达特茅斯会议上,马文明斯基提出了他对智能机器的看法:智能机器“能够创建周围环境的抽象模型,如果遇到问题,能够从抽象模型中寻找解决方法”。
这个定义影响到以后 30 年智能机器人的研究方向。
1959 年 德沃尔与美国发明家约瑟夫英格伯格联手制造出第一台工业机器人。
随后,成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation 公司。
由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传,他也被称为“工业机器人之父”。
1962 年 美国 AMF 公司生产出“VERSTRAN”意思是万能搬运与 Unimation 公司生产的 Unimate 一样成为真正商业化的工业机器人,并出口到世界各国,掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。
1962 年-1963 年传感器的应用提高了机器人的可操作性。
人们试着在机器人上安装各种各样的传感器,包括 1961 年恩斯特采用的触觉传感器,托莫维奇和博尼1962 年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器,而麦卡锡 1963 年则开始在机器人中加入视觉传感系统,并在 1965 年,帮助 MIT 推出了世界上第一个带有视觉传感器,能识别并定位积木的机器人系统。
1965 年约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制出 Beast 机器人。
Beast 已经能通过声纳系统、光电管等装置,根据环境校正自己的位置。
20 世纪 60 年代中期开始,美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。
美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人,并向人工智能进发。
1968 年 美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人 Shakey。
它带有视觉传感器,能根据人的指令发现并抓取积木不过控制它的计算机有一个房间那么大。
Shakey 可以算是世界第一台智能机器人,拉开了第三代机器人研发的序幕。
1969 年 日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。
加藤一郎长期致力于研究仿人机器人,被誉为“仿人机器人之父”。
日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长,后来更进一步,催生出本田公司的ASIMO 和索尼公司的 QRIO。
1973 年 世界上第一次机器人和小型计算机携手合作,就诞生了美国 CincinnatiMilacron 公司的机器人 T3。
1978 年 美国 Unimation 公司推出通用工业机器人 PUMA,这标志着工业机器人技术已经完全成熟。
PUMA 至今仍然工作在工厂第一线。
1984 年 英格伯格再推机器人 Helpmate,这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。
同年,他还预言:“我要让机器人擦地板,做饭,出去帮我洗车,检查安全”。
1998 年 丹麦乐高公司推出机器人Mind-storms套件,让机器人制造变得跟搭积木一样,相对简单又能任意拼装,使机器人开始走入个人世界。
1999 年 日本索尼公司推出犬型机器人爱宝AIBO,当即销售一空,从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。
2002 年 丹麦 iRobot 公司推出了吸尘器机器人 Roomba,它能避开障碍,自动设计行进路线,还能在电量不足时,自动驶向充电座。
Roomba 是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。
2006 年 6 月,微软公司推出 Microsoft Robotics Studio,机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显,比尔盖茨预言,家用机器人很快将席卷全球。
1.2 管道机器人概述 在工农业生产及日常生活中,管道作为一种重要的物料输送手段,其应用范围日益广泛,数量也不断增多。
管道工程在国民经济许多行业中如石化、天然气、核工业、给排水、管道输送等行业起着极其重要的作用。
管道在使用过程中,由于各种外界因素的影响,会形成各种各样的管道故障与管道损伤。
如果不及时对管道检测、维修及清洗就可能会产生事故,形成不必要的损失和浪费。
然而,管道所处的环境往往是人们不易直接达到或不允许人们直接进入的,检修及清洗难度很大。
因此最有效的方法之一就是利用管道机器人来实现管道内的在线检测、维修和清洗。
管内机器人是一种可沿管道自动行走,携有一种或多种传感器件和作业机构,在遥控操作或计算机控制下能在极其恶劣的环境中进行一系列管道作业的机电一体化系统。
1.2.1 国外管道机器人发展现状 对较长距离管道的直接检测、清理技术的研究始于本世纪 50 年代美、英、法、德、日等国,受当时的技术水平的限制,主要成果是无动力的管内检测清理设备一 PIG,由于 PIG 本身没有行走能力,其移动速度、检测区域均不易控制,所以不能算作管内机器人。
70 年代以后,石油、化工、天然气及核工业的发展为管道机器人的应用提供了广阔而诱人的前景,而机器人学、计算机、传感器等理论和技术的发展,也为管内和管外自主移动机器人的研究和应用提供了技术保证。
日、美、法、德等国在此方面作了大量研究工作,其中日本从事管道机器人研究的人员最多,成果也最多。
1.2.2 国内管道机器人发展现状 我国管内移动机器人技术的研究己有十几年的历史,中国科学院沈阳自动化研究所、上海交通大学、大庆石油管理局、胜利油田、中原油田等单位都进行了这方面的研究工作。
国内有关单位也对“管内作业装置”等问题进行了多项内容的研究与开发,作出类具有一定意义的工作,它们是: 1上海交通大学的“管内移动装置行走机构研究”。
2中原油田研制的适用于 529mm- 630mm 埋地钢质管道的内环焊缝区域喷涂常温固化液态涂料的补口机。
3大庆油建科研所和吉林省模具厂联合研制的小口径管道D114mm补口机。
4中科院研发用于 400400mm 和 500mm500mm 空调通风管道中的清洁机器人,具有在管道中行走、对管道内污染情况进行观察和对污染物进行清洁的功能。
经过多年的研究与开发,国内外已经在管内作业机器人领域取得了大量的成果,但是,距大规模实用化还用一定的差距。
总体看来,我国管内机器人的研制和应用己经有了一定了基础,但仍处于起步阶段。
1.3 管道清灰机器人系统概述 管道机器人是一种可沿管道自动行走,携有一种或多种传感器件和作业机构,在遥控操作或计算机控制下在极其恶劣的环境中进行一系列管道作业的机电一体化系统。
目前国内外关于管道机器人的研究很多,大多是管道监测维修,适应于 200mm 以下、 400-600mm 以及微型管道等管径。
关于管道清洁机器人,中科院研发了用于 400mm 和 500mm 的空调通风管道中的清洁机器人。
而本文根据金属冶炼厂烟气管道内特殊环境和清灰技术要求开发了一种适应于金属冶炼厂。
700- 1000mm 的烟气输送管道烟灰堆积层清理的管道清灰机器人。
管道清灰机器人工作要求及性能指标: 1管道分为水平、小于 30 度倾斜、3.4 倍管道直径弯曲三种形式,要求能行走自如; 2机器人必须小巧、灵活、拆卸方便,可自由通过 600 入口; 3自动化程度高,生产能力高,每小时清理能力应在 50 米左右; 4机器人应有管道监视系统; 5可附加焊缝检测、壁厚检测模块; 6烟灰密度 3.5g/cm 3 。
1.3.1 管道清灰机器人驱动方式 由于管道清灰机器人工作空间狭窄,专用机器人在结构上必须小巧、灵活、拆装方便,所以机器人在结构上要注重运动传递部件、运动定位导向部件和运动部件壳体的一体化设计。
管道清灰机器人本体结构由移动装置和操作臂组成。
管道机器人经过简化,可认为是以机械手安装在移动装置上。
机械手具有两个自由度,手抓末端安装着末端操作器—铲斗,可实现抬升和旋转两个运动。
根据液压驱动具有以下特点,机械手采用液压式驱动方式。
①驱动力或驱动力矩大,即功率重量比大,响应速度快,重复精度高,压力可达 20-3 0Mpa机器人多用 0.6-0.7Mpa。
②液压缸可直接用作机器人关节的一部分
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