早在1989年，工业机器人的开辟者JoeEngelberger就猜测：未来机器人最大量的运用范畴对错工业范畴。这个猜测精确地反映了机器人的开展方向，通过几十年技能的不断开展，机器人正在从车间走向户外和服务场所。工程机器人便是其间的一个重要分支。
跟着科学技能水平的进步和国际经济的快速开展，工程机器人越来越广泛地被运用到许多职业傍边，尤其是在高危、恶劣环境以及单调、深重的作业范畴，对工程机器人的需求愈加火急。因而，工程机器人的开发与运用，引起了国际各国的高度注重，产品开展前景非常宽广。
1 工程机器人的界说与分类
工程机器人是一种面向高危及特别环境下依托自身动力和操控才能来进行工程施作业业的遥操作多关节机械手或多自由度机器人。它既具有工程机械的大功率、多功用、适用规模广的长处，又具有机器人的灵敏移动、环境感知、智能辨认等各种功用。
工程机器人是机器人宗族中的新成员。与工业机器人在固定环境下依据事前编制的程序运转不同，工程机器人首要在非结构环境下作业，靠承受人类指挥，或依据以人工智能技能拟定的准则纲要举动。因而工程机器人更着重感知、思维和杂乱举动的才能，比一般含义上的工业机器人需求更大的灵敏性、机动性，具有更强的感知才能、决议方案才能、反响才能以及举动才能。工程机器人从外观上也远远脱离了开端工业机器人所具有的形状。工程机器人交融了更多学科的常识，如组织学、操控工程、计算机科学、人工智能、微电子学、光学、传感技能、材料科学、仿生学等。
工程机器人依据运用范畴能够分为：农林业工程机器人、工业工程机器人、修建工程机器人、矿业工程机器人、核工业工程机器人、抢险救援工程机器人、军事工程机器人等；按作业方法能够分为：破拆机器人、转移机器人、抓取装卸机器人、勘探机器人等。
2 工程机器人的根本结构与作业特性
工程机器人的根本特征是液压驱动、遥操作、移动作业，具有大功率作业、宽规模作业、多功用作业和智能作业的特色。
工程机器人的根本构成包含：操控体系、驱动设备、履行组织和感知体系组成，如图1所示。
图1 工程机械人的根本构成
驱动体系：工程机器人大多选用液压驱动，其特色是：驱动功率大，功率密度高，易于完结大规模无级调速和力操控，防过载功能好。因为液压驱动能够完结直接驱动，省去工业机器人的减速机加伺服电机的传动组织，使得驱动体系简略，结构紧凑。跟着液压伺服操控技能不断进步以及数值液压技能的开展，液压驱动将更能代表机器人的节能化、轻量化、紧凑化和智能化的开展方向。
履行体系：与工业机器人比较，工程机器人履行体系首要增加了行走体系。尤其是在不同环境下运用，要求工程机器人具有全地势行走功用。图2所示vcb为一种典型工程机器人——破拆机器人的履行组织。
图2 破拆机器人典型的履行组织
这种典型的履行组织由手部、腕部、小臂（上臂）、大臂（下臂）、腰部、足部等组成。其间手部为结尾履行器，如夹持东西之类的属具。能够替换不同的属具，如液压剪、液压锤、液压抓斗等，以完结不同的作业才能。腕部一般具有3自由度，完结手部动作，是履行组织最杂乱的部分。臂部用于衔接腰部和腕部，带动腕部做平面运动。腰部用来衔接臂部与基座，做回转运动，是履行组织的要害部件。足部包含行走体系和作业时用于支撑机体的支腿。
操控体系：工程机器人的操控体系一般比较杂乱，涉及到行走、避障、有用作业等方面，要求操控体系具有较强的推理和思维才能，实时呼应才能强，习惯非结构性环境才能强。操控体系是机器人体系功用完结的中心，如果把机器人机械结构比作人的骨豁和肌肉的话，机器人操控体系就相当于人的神经体系。机器人要完结自身的运动、对环境的感知以及与外界的交互等功用，都需求操控体系对各机械部件以及传感器单元进行协谐和操控。
感知体系：工程机器人的感知才能是未来工程机器人智能化的研讨要点之一。机器人传感器在机器人的操控中起了非常重要的效果，机器人传感器分为内部传感器和外部传感器2大类。内部传感器首要有方位传感器、速度传感器、力传感器、温度传感器、平衡传感器。内部传感器用测量到的视点、角速度、力等检测机器人的内部状况，了解机器人各履行组织的方位和姿势、运动速度等，以调整和操控机器人的自身举动。外部传感器首要有视觉传感器、触觉传感器、听觉传感器、冷觉传感器、病觉（反常）传感器、味觉传感器、嗅觉传感器等。外部传感器用来检测机器人所在环境、外部物体的状况或机器人与外部物体的联系。
工程机器人研讨的现状标明，因为遭到组织、操控、传感器以及人工智能水平的约束，研讨出能在不知道环境中全自主方法作业的机器人是现在难以完结的方针。因而，现在在核工业、抢险救灾等高危、恶劣的环境中被广泛运用的是遥操作机器人。遥操作机器人首要分为视觉临场感遥操作机器人、力觉临场感遥操作机器人、触觉临场感遥操作机器人及运动觉临场感遥操作机器人等。依据临场感的遥操作机器人体系原理如图3所示，它由操作者、主机器人（手控器）、通讯环节、从机器人和作业环境5部分构成。在临场感体系作业过程中，由操作者向主机器人宣布操作指令（如方位指令）操作主机器人运动，主机器人的运动信息通过通讯环节传给远方的从机器人，然后操控从机器人的运动；当从机器人同环境交互时，从机器人的运动信息（如视觉、力觉、触觉等信息）又通过通讯环节反馈给本地主机器人，使操作者关于现场作业状况有了有用的感知，然后能够及时做出精确判别，宣布相应的操作指令，操控远方从机器人精确、高效地完结作业使命。现在，依据视觉临场感的工程机器人遥操作操控首要是用摄像机获取现场的视频图画并回传到主控端，操纵者通过监视器来完结对工程机器人的操作使命。
图3 依据临场感的遥控操作机器人体系原理框图
其间，通讯环节作为临场感体系的数据交换和衔接环节，是操控量信息、传感器信息及视频、图画信息的传输通道，是临场感体系进行牢靠作业的根本保障。
3 工程机器人国内外开展概略
在国外，早在20世纪70年代欧美、日本等国家就开端在工程机械根底上研制开发各类工程施工主动作业机械，并构成两大开展方向，一是工程机械智能化，一是专门开展起来的工程机器人分支。针对高危、恶劣环境的施作业业，欧美、日韩等国家都现已悉数选用工程机器人或机械手，技能水平先进。
其间，破拆机器人是在工程施工中运用最广泛的工程机器人之一，因为选用无线遥控作业方法，破拆机器人能够运用在冶金、矿山、修建、交通以及抢险救援等许多范畴。瑞士布鲁克公司是现在居于国际领先地位的破拆机器人专门出产厂商，公司自20世纪70年代就开发、研制、出产遥控电液式多功用破拆机器人，通过不断的改善与开展，堆集了丰厚的经历，无论是规划、选材仍是制作水平都处于国际领先地位，是现在撤除机器人最大的供货商，产品销往国际各地［3］。别的，日本、德国等发达国家在破拆机器人范畴也都走在了国际前列。像德国TOPTEC公司出产的TOPTEC1850E、 TOPTEC2500E工程机器人，日本TmsukT52型和T53型双机械臂机器人等，技能水平先进。破拆机器人的结尾履行器一般为液压锤、液压剪等，以完结破碎、撤除作业。将结尾履行器替换成液压抓手等其他专用属具，再将主体结构和操控体系依据作业环境作恰当的改动，则可演变成其他类型的机器人，像转移机器人、抓取装卸机器人等。
破拆机器人
在抢险救援范畴，20世纪80年代就现已有人对将机器人运用于救援作业中进行讨论，但救援机器人技能的正式研讨始于1995年的日本神户- 大阪大地震，并于2001年的美国9·11事情中，救援机器人正式投入运用。日本作为一个多地震灾祸的国家，非常注重救援机器人的研制，其技能水平一向处于国际领先地位。美国在9·11事情后，对救援机器人的研讨愈加注重。其间，极具代表含义的由Irobot公司研制的小型便携带式机器人Packbot系列和“Warrior（6兵士）”等，均得到了较好的运用。其他国家也很注重救援机器人的研讨。如加拿大Inuktun公司研制的MicroVGTV及 Sherbrook大学研制的AZIMUT机器人、西班牙的ALACRANE、瑞士的Shrimp、英国的“手推车”（Weelbarrow）Mk7型排爆机器人、德国TEODORG公司的MV4机器人、法国的MK4D智能排爆机器人等。
救援机器人
在农林业方面，进入后工业化的发达国家，跟着农林业出产的日趋工业化、规模化及精准化的不断开展，农林业机器人研制早已成为其科研的要点内容之一，在砍木、育苗、移苗、嫁接、农产品收成等方面得到许多实验与运用，相继研制出了砍木机器人、嫁接机器人、扦插机器人、移栽机器人和采摘机器人等多种产品。
而在国内，工程机器人的研制开发才刚刚起步，工程机械主机厂和部分科研院所开端加大对智能型工程机械的研制投入，但专业从事工程机器人研制制作的企业和研讨组织很少。运用方面也仅限于一些惯例的工业运用，并且产品简直全为进口。
惊天智能配备股份有限公司自2005年自主立项，开端研制破拆机器人，现在已研制出多款工程机器人产品，并且现已进入产业化和运用推行阶段。
在抢险救援范畴，国内的救灾机器人的研讨起步较晚，但遭到的注重程度很高。如国家“863”方案支撑研制地震救援辅佐机器人等的一系列办法，国内各大高校、研讨组织以及企业单位等都进行了活跃研讨，近年来取得了很大开展。国家“十二五”科技支撑方案的要点项目“龙虾”救援机器人是现在国际上最大的抢险救援机器。
4 工程机器人的运用
工程机器人首要运用于各种高危和特别环境施工范畴，如高温高压、易燃易爆易崩塌、有毒有害气体、核辐射、风险品转移以及军事运用，因而，在金属渣锭破碎、修建撤除、地道施工、井下作业、抢险救援，以及农林业、核工业等都得到了广泛的运用。
4.1工业破碎作业
在钢铁冶炼厂，工程机器人首要用途包含：主沟及渣沟破碎、开铁口、炉口除渣、拆炉拆包、鱼雷罐热态耐材、混铁车崩溃等。在有色职业用来进行余热锅炉清灰、阳极炉整理、金属锭破碎、烟道和溜槽的整理等。在铝职业用来清铝包、整理阳极、在线刨槽、刨保温炉和会集槽大修等。
在水泥厂，破拆机器人是水泥回转窑修补的新一代拆砖设备，遥控作业，用以替代人工和小挖修补回转窑，大大缩短停窑时刻，给企业带来巨大的经济效益。
4.2抢险救援运用
灾祸现场的抢险救援作业，是机器人开发范畴的一大难题。不同环境条件下，机器人的解决方案大不相同。现在，多功用作业机器人，已广泛运用于消防破拆救援、灾后抢修抢建、地震后救援、反恐排爆、核事端应急救援等。
4.3修建运用
跟着经济的高速开展，修建施工要求越来越高，修建楼宇的改造作业越来越多，但劳动力本钱却逐年攀升。运用工程机器人进行作业，不光安全牢靠，并且缩短工期，削减人力需求。相较于传统的混凝土切开锯、风镐和挖掘机等撤除设备，运用破拆机器人使施工能在无振荡、低噪音、无废气、无扬尘等状况下进行，对周围环境影响降到最小，并且下降施工本钱，大大进步作业功率。为防止部分破拆对整个根底的影响，近年来水力破拆机器人亦日益遭到业界的高度注重。
4.4地道运用
工程机器人在地道施工方面有广泛的运用，是开凿联络通道、安全硐室、地道修补改造的抱负设备。常用于地铁地道暂时墙的撤除、地道的开辟、巷道的支护、排水和电缆地道的开挖，在空间狭小和钻爆法施工工艺不能运用的场所具有巨大优势。
一般工程机器人车小力大，机动灵敏，能够进入大型设备不能到达的狭隘的作业面和风险场所作业，进步作业功率，下降出产本钱。能够带挖斗、割裂机、液压锤、液压钻等作业，在地道施工中，发挥“一机多能”的优势。
4.5矿山运用
工程机器人在地下矿山有广泛的运用，可用来进行巷道支护、撬毛、二次破碎、钻锚固孔和爆炸孔等作业。许多有色金属矿山和黄金矿山能够用工程机器人进行破大块、剪锚索、挖水沟、修补斜坡道和整修变形的巷道等作业。一起，机器人可用做溜井格筛周围的固定破碎站，也可作为窄矿脉的矿石回采和扒矿。机器人选用无线遥控操作，地下矿山作业时，操作人员能够挑选安全、视野好的方位操作机器，防止落石对人员的损伤。
4.6核工业
因为核电站设备结构杂乱，设备自身或其运转环境具有放射性，一起还兼具水下、高温、高压等特色，简略的机械手往往不能完结相关操作，使用机器人进行设备检修、乏燃料转运、放射性废物处置和核事端应急处理等作业，能够大幅进步核电站的检修水平或事端处理功率，下降作业人员受照剂量和劳动强度。
5总结与展望
工程机器人最大的特色是作业在非结构环境下，且面对的作业环境更杂乱。从某种含义上讲，一个国家工程机器人的技能水平反映了这个国家机器人的技能水平。工程机器人因其先进的功能已被广泛地运用到核工业、抢险救援、修建工程、农业、冶金职业等，跟着科技进步和技能堆集，工程机器人在未来必将发挥更大的效果。
我国的工程机器人起步较晚，通过几十年的开展，虽取得了必定的成果，但和国外发达国家比较，距离还很大。无须质疑，21世纪机器人技能必将得到更大的开展，成为各国必争的高科技制高点。咱们有必要紧跟国际科技开展的潮流，加大对战略性、根底性、要害性效果的严重课题的投入，不畏艰难、吃苦攻关、进步自主立异的才能。一起，咱们也要加强同国际科技界的沟通与协作，努力学习和运用国际先进科技成果，为我国机器人工作的开展作出应有奉献。
