1.3 移动机器人研究的国内外现状
目前，对机器人的研究越来越受到重视，索杰纳的成功应用，成为移动机器人技术发展的一个崭新的里程碑，向人们展现了移动机器人代替人们从事肮脏(Dirty)，危险(Dangerous)，枯燥(Dull)工作的应用潜力，激发了人们对于移动机器人技术研究的极大热情，世界各国或国际机构都加大了相关研究的力度。 1.3.1 移动机器人研究的国外现状
美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称\机器人王国\的日本起步至少要早五六年。经过30多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。综观它的发展史，虽然道路是曲折的，不平坦的，但是美国的机器人技术一直走在世界前列。
进入80年代之后，美国感到形势紧迫，政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国再次工业化的特征，使美国的机器人迅速发展。
80年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国60％的机器人市场。
尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。具体表现在：
（1）性能可靠，功能全面，精确度高；
（2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首； （3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用；
（4）高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。
法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。这主要归功于法国政府一开始就比较重视机器人技术，特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。
法国机器人的发展比较顺利，主要原因是通过政府大力支持的研究计划，建立起一个完整的科学技术体系。即由政府组织一些机器人基础技术方面的研究项目，而由工业界支持开展应用和开发方面的工作，两者相辅相成，使机器人在法
国企业界很快发展和普及.
德国工业机器人的总数占世界第三位，仅次于日本和美国。到了70年代中后期，政府采用行政手段为机器人的推广开辟道路；在\改善劳动条件计划\中规定，对于一些有危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替普通人的劳动。这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。80年代，德国看到了机器人等先进自动化技术对工业生产的作用，提出了1985年以后要向高级的、带感觉的智能型机器人转移的目标。经过近十年的努力，其智能机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位。
前苏联（主要是在俄罗斯），从理论和实践上探讨机器人技术是从50年代后半期开始的。经过20年的努力，前苏联的机器人在数量、质量水乎上均处于世界前列地位。国家有目的地把提高科学技术进步当作推动社会生产发展的手段，来安排机器人的研究制造；有关机器人的研究生产、应用、推广和提高工作，都由政府安排，有计划、按步骤地进行。
日本在1967年由川崎重工业公司从美国Unimation公司引进机器人及其技术，建立起生产车间，并于1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。
正是由于日本当时劳动力显著不足，机器人在企业里受到了“救世主”般的欢迎。日本政府一方面在经济上采取了积极的扶植政策，鼓励发展和推广应用机器人，另一方面，国家出资对小企业进行应用机器人的专门知识和技术指导等等。
这一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年，到80年代中期，已一跃而为“机器人王国”，其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。
日本在汽车、电子行业大量使用机器人生产，使日本汽车及电子产品产量猛增，质量日益提高，而制造成本则大为降低。从而使日本生产的汽车能够以价廉的绝对优势进军号称“汽车王国”的美国市场，并且向机器人诞生国出口日本产的实用型机器人。此时，日本价廉物美的家用电器产品也充斥了美国市场??这使“山姆大叔”后悔不已。日本由于制造、使用机器人，增大了国力，获得了巨大的好处，迫使美、英、法等许多国家不得不采取措施，奋起直追。
1.3.2 移动机器人国内的现状
我国的机器人研究相对开始较晚。先后经历了上世纪70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。
1972年，在中国科学院沈阳自动化所里，被誉为“中国机器人之父”的蒋新松在诸多争议声中开始了机器人研究。1977年，沈阳自动化所将智能和机器人技术确定为学科发展方向。之后，中科院自动化学科的发展规划正式纳入机器人技术研究。
进入80年代后，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，研制出喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人等五类机型。国家“863”计划开始实施后，跟随世界机器人的发展潮流，智能机器人主题成为主要研究方向，国内也建立了一批优秀的机器人研究基地，如北航机器人研究所、哈工大机器人研究所、上海交大机器人研究所等。历经几年，他们成功地研制出了一批特种机器人。
90年代初期，我国的工业机器人也在实践中迈进了一大步。点焊、弧焊、装配、喷漆、切割等各种用途的工业机器人相继出炉，形成了一批机器人产业化基地。中科院沈阳自动化所研制成功的6000米水下机器人，能够无缆进行作业，获得2000年国家十大科技成果之一。2006年，我国研制成功世界最大潜深载人潜水器海极一号，7000米的工作潜深，可以达到世界99.8%的海底，比世界上另外5台同类产品深500米。
经过30多年的发展，我国机器人的研究在一些方面已经达到了世界先进水平，但还存在着一些问题。一方面，在产业化上与国际上有着一定的差距;另一方面，我国机器人研究多是借鉴外国先进技术，进行二次开发的多，自身技术创新较少。
机器人学国家重点实验室（State Key Laboratory of Robotics)是我国机器人学领域最早建立的部门重点实验室。近二十年来，实验室在机器人学基础理论与方法研究方面与国际先进水平同步发展，并在机器人技术前沿探索和示范应用等方面取得一批有重要影响的科研成果，充分显示出实验室具有解决国家重大科技问题的能力。机器人学国家重点实验室定位于为我国经济和社会发展、国家安全和重大科学工程提供所需要的机器人技术与系统，研究机器人学基础理论与方法、发展可行技术和平台样机系统，培养和汇聚从事机器人学研究的高水平人才，推动我国先进机器人技术与系统的可持续发展。主要面向发展具有感知、思维和动作能力的先进机器人系统，研究机器人学基础理论方法、关键技术、机器人系统集成技术和机器人应用技术。该实验室机器人学研究总体水平在国内相关领域处于核心和带头地位，是国内外具有重要影响的机器人学研究基地。
目前我国机器人主要朝着仿人仿生方向发展，已经取得了一定的成绩，但创新不足仍是主要问题。总体上看，我国机器人研究仍然任重而道远。
第二章 超声波测距系统
2.1超声波的概述
超声技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波具有聚束、定向及反射、投射等特性。按超声波振动辐射大小不同大致可以分为：用超声波使物体或物性变化的功率应用，称之为功率超声；用超声波获取信息，称为检测超声。
超声波是听觉阈值之外的振动，其频率范围在104——1012Hz，其中通常的频率大约在104——3?106之间。超声波在超声场（被超声波充满的范围）传播时，如果超声波的波长与超声场相比，超声场很大，超声波就像处在一种无限的介质中，超声波自由地向外扩散；反之，如果超声波的波长与相邻介质的尺寸相近，则超声波受到界面限制不能自由的向外扩散。于是超声波在传播过程中有如下的特性和作用：
2.1.1超声波的传播速度
超声波在介质中可以产生三中形式的振荡波：横波——质点振动方向垂直于传播方向的波；纵波——质点振动方向与传播方向一致的波；表面波——质点振动介于纵波和横波之间，沿表面传播的波。横波只能在固体中传播，纵波能在固体液体中和气体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。为了测量各种状态下的物理量多采用纵波形式的超声波。超声波的频率越高，越与光波某些特性相似。
超声波与气其他声波一样，其传播速度与介质密度和弹性特性有关。
1超声波在气体和液体中，其传播速度CgL=（）2
?Ba1式中 ?——介质的密度；
Ba——绝对压缩系数。
可以推导出超声波在空气种传播速度CG?331.4?0.61?T。（T为环境温
度）。
超声波在固体中的传播速度分两种情况： (1)纵波在固体介质中的传播速度 其传播与介质的形状有关。
Cq?()E12? （细
棒）?????????????(1)
ECq?[]22?(1??)板）???????????(2)
E(1??)]?(?(1??)(1?2?)121 （薄
K?Cq?[?413G)2 （无限介
质）?(3)
式中 E——杨氏模具；
?——泊松系数；
K——体积弹性模具； G——剪片弹性模。 (2)横波声速公式为
EGCq?[]2?()2??2(1??)?质）??????(4)
11 （无限介
在固体中，?介于0——5之间，因此一般可视为横波声速为纵波的一半。 2.1.2超声波的物理性质
当超声波传播到两种特性不同的介质的平面上时，一部分被反射；另一部分透射过界面，在相邻的介质内部继续传播；这样的两种情况称之为超声波的反射和折射，如图
2.1：