智能機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)與目前的現(xiàn)狀
2017/5/6 12:40:03 點(diǎn)擊：
本文扼要地介紹了智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及世界各國(guó)智能機(jī)器人的發(fā)展水平，然后介紹了智能機(jī)器人的分類，從幾個(gè)典型的方面介紹了智能機(jī)器人在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，討論了智能機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)以及對(duì)未來(lái)技術(shù)的展望，最后提出了自己的建議和設(shè)想，分析我國(guó)在智能機(jī)器人方面發(fā)展并提出期望。
1、引言
機(jī)器人是一種可編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)，或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。智能機(jī)器人則是一個(gè)在感知-思維-效應(yīng)方面全面模擬人的機(jī)器系統(tǒng)，外形不一定像人。它是人工智能技術(shù)的綜合試驗(yàn)場(chǎng)，可以全面地考察人工智能各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，研究它們相互之間的關(guān)系。還可以在有害環(huán)境中代替人從事危險(xiǎn)工作、上天下海、戰(zhàn)場(chǎng)作業(yè)等方面大顯身手。一部智能機(jī)器人應(yīng)該具備三方面的能力：感知環(huán)境的能力、執(zhí)行某種任務(wù)而對(duì)環(huán)境施加影響的能力和把感知與行動(dòng)聯(lián)系起來(lái)的能力。智能機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人的根本區(qū)別在于，智能機(jī)器人具有感知功能與識(shí)別、判斷及規(guī)劃功能。
隨著智能機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，人們期望智能機(jī)器人在更多領(lǐng)域?yàn)槿祟惙⻊?wù)，代替人類完成更復(fù)雜的工作。然而,智能機(jī)器人所處的環(huán)境往往是未知的、很難預(yù)測(cè)。智能機(jī)器人所要完成的工作任務(wù)也越來(lái)越復(fù)雜;對(duì)智能機(jī)器人行為進(jìn)行人工分析、設(shè)計(jì)也變得越來(lái)越困難。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)智能機(jī)器人的研究不斷深入。
本文對(duì)智能機(jī)器人的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了綜述，分析了國(guó)內(nèi)外的智能機(jī)器人的發(fā)展，討論了智能機(jī)器人在發(fā)展中存在的問(wèn)題，最后提出了對(duì)智能機(jī)器人發(fā)展的一些設(shè)想。
2、國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀綜述
2.1智能機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀
智能機(jī)器人是第三代機(jī)器人，這種機(jī)器人帶有多種傳感器,能夠?qū)⒍喾N傳感器得到的信息進(jìn)行融合，能夠有效的適應(yīng)變化的環(huán)境，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力和自治功能。
目前研制中的智能機(jī)器人智能水平并不高，只能說(shuō)是智能機(jī)器人的初級(jí)階段。智能機(jī)器人研究中當(dāng)前的核心問(wèn)題有兩方面：一方面是，提高智能機(jī)器人的自主性，這是就智能機(jī)器人與人的關(guān)系而言，即希望智能機(jī)器人進(jìn)一步獨(dú)立于人，具有更為友善的人機(jī)界面。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，希望操作人員只要給出要完成的任務(wù)，而機(jī)器能自動(dòng)形成完成該任務(wù)的步驟，并自動(dòng)完成它。另一方面是，提高智能機(jī)器人的適應(yīng)性，提高智能機(jī)器人適應(yīng)環(huán)境變化的能力，這是就智能機(jī)器人與環(huán)境的關(guān)系而言，希望加強(qiáng)它們之間的交互關(guān)系。
智能機(jī)器人涉及到許多關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)關(guān)系到智能機(jī)器人的智能性的高低。這些關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面：多傳感信息耦合技術(shù)，多傳感器信息融合就是指綜合來(lái)自多個(gè)傳感器的感知數(shù)據(jù),以產(chǎn)生更可靠、更準(zhǔn)確或更全面的信息，經(jīng)過(guò)融合的多傳感器系統(tǒng)能夠更加完善、精確地反映檢測(cè)對(duì)象的特性,消除信息的不確定性,提高信息的可靠性；導(dǎo)航和定位技術(shù)，在自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中，無(wú)論是局部實(shí)時(shí)避障還是全局規(guī)劃，都需要精確知道機(jī)器人或障礙物的當(dāng)前狀態(tài)及位置，以完成導(dǎo)航、避障及路徑規(guī)劃等任務(wù)；路徑規(guī)劃技術(shù)，最優(yōu)路徑規(guī)劃就是依據(jù)某個(gè)或某些優(yōu)化準(zhǔn)則，在機(jī)器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)、可以避開(kāi)障礙物的最優(yōu)路徑；機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)，機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的工作包括圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸出和顯示,核心任務(wù)是特征提取、圖像分割和圖像辨識(shí)；智能控制技術(shù)，智能控制方法提高了機(jī)器人的速度及精度；人機(jī)接口技術(shù)，人機(jī)接口技術(shù)是研究如何使人方便自然地與計(jì)算機(jī)交流。
在各國(guó)的智能機(jī)器人發(fā)展中，美國(guó)的智能機(jī)器人技術(shù)在國(guó)際上一直處于領(lǐng)先地位，其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)，性能可靠、功能全面、精確度高，其視覺(jué)、觸覺(jué)等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用。日本由于一系列扶植政策，各類機(jī)器人包括智能機(jī)器人的發(fā)展迅速。歐洲各國(guó)在智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用方面在世界上處于公認(rèn)的領(lǐng)先地位。中國(guó)起步較晚，而后進(jìn)入了大力發(fā)展的時(shí)期，以期以機(jī)器人為媒介物推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的改變，推動(dòng)整個(gè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的壯大。
2.2智能機(jī)器人的廣泛應(yīng)用
現(xiàn)代智能機(jī)器人基本能按人的指令完成各種比較復(fù)雜的工作，如深海探測(cè)、作戰(zhàn)、偵察、搜集情報(bào)、搶險(xiǎn)、服務(wù)等工作，模擬完成人類不能或不愿完成的任務(wù)，不僅能自主完成工作,而且能與人共同協(xié)作完成任務(wù)或在人的指導(dǎo)下完成任務(wù)，在不同領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
智能機(jī)器人按照工作場(chǎng)所的不同，可以分為管道、水下、空中、地面機(jī)器人等。管道機(jī)器人可以用來(lái)檢測(cè)管道使用過(guò)程中的破裂、腐蝕和焊縫質(zhì)量情況，在惡劣環(huán)境下承擔(dān)管道的清掃、噴涂、焊接、內(nèi)部拋光等維護(hù)工作,對(duì)地下管道進(jìn)行修復(fù)；水下機(jī)器人可以用于進(jìn)行海洋科學(xué)研究、海上石油開(kāi)發(fā)、海底礦藏勘探、海底打撈救生等；空中機(jī)器人可以用于通信、氣象、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面；服務(wù)機(jī)器人半自主或全自主工作、為人類提供服務(wù)，其中醫(yī)用機(jī)器人具有良好的應(yīng)用前景；仿人機(jī)器人的形狀與人類似，具有移動(dòng)功能、操作功能、感知功能、記憶和自治能力，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互；微型機(jī)器人以納米技術(shù)為基礎(chǔ)在生物工程、醫(yī)學(xué)工程、微型機(jī)電系統(tǒng)、光學(xué)、超精密加工及測(cè)量(如:掃描隧道顯微鏡)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
在國(guó)防領(lǐng)域中，軍用智能機(jī)器人得到前所未有的重視和發(fā)展，近年來(lái),美英等國(guó)研制出第二代軍用智能機(jī)器人，其特點(diǎn)是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰(zhàn)和后勤支援等任務(wù)，在戰(zhàn)場(chǎng)上具有看、嗅等能力,能夠自動(dòng)跟蹤地形和選擇道路，具有自動(dòng)搜索、識(shí)別和消滅敵方目標(biāo)的功能。如美國(guó)的Navplab自主導(dǎo)航車,SSV自主地面戰(zhàn)車等。在未來(lái)的軍事智能機(jī)器人中，還會(huì)有智能戰(zhàn)斗機(jī)器人、智能偵察機(jī)器人、智能警戒機(jī)器人、智能工兵機(jī)器人、智能運(yùn)輸機(jī)器人等等，成為國(guó)防裝備中新的亮點(diǎn)。
在服務(wù)工作方面，世界各國(guó)尤其是西方發(fā)達(dá)國(guó)家都在致力于研究開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用服務(wù)智能機(jī)器人，以清潔機(jī)器人為例，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人們希望更多地從繁瑣的日常事務(wù)中解脫出來(lái)，這就使得清潔機(jī)器人進(jìn)入家庭成為可能。日本公司研制的地面清掃機(jī)器人，可沿墻壁從任何一個(gè)位置自動(dòng)啟動(dòng)，利用不斷旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物掃入自帶容器中；車站地面擦洗機(jī)器人工作時(shí)一面將清洗液噴灑到地面上，一面用旋轉(zhuǎn)刷不停地擦洗地面，并將臟水吸入所帶的容器中；工廠的自動(dòng)清掃機(jī)器人可用于各種工廠的清掃工作。美國(guó)的一款清潔機(jī)器人“Roomba”具有高度自主能力，可以游走于房間各家具縫隙間，靈巧地完成清掃工作。瑞典的一款機(jī)器人“三葉蟲(chóng)”，表面光滑，呈圓形，內(nèi)置搜索雷達(dá)，可以迅速地探測(cè)到并避開(kāi)桌腿、玻璃器皿、寵物或任何其它障礙物。一旦微處理器識(shí)別出這些障礙物，它可重新選擇路線，并對(duì)整個(gè)房間做出重新判斷與計(jì)算，以保證房間的各個(gè)角落都被清掃。
甚至在體育比賽方面，也得到了很大的發(fā)展，近年來(lái)在國(guó)際上迅速開(kāi)展起來(lái)足球機(jī)器人與機(jī)器人足球高技術(shù)對(duì)抗活動(dòng)，國(guó)際上已成立相關(guān)的聯(lián)合會(huì)FIRA，許多地區(qū)也成立了地區(qū)協(xié)會(huì)，已達(dá)到比較正規(guī)的程度且有相當(dāng)?shù)囊?guī)模和水平。機(jī)器人足球賽目的是將足球(高爾夫球)撞入對(duì)方球門取勝。球場(chǎng)上空(2m)高懸掛的攝像機(jī)將比賽情況傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)，由預(yù)裝的軟件作出恰當(dāng)?shù)臎Q策與對(duì)策，通過(guò)無(wú)線通訊方式將指揮命令傳給機(jī)器人。機(jī)器人協(xié)同作戰(zhàn)，雙方對(duì)抗，形成一場(chǎng)激烈的足球比賽。在比賽過(guò)程中,機(jī)器人可以隨時(shí)更新它的位置每當(dāng)它穿過(guò)地面線截面，雙方的教練員與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員不得進(jìn)行干預(yù)。機(jī)器人足球融計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、決策對(duì)策、無(wú)線數(shù)字通訊、自動(dòng)控制與最優(yōu)控制、智能體設(shè)計(jì)與電力傳動(dòng)等技術(shù)于一體，是一個(gè)典型的智能機(jī)器人系統(tǒng)。
現(xiàn)代智能機(jī)器人不僅在上述方面有廣泛應(yīng)用，而將滲透到生活的各個(gè)方面，像在煤炭工業(yè)在礦業(yè)方面，考慮到社會(huì)上對(duì)煤炭需求量日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)和煤炭開(kāi)采的惡劣環(huán)境，將智能機(jī)器人應(yīng)用于礦業(yè)勢(shì)在必行。在建筑方面，有高層建筑抹灰機(jī)器人、預(yù)制件安裝機(jī)器人、室內(nèi)裝修機(jī)器人、擦玻璃機(jī)器人、地面拋光機(jī)器人等。在核工業(yè)方面，主要研究機(jī)構(gòu)靈巧、動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重量輕的機(jī)器人等等。智能機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，人們期望智能機(jī)器人能在更多的領(lǐng)域?yàn)槿祟惙⻊?wù)，代替人類完成更多更復(fù)雜的工作。
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