辛泊言
最多追加100好吧，怎么都喜欢骗人啊 微型机器人的发展和研究现状 摘要: 微型机器人是微电子机械系统的一个重要分支， 由于它能进入人类和宏观机器人所不及的狭小空间内作业， 近几十年来受到了广泛的关注。本文首先给出了近年来国内外出现的几种微型机器人， 在分析了其特点和性能的基础上， 讨论了目前微型机器人研究中所遇到的几个关键问题， 并且指出了这些领域未来一段时间内的主要研究和发展方向。 关键词: 微型机器人; 微驱动器 近年来， 采用MEMS 技术的微型卫星、微型飞行 器和进入狭窄空间的微机器人展示了诱人的应用前 景和军民两用的战略意义。因此， 作为微机电系统技 术发展方向之一的基于精密机械加工微机器人技术 研究已成为国际上的一个热点， 这方面的研究不仅有 强大的市场推动， 而且有众多研究机构的参与。以日 本为代表的许多国家在这方面开展了大量研究， 重点 是发展进入工业狭窄空间微机器人、进入人体狭窄空 间医疗微系统和微型工厂。国内在国家自然科学基 金、863 高技术研究发展计划等的资助下， 有清华大 学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、广东工业大 学、上海大学等科研院所针对微型机器人和微操作系 统进行了大量研究， 并分别研制了原理样机。目前国 内对微型机器人的研究主要集中在三个领域[6] : (1) 面向煤气、化工、发电设备细小管道探测的微型机器 人。(2) 针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器 人。(3) 面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器 人。 1 微型机器人的发展和研究状况 根据国内开展微型机器人研究的实际情况， 我们 着重讨论微型管道机器人、无创伤微型医疗机器人和 特殊作业的微型机器人。 111 微型管道机器人 微管道机器人是基于狭小空间内的应用背景提 出的， 其环境特点是在狭小的管状通道或缝隙行走进 行检测， 维修等作业。由于与常规条件下管内作业环 境有明显不同， 其行走方式及结构原理与常规管道机 器人也不同， 因此按照常规技术手段对管道机器人按 比例缩小是不可行的。有鉴于此， 微型管道机器人的 行走方式应另辟蹊径。近年来随着微电子机械技术的 发展和晶体压电效应和超磁致伸缩材料磁- 机耦合 技术应用的发展， 使新型微驱动器的出现和应用成为 现实。微驱动器的研究成果已成为微管道机器人的重 要发展基础[1] 。 日本名古屋大学研制成一种微型管道机器人， 可 用于细小管道的检测， 在生物医学领域的小空间内作 微小工作。这种机器人可以由管道外面的电磁线圈驱 动， 而无须以电缆供电。日本东京工业大学和NEC 公司合作研究的螺旋式管内移动微机器人， 在直径为 Φ2514mm的直管内它的最大运动速度是260mm/ s ， 最 大牵引力是12N。法国Anthierens 等人研制出了适用 于Φ16mm的蠕动式机器人， 此种微型机器人的最大 运动速度为5mm/ s ， 负载可达20N ， 具有很高的运动 精度， 负载大， 但运动速度较慢且结构复杂。 国内的上海大学和上海交通大学都研制出了惯性 冲击式管道微机器人， 上海交通大学的微机器人采用 层叠型压电驱动器驱动; 上海大学的微机器人驱动器 有层叠型和双压电薄膜两种类型[3] 。图1 所示为双压 电薄膜微小管道机器人其运动机理， 该机器人采用双 压电薄膜驱动器， 相对于单压电薄膜， 增大了驱动 力， 提高了承载能力。该机构的最大移动速度可以达 到15mm/ s ， 具有前进、后退、上升和下降功能。 112 微型医疗机器人的发展 近几年来， 医疗机器人技术的研究与应用开发进 展很快， 微型医疗机器人是其中最有发展前途的应用 领域， 据日本科学技术政策研究所预测， 到2017 年 医疗领域使用微型机器和机器人的手术将超过全部 医疗手术的一半。因此日本制定了采用“机器人外科 医生”的计划， 并正在开发能在人体血管中穿行、用 于发现并杀死癌细胞的超微型机器人。美国马里兰州 的约翰·霍普金实验室研制出一种“灵巧药丸”， 实际 上是装有微型硅温度计和微型电路的微型检测装置， 吞入体内， 可以将体内的温度信息发给记录器。瑞典 科学家发明了一种大小如英文标点符号的机器人， 未 来可移动单一细胞或捕捉细菌， 进而在人体内进行各 种手术。 国内的的许多科研院所主要开展了无创伤微型 医疗机器人的研究， 取得了一些成果。无损伤医用机 器人主要应用于人体内腔的疾病医疗， 它可以大大减 轻或消除目前临床上使用的各类窥镜、内注射器、内 送药装置等医疗器械给患者带来的严重不适合及痛 苦。中国科学技术大学在国家自然科学基金的资助下 研制出了基于压电陶瓷驱动的多节蛇行游动腹腔手 术术微型机器人， 该机器人将CCD 摄像系统， 手术 器械及智能控制系统分别安装在微型机器人的端部， 通过开在患者腹部的小口， 伸入腹腔进行手术。其特 点是响应速度快， 运动精度高， 作用力与动作范围 大， 每一节可实现两个自由度方向上±60°范围内迅 捷而灵活的动作， 图2 所示的是利用腹腔手术机器人 进行手术的场景[5] 。浙江大学也研制出了无损伤医用 微型机器人的原理样机， 该微型机器人以悬浮方式进 入人体内腔(如肠道， 食道) ， 可避免对人体内腔有 机组织造成损伤， 运行速度快， 速度控制方便。 113 特殊作业微型机器人的发展 除了上述提到的微型管道机器人和无创伤微型 医疗机器人以外， 国内外一些科研工作者广泛开展了 进行特殊作业微型机器人的研究。这种微型机器人配 备相应的传感器和作业装置， 在军事和民用方面具有 非常好的发展前景。 美国国家安全实验室制造出了有史以来世界上 最小的机器人， 这部机器人重量不到28g ， 体积为 411cm3 ， 腿机构为皮带传送装置， 该机器人可以代替 人去完成许多危险的工作。美国海军发明了一种微型 城市搜救机器人， 该机器人曾在2001 年“9111”事 件发生后的世贸废墟搜救现场大显身手。日本三菱电 子公司、松下东京研究所和Sumitomo 电子公司联合研 制出只有蚂蚁大小的微型机器人， 该机器人可以进入 空间非常狭小的环境从事修理工作， 身体两侧有两个 圆形的连接器可以与其他机器人相连接完成一些特殊 的任务。 由于自然界中的生物具有人类无法比拟的某些机 能， 因此近年来利用自然界生物的运动行为和某些机 能进行机器人设计、实现其灵活控制、受到了机器人 学者的广泛重视。国内已有多所高校和科研院所在开 展微型仿生机器人方面的研究。上海交通大学基于仿 生学原理， 利用六套并联平面四连杆机构、微型直流 电动机及相应的减速增扭机构研制出了微型六足仿生 机器人， 体积微小， 具有良好的机动性。该机器人长 30mm， 宽40mm， 高20mm， 重613 克， 其步行速度达 到3mm/ s[2] 。上海大学也进行了一些微型仿生机器人 的研究工作。 2 微型机器人发展中面临的问题 (1) 驱动器的微型化 微驱动器是MEMS 最主要的部件， 从微型机器人 的发展来看， 微驱动技术起着关键作用， 并且是微机 器人水平的标志， 开发耗能低、结构简单、易于微型 化、位移输出和力输出大， 线性控制性能好， 动态响 应快的新型驱动器(高性能压电元件、大扭矩微马 达) 是未来的研究方向。 (2) 能源供给问题 许多执行机构都是通过电能驱动的， 但是对于微 型移动机器人而言， 供应电能的导线会严重影响微型 机器人的运动， 特别是在曲率变化比较大的环境中。 微型机器人发展趋势应是无缆化， 能量、控制信号以 及检测信号应可以无缆发送、传输。微型机器人要真 正实用化， 必须解决无缆微波能源和无缆数据传输技 术， 同时研究开发小尺寸的高容量电池。 (3) 可靠性和安全性 目前许多正在研制和开发的微型机器人是以医 疗、军事以及核电站为应用背景， 在这些十分重要的 应用场合， 机器人工作的可靠性和安全性是设计人员 必须考虑的一个问题， 因此要求机器人能够适应所处 的环境， 并具有故障排除能力[4] 。 (4) 新型的微机构设计理论及精加工技术 微型机器人和常规机器人相比并不是简单的结 构上比例缩小， 其发展在一定程度上和微驱动器和精 加工技术的发展是密切相关的。同时要求设计者在机 构设计理论上进行创新， 研究出适合微型机器人的移 动机构和移动方式。 (5) 高度自治控制系统 微机器人要完成特定的作业， 其自身定位和环境 的识别能力是关键， 开发微视觉系统， 提高微图象处 理速度， 采用神经网络及人工智能等先进的技术来解 决控制系统的高度自治难题是最终实现实用化的关 键。 3 结论 微机器人还处于实验室理论探索时期， 离实用化 还有相当的距离。存在许多关键的技术没有得到解 决， 这些问题的解决过程中同时会带动许多相关学科 的发展。只有当这些问题解决以后， 微型机器人的实 用化才会成为可能。我们要勇于创新， 抓住这个前沿 课题， 将微型机器人技术应用到国民经济建设发展影 响较大的领域。 
本专业培养具备机械设计制造基础知识与应用能力，能在工业生产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。 业务培养要求：本专业学生主要学习机械设计与制造的基础理论，学习微电子技术、计算机技术和信息处理技术的基本知识，受到现代机械工程师的基本训练，具有进行机械产品设计、制造及设备控制、生产组织管理的基本能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1． 具有较扎实的自然科学基础、较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力； 2．较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括力学、机械学、电工与电子技术、机械工程材料、机械设计工程学、机械制造基础、自动化基础、市场经济及企业管理等基础知识； 3．具有本专业必需的制图、计算、实验、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能； 4．具有本专业领域内某个专业方向所必要的专业知识，了解其科学前沿及发展趋势； 5．具有初步的科学研究、科技开发及组织管理能力； 6．具有较强的自学能力和创新意识。 主干学科：力学、机械工程。 主要课程：工程力学、机械设计基础、电工与电子技术、微型计算机原理及应用、机械工程材料、制造技术基础。 主要实践性教学环节：包括军训，金工、电工、电子实习，认识实习，生产实习，社会实践，课程设计，毕业设计(论文)等，一般应安排40周以上。 修业年限：四年 授予学位：工学学士 一些大的院校机械工程下往往有3~5个不同方向的细分专业，大约有1/4的课程有别，毕业设计内容也不太一样。 各个大学的课程设计也有部分区别，可到感兴趣的学校察看专业课程表。
写论文要看你导师给你的具体题目的，一帮导师会给你不少资料，然后根据自己找的资料撰写一些，剩下就是自己根基这个毕业设计课题所做出的新的以及成果而且学校一般会给你 一份毕业论文的模板的，还有开题报告的模板
机械工程科学发展总趋势在机械工程科学方面，虽然已经取得了瞩目的创新及进展，但必须清醒地认识到，我国机械工程科学总体上还处于落后状态。主要体现在：中国机械工程的理论、方法和技术对中国制造业的自主创新和发展的贡献不显著；中国学者提出的机械领域的新概念、新理论不多；有重要国际影响的机械工程理论、方法和技术不多；国际机械领域学术界有较大影响的中国学者很少。总体上中国机械工程学术领域在国际上的地位滞后于中国制造业在国际制造界的地位。未来机械工程学科的发展将主要受到两方面的制约和推动，一个是制造业的创新发展，另一个是学科的演变进步。鉴于未来制造业发展的总趋势是全球化、信息化、绿色化、知识化和极端化(以下简称“五化”)。机械工程科学的基本任务，就是为制造业的“五化”提供所需求的机械系统新理论、新方法和先进制造技术。随着世界的进步、国家的需求和学科的发展，机械工程科学的发展出现了以下显著特点和趋势：一方面，高技术领域如光电子、微纳系统、航空航天、生物医学、重大工程等的发展，要求机械与制造科学向这些领域提供更多更好的新理论、新方法和新技术，因而出现和发展着微纳制造、仿生及生物制造、微电子制造等制造科学新领域；另一方面，随着机械与制造科学与信息科学、生命科学、材料科学、管理科学、纳米科学技术的交叉，除了推动着机构学、摩擦学、动力学、结构强度学、传动学和设计学的发展外，还产生和发展着仿生机械学、纳米摩擦学、制造信息学、制造管理学等新的交叉科学。由于我国未来将大力推进拥有自主知识产权的先进仪器及装备技术，因此，基于自主创新的高技术仪器及装备的设计制造的基础研究将得到更充分地重视和更快地发展；此外，由于21 世纪我国资源和环境面临空前的严峻挑战，要求机械与制造科学比以往任何时候更重视环境的保护、产品的安全性和绿色度、材料和能源的节省、机电装备的再制造以及新能源制造领域的研究。机械学发展展望(1) 机构学是机械工程学科中最有代表性的学科之一。机构学研究一方面应注重机构学基础理论研究，以使我国在国际机构学界保持优势地位，另一方面应注重与制造和控制的学科交叉，在设计理论和关键技术两个方面同时取得突破，以开发出性能优良新机构和新装备。航空航天器、机器人机构、纺织机械、工程机械、微纳机构、仿生机构等工程中存在大量机构问题，机构学大有用武之地。(2) 摩擦学研究自20 世纪90 年代起有了长足发展，其基本经验是与纳米、生物、计算机以及与工程问题的交叉结合，发展了纳米摩擦学、生物摩擦学、表面减阻及亚纳米抛光技术等。今后的发展是进一步向学科面更宽的交叉方向——界面机械与制造科学、纳米制造摩擦学和纳米生物摩擦学方向发展。此外，中国摩擦学领域的青年学者应当进一步加强在国际学术界的影响，争取在国际学术界占有更重要的位置。(3) 机械动力学研究中，非线性动力学、复杂机电系统动力学分析和故障监测等领域已经有了很大的进展，但复杂系统及多场耦合的非线性动力学分析建模和故障预示监控依然是个国际性难题，大型复杂机电系统动力学设计仿真、微纳系统动力学分析及设计是我国学术界面临的重要前沿课题。(4) 机械设计学，目前我国制造业中高端技术装备中自主产权的产品少，现有机械设计理论、方法和技术落后是其重要原因，急需重点推动我国装备设计技术的发展。要重点推动复杂机电系统的概念设计、复杂系统总体设计、设计支撑系统(设计数据、知识和信息平台)、基于网络的系统性能仿真虚拟设计等领域的理论、方法和技术的发展。制造科技发展展望制造技术的发展总趋势是基于资源节约和环境保护基础上的数字网络化、智能集成化、高效精确化及极端制造化技术。采用德尔菲调查方法及研究分析，未来我国将要重点发展的制造科技主要有以下8 个领域。(1) 空天及深海装备制造科技。未来飞机将进一步向大型、快速、轻型、舒适性、安全性方向发展；用于国防的各种飞行器，将向超快、精确、轻微及智能监控方向发展。高速、精确、智能化微型飞行器技术；微小制导技术；超低温、超真空、无重力极端条件下的装备设计与制造科学技术、智能作业机器人、超大型射电望远镜、适于高压腐蚀环境作业的深海装备的设计与制造技术等将得到大的发展。(2) 先进电子及通信制造科技。未来20 年内，量子、纳米或商业基因计算机将问世。无线网络技术、网络光通信技术，卫星通信技术，基于网络的虚拟制造技术，非硅、量子、纳米、基因计算机芯片及其后封装科学技术将有大的发展。产品信息化和数字化；将传感、计算机及软件技术“嵌入”产品，实现产品的数字化和智能化；产品设计制造过程的数字化、虚拟化、网络化与智能化。例如数字智能轿车可以自动优化和选择路径、自动避撞和随时报告运转的状态和可能发生故障的时间和部位；数字智能柔性制造单元或系统能实现零件自主智能装卸、加工、检测和故障维护。智能数字网络多功能集成产品将会越来越多、越来越普遍，而且更新换代会越来越快。(3) 微纳米制造科技。从将纳米尺度器件发展到纳米尺度产品的批量纳米制造将是今后20 年纳米制造领域的最大变化。纳米机械学、纳米尺度和精度器件的设计、制造、测量及装配科学技术；具有批量生产工艺的“自下而上”的生长型和“自上而下”的去除型以及前两者相结合的混合型制造技术将得到很大发展。(4) 新能源装备制造技术。由于一次能源将逐步枯竭，核能、深海能源、再生能源及清洁能源的研发和使用将大大促进该领域制造技术的发展。核能工艺及装备、深海能源探测及采掘工艺及装备、新能源和再生能源的装备制造、基于新能源的经济型汽车发动机及车辆设计与制造技术研究将得到更大重视和关注。(5) 绿色制造科技。即基于资源节约和环境友好的绿色可持续性制造，是一项战略性制造理念、制造模式和制造技术。绿色可持续性制造包含无污染无废弃物制造、绿色产品的设计与制造、废旧机电产品的再制造、节能节材制造以及新能源装备制造五个方面。耗能耗材多、污染环境的机电产品和生产过程将会受到市场和法规的制约而逐渐减少或消亡，相反，新能源、节能节材和无污染机电产品及其生产过程将得到更大发展。电动汽车和燃料电池汽车如果能突破电池材料和低成本制造两大瓶颈，将会实现车辆业改朝换代的大革命。由于废弃产品的海增，再制造业将得到迅速发展。(6) 仿生制造科技。由于生物制造技术的发展，仿生人或动物器官开始用于临床；仿生机械、机器人更普遍地进入人们的生活。仿人器官制造技术、仿生机电系统，如仿飞禽类飞机、仿动物机器人、智能机器人制造技术将有大的发展，与此相关的仿生机械学及仿生制造科学的深入研究是此项领域得以突破的关键。(7) 光子制造科技。研究表明，未来以激光为基础的光子学将超越电子学。激光由于所具有的准确性、高能量密度和可传输变换等其他任何能源无法比拟的突出优点，被誉为“未来制造系统的共同加工手段”，包括光子加工制造、激光加工、光化学加工、光电加工技术。其中强激光、飞秒皮秒激光加工、微纳尺度光子制造技术及科学是该领域的重点发展方向。(8) 数字装备制造科技。数字化制造装备包括极大极小尺度、高效率、高精度的智能数字化加工装备以及各类精密仪器和复杂机械系统。机械装备是机械制造工程和产业得以实现的工具和依赖，是我国由制造大国走向制造强国的重要标志。涉及相关工程重要需求和学科交叉的关键装备及仪器设计理论与方法、创新制造工艺技术以及基于网络的智能数字化控制理论是需要重点突破的科技问题。结束语我国机械工程科学虽然已经取得了长足的进展，但与国际先进水平仍然存在很大差距。我们必须保持清醒的头脑，高瞻远瞩，尽快制定学科的长远发展规划，采取正确的学科发展战略和策略。加强对基础研究中原创性理论方法的支持力度，加强对原创性技术发明的支持力度。在继续保持和发扬摩擦学、机器人机构学等在国际学术界占有一席之地的同时，力争在2020 年前后机械与制造学科总体上进入国际先进行列。在机械工程领域学术界，涌现多个在国际上有重大影响的科技成果和著名科学家；在机械与制造相关的国际学术界占有更多席位；有一批国际一流并在国际上有重要影响的国家实验室和工程研究中心；有一大批自主创新的重大科技成果转化为生产力，促使我国制造业产生更多的高技术产品和世界名牌企业。
