智能機器人現狀及發展趨勢

金耀青 姜永權 譚炳元

（廣東格林精密部件股份有限公司，廣東 惠州 516025）

智能機器人現狀及發展趨勢

金耀青 姜永權 譚炳元

（廣東格林精密部件股份有限公司，廣東 惠州 516025）

隨著人工智能技術的發展，智能機器人正在改變人類的生產、生活方式。本文介紹了智能機器人的基本定義、發展歷程，分析了智能機器人的關鍵技術，并對其發展趨勢給出了建設性的設想。

智能機器人；相關技術；發展現狀；發展趨勢

1 引言

隨著工業 4.0的推進和勞動力資源的日益匱乏，智能機器人的發展越來越受到人們的重視。智能機器人的研發水平是衡量一個國家高科技水平的一個重要指標。智能機器人是一種具有感知、思維和行動的復雜機器系統，能夠自主獲取、處理、識別各種傳感信息，并自主完成各種復雜的操作任務。智能機器人制造技術涉及的學科領域包括：傳感器技術、人工智能技術、計算機控制技術、通信技術及機械傳動技術等。作為一種具有智能的機器系統，智能機器人在服務行業和制造行業都將發揮越來越重要的作用。本文介紹了智能機器人的基本定義、發展歷程，分析了智能機器人的關鍵技術，并對其發展趨勢給出了建設性的設想。

2 智能機器人基本定義

盡管機器人應用日益普遍，但對其給出一個準確的定義卻比較困難。歐美國家科研人員對第一代機器人的定義是：由計算機控制的，通過邏輯編程具有可變更的多功能自動化機械；日本科研人員對第一代機器人的定義是：機器人是一種高級自動化機械；聯合國標準化組織對第一代機器人的定義是：一種可編程和多功能的用來搬運材料、零件、工具的操作機；或是為了執行不同任務而具有可改變和可編程動作的專門系統。我國科研人員對第三代機器人的定義是：智能機器人是一種具備一些與人類有著相似的感知能力、動作能力、協同能力和規劃能力的高度靈活的自動化機器系統。也就是說，智能機器人是一種依靠自身感知能力、分析判斷能力及自主學習能力，能夠實現各種復雜操作的機器系統。

3 機器人發展歷程

機器人技術發展歷經以下三個主要階段：第一代機器人為可編程示教、再現型的機器人，其主要特征為：能夠實現按照預先設定的程序步驟進行重復性的操作，主要代表為工業機器人；第二代機器人為具有感知能力和自適應能力的機器人，其主要特征為：能夠根據作業對象的改變而改變作業內容，具有某種感知和判斷能力，但缺乏自主學習能力；第三代機器人稱為智能機器人，其主要特征為：能夠感知多種信息，并將多種感知的數據信息進行融合，快速適應環境變化，具有自適應、自學習和自治能力。隨著人工智能理論與技術的快速發展，智能機器人已成為當前的一個研究熱點，并將為人類的生產與服務活動做出巨大貢獻。

4 智能機器人關鍵技術

4.1 智能機器人架構

智能機器人主要由執行機構、驅動裝置、傳感裝置、控制系統、智能系統及人機接口等幾部分組成。以下分別對智能機器人的各組成部分進行分析介紹。

（1）執行機構

機器人的執行機構為其結構本體，機器人的手臂通常采用空間開鏈連桿機構，運動副為關節。機器人的執行機構類型一般可分為：圓柱坐標式、直角坐標式、極坐標式和關節坐標式等。

（2）驅動裝置

在機器人控制系統發出相應的控制指令后，機器人驅動裝置是用來驅使執行機構產生運動的裝置，即驅動裝置在動力元件的作用下，使機器人完成相對應的動作。驅動裝置主要為采用電力驅動的裝置，如伺服電機、步進電機等。另外也有氣動、液壓等形式的驅動裝置。

（3）傳感裝置

機器人傳感裝置可分為：內部信息傳感器與外部信息傳感器兩類。內部信息傳感器主要負責對機器人內部各組成部件的工作狀況進行檢測；外部信息傳感器主要負責對機器人的作業對象及外界環境的信息檢測。通過內部信息傳感器與外部信息傳感器檢測到的信息，機器人能夠了解其內部運動、工作狀況以及外部工作環境的變化，反饋至控制系統進行分析比較，調整機器人執行機構完成相應的動作，提高機器人的自適應能力及作業精度。

（4）控制系統

機器人控制系統主要分為集中式控制與分散式控制兩種方式。用一臺計算機對機器人的全部動作進行控制稱為集中式控制；用多臺計算機對機器人的動作進行分級控制稱為分散式控制，如主從結構的控制系統。主機主要用于系統的通訊、管理、動力和運動計算、向從機發送相應的控制指令等。從機對應各關節的控制，進行伺服控制和插補運算處理等，實現某種特定運動，并向主機反饋相關信息。另外，根據不同作業任務要求，機器人的控制方式還可分為連續軌跡控制、點位控制和力矩控制三種控制方式。

（5）智能系統

智能系統是智能機器人具有完成類似人類智能的功能系統。智能機器人智能系統的主要特征為：其處理對象不僅限于特定數據，還有相關知識。也就是說，智能機器人具有知識獲取、表示、處理和存取的能力，這也是智能機器人與第一代機器人之間最主要的區別。

智能系統是一個知識處理系統，主要由知識表示語言、知識組織工具、知識庫的建立、知識庫的維護與查詢方法等部分組成，支持對現有知識的調用，也支持對新知識的獲取。智能系統采用人工智能求解問題模式，與傳統的求解問題模式之間有著明顯區別，主要表現為：其問題求解算法通常為非確定型的或稱啟發式的，其問題求解主要依賴知識庫。智能系統常采用搜索、推理和規劃三類問題求解方法。智能系統具有與現實世界的抽象進行交互的能力，包括學習、感知、判斷和推理。

（6）人機接口

通過智能人機接口系統，可實現人與機器人之間自然友善的信息交流。智能人機接口系統主要包含：自然語言人機對話，基于聲、文、圖形及圖像等多媒體的人機交流，基于腦電波等生理信號的人機交流。

4.2 智能機器人關鍵技術

智能機器人能夠融合多種傳感器信息，對變化環境具有良好的自適應能力，具備較強的學習能力、自適應能力和自治能力。智能機器人涉及到許多關鍵技術，這些技術直接關系到機器人智能化水平的高低。智能機器人的關鍵技術主要包括：多傳感信息藕合技術、機器視覺技術、定位和導航技術、路徑規劃技術、智能控制技術及人機接口技術等。

多傳感信息藕合技術是指智能機器人接收到多個傳感器數據，經過信息融合處理后，排除一些不確定的因素，產生更加可靠、完善、精確的對象信息。機器視覺技術主要涉及到圖像的獲取技術、圖像的處理與分析技術、圖像的可視化顯示技術，其核心技術為對圖像的特征提取、圖像分割及圖像的識別技術。智能機器人在自主的位移過程中，定位和導航技術至關重要。智能機器人通過定位和導航技術，對障礙物當前狀態與位置進行精確定位與判定，以實現實時的局部避障以及全局路徑規劃。智能機器人的自主位移過程中，通過路徑規劃技術，選擇一條最佳的位移路徑。基于某個特定的或多個路徑優化準則，路徑規劃技術采用最優路徑規劃算法，在智能機器人的工作空間中，搜索出一條合理的、自始至終的、可避障的最優路徑。智能控制技術通過優化控制算法，實現對機器人位移速度與運動精度的精確控制。人機接口技術主要是實現人與機器人方便自然地交流與信息傳遞。

5 智能機器人發展趨勢

目前，機器人特別是工業機器人已得到廣泛應用，為工業 4.0奠定了良好的基礎。在未來，第三代智能機器人將融入到人們日常生活的方方面面，并將深刻改變人類的生活方式。不可否認，目前的智能機器人的智能化程度還不夠高。在今后的發展中，提高智能機器人的智能化水平、環境自適應性與決策自主性仍是研究的關鍵。另外，智能機器人的應用還涉及到倫理學、心理學等社會科學。在進一步提高機器人智能化水平的同時，應使其能夠為人類提供更好的服務，而不是反過來控制人類。

6 結束語

機器人發展已歷經三代，隨著第三代智能機器人研究的深入，智能機器人在服務業和制造業都將發揮越來越重要的作用，已經改變并將深刻改變人類的生產、生活方式，其應用具有廣闊的市場前景。在今后的發展中，提高智能機器人的智能化水平、環境自適應性與決策自主性仍是研究的關鍵，使其能夠更好地為人類服務，而不是反過來控制人類。

[1]王曉芳．智能機器人的現狀、應用及其發展趨勢[J]．科技視界，2015(33)：98-99．

[2]任福繼，孫曉．智能機器人的現狀及發展[J]．科技導報，2015，33(21)：32-38．

[3]劉曦凱．智能機器人的研究現狀及其發展趨勢研究[J]．科技風，2015(18)：14．

[4]孟慶春，齊勇，張淑軍，等．智能機器人及其發展[J]．中國海洋大學學報，2004，34(5)：831-838．

Current Situation of Intelligent Robot and Its Development Tendency

Jin Yaoqing Jiang Yongquan Tan Bingyuan
（Guangdong Green Precision Components Co,Ltd.，Huizhou 516025,Guangdong）

With the development of artificial intelligence technology,intelligent robot is changing the style of production activity and human life.The fundamental definition of intelligent robot and its development history are introduced.The kernel technologies of intelligent robot are analyzed,and the constructive ideas for intelligent robot development tendency are given.

intelligent robot;related technologies;current situation;development tendency

TP242

A

1008-6609(2017)05-0027-02

金耀青(1961-)，男，上海人，本科，研究方向為機器人與自動化裝配。

惠州市科技計劃重大專項資助項目，項目編號：2015040105。