智能移動機器人的技術現狀及展望

吳彥兵

【摘 要】與已經比較成熟的傳統工業機器人相比，我國的智能型服務機器人研制工作起步不算晩。在2000年后，國家就出臺了引領智能產業發展的戰略?！秶抑虚L期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》中對智能型服務機器人給予了明確定義——非結構環境下為人類提供必要服務的多種高技術集成的智能化裝備，并且將其列為未來15年重點發展的前沿技術。

【關鍵詞】智能移動機器人；技術現狀；展望

眾所周知，在全世界發展范圍內，都投入了大量的時間和資金進行智能機器人的項目研究，因為此項技術的進展在某種程度上代表了一個國家綜合科學技術的發展程度，伴隨著信息科技時代的到來，智能機器人獲得了更為廣闊的發展空間。因為機器人的更新換代速度很快，所以我們應該打破傳統研究方面的禁錮，使得機器人更加人性化、智能化，很好的與實際生活生產相融入。

一、智能移動機器人的整體結構系統

縱觀世界發展總體動向，對于機器人的起始研究時間大約于20世紀60年代，其研究的主要用途就是進行對象識別，還具備一些簡單的智能化標準，可以優化路徑，完成簡單的事物推理。因為學無止境，科技發展的腳步從未停止，科研人員也在與時俱進，不斷改進和創新原有設備，通過長時間不懈的努力，終于使得機器人基本實現全面自動化、智能化。最為常見的就是可以快速對周圍環境進行有效感知，人們對系統輸入指令后，能夠快速、自主的對任務進行科學規劃，選擇最為有效的解決策略。因此，我們對完全具備獨立性能的智能移動機器人進行全面的結構分析，主要包括：

（一）分級結構

分層結構是最基本、最常使用的構機構系統，其使用優勢主要表現在能夠實現感知與策劃、執行要點的分離，使得操作可以按部就班的進行。

（二）反應結構

反應結構的主要特點是，具備同時操作操作功能和執行功能，不僅可以做到滿足二者同時操作的要求，而且反應迅速，運行快。

（三）慎思/反應混和結構

對于慎思/反應混合結構的發展而言，既可以看作是統一的整體，也可以獨立運行，因為其綜合反應系統極為強大。常用于處理異步操作，可以稱之為對反應結構的改革和創新。

二、智能型服務機器人的主要應用

（一）多功能清潔機器人

清潔型機器人的關鍵是控制系統的設計，而控制系統包括運動控制系統和感知系統。運動控制系統是閉環控制系統，可確保機器人的運動是可控的；感知系統用于檢測清潔機器人周邊的障礙物，將相關信息上傳給機器人，圓滿完成對垃圾清掃任務。

1.運動控制系統

清潔機器人的能量消耗主要有兩方面：首先是功能模塊，其次是控制系統及電機驅動電路。清潔機器人若要具有自主實現工作的能力，必須具備一個可靠電源，使得系統在各種環境中穩定工作，其中電源電路設計猶為重要。

2.信息采集模塊

清潔機器人屬于移動型機器人的范疇，故其采用的傳感器可分為兩大類：內部狀態感知傳感器和外部狀態感知傳感器。前者又可細分為：加速度傳感器、速度傳感器、編碼器等，后者則包括：紅外測距傳感器、視覺傳感器、超聲波傳感器、激光掃描儀等。如前文所述，現有移動機器人一般都是采取多傳感器融合的方式進行周邊環境的感知?？紤]到各種傳感器的優缺點，同時考慮到清潔機器人需在避障的基礎上完成吸塵和拖地任務，因此信息采集模塊采用紅外測距傳感器和光電編碼器。

（一）醫療型服務機器人

首先要明確其設計要求，其后才是其應用。首先是安全性要求，醫療型服務機器人實現的是人與機器的實時協調運作，并且服務對象多為病人，而病人存在不同程度的運動功能障礙，如肌肉控制力不足導致的身體平衡性和協調性變差、關節僵硬導致的活動范圍不足等。因此，在產品研發設計中，安全性是必需的前提。在整體結構設計時，各個零部件在保證足夠強度的前提下，應盡量選取輕質材料；機器人設備與患者患肢的鏈接位置應在保證安全性和穩定性的前提下，具備一定的可調性和訓練舒適性，比如在康復訓練中，需符合患者生理特點，防止訓練過程中過量或異常的訓練模式導致患者二次損傷。在控制系統設計中，則應根據實際運行情況，進行人機系統的實時控制與反饋，提高系統的自適應能力。此外，多重安全保護器件也是必不可少的。

三、智能移動機器人未來發展路徑

（一）智能機器人逐漸民用化

隨著工業革命的完成，我們的生產不斷實現規范化生產模式，以此奠定了機器人成為輔助人類進行生產生活的重要組成部分，就像人們接受手機電腦一樣，智能機器人同樣會受到廣泛歡迎。相較于現階段，其應用領域將會無限擴大，大到航天航空領域，小到一個家庭，都在運用計算機管家。而且，機器人會不斷向多元化方向發展，民用化帶來的突出變化在于機器人將會和日常商品一樣，可供眾多家庭選擇。

（二）智能機器人的安全性進一步加強

在當前，對于智能機器人研發利用存在爭議最大的問題就是安全問題。在未來的發展過程中，機器人會涉足更為廣闊的發展領域，因此出現故障的形式也會呈現出多樣化的態勢，像是在醫療領域，如果想運用機器人完成高難度手術，那么，就需要做好對安全系數的科學評估。因此，在未來的發展過程中，為了有效提升其整體安全性能，會不斷完善容錯能力和糾正能力。

（三）人機交互

在現階段的發展過程中，已經開始出現人機交互的發展模式，像是蘋果系列已經推出的語音助手，可以幫助人們有效解決實際存在的問題，雖然應用起來很簡單，但是系統清晰地展示出人機交互的邏輯思維，可以根據人的情感變化做出反應，這看似相互獨立的個體，將會在未來有機的結合在一起，人機互動模式也就成為未來發展的一大趨勢。

四、結束語

隨著科技水平發展愈發迅速，智能型服務機器人的需求與出現是必然的。隨著智能型服務機器人領域的日益革新，人們在生活或工作中面對的復雜、重復的問題必然會在機器人的協助下得以減輕。所以，應繼續加強智能型服務機器人的重視程度，不斷改善技術條件，使其為人類做出更多的貢獻。

參考文獻：

[1]王宏昊，房國志，王旭峰，孫慧.在電子實習中引入智能移動機器人平臺[J].黑龍江科技信息，2011（36）.endprint