纳米机器人发展综述

纳米机器人发展综述（共7篇）

纳米机器人发展综述 篇1

纳米科学技术与纳米材料发展综述

摘 要:介绍了纳米科学技术、纳米材料的概况及纳米材料的结构、特性、制备方法和应用前景.关键词:纳米科学技术;纳米材料;纳米效应

纳米是长度单位，原称“毫微米”即10’9米(10亿分之一米)。纳米科学是研究在1一100纳米内原子、分子和其他类型物质的运动和变化的学问。在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工，称为纳米技术。20世纪80年代，纳米材料体系开始为科学家所关注，目前已成为跨世纪材料科学研究的热点。纳米科学技术

纳米科学技术是在0.1~100 nm尺度上研究和应用原子、分子现象,并由此发展起来的多学科的、基础研究与应用研究紧密联系的新的科学技术.它是现代物理(介观物理、量子力学、混沌物理和分子生物学等)和先进工程技术(计算机、微电子和扫描隧道显微镜等技术)结合的产物.纳米并非是一个新名词,但是在Nano ST中的纳米却是一种新的思考方式,即生产过程要越来越精细,以致最后在纳米尺度上直接由原子和分子制造具有特定功能的产品.因此,随着Nano ST的发展,必将引发一系列新的科学技术.国际纳米科技会议将纳米科技分为6个主要部分,即纳米电子学、纳米物理、纳米化学、纳米生物学、纳米机械学和纳米测量学.其中纳米电子学处于重要地位,其研究的直接目标就是新型的纳米电子器件,在纳米器件中,最有特色的是单电子器件.其典型结构是纳米粒子,它的电子结构特点是一个势阱内具有分立能级的量子点,若处于量子点内的电子能量高于热起伏,那么就可以检测到单电子隧穿现象.在此基础上可以构造单电子晶体管、逻辑电路、存储电路以及纳米功能元件阵列的超高密度集成电路.与现在的微电子器件相比,它具有更低的功耗、更快的开关速度、更高的存储密度以及更高的集成度.因此,它不仅有丰富的理论内容,而且有极为现实的应用前景.2 研究纳米科技的背景和意义

从真空电子管的发明到晶体管的出现,从集成电路的诞生到大规模集成电路和超大规模集成电路的广泛应用,每一代小型化电子器件的出现,都带来了电子技术的革命,推动了电子科技的迅速发展,也促进了其它科技和社会生产的进步.特别是以微电子器件为基础的高速计算机的出现和个人计算机的广泛应用,使人类社会进入了计算机时代.促进计算机时代继续发展的一个重要因素是微电子器件的集成度不断提高,其芯片上的功能元件尺寸不断减小,按照目前功能元件尺寸减小的速度推算,不久的将来,芯片上功能元件的尺寸将进入纳米范围.目前,人类广泛应用的功能材料和元件,其尺寸远大于电子自由程,观测的电子输运行为具有统计平均结果.描述这些性质的主要是宏观物理量,现已有成熟的理论和技术.当功能材料和元件的尺寸逐渐减小到纳米量级时,其物理长度与电子自由程相当,载流子的输运将有明显的量子力学特征,传统的理论和技术已不再适用.因而,需要发展基于电子的波动性、电子的量子隧道效应、电子能级的不连续性、量子尺寸效应和统计涨落等特性的新的理论和新的技术.传统科学技术中元件尺寸是从毫米向微米过渡,现在,在新技术、新效应的应用中,功能元件的尺寸要求从微米向纳米过渡.如果再进一步发展,需要组装性能更新颖、结构更复杂的功能元件,就需要开发新材料和相应的组装技术,也就更需要多学科的协作与交叉发展.因此,从80年代后期开始逐渐发展起来了一个新的综合性的多学科交叉的研究领域———纳米科学技术.纳米科学技术的诞生将对生产力的发展产生深远的影响,并且有可能从根本上解决人类面临的一系列问题,例如粮食、健康、能源和环境保护等重大问题。纳米材料学

纳米材料学是纳米科技领域中发展最为迅速的学科。纳米材料包括纳米颗粒材料和由纳米颗粒组成的纳米相块体材料。纳米材料学主要研究纳米材料的制备、结构、性能及其应用等，是纳米科技与材料学交叉而成的边缘学科。

3.1纳米材料的特性

在生产实践中人们发现，如果将宏观尺度的物质微细化到纳米尺度，这种纳米颗粒在性能上就表现出与原宏观尺度物质完全不同的性质，人们将这种纳米颗粒称为“物质的新状态”。纳米物质之所以表现出这些奇异的性能，主要是由于物质进人纳米尺度后表现出了一些宏观物质不具备或在宏观物质中可忽略的物理效应。据目前人们对纳米颗粒的研究，这些效应主要有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等。

3.1.1表面效应

凝固态物理学告诉我们，处于物质内部的粒子和处于物质表面的粒子其状态完全不同，后者具有很高的能量和化学活性，在电子显微镜的电子束照射下，表面粒子仿佛进人了“沸腾”状态。一般情况下，由于表面原子数和整个物质的原子数相比微不足道，所以无表面效应显示。但当物质的尺度进人纳米量级，表面原子数就达到了不可忽略的地步(表1)，这时表面效应就表现得非常明显。纳米材料的表面效应可增加材料的化学活性、降低熔点等。利用这一特性可制作高效催化剂、敏感元件、用于高熔点材料冶金等。实际上，目前已成熟的粉末冶金法及无机材料行业普遍采用的粉碎一成形一烧结工艺流程，在一定程度上就是利用了这一原理。

3.1.2量子尺寸效应(九保效应)能带理论指出:由无数原子组成固体时，各原子的能级就合并成能带，由于各能带中电子数目很多，能带中能级间隔很小，可以看成是连续的。但对于纳米粒子，能带中能级间隔增大;当能级间距大于热能、磁能、电能、光子能量或超导态的凝聚能时，物质就会呈现出一系列与宏观物质截然不同的反常特性，这就是量子尺寸效应。量子尺寸效应会导致纳米物质在磁、电、光、声、热以及超导性等方面表现出与宏观物质显著不同的特性。例如，导电的金属在纳米状态下变成绝缘体;磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，光谱线会向短波长方向移动等。有人曾利用九保关于能级间距的计算公式计算出金属银粒子在IK时出现量子尺寸效应时的临界尺寸为14nm，指出当银粒的粒径小于14nm时将变成绝缘体。

3.1.3小尺寸效应

当固态物质的粒子尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特性尺寸相当或更小时，晶体周期性边缘条件将破坏，非晶质的表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热等特性发生显著改变，即谓之小尺寸效应。小尺寸效应为纳米物质的实用技术开拓了新领域，如果磁性物质当其处于纳米尺度时具有很高的矫顽力，可以制成磁卡，或制成磁性液体，广泛用于电声器件、阻尼器件、旋转密封、润滑、选矿等领域。利用等离子共振频率随尺寸变化的性质，可以通过改变纳米颗粒的尺寸控制吸收边位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、飞机隐型等。

3.1.4宏观量子随道效应

电子等微观物质具有穿越热垒的能力称隧道效应。现在人们发现一些宏观的量如纳米颗粒的磁化强度、量子相干器中磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观量子隧道效应。宏观量子隧道效应早期曾被用来解释纳米镍在低温下继续保持超顺磁性等，后来发现在许多纳米物质中普遍存在。对宏观量子隧道效应的研究既有基础理论意义，又有重要的实用意义。它限定了磁介质进行信息存储的时间极限。量子尺寸效应和宏观量子隧道效应一起将会是未来电子器件的基础，一方面它指出了现有电子器件微型化的发展方向，同时又确定了其限度。纳米材料的制备方法

制备高纯、超细、均匀的纳米微粒，发展新型的纳米材料，就显得格外重要。通常，纳米微粒制备的要求是:(l)表面洁净;(2)粒子形状及粒径、粒度分布可控，防止粒子团聚;(3)易于收集;(4)有较好的稳定性;(5)产率高。随着纳米微粒研究的深入，对纳米超细微粒提出了不同的物理、化学特性需求，而解决问题的关键就在于研究、发展新的合成技术，并实现纳米材料的规模化、产业化。纳米超细微粒的制备方法很多，总体上可分为物理方法和化学方法，以物料状态来分可归纳为固相法、液相法、气相法，进而发展、衍生出模板合成法。具体包括固相物质热分解法，物理粉碎法，高能球磨法，水热合成法，表面化学修饰法，化学沉淀法，胶体化学法，溶胶—凝胶法，电解法，激光加热蒸发法，气相等离子体沉积法等。合成的方法各有优缺点，通常存在的问题往往是反应需要高温、大量使用有机溶剂、过程控制复杂、设备操作费用昂贵、颗粒均匀性差、粒子容易粘结或团聚等。因此，需要根据对纳米材料的不同要求和特点，选择研究不同的合成方法。由纳米粉体制备具有极低密度、高强度的催化剂、金属催化剂载体以及过滤器等工艺有待改进。

5纳米技术的前景

现在很多国家，尤其是美国、日本和欧洲都非常重视发展纳米技术，他们在纳米技术研究和应用方面投人的经费成倍地增加，我国政府也十分重视纳米技术的基础研究和应用。据有些科学家分析，我国目前纳米技术的基础研究处于世界上第5第6位，应用研究主要是纳米粉体(材料)的研究处于世界先进地位。纳米技术将是二十一世纪最关键的科学技术，将是二十一世纪里各个国家实力较量的最主要、最根本的领域，二十一世纪将是纳米技术的时代。

参考文献

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纳米机器人发展综述 篇2

关键词：纳米机器人,纳米科技,生物医学

随着纳米科技的不断发展,产生了纳米机器人技术,研制可编程的纳米机器人。纳米机器人涉及分子仿生学和电子控制技术的范围,以分子水平的生物学原理来设计研制出可对纳米空间级进行操作的“功能分子器件”,研发出能操控生物分子的纳米级结构,突破了传统机器结构的限制,纳米机器人的研发已成为当今科技的前沿热点,具有较强的创新性和前瞻性,备受世人瞩目,具有广泛的应用前景。

1 国内外研究现状

近年来,国内外对纳米机器人的研究越来越热,并取得了一定的进展,部分国家已经研制出纳米机器人的样机。美国在纳米机器人的设计和研究领域处于世界领先水平。纽约大学的科学家研制出一个双足分子机器人,该机器人可以运送原子,可以作为精密医学的工具。加利福尼亚大学的科学家研制出一种能够凭借自身生长的肌肉行走的微型机器。科学家将鼠心肌细胞附着在约200μm长的硅制框架上,这些心肌细胞在接近自然状况的培养环境中生长分裂,长成了约100μm的肌肉,这些肌肉吸收溶液中的葡萄糖后就能够自主收缩和舒张,从而带动硅制框架缓慢向前行走,形成了微型机器人,为纳米机器人动力系统的研制提供了有效方法,这种方法在医学上能够用来清除血管内的脂肪斑。哥伦比亚大学研制出一种“纳米蜘蛛”微型机器人,该机器人只有4nm大小,由DNA分子构成,能够跟随DNA的运行轨迹移动,在二维体表面可以行走100nm,可用于医疗领域,进行疾病诊断、协助手术过程、清理血管垃圾等。加拿大、法国、日本、瑞士、以色列、德国等国也在纳米机器人领域开展了富有成效的研究工作。加拿大蒙特利尔理工大学在纳米机器人的运动控制方面取得了进展:在计算机控制下,成功地引导了一个微型装置在活体动脉内以10cm/s的速度运动。法国国家科研中心则成功地利用特种显微镜仪器,让一个分子做出了各种动作。日本东京大学的科学家成功地将2个分子机器人组装在一起,形成了一个分子机器复合体,紫外线和可见光能够为这个超微型分子机器提供动力。利用光的控制,这个分子机器人能够充当“机器人外科医生”,可穿行于人体血管以及杀死癌细胞。瑞士苏黎世实验室和巴塞尔大学、韩国等都研制出了不需要电池的纳米机器人,为纳米机器人未来在医疗中的应用拓宽了方向。以色列的科学家发明了一种只有几毫米大小的微型机器人,该机器人能够凭借细小的附属肢体在血管里附着和移动,科学家通过在病人体外制造磁场来控制这些附属肢体的动作,所制造的磁场能够使微型机器人的肢体发生振动,并且在血管中进行运动。在纳米加工或操作的自动化装置方面,德国曾经研制出具有信息处理、导航和通信能力的微型直升机,这种基于多方面纳米技术的微型飞机可以旋停、低飞、高飞,可以实现侦察、引导导弹攻击目标等功能。我国纳米机器人的研究工作开展不多,研究工作主要集中在沈阳、重庆、上海、北京等地,其中北京在生物纳米机器人的部分领域已经达到国际先进水平。

当前生物纳米机器人研究工作已从第一代生物机械简单结合系统(例如用碳纳米管作结构件,分子马达作为动力组件,DNA关节作为连接件等)发展到第二代由原子或分子装配的具有特定功能的分子器件(例如直接用原子、DNA片断或者蛋白质分子装配成生物纳米机器人),未来还将向第三代包含纳米计算机在内的进行人机对话的操控性纳米机器人发展。第三代生物纳米机器人目前还处于设想阶段。目前,在全世界范围内用于严格意义上纳米加工或操作的自动化装置发展较少,包括以环境扫描电镜为平台的多功能微纳操作、表征及微加工系统等,能对微小零部件进行纳米级加工的“纳米车床”等主要还停留在概念设计阶段。

2 纳米机器人

一般认为,纳米机器人是根据分子水平的生物学原理为设计原型,在纳米尺度上应用生物学原理,研制可编程的分子机器人。它是纳米机械装置与生物系统有机结合的产物。当人体某个部分感染时往往会服用或注射抗生素,但是抗生素在血液里会被稀释,真正起到治疗效果的只有一小部分药物,大部分人则可以直接把小剂量的药物送至感染部位,减少了副作用,还提高了治疗效果。在生物医学上,科学家还利用纳米技术制造纳米机器人,让它在人的血管网络中漫游,进行巡逻和检查,尽早发现异常细胞,而且可以对人体内细胞组织进行修复。它不仅可以完成早期诊断工作,更重要的是可以充当微型医生发挥治疗作用,解决传统医生难以解决的问题,如:杀死癌细胞、疏通血栓、清除动脉脂肪沉积物等。这种简单的机器人,可以是一个人造红细胞,约由1800万个主要是碳的原子构成,能模仿正常的充满血红素的血红细胞行为,该装置上的压力传感器可接收医生的信号,在人体内的它们还可以实时监测人体在不同条件下的各类信息,如不同时间人体内不同位置处的各类化合物的水平,从而形成动态图像,形成了一种新的医学成像方法。纳米机器人还可以用来为人体器官做手术、为脑部动手术等。

3 纳米机器人的应用

目前,纳米机器人尚在研究开发阶段,但其潜在应用十分广泛,主要体现在医疗和军事上。

3.1 纳米机器人在医疗上的应用

在生物医学上,纳米技术具有无限的潜力,纳米机器人的研制成功成为纳米研发领域的骄傲。纳米机器人不但能够修复细胞与基因,还能够清除体内垃圾、养护血管。

(1)细胞与基因的修复。随着人类对物质控制能力的不断进步,分子大小的机械部件将会诞生,它们可以组装成比细胞还要小的微型机器。人工制造的“细胞修复机”在纳米计算机的操纵下,可以对原子逐个进行操作,修正DNA的错误,维护个别细胞的成分,从而达到对整个基因细胞的修复。

(2)清理体内垃圾。人体是一个保持自然平衡的有机体,新陈代谢的过程可以起到吸收新鲜养分、排除有害物质的作用。但有时候人体自身平衡出现问题,无法实现自我平衡。例如,人体铅、汞中毒后,机体无法排出,也无法分解这些元素。这时,如果让纳米机器人进入体内,就会极具目的性地把这些有害物质清出体内,使人体恢复自然平衡。

(3)养护血管。人体的脑部血管有些地方天生脆弱,平时很难被察觉,但在意外情况下,可能会突然发生破裂,导致脑溢血。如果让纳米机器人事先进入血管,仔细检查,并且一一修复那些脆弱血管,就可以避免这类悲剧的发生。有时血管中会产生血栓,堵塞血液正常流动。如果将纳米机器人导入血管,可以把血栓打成小碎片,避免血栓的进一步扩大。

3.2 纳米机器人在军事上的应用

世界各国的军备竞赛已经延伸到了纳米领域,各国都在探索利用纳米技术进行军事装备的升级与改造。多国已经开展了有关纳米机器人在军事应用上的探索,主要体现在以下几个方面。

(1)用于传统的武器装备中。纳米机器人用于传统的武器技术装备,能够改善装备材料、工艺、控制系统、制导系统、运输和储存方式,提高传统武器技术装备的技术性能,使作战装备的杀伤效能得到有效提高。

(2)用于开发新的人体作战手段和方式。特殊的纳米微型组件能够堵住人体的脸、鼻、口、眼或粘住手、脚等,利用其这一特性,可以限制敌军的活动。

(3)研制纳米武器。纳米武器是纳米机器人在军事应用上的另一个研究热点,如果将纳米武器注入到人造或杂交的昆虫体内,昆虫便将这些纳米武器传播到敌国军民的身体中,造成巨大的杀伤力。同时,纳米机器人还可通过自我复制或自我繁殖的方法迅速在敌方阵营中扩散。随着纳米武器的诞生和大量运用,传统的作战方式不断更新,纳米技术水平的高低对战争的胜负影响越来越大。

4 纳米机器人发展的前景展望

在21世纪,纳米科学技术将成为科学技术发展的主流。纳米机器人的发展是化学、物理、生物、工程、医学、材料科学等多门学科发展的结果,必将促进21世纪科学技术大军的跨学科教育。纳米机器人将对21世纪初的经济与社会产生深刻影响,也许可与信息技术、细胞生物学、遗传生物学与分子生物学的影响匹敌。从应用的范围和潜力方面讲,无论是军用还是民用,纳米机器人的未来是不可估量的,由于其不同的功能,高表面积与体积比,纳米结构对于化学和生物传感器、医疗设备、触媒、光电材料和纳米元件非常重要。多种材料选择加上不同的合成策略,产生了不同形态的纳米材料,如纳米级薄膜、纳米线、纳米管、纳米带、纳米粒子和纳米多孔结构等。这种多功能的和多成分分层的异晶结构是非常有用的,必将在许多方面影响我们的生活,从纳米汽车到纳米电子技术,随着纳米机器人技术逐渐产业化和日趋成熟,其产业化和市场化的前景是十分可观的。

5 结论

随着科学技术的不断发展,纳米机器人已经与信息技术、生命科学技术等一起成为科学技术进步的重要方向。纳米机器人的设计与制造已成为世界上人们关注的热点,成为21世纪科学技术进步的发展动力。纳米机器人的发展方向是多种技术的综合应用,以实现各种技术的优势互补。因此要想通过纳米机器人的研发带动纳米技术的整体蓬勃发展,还需要研究人员不断开拓创新,逐一解决研发中的各种问题,为早日突破纳米机器人技术占领世界技术至高点奠定基础,最终使纳米机器人早日走入人民生活,造福人类。

参考文献

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[2]付宏刚,刘克松,王江,等.功能纳米结构的组装[J].哈尔滨工业大学学报,2005,37(5):978.

[3]崔铮,陶佳瑞.纳米压印加工技术发展综述[J].世界科技研究与发展,2004,26(1):7.

[4]王素娜,江国庆,游效曾,等.无机分子纳米材料的研究进展[J].无机化学学报,2005,21(1):1.

[5]陈俊才.浅谈我国纳米科技的发展状况[J].技术与市场,2008(5).

纳米机器人发展综述 篇3

[关键词]工业机器人；发展历史；趋势；文献综述

1. 工业机器人的界定

我国的机器人专家（2007）从应用环境出发，将机器人分为工业机器人和服务机器人两大类。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。

2. 工业机器人产业发展历史与产业趋势研究

自1961年美国Unimation公司生产的第一台工业机器人问世以来，工业机器人在各国尤其是欧美、日本发展迅速，并呈现出适合各国国情的不同的产业发展路径，工业机器人技术突破也一直未停止，从最初的两轴到如今六軸机器人的广泛应用、从液压驱动到电动马达，应用领域从汽车工业已拓展到电子电气、食品包装等其他行业。国内外的专家学者亦对各国工业机器人产业发展历史及未来发展趋势做了大量研究工作。

2.1 各国工业机器人发展历史研究

Kuni（1981）在研究日本机器人产业发展过程中发现，尽管日本机器人产业比美国起步晚，但日本已成为当今世界机器人第一大国，其主要原因是在机器人发展初期日本引进并吸收了大量美国先进技术，使得日本企业能够较短时间内掌握关键零部件的核心技术，并凭借在机器人工艺、质量上的优势，迅速占领市场，成功反超美国。

陈爱珍（2008）在研究日本工业机器人发展历史中发现，1980-1990年是日本工业机器人发展的黄金十年，机器人销量复合增速达到136%，其快速发展的主要原因来自日本国内劳动人口减少，劳动力成本上升以及政府政策的大力推广。

李刚（2014）对德国工业机器人的发展历程进行了梳理，认为德国工业机器人从起步晚到发展成为欧洲机器人强国过程中，政府发挥着重要的引导作用，从20世纪70年代推出的“改善劳动计划”到2013年的“工业4.0”战略，构建智能工厂，都可以看到政策的导向作用。

王京（2010）研究了美国机器人发展计划，发现美国机器人发展起步早，并制定了发展相关机器人核心技术的战略规划，将机器人技术开发重点放在仿人操作、自主导航、非结构化环境的感知、人机交互等方面。

王田苗（2014）认为尽管我国工业机器人销量全球第一，并在某些关键技术上有所突破，但仍缺乏整体核心技术的突破，尤其在高效减速机、伺服电机以及控制器等关键零部件方面，由于不具备核心技术，严重依赖国外进口。

从各国工业机器人发展历史研究文献来看，美国、日本及欧洲在发展本国工业机器人的进程中都找到了合适的发展模式，机器人产业发展顺应制造业转型升级的需求，而政府部门对于机器人产业发展的政策扶持力度直接影响到机器人发展的各个阶段。近年，我国政府部门也高度重视机器人产业发展，国务院、工信部及科技部等部位出台了包括《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》等多项政策文件，推动我国机器人产业发展。

2.2 工业机器人产业发展趋势研究

朱力（2003）认为随着工业机器人价格的降低和性能指标的提高，我国人工成本的增加、多元化的市场竞争和产业转型升级，以工业机器人为代表的智能装备将实现爆发式增长。

徐扬生和阎镜予（2012）研究发现20世纪60年代以来，全球工业机器人在发达国家工业领域应用广泛，尤其是在汽车生产线上得到广泛应用，并在制造业中，如锻造、焊接、机械加工成型、喷涂、码垛、打磨抛光、装配等作业中得到应用，未来工业机器人在3C制造、食品包装等领域将有更广阔的市场空间，工业机器人已经成为衡量一国制造业水平和科技水平的重要标志。

江宇靖（2007）从技术创新的角度分析了工业机器人技术变革的过程，发现工业机器人控制系统、驱动系统、传感系统及网络通讯功能等方面都取得了巨大的技术突破，并预计虚拟现实技术将在机器人中得到广泛应用。

赵杰（2012）研究了近几年国外知名工业机器人企业推出和正在研制的产品，发现新一代工业机器人正在向高性能化、柔性化、网络化、智能化发展。

从以上相关文献可以看出，未来工业机器人将呈现以下几个趋势：（1）工业机器人性能的不能提高（包括精度、灵活性、稳定性等），单机的价格将不断下降；（2）工业机器人应用领域不断扩大，未来3C行业、食品及医药行业、物流仓储行业将有巨大空间；（3）未来机器人的控制系统、驱动系统、传感系统将取得巨大技术突破，虚拟现实技术将在机器人中进一步推广。

3. 总结

从发达国家工业机器人发展历史经验以及产业未来趋势来看，本文认为有以下几点值得我国学习与借鉴：（1）找到适合国情的机器人产业发展路径；由于我国机器人产业仍处于中低端水平，企业缺乏关键零部件核心技术，因此，我国应尽早的从“美国模式”转向“日本模式”，掌握核心技术。（2）加大工业机器人产业政策扶持力度；从发达国家经验来看，政府对于机器人产业的支持与引导直接推动了整个机器人产业的飞速发展，我国政府主管部门应当继续加大对机器人产业的政策扶持力度，积极培育具备国际竞争力的龙头企业，形成配套产业集群。

参考文献

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[2]Kuni sadamoto：Robots In The Japanese Economy，TOKOY SURVRY 1981

[3]陈爱珍.日本工业机器人的发展历史及现状[J].机械工程师，2008，（7）：8-10.

[4]李刚. 德国机器人发展历史[J].机电一体化，2014（09）：12-15

作者简介

谢胜强（1969-），男，湖南长沙人，同济大学经济与管理学院副教授，博士，从事风险投资、城市产业规划研究。

明兴（1990-），男，湖南长沙人，同济大学经济与管理学院硕士在读，从事风险投资、城市产业规划研究。

碳纳米管综述（本站推荐） 篇4

碳纳米管改性高分子材料研究进展

赵

昱1，刘崇崇1，刘

杰1

(1.江南大学 纺织服装学院,江苏 无锡 214122)

摘 要 碳纳米管作为一种力学、电学、让热学性能优异的一维纳米材料，日渐成为下一代的纳米聚合物复合体系的增强材料.本文在对碳纳米管简要介绍的基础之上，对近年来其用于高分子材料的改性方面的研究进展进行综述.关键词 碳纳米管；高分子；改性

碳纳米管(carbon nanotubes，CNTs)，又称巴基管，属于富勒碳系，由单层或多层石墨片围绕同一中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管结构.其两端通常被由五元环和七元环参与形成的半球形大富勒烯分子封住，每层纳米管的管壁是一个由碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形网络平面所围成的圆柱面(图1).CNT根据管状物的石墨片层数可以分为单壁碳纳米管(single—walled carbon nanotubes，SWNTs)和多壁碳纳米管(multi—walled carbon nanotubes，MWNTs).一些缺陷部位(图2)，这些缺陷部位存在大量的悬挂键，这些悬挂键的活性较高，在一定的条件下可以与外来氧原子结合生成碳一氧键.这是碳

[1]

纳米管用于高分子材料改性的理论基础.(a)碳纳米管表面缺陷处羧基化（b）十八胺与碳纳米管

缺陷处反应

图2碳纳米管表面缺陷处功能化反应

图1 碳纳米管结构示意图

目前，对碳纳米管的研究已取得瞩目成就，无论是结构、性能，还是应用，人们已对碳纳米

本文对近年来碳纳米管用 管有了较全面的认识．

于高分子材料的改性研究进展进行了简要介绍.碳纳米管是优秀的一维介质,由于其特殊的结构,π电子能在管壁上高速传递,而不能在径向上运动.故碳纳米管具有特殊的电学性能.碳纳米管由卷曲的石墨片构成，具有石墨导热率高和巨大长径比的特点，因而其又是优良的热传导材料．碳纳米管的杨氏模量可达1．8TPa，力学性能优秀,因此可用于许多新型超强复合材料的设计.碳纳米管的端帽部由活性相对较高的碳一碳五元环组成，这些碳一碳键在受到强氧化剂攻击时较易断裂；另外，碳纳米管管壁通常还存在 聚酯酰胺碳纳米管复合材料

多壁碳纳米管的力学性能优异，因此它可用

于许多新型超强复合材料设计.而且近年来多壁碳纳米管的价格已大为下降，原料也已相对丰富，可以预见碳纳米管和高分子材料复合研究也将更加广泛.聚酯酰胺具有良好的机械性能和降解性，而利用碳纳米管可以改善聚合物的机械

[2]

性能.何毅，徐中浩，余辉等人，用改进的原位聚合法，在聚合过程中结合超声波分散以及碳

江南大学硕士作业

纳米管加入时间的选择，并对原位聚合的聚酯酰胺碳纳米管材料进行了，包括聚合材料的热性能、机械性能、吸水和降解性能在内的各项指标的研究.结果发现,合成的MWNTs／PEA纳米复合材料拉伸力学性能随着MWNT含量改变存在明显变化，复合材料的断裂伸长率变化趋势和其抗张断裂强度一致，MWNTs的含量为 0．7％时,复合材料的力学性能达到较优水平.而另一方面,MWNTs的加入，对材料在空气中耐热性能又存在负面影响，当MWNTs含量为0．7％时, MWNTs／PEA纳米复合材料耐热性最差，而其在碱性溶液中降解速度也相应降低.2 碳纳米管对酯交换反应的影响

碳纳米管作为一种新的各向异性的一维纳米材料，其特殊的高弹模量、拉伸强度和弹性回复能力已逐渐成为下一代的纳米聚合物复合体系的增强材料.扬州大学孙玉荣[3]等人在聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯酯交换反应的共混体系中,加入表面改性的碳纳米管参与共混，对其表面酸性或碱性的官能团可能参与或是催化酯交换反应，探讨了影响共混体系酯交换反应的程度并最终影响共混体系的相行为.其研究结果表明,与表面羟基化的碳纳米管(OH-CNT)相比，表面羧基化的碳纳米管(COOH-CNT)能够更均匀的分散于PTT／PBT共混基体中;少量表面改性的碳纳米管的引入可有效地增加了聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的酯交换反应程度，不过随碳纳米管含量的增加导致的体系黏度的上升会使酯交换反应程度下降；与OH-CNT相比，COOH-CNT能够更好的促进酯交换反应(如图3所示)；COOH-CNT的引入使聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯共混体系烦人结晶能力有所下降且表现出双重结晶峰行为.图3 加入COOH-CNTs与OH-CNTs的改性材料H NMR测试结果 高性能碳纤维的碳纳米管修饰

随着航空航天、武器装备和其他尖端科技技术的快速发展，高性能炭纤维(CF)作为先进复合材料最重要的增强体，在军机、导弹、运载火箭、卫星飞行器以及风力发电叶片等领域发挥着不可替代的作用.哈尔滨工业大学的刘秀影，宋英，李存梅，王福平等人[4]将具有大量胺基活性基团的聚酰胺-胺树状分子(PAMAM)接枝到酸氧化处理后的碳纳米管表面，然后利用酰化反应将羧基化后的多壁碳纳米管通过化学键合方式接枝到PAMAM修饰的表面,并对该种新型增强体的表面官能团、表面形貌、表面润湿性及其复合材料界面剪切强度进行研究.研究结果发现, 采用聚酰胺-胺化学修饰方法制备的CNTs接枝CF新型增强体，当CNTs接枝量为15％时，样品表面粗糙度、表面能分别比CF原丝提高了180％、300％.当CNTs接枝量为15％时，复合材料的界面剪切强度提高了178％.然而在CF改性过程中，由于受到酸的刻蚀作用使其本体强度降低，但随着CNTs接枝量增加，其拉伸强度呈现先增加后减小的趋势，且在接枝量为15％时，CF新型增强体的拉伸强度比CF原丝提高了22％(见图4).江南大学硕士作业

图5 PANI和PANI／Ni／CNTs的FTIR

结语

纳米管可看作是石墨烯片按照一定的角度卷曲而成的纳米级无缝管状物，根据层数不同可分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管．由于碳纳米管管壁中的碳原子采用的是sp2杂化，因此碳纳米管沿轴向具有高模量和高强度，可用于增强复

而碳纳米管圆筒状弯曲会导 合材料的力学性能；图4 CNTs接枝量对拉伸强度的影响 致量子限域和σ-π再杂化，这种再杂化结构特

点以及π电子离域结构赋予了碳纳米管特异的光、电、磁、热、化学和力学性质． 4 导电碳纳米管复合材料

就目前而言，人们对碳纳米管已经有了比较导电复合材料在航空领域有重要应用，可为全面的认识,也取得了一定的进展，但是碳纳米敏感的电子控制设备免受电磁干扰提供屏蔽.聚管的管径尺寸太小、表面缺陷多、团聚严重等问合物基碳系复合材料拥有优异的屏蔽特性，它可题一直影响着其在实际工业生产中的应用.如何作为轻质电磁屏蔽材料，取代飞机上某些金属部进一步深入研究，解决好这些问题，制备出更多件，减轻机身重量.聚苯胺(PANI)由于合成简单、性能优异并可大规模生产应用的复合型材料，是价格低廉、耐高温、抗氧化性能好以及电导率较今后研究和发展的方向.高等特点，已经成为近年来国内外研究的热点.西北工业大学的何征，齐暑华，邱华，秦云川[5]

参考文献

等人, 首先成功制备了Ni／CNTs，而后以盐酸

[1] 剑洪,吴双泉,何传新,卓海涛,朱才镇,李翠华,张黔玲.为掺杂剂、过硫酸铵为氧化剂，使用化学氧化法

碳纳米管和碳微米管的结构、性质及其应用.深圳大学学原位聚合制备PANI.之后使用溶液共混法制备

报:理工版.[J]2013.1:1-11 了PANI／Ni／CNTs复合材料，并利用透射电镜

[2] 毅,徐中浩,余辉,杨志伟,罗光文,可降解聚酯酰胺纳米观察了Ni／CNTs的微观形貌，测试了复合材料

复合材料的制备与表征.西南石油大学学报:自然科学的电导率，利用经典渗虑理论对其进行了理论分

版.[J].2013.02 析.[3] 德峰，孙玉蓉，周卫东，张明.碳纳米管对聚酯相容结果发现了使用溶液共混法制备PANI／Ni

共混体系酯交换反应的影响.[J].高分子学报.2011(12)／CNTs复合材料的FTIR曲线中“电子状态带峰”

[4] 刘秀影，宋英，李存梅，王福平.炭纤维表面接枝碳增强明显(见图5)，材料内部形成良好导电网

纳米管对复合材料界面性能的影响.[J].2012.12:455-460 络，且随着Ni／CNTs颗粒含量增加，复合材料

机器人的发展 篇5

一、机器人发展历程

1.国外机器人发展历史

美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称“机器人王国”的日本起步至少要早五六年。经过30多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。

进入80年代之后，美国政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，使美国的机器人迅速发展。

80年代中后期，随着应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国60％的机器人市场。

美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。具体表现在：

（1）性能可靠，功能全面，精确度高；

（2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首；

（3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用；

（4）高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。

法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。

法国机器人的发展比较顺利，主要原因是通过政府大力支持的研究计划，建立起一个完整的科学技术体系。即由政府组织一些机器人基础技术方面的研究项目，而由工业界支持开展应用和开发方面的工作，两者相辅相成，使机器人在法国企业界很快发展和普及.德国工业机器人的总数占世界第三位，仅次于日本和美国。这里所说的德国，主要指的是原联邦德国。它比英国和瑞典引进机器人大约晚了五六年。德国的社会环境是有利于机器人工业发展的。因为战争，导致劳动力短缺，以及国民技术水平高，都是实现使用机器人的有利条件。到了70年代中后期，政府采用行政手段为机器人的推广开辟道路；在“改善劳动条件计划”中规定，对于一些有危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替普通人的劳动。这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。

与此同时，德国看到了机器人等先进自动化技术对工业生产的作用，提出了1985年以后要向高级的、带感觉的智能型机器人转移的目标。经过近十年的努力，其智能机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位。

在前苏联（主要是在俄罗斯），从理论和实践上探讨机器人技术是从50年代

后半期开始的。到了50年代后期开始了机器人样机的研究工作。1968年成功地试制出一台深水作业机器人。1971年研制出工厂用的万能机器人。早在前苏联第九个五年计划（1970年一1975年）开始时，就把发展机器人列入国家科学技术发展纲领之中。到1975年，已研制出30个型号的120台机器人，经过20年的努力，前苏联的机器人在数量、质量水乎上均处于世界前列地位。

日本在60年代末正处于经济高度发展时期，年增长率达11％。并于1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。

正是由于日本当时劳动力显著不足，机器人在企业里受到了“救世主”般的欢迎。这样的环境，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年，到80年代中期，已一跃而为“机器人王国”，其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。

2.中国机器人发展历史

我国工业机器人起步于70年代初，其发展过程大致可分为三个阶段：70年代的萌芽期；80年代的开发期；90年代的实用化期。而今经过20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。

我国已在“七五”计划中把机器人列人国家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十几年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人及水下作业、军用和特种机器人。目前，示教再现型机器人技术已基本成熟，并在工厂中推广应用。我国自行生产的机器人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂投入运行。1986年3月开始的国家863高科技发展规划已列入研究、开发智能机器人的内容。

我国的工业机器人研制虽然起步晚，但是有着广大的市场潜力，有着众多的人才和资源基础。在十一五规划纲要等国家政策的鼓励支持下，在市场经济和国际竞争愈演愈烈的未来，我们一定能够完全自主制造出自己的工业机器人，并且将工业机器人推广应用到制造与非制造等广大的行业中，提高我国劳动力成本，提高我国企业的生产效率和国际竞争力，从整体上提高我国社会生产的安全高效，为实现伟大祖国的复兴贡献力量。

二、机器人发展现状

据美国电气和电子工程师协会（IEEE）统计，至2008年底，世界各地已经

部署了100万台各种工业机器人。其中，日本机器人数量据世界首位。

他们的算法基于制造工人与机器人的比例，即每万名工人拥有多少台制造机器人。其中日本的工业机器人密度达到了世界平均水平的10倍，也比排在第二位的新加坡多出了一倍。其中日本每万名工人拥有295台工业机器人，新加坡169台，韩国164台，德国163台。虽然排在前三位的国家都在亚洲，不过欧洲却是世界上工业机器人密度最大的地区。欧洲国家工业机器人密度为每万名工人50台，美洲为平均31台，亚洲平均27台。

我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。

三、机器人发展未来前景

在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。

机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。

1990年10月，国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类：⑴顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系统；⑵沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业，如焊接。喷漆等；⑶远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人；⑷智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能。

日本工业机器人产业早在上世纪90年代就已经普及了第一和第二类工业机器人，并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有：低成本技术、高速化技术、小型和轻量化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、网络化技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。

根据日本政府2007年指定的一份计划，日本2050年工业机器人产业规模将

达到1.4兆日元，拥有百万工业机器人。按照一个工业机器人等价于10个劳动力的标准，百万工业机器人相当于千万劳动力，是目前日本全部劳动人口的15%。

一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术（产业化），必须具备5个要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有着“机器人王国”之称的日本相比，我国有着截然不同的基本国情，那就是人口多，劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以，我国工业机器人起步晚发展缓。但是正如前所述，广泛使用机器人是实现工业自动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人才，打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策，我国在十一五纲要中也体现出了对发

参考文献：

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[3]陈爱珍.国内外机器人的发展现状[J].机械工程师, 2008,(07)

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[7]吕学诗.工业机器人在生产和生活中的应用[J].机械制造, 1980,(07)

[8]顾振宇.全球工业机器人产业现状与趋势[J].机电一体化, 2006,(02)

[9]刘进长.日本工业机器人协会[J].机器人技术与应用, 1994,(01)

工业机器人技术的发展与应用综述 篇6

关键词：机器换人,机器人操作系统,手把手示教,双臂机器人,装配/拆卸双功能机器人

0引言

得益于政府政策支持、廉价劳动力、稳定的汇率和发达国家的生产过程外包,在过去的十余年里中国的制造业得到了快速发展。但是,今天的全球化经济模式已明显改变了制造业的整体格局。随着劳动力成本的提高,我国大量劳动密集型产业面临转型升级和区域性转移的挑战。

美国及一些发达国家的传统制造业外移已经导致了这些国家经济的空心化,也促使这些国家进行了深刻反思。通过工业机器人的推广应用,已然成为这些曾经的发达国家再工业化的重要砝码。谷歌公司一举收购8家机器人公司并将进军物流/仓储机器人的动向,已引起工业界的广泛关注[1]。

我国目前的情况与发达国家几十年前类似,如果不能解决劳动密集型产业机器换人问题,则必然导致整个产业的外移,直接影响国家经济的发展。为避免重蹈发达国家传统制造业没落的覆辙,必须重视以机器人革命为切入点的“第三次工业革命”。

工业机器人具有工作效率高、稳定可靠、重复精度好、能在高危环境下作业等优势,在传统制造业,特别是劳动密集型产业的转型升级中可发挥重要作用。基于上述背景,本研究对面向制造业的工业机器人进行调研,介绍工业机器人的起源、关键技术以及最新的应用进展等,以期为工业机器人研究提供有借鉴价值的参考。

1工业机器人概述

“工业机器人”一词由《美国金属市场报》于1960年提出,经美国机器人协会定义为: “用来进行搬运机械部件或工件的、可编程序的多功能操作器,或通过改变程序可以完成各种工作的特殊机械装置[2]。”这一定义现已被国际标准化组织所采纳[3]。

1. 1 早期的工业机器人

1938年3月,The Meccano Magazine报道了一款搬运机器人模型,这是最早的关于以工业应用为目标的机器人模型的报道。Meccano的工业机器人模型如图1所示[4]。它由Griffith P. Taylor于1935年设计,可以通过一个电动机实现5个轴的运动[5]。

随后,一件标题为“Pollard's Positional spray painting robot”的专利被授权,这是一款真正符合当前意义上的工业机器人,该专利如图2所示[6]。

1. 2 第一台数字化可编程的工业机器人

George Charles Devol于1954年申请了一款机器人专利,Joseph F. Engelberger基于该专利于1956年创立了世界上首个机器人制造公司Unimation,并制造出称为“Unimate”的机器人。这是全球第一台数字化可编程的现代工业机器人,它使用液压驱动,采用示教再现形式生成程序,程序可记忆和重复,定位精度达到万分之一英寸,并首先被应用于GM公司的装配线,完成工件的搬运工作[7]。Unimation的工业机器人后来被允许由川崎重工和GKN分别在日本和英国生产。

1. 3 工业机器人的应用

Victor Scheinman于1969年发明了“斯坦福机械臂”。这是一款全电动6轴铰接式机器人,在可达空间内可以设计机械臂的任意运动路径。随后,Victor Scheinman在MIT AI Lab. 设计了被称为“MIT arm. ”的第二款机械臂,并在Unimation和GM公司支持下开发了人们熟知的PUMA机器人[8]。

1973年,ABB和KUKA将工业机器人推向市场。ABB的IRB 6是世界上第一款微处理器控制全电动的商业化工业机器人。最初的两台IRB 6在瑞典Magnusson公司被用于衬管弯头的磨抛加工。KUKA的第一代机器人称为FAMULUS,具有6个驱动轴[9]。在1970s后期,许多美国公司进入了工业机器人制造领域,例如GE和GM,GM与FANUC公司合资成立了FANUC Robotics公司。

目前,国际工业机器人领域四大标杆企业分别是瑞典ABB、德国KUKA、日本FANUC和日本安川电机,它们的工业机器人本体销量占据了全球市场的半壁江山。另外,美国Adept Technology、瑞士Staubli、意大利Comau、日本的川崎、爱普生、那智不二越和中国新松机器人自动化股份有限公司也是国际工业机器人的重要供应商。

据国际机器人联合会统计,2013年全球工业机器人的销量达到了16. 8万台[10]。目前,全球工业机器人的保有量已经超过150万台[11]。

工业机器人的应用领域不断得到拓展,所能够完成的工作日趋复杂。其主要应用行业是汽车和摩托车制造、金属冷加工、金属铸造与锻造、冶金、石化、塑料制品等。工业机器人已经可替代人工完成装配、焊接、浇铸、喷涂、打磨、抛光等复杂工作。

2工业机器人的技术进展

一般来说,工业机器人由3大部分6个子系统组成。3大部分是机械部分、传感部分和控制部分。6个子系统可分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统。

工业机器人的结构框图如图3所示[12]。

2. 1 机器人的机械结构

从机械结构来看,工业机器人总体上分为串联机器人和并联机器人。串联机器人的特点是一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点,而并联机器人所采用的并联机构,其一个轴运动则不会改变另一个轴的坐标原点。早期的工业机器人都是采用串联机构。并联机构定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接,机构具有两个或两个以上自由度,且以并联方式驱动的一种闭环机构。1978年,Hunt首次提出把六自由度并联机构作为机器人操作器,由此拉开了并联机器人研究的序幕[13]。与串联机器人相比较,并联机器人具有刚度大、结构稳定、承载能力大、微动精度高、运动负荷小的优点。在位置求解上,串联机器人的正解容易,但反解十分困难; 而并联机器人则相反,其正解困难反解却非常容易。

串联机器人和并联机器人如图4所示[14]。

工业机器人的机械结构可以具有冗余自由度,冗余度机器人是指关节自由度大于操作自由度的机器人。对某一特定运动而言,一个机器人是非冗余度机器人,而对于另一运动而言则有可能是冗余度机器人。六自由度机器人已具有完整空间定位能力,因此自由度多于6的机器人一定是冗余度机器人。多余的自由度可用来改善机器人的灵活性、运动学和动力学性能,提高避障能力。

串联机器人的旋转关节是机器人运动的驱动力作用点,一般由电机通过减速器驱动。减速器是机器人的关键部件,其成本约占机器人本体成本的1 /3,目前主要使用两种类型的减速器: 谐波齿轮减速器和RV减速器。

谐波传动方法由美国发明家C. Walt Musser于20世纪50年代中期发明[15]。谐波齿轮减速器主要由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮3个基本构件组成,依靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形,并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力,单级传动速比可达70 ~1 000,借助柔轮变形可做到反转无侧隙啮合。与一般减速机比较,输出力矩相同时,谐波齿轮减速机的体积可减小2 /3,重量可减轻1 /2。柔轮承受较大的交变载荷,因而其材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高,制造工艺复杂,柔轮性能是高品质谐波齿轮减速机的关键。

德国人Lorenz Baraen于1926年提出摆线针轮行星齿轮传动原理[16],日本帝人株式会社( TEIJIN SEIKICo. ,Ltd) 于20世纪80年代率先开发了RV减速器。RV减速器由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成。相比于谐波齿轮减速器,RV减速机具有更好的回转精度和精度保持性。

陈仕贤发明了活齿传动技术。第四代活齿传动全滚动活齿传动( oscillatory roller transmission,ORT)已成功地应用到多种工业产品中。在ORT基础上提出的复式滚动活齿传动 ( compound oscillatory roller transmission,CORT) 不但具有RV传动类似的优点,而且克服了RV传动曲轴轴承受力大、寿命低的缺点,进一步提高了使用寿命和承载能力; CORT的结构使其在同样的精度指标下回差更小,运动精度和刚度更高,缓解了RV传动要求制造精度高的缺陷,可相对降低加工要求,减少制造成本。CORT是我国自主开发的,拥有自主知识产权[17]。鞍山耐磨合金研究所和浙江恒丰泰减速机制造有限公司均开发成功了机器人用CORT减速器。

目前,国际机器人减速器的主要制造厂商是Harmonic Drive和Nabtesco( 原日本帝人株式会社) ,前者主要生产谐波齿轮减速器,后者主要提供RV减速机。国内机器人减速器生产企业,主要有苏州绿的谐波传动科技有限公司、山东帅克机械制造股份有限公司、浙江恒丰泰减速机制造有限公司和陕西秦川机械发展股份有限公司等。

2. 2 机器人的驱动系统

工业机器人的驱动方式主要包括液压驱动、气压驱动和电机驱动。

早期的工业机器人,例如Unimate,采用了液压驱动。由于液压系统存在泄露、噪声和低速不稳定等问题,并且功率单元笨重和昂贵,目前只有大型重载机器人、并联加工机器人和一些特殊应用场合使用液压驱动的工业机器人。

青岛华东工程机械有限公司研制的全液压重载机器人如图5所示[18]。其大跨 度的承载 可达到2 000 kg,机器人的活动半径可达到近6 m,应用在铸锻行业。

美国波士顿动力公司开发的Big Dog四足机器人令人叹为观止的卓越运动性能使得液压驱动技术在工业机器人中的应用有了新的畅想。Bigdog的髋部和腿部是实现四足机器人运动的基本单元体,每个单元体主要包括: 髋部、大腿、小腿、踝肢体、足及4个液压执行器。

Big Dog四足机器人如图6所示[19]。基于Big Dog自身结构特征考虑,研究人员放弃使用电机驱动( 电机驱动的不利因素有: 电机的功率相对不足、工作状态不理想、附带装置太多、需要背负电池,不利于野外环境的自由行走) 。

Big Dog的液压驱动系统由一个变量活塞泵在汽油发动机的驱动下同时对16个液压执行器实施油压的输出,液压系统最大油压输出可达20. 68 MPa。主液压系统油路下接并联的16个子液压执行器每个执行器的响应频率达到500 Hz,满足各关节快速定位的要求。Big Dog采用了高功率密度的驱动装置,小巧精致,利用高性能伺服装置实现了力和扭矩平稳快速输出。Big Dog较好地克服了液压系统常见的密封漏油、冲击载荷导致的漏油、机械部分的形变影响活塞杆直线往复运动精度等技术难题[20]。

气压驱动具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低等优点。但是由于气压装置的工作压强低,不易精确定位,一般仅用于工业机器人末端执行器的驱动。气动手抓、旋转气缸和气动吸盘作为末端执行器可用于中、小负荷的工件抓取和装配。

气动吸盘和气动机器人手爪如图7所示[21,22]。

电机驱动是现代工业机器人的一种主流驱动方式,分为4大类电机: 直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机和直线电机。直流伺服电机和交流伺服电机采用闭环控制,一般用于高精度、高速度的机器人驱动;步进电机用于精度和速度要求不高的场合,采用开环控制; 直线电机及其驱动控制系统在技术上已日趋成熟,已具有传统传动装置无法比拟的优越性能,例如适应非常高速和非常低速应用、高加速度,高精度,无空回、磨损小、结构简单、无需减速器和齿轮丝杠联轴器等。鉴于并联机器人中有大量的直线驱动需求,因此直线电机在并联机器人领域已经得到了广泛应用。文献[23]综述了工业机器人常用驱动电机的性能特点及其应用范围。

2. 3 机器人的感知系统

机器人感知系统把机器人各种内部状态信息和环境信息从信号转变为机器人自身或者机器人之间能够理解和应用的数据、信息,除了需要感知与自身工作状态相关的机械量,如位移、速度、加速度、力和力矩外,视觉感知技术是工业机器人感知的一个重要方面。

视觉伺服系统将视觉信息作为反馈信号,用于控制调整机器人的位置和姿态。这方面的应用主要体现在半导体和电子行业[24]。机器视觉系统还在质量检测、识别工件、食品分拣、包装的各个方面得到了广泛应用。

通常,机器人视觉伺服控制是基于位置的视觉伺服或者基于图像的视觉伺服,它们分别又称为三维视觉伺服和二维视觉伺服[25],这两种方法各有其优点和适用性,同时也存在一些缺陷,于是有人提出了2. 5维视觉伺服方法。

基于位置的视觉伺服系统,利用摄像机的参数来建立图像信息与机器人末端执行器的位置 /姿态信息之间的映射关系,实现机器人末端执行器位置的闭环控制。末端执行器位置与姿态误差由实时拍摄图像中提取的末端执行器位置信息与定位目标的几何模型来估算,然后基于位置与姿态误差,得到各关节的新位姿参数。基于位置的视觉伺服要求末端执行器应始终可以在视觉场景中被观测到,并计算出其三维位置姿态信息。消除图像中的干扰和噪声是保证位置与姿态误差计算准确的关键。

二维视觉伺服通过摄像机拍摄的图像与给定的图像( 不是三维几何信息) 进行特征比较,得出误差信号。然后,通过关节控制器和视觉控制器和机器人当前的作业状态进行修正,使机器人完成伺服控制。相比三维视觉伺服,二维视觉伺服对摄像机及机器人的标定误差具有较强的鲁棒性,但是在视觉伺服控制器的设计时,不可避免地会遇到图像雅克比矩阵的奇异性以及局部极小等问题[26]。

针对三维和二 维视觉伺 服方法的 局限性,F.Chaumette等人提出了2. 5维视觉伺服方法。它将摄像机平动位移与旋转的闭环控制解耦,基于图像特征点,重构物体三维空间中的方位及成像深度比率,平动部分用图像平面上的特征点坐标表示。这种方法能成功地把图像信号和基于图像提取的位姿信号进行有机结合,并综合他们产生的误差信号进行反馈,很大程度上解决了鲁棒性、奇异性、局部极小等问题。但是,这种方法仍存在一些问题需要解决,如怎样确保伺服过程中参考物体始终位于摄像机视野之内,以及分解单应性矩阵时存在解不唯一等问题[27]。

在建立视觉控制器模型时,需要找到一种合适的模型来描述机器人的末端执行器和摄像机的映射关系。图像雅克比矩阵的方法是机器人视觉伺服研究领域中广泛使用的一类方法[28]。图像的雅克比矩阵是时变的,所以,需要在线计算或估计[29]。

2. 4 机器人操作系统

通用的机器人操作系统( robot operating system,ROS) 是为机器人而设计的标准化的构造平台[30],它使得每一位机器人设计师都可以使用同样的操作系统来进行机器人软件开发。ROS将推进机器人行业向硬件、软件独立的方向发展。硬件、软件独立的开发模式,曾极大促进了PC、笔记本电脑和智能手机技术的发展和快速进步。

ROS的开发难度比计算机操作系统更大,计算机只需要处理一些定义非常明确的数学运算任务,而机器人需要面对更为复杂的实际运动操作。

ROS提供标准操作系统服务,包括硬件抽象、底层设备控制、常用功能实现、进程间消息以及数据包管理。ROS分成两层,低层是操作系统层,高层则是用户群贡献的机器人实现不同功能的各种软件包。

现有的机器人操作系统架构主要有基于linux的Ubuntu开源操作系统。另外,斯坦福大学、麻省理工学院、德国慕尼黑大学等机构已经开发出了各类ROS系统。微软机器人开发团队2007年也曾推出过一款“Windows机器人版”。

2. 5 机器人的运动规划

为了提高工作效率,且使机器人能用尽可能短的时间完成特定的任务,必须有合理的运动规划。离线运动规划分为路径规划和轨迹规划。

路径规划的目标是使路径与障碍物的距离尽量远同时路径的长度尽量短; 轨迹规划的目的主要是机器人关节空间移动中使得机器人的运行时间尽可能短,或者能量尽可能小[31]。轨迹规划在路径规划的基础上加入时间序列信息,对机器人执行任务时的速度与加速度进行规划,以满足光滑性和速度可控性等要求。

示教再现是实现路径规划的方法之一,通过操作空间进行示教并记录示教结果,在工作过程中加以复现,现场示教直接与机器人需要完成的动作对应,路径直观且明确。缺点是需要经验丰富的操作工人,并消耗大量的时间,路径不一定最优化。为解决上述问题,可以建立机器人虚拟模型,通过虚拟的可视化操作完成对作业任务的路径规划[32]。

路径规划可在关节空间中进行。Gasparetto[33]以五次B样条为关节轨迹的插值函数,并将加加速度的平方相对于运动时间的积分作为目标函数进行优化,以确保各个关节运动足够光滑。刘松国[34]通过采用五次B样条对机器人的关节轨迹进行插补计算,机器人各个关节的速度、加速度端点值,可根据平滑性要求进行任意配置。另外,在关节空间的轨迹规划可避免操作空间的奇异性问题。Huo等人[35]设计了一种关节空间中避免奇异性的关节轨迹优化算法,利用6自由度弧焊机器人在任务过程中某个关节功能上的冗余,将机器人奇异性和关节限制作为约束条件,采用TWA方法进行优化计算。

关节空间路径规划与操作空间路径规划对比,具有以下优点: 1避免了机器人在操作空间中的奇异性问题; 2由于机器人的运动是通过控制关节电机的运动,因此在关节空间中,避免了大量的正运动学和逆运动学计算; 3关节空间中各个关节轨迹便于控制的优化。

2. 6 机器人手把手示教技术

采用示教盒进行示教的工业机器人使用比较普遍,一般的工业机器人均配置示教盒示教功能,但是对于工作轨迹复杂的情况,示教盒示教并不能达到理想的效果,例如用于复杂曲面的喷漆工作的喷漆机器人。

手把手示教不是通过示教盒进行点位示教,而是通过人直接操作机器人末端执行器,例如喷漆的喷头,基于实际喷漆路径行走并记忆工作轨迹和行走速度,从而实现工作轨迹示教,示教甚至可以在真实喷漆过程中进行。

具有手把手示教功能的工业机器人需要特殊的设计,以便克服示教时电机回路电磁感应产生的静力矩,以及平衡机器人臂的重力。在各旋转关节上需配置省力机构和助力电机。在不同的铰接点还需配置平衡气缸和储气罐。通过省力和力平衡装置的配置,可以使得示教过程轻便省力,适应复杂曲面上的轨迹[36]。

3工业机器人在制造业中的应用

工业机器人不仅可以单一完成作业,也可以多台机器人协同完成复杂的工作任务。

3. 1 基于 PDA 示教的船舶焊接机器人

船舶制造中有大量的焊接工作目前仍需要人工作业,以焊接机器人替代人工完成焊接工作是未来船舶焊接的发展方向。由于船舶构件体积庞大,一般需使用移动焊接机器人进行焊接。

文献[37]提出了一种基于PDA示教的船舶移动焊接机器人Rail Runner,基于PDA示教的船舶焊接机器人如图8所示。

所需焊接双壳体船,其结构是一个仅有一个过人孔的封闭结构,烟、有毒气体和高温导致焊接工作环境非常恶劣,因此使用机器人实现自动化焊接是十分合理的。

Rail Runner机器人可在船体结构内部移动,并基于无线通讯实现PDA( personal data assistant) 与机器人的通讯,以PDA替代了常规的示教盒实现了对焊机机器人路径和焊接过程的无线示教,其优点在于: 1对焊接空间没有限制,可进入封闭空间无人化工作; 2无需操作人员接近机器人和恶劣的焊接环境,确保人员安全; 3无线通信减轻了连接电缆和机器人整机的重量。

船体焊接作业正在从劳动密集型走向自动化,已经成为机器人应用的重要领域,船体焊接现场大规模使用机器人的情况如图9所示[38]。

3. 2 白车身焊接机器人

白车身的生产要在55个 ~ 75个工位上大批量、快节奏的焊接而成,焊点多达4 000个 ~ 5 000个[39]。

以焊接机器人为核心的白车身焊接生产线正朝着高度自动化,多品种混流生产以及大规模定制生产线的方向发展。德国KUKA公司为奔驰、大众、宝马、福特等整车企业研制的大型自动化白车身焊接生产线,生产线上的机器人占有率高达95% 甚至98% 以上; 意大利COMAU公司在多车型混装焊接生产线方面处于领先地位,研制的主焊接线合装平台可同时生产4种以上不同的车型[40],具有高度柔性化。

白车身的多机器人协同作业自动化焊接线如图10所示[41]。

3. 3 机器人自动化装配线

根据臂部的运动形式不同,可以将装配机器人分为旋转关节型装配机器人、直角坐标型装配机器人和平面关节型( SCARA) 装配机器人。

马丁路德公司的摩托车发动机装配线如图11所示。装配工作台由2台FANUC R-2000i B机器人组成,实现了连杆、曲轴、活塞、缸盖、缸体的自动化传送和装配。装配线的托板化设计和机器人的更换工具装置极大地提高了装配工效,采用视觉系统确保零件精确到位,采用力控软件模仿人的触觉,以适当的力度不断轻推零件,使其以很小的接触力滑入就位,保持工件不会碰伤[42]。

Uppsala大学研制的波浪发电机绕组装配机器人工作站可以将原来需要4人 ~ 5人耗时80 h的装配工作,减少到不到20 h完成[43],如图12所示。

垂直多关节型装配机器人大都有6个自由度,可以在空间上任意一点确定任意位姿; 直角坐标装配机器人操作比较简便,常被用于零部件的移送、简单的插入、旋拧等作业[44]。直角坐标装配机器人的工作情况如图13所示[45]。

平面关节型装配机器人是一种精密装配机器人,具有速度快、精度高、柔性好等优点,它在装配生产线上应用也十分普遍。

双臂装配机器人可以完成比传统的单臂装配机器人更为复杂的装配动作。国际上众多专家学者正在致力于研究双臂机器人的运动轨迹规划、双臂的协调控制以及双臂的操作力、力矩控制等。日本YASKAWA公司在多年研发设计后,MOTOMAN系列双臂装配机器人已经可以投入生产[46]。由于双臂装配机器人结构比较复杂,应用多集中于高精尖产业,目前尚未大面积普及应用。COMAU公司的双臂装配机器人如图14所示[47]。

并联机器人在高精度拾放料作业方面有着良好表现,也多用于装配领域。瑞典ABB公司的IRB360型并联装配机器人如图15所示。具有速度快、柔性强、出众的跟踪性能和集成视觉软件等特点,主要应用于装配、拾料、包装等领域[48]。

随着企业对生产的高智能、高自动化、高效率等需求,决定了未来装配机器人的发展趋势,以期实现并普及多机器人之间的协作以实现智能自助移动装配,人与机器人协作以实现功能上互补,故障预判与应急自处理以实现无人值守作业等特点。

3. 4 装配 / 拆卸双功能机器人

文献[49]提出一种具有装配 /拆卸双功能的机器人。该机器人由一个移动平台和一个机械臂组成,装配 /拆卸双功能的机器人如图16所示。该机器人不但具有装配功能,还具有拆卸功能。当被装配部件装配完成后,研究人员进行品质检验,若发现品质未达到规定要求,该机器人则将被装配部件上的零件按照装配逆顺序拆下,并放回到储料箱中,已供下一次装配使用。

3. 5 搬运机器人

为了提高自动化程度和生产效率,制造企业通常需要快速高效的物流线来贯穿整个产品的生产及包装的过程,搬运机器人在物流线中发挥着举足轻重的作用。

用于搬运的串联机器人,一般有六轴机器人和四轴机器人。六轴机器人一般用于各行业的重物搬运,特别是重型夹具、重型零部件的起吊、车身的转动等。四轴机器人的轴数较少,运动轨迹接近于直线,所以速度上较为优势,适合于高速包装、码垛等工序。ABB公司的IRB7600六轴机器 人,最大承重 能力高达650 kg,适用于各行业的重载场合; IRB660机器人采用了四轴设计,具有3. 15 m到达距离和250 kg有效载荷,适合用于袋、盒、板条箱、瓶等包装形式的物料堆垛,一款高速机器人如图17所示[50,51]。

川崎重工的MX700N为垂直多关节型六轴机器人,最大搬运重量为700 kg。其特点是,第5轴( 手腕)的扭矩为5 488 N·m,适用于一次搬运多个工件以及要以托盘为单位处理的作业,第3轴采用新型连杆,省去了大型机器人常用的平衡锤( Counter Weight) 。下半部转动半径及影响范围都比较小,因此可在狭窄的空间工作,最大臂长为2 540 mm,具备碰撞检测功能,高刚性工作臂还具有振动控制功能。

KUKA的KR 1000“titan”重载型机器人是载入“吉尼斯世界纪录”的世界上最强壮的机器人。KR 700 PA是同类负荷级别中最快的卸码垛机器人,可轻而易举地堆垛容量为700 L的木桶。堆垛专家KR 300 PA、KR470 PA和KR 700 PA能够适应客户所需承载能力介于40 kg ~ 1 300 kg之间的任意堆垛方案[52]。

并联机器人也适用于高速轻载的工作场合,在物流搬运领域有广泛的应用。一款Delta高速并联机器人如图19所示。采用双动平台结构,可实现三维空间内高精度拾放作业,可用于分拣、拾料、装箱和装配作业[53]。

机器人一方面具有人所难以达到的精度和效率,另一方面可以承担大重量和高频率的搬运作业,因此,在搬运、码垛、装箱、包装和分拣作业中,使用机器人替代人工将是必然趋势。

3. 6 打磨抛光机器人

机械零件形状不断向复杂化、多样化发展,实现打磨抛光工艺的“机器换人”有广泛的技术需求。

在打磨抛光加工中,机器人的工作方式有两种,一是机器人夹持被加工工件贴近加工工具,如砂轮、砂带等,进行打磨抛光加工,如图20[54]、图21[55]所示。另一种方法是机器人夹持打磨抛光加工工具贴近工件进行加工,如图22[56]、图23[57]所示。

激光强化处理后的模具有着普通模具不具备的高硬度,高耐磨性,更长使用寿命等,但模具表面强化的同时其加工难度也随之大大提升。软固结磨粒气压砂轮很好的解决了这个难题,可方便地与机器人配合使用,大大提高激光强化后模具自由曲面 的抛光效率[58,59]。软固结磨粒气压砂轮结构如图24所示,机器人光整加工系统如图25所示。

3. 7 移动式工业机器人

面对大尺度工件的制造,例如航空航天产品,传统的工业机器人无法胜任。首先,大尺度工件由于重量和尺寸巨大,不易移动,其次,工业机器人相对工件而言尺寸不足,如果单纯的按比例放大,则机器人制造和控制成本将十分高昂,因此,移动式工业机器人是一个很好的解决方案。常用的移动式工业机器人有龙门式和地轨式,如图26[60]、图27[61]所示。

轨道结构会占用较大的工作空间,增加了厂房投入和维护成本,因此在轮式或履带式移动平台上安装工业机器人,如图28所示[62],也是一种可行的解决方法,它使得工业机器人可以围绕零件移动并进行加工,可以更广泛适应大尺度产品的加工[63]。

由于轨道的配置构造通常会受到结构载荷和结构受力等原因的影响,造成结构变形从而影响加工精度,并且这种变形是随机性的,给位置补偿造成很大的困难。航空航天工业中,精度问题至关重大,所以对机器人的精度补偿方面的研究一直是个重大课题。南京航空航天大学沈建新、田威开发了基于机器人的飞机柔性装配系统,根据机器人的工作空间划分适当的网格,并且对每个立方体网格顶点设定权值,利用这种基于工作空间权重度量的精度补偿技术,并且机器人在补偿后的绝对定位误差可以控制在 + 0. 4 mm以内,基本可以满足航天工业的绝对定位精度[64]。

3. 8 缝纫机器人

一款挪威科技大学研制的缝纫机器人如图29所示。缝纫机器人的应用是服装产业转型升级的重要手段。服装产业是典型的劳动密集型产业,不仅中国,西方发达国家目前都十分重视该产业如何从劳动密集型生产转型为机械化自动化生产。

美国目前每年进口大约1 000亿美元的服装和缝制品,大部分来自中国、越南等国家。近来,美国希望服装产业能够重返美国,以重振美国的民用产品制造业,并希望利用机器人裁缝在成本方面战胜中国的劳动力。五角大楼已经向佐治亚州的自动缝纫技术公司提供了120万美元资金,将这一未来概念变为现实。这种电脑控制的缝纫机必须能够在针下“一针一针”精确地移动布料,以便实现“在没有直接劳动力的情况下生产服装”的目标[65]。

4结束语

2013年中国工业机器人采购量达到3. 65万台,首次超过日本成为全球最大的工业机器人市场,表明中国制造业对工业机器人的应用已呈现旺盛需求。浙江省率先实施了以工业机器人应用为核心的“机器换人”工程,计划在未来5年,每年实施5 000个“机器换人”项目,实现5 000亿元“机器换人”投资,以期推动工业生产方式由“制造”向“智造”转变。

中国制造业自动化程度整体上说还处于较低水平,同时尚有大量低端劳动密集型产业亟需转型升级,目前,中国每1万名工人中拥有机器人的数量仅为21台,不及国际平均水平55台的一半,巨大的增长空间,为推进我国工业机器人行业的发展创造了巨大的市场机遇。目前,已有大量的中国企业投身工业机器人技术的研发和工业机器人的制造。以美国为代表的发达国家,也着力加强工业机器人在传统制造业中的应用,希望通过原有工业基础优势,加速形成生产自动化竞争优势,彻底解决劳动力障碍,重新夺回制造业特别是长期已经放弃的日常用品制造业的霸主地位,促使外移产业回迁。应该引起重视的是,在机器人关键技术,特别是关键零部件技术方面,发达国家仍处于技术垄断地位,中国工业机器人技术的发展,仍面临欧美日等发达国家的重大挑战。

医用纳米机器人浮出水面等5则 篇7

纳米技术与仿生学的结合可以使生物物理学家仿照生命过程的各个环节制造出各种各样的微型机器人。如利用纳米技术制造出能够在血管中游走的机器人，以便专门清除血管壁上的沉积物，减少心血管疾病的发病率；利用纳米技术还可以制造出能够进入组织清除癌细胞的机器人。那时，战胜心血管疾病和癌症将不会再是“天方夜谭”。

镭植入法治疗前列腺癌前景乐观

法国医学专家近日宣布，他们经过6个月的临床实验认为，镭颗粒植入法治疗前列腺癌前景乐观。

镭植入法是对病人进行麻醉后用针穿透皮肤，将具有放射性的镭元素颗粒植入患者的前列腺腺体中。手术需泌尿科医生和放疗医生密切合作共同完成，并由计算机辅助决定植入镭的数量和位置。镭植入的时间一般为1年左右，比普通放疗长得多。

法国目前共有25位病人接受了此种治疗。医学专家在比较了传统放疗方法及镭植入放疗法的优劣之后认为，虽然镭植入法在法国的实施仅有6个月，还无法准确判断其有效率，但与普通放疗相比，这种方法可以大大减轻病人膀胱和直肠的痛苦，并能显著减少患者治疗后发生阳痿和大小便失禁的可能性。但同时他们指出，此方法只适用于癌症早期且病灶局限在前列腺腺体内的患者。

眼底血管变化可预测中风和脑出血

澳大利亚悉尼大学眼科教授米歇尔领导的科研小组研究发现，眼底是可以直接观察人体裸露血管的唯一部位。他们对3600名自愿参加调查者长达5年的研究证实，眼底血管的状态与高血压、中风的发病有密切关系。眼底视网膜动脉变窄、动脉与静脉交叉处产生压迫以及动脉血管壁透明度降低的人，5年内罹患中风、脑出血的几率比没有这些症状的同龄人高出5倍。

铬——助你克服精神压力

加拿大医生建议人们在饮食中尽量增加含铬食品。这种微量元素不仅能帮助你克服精神上的压力，还能调整血液里的糖含量，阻止糖尿病的发展，同时促进人体组织的生长和再生，增强对感冒和传染病的抵抗力。

医生称，如果你偏爱面食，就可能缺少铬。糖尿病病人也容易存在铬不足。经常发怒、容易疲劳、心情压抑、手脚轻微麻木、血液中糖增多，都是铬不足的具体表现。

一个正常人一天平均需要2～2.5毫克铬。心血管和糖尿病病人、孕妇、哺乳期妇女对铬的需要量相对还要大一些。下列食品含铬较多：西红柿、玉米、苹果、牛肉、鸡肉、鸡蛋、牡蛎、虾、云豆、豌豆、黄豆、牛肝、粗磨面粉和啤酒。需要注意的是，为了让宝贵的铬保存下来，鱼、肉和蔬菜不宜烹饪过久。

眼泪分析查癌症