1.4　机器人的应用

经过数十年的发展，机器人已经广泛应用于工业、农业、服务业、科技、国防等领域。下面简要介绍一下机器人在诸多领域应用的情况。

（1）工业机器人的应用

工业机器人是指在工业中应用的一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。这种操作机可以固定在一个地方，也可以安置在往复运动的小车上。

工业机器人最早应用于汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。此外，工业机器人在零件制造过程中的检测和装配等领域也得到了广泛的应用。工业机器人延伸和扩大了人的手足和大脑的功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。图1-8为沈阳新松公司RH6弧焊机器人系统组成的汽车座椅焊接生产线。

（2）服务机器人的应用

服务机器人是一种以自主或半自主方式运行，能为人类生活和健康提供服务的机器人，或者是能对设备运行进行维护的一类机器人。服务机器人主要是一个移动平台，它能够移动，上面有一些手臂进行操作，同时还装有一些力觉传感器、视觉传感器、超声测距传感器等。它对周边的环境进行识别，判断自己的运动，完成某种工作，这是服务机器人的基本特点。

如图1-9所示的机器人是日本发明出的人形个性机器人保姆“ar”，“ar”上共搭载了五台照相机，通过图像识别来辨认家具，它依靠车轮移动，除了会洗衣，打扫卫生，还会收拾餐具等诸多家务杂活。在公开展示活动中，“ar”演示了打开洗衣机盖并将衣服放入洗衣机的过程，同时还展示了送餐具和打扫卫生等功能。

图1-10所示机器人是由德国研制的新一代机器人保姆Care-0-Bot3，它全身布满了各种能够识别物体的传感器，让它能够准确地判断物体的位置并识别它们的类型；它不仅能够通过声音控制或者手势控制，同时还具备很强的自我学习能力。

图1-11所示机器人是俄罗斯利用“新纪元”公司许多独特研究研制的人形机器人“阿涅亚”，这款机器人是一种能够双脚行走，还能与人对话的服务机器人，它拥有世界先进的机械结构和程序保障系统。

图1-12所示霹雳舞机器人是由英国RM的工程师开发研制的，它不仅能在课堂上成为孩子们的帮手，帮助孩子学习，还能通过计算机设定好的程序来控制身上多个关节的活动，从而做出各种类似人类跳舞的动作。

图1-13所示机器人是一款完全由我国科学家自主研发成功的“美女机器人”，它不仅能够与人进行对话，还能够根据自身携带的传感器进行自主运动。这款“美女机器人”拥有靓丽的外形，还能根据人的语音指令快速做出反应。

（3）农业机器人的应用

农业机器人指的是应用于农业生产的机器人的总称。近年来，随着农业机械化的发展，农业机器人正在发挥越来越大的作用，已经投入应用的有西红柿采摘机器人（见图1-14）、林木球果采摘机器人（见图1-15）、嫁接机器人（见图1-16）、伐根机器人（见图1-17）、收割机器人、喷药机器人等。

（4）军用机器人的应用

军用机器人是一种用于军事领域（侦察、监视、排爆、攻击、救援等）的具有某种仿人功能的机器人。按其工作环境可以分为地面军用机器人、水下军用机器人、空中军用机器人和空间机器人等。

①地面军用机器人　主要是指在地面上使用的机器人系统，它们不仅在和平时期可以帮助民警排除炸弹，完成要地保安任务，而且在战场上可以代替士兵执行运输、扫雷、侦察和攻击等各种任务。地面军用机器人种类繁多，主要有作战机器人（见1-18）、防爆机器人（见图1-19）、扫雷车、保安机器人（见图1-20）、机器侦察兵（见图1-21）等。

②水下军用机器人　水下机器人分为有人机器人和无人机器人两大类。有人潜水器机动灵活，便于处理复杂的问题，但人的生命可能会有危险，而且价格昂贵。无人潜水器就是人们所说的水下机器人。按照无人潜水器与水面支持设备（母船或平台）间联系方式的不同，水下机器人可以分为两大类：一种是有缆水下机器人，习惯上把它称做遥控潜水器，简称ROV；另一种是无缆水下机器人，潜水器习惯上把它称做自治潜水器，简称AUV。有缆机器人都是遥控式的，按其运动方式分为拖曳式、（海底）移动式和浮游（自航）式三种。无缆水下机器人只能是自治式的，只有观测型浮游式一种运动方式，但它的前景是光明的。为了争夺制海权，各国都在开发各种用途的水下机器人，有探雷机器人、扫雷机器人、侦察机器人等，如图1-22、图1-23所示。

③空中军用机器人　被称为空中机器人的无人机是军用机器人中发展最快的家族，从1913年第一台自动驾驶仪问世以来，无人机的基本类型已达到300多种，在世界市场上销售的无人机有40多种。如图1-24～图1-26所示。无人机被广泛应用于侦察、监视、预警、目标攻击等领域。随着科技的发展，无人机的体积越来越小，产生了微机电系统集成的产物——微型飞行器。微型飞行器被认为是未来战场上重要的侦察和攻击武器，能够传输实时图像或执行其他任务，具有足够小的尺寸（小于20cm）、足够大的巡航范围（如不小于5km）和足够长的飞行时间（不小于15min）。

④空间机器人　是一种低价位的轻型遥控机器人，可在行星的大气环境中导航及飞行。为此，它必须克服许多困难，例如它要能在一个不断变化的三维环境中运动并自主导航；几乎不能够停留；必须能实时确定它在空间的位置及状态；要能对它的垂直运动进行控制；要为它的星际飞行预测及规划路径。目前，美国、俄罗斯、加拿大等国已研制出各种空间机器人，如美国NASA研制的空间机器人Sojanor（如图1-27所示）、智能蜘蛛人（如图1-28所示）。

（5）医用机器人

医用机器人，是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗的机器人。它能独自编制操作计划，依据实际情况确定动作程序，然后把动作变为操作机构的运动。医用机器人种类很多，按照其用途不同，有临床医疗用机器人、护理机器人、医用教学机器人和为残疾人服务机器人等。

①运送药品的机器人　可代替护士送饭、送病例和化验单等，较为著名的有美国TRC公司的HelpMate机器人。

②移动病人的机器人　主要帮助护士移动或运送瘫痪、行动不便的病人，如英国的PAM机器人。

③临床医疗的机器人　包括外科手术机器人和诊断与治疗机器人。图1-29所示机器人是一台能够为患者治疗中风的医疗机器人，这款机器人能够通过互联网将医生和患者的信息进行交互。有了这种机器人，医生无需和患者面对面就能进行就诊治疗。

④为残疾人服务的机器人　为残疾人服务的机器人又叫康复机器人，可以帮助残疾人恢复独立生活能力。图1-30所示机器人是一款新型助残机器人，它是由美国军方专门为战争中受伤致残失去行动能力的士兵设计的，它将受伤的士兵下肢紧紧地包裹在机器人体内，通过感知士兵的肢体运动来控制机器人的行走。

⑤护理机器人　英国科学家正在研发一种护理机器人，能用来分担护理人员繁重琐碎的护理工作。新研制的护理机器人将帮助医护人员确认病人的身份，并准确无误地分发所需药品。将来，护理机器人还可以检查病人体温、清理病房，甚至通过视频传输帮助医生及时了解病人病情。

⑥医用教学机器人　医用教学机器人是理想的教具。美国医护人员目前使用一部名为“诺埃尔”的教学机器人，它可以模拟即将生产的孕妇，甚至还可以说话和尖叫。通过模拟真实接生，有助于提高妇产科医护人员手术配合和临场反应。

（6）灾难救援机器人的应用

近些年来，特别是“9·11”事件以后，世界上许多国家开始从国家安全战略的角度研制出各种反恐防爆机器人、灾难救援机器人等危险作业机器人，用于灾难的防护和救援。同时，由于救援机器人有着潜在的应用背景和市场，一些公司也介入了救援机器人的研究与开发。目前，灾难救援机器人技术正从理论和试验研究向实际应用发展。

日本东京电气通信大学开发的类蛇搜救机器人KOHGA2如图1-31所示，它可以进入到受灾现场狭窄的空间中搜索幸存者。

日本神户大学及日本国家火灾与灾难研究所共同研发的针对核电站事故的救援机器人如图1-32所示，它设计的目的是进入受污染的核能机构的内部将昏倒的生还者转移至安全的地方。这种机器人系统是由一组小的移动机器人组成的，作业时首先通过小的牵引机器人调整昏厥者的身体姿势以便搬运，接着用带有担架结构的移动机器人将人转移到安全的地带。

日本千叶大学和日本精工爱普生公司联合研发的微型飞行机器人uFR如图1-33所示，uFR外观像直升机，使用了世界上最大的电力/重量输出比的超薄超声电动机，总共重量只有13g，同时uFR因具有使用线性执行器的稳定机械结构而可以平衡在半空中。uFR可以应用在地震等自然灾害中，它可以非常有效地测量现场以及危险地带和狭窄空间的环境，此外它还可以有效地防止二次灾难。

美国南佛罗里达大学研发的可变形机器人Bujold如图1-34所示。这种机器人装有医学传感器和摄像头，底部采用可变形履带驱动，可以变成三种结构：坐立起来面向前方、坐立起来面向后方和平躺姿态。Bujold具有较强的运动能力和探测能力，它能够进入到灾难现场获取幸存者的生理信息以及周围的环境信息。

美国霍尼韦尔公司研发的垂直起降的微型无人机RQ-16AT-Hawk如图1-35所示，这款无人机重8.4kg，能持续飞行40min，最大速度130km/h，最高距离3200m，最大可操控范围半径11km，适合于背包部署和单人操作。T-Hawk无人机可以用于灾难现场的环境监视，它已经被应用在2011年日本福岛的核电事故中，帮助东京电力公司更好地判断放射性物质泄露的位置以及如何更好地进行处理。

韩国大邱庆北科学技术院研发的便携式火灾疏散机器人如图1-36所示，疏散机器人设计的目的是深入到火灾现场来收集环境信息，寻找幸存者，并且引导被困者撤离火灾现场。机器人结构是用铝复合金属设计的，具有耐高温和防水的功能，机器人具有一个摄像机可以捕捉火灾现场的环境，有多种传感器可以检测温度、一氧化碳和氧气浓度，还有扬声器用来与被困者进行交流。

德国人工智能研究中心研发的轮腿混合结构的机器人ASGUARD如图1-37所示，ASGUARD是因昆虫移动激发的灵感而设计出来的混合式四足户外机器人，第一代ASGUARD原型是由四个具有一个旋转自由度的腿直接驱动的，ASGUARD设计的使命是灾难缓解以及城市搜索和救援。

中国科学院沈阳自动化研究所研发的可变形灾难救援机器人如图1-38所示，这种机器人具有9种运动构形和3种对称构形，具有直线、三角和并排等多种形态，它能够通过多种形态和步态来适应环境和任务的需要，可以根据使用的目的，安装摄像、生命探测仪等不同的设备。可变形灾难救援机器人在2013年四川省雅安市芦山县地震救援中进行了首次应用，在救援过程中，它的任务是对废墟表面及废墟内部进行搜索，为救援队提供必要的数据以及图像支持信息。

中国科学院沈阳自动化研究所研发的旋翼飞行机器人如图1-39所示，旋翼飞行机器人具有小巧、轻便、低空、慢速等特点，能够克服气候、气流、地形等大型飞机难以应对的因素。在救援过程中，旋翼飞行机器人能从空中获取灾区现场的路况以及灾后建筑物的分布情况，它能够通过悬停的方式进行搜索和排查，并且实时地向操作人员传送高分辨率图片和影像，为救援人员进行有针对性的部署和救援提供决策依据，从而大大地提高了灾难救援的工作效率。旋翼飞行机器人在2013年四川省雅安市芦山县地震救援中进行了作业，实施了危楼逐户生命迹象的探查，并向救援队提供了高清的古城村灾区图和实时道路画面。