轮腿机器人是谁发明的（轮腿式机器人优缺点）

admin 发明家 2023-03-25 11 0 轮腿机器人是谁发明的

百科问答网今天要给大家分享的是有关轮腿机器人是谁发明的的知识，希望对于各位朋友学习轮腿式机器人优缺点的过程中有帮助。

文章目录：

1、是谁第一个发明了机器人
2、机器人是如何发明的？
3、管道机器人的国内发展

是谁第一个发明了机器人

古代机器人机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的机器人。春秋后期，我国著名的木匠鲁班，在机械方面也是一位发明家，据《墨经》记载，他曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日不下”，体现了我国劳动人民的聪明智慧。公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人——自动机。它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像，它可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。 1800年前的汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。计里鼓车每行一里，车上木人击鼓一下，每行十里击钟一下。后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”，并用其运送军粮，支援前方战争。 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶，并在大阪的道顿堀演出。 1738年，法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。在当时的自动玩偶中，最杰出的要数瑞士的钟表匠杰克·道罗斯和他的儿子利·路易·道罗斯。1773年，他们连续推出了自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，他们创造的自动玩偶是利用齿轮和发条原理而制成的。它们有的拿着画笔和颜色绘画，有的拿着鹅毛蘸墨水写字，结构巧妙，服装华丽，在欧洲风靡一时。由于当时技术条件的限制，这些玩偶其实是身高一米的巨型玩具。现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，它制作于二百年前，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键而弹奏音乐，现在还定期演奏供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。 19世纪中叶自动玩偶分为2个流派，即科学幻想派和机械制作派，并各自在文学艺术和近代技术中找到了自己的位置。1831年歌德发表了《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克鲁斯”；1870年霍夫曼出版了以自动玩偶为主角的作品《葛蓓莉娅》；1883年科洛迪的《木偶奇遇记》问世；1886年《未来的夏娃》问世。在机械实物制造方面，1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些适用化的机器人相继问世，1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。1959年第一台工业机器人（可编程、圆坐标）在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。现代机器人现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。自1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，其结果之一便是1952年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，原子能实验室的恶劣环境要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。 1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂组成。 1965年，MIT的Roborts演示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。 1967年日本成立了人工手研究会（现改名为仿生机构研究会），同年召开了日本首届机器人学术会。 1970年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。1970年以后，机器人的研究得到迅速广泛的普及。 1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人，它是液压驱动的，能提升的有效负载达45公斤。到了1980年，工业机器人才真正在日本普及，故称该年为“机器人元年”。随后，工业机器人在日本得到了巨大发展，日本也因此而赢得了“机器人王国的美称”。随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。将机器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——机器人化机器。

机器人是如何发明的？

自从世界进入技术时代以来，人们就开始了对自动化技术的探索，幻想能够制造出一种自动化的智能工具来代替人的部分体力和脑力劳动，去做一些靠人的自身能力很难做到的事。于是一个用电器元件或电子仪器控制的，能够模拟人的四肢动作和部分感觉（甚至具有思维能力）的机械装置便在人们的头脑中诞生了，这就是机器人。

这个长期以来的愿望直到20世纪60年代后期才被实现。1966年，一个具有极简单智能的机器人雏形问世了。这是一种只能听从固定和变换工作程序的指令，并能进行简单机械动作的装置，被称为第一代机器人。当时，一架载有氢弹的美国飞机在地中海上空不幸遇难，一枚氢弹坠入海中。为了避免弹体核燃料因破损渗漏产生辐射对打捞人员造成伤害，一个装有电视眼和机械手的简易装置被制造出来。利用它，科学家们毫不费力就将氢弹安全地打捞了上来。同年，美国某家医院安装医疗装备放射线源时，有半支香烟头大小的放射性钻C60掉了出来，结果也是用这种简单的机械人拾起，并放入铅盒内的。

从此，机器人引起了各国科学家们的广泛注意和研究。仅在1967年，美国就有75台机器人用于生产。这一年，苏联的人造月球卫星就是指派机器人挖取月球岩石和土壤试样的。

第二代机器人已经具有视觉和触觉功能，能在“理解”周围环境的情况下进行工作，是在20世纪60年代末小型电子计算机广泛推广使用和价格降低的条件下出现的。它由电子计算机控制、存贮和处理周围环境反馈的信息，进行判断，然后按既定的要求进行操作。制造第二代机器人的设想早在1958年就在美国被提出来。1961年底，科学家研制出的用电子数字计算机控制的机械手模型，在近10年后才得到推广使用。1970年，丹麦人索伦森制成一个可以操纵挖掘机的电子液压控制式机器人；美国同时也研制出模仿人的肩、肘、腕和手指动作的机器人，可以用几种速度连续行走。以后世界上又陆续出现了有触觉和重量感的机器人。

第三代机器人是具有人的简单智力和学习功能的机器人。它能满足两种基本要求：一种是具有较大的自由度和灵活性，能在复杂条件下完成多种处理物品的形状和相对位置的任务；另一种是具有识别环境及其变化，并作出正确判断和进行工作的能力，具有进行联系“思考”和学习的能力。

20世纪70年代初，日本科学家研制成功具备“手—眼”装置和带触觉手的智能型机器人。它有两只眼，一只眼用于看图纸，另一只眼协助机械手进行装配，依靠两只眼的协调配合，完成对图纸设计的实际装配工作。1973年7月，日本早稻田大学研制成一种有腿的机器人。它具有人造耳，可根据人们的口头指令作出反应。它还具有识别物品的人造眼和有触觉的人造手，以及可作出简单回答的人造口。这项研制标志着机器人的发展进入了一个新阶段。1974年，美国航空航天局和加省理工学院又研制成具有电视摄像机和激光器功能的人造眼和编入几千个指令的电脑，用于对月球表面进行科学考察。

到1978年，智能机器人已发展成具备某些视觉、触觉和温度感应功能，能讲简单的语言和识别图纸与图像，并能对指令作出反应和执行操作。不同类型和用途的机器人已大量应用于生产线上，在陆上、水下和月球表面等人难以或不可能进行工作的地方，机器人都可以大显身手。

目前，全球科技工作者对机器人的研制正向着进一步模拟人的部分智能和感觉的方向迅速发展。2000年底日本几家公司还研制成功了能与人一样行走和打乒乓球的机器人。

管道机器人的国内发展

70年代，石油、化工、天然气及核工业的发展及管道维护的需要刺激了管内机器人的研究。一般认为，法国的J. VR`ERTUT最早开展管内机器人理论与样机的研究，他于1978年提出了轮腿式管内行走机构模型IPRIVO 80年代日本的福田敏男、细贝英实、冈田德次、屈正幸、福田镜二等人充分利用法、美等国的研究成果和现代技术，开发了多种结构的管内机器人。韩国成均馆大学的Hyouk R. C.等人研制了天然气管道检测机器人MRINSPECT系列。我国管内机器人技术的研究己有20余年的历史，哈尔滨工业大学、中国科学院沈阳自动化研究所、上海交通大学、清华大学、浙江大学、北京石油化工学院、天津大学、太原理工大学、大庆石油管理局、胜利油田、中原油田等单位进行了这方面的研究工作。对于管道机器人的研究，以前对多轮支撑结构的研究较多，才研究传统轮式移动机器人直接用在圆形管道的检测和维护。空间多轮结构的管内机器人的轮子与壁面接触时，接触点与轮心的连线在柱面的半径方向上，并且轮子的行驶方向与柱面的母线平行，这是单个轮子在管道曲面上位姿的一种特殊情况。轮式移动机器人在管道中运行时，由于管道尺寸大小不、具有弯道和“T”型接头等，轮式移动机器人的每一个轮子在管道中的位姿是不可预测的产轮子的轴线方向可能不垂直于圆管的半径方向，所以有必要分析单个轮子在圆管曲面上任意位姿时满足纯滚动和无侧滑条件下的运动学特性。对于轮式管道机器人在实际应用过程沪遇到的问所譬如在弯管，和不规则管道时发生运动干涉，由于内耗造成的驱动力不足，由于壁面的变形万以及机器人本身的误差，导致机器人在管道中偏离正确的姿态，甚至侧翻和卡死这些问题。国内外的研究人员主要从结构上，如采用差速器、柔性联接等方面进行解决，但这会使结构更加复杂，增加成本。

对于轮式管道机器人，精确的运动学模型是实现精确运动控制的基础。对单个轮子、轮式移动机器人在管道曲面上的运动学特性及控制理论方面分析很少，需要建立一套关于轮式管道机器人运动学的理论。

Campion等人在前人研究成果的基础上，对轮式移动机器人在水平平整路面上的运动学与动力学模型进行了分析，总结了四种状态空间模型:二位姿运动学模型，位形运动学模型，位姿动力学模型，位形动力学模型。Karl Iagnemma等人分析了轮子与地面不是刚性条件下，地面为不规则路面时，轮子与地面的各种接触情况，一建立不厂套基于轮子与地面接触特性的模型理论。但上述模型前提假设是轮子和地面是不可变形的，地面是规则的水平路面。当轮式移动机器人运行在圆管中时，由于圆管管内环境是三维的曲面环境，轮式移动机器人实际运行在一个空间曲面上，所以上述模型不能应用于圆管中的轮式移动机器人。

由于轮式清污机器人在圆管中作业时运行在三维的空间中，其运动学模型和平面上轮式移动机器人的运动学模型完全不同，需要在考虑几何约束和速度约束的前提下，分析轮式移动机器人的控制输入与机器人位姿坐标变化之间的关系，建立其运动学模型。日前，国内外轮式管道机器人的研究热点主要是提高轮式管道机器人的可控性、通过性，机器人朝着自主行驶作业的方向发展。虽然很多学者从结构方面提高了机器人的性能，但对轮式移动机器人在圆管中的运动控制论方面还缺乏深入系统的分析。所以需要根据该运动学模型，设计相应的算法，使机器人在圆中实现稳定控制为满足工程应用的需要。

对于轮式排水管道机器人，除了从结构设计，材料选型需要下功夫之外，主要的科学问题在于建立轮式机器人在圆管中的运动学模型，并设计相应的控制算法，使机器人能够自主行驶作业，也能够根据姿态信息，手工操作控制其保持水平行驶作业，不出现侧翻、卡死、驱动力不足，有良好的可控性。

为了建立轮式机器人在圆管中的运动学模型，解决以下4个问题，并设计相应的运动控制算法从理论上需要解决：

(1) 单个轮子在管道曲面上的任意位姿时轮心的瞬时速度，轮心的轨迹单个轮子在管道中运动学特性的科学问题在于对其位姿的描述卜以及其在满足纯滚动和无侧滑条件下轮心的速度。

(2) 分析轮式移动机器人在管道曲面的几何约束，推导出6个位姿坐标之间的关系

轮式机器人在管道中运行在三维的柱面环境中，其位姿坐标从平面上的3维变成了空间的6维。但由于机器人在管道中运行时，具有特定的几何约束tY这6个位姿坐标并不是互相独立的，所以有必要推导出这6个位姿坐标之间的关系。

(3) 建立轮式移动机器人在圆管曲面上的运动学模型，推导运动学模型的难点在于如何建立控制输天与位姿坐标变化率之间的关系。机器人的控制输入直接影响轮心的速度，而轮心确定了机器人刚体的速度，所以需要分析机器人刚体与轮心速度之间的关系。这一问题的实质在于推导机器人瞬时螺旋运动参数和控制输入的关系，导机器人的位姿变化率与控制输入之间的关系。

(4) 根据运动学模型和作业要求卜设计相应的控制率，使机器人在管道中能够保持水平行驶，根据已经建立的运动学模型，把姿态角作为状态变量，通过姿态传感器的反馈，设计相应的控制率，控制机器人在管道中按照要求的姿态行驶。运动学模型主要用来设计控制率和运用李雅普诺夫(Lyapunov)函数对其进行稳定性分析。

主要研究内容：

(1) 管道曲面的几何建模，研究单个轮子在管道曲面上任意位姿下的运动学特性，分析其在满足纯滚动和无侧滑条件下轮心速度与驱动控制输入的关系，轮心轨迹与轮子位姿的关系。

(2) 轮式移动机器人在圆管曲面上的几何约束分析，根据轮式移动机器人在圆管中每个轮子与壁面相切的条件，分析其在圆管中的几何约束，特别是姿态坐标和空间位置坐标6个坐标之间的关系。

(3) 柱面上轮式移动机器人的运动学分析

本项目将分析机器人控制输入与机器人螺旋运动参数之间的关系，进而推导圆管中轮式移动机器人的运动学模型，并通过仿真实验验证该运动学模型。

(4) 设计一套轮式移动机器人系统和相应的控制算法，设计一套轮子可以展开，并设计相应的运动控制算法，使机器人能够在管道中保持水平行驶作业。

施罗德工业测控设备有限公司在爬行机器人平台的总体研究方案

(1) 单个轮子在圆管曲面上的运动学特性分析

单个轮子在圆管曲面上的位姿与运动描述借鉴单个轮子在平面上的位姿与运动描述，通过接触点的切平面推广到圆管的曲面上。以水平圆管中单个轮子分析为例。轮子与圆管的内壁面接触点Q点，圆管的柱面是一个空间曲面，而轮子的外缘圆是一条空间曲线，那么Q同时在空间曲线和空间曲面上。过Q作空间曲线的切线m和空间曲面的切平面，同时作圆柱母线I，那么m和I在切平面上。切平面的法向量，即过接触点的圆柱的半径矢量，和切线m的法线之间的夹角为旦，切线m与柱面母线!之间的夹角为a。确定了单个轮子在管道曲面上位姿描述之后，推导其在管道曲面上纯滚动时轮心的轨迹方程。当轮子以角速度。在柱面上纯滚动时，柱面上与轮子接触点的轨迹是一条圆柱螺旋线，可推导出其轨迹参数方程。为了推导出轮心的轨迹，以接触点Q处的切矢、主法线与副法线为坐标轴建立活动坐标系，即弗朗内特(Frenet)活动标架，求解出轮心C点的坐标，然后对其进行微分，即可计算出柱面上单个轮子满足纯滚动和无侧滑条件下轮心瞬时速度和轮心轨迹扩用同样的方法分析单个轮子在圆管弯道的曲面上，16T”型接头处的满足纯滚动和无侧滑条件下轮心瞬时速度和轨迹。根据推导的理论，设计轮式管道机器人新型的轮子。

(2) 轮式移动机器人在圆管曲面上的几何约束分析入，轮式移动机器人在管道曲面上的位姿用机器人上一点空间坐标和机器人的欧拉角表示。把轮子简化成圆盘之后，每个轮子的外缘圆可以用空间圆的方f养示出来。于四轮或者多于四轮的多轮机器人，机器人在管道的柱面上运行时，都能找到三个同时与壁面接触轮子。机器人在圆管的柱面上行驶时，3个与壁面接触的轮子与圆管的柱面始终相切‘那么对于每个轮子，轮子与壁面接触点的切向量垂直于圆管半径向量，同时垂直与轮子半径向量。根据这一相切条件可以推导出3个约束方程，推导出机器人的空间坐标和欧拉角这6个坐标之间的关系。

(3) 轮式移动机器人在圆管曲面上的运动学建模:，轮式移动机器人在圆管中运行时，轮心之间的相对距离不变，轮心和机器人本体上所有质点之间的距离不变，所以不包括轮子，俱包括轮心的轮式机器人本体可以看成一个刚体。轮式机器人在圆管中的运动是一个刚体螺旋运动。轮心既是刚体上一点，又是轮子上的一点，所以通过轮心的速度建立机器人各个轮子运动学特性与机器人本体的运动学特性之间的关系。

轮式移动机器人的控制输入通常为驱动轮的转速和舵轮的方向角。在某一时刻，机器人的位姿坐标作为状态变量已知，广对于驱动轮，可以根据前面单个轮子在圆管中的运动学特性分析结果求解出轮心的瞬时速度大不和方向户对于与壁面接触的被动轮，可求解出轮心瞬时速度的方向。

根据两个轮心的速度可求解出轮式移动机器人做瞬时螺旋的螺旋运动参数，根据此螺旋运动的角速度向量可推导出欧拉角的变化率以及机器人坐标系原点的速度向量，进而可推导出机器人的控制输入与位姿坐标变化的关系，即圆管中轮式移动机器人的运动学模型。

(4) 研制二套圆管中轮式移动机器人实验系统，进行相关验证实验设计一套轮子一可张开，即左右两排轮子可以由原来平行伸展成“八”字型的新型轮式移动机器人系统，配置相应的透明的管道，通过样机的实际实验验证己建立的理论.

爬行机器人搭载平台又称“运动搭载平台”，是以运动机构作为载体，根据生产任务可选择性搭载相关检测仪器的平台。已应用于军事、电力、石油石化、无损检测、市政、考古等行业,施罗德工业对这一项目的研发投入了一定的精力，在一批批优秀人才的攻克下，产品销售国内外。深圳质量报告（三）详细讲解了此公司为城市跳动的脉搏打造过硬的管道检测设备。宋清荣

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