机械工程在机器人技术中的最新进展

机械工程在机器人技术中的最新进展

骆金龙

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摘要：在科技日新月异的今天，机械工程与机器人技术的结合愈发紧密，不断推动着相关领域的创新与发展。本文将聚焦于机械工程在机器人技术中的最新进展，包括软体机器人技术的突破、智能感知系统的应用、高性能无人机平台的优化、大型复杂构件的高效加工，以及人机协作技术和三维视觉引导的机器人加工技术的革新，同时探讨智能制造领域的前沿技术及其遴选标准。

关键词：机械工程；机器人技术；最新进展

一、软体机器人技术的突破与应用

在近年来的机械工程领域，软体机器人技术以其独特的可变形性、适应性和生物仿生特性，引起了科研人员的广泛关注。这种机器人通常由柔韧的材料制成，能够模仿生物体的自然运动，比如蠕动、弯曲、伸展和收缩，使其在复杂、受限或不规则环境中展现出独特优势。

东南大学机械工程学院的研究人员在软体机器人驱动和传感技术方面取得了重大进步。他们提出了一种集成压力驱动与可拉伸传感的新方法，使得软体机器人不仅能实现复杂运动，还能实时感知环境变化，如压力、温度和湿度等。这种集成技术使得软体机器人能够像生物体一样，根据环境反馈调整自身行为，进一步增强了它们的自主性和适应性。

软体机器人的应用范围广泛，从医疗领域到工业制造，从空间探索到救援任务，其潜力正逐渐被挖掘。在医疗领域，软体机器人可以用于内窥镜检查，其柔韧性使得它们能够穿过人体的狭小通道，进行精确的手术操作。而在救援任务中，软体机器人能够在倒塌的建筑物中蜿蜒前行，寻找被困人员，其适应性使其能轻松穿过碎石和残骸。

以北航团队为例，他们研发的智能感知系统为软体机器人提供了更高级别的环境感知能力。通过集成多种传感器，这些机器人能够实时分析周围环境，理解并适应各种复杂的条件。例如，它们可以在海底探测任务中感知深度、水流和生物活动，从而调整自身运动，更有效地完成任务。

软体机器人技术在航空制造中的应用也日益显现。清华大学刘辛军教授团队的研究成果“大型复杂构件机器人原位高效高质量铣削加工技术及装备”入选了“2022世界智能制造十大科技进展”，解决了航天领域大型构件的高效加工难题。通过轻量化设计和原位制造模式，这种机器人系统能够在现场快速调整姿态，进行精确的铣削加工，提高了航天装备的制造质量和效率。

然而，软体机器人技术的未来仍然充满挑战。如何进一步提升它们的耐用性、响应速度和自主决策能力，是研究人员面临的热点问题。同时，如何在保证安全性和隐私的前提下，将软体机器人融入日常生活和工作中，也是社会和伦理层面需要考虑的问题。

尽管如此，软体机器人技术的突破与应用已经展现出强大的潜力，它们正在逐渐改变我们对机器人和自动化技术的理解。随着驱动、传感和控制技术的持续进步，软体机器人将在今后的智能制造和机器人技术领域扮演越来越重要的角色，为人类带来更多的便利与创新。

二、智能感知系统与人机协作

智能感知系统与人机协作是现代机器人技术的关键组成部分，它们让机器人能够更加智能地理解和适应环境，同时与人类更加安全、高效地协同工作。北航团队在《先进功能材料》（AFM）上发表的最新研究展示了智能感知系统如何显著提升软体机器人的环境感知能力。通过集成多种传感器，如压力传感器、温度传感器和湿度传感器，这些机器人能够实时捕捉周围环境的变化，并通过先进的算法处理这些信息，从而做出更为精准的决策。这种智能感知系统为软体机器人在复杂环境下的自主操作提供了有力支持，特别是在海底探测、空间探索和医疗手术等任务中，它们可以根据实时感知的信息灵活调整运动策略，提高任务完成的精度和效率。

与此同时，人机协作技术的发展也在制造业中取得了突破。人机协作机器人不仅要具备出色的控制性能，还需确保与人安全交互，集成多种传感器来感知外部环境，并应用智能控制理论来实现高效协作。具体到实际应用中，协作机器人在自动化生产线中的应用日益广泛。它们能够在精密装配、部件搬运和质量检查等环节与人类工人协同工作，减轻了重复劳动的压力，提高了生产效率。比如，在汽车制造业中，协作机器人与工人共同完成车身组装，通过精确的定位和抓取技术，确保了组装的质量和速度。此外，这些机器人还减少了工人受伤的风险，提升了整体的工作安全性。

智能感知系统与人机协作技术的结合，让机器人在智能制造中的角色日益重要。它们不仅提升了生产效率，还通过减少人为错误和提高安全性，推动了制造业的可持续发展。随着这些技术的不断迭代和优化，未来机器人将更加深入地融入人类工作和生活的各个领域，成为不可或缺的智能伙伴。

三、高性能无人机与智能制造前沿

随着科技的不断进步，无人机技术在多个领域展现出强大的应用潜力。浙江大学控制科学与工程学院的长聘副教授高飞在iros 2023会议上展示了其团队在无人机平台和轨迹规划技术上的最新研究成果。他们的研究重点在于开发功能更强大、性能更优越的无人机平台，以及设计能够应对高速运动下复杂环境的轨迹规划算法。这种新型无人机平台的诞生，使得机器在执行任务时的稳定性和适应性得到了显著提升，不仅满足了更复杂的任务需求，也对无人机的未来应用领域产生了深远影响。

新型无人机平台结合了最新的材料科学和机械设计，实现了在保持轻量化的同时，提升了结构强度和耐负载能力。这使得无人机能够在极端条件下依然保持稳定的飞行性能，无论是执行搜索与救援任务，还是在恶劣的天气中进行环境监测，都能够展现出出色的表现。此外，高性能的电池和优化的能源管理系统也使得飞行时间大大增加，降低了运行成本，为无人机的长期部署提供了可能。

在轨迹规划技术方面，高飞教授团队的研究解决了高速运动状态下感知与规划的协调问题。通过优化的算法，无人机能够在高速飞行过程中快速准确地对环境进行感知，并据此规划最优化的飞行路径，以应对不断变化的环境条件。这种技术的进步，不仅提高了无人机在复杂地形或密集城市环境中的飞行效率，还显著提升了其在紧急响应和任务执行中的精确度与安全性。

这些无人机技术的突破对智能制造领域产生了积极影响。首先，无人机成为智能制造中不可或缺的组成部分，它们可以承担起高精度的空中测量和监控任务，如在建筑工地进行三维建模，或者在工厂环境中进行货物运输和质量检查。无人机的自主导航和避障能力，使得它们能够在危险或难以到达的区域执行任务，从而提升生产效率和安全性。

高性能无人机平台与轨迹规划技术的创新，以及具身智能与垂直大模型的发展，正在引领智能制造领域进入一个全新的时代。它们不仅提升了无人机在实际应用中的表现，也为智能制造提供了更强大的技术支撑，推动了制造业的智能化进程。随着这些技术的进一步成熟，我们有理由期待无人机在未来的智能制造中发挥更大的作用，塑造一个更加高效、安全和智能的生产环境。

结束语：机械工程在机器人技术中的最新进展展示了其在各个领域的广泛应用和深远影响。软体机器人技术的创新、智能感知系统的提升、高性能无人机平台的优化、大型复杂构件加工技术的突破，以及人机协作和三维视觉引导技术的革新，不仅提升了机器人的性能和适应性，还为智能制造提供了新的解决方案。随着科技的不断进步，机械工程与机器人技术的融合将更加深入，为未来的智能世界带来无限可能。

参考文献：

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[3]党蕊娟. 工程机械中的机器人关键技术分析[J]. 电子技术, 2022, 51 (09): 250-251.