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机器人概述课程论文篇一
背景分析
机器人是现代工业中的重要分支，它涉及到机器人制造中的各个领域，如自主行为控制、人工智能、动态管理、机械设计等，在一定程度上代表着一个国家工业的尖端水平，机器人主要分为工业机器人、蛇形机器人、轮式移动机器人和智能机器人。他们能在人们所处的现实环境中工作；能使用人们所用的工具；以及一系列传感器信号的处理。机器人的技术组成机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统。
我校具有一定的机器人中一些优秀的辅导师资力量，也拥有一定的开始机器人兴趣课程的历史，在前几年的机器人教学尝试过程中积累了一定的有关机器人教学的教学经验，完善机器人教学，并形成了一系列机器人教学的教学体系。
现在评价学生一个能力已经不仅仅是看学生的学习成绩，而更多看重的是学生的综合素质，而机器人的课程就是旨在培养学生的综合科学素养所开展的，本课程以传统课程上所没有的动手活动和理论学习模式相结合的模式，在丰富多彩的教学活动中培养学生的动手能力，团队配合能力和科学探索精神。
科目简介
本课程是以机器人介绍和制作为主，主要通过介绍现代机器人的发展和自己动手制作几个简单的机器人为主要内容，通过机器人的制作培养学生的动手操作能力，通过制造机器人时的分组培养学生的团队合作能力，通过将机器人以一定目的进行改造培养学生的科学素养，通过机器人的比赛养成一定的竞争意识。
学习目标
一、知识与技能
1、初步了解机器人的基础知识，知道机器人的发展历史，了解现在机器人的现状
2、掌握一些简单的机器的搭建，能过手脑并用，模仿创造
3、了解一些基本的机器编程知识，掌握一定的智能机器人的搭建和编程知识
二、过程与方法
1、通过小组合作制作机器人的过程养成学生的合作交流能力
2、通过对已有的机器人的进行给予一定目的的改造，养成一定的科学创新能力
三、情感态度价值观
1、在机器人的竞赛中体会成功的喜悦，感受竞争意识
2、通过对现代机器人知识的了解，养成热爱科学的精神
3、通过对于机器人的改造，体会科学创造的热趣 内容框架
“机器人”科目内容框架
篇目 基础篇 主题名称
第一章：机器人总览
内容要点
第一章的主要目的是向
1、现代机器人的发展和介绍（1课时）学生介绍现代机器人的2、人类的朋友——观看电影《霹雳5号》（2课时）
有关知识，同时培养学生对于这门课程的兴趣，通过对机器人的现在趋势介绍和电影观看产生对机器人这门课程的兴趣
制造篇 第二章：机器人制造
1、竞速四脚机器人制造（2课时）
第二章的主要内容是对简单的机器人的制造，主
2、竞速四脚机器人竞速比赛（1课时）要是制造四脚和六脚两
3、六脚机器人制造（2课时）
4、六脚机器人爬坡比赛（1课时）
5、六脚机器人手摇发电机动力负重比赛（1课时）
创造篇 第三章：机器人的改造
第三章的内容主要是是个机器人和有关的比赛
1、将直走的四脚机器人改造为走曲线对四脚机器人的一些改的机器人（2课时）
造，通过讨论和和交流让
2、四脚机器人曲线竞速比赛（1课时）学生能自己思考解决方
3、四脚机器人保龄球比赛（2课时）案，培养学生的创新意思
和解决问题的能力
智能篇 第四章：智能机器人编程介绍
1、介绍乐高智能机器人编程讲解（2课时）
本章主要基于乐高智能机器人编程实验室，让学生简单接触机器人编程的基本知识和基本技能
未来篇 第五章：畅想未来
第五章主要让学生自己
1、总结交流，畅想未来的机器人蓝图交流，总结本课程学习过（1课时）
程中的收获，交流经验，总结得失
科目实施
一、实施对象 初中六、七年级学生
二、组织策略
采取自主报名的方式，同学自主报名参加机器人的课程，在课程中一4-5人为一组组成小组来完成机器人的搭建，创造。
三、学习方式
1、情景创设
这一部分主要是为学生创建一个对机器人发展的前景创设，为学生了解机器人的发展提供一个平台，让学生能够知道，了解现代机器人的发展现状，并对机器人的原理，机制产生兴趣，愿意去对机器人这一项目进行深入的学习，对搭建机器人产生兴趣
2、动手实践
这一部分是这门科目的重点内容，这一部分的内容主要结合松江区中小学机器人大赛的相关器材和项目让学生以小组为单位在已有材料的基础上搭建机器人的已完成相关的目的，在小组合作的基础上，用自己的学习和创造能力，模仿老师给予的机器人模型利用材料来完成两个分别是四脚和六脚的机器人，同时开发自己的想象力，在一定的规定下对机器人进行改造，是机器人能更好的完成所需要完成的任务。在完成了已有的任务的过程之后，老师还会对学生提出一定的要求，要求学生对现有的机器人进行改造，使学生用同样的机器人部件，进过改
进和设计，来完成其他不同的任务。
3、机器人竞赛
本部分的任务是针对学生的已经完成的机器人进行测试，让学生以小组为单位，针对机器人设计的要求，来对机器人搭建的完成情况来进行测试和比赛，同时增加学生的竞争意识
科目评价
一、评价内容
1、知识方面
对现代机器人的发展有一定的认识，知道机器人的设计原理 知道一些智能机器的编程方式
2、技能方面
能否掌握2种机器人的搭建方式和制作技巧 掌握通过知识原理对机器人进行小许改造的能力 掌握一定的探究机器人搭建操作的能力
3、情感态度价值观
能否进行有效的小组合作来完成任务 能否建立起对现代工业科技并发扬科学的精神
二、评价方式
1、竞赛名次
通过机器人的完成任务情况的完成的完成度来确定名次
2、教师点评
有教师谈些适当的激励性的评语
设计人：二中初中 顾汇礽
机器人概述课程论文篇二
服务机器人行业概述
一、服务机器人定义
机器人是自动执行工作的机器装置，既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则行动。按照国际机器人联盟ifr（international federation of robotics）的分类，机器人一般分为工业机器人和服务机器人。服务机器人指用于非工业生产，具备半自主或全自主工作模式，可在非结构化环境中为人类提供有益服务的设备。
相比于工业机器人，服务机器人更靠近下游终端消费者，因此服务机器人的客户群体更加广泛。更加靠近终端消费者使得服务机器人具备耐用消费品如电子类、家电类产品的属性。目前，服务机器人主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等，应用范围十分广泛。
二、服务机器人分类
（一）从实体形态来分，可以分为虚拟服务机器人和实体服务机器人。
1）虚拟服务机器人已经被广泛运用于商业化，例如银行、电信系统的自动客服应答系统等，例如苹果的siri、微软的小冰等都是虚拟服务机器人。
2）实体服务机器人就是通常意义下的具备实物的机器人，包括送餐、客服导购、陪护、教育机器人等。实物服务机器人主要是基于功能性需求场景开发。
（二）根据应用领域来分，可以分为个人/家用机器人和专业服务机器人。
服务机器人个人/家庭机器人教育/娱乐机器人家政服务机器人
陪护/助残机器人
其他机器人
军用机器人
专业服务机器人
医用机器人
农业机器人
其他机器人
（三）根据形态区分：可以分为人形机器人和非人形机器人
人形机器人：包含头、躯干、四肢这种结构，同时行为、决策和感知也类似于人。非人形机器人：人形机器人以外的服务机器人。
三、服务机器人的产业链
服务机器人行业的产业链可以分为上游、中游和下游。
上游企业是指生产各种服务机器人所需零部件的零部件供应商或材料供应商。其中，主要零部件包括自动焊机、电子器件、微处理器、机器人用伺服电机、高精度减速器、机加件、气动元器件、传感器、电池、单板机、舵机等，归属于标准零部件、电子设备以及电子元器件等。中游制造环节包括总装厂、操作系统提供商、云系统提供商等。下游则主要是医疗、家用、农用、军事等行业和领域的消费和流通环节。
案例：
酒店服务机器人“润”解决了移动技术难题。实现了中国第一个批量投入使用且全球酒店市场占有率第一名的成绩，正是借助酒店服务机器人产品的落地和规模化发展，云迹科技完成了从技术积累到应用探索的重要过程，也正是因为真正在实际场景里面的商业化应用，研发和推出了大家认可的智能机器人底盘产品“水滴”。依托机器人底盘“水滴”技术的云迹科技的服务酒店机器人“润”，目前已经在复杂的商业生活场景中累积服务里程已超5万公里（超过赤道的周长），这在整个服务机器人领域都是一个突破。
机器人概述课程论文篇三
《机器人概述》课程论文
题 目：院（系）：专 业：学 号：姓 名：授课教师：完成日期：
智能居家机器人
外国语学院
商务英语 xxx xxx xxx 2016年10月16日
智能居家机器人
xxx
摘要：随着互联网、大数据、云计算、石墨烯、3d等科学技术的发展，推动了智能居家机器人的飞速发展。尤其在家庭日常事务、远程办公、儿童看管、老人看护、个人安保等方面取得了举世瞩目的成就。早期家居机器人效率低，撞墙频频，跌倒了就爬不起来，也处理不了拖地后的脏水和扫一堆的垃圾。不过，新一代的智能居家机器人，已经不可同日而语了，无论打扫卫生还是照顾孩子，它们都能够做得有板有眼，游刃有余。最重要的是随着我国经济社会发展，人口老龄化、“空巢”现象、留守儿童、人口红利逐渐褪去等社会问题和现象的加重，不同的单位，机构，家庭等对智能居家机器人的需求空前增长，同时，创造了庞大的智能居家机器人市场。互联网，it技术，影像技术，材料技术的发展为智能居家机器人提供了可靠的软硬件的支持，以及现代营销方式，消费方式为智能居家机器人的普及提供了有力的保障。
关键词：新科技，家居，机器人
1老人看护
我国进入老龄化社会以来，呈现出老年人口基数大、增速快、高龄化、失能化、空巢化趋势明显的态势，再加上我国未富先老的国情和家庭小型化的结构叠加在一起，养老问题异常严峻。2015年2月26日，国家统计局发布2014年国民经济和社会发展统计公报。公报数据显示，2014年年末我国60周岁及以上人口数为21242万人，占总人口比重为15.5%；65周岁及以上人口数为13755万人，占比10.1%，首次突破10%。数据显示，2014年末全国大陆总人口为136782万人，比上年末增加710万人，其中城镇常住人口为74916万人，占总人口比重为54.77%。全年出生人口1687万人，出生率为12.37‰；死亡人口977万人，死亡率为7.16‰；自然增长率为5.21‰。全国人户分离的人口为2.98亿人，其中流动人口为2.53亿人。［1］此外，养老除了保障老年人的基本生活之外，还需要大量的适合老年人心理、医学等诸多方面的专业护理服务。未来养老的发展应该是老年人的生活保障逐渐走向社会化，转变家庭养老为社会养老，由政府承担是大趋势。尽管机构养老在中国老年福利服务体系中处于补充地位，但其作用却是相当大的。随着经济的发展和社会的进步，特别是人口老龄化、家庭小型化、农村城市化，人民群众对于养老服务的需求将会越来越大，现有的养老设施总量很难满足日益增长的养老需求。不仅如此，由于养老服务队伍整体素质不高，从业人员的职业化建设滞后，中国现有养老服务队伍远远不能适应养老事业发展的客观需求。中国城市老年人失能和半失能的达到14.6%，农村已经超过20%，这部分老人需要专业的护理和照顾，按照老年人与护理人员比例3：1推算，全国最少需要1000万名养老护理员。［2］ 针对以上问题我认为可以通过智能居家机器人得以解决，我们可以个性化定制和推出普通大众版。智能居家机器人在老人看护方面，可以节省人力超过80%，通过大数据和云计算，及时的逐一或智能匹配回答大量用户的问题，为众多白领和独生子女家庭解决工作的后顾之忧，同时，也能很好的照顾老人的日常生活，包括饮食起居和情感问题。通过平台数据库及时反馈老人提的每一个问题并耐心解答，深度数据挖掘，根据聊天内容进行访客数据统计及客户问题分析和客户新需求收集，深度挖掘数据信息，自动生成分析报表，帮助智能居家机器人及时调整应答策略，同时自主学习知识，自动收集类似问题和问法，匹配相似问法自动学习，提升智能问答准确率，结合访客的选择和机器人的智能判断，自动补充和完善系统不具备的知识库词条，快速完成自我学习，把握用户心理，智能居家机器人还能查询天气，讲笑话，能为用户带来更好的体验感。如果老人表现出思念子女的表情或行为时，他会及时感应到并及时在曲面显示器上出现老人子女的画面，运用最新的影像和显示技术营造出一种老人平时和家人在一起的场面从而缓解老年人的孤独之感。当老人外出散步时，智能居家机器人的自动导航和安保功能会及时启动，从而防止老人走失和遭遇意外事故。如果老人患有慢性或突发疾病时，智能居家机器人可以在与老人交谈和对视的过程中及时发现并启动应急程序做出相应的行动，该就医的就医，该吃药的吃药或联系急救中心和老人的家庭医生，从而确保老人的在家安全。
2儿童看管
随着农村父母离乡进城打工、经商人数的增多，农村儿童留守农村而无人照管的人数也在不断增多，调查显示：我国有1.2亿农民常年在城市务工经商，产生了近2000万留守儿童，其中14岁以下占86.5%.他们失去父母庇护，身心、学习、成长都面临着失管、失教和失衡，由此引发了诸多社会问题，同时，也引起了社会各界对这个群体的关注。［3］调查中发现这些孩子由于父母长年在外务工，留守在家由祖父母、外祖父母或其他亲戚朋友作为临时监护人，由他们照管孩子的一切，当然其中还存在家中无人看管的现象。根据留守儿童家庭状况，家庭环境及临时监护人的文化素质，年龄等诸多因素的影响，留守儿童问题主要有以下几种类型：无能为力，只管“吃”的放纵型；隔代教育，只顾“给”的溺爱型；寄居他家，无法管的放纵型。
为此，我们推出智能居家机器人儿童版，以此帮助在外务工的农村的父母和儿童，既为农村父母解决后顾之忧又为农村儿童带来快乐的童年。首先，智能居家机器人可以帮助儿童及时完成学业任务并提供不同的参考方案对不同年龄段的儿童的德智体美进行全方面的培养。其次，针对不同的学科和个体及时调用后台数据库的资源提供解决方案，并用云计算技术快速匹配最佳解决方案。再次，针对不同年龄段儿童的心理特点和发展，及时解决儿童出现的心理问题和行为问题。最后，统筹国内外和平台内外的资源，快速调用数据资源，制定最佳的儿童培养方案并及时根据具体情况调整相应的培养方案。如果，儿童在学校遭遇意外事故时智能居家机器人可以及时启动安保功能，为儿童提供全方位的安保服务，不但可以防止校园欺凌事件的发生而且可以防止儿童性格的畸形发展。如果，儿童在家做家务时智能居家机器人可以提供必要的帮助，通过3d技术和最新的影像技术，会让儿童感觉到跟着智能居家机器人干家务就像跟着父母做家务一样，同时，也可以维持和培养亲情关系。如果，儿童思念父母时智能居家机器人可以及时从儿童的表情，动作，语言等方面及时得到反馈并及时切换到相应的模式，较为真实的还原儿童与父母在一起的生活场景，防止儿童出现心理疾病，缓解儿童的思念之情。
3家庭日常
与柴米油盐酱醋茶等有关的琐事是我们常见的家务事，同时，这些琐事也是我们的日常生活中必不可或缺的。不论是早晨的卫生打扫，早餐制作还是丰盛午晚餐的烹制和小孩老人的照看都是每一个家庭共同面临的问题。为此我们推出一款家庭版的智能居家机器人来处理这些琐事或重复而又单调的家庭事务。首先，智能居家机器人可以帮你解决饮食问题，他可以根据家庭成员的不同口味和身体情况制作出不同的美食，也可以根据天气，心情，膳食均衡等为个人制作专用的食谱和饮品。其次，智能居家机器人还可以充分利用自身平台的数据库资源，定期或不定期的更新或匹配适合家庭成员的菜谱并可以预防一系列“富贵病”，制定个人或家庭的相应膳食指南。最重要的是智能居家机器人可以确保家庭成员外出或休息时可能在厨房发生的意外事故，比如：家用燃气的泄漏，自来水管泄漏，家用电器漏电等常见的意外事故。如果发生这些意外事故，智能居家机器人可以第一时间启动相应的应急程序从而确保家庭成员的安全并将意外事故的损失降到最低。
4远程办公
随着生活节奏的不断加快和人口红利的逐渐褪去，高素质人才的短缺个人的工作量有一定的增加，为此我们可以让智能居家机器人代替人们做一些程式化的工作或复杂工作的前期准备工作和后期的扫尾工作。在前期的准备工作他可以利用数据平台和云计算技术快速找寻和匹配相应的资料，在后期的扫尾工作中他可以利用数据平台或互联网资源，查找已有的类似案例优化和美化用户的工作案例。
最重要的是他还可以根据个人的性格，知识结构，爱好，岗位要求和年龄等智力和非智力因素制定适合个人发展的中长期规划，同时也可根据个人的具体情况和外部环境的变化及时调整和优化相应的方案。随着相应方案的变化，智能居家机器人可以提供相应的培训资料并为用户提供最新的信息以供参考。除此之外，这一系列复杂的程序可以利用ifttt技术实现无缝对接，最终利用智能手机轻松的搞定一切，从而组成和运作一系列复杂而又不可或缺的物联网。当然，再好的程序如果过于复杂而用户无法获得满意的体验，再完美的设计也是白搭，不过好在不管你是高级程序员还是农民工，只要你能够熟练的使用智能手机，那么你也可以轻松的通过智能手机玩转ifttt技术从而尽情体验智能居家机器人给你带来的如诗如画般的生活，从而真正的实现智能居家并增加生活的乐趣，让你从此爱上生活，同时，也会让你拥有更多的可支配时间去做你喜欢或更有意义的事而不是把时间浪费到一些琐事和多次重复而又枯燥的事情上。
结论
我国经济社会发展，人口老龄化、“空巢”现象、留守儿童、人口红利逐渐褪去等社会问题和现象的加重，不同的单位，机构，家庭等对智能居家机器人的需求空前增长，创造了巨大的智能居家机器人市场，同时，也为其提供了根本的发展动力。科学技术的发展，推动了智能居家机器人的飞速发展。尤其在家庭日常事务、远程办公、儿童看管、老人看护、个人安保等方面取得了举世瞩目的成就。因此，智能居家机器人的应用前景非常广阔，科学技术的飞速发展直接推动了智能居家机器人的发展。最为重要的是，先进的消费理念和消费结构以及飞速发展的物联网技术为智能居家机器人的普及提供了可靠的保障。现有的居家机器人的功能都非常的单一或市场占有率都较低，更不能满足用户的个性化需求和全方位的服务，软硬件更新速度慢和机器人的自我学习能力以及用户的体验较差。综合影响智能居家机器人发展的各种复杂因素，智能居家机器人的普及和市场前景是非常可观的，并且很可能是下一个互联网的风口。
［参考文献］
［1］ 冯慧阳.基于第六次人普查数据谈中国人口老龄化新变化[j].商业文化（上半月），2011（08）.［2］ 徐文杰.中国人口老龄化现状及对策研究—基于社会统计学的分析[j].东方企业文化，2011（18）.［3］ 李萍.农村留守儿童常见的心理问题及其教育对策[j].湖南社会科学,2011年06期.
机器人概述课程论文篇四
水下机器人发展概述
1水下机器人发展背景
在浩瀚的宇宙中，有一个蔚蓝色的星球，那是人类赖以生存的地方——地球。地球的表面积为5.1亿平方公里，而海洋的面积为3.6亿平方公里。地球表面积的71%被海洋所覆盖。在烟波浩渺的海洋深处，蕴藏着什么样的宝藏？是否存在着智慧生命？海底生物是怎样生活的？海底的地形地貌又是什么样的？所有这一切都使海洋充满了神秘的色彩，也吸引了无数科学家、探险家为之探索。从远古时代起，人们就泛舟于海上。从19世纪起，人们开始利用各种手段对海洋进行探察。20世纪，水下机器人技术作为人类探索海洋的最重要的手段，受到了人们普遍的关注。进入21世纪，海洋作为人类尚未开发的处女地，已成为国际上战略竞争的焦点，因而也成为高技术研究的重要领域。毫不夸张地说，本世纪是人类进军海洋的世纪。人类关注海洋，是因为陆上的资源有限，海洋中却蕴藏着丰富的矿产资源、生物资源和能源。另一个重要原因是，占地球表面积49％的海洋是国际海底区域，该区域内的资源不属于任何国家，而属于全人类。但是如果哪一个国家有技术实力，就可以独享这部分资源。因此争夺国际海底资源也是一项造福子孙后代的伟大事业。水下机器人作为一种高技术手段，在海底这块人类未来最现实的可发展空间中起着至关重要的作用，发展水下机器人的意义是显而易见的。
２水下机器人的定义与分类
２．１水下机器人的定义与概述
水下机器人也称作无人水下潜水器（ｕｎｍａｎｎｅｄ ｕｎｄeｒｗａｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｕｕｖ），它并不是一个人们通常想象的具有类人形状的机器，而是一种可以在水下代替人完成某种任务的装置。在外形上更像一艘微小型潜艇，水下机器人的自身形态是依据水下工作要求来设计的。生活在陆地上的人类经过自然进化，诸多的自身形态特点是为了满足陆地运动、感知和作业要求，所以大多数陆地机器人在外观上都有类人化趋势，这是符合仿生学原理的。水下环境是属于鱼类的“天下”，人类身体的形态特点与鱼类相比则完全处于劣势，所以水下运载体的仿生大多体现在对鱼类的仿生上。目前水下机器人大部分是框架式和类似于潜艇的回转细长体，随着仿生技术的不断发展，仿鱼类形态甚至是运动方式的水下机器人将会不断发展。水下机器人工作在充满未知和挑战的海洋环境中，风、浪、流、深水压力等各种复杂的海洋环境对水下机器人的运动和控制干扰严重，使得水下机器人的通信和导航定位十分困难，这是与陆地机器人最大的不同，也是目前阻碍水下机器人发展的主要因素。
２．２水下机器人的分类
水下潜水器根据是否载人分为载人潜水器和无人潜 水器两类。载人潜水器由人工输入信号操控各种机动与 动作，由潜水员和科学家通过观察窗直接观察外部环境，其优点是由人工亲自做出各种核心决策，便于处理各种 复杂问题，但是人生命安全的危险性增大。由于载人需 要足够的耐压空间、可靠的生命安全保障和生命维持系 统，这将为潜水器带来体积庞大、系统复杂、造
价高昂、工作环境受限等不利因素。无人水下潜水器就是人们常说 的水下机器人，由于没有载人的限制，它更适合长时间、大范围和大深度的水下作业。无人潜水器按照与水面支持系统间联系方式的不同可以分为下面两类。
（１）有缆水下机器人，或者称作遥控水下机器人（ｒｅｍｏｔｅｌｙ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ，简称ｒｏｖ），ｒｏｖ需要由电缆 从母船接受动力，并且ｒ０ｖ不是完全自主的，它需要人 为的干预，人们通过电缆对ｒ０ｖ进行遥控操作，电缆对 ｒｏｖ像“脐带”对于胎儿一样至关重要，但是南于细长 的电缆悬在海中成为ｒｏｖ最脆弱的部分，大大限制了 机器人的活动范围和工作效率。
（２）无缆水下机器人，常称作自治水下机器人或智 能水下机器人（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅ，简称 ａｕｖ），ａｕｖ自身拥有动力能源和智能控制系统，它能 够依靠自身的智能控制系统进行决策与控制，完成人们 赋予的工作使命。ａｕｖ是新一代的水下机器人，由于 其在经济和军事应用上的远大前景，许多国家已经把智能水下机器人的研发提上日程。有缆水下机器人都是遥控式的，根据运动方式不同 可分为拖曳式、（海底）移动式和浮游（自航）式三种。无缆水下机器人都是自治式的，它能够依靠本身的自主决 策和控制能力高效率地完成预定任务，拥有广阔的应用前景，在一定程度上代表了目前水下机器人的发展趋势。
２．３自治水下机器人
自治水下机器人，又称智能水下机器人，是将人工智能、探测识别、信息融合、智能控制、系统集成等多方 面的技术集中应用于同一水下载体上，在没有人工实时控制的情况下，自主决策、控制完成复杂海洋环境中的 预定任务使命的机器人。俄罗斯科学家ｂ．ｃ．亚斯特列 鲍夫等人所著的《水下机器人》中指出第３代智能水下机器人是一种具有高度人工智能的系统，其特点是具有高度的学习能力和自主能力，能够学习并自主适应外界环境变化。执行任务过程中不需要人工干预，设定任务 使命给机器人后，由其自主决定行为方式和路径规划，军事领域中各种战术甚至战略任务都依靠其自主决策 来完成。智能水下机器人能够高效率地执行各种战略 战术任务，拥有广泛的应用空间，代表了水下机器人技术的发展方向。
3水下机器人的发展现状
3．1 国外水下机器人发展现状
国外水下机器人技术的发展，主要以美国、日本以及西方发达国家为代表，他们的发展技术几乎可以代表了全世界水下机器人技术的发展水平。著名的一些研究机构有美国麻省理工学院mit sea grant’s auv实验室、美国海军研究生院智能水下运载研究中心、美国伍慈侯海洋学院、美国佛罗里达大西洋高级海洋系统实验室、美国缅因州大学海洋系统工程实验室、美国夏威夷大学自动化系统实验室、日本东京大学机器人应用实验室、英国还是技术中心等。
美国是最先发展水下机器人的国家，他们掌握着水下机器人较高的技术水平。由美国海军研究生院的phoenix auv 和性能更优越的 aries auv ,主要用于研究智能控制、规划与导航、目标识别等技术;麻省理工学院的智能机器人 odyssey ii 主要用于海冰下的检测和标图;斯坦福大学的 otter 的研究目的是使其成为科学和工业界在开发海洋的一种常用工具;美国的新罕布什尔州自主水下系统研发所与俄罗斯远东科学院水下技术研究所联合开发出太阳能自主水下机器人 ,其计划的
最终目的是开发一艘具有超过一年续航力的太阳能自主水下机器人。美国麻省理工学院(mit)的布鲁克斯()模拟人类大脑物理结构的基于连接主义的反射性 ,以移动式机器人研究为背景 ,提出以一种依据行为来划分层次和构造模块的思路。它的特点基本与分层递阶体系相反。
日本凭借其在智能机器人先进技术的优势，在水下机器人方面也不甘落后，取得了突跃式的进步，并且成为这个领域的佼佼者。智能水下机器人是将人工智能、自动控制、模式识别、信息融合与理解、系统集成等技术应用于传统的载体上 ,在无人驾驶的情况下自主地完成复杂海洋环境中预定任务的机器人。日本对于无人有缆潜水器的研制比较重视，不仅有近期的研究项目，而且还有较大型的长远计划。目前，日本正在实施一项包括开发先进无人遥控潜水器的大型规划。这种无人有缆潜水器系统在遥控作业、声学影像、水下遥测全向推力器、海水传动系统、陶瓷应用技术水下航行定位和控制等方面都要有新的开拓与突破。这项工作的直接目标是有效地服务于200米以内水深的油气开采业，完全取代目前由潜水人员去完成的危险水下作业。
欧洲方面，根据欧洲尤里卡计划，英国、意大利将联合研制无人遥控潜水器。这种潜水器性能优良，能在6000米水深持续工作250小时，比现在正在使用的只能在水下4000米深度连续工作只有l2小时的潜水器性能优良的多。按照尤里卡eu-191计划还将建造两艘无人遥控潜水器，一艘为有缆式潜水器，主要用于水下检查维修；另一艘为无人无缆潜水器，主要用于水下测量。这项潜水工程计划将由英国；意大利、丹麦等国家的l7个机构参加。
法国方面，1980年法国国家海洋开发中心建造了“逆戟鲸”号无人无缆潜水器，最大潜深为6000米。1987年，法国国家海弹开发中心又与一家公司合作，共同建造“埃里特”声学遥控潜水器。用于水下钻井机检查、海底油机设备安装、油管辅设、锚缆加固等复杂作业。这种声学遥控潜水器的智能程度要比“逆戟鲸”号高许多。1688年，美国国防部的国防高级研究计划局与一家研究机构合作，投资2360万美元研制两艘无人无缆潜水器。1990年，无人无缆潜水器研制成功，定名为“uuv”号。这种潜水器重量为6.8吨，性能特别好，最大航速10节，能在44秒内由0加速到10节，当航速大于3节时，航行深度控制在土1米，导航精度约0.2节/小时，潜水器动力采用银锌电池。这些技术条件有助于高水平的深海研究。
3.2 国内水下机器人的发展现状
我国从上世纪70年代开始较大规模地开展潜水器研制工作,起步较其他发达国家晚了很多，但是在过去的几十年内，我国水下机器人技术的发展还是取得了很大的进步，并且取得了一些重要的成果。我国先后研制成功以援潜救生为主的7103 艇(有缆有人)、i型救生钟(有缆有人)、qsz 单人常压潜水器(有缆有人)、8a4 水下机器人rov(有缆无人)和军民两用的hr—01 rov,recon iv rov 及cr-01a 6000m 水下机器人auv(无人无缆)等, 使我国潜水器研制达到了国际先进水平。2011年7月26日上午，中国载人潜水器“蛟龙”号在第二次下潜试验中成功突破5000米水深大关，最大下潜深度达到5057米，创造了中国载人深潜新的历史，“蛟龙号”载人潜水器5000米深潜成功，意味着中国载人深潜水平已位居世界前列。标志着中国具备了到达全球70%以上海洋深处进行作业的能力，极大增强了中国科技工作者进军深海大洋、探索海洋奥秘的信心和决心。
4.水下机器人关键技术
4.1总体技术
水下机器人是一种技术密集性高、系统性强的工程，涉及到的专业学科多达几十种，各学科之间彼此互相牵制，单纯地追求单项技术指标，就会顾此失彼。解决这些矛盾除有很强的系统概念外，还需加强协调。在满足总体技术要求的前提下，各单项技术指标的确定要相互兼顾。为适应较大范围的航行，从流体动力学角度来看，水下机器人的外形采用低阻的流线型体。结构尽可能采用重量轻、浮力大、强度高、耐腐蚀、降噪的轻质复合材料。
4.2仿真技术
水下机器人工作在复杂的海洋环境中，由智能控制完成任务。由于工作区域的不可接近性，使得对真实硬件与软件体系的研究和测试比较困难。为此在水下机器人的方案设计阶段，要进行仿真技术研究，内容为两部分：
4.2.1平台运动仿真
按给定的技术指标和水下机器人的工作方式，设计机器人平台外形并进行流体动力试验，获得仿真用的水动力参数。在建立运动数学模型、确定边界条件后，用水动力参数和工况进行运动仿真，解算各种工况下平台的动态响应，根据技术指标评估平台的运动状态，如有差异,则通过调整平台尺寸、重心浮心等技术参数后再次仿真,„„,直至满足要求为止。
4.2.2控制硬、软件的仿真
在水中对控制系统的调试和检测具有很大的风险，因此有必要在控制硬、软件装入平台前，在实验室内先对单机性能进行检测，再对集成后的系统在仿真器上做陆地模拟仿真试验，并评估仿真后的性能。内容包括动密封、抗干扰、机电匹配、软件调试。根据结果，进行修改和完善。因而需研究和开发一套用于控制系统仿真的仿真器。仿真器主要由模拟平台、等效载荷、模拟通讯接口、仿真工作站等组成。在仿真器上对控制系统的仿真，可以减少湖海试时的调试工作量，避免由海中不确定因素带来的麻烦。
4.3水下目标探测与识别技术
目前，水下机器人用于水下目标探测与识别的设备仅限于合成孔径声纳、前视声纳和三维成像声纳等水声设备。
4.3.1合成孔径声纳
用时间换空间的方法、以小孔径获取大孔径声基阵的合成孔径声纳，非常适合尺度不大的水下机器人，可用于侦察、探测、高分辨率成像，大面积地形地貌测量等，为水下机器人提供一种性能很好的探测手段。
4.3.2前视声纳组成的自主探测系统
前视声纳的图像采集和处理系统，在水下计算机网络管理下自主采集和识别目标图像信息，实现对目标的跟踪和对水下机器人的引导。可以通过实验，找出用于水下目标图像特征提取和匹配的方法，建立数个目标数据库，在目标图像像素点较少的情况下，较好的解决数个目标的分类和识别。系统对目标的探测结果，能提供目标与机器人的距离和方位，为水下机器人避碰与作业提供依据。
4.3.3三维成像声纳
用于水下目标的识别的三维成像声纳，是一个全数字化、可编程、具有灵活性和易修改的模块化系统。可以获得水下目标的形状信息，为水下目标识别提供了有利的工具。
4.4智能控制技术
智能控制技术是提高水下机器人的自主性，在复杂的海洋环境中完成各种任务，因此研究水下机器人控制系统的软件体系、硬件体系和控制技术十分重要。智能控制技术的体系结构是人工智能技术、各种控制技术在内的集成，相当于人的大脑和神经系统。软件体系是水下机器人总体集成和系统调度，直接影响智能水平，它涉及到基础模块的选取、模块之间的关系、数据（信息）与控制流、通讯接口协议、全局性信息资源的管理及总体调度机构。体系结构的目标与水下机器人的研究任务应是一致的，也是提高智能水平（自主性和适应性）的关键技术之一。不断改进和完善体系结构，加强对未来的预报预测能力，使系统更具有前瞻性和自主学习能力。
4.5规划与决策技术
规划与决策是指对自主式水下机器人在有海流区域工作时姿态和路径的规划与决策，主要确保水下机器人工作时艏向严格顶流。有两种路径规划方法，一种是坐标系旋转法，基本思想是将坐标系绕着z轴旋转，直到x正半轴方向指向来流方向，在工作中保证机器人的姿态始终与x正半轴方向一致。另一种是基于栅格的位形空间激活值传播法。该方法能方便地实现各种优化条件，并适用于各种复杂的环境，具有较佳的控制生成路径能力和可扩展性，而且算法本身具有内在的并行性，很好地满足了机器人艏向尽量顶流的要求。
4.6水下导航(定位)技术
用于自主式水下机器人的导航系统有多种，如惯性导航系统、重力导航系统、海底地形导航系统、地磁场导航系统、引力导航系统、长基线、短基线和光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统等，由于价格和技术等原因，目前被普遍看好的是光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统，该系统无论从价格上、尺度上和精度上都能满足水下机器人的使用要求，国内外都在加大力度研制。
4.7通讯技术
为了有效的监测、传输数据﹑协调和回收等，水下机器人需要通讯。目前的通讯方式主要有光纤通讯、水声通讯。
4.7.1光纤通讯
由光端机（水面）﹑水下光端机﹑光缆组成。其优点是数据率高（100mbit/s），很好的抗干扰能力。缺点，限制了水下机器人的工作距离和可操纵性，一般用于带缆的水下机器人tuv、rov。
4.7.2水声通讯
由于声波在水中的哀减慢，对于需要中远距离通讯的水下机器人，水声通讯是唯一的、比较理想的一种方式。实现水声通讯最主要的障碍是随机多途干扰，要满足较大范围和高数据率传输要求，需解决多项技术难关。要达到实用程度，仍然有大量的工作要做。
4.8能源系统技术
水下机器人、特别是续航力大的自主航行水下机器人，需要具有体积小、重量轻、能量密度高、多次反复使用、安全和低成本的能源系统。
4.8.1热系统
热系统是将能源转换成水下机器人的热能和机械能，包括封闭式循环、化学和核系统。其中由化学反应（铅酸电池、银锌电池、锂电池）给水下机器人提供能源是现今一种比较实用的方法。
4.8.2电-化能源系统
质子交换膜燃料电池具有水下机器人的动力装置所需的性能。该电池的特点是能量密度大、高效产生电能，工作时热量少，能快速启动和关闭。该电池技术难点是合适的安静泵、气体管路布置、散热、固态电解液以及燃料和氧化剂的有效存储。21世纪燃料电池将极大地改变人们的生活和企业环境。随着生产成本、稳定性等课题得到解决，燃料电池可望成为水下机器人的主导性能源系统。
5水下机器人的发展趋势
纵观水下机器人的发展历史，无论是载人潜器还是rov或auv，都代表了一定历史时期潜水器技术发展的状况及市场的需求。现阶段水下机器人的发展趋势体现在以下几个方面：
(1)auv代表了未来水下机器人研究的方向
当前在各类水下机器人研究中，auv是一个热点，我们可以通过大量的国际会议了解到当前国际上水下机器人研究发展的这种趋势。另外，各国对auv研究的投资也比其它类型机器人的投资要多得多。对auv的研究范围比较广泛，既包括当前的应用研究也着眼于未来进行基础研究，从经济型到复杂型，有军用的也有民用的，几乎覆盖了auv的各种类型。
事实上，auv是一种非常适合于海底搜索、调查、识别和打捞作业的既经济又安全的工具。在军事上，auv亦是一种有效的水中兵器。与载人潜水器相比较，它具有安全（无人）、结构简单、重量轻、尺寸小、造价低等优点。而与rov相比，它具有活动范围大、潜水深度深、不怕电缆缠绕、可进入复杂结构中、不需要庞大水面支持、占用甲板面积小和成本低等优点。auv代表了未来水下机器人技术的发展方向，是当前世界各国研究工作的热点。当前auv的发展趋势为更深、更远、功能更强大，特别是未来海上作战等军事需求的增加，给auv的发展带来了无限生机，也预示着auv开始走向应用阶段。
更深——向深海发展
地球上97%的海洋深度在6000米以上，称之为深海。研制6000米的潜水器是许多国家的目标。美国、俄罗斯、法国、中国等都拥有自己的6000米级的auv。尽管rov和载人潜器也能达到这个深度，但发展auv比其它潜器的造价要低得多，更经济。图7为我国第一台6000米自治水下机器人“cr-01”，它主要用于太平洋洋底多金属结核的调查。
更远——向远程发展
auv的分类方法有几种，其中一种是按照航程的远近分为远程和近程两类。所谓远程是指auv一次补充能源连续航行超过100海里以上，而小于100海里称为近程。远程auv涉及的关键技术包括能源技术、远程导航技术和实时通信技术。因此，许多研究机构都在开展上述关键技术的研究工作，以期获得突破性的进展。也只有在上述关键技术解决后，才能保证远程auv计划的实施。
功能更强大——向作业型及智能化方向发展
现阶段的auv只能用于观察和测量，没有作业能力，而且智能水平也不高。将来的auv将引入人的智能，更多地依赖传感器和人的智能。还要在auv上安装水下机械手，使auv具有作业能力，这是一个长远的目标。
(2)rov广泛应用于水下作业中
从1953年世界上出现第一艘遥控潜水器，在近五十年的时间里，rov从诞生到走向实用化。
目前全世界rov的数量超过1000台，是其他各类潜水器总和的数十倍，这主要是由于rov具有以下特点：
1>通过与水面相联的电缆向无人遥控潜器提供能源，作业时间不受能源的限制;2> 操作者直接在水面控制和操作rov，人的介入使得许多复杂的控制问题变得简单；3> 可以用于水下作业，这一点是现阶段auv无法达到的。例如rov与载人潜器可以协同作业，完成对各种失事飞机、潜艇等的打捞任务。
6水下机器人的应用前景
随着人类开发海洋的步伐不断加快，水下机器人行业也逐渐火热起来，各种用途的水下机器人的身影活跃在海洋开发的最前线。自从２０世纪５０年代末美国华盛顿大学建造了主要用于水文调查的第一艘无缆水下机器人„„“ｓｐｕｒｖ”之后，人们便对无缆水下机器人产生浓厚的兴趣，但由于各个配套系统技术上的限制，致使智能水下机器人技术的发展多年徘徊不前。随着 材料、电子、计算机等新技术的飞速发展及海洋研究、开发和军事领域的迫切需求，智能水下机器人再次引起海洋开发领域和各国军方的关注。２０世纪９ｏ年代后，智能水下机器人各项技术开始逐步走向成熟，由于智能水下机器人在海洋研究和海洋开发中具有远大的应用前景，在未来的水下信息获取、深水资源开发、精确打击和“非对称情报对抗战”中也会有广泛的应用，因此智能水下机器人技术对世界各国来说都是一个重要的、值得积极研发的领域。
