【導(dǎo)讀】本文扼要的介紹了智能機(jī)器人的基本概況以及其發(fā)展現(xiàn)狀，然后舉了幾個比較典型的實例介紹智能機(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)展趨勢以及對未來技術(shù)的展望，最后提出了自己對智能機(jī)器人未來發(fā)展的建議和設(shè)想。我們從廣泛意義上理解所謂的智能機(jī)器人，它給人的最深刻的印象是一個獨特的進(jìn)行自我控制的“活物”。其實，這個自控“活物”的主要器官并沒有像真正的人那樣微妙而復(fù)雜。我們稱這種機(jī)器人為自控機(jī)器人，以便使它同前面談到的機(jī)器人區(qū)分開來。到目前為止，在世界范圍內(nèi)還沒有一個統(tǒng)一的智能機(jī)器人定義。又稱外部受控機(jī)器人。在設(shè)計制作之后，機(jī)器人無需人的干預(yù)，能夠在各種環(huán)境下自動完成各項擬人任務(wù)。機(jī)器人世界杯的中型組比賽中使用的機(jī)器人就屬于這一類型。智能機(jī)器人是在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,現(xiàn)在已開始用于生產(chǎn)和生活的許多領(lǐng)域,按其擁有智能的水平可以分為兩類:

　　

【正文】 環(huán)境和任務(wù)的復(fù)雜性,環(huán)境的不確定性,這種建模方式遇到了挑戰(zhàn),于是出現(xiàn)了依靠傳感器建模的主張,這就引出一系列新的與傳感技術(shù)有關(guān)的課題。人們?yōu)榱颂接懭斯ぶ悄茉跈C(jī)器人中近期的可用技術(shù),暫時拋開人工智能中的各種帶根本性的爭論,如符號主義與連接主義、有推理和無推理智能等等,把著眼點放在人工智能技術(shù)中較成熟的技術(shù)上。對傳統(tǒng)的人工智能來說,就是知識的符號表示和推理這部分技術(shù),看一看它對當(dāng)前的機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展會有什么貢獻(xiàn)。其主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在以下幾個方面:基于任務(wù)的傳感技術(shù),建立感知與動作的直接聯(lián)系,基于傳感器的規(guī)劃和決策,復(fù)雜動作的協(xié)調(diào)等。(2)操作器工業(yè)機(jī)器人手臂的設(shè)計制造已趨于成熟,因此在智能機(jī)器人操作器方面的研究,人們的興趣主要集中在各種具有柔性和靈巧性的手爪和手臂上。機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)要適應(yīng)智能機(jī)器人高速、重載、高精度和輕質(zhì)的發(fā)展趨勢。其中輕質(zhì)化是關(guān)鍵。新型高剛度、抗震結(jié)構(gòu)和材料是目前國外研究的前沿。機(jī)器人的手、腕以及連接機(jī)構(gòu)是引人注目的研究課題。其中手腕機(jī)構(gòu)的研究注重于快速、準(zhǔn)確、靈活性、柔順性和結(jié)構(gòu)的緊湊性。與人協(xié)調(diào)作業(yè)關(guān)系密切的一類智能機(jī)器人如醫(yī)用機(jī)器人、空間機(jī)器人、危險品處理機(jī)器人、打毛刺機(jī)器人等,它們都面臨著如何快速、準(zhǔn)確地把人的意志和人手的熟練操作傳送到機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的問題。目前,要讓機(jī)器人作業(yè)一個小時,其軟件編制需要60個小時,費時又費工。改善這種狀況,需要從軟件和硬件兩方面著手。如多指多關(guān)節(jié)靈巧手是一種模擬人的通用手,它能比較逼真地記錄和再現(xiàn)人手的熟練動作,受到研究者的青睞。由于它涉及到操作力學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、基于傳感器的控制、傳感器融和等方面的問題,研制的難度很大,因此到目前為止,還沒有一種成熟的產(chǎn)品投放市場。(3)移動技術(shù)移動功能是智能機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人顯著的區(qū)別之一。附加了移動功能之后,機(jī)器人的作業(yè)范圍大幅度增加,從而使移動機(jī)器人的概念也從陸地拓展到水下和空中。近幾年來,在歐美國家的機(jī)器人研究計劃中,移動技術(shù)占有重要的位置。例如在NASA空間站FREEDOM上搭載的機(jī)器人、NASA和NSF共同開發(fā)的南極Erebus活火山探測機(jī)器人、美國環(huán)保局主持開發(fā)的核廢料處理機(jī)器人HA7BOT中,移動技術(shù)都被列為關(guān)鍵技術(shù)。移動機(jī)構(gòu)與面向作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)綜合開發(fā)是最近出現(xiàn)的新的傾向。因為無論何種機(jī)器人都需要通過搭載的機(jī)械手或傳感器來完成特定的作業(yè)功能。另一個傾向是移動的運(yùn)動控制與視覺的結(jié)合日益密切。這種傾向在美國ALV項目中已初見端倪,最近則越過了靜態(tài)圖像識別的框框,進(jìn)入主動視覺和主動傳感的階段。顯然,智能機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中自主移動,或在遙控條件下移動,視覺傳感器驅(qū)動器的協(xié)調(diào)控制不可缺少。最近幾年,在步行機(jī)構(gòu),雙足步行機(jī),輪式移動機(jī)構(gòu)的開發(fā)和實用化等方面都取得了一些進(jìn)展。據(jù)日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會預(yù)測:管內(nèi)移動機(jī)器人將在2007年可達(dá)到實用化。與人具有同樣步行速度的多足步行機(jī)和雙足步行機(jī)以及不平整地面行走和爬樓梯與人具有相同速度的移動機(jī)器人將在2010年可達(dá)到實用化。(4)動力源和驅(qū)動器智能機(jī)器人的機(jī)動性要求動力源輕、小、出力大。而現(xiàn)有的移動機(jī)器人無一例外地拖著“辮子”。以動力源的重量/功率之比為例,目前電池約達(dá)到60g/W(連續(xù)使用小時),都不理想,而且使用有局限性。到目前為止,尚未見到改善動力源的有效辦法。電機(jī)仍然是智能機(jī)器人的主要驅(qū)動器。要使智能機(jī)器人的作業(yè)能力與人相當(dāng),它的指、肘、肩、腕各關(guān)節(jié)大致需要3300Nm的輸出力矩和3060r/min的輸出轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)伺服電機(jī)的重量/功率之比約為30g/W,而人在百米跑和投擲壘球時腿、肩、臂的出力大約為1g/W,相差甚大。日本在改進(jìn)電機(jī)的性能方面取得了長足的進(jìn)步。例如:核工業(yè)機(jī)器人臂和腿的驅(qū)動電機(jī)的重量已減輕到原來的1/10,使機(jī)器人整體自重降低到700kg,但與它只能處理20kg重的工作相比,遠(yuǎn)非令人滿意。人們寄希望于新驅(qū)動器,例如:人工肌肉、形狀記憶合金、氫吸附合金、壓電元件、撓性軸、鋼絲繩集束傳動等等。雖然各有誘人的優(yōu)點,但在實用性方面還達(dá)不到伺服電機(jī)的水平。日本極限作業(yè)機(jī)器人計劃中,水下機(jī)器人機(jī)械手的手腕和手爪驅(qū)動采用了人工肌肉,肌肉本身的重量才58g,以20kg/cm2壓力的高壓水為工作介質(zhì),收縮力高達(dá)50kg(管徑3mm)。這是新型驅(qū)動器一個成功的例子?？傊?智能機(jī)器人性能指標(biāo)的改進(jìn)是無止境的,對驅(qū)動器的要求也越來越高。什么是客觀的衡量標(biāo)準(zhǔn)呢?一個容易接受的辦法就是把它與人的體能加以比較。從這個角度來看,智能機(jī)器人驅(qū)動技術(shù)目前差距還相當(dāng)大。(5)仿生機(jī)構(gòu)智能機(jī)器人的生命在創(chuàng)新,開展仿生機(jī)構(gòu)的研究,可以從生體機(jī)構(gòu)、移動模式、運(yùn)動機(jī)理、能量分配、信息處理與綜合,以及感知和認(rèn)知等方面多層次得到啟發(fā)。目前,以驅(qū)體為構(gòu)件的蛇形移動機(jī)構(gòu)、人工肌肉、仿象鼻柔性臂、人造關(guān)節(jié)、假肢、多肢體動物的運(yùn)動協(xié)調(diào)等等受到人們的關(guān)注。仿生機(jī)構(gòu)的自由度往往比較多,建立數(shù)學(xué)模型以及基于數(shù)學(xué)模型的控制比較復(fù)雜,借助傳感器獲取信息加以簡化可能是一條出路。近年來,機(jī)器人出現(xiàn)了一個傾向是面向特定功能和作業(yè)開發(fā)專用機(jī)器人,以追求高速、高效、單一化和低成本的目的。例如美國IBM公司設(shè)計的超高速小型機(jī)器人,以50次/s的速度頻繁往復(fù)于相距數(shù)毫米的兩點間,實現(xiàn)高密度微型電子器件裝配,定位精度高達(dá)一微米。這種高速運(yùn)動機(jī)構(gòu)的動態(tài)平衡十分重要,雖然其工作區(qū)域只有13mm13mm1mm,但其加速度卻高達(dá)50g。IBM公司的技術(shù)人員對機(jī)器人學(xué)提出了新的問題:如何進(jìn)行機(jī)構(gòu)控制傳感驅(qū)動的一體化設(shè)計,滿足機(jī)械手高速高精度定位的要求。眾所周知,機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計程序是先設(shè)計臂結(jié)構(gòu)和驅(qū)動裝置,然后設(shè)計控制器。實踐證明,這種設(shè)計即使能達(dá)到最佳的靜力學(xué)性能,也往往不能滿足動力學(xué)性能。到目前為止,改進(jìn)動力學(xué)性能的方法并不多見,一般是按常識、減輕構(gòu)件的重量,匹配減速器的速比等等。大批研發(fā)機(jī)器人和普遍運(yùn)用人工智能機(jī)器人, 聊天機(jī)器人，做菜機(jī)器人。迎賓機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人，娛樂機(jī)器人， 拉車機(jī)器人等等都已經(jīng)出現(xiàn)并應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，機(jī)器人智能化成為一種發(fā)展趨勢。第六章 結(jié)論由于現(xiàn)有的智能機(jī)器人的智能水平還不夠高，因此在今后的發(fā)展中，努力提高各發(fā)面的技術(shù)及其綜合應(yīng)用，大力提高智能機(jī)器人的智能程度，提高智能機(jī)器人的自主性和適應(yīng)性，是智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵。同時，智能機(jī)器人涉及多個學(xué)科的協(xié)同工作，不僅包括技術(shù)基礎(chǔ)，甚至還包括心理學(xué)、倫理學(xué)等社會科學(xué)，讓智能機(jī)器人完成有益于人類的工作，使人類從繁重、重復(fù)、危險的工作中解脫出來，就像科幻作家阿西莫夫的“機(jī)器人學(xué)三大法則”一樣，讓智能機(jī)器人真正為人類利益服務(wù)，而不能成為反人類的工具。相信在不遠(yuǎn)的將來，各行各業(yè)都會充滿形形色色的智能機(jī)器人，科幻小說中的場景將在科學(xué)家們的努力下逐步成為現(xiàn)實，很好地提高人類的生活品質(zhì)和對未知事物的探索能力。參考文獻(xiàn)【1】 方建軍，：化學(xué)工業(yè)出版社，2004【2】 [J].【3】 機(jī)器人發(fā)展簡史[J].【4】 尹繼瑤．全液壓振動壓路機(jī)行駛的動力性能與防滑轉(zhuǎn)【J】．建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2010(1)：99—102．【5】 朱世強(qiáng)，：浙江大學(xué)出版社，2001【6】 高大志　張春暉　——智能機(jī)器人的新領(lǐng)域[J].【7】 羅志增，何發(fā)昌，1996,16（3）：813【8】 [J].