1. 医用机械臂研究背景
全身不动，只要轻轻移动头部，整个装置就灵活移动起来……“即使残疾程度很重，只要头部能轻微活动就能行动。我们的项目主要通过辅助装置，帮助肢体残疾老年人恢复基本的行动能力。”西安交通大学研究生宋立冬昨日告诉记者。在日前落幕的第十三届中国研究生电子设计竞赛总决赛中，宋立冬团队获得了技术类竞赛—机电控制与智能制造类一等奖。
为什么想到做这样一套设备帮助残疾人、老年人？宋立冬说：“其实很简单，家里长辈、老人最怕的就是跌倒。我们做过调查，我国65岁以上老年人跌倒死亡是该人群因伤害致死的第一位。其原因并不是跌倒创伤，而是由于跌倒造成老年人肢体残疾后卧床不起，活动范围受限，与外界沟通交流途径断绝，心理压力累积，从而诱发一系列老年疾病的发生。”
宋立冬和几个同学看到了这样一个巨大的需求。他说：“帮助残疾老年群体恢复基本行动能力十分重要，而用现有的医疗技术恢复老年人的机体活动能力并不现实，通过外力辅助帮助这一少数群体恢复行动能力显然是最好的选择。”
团队基于此，设计出了这套系统，希望能帮助到更多残疾人群体“自由行动”。团队设计了一套“基于视觉语音引导的助残操作与运动系统”，具体功能是通过双目摄像机、陀螺仪和加速度计，采集用户头部的姿态和空间位置的信息。在宋立冬团队的成果展示视频中，展示的同学通过头部较小浮动的摆动来操控轮椅运动和机械臂动作，完成一些基本动作。
西安交大研究生发明“智能轮椅”，肢体残疾人动动脑筋就能“行走”
设计过程是多学科的融合，不仅仅涉及到电子设计学科领域，还有一些其他领域的知识和技能，比如机械手臂的设计需要一定的制图和机构加工技能，高级算法的实现需要良好的编程能力；成果展示除了实物现场演示外，还需要良好的演讲能力、文案撰写能力、Photoshop处理技巧等等……宋立冬表示，团队成员都特给力，每个人就自己的能力和技巧选择一部分，分担队友之间的压力，最终向大家展示了一个完整而又出色的作品。
2. 机械臂研究现状
2008年，陈小平选择家庭服务机器人为长期研究目标，进入自主创新阶段。最初，团队在机器人移动底盘上加装了一款进口的机械手臂，但发现手臂太短，且存在安全性、灵活性不足等问题。
团队尝试自己做一款手臂。他们研发了一款刚性机械臂，每个关节上有一套电机、减速器、控制器。但重量和成本都很高，一台机器人成本至少30万元。
“我们决定研发一种更灵活、更安全、更轻的柔性手臂。”陈小平回忆，当时论文和书本里都找不到相关案例，只能从零开始。
经过无数次尝试，2013年，他们终于发现气动蜂巢结构可以满足相关特性。但这种结构在现实世界中并不存在，只能自己手工制作。最初，团队造出的手臂十分简陋，只能“动一动”，没法完成更复杂的动作。
2014年，陈小平扩大了实验室软体机器人组规模，团队成员不断改进控制算法，相继攻克手臂抖动等技术难题。
2016年，团队研发的气动蜂巢网络软体执行器可实现三维空间内对不规则物体的操纵。2017年，陈小平在团队增设柔性手爪研究组，自主研发了刚柔合一的机器人柔性手爪，可抓握多种形状、尺寸和材质的物体，突破了刚性手爪的局限性。
据悉，服务机器人技术在智能制造、医疗康复，家庭服务等领域有巨大研究价值和广泛应用前景。比如，让机器人为不同形状的产品进行表面打磨；对高铁、动车、地铁车厢进行无死角喷涂；或是给卧床的老人喂饭。
3. 医用机械臂研究背景及意义
10. 避免遭行星撞击的惨状
每隔一万年左右，总会有一颗小行星撞击地球，难道人类不该早做准备吗？
假如人类不想步恐龙后尘，就需要避免被大小行星撞击的威胁。根据NASA的说法，基本上约每隔1万年，一颗一个足球场大小的石质或铁质小行星就可能会撞击地球表面，引发足以淹没沿海地区的海啸。太可怕了。
这样剧烈的撞击会导致废墟受热引发火灾风暴，大气中充满尘土，遮天蔽日, 森林农田被摧毁，人和动物在饥饿煎熬慢慢死去。
一项明智的有资助的太空项目能让人们远在危险物体撞击地球之前就能预先知晓，并得以发送航天器用核爆达到远离它撞击进程的目的。
9. 将出现更多伟大的发明
NASA科学家发明了这种太空毯，它能帮助人们快速暖和起来。
最早始于美国航天项目研发的各种工具，材料和处理方式后来都在地面上得到了实际的应用，这样的例子清单可以列出一长串——因此，NASA设立把太空技术重新转化成民用产品的办公室。比如我们都知道的真空冷冻干燥食物，此外还有很多。上世纪60年代，NASA科学家研发出一种涂抹着金属反射层的塑料，把它用来做毯子的话，能把使用者80%的体温反射回来——这种好处能帮助事故受害者和跑完马拉松的人保持体温。
另一项不大被众人熟知但很有价值的创新是镍钛诺(nitinol), 一种柔韧的能恢复弹性的合金，使人造卫星被折叠入火箭后依然顺利弹开。今天，正牙医生会给病人装上这种材料做成的支架。
8. 有益人体健康
国际空间站(2001年)所见的人体躯干物理模型(The Phantom Torso)，用来测试辐射对体内组织的影响，该模型类似地面上训练放射线学者的躯干模型。
光国际空间站就推出大量用于地面医疗的创举，比如把抗癌药物直接注入肿瘤的方法；护士可以手持完成超声波检查并把结果传递给数千里外医生的工具；在磁共振机器内完成精密手术的机械臂……
NASA的科学家们不仅努力保护宇航员们不在微重力环境下失去骨质和肌肉，也帮助医药公司测试药剂Prolia, 这种药在老年人预防骨质疏松方面有用处。在太空中进行这样的测试更为容易，在微重力条件下，太空中的宇航员每个月约会失去1.5%的骨质，而地面上的老年人每年因骨质疏松症约丧失1.5%的骨质。
7.太空探索给人以启迪
天体物理学家奈尔·德葛拉司·泰森(Neil deGrasse Tyson)说，太空探索让人们对科学和相关领域产生兴趣。
假如希望我们的孩子能受到激励立志当科学家或工程师而不是真人秀明星、说唱歌手或华尔街金融巨头的话，一个能吸引激励他们的事业是非常关键的。
天文学家，作家兼电视节目Cosmos的主持人奈尔·德葛拉司·泰森近日告诉美国国内公用无线电台记者：“站在八年级学生面前我问他们：‘谁想成为能设计出燃料利用率比以前使用的高出20%的飞机的航空宇宙工程师啊？’ 结果，台下没什么反应。但假如我问：‘谁想成为一名能航行在火星表面稀薄大气中的飞行器的航空航天工程师啊？’ …… 班上最好的学生们都站了起来。”
6. 对国家安全重要
2011年5月23日，绕地轨道上的国际空间站和停驻的航天飞机奋进号，这是后者最后一次执行任务。请问，一个国家能向另一个国家发射天基武器吗？
美国需要警惕并阻止敌对国家或恐怖组织部署天基武器或袭击航行、通信系统和监视卫星。虽然有与其它主要国家如俄罗斯和中国签署的1967年条约,禁止任何国家主张空间领土,但不难想象会出现忽视这一旧条约我行我素获得利益的例子。
甚至即使美国让许多空间探索领域进入私有化，它仍然需要确保这些公司能在月球或小行星上开采矿产而不用担心闯入者会无视他们的声明偷窃他们的成果。因此假如需要的话，用NASA的可以转化成军事用途的宇宙飞行能力支持外交是关键的。
5. 我们需要来自太空的原材料
尼利·福萨(The Nili Fossae)区是火星快车任务中OMEGA分光仪发现的最大的岩石矿物质暴露区之一。
宇宙中有金,银,铂和其它有价值的物质。人们对那些设想在小行星上采矿的私营企业充满好奇。太空采矿者不需要漫长旅行就可以找到财富。比如月球就是潜在的氦-3富矿(该物质被用作特定的磁共振技术，也是核电站的潜在燃料)，地球上不断上升的稀缺性使它的价格飙高到每公升5千美金。月球也被认为地球急需元素铕，钽的潜在来源地，这些元素在电子、太阳能电池板和其它先进的装置使用方面需求很大。
4. 国家间能和平协作
2001年，国际空间站上来自三个不同国家的宇航员们一起进餐。
之前，我们提到过各国间太空割据想法是非常不利的。但现实表明真不必那样做，目前国际空间站多国之间的合作就证明了这一点。美国的一项空间项目就可以允许其它大国小国都投入各自的探索努力。2006年，华盛顿智库战略与国际研究中心发表一项报告指出了国际合作的益处。首先，庞大的费用可以分摊。此外，有助国家间建立更牢固的外交关系比如美国和印度，并帮助两国创建新的工作岗位。
3.有助于真正解答大问题
2010年世界科学节期间，曼哈顿炮台公园城一个巨大的詹姆斯·韦伯太空望远镜模型揭开了它神秘的面纱。
2013年《赫芬顿邮报》做过调查，他们发现几乎半数美国人相信宇宙的某处存在着生命。四分之一的人认为外星人已经到访我们星球。
但是到目前为止，地面望远镜扫射天空搜寻遥远地外文明信号通常被证明徒劳无功，可能是因为地球大气干扰了这些讯息到达。
这就是外星文明搜寻者更急于发展更多的像詹姆斯·韦伯太空望远镜这样的轨道瞭望台的原因。这种卫星，预计将于2018年发射升空，它将能搜寻太阳系外遥远星球大气里的生命迹象。那将会是个开始，这么一个更强有效的寻找外星生物的天基设施可能最终帮助我们解答是否人类有天外伙伴这个问题。
2.人类需要满足探索的渴望
NASA前首席行政官迈克尔·格里芬 (Michael Griffin)
人类远古祖先从东非开始迁移繁衍到地球的每一个角落，从那以后人类移动的脚步从未停止。地球上已经没有全新的区域，因此唯一的方法是继续这种自古而来的寻找新领地的渴望——月球旅行或需要几代人努力的星际旅行。
2007年的一次演讲中，NASA前首席行政官迈克尔·格里芬 (Michael Griffin)为太空探索区分了“可接受的理由”和“真正的理由”。可接受的理由可能是像宇宙利益和国家利益之类的问题。但真正的理由包括好奇心，竞争力和建功立业这样的想法。
1. 为了生存人们需要新的居住地
2000年的电影《红色星球》中，一群宇航员去往火星调查居住条件。
目前，人类把卫星送往太空的能力帮助人们监测探讨地球上迫在眉睫的问题，从森林火灾石油泄露到人们饮用水所依赖的含水层的消耗等。但迅速增加的人口，无尽的贪欲和对环境后果的欠缺考虑已经导致对地球严重的破坏。
2012年研究调查报告称，大多数科学家估计地球的承载能力在80亿和150亿人口之间——但现在人口已经超过70亿。因此，未来主义者催促说，人们应该早做准备移民到另一个星球——你的生命——或子孙后代的生命——可能将依此生存。
4. 机械手臂国内外研究现状
首先说这个机械手应该就是我们常说的那种几轴几轴的机器人，其实这个机器人的叫法儿我感觉不合适。目前我们所说的这种用于工业生产的所谓机器人，我觉得只能叫做机械臂，和传统的机械臂的不同在于他可以通过编程完成不同的运动轨迹。这种机械臂在国外已经出现了很多年了，最早的时候应该是随着汽车生产线的引进一起被引入国内。后来发展到了其他行业应用，比如说搬运、码垛、装配、装箱、分拣等，总之越来越多的行业都开始应用这种机械臂，随着中国的人工成本越来越高，我觉得这种机械臂应用场景会越来越多，应该还有很大的发展潜力。将来还会随着人工智能的进一步发展，和这种机械臂进行有机结合，这种机械手臂就会变得越来越智能，越来越聪明。将来随着各种技术的进一步发展，这种机器手臂什么时候完成了自己思考自己学习能力以后，我觉得才能叫真正的机器人，它的应用场景也会变得越来越多。
5. 机械手臂研究背景
根据机械手臂运动形式的不同，机械手可以分为四种形式:直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和多关节式，下面机械手厂家就简单的介绍一下这四种形式的机械手各有什么特点：
1、直角坐标式机械手：手臂在直角坐标系的三个坐标轴方向作直线移动，即手臂的前后伸缩、上下升降和左右移动。这种坐标形式占据空间大而工作范围却相对较小、惯性大，它适用于工作位置成直线排列的情况。
2、圆柱坐标式机械手：手臂作前后伸缩、上下升降和在水平面内摆的动作。与直角坐标式相比，所占空间较小而工作范围较大，但由于机构结构的关系，高度方向上的最低位置受到限制，所以不能抓取地面上的物体，惯性也比较大。这是机械手中应用较广的一种坐标形式。
3、极坐标式机械手：手臂作前后伸缩、上下俯仰和左右摆动的动作。其最大特点是以简单的机构得到较大的工作范围，并可抓取地面上的物体。其运动惯性较小，但手臂摆角的误差通过手臂会引起放大。
4、多关节式机械手：其手臂分为大臂和小臂两段，大小臂之间由肘关节连接，而大臂与立柱之间又连接成肩关节，再加上手腕与小臂之间的腕关节，多关节式机械手可以完成近乎人手那样的动作。多关节式机械手动作灵活，运动惯性小.能抓取紧靠机座的工件，并能绕过障碍物进行工作。多关节式机械手适应性广，在引人计算机控制后，它的动作控制既可由程序完成，又可通过记忆仿真.是机械手的发展方向。