工程机器人技术的发展与应用

所处环境、外部物体的状态或机器人与外部物体的关系。

　　工程机器人研究的现状表明，由于受到机构、控制、传感器以及人工智能水平的限制，研究出能在未知环境中全自主方式工作的机器人是目前难以实现的目标。因此，目前在核工业、抢险救灾等高危、恶劣的环境中被广泛应用的是遥操作机器人。遥操作机器人主要分为视觉临场感遥操作机器人、力觉临场感遥操作机器人、触觉临场感遥操作机器人及运动觉临场感遥操作机器人等。基于临场感的遥操作机器人系统原理如图3所示，它由操作者、主机器人（手控器）、通讯环节、从机器人和作业环境5部分构成。在临场感系统工作过程中，由操作者向主机器人发出操作命令（如位置指令）操作主机器人运动，主机器人的运动信息通过通讯环节传给远方的从机器人，从而控制从机器人的运动；当从机器人同环境交互时，从机器人的运动信息（如视觉、力觉、触觉等信息）又通过通讯环节反馈给本地主机器人，使操作者对于现场作业情况有了有效的感知，从而能够及时做出准确判断，发出相应的操作命令，控制远方从机器人准确、高效地完成作业任务。目前，基于视觉临场感的工程机器人遥操作控制主要是用摄像机获取现场的视频图像并回传到主控端，操纵者通过监视器来完成对工程机器人的操作任务。

　　图3 基于临场感的遥控操作机器人系统原理框图

　　其中，通讯环节作为临场感系统的数据交换和连接环节，是控制量信息、传感器信息及视频、图像信息的传输通道，是临场感系统进行可靠工作的基本保障。

　　3 工程机器人国内外发展概况

　　在国外，早在20世纪70年代欧美、日本等国家就开始在工程机械基础上研制开发各类工程施工自动作业机械，并形成两大发展方向，一是工程机械智能化，一是专门发展起来的工程机器人分支。针对高危、恶劣环境的施工作业，欧美、日韩等国家都已经全部采用工程机器人或机械手，技术水平先进。

　　其中，破拆机器人是在工程施工中应用最广泛的工程机器人之一，由于采用无线遥控作业方式，破拆机器人可以应用在冶金、矿山、建筑、交通以及抢险救援等众多领域。瑞士布鲁克公司是目前居于世界领先地位的破拆机器人专门生产厂商，公司自20世纪70年代就开发、研制、生产遥控电液式多功能破拆机器人，经过不断的改进与发展，积累了丰富的经验，无论是设计、选材还是制造水平都处于国际领先地位，是目前拆除机器人最大的供应商，产品销往世界各地［3］。另外，日本、德国等发达国家在破拆机器人领域也都走在了世界前列。像德国TOPTEC公司生产的TOPTEC1850E、 TOPTEC2500E工程机器人，日本TmsukT52型和T53型双机械臂机器人等，技术水平先进。破拆机器人的末端执行器通常为液压锤、液压剪等，以实现破碎、拆除作业。将末端执行器更换成液压抓手等其他专用属具，再将主体结构和控制系统根据作业环境作适当的改变，则可演变成其他类型的机器人，像搬运机器人、抓取装卸机器人等。

　　破拆机器人

　　在抢险救援领域，20世纪80年代就已经有人对将机器人应用于救援工作中进行探讨，但救援机器人技术的正式研究始于1995年的日本神户- 大阪大地震，并于2001年的美国9·11事件中，救援机器人正式投入使用。日本作为一个多地震灾害的国家，十分重视救援机器人的研制，其技术水平一直处于世界领先地位。美国在9·11事件后，对救援机器人的研究更加重视。其中，极具代表意义的由Irobot公司研制的小型便携带式机器人Packbot系列和"Warrior（6战士）"等，均得到了较好的应用。其他国家也很重视救援机器人的研究。如加拿大Inuktun公司研制的MicroVGTV及 Sherbrook大学研制的AZIMUT机器人、西班牙的ALACRANE、瑞士的Shrimp、英国的"手推车"（Weelbarrow）Mk7型排爆机器人、德国TEODORG公司的MV4机器人、法国的MK4D智能排爆机器人等。

　　救援机器人

　　在农林业方面，进入后工业化的发达国家，随着农林业生产的日趋工业化、规模化及精准化的不断发展，农林业机器人研发早已成为其科研的重点内容之一，在伐木、育苗、移苗、嫁接、农产品收获等方面得到诸多试验与应用，相继研制出了伐木机器人、嫁接机器人、扦插机器人、移栽机器人和采摘机器人等多种产品。

　　而在国内，工程机器人的研制开发才刚刚起步，工程机械主机厂和部分科研院所开始加大对智能型工程机械的研发投入，但专业从事工程机器人研发制造的企业和研究机构很少。应用方面也仅限于一些常规的工业应用，而且产品几乎全为进口。

惊天智能装备股份有限公司自2005年自主立项，开始研制