的骨头，压扁钢铁潜水设备，而这些鱼却表现出了奇好的生存性和移动性。
所谓“适者生存”，这种鱼在身体特征上包括一个分布的头骨和能拍打的胸鳍，由软骨和细胞膜组成的骨架等，这指导了李铁风、李国瑞团队及其合作者进行一种创新的深海软体机器人设计。
据论文描述，研究人员已对这种软体机器人进行了多方位测试报告。它被安装在深海着陆器上，在马里亚纳海沟 10900 米深度的现场测试中成功启动， 这个软机器人内部自带容量为 2500mAh 的锂离子电池和高压放大器用来自动供电 ，团队使用受保护的摄像机和深海着陆器上的 LED 灯记录了试验过程，在这次测试中，机器人没有从着陆器中释放出来， 在没有压力容器的情况下，扑鳍驱动保持了 45 分钟 。
在中国南海的现场试验中 ，软体机器人由遥控潜水器（ROV）携带到 3224 米的深度。在 8kV 交流电压和 1Hz 的驱动下， 该机器人以 5.19cm 每秒（即每秒 0.45 体长）的速度拍打双鳍运动，成功实现自由游动 。
据了解，这种机器人设计成功的关键之一是压力弹性电子元件。 传统的水下航行器需要金属材料制成的水密外壳，以承受深海高压，这些外壳的厚度和尺寸必须增加，以适应更大的深度。但在研究团队此次设计的机器人中，精密的电子元件被嵌入并分布在柔软的硅树脂基体中，这种设计消除了对耐压外壳的需求。
研究人员通过测试发现，如果电子元件密集地封装在一块印刷电路板（PCB）上，压力测试表明在它们的接口处容易发生故障，因此需要一种方法来保护机器人的电子元件免受高压影响， 启发则是来自钝口拟狮子鱼分布的头骨 。
为了提高压力恢复力，他们采用了分散式设计来降低剪切应力。 在这种设计中，元件与几块较小的 PCB 进行线连接或分离，这里的 “分离” 是指去除电子元件之间的直接刚性接触。
实验室试验和模拟表明，这种布置降低了受压部件之间接口处的应力，然后将分布式电子器件嵌入硅树脂中，以便并入机器人， 该方法比其他保护深海设备电子设备的方法更实用，也更便宜。
对于相同的外加压力（110MPa），分散电子设备界面处的平均剪应力低于集中电子设备（约 60MPa），研究人员进行了一系列的压力室实验（110MPa），以确认这种分散电子具有更高的压力弹性。此外，由于从 PCB 上拆下所有组件在技术上是困难的，因为它们的数量很大，为了减少这些元件之间的应力，研究人员在设计时还增加了相邻电子元件之间的距离， 当相邻部件之间的距离从 0.4 mm 增加到 2.4mm 时，测试分析显示，最大剪应力能减少 17% 。
设计好了电子部分，另一方面就是机械驱动部分 ，这里的一个关键应用是介电弹性体（DE），一种加上电压即可出现形变的电激活聚合物，这种材料能将电能转化为机械功 —— 当机器人电池的电流作用于肌肉时，肌肉就会收缩，微小的固体结构通过机械方式将收缩肌与鳍相连，使其拍打运动。
最终，他们把机器人设计成了鱼一样的身体形状，有两个拍打的侧鳍。 该机器人长 22 厘米（体长 11.5 厘米，尾长 10.5 厘米），翼展有 28 厘米，电力和控制电子设备包括锂离子电池、高压放大器、红外接收器、放电电阻器和 MCU。
它同时具有以下特点水下机器人论文： （1）位于支撑架和拍打鳍接合处的 DE “肌肉”；（2）由较硬的前缘和弹性框架支撑的薄硅胶拍打鳍；（3）嵌入其软体内的分散电子。弹性框架粘在预拉伸的 DE 肌肉上，以提供支撑，并将 DE 膜的平面内驱动转换为鳍拍打运动，当施加交流电压时，周期性变形的 DE 肌肉产生两个鳍的拍打运动以推进游动。
此外，DE 材料也经过了精心设计，可在深海低温高压下保持其电压感应驱动。 研究人员在高压下测量了由典型 DE 材料（VHB）制成的圆形致动器的电压感应区域应变，结果发现，当实验条件从（0MPa，25 C）变为（110 MPa，5 C）时，电压引起的区域应变从 19.1% 下降到了 2.4%，不足以推动机器人。
因此，他们采用了一种新的三嵌段共聚物：SBAS。 在相同的实验条件下，SBAS 的电压感应面积应变从 12.5% 下降到 7.0%，由于拍动双鳍的设计已得到优化，这种材料的表现对于软机器人深海自由游泳来说已经是足够高的应变。
研究人员在额外的动态力学分析（DMA）中表明，VHB 和 SBA 的不同性能源自其不同的玻璃化转变温度（Tg），分别为 0.3 C 和 17.2 C，这一结果突出了由于微相分离，较低的 Tg 对提高三嵌段共聚物 DE 的机电性能的影响。
除了深海实地测试外，研究团队还进行了一系列的压力舱和深湖实验，进一步验证了该软体机器人的游泳性能。
他们在实验室中观察记录了该机器人在 110 MPa 的静水压力中，在不同电压（7 kV、8 kV、9 kV，2 Hz）下测试游泳性能。 当驱动电压为 7 kV，频率为 1Hz 时，在 0MPa 和 110MPa 的压力下，机器人能以 3.29 cm 每秒和 2.76cm 每秒向前游动。 此外，还在一个深湖中用遥控潜水器将其带到水深处，对软机器人的自由游动进行了现场测试， 该机器人在 8 米深处能以 3.89cm 每秒的速度游泳，在 70 米深处能以 3.16cm 每秒的速度游泳，证实了它对野外探险的鲁棒性。
研究人员表示，此次取得的实验成功有可能扩展到各种其他软设备上，未来如果集成额外的功能单元或重新排列电路则有望产生多种附加功能， 例如深海中的传感和通信 。
具有传感、驱动、电源和控制系统的软设备可以完全集成，以监测和调节机械滥用条件下的复杂任务（不仅是高压，还有其他困难的机械条件，如振动或冲击）。 研究团队的未来工作将集中在开发新的材料和结构，以增强软机器人和设备的智能性、多功能性、机动性和效率。
此前人们曾多次尝试开发应用于水下的各类软体机器人，但由于机器人传感器在深海环境下工作不良，因此机器人与物体的精细交互是一个具有挑战性的领域。另外，软机器人抓手要比刚性抓取装置具有很大的优势，且受生物启发的软体机器鱼可以在其他动物之间游动，而无需对它们造成干扰，因此可以进行近距离研究观察。
新加坡国立大学教授 Cecilia Laschi 在评论文章中表示 ， 研究团队如今已经突破了可以达到的极限：用嵌入软材料中的分布式电子器件取代电子元件的刚性保护外壳，为新一代深海探险家铺平了道路。
然而，在海洋中布置这种设计的机器人之前，还有很多工作要做。 因为这项研究开发的机器人比之前报道的水下机器人移动要慢，而且不能承受太多环境的干扰，比如它很容易被水下暗流冲走，其运动能力也需要针对实际应用进行优化。
从长远展望来看，人们可以预测海洋生物学研究的发展方向 ，即软体机器人在珊瑚礁或水下洞穴中安全航行，在不损坏珊瑚礁或洞穴的情况下采集精致的标本，成群的水下软机器人能够在海床上爬行，将自己固定在特定的结构上或在特定的区域游走 探索 。
这将有助于各种其他应用技术的发展，进一步为推动海洋监测、清理和防治海洋污染、保护海洋生物多样性提供更多创新方案， 更重要的是，它们可以帮助科学家 探索 海洋深处的大片未知地带 。
