特种服务机器人应用领域研究
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,经历40余年的发展已取得长足进步。走向成熟的工业机器人、各种用途的特种服务机器人的应用,昭示着机器人技术灿烂的明天。其中,特种与服务机器人是继工业领域之后,机器人技术发展的最重要推动力之一,具有非常好的产品化、产业化前景,我国特种服务机器人研究与应用已经取得一定的进展。
1 特种机器人研究的科学意义
工业机器人作为生产自动化设备的典型代表,在制造业获得了巨大的成功。20世纪80年代以来,机器人技术在信息技术、控制技术、人工智能和传感技术等迅速发展的支持下,已远远超出了服务于制造业的范围,被广泛地应用于非制造业领域。21世纪不仅制造业将进入一个新的阶段,而且据专家预测,21世纪的前20年,也将是非制造业自动化技术快速发展时期。目前国际上对非制造业领域机器人 (Advanced Robot,我国称为特种服务机器人)的研究和开发非常活跃。在非制造业领域中应用的特种服务机器人,通常是在非结构化环境下工作。所谓非结构化环境,是指作业无法在事先布置好的条件下进行,而且在作业过程中环境可能发生变化。与结构化环境下作业的工业机器人相比,特种服务机器人与环境的交互作用更加复杂,控制更加困难,要求的智能程度更高。开发适应于非结构化环境下工作的机器人是一个更加复杂的发展目标[1]。
特种服务机器人技术主要研究非制造业应用并服务于人类的各种先进机器人及其相关技术,特种服务机器人是替代人在危险、恶劣环境下作业必不可少的工具,可以辅助完成人类无法完成的如空间与深海作业、精密操作、管道内作业等的关键技术装备。在非制造业领域应用机器人已成为当今国际自动化技术的重要发展方向[2]。
特种服务机器人技术综合了多学科的发展成果,代表了高技术的前沿发展,它在人类生活应用领域的不断扩大,正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。正因为如此,研究和发展特种服务机器人技术一直受到世界各国的重视,许多国家都把特种服务机器人技术列入本国的高技术发展计划或国家的关键技术进行研究和开发。如美国的“国家关键技术”、“商业部新兴技术”和“国防部和能源部关键技术”计划,欧共体的“尤里卡计划(EUREKA)”和“信息技术研究发展战略计划 (ESPAIT)”,新加坡、韩国、巴西等发展中国家都有相应的计划内容。
2 国际特种服务机器人的研究现状
我们利用数据库资源,调查特种服务机器人目前的应用领域。在本次调查中,选用IEEE数据库和EBSCO数据库作为文献检索的平台,具体检索策略如表1所示。
经检索得到,目前国际上在如下领域展开特种机器人技术研究。
2.1 水下机器人
包括有缆水下机器人与无缆水下机器人,其中无缆水下机器人将是主要的发展方向,并向远程化深海和作业型发展。东京大学先进科技研究中心首先研究出一种通过远程和智能控制系统实现远程控制的水下机器人,将控制人员领会工作环境并作出全局判断的能力和机器人精准操作的能力融合起来。
表1 检索策略表数据库 检索策略 结果(条)IEEE ”Abstract”:”advanced robot”NOT ”Abstract”:industrical 39 IEEE ”Abstract”:”advance robot”NOT ”Abstract”:industrical 1 IEEE ”Abstract”:”specific robot”NOT ”Abstract”:industrical 31 IEEE ”Abstract”:”special robot”NOT ”Abstract”:industrical 11 IEEE ”Abstract”:”scout robot”NOT ”Abstract”:industrical 11 IEEE ”Abstract”:”explosives disposal robot”NOT ”Abstract”:industrical 2 IEEE ”Abstract”:”security robot”NOT ”Abstract”:industrical 37 IEEE ”Abstract”:”fire-fighting robot”NOT ”Abstract”:industrical 11 EBSCO ”Abstract”:”advanced robot”NOT ”Abstract”:industrical 13 EBSCO ”Abstract”:”advance robot”NOT ”Abstract”:industrical 0 EBSCO ”Abstract”:”specific robot”NOT ”Abstract”:industrical 7 EBSCO ”Abstract”:”special robot”NOT ”Abstract”:industrical 1
2.2 高危作业检测机器人
应用在核电站、高压电缆等危险作业点,例如,50万伏地面线路红外线和可见光成像系统检测机器人、三悬臂远程检测机器人。应用在河北省电力公司和广西省电力公司的22万伏单导传输线上的高危作业检测机器人获得好评;日立公司研究出一种四足机器人,行走时的四脚有四个自由度,能维护和检修核电厂设施。