工业机器人设计流程

本发明提供一种捡乒乓球机器人的新型设计方案，包括单目视觉部分、机器人部分、上位控制部分，所述单目视觉部分、机器人部分、上位控制部分之间通过无限信

号进行通讯，所述机器人部分包括移动平台、机械手、电机箱，所述电机箱固定于所述移动平台上，所述机械手固定于所述电机箱上，所述移动平台、机械手均由所

遇电机箱提供动力，所述移动平台上还固定有控制器、无线信号接收器，所述无线信号接收器、控制器、机械手依次相连。其有益效果是：降低人工劳动强度，方便

实现场馆内乒乓球的定位，保证机器人能够有效自主捡起乒乓球。

工程师给你思路：（本设计方案跟单片机关联不算很大，不要过于担心） 1，你的小车不适合采用双驱方式。也就是说，如果你想控制你的两个后轮，那你的前轮不适合再用步进电机控制方向。可以用滑轮自由行驶作为从动。同时实现对前后两个驱动进行控制，这样的算法过于复杂。你可以通过控制后轮两个电机不同的转速来控制方向。 2，若要采用上位机通信，因为小车是一个运动物体，所以不适宜采用有线传输，建议用2401等无线方式进行数据外传、 3，关于躲避障碍，一般方法是采用超声波或者红外的方式，你这边发射超声波或者红外线，如果有障碍的话，超声波或者红外线会被反射回来，这样可以实现对障碍的检测 4，关于测速，采用红外对管即可。你的红外发射端跟你的红外接收断安装在轮子的两侧，然后在轮子上面打一个孔。当这个孔经过红外管的时候，你的接收端就会有一个脉冲信号，通过对脉冲进行技术并记录时间，就可以判断你的速度了。 最后，也鄙视一下动不动就说帮人代做的鸟。真正有本事，去接技术含量高一点的活嘛。也给楼主说一句，要具体的报告，哥不会给你做，但是如果是技术探讨，可以跟你交流。我回答过这么多问题，一般只要是技术交流的，我很少有拒绝过。 你这个毕业设计的核心不是要你去学习单片机，要学单片机的话你早干嘛去啦？而是要你对这个小小的项目有一个整体的方案和思路。你要知道什么功能用什么方法去实现。 好吧，哥说的有点多了，得罪之处请谅解。

如何制作你自己的独立自组装机器人？本制作项目将对应用于我们的科学研究中的机器人的每一个细节作详细描述，包括 CAD 文件、源代码、组装指导等等。你一般可以轻易找齐所有所需要的材料来重现我们的实验，或者制作出一个有趣的玩具。

工具/原料

电池端子：2 个

滚柱罩：红色的“滚柱罩”可以在混乱的活动中避免闩锁臂飞出。闩锁臂和滚柱罩都是宽松地安装在黄色底座的槽中的。

电路板：微控制器和简单的电路板；锂离子电池则在电路板下面。

通讯线圈：通讯线圈在其下面

接口：在电路板和电磁驱动器与通讯线圈之间的接口

铜箔：我们用的是背面有粘性的铜箔，用切割机切成标签的形状，将它粘在塑料上。

线圈和磁铁：置于黄色底座中的电磁线圈，以及插入红色闩锁臂的稀土磁铁

通讯线圈：下面有通讯线圈，和表面平齐

闩锁：别的机器人要钩住这个机器人的话，就要靠这个闩锁

闩锁钩：抓住其他机器人所用的闩锁钩

底座：激光切割的丙烯酸（亚克力）底座。黄色的部分厚度为 3/16 英寸，用胶水粘在底部的厚 1/16 英寸的透明丙烯酸塑料板上。

组装过程

制作印刷电路板（PCB）

PCB 是通过Eagle PCB 设计软件进行设计的。Gerber 文件可以直接发送到 PCB 制作服务，制作出电路板来。还附上了面板化的 gerber 文件——这个版本将机器人的 PCB 分成了 16 块面板，让制造的效率更高，成本更低。

我们将电路设计得简单而灵活，因为我们在开始并计划着试用了各种各样的控制算法、执行机构，以及通讯方式时还没有将机器人的设计方案最终定下来。我们还需要让电路既小又轻。我们在最终设计方案中决定采用体积非常小的表面封装（SMT）元件，并得以把一个微控制器、10 支表示状态的发光二极管、4 个用于驱动执行机构的场效应晶体管，以及编程/电力接头布置在了一块 25 毫米 × 25 毫米的电路板上，上面还配备了供 4 个执行机构和 4 个传感器连接的接触点。我们试着把电路板做得更小，但那样组装起来难度就太大了。我们所采取的简单而灵活的策略得到了很好的效果——我们后来用多余的电路板又进行了其他 3 项于此完全无关的制作项目。

组装电路。

线圈与磁体：电磁线圈被压装在黄色底板上切出的一个孔中，而立方形的稀土磁体被压装在红色的闩锁臂中。

闩锁臂的平衡：闩锁臂的形状让它微妙地平衡在这支点上，因此微弱的电磁力就能够让它开启或闭合。

通讯线圈

闩锁臂挂钩：用于抓住其他的机器人。它通常处于“闭锁”位置，从而可以抓住任何碰上它的机器人。在两个机器人相互进行通讯了以后，它可以决定激活电磁铁，将闭锁打开，升起挂钩，放开那个被抓住的机器人。

机器人带有两个电磁驱动的闩锁。红色的闩锁臂压装有一个 3 毫米的立方体磁铁（NdFeB 类型），而黄色的机器人底座压装有一个圆柱线圈。这些线圈都是根据以下规格自信制备的：700 匝 42 口径的线圈线，长 4 毫米，缠绕在一个直径 2 毫米的轴上。制作出来的线圈外径大约为 4 毫米，内径大约为 2 毫米。我们之所以选择这样的线圈规格是为了能够直接利用机器人的电源来驱动它们，并且产生适当的电量。我们一开始试着在线圈中插入一个磁芯，这样可以让它的功率更大，但是我们找不到一个可以在线圈断电之后失去磁性的磁芯，而且我们也无法翻转线圈的极性（每个执行机构配备 1 个场效应晶体管是无法做到的，得有 4 个才行）。

通讯

通讯线圈1：通讯线圈被压装在黄色底座中。其顶端与底座表面齐平。当两个机器人闭锁在一起时，它们的通讯线圈就会正好靠在一起，虽然由于空气曲棍球台面上混乱的环境会让机器人发生剧烈的扭曲，因此实际上这两个线圈可能相距最多有 5 毫米。

通讯线圈2：在这个标签下面还有另一个通讯线圈

塑料弯片：在黄色底座上插入一块特殊设计的塑料弯片，让通讯线圈固定在其中。

机构线圈：驱动闩锁臂的执行机构线圈

铜片：粘贴式的铜片让电路联通到另一个通讯线圈上

这些机器人利用电感耦合来进行短距离的无线通讯。每个机器人带有 4 个小（3 毫米 × 2 毫米）线圈，各位于四个面上。它们在安装后与表面齐平，这样一来当两个机器人在一个面上适当组合起来之后，两个线圈之间的间距就总是在几个毫米以内了。我们之前说过要使用的是简单的 8 位微控制器，带有 1K 的 RAM，最大模数采样率为 10 千赫兹，其总时钟频率为 8 兆赫兹。这其中根本就不需要数模转换的电路。因此我怀疑既然线圈的谐振频率高于模数采样率，而且我们无论如何也无法生成正弦波形，那么它可能无法发送或接收 AM 或者 FM 的无线电信号。而且我们也没有足够的计算能力来处理这么庞大的快速傅立叶变换算法（FFT）。因此我们转而意识到所需要发送的数据寥寥无几，所以我们可以让它慢慢传输。我们只是简单地通过开关通讯线圈来发送电磁脉冲信号。每当线圈通电或断电时，它就会生成一道短暂的电磁（EM）脉冲序列，其频率为其固有频率。周围任何线圈都会与它形成磁耦合，并生成相应的脉冲输出。我们只要利用微控制器的模数转换寻找这些脉冲就行了。由于脉冲的频率高于模数采样频率，所以我们不能指望检测到每一道脉冲。因此我们发送大量脉冲，并且进行大量的检测。这个方案很有效。这是有史以来最庞大的 Hack 了！一旦在空气曲棍球台面上有一群这样的机器人到处横冲直撞，整个环境就变得非常混乱了。我们不断地在软件中添加错误检测和修正层，最终让通讯可靠程度上升到了 50 个随机碰撞单元每小时大约只发生 1 次错误。大功告成之后，在两台机器人之间的数据传输率为每 2 秒 2 比特。那可是比特啊，不是千比特。这是在假设没有数据发生冲突或者出现错误的情况下的最大值了。每个线圈既用于发送也用于接收数据，因此有时会发生冲突，这就需要重新发送了。发送数据大约耗时 200 毫秒，在随机状况下，由于冲突而需要重新发送，所以耗时在 2000 毫秒的范围以内。

微控制编程

1）列队一群黄色和绿色的机器人将会排列成黄色的一排与绿色的一排。

2）错误修正结晶：单个的“种子”晶体将会以螺旋形式组成一个完美的黄绿相间的棋盘。

3）感染和重新编程：机器人们一开始使用结晶算法组合。接着放入一个病毒机器人，它会对其他机器人注入新的程序，并在晶体中传播开来。最后晶体组合会散开，这些机器人单元会使用列队算法排成两排

4）DNA复制：单独的一串机器人（4 个、5 个等等）被放入一群自由的机器人之中。其 DNA 通过只有本地状态和本地信息传输的错误修正算法以指数增长的速度进行复制——就像真实的 DNA 复制一样。

每个机器人单元都以含有所有算法的代码进行了程序编制。接着，一个特殊的“编程”机器人单元就可以轻易设定每个机器人单元所激活的算法和所激活的颜色。

1. 制作印刷电路板

2. 在印刷电路板上布置元件

3. 对微控制器进行编程

4. 制作机器人的塑料零件

5. 组装机器人的塑料零件

6. 在机器人的架构中组装磁体

7. 在机器人的架构中组装电子器件

8. 测试

一部典型的机器臂由七个金属部件构成，它们是用六个关节接起来的。计算机将旋转与每个关节分别相连的步进式马达，以便控制机器人（某些大型机器臂使用液压或气动系统）。与普通马达不同，步进式马达会以增量方式精确移动。这使计算机可以精确地移动机器臂，使机器臂不断重复完全相同的动作。机器人利用运动传感器来确保自己完全按正确的量移动。

这种带有六个关节的工业机器人与人类的手臂极为相似，它具有相当于肩膀、肘部和腕部的部位。它的“肩膀”通常安装在一个固定的基座结构（而不是移动的身体）上。这种类型的机器人有六个自由度，也就是说，它能向六个不同的方向转动。与之相比，人的手臂有七个自由度。

一个六轴工业机器人的关节

人类手臂的作用是将手移动到不同的位置。类似地，机器臂的作用则是移动末端执行器。您可以在机器臂上安装适用于特定应用场景的各种末端执行器。有一种常见的末端执行器能抓握并移动不同的物品，它是人手的简化版本。机器手往往有内置的压力传感器，用来将机器人抓握某一特定物体时的力度告诉计算机。这使机器人手中的物体不致掉落或被挤破。其他末端执行器还包括喷灯、钻头和喷漆器。

工业机器人专门用来在受控环境下反复执行完全相同的工作。例如，某部机器人可能会负责给装配线上传送的花生酱罐子拧上盖子。为了教机器人如何做这项工作，程序员会用一只手持控制器来引导机器臂完成整套动作。机器人将动作序列准确地存储在内存中，此后每当装配线上有新的罐子传送过来时，它就会反复地做这套动作。

机器臂是制造汽车时使用的基本部件之一

大多数工业机器人在汽车装配线上工作，负责组装汽车。在进行大量的此类工作时，机器人的效率比人类高得多，因为它们非常精确。无论它们已经工作了多少小时，它们仍能在相同的位置钻孔，用相同的力度拧螺钉。制造类机器人在计算机产业中也发挥着十分重要的作用。它们无比精确的巧手可以将一块极小的微型芯片组装起来。

机器臂的制造和编程难度相对较低，因为它们只在一个有限的区域内工作。如果您要把机器人送到广阔的外部世界，事情就变得有些复杂了。

首要的难题是为机器人提供一个可行的运动系统。如果机器人只需要在平地上移动，轮子或轨道往往是最好的选择。如果轮子和轨道足够宽，它们还适用于较为崎岖的地形。但是机器人的设计者往往希望使用腿状结构，因为它们的适应性更强。制造有腿的机器人还有助于使研究人员了解自然运动学的知识，这在生物研究领域是有益的实践。

机器人的腿通常是在液压或气动活塞的驱动下前后移动的。各个活塞连接在不同的腿部部件上，就像不同骨骼上附着的肌肉。若要使所有这些活塞都能以正确的方式协同工作，这无疑是一个难题。在婴儿阶段，人的大脑必须弄清哪些肌肉需要同时收缩才能使得在直立行走时不致摔倒。同理，机器人的设计师必须弄清与行走有关的正确活塞运动组合，并将这一信息编入机器人的计算机中。许多移动型机器人都有一个内置平衡系统（如一组陀螺仪），该系统会告诉计算机何时需要校正机器人的动作。

波士顿动力最新升级版的Atlas人形机器人

两足行走的运动方式本身是不稳定的，因此在机器人的制造中实现难度极大。为了设计出行走更稳的机器人，设计师们常会将眼光投向动物界，尤其是昆虫。昆虫有六条腿，它们往往具有超凡的平衡能力，对许多不同的地形都能适应自如。

某些移动型机器人是远程控制的，人类可以指挥它们在特定的时间从事特定的工作。遥控装置可以使用连接线、无线电或红外信号与机器人通信。远程机器人常被称为傀儡机器人，它们在探索充满危险或人类无法进入的环境（如深海或火山内部）时非常有用。有些机器人只是部分受到遥控。例如，操作人员可能会指示机器人到达某个特定的地点，但不会为它指引路线，而是任由它找到自己的路。

NASA研发可远程控制的太空机器人R2

自动机器人可以自主行动，无需依赖于任何控制人员。其基本原理是对机器人进行编程，使之能以某种方式对外界刺激做出反应。极其简单的碰撞反应机器人可以很好地诠释这一原理。

这种机器人有一个用来检查障碍物的碰撞传感器。当您启动机器人后，它大体上是沿一条直线曲折行进的。当它碰到障碍物时，冲击力会作用在它的碰撞传感器上。每次发生碰撞时，机器人的程序会指示它后退，再向右转，然后继续前进。按照这种方法，机器人只要遇到障碍物就会改变它的方向。

高级机器人会以更精巧的方式运用这一原理。机器人专家们将开发新的程序和传感系统，以便制造出智能程度更高、感知能力更强的机器人。如今的机器人可以在各种环境中大展身手。

较为简单的移动型机器人使用红外或超声波传感器来感知障碍物。这些传感器的工作方式类似于动物的回声定位系统：机器人发出一个声音信号（或一束红外光线），并检测信号的反射情况。机器人会根据信号反射所用的时间计算出它与障碍物之间的距离。

较高级的机器人利用立体视觉来观察周围的世界。两个摄像头可以为机器人提供深度感知，而图像识别软件则使机器人有能力确定物体的位置，并辨认各种物体。机器人还可以使用麦克风和气味传感器来分析周围的环境。

某些自动机器人只能在它们熟悉的有限环境中工作。例如，割草机器人依靠埋在地下的界标确定草场的范围。而用来清洁办公室的机器人则需要建筑物的地图才能在不同的地点之间移动。

较高级的机器人可以分析和适应不熟悉的环境，甚至能适应地形崎岖的地区。这些机器人可以将特定的地形模式与特定的动作相关联。例如，一个漫游车机器人会利用它的视觉传感器生成前方地面的地图。如果地图上显示的是崎岖不平的地形模式，机器人会知道它该走另一条道。这种系统对于在其他行星上工作的探索型机器人是非常有用的。

有一套备选的机器人设计方案采用了较为松散的结构，引入了随机化因素。当这种机器人被卡住时，它会向各个方向移动附肢，直到它的动作产生效果为止。它通过力传感器和传动装置紧密协作完成任务，而不是由计算机通过程序指导一切。这和蚂蚁尝试绕过障碍物时有相似之处：蚂蚁在需要通过障碍物时似乎不会当机立断，而是不断尝试各种做法，直到绕过障碍物为止。

目 录

第1章 绪 论 1

1.1 题目来源与分析 1

1.2 研究目的 2

1.3 国内外发展及研究现状 2

第2章 机器人总体设计 4

2.1确定基本技术参数 4

2.2机器人本体结构设计 8

第3章 机器人腰部结构设计 11

3.1 电动机的选择 11

3.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比 13

3.3 轴的设计计算 13

3.4 确定齿轮的参数 18

3.5 壳体设计 23

第4章 机器人的位姿分析 24

4.1 机器人的位姿与运动的描述 24

4.2 机器人的广义连杆变换齐次矩阵 24

4.3 探测机器人运动方程 27

第5章 控制系统设计 36

5.1 机器人控制系统的特点 36

5.2 计算机控制系统的设计方案 24

5.3 硬件电路的组成 37

5.4 控制设计 37

结论 42

参考文献 43

致谢 44

采矿业是一种劳动条件相当恶劣的生产行业，其主要表现为振动、粉尘、煤尘、瓦斯、冒顶等

不安全因素。这些不安全因素极大地威胁井下工人的安全。因此，采矿业迫切要求开发各种不同用

途的机器人以取代人类从事的各种有毒，有害及危险环境下的工作。此外，采掘工艺一般比较复杂

，这种复杂工作很难用一般的自动化机械完成，采用带有一定智能识别并且具有相当灵活度的机器

人是目前最理想的方法。Monsteel莫士特是全球领先的机器人提供商，其新推出的视觉控制机器人

能解决此类机器人设计方案。

根据井下作业的特殊条件和特点，机器人的应用主要有以下几个方面：

1，特殊煤层视觉识别的采掘机器人。目前，一般都用综合机械化采煤机采煤，但对于薄煤层这

样一类的特殊情况，运用综合机械化采煤机采煤就很不方便，有时甚至是不可能的。如果用人去采

，作业又十分艰苦和危险，但是如果舍弃不用，又造成资源的极大浪费。因此，采用遥控机器人进

行特殊煤层的采掘是最佳的方法。这种采掘机器人应该能拿起各种工具，比如高速转机，电动机和

其它采爆器械等，并且能操作这些工具。这种机器人的肩部应装有强光源和视觉传感器，能够智能

识别周围环境，或者这样将采区情况传送给操作人员。

2，基于视觉识别的凿岩机器人。这种机器人可以利用传感器来确定巷道的上缘，这样就可以自

动瞄准巷道缝，然后把钻头按规定的间隔布置好，钻孔过程用微机控制，随时根据岩石硬度调整钻

头的转速和力的大小以及钻孔的形状，这样可以大大提高生产率，人只要在安全的地方监视整个过

程的作业过程就行了。

3，井下喷浆机器人。井下喷浆作业是一项很繁重并且危害人体健康的作业，目前这种作业主要

由人操作机械装置来完成，这种方法的缺陷很多。采用喷浆机器人不仅可以提高喷涂质量，也可以

将人从恶劣和繁重的作业环境中解放出来。

4，瓦斯、地压检测机器人。瓦斯和冲击地压是井下作业中的两个不安全的自然因素，一旦发生

突然事故，是相当危险和严重的。但瓦斯和冲击地压在形成突发事故之前，都会表现出种种迹象，

如岩石破裂等。采用带有专用新型传感器的移动式机器人，连续监视采矿状态，智能识别各种状况

，以便及早发现事故突发的先兆，采取相应的预防措施。

　

随着机器人研究的不断深入和发展，采矿机器人的应用领域会越来越宽，经济效益和社会效益

也会越来越显著。

解决方案由莫士特科技有限公司提供，并可二次开发

科学论文是为了培养我们具有综合运用所学知识解决实际问题的能力，而论文格式使行文简练、版面美观。下面是我为大家精心推荐的全国青少年科技创新大赛科技论文格式，希望能够对您有所帮助。

全国青少年科技创新大赛科技论文格式

1 题目是科技论文的中心和总纲。

要求准确恰当、简明扼要、醒目规范、便于检索。一篇论文题目不要超出20个字。用小2号黑体加粗，居中。

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2 署名

署名表示论文作者声明对论文拥有著作权、愿意文责自负，同时便于读者与作者联系。署名包括工作单位及联系方式。工作单位应写全称并包括所在城市名称及邮政编码，有时为进行文献分析，要求作者提供性别、出生年月、职务职称、电话号码、e-mail等信息。

用小4号宋体

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3 摘要

摘要是对论文的内容不加注释和评论的简短陈述，是文章内容的高度概括。主要内容包括：

1)该项研究工作的内容、目的及其重要性。

2)所使用的实验方法。

3)总结研究成果，突出作者的新见解。

4)研究结论及其意义。

中文摘要200字左右，中文名称的“内容摘要”用小2号黑体加粗，居中，其内容另起一行用小4号宋体(1.5倍行距)，每段起首空两格，回行顶格。

英文“内容提要”项目名称规定为“Abstract”， 用小2号Times New Roman字体加粗，居中，其内容另起一行用小4号Times New Roman 字体，标点符号用英文形式。

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4 关键词

关键词是为了满足文献标引或检索工作的需要而从论文中萃取出的、表示全文主题内容信息条目的单词、词组或术语，一般列出3～8个。

有英文摘要的论文，应在英文摘要的下方著录与中文关键词相对应的英文关键词(key words )。

中文名称的 “关键词” 另起一行用小4号黑体加粗，内容用小4号黑体，一般不超过8个词，词间空一格。

英文“关键词” 另起一行， 项目名称规定为“Key words”，用小4号Times New Roman 字体加粗，顶格，其内容接“Key words”后空一格，用小4号Times New Roman字体加粗，词间用分号“”隔开。

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5 引言

引言又称前言、导言、序言、绪论，它是一篇科技论文的开场白，由它引出文章，所以写在正文之前。引言也叫绪言、绪论。

引言的写作要求

(l)引言应言简意赅，内容不得繁琐，文字不可冗长，应能对读者产生吸引力。学术论文的引言根据论文篇幅的大小和内容的多少而定，一般为200～600字，短则可不足100字，长则可达1000字左右。

(2)比较短的论文可不单列“引言”一节，在论文正文前只写一小段文字即可起到引言的效用。

(3)引言不可与摘要雷同，不要写成摘要的注释。一般教科书中有的知识，在引言中不必赘述。

(4)学位论文为了需要反映出作者确已掌握了坚实的理论基础和系统的专门知识，具有开阔的科研视野，对研究方案作了充分论证，因此，有关于历史回顾和前人工作的综合评述，以及理论分析等，则可将引言单独写成一章，用足够的文字详细加以叙述。

(5)引言的目的应是向读者提供足够的背景知识，不要给读者悬念。作者在引言里不必对自己的研究工作或自己的能力过于表示谦意，但也不能自吹自擂，抬高自己，贬低别人。

引言的格式要求

项目名称用小2号黑体加粗，居中内容另起一行用小4号宋体。每段起首空两格，回行顶格。

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6正文

正文是科技论文的主体，是用论据经过论证证明论点而表述科研成果的核心部分。正义占论文的主要篇幅，可以包括以下部分或内容：调查对象、基本原理、实验和观测方法、仪器设备、材料原料。实验和观测结果、计算方法和编程原理、数据资料、经过加工整理的图表、形成的论点和导出的结论等。

正文可分作几个段落来写，每个段落需列什么样的标题，没有固定的格式，但大体上可以有以下几个部分(以试验研究报告类论文为例)。

1)理论分析。

2)实验材料和方

3)实验结果及其分析

4)结果的讨论

具体要求有如下几点：

1)论点明确，论据充分，论证合理

2)事实准确，数据准确，计算准确，语言准确

3)内容丰富，文字简练，避免重复、繁琐

4)条理清楚，逻辑性强，表达形式与内容相适应

5)不泄密，对需保密的资料应作技术处理。

具体格式要求：

1)文字统一用5号宋体，每段起首空两格，回行顶格，多倍行距，设置值为1.25

2)正文文中标题：

一级标题:标题序号为“一、”，用小4号宋体加粗，独占行，末尾不加标点

二级标题:标题序号为“(一)”，用5号宋体加粗，独占行，末尾不加标点

三级标题:标题序号为“1、”，用5号宋体加粗，若独占行，则末尾不加标点，若不独占行，标题后面须加句号

四级标题:标题序号为“(1)”，用5号宋体，其余要求与三级标题相同

五级标题:标题序号为“①”，用5号宋体，其余要求与三级标题相同。

注意：每级标题的下一级标题应各自连续编号。

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7 结论

科技论文一般在正文后面要有结论。结论是实验、观测结果和理论分析的逻辑发展，是将实验、观测得到的数据、结果，经过判断、推理、归纳等逻辑分析过程而得到的对事物的本质和规律的认识，是整篇论文的总论点。结论的内容主要包括：研究结果说明了什么问题，得出了什么规律，解决了什么实际问题或理论问题对前人的研究成果作了哪些补充、修改和证实，有什么创新本文研究的领域内还有哪些尚待解决的问题，以及解决这些问题的基本思路和关键。 对结论部分写作的要求是：

1)应做到准确、完整、明确、精练。结论要有事实、有根据，用语斩钉截铁，数据准确可靠，不能含糊其辞、模棱两可。

2)在判断、推理时不能离开实验、观测结果，不作无根据或不合逻辑的推理和结论。

3)结论不是实验、观测结果的再现，也不是文中各段的小结的简单重复。

4)对成果的评价应公允，恰如其分，不可自鸣得意。证据不足时不要轻率否定或批评别人的结论，更不能借故贬低别人。

5)写作结论应十分慎重，如果研究虽然有创新但不足以得出结论的话，宁肯不写也不妄下结论，可以根据实验、观测结果进行一些讨论。

要求：

项目名称用小2号黑体加粗，居中内容另起一行用小4号宋体。每段起首空两格，回行顶格。

8 参考文献

在科技论文中，凡是引用前人(包括作者自己过去)已发表的文献中的观点、数据和材料等，都要对它们在文中出现的地方予以标明，并在文未(致谢段之后)列出参考文献表。这项工作叫做参考文献著录。

参考文献著录的原则

1) 只著录最必要、最新的文献。

2) 一般只著录公开发表的文献。

3) 采用标准化的著录格式。

参考文献格式要求：

参考文献(即引文出处)的类型以单字母方式标识：M——专著，C——论文集，N——报纸文章，J——期刊文章，D——学位论文，R——报告，S——标准，P——专利对于不属于上述的文献类型，采用字母“Z”标识。

参考文献一律置于文末。其格式为：

(一)专著

示例 [1] 张志建.严复思想研究[M]. 桂林：广西师范大学出版社，1989.(49).

[2] [英]蔼理士.性心理学[M]. 潘光旦译注.北京：商务印书馆，1997.

(二)论文集

示例 [1] 伍蠡甫.西方文论选[C]. 上海：上海译文出版社，1979.

[2] [俄]别林斯基.论俄国中篇小说和果戈里君的中篇小说[A]. 伍蠡甫.西方文论选：下册[C]. 上海：上海译文出版社，1979.

凡引专著的页码，加圆括号置于文中序号之后。

(三)报纸文章

示例 [1] 李大伦.经济全球化的重要性[N]. 光明日报，1998-12-27，(3)

(四)期刊文章

示例 [1] 郭英德.元明文学史观散论[J]. 北京师范大学学报(社会科学版)，1995(3).

(五)学位论文

示例 [1] 刘伟.汉字不同视觉识别方式的理论和实证研究[D]. 北京：北京师范大学心理系，1998.

(六)报告

示例 [1] 白秀水，刘敢，任保平. 西安金融、人才、技术三大要素市场培育与发展研究[R]. 西安：陕西师范大学西北经济发展研究中心，1998.

全国青少年科技创新大赛科技论文

水下机器人概述和发展应用前景

摘要：水下机器人的应用领域已经不断扩大，如海洋研究、海洋开发和水下工程等，发达的军事大国非常重视水下机器人在未来战争中的应用。

关键词：水下机器人现状，应用

一、水下机器人的种类及国内现状

1、水下机器人的种类

水下机器人是一种具有智能功能的水下潜器，国内外专家学者根据其智能化程度和使用需求，将水下机器人分为四类：即拖曳式水下机器人TUV (Towing UnderwaterVehicle)、遥控式水下机器人ROV(RemotelyOperated Vehilce)、无人无缆水下机器人UUV (Unmanned UnderwaterVehicle)和智能水下机器人AUV (Autonomous Underwater Vehicle)。前两种水下机器人均带缆，由母船上人工控制后两种水下机器均无人无缆，自主航行，分别由预编程控制和智能式控制。

2、国内现状

目前国内研究水下机器人的单位较多，内容也五花八门，但代表国内先进水平的、真正进入实质性试验阶段的仅此几家。它们是：哈尔滨工程大学研制的智能水下机器人AUV，中科院沈阳自动化所研制的无人无缆水下机器人UUV，上海交通大学研制的遥控式水下机器人ROV 和中船重工715 所研制的拖曳式水下机器人TUV。

二、水下机器人应用前景

水下机器人的应用领域已经不断扩大，如海洋研究、海洋开发和水下工程等，发达的军事大国非常重视水下机器人在未来战争中的应用。水下机器人将成为未来水下战争中争夺信息优势、实施精确打击与智能攻击、完成战场中特殊作战任务的重要设备之一。

目前正处于飞速发展阶段。

1、海洋资源的研究和开发

占地球表面积71%的海洋是是一个富饶而远未得到开发的资源宝库，也是兵戎相见的战场。21 世纪，人类面临人口膨胀和生存空间、陆地资源枯竭和社会生产增长、生态环境恶化和人类发展的三大矛盾挑战，要维持自身的生存、繁衍和发展，就必须充分利用海洋资源，这是无可回避的抉择。对人均资源匮乏的我国来说，海洋开发更具有特殊意义。因此，水下机器人将在海洋环境监测、海洋资源勘察、海洋科学研究中发挥重要作用。

2、未来战争中的作用

零伤亡是未来战争中的选择，因而使得无人武器系统在未来战争中的地位倍受重视，其潜在的作战效能越来越明显。作为无人武器系统重要组成部分的水下机器人能够以水面舰船或潜艇为基地，在数十或数百里的水下空间完成环境探测、目标识别、情报收集和数据通讯，将大大地扩展了水面舰船或潜艇的作战空间。尤其是自主航行的水下机器人，它们能够更安全地进入敌方控制的危险区域，能够以自主方式在战区停留较长的时间，是一种效果明显的兵力倍增器。更重要的是，在未来的战争中，“以网络为中心”的作战思想将代替“以平台为中心”的作战思想，水下机器人将成为网络中心站的重要节点，在战争中发挥越来越重要的作用。论文大全。目前各国重点研究的应用包括：水雷对抗、反潜战、情报收集、监视与侦察、目标探测和环境数据收集等。

三、水下机器人关键技术

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。

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：

(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。

(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。

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。

(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。

(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。

(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、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。论文大全。

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，

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。

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。

(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。

(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。

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。

(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。

(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。论文大全。

五、结语

毫无疑问，在海洋开发和末来战争中，水下机器人起着举足轻重的作用。目前国内的水下机器人(主要是AUV、UUV)还处于研制试验阶段，很多关键技术还没有突破，离实际使用尚有一段距离。要瞄准目标，抓住时机，开拓创新，争取在水下机器人这一领域拥有更多的自主技术。

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