智能機(jī)器人概述

智能機(jī)器人之所以叫智能機(jī)器人断盛，這是因?yàn)樗邢喈?dāng)發(fā)達(dá)的“大腦”罗洗。在腦中起作用的是中央計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)跟操作它的人有直接的聯(lián)系钢猛。最主要的是這樣的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行按目的安排的動(dòng)作伙菜。正因?yàn)檫@樣，我們才說這種機(jī)器人才是真正的機(jī)器人命迈，盡管它們的外表可能有所不同贩绕。本文主要介紹智能機(jī)器人的技術(shù)、分類壶愤、發(fā)展及在未來發(fā)展中的問題淑倾。

關(guān)鍵詞智能機(jī)器   人技術(shù)分類   發(fā)展問題

引言

到目前為止，在世界范圍內(nèi)還沒有一個(gè)統(tǒng)一的智能機(jī)器人定義涮饱。大多數(shù)專家認(rèn)為智能機(jī)器人至少要具備以下三個(gè)要素：一是感覺要素绸廉，用來認(rèn)識周圍環(huán)境狀態(tài)；二是運(yùn)動(dòng)要素常择，對外界做出反應(yīng)性動(dòng)作姨痊；三是思考要素，根據(jù)感覺要素所得到的信息笆赤，思考出采用什么樣的動(dòng)作购狈。感覺要素包括能感知視覺魂欺、接近、距離等的非接觸型傳感器和能感知力杂猾、壓覺勤右、觸覺等的接觸型傳感器。這些要素實(shí)質(zhì)上就是相當(dāng)于人的眼痘宋、鼻、耳等五官淡箱。它們的功能可以利用諸如攝像機(jī)塌瑞、圖像傳感器、超聲波傳成器蛔六、激光器荆永、導(dǎo)電橡膠、壓電元件国章、氣動(dòng)元件具钥、行程開關(guān)等機(jī)電元器件來實(shí)現(xiàn)。對運(yùn)動(dòng)要素來說液兽，智能機(jī)器人需要有一個(gè)無軌道型的移動(dòng)機(jī)構(gòu)骂删，以適應(yīng)諸如平地、臺階四啰、墻壁宁玫、樓梯、坡道等不同的地理環(huán)境柑晒。它們的功能可以借助輪子欧瘪、履帶、支腳匙赞、吸盤佛掖、氣墊等移動(dòng)機(jī)構(gòu)來完成。在運(yùn)動(dòng)過程中要對移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制季距，這種控制不僅要包括有位置控制虚蹋，而且還要有力度控制、位置與力度混合控制淑储、伸縮率控制等帘缤。智能機(jī)器人的思考要素是三個(gè)要素中的關(guān)鍵，也是人們要賦予機(jī)器人必備的要素俏堆。思考要素包括有判斷憋屑、邏輯分析、理解等方面的智力活動(dòng)篡呆。這些智力活動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)信息處理過程汽后，而計(jì)算機(jī)則是完成這個(gè)處理過程的主要手段面旋。智能機(jī)器人作為運(yùn)用到多方面前沿知識的高科技領(lǐng)域，將在我們的生活中發(fā)揮越來越大的作用两胃。

1 關(guān)鍵技術(shù)

智能機(jī)器人是近年來比較熱門的一個(gè)研究吟沮，涉及機(jī)械、電子专肪、感應(yīng)器刹勃、計(jì)算機(jī)、多媒體嚎尤、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)荔仁，還涉及反應(yīng)式行為的感知和編程技術(shù)，以及多智能體群體之間的協(xié)調(diào)和控制等問題芽死。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步乏梁，使得機(jī)器人智能化程度逐步增強(qiáng)。

1.1 人工智能

人工智能是智能機(jī)器人的核心技術(shù)关贵。人工智能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)有2種不同的方式遇骑。一種是采用傳統(tǒng)的編程技術(shù)：使系統(tǒng)呈現(xiàn)智能的效果，而不考慮所用方法是否與人或動(dòng)物機(jī)體所用的方法相同揖曾。這種方法叫工程學(xué)方法（Engineeringapproach）落萎，它已在一些領(lǐng)域內(nèi)作出了成果，如文字識別炭剪、電腦下棋等模暗。另一種是模擬法（Modelingapproach）它不僅要看效果，還要求實(shí)現(xiàn)方法也和人類或生物機(jī)體所用的方法相同或相類似念祭。本書介紹的遺傳算法GenericAlgorithm沽票，簡稱GA。和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ArtificialNeuralNetwork裙系，簡稱ANN均屬后一類型憋考。遺傳算法模擬人類或生物的遺傳-進(jìn)化機(jī)制，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則是模擬人類或動(dòng)物大腦中神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)方式眼膊。為了得到相同智能效果绪樊，兩種方式通常都可使用。采用前一種方法舆鸿，需要人工詳細(xì)規(guī)定程序邏輯藐篡，如果游戲簡單，還是方便的翰发。如果游戲復(fù)雜辑剿，角色數(shù)量和活動(dòng)空間增加，相應(yīng)的邏輯就會很復(fù)雜，按指數(shù)式增長坚浩。人工編程就非常繁瑣赋遇，容易出錯(cuò)。而一旦出錯(cuò)绵估，就必須修改原程序炎疆，重新編譯、調(diào)試国裳，最后為用戶提供一個(gè)新的版本或提供一個(gè)新補(bǔ)丁形入，非常麻煩。采用后一種方法時(shí)缝左，編程者要為每一角色設(shè)計(jì)一個(gè)智能系統(tǒng)（一個(gè)模塊）來進(jìn)行控制唯笙。這個(gè)智能系統(tǒng)（模塊）開始什么也不懂，就像初生嬰兒那樣盒使，但它能夠?qū)W習(xí)，能漸漸地適應(yīng)環(huán)境七嫌，應(yīng)付各種復(fù)雜情況少办。這種系統(tǒng)開始也常犯錯(cuò)誤票摇，但它能吸取教訓(xùn)市口，下一次運(yùn)行時(shí)就可能改正抽茸，至少不會永遠(yuǎn)錯(cuò)下去险绘，用不到發(fā)布新版本或打補(bǔ)丁捉泣。利用這種方法來實(shí)現(xiàn)人工智能趾痘，要求編程者具有生物學(xué)的思考方法锁澡，入門難度大一點(diǎn)陕牲。但一旦入了門伐狼，就可得到廣泛應(yīng)用臣塑。由于這種方法編程時(shí)無須對角色的活動(dòng)規(guī)律做詳細(xì)規(guī)定，應(yīng)用于復(fù)雜問題岁十，通常會比前一種方法更省力特干。

1.2 傳感器

傳感器在智能機(jī)器人中有著極其重要的作用，它用來作為機(jī)器人與外界溝通的關(guān)鍵技術(shù)惦踩。它是指那些被測對象的某一確定的信息具有感受與檢出功能涨剧，并是指按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的可輸出信號的元器件或裝置的總稱。傳感器處于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置敲骏，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過程所要獲取的信息都要通過它轉(zhuǎn)換為容易傳輸和處理的電信號樊淑。如果把計(jì)算機(jī)比喻為處理和識別信息的“大腦”，把通信系統(tǒng)比喻為傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”蝇降，那么傳感器就是感知和獲取信息的“感覺器官”铜缠。

1.3 計(jì)算機(jī)

智能機(jī)器人之所以能夠“智能”，是與計(jì)算機(jī)的工作所分不開的。是用計(jì)算機(jī)模擬人的智能肾砂，特別是模擬思維活動(dòng)列赎。由于人的思維活動(dòng)離不開語言，而且人對于某一類問題進(jìn)行思索和探索解法時(shí)镐确，總是需要以關(guān)于這一類問題的基本知識(專業(yè)知識或常識)作為出發(fā)點(diǎn)包吝。于是，知識表示和機(jī)器對自然語言的理解就構(gòu)成人工智能的兩個(gè)重要領(lǐng)域源葫。所謂知識表示诗越，是指將原來用自然語言表示的知識轉(zhuǎn)換成用符號語言表示的，從而可以儲存在機(jī)器內(nèi)供機(jī)器使用的知識息堂。人工智能的研究角度有探索法的角度和算法的角度嚷狞。通常所說的解題算法是指機(jī)械的和總是有結(jié)果的方法，而這里所說的算法卻是廣義的荣堰，包括那些機(jī)械的而在使用時(shí)不一定有結(jié)果的算法床未。這種方法時(shí)常稱作半可判定的方法。人在解決問題時(shí)振坚，時(shí)常采用探索法薇搁。這種方法具有“試錯(cuò)法”的性質(zhì)，也就是說秤淀，試驗(yàn)若干條途徑挺皆，一條路走不通時(shí)再試另一條，直到問題得到解決時(shí)為止世荐。這便是計(jì)算機(jī)解決問題的典型辦法否因。

2 分類

2.1按智能程度分類

1）傳感型機(jī)器人

又稱外部受控機(jī)器人。機(jī)器人的本體上沒有智能單元只有執(zhí)行機(jī)構(gòu)和感應(yīng)機(jī)構(gòu)介腻。它具有利用傳感信息（包括視覺榔晃、聽覺、觸覺酱滞、接近覺奸冶、力覺和紅外、超聲及激光等）進(jìn)行傳感信息處理蛀篓、實(shí)現(xiàn)控制與操作的能力卢历。受控于外部計(jì)算機(jī)，在外部計(jì)算機(jī)上具有智能處理單元丸爵，處理由受控機(jī)器人采集的各種信息以及機(jī)器人本身的各種姿態(tài)和軌跡等信息蜒秤，然后發(fā)出控制指令指揮機(jī)器人的動(dòng)作。目前機(jī)器人世界杯的小型組比賽使用的機(jī)器人就屬于這樣的類型亚斋。

2）交互型機(jī)器人

機(jī)器人通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與操作員或程序員進(jìn)行人—機(jī)對話作媚，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制與操作攘滩。雖然具有了部分處理和決策功能，能夠獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)一些諸如軌跡規(guī)劃纸泡、簡單的避障等功能漂问，但是還要受到外部的控制。

3）自主型機(jī)器人

在設(shè)計(jì)制作之后女揭，機(jī)器人無需人的干預(yù)蚤假，能夠在各種環(huán)境下自動(dòng)完成各項(xiàng)擬人任務(wù)。自主型機(jī)器人的本體上具有感知吧兔、處理磷仰、決策、執(zhí)行等模塊境蔼，可以就像一個(gè)自主的人一樣獨(dú)立地活動(dòng)和處理問題灶平。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。全自主移動(dòng)機(jī)器人的最重要的特點(diǎn)在于它的自主性和適應(yīng)性箍土，自主性是指它可以在一定的環(huán)境中帆伯，不依賴任何外部控制，完全自主地執(zhí)行一定的任務(wù)逸讹。適應(yīng)性是指它可以實(shí)時(shí)識別和測量周圍的物體代投，根據(jù)環(huán)境的變化，調(diào)節(jié)自身的參數(shù)徒妒，調(diào)整動(dòng)作策略以及處理緊急情況。交互性也是自主機(jī)器人的一個(gè)重要特點(diǎn)旷厨，機(jī)器人可以與人乘恩、與外部環(huán)境以及與其他機(jī)器人之間進(jìn)行信息的交流。由于全自主移動(dòng)機(jī)器人涉及諸如驅(qū)動(dòng)器控制腋意、傳感器數(shù)據(jù)融合容蕉、圖像處理、模式識別往软、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等許多方面的研究亩当，所以能夠綜合反映一個(gè)國家在制造業(yè)和人工智能等方面的水平。因此蜓耻，許多國家都非常重視全自主移動(dòng)機(jī)器人的研究。

2.2 按用途分類

在用途上刹淌，智能機(jī)器人與普通機(jī)器人在用途上有許多相似之處讥耗，但因其智能性使得它能做更復(fù)雜的工作有勾，完成更高級的任務(wù)。

1）工業(yè)智能機(jī)器人

工業(yè)智能機(jī)器依據(jù)具體應(yīng)用的不同喊崖，通常又可以分成焊接機(jī)器人雇逞、裝配機(jī)器人荤懂、噴漆機(jī)器人喝峦、碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人等多種類型颊鳄。作為具有智能的工業(yè)機(jī)器人，他們在很多方面超越了傳統(tǒng)機(jī)器人谤蚌。焊接機(jī)器人衫沽，包括點(diǎn)焊（電阻焊）和電弧焊機(jī)器人，用途是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的焊接作業(yè)酒吠。裝配機(jī)器人，比較多地用于電子部件電器的裝配唇佳。噴漆機(jī)器人，代替人進(jìn)行噴漆作業(yè)谷芬。碼垛、上下料肩民、搬運(yùn)機(jī)器人的功能則是根據(jù)一定的速度和精度要求链方，將物品從一處運(yùn)到另一處持痰。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)器人祟蚀，可以方便迅速地改變作業(yè)內(nèi)容或方式，以滿足生產(chǎn)要求的變化移剪。比如究珊，改變焊縫軌跡纵苛，改變噴漆位置，變更裝配部件或位置等等攻人。隨著對工業(yè)生產(chǎn)線柔性的要求越來越高，對各種機(jī)器人的需求也就越來越強(qiáng)烈馁掺。

2）農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人

隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，以定型物寻币、無機(jī)物為作業(yè)對象的工業(yè)機(jī)器人正在向更高層次的以動(dòng)悉宿、植物之類復(fù)雜作業(yè)對象為目標(biāo)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人或機(jī)器人化的農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用范圍正在逐步擴(kuò)大涝睁。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用不僅能夠大大減輕以致代替的人們的生產(chǎn)勞動(dòng)、解決勞動(dòng)力不足的問題示祭，而且可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境化焕，防止農(nóng)藥、化肥等對人體的傷害锣杂，提高作業(yè)質(zhì)量番宁。但由于農(nóng)業(yè)機(jī)器人所面臨的是非結(jié)構(gòu)、不確定蝶押、不宜預(yù)估的復(fù)雜環(huán)境和工作對象火欧，所以與工業(yè)機(jī)器人相比棋电，其研究開發(fā)的難度更大苇侵。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究開發(fā)目前主要集中耕種企锌、施肥于未、噴藥、蔬菜嫁接币沫、苗木株苗移栽、收獲番雀、灌溉、養(yǎng)殖和各種輔助操作等方面陪瘟。日本是機(jī)器人普及最廣泛的國家讶里，目前已經(jīng)有數(shù)千臺機(jī)器人應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域奸先。

3）探索智能機(jī)器人

機(jī)器人除了在工農(nóng)業(yè)上廣泛應(yīng)用之外谆精，還越來越多地用于極限探索，即在惡劣或不適于人類工作的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)西设。例如在水下（海洋）答朋、太空以及在放射性(有毒或高溫等環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)贷揽。人類借助潛水器具潛人到深海之中探秘梦碗，已有很長的歷史。然而洪规，由于危險(xiǎn)很大、費(fèi)用極高雄人，所以水下機(jī)器人就成了代替人在這一危險(xiǎn)的環(huán)境中工作的最佳工具念赶。空間機(jī)器人是指在大氣層內(nèi)和大氣層外從事各種作業(yè)的機(jī)器人叉谜，包括在內(nèi)層空間飛行并進(jìn)行觀測镰饶、可完成多種作業(yè)的飛行機(jī)器人乱树，到外層空間其他星球上進(jìn)行探測作業(yè)的星球探測機(jī)器人和在各種航天器里使用的機(jī)器人郑喊。

4）服務(wù)智能機(jī)器人

機(jī)器人技術(shù)不僅在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)阎臂、科學(xué)探索中得到了廣泛應(yīng)用，也逐漸滲透到人們的日常生活領(lǐng)域贺勿，服務(wù)機(jī)器人就是這類機(jī)器人的一個(gè)總稱旷程。盡管服務(wù)機(jī)器人的起步較晚，但應(yīng)用前景十分廣泛起衫，目前主要應(yīng)用在清潔、護(hù)理胁编、執(zhí)勤鳞尔、救援嬉橙、娛樂寥假、和代替人對設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等場合市框。國際機(jī)器人聯(lián)合會給服務(wù)機(jī)器人的一個(gè)初步定義是，一種以自主或半自主方式運(yùn)行糕韧，能為人類的生活、康復(fù)提供服務(wù)的機(jī)器人粪滤，或者是能對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)的一類機(jī)器人。

2.3 按形態(tài)分類

1）擬物智能機(jī)器人

仿照各種各樣的生物额衙，日常使用物品善薪，建筑物甫蚊，交通工具等做出的機(jī)器人由瞒，采用非智能或智能的系統(tǒng)來方便人類生活的機(jī)器人子钾。比如：機(jī)器寵物狗“愛寶”（Aibo），六腳機(jī)器昆蟲个懒，輪式、履帶式機(jī)器人幔瓮。

2）仿人智能機(jī)器人

模仿人的形態(tài)和行為而設(shè)計(jì)制造的機(jī)器人就是仿人機(jī)器人经褒，一般分別或同時(shí)

具有仿人的四肢和頭部。機(jī)器人一般根據(jù)不同應(yīng)用需求被設(shè)計(jì)成不同形狀和功能哈讯，如步行機(jī)器人、寫字機(jī)器人奇颠、奏樂機(jī)器人、玩具機(jī)器人等圆裕。而仿人機(jī)器人研究集機(jī)械荆几，電子，計(jì)算機(jī)耿战，材料焊傅，傳感器，控制技術(shù)等多門科學(xué)于一體鸭栖，代表著一個(gè)國家的高科技發(fā)展水平粮按。

3 發(fā)展

智能機(jī)器人的開發(fā)研究取得了舉世矚目的成果。那么矮憔，未來智能機(jī)器人技術(shù)將如何發(fā)展呢渗送？日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會對下一代機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測紧慧。提出智能機(jī)器人技術(shù)近期將沿著自主性零硫、智能通信和適應(yīng)性三個(gè)方向發(fā)展。下面我們簡單介紹人工智能技術(shù)领靖、操作器以躯、移動(dòng)技術(shù)、動(dòng)力源和驅(qū)動(dòng)器色鸳、仿生機(jī)構(gòu)等见转。

3.1 人工智能技術(shù)在機(jī)器人中的應(yīng)用

把傳統(tǒng)的人工智能的符號處理技術(shù)應(yīng)用到機(jī)器人中存在哪些困難呢？一般的工業(yè)機(jī)器人的控制器吏砂，本質(zhì)是一個(gè)數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)乘客。如若把人工智能系統(tǒng)(如專家系統(tǒng))直接加到機(jī)器人控制器的頂層，能否得到一個(gè)很好的智能控制器匈织？并不那么容易牡直。因?yàn)榉柼幚砼c數(shù)值計(jì)算，在知識表示的抽象層次以及時(shí)間尺度上的重大差距匿贴，把兩個(gè)系統(tǒng)直接結(jié)合起來霸臂，相互之間將存在通信和交互的問題，這就是組織智能控制系統(tǒng)的困難所在妒彭。這種困難表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是傳感器所獲取的反饋信息通常是數(shù)量很大的數(shù)值信息，符號層一般很難直接使用這些信息，需要經(jīng)過壓縮撑雨、變換戴卜、理解后把它轉(zhuǎn)變?yōu)榉柋硎荆@往往是一件很困難而又耗費(fèi)時(shí)間的事投剥。而信息來自分布在不同地點(diǎn)和不同類型的多個(gè)傳感器江锨。從不同角度，以不同的測量方法得到不同的環(huán)境信息啄育。這些信息受到干擾和各種非確定性因素的影響挑豌，難免存在畸變、信息不完整等缺陷氓英，因此使上述的處理铝阐、變換更加復(fù)雜和困難。二是從符號層形成的命令和動(dòng)作意圖犯弯，要變成控制級可執(zhí)行的指令(數(shù)據(jù))型圈，也要經(jīng)過分解、轉(zhuǎn)換等過程蒜丙，這也是困難和費(fèi)時(shí)的工作抹欢。它們同樣受到控制動(dòng)作和環(huán)境的非確定性因素的影響。

由于這些困難，要把人工智能系統(tǒng)與傳統(tǒng)機(jī)器人控制器直接結(jié)合起來就很難建立實(shí)時(shí)性和適應(yīng)性很好的系統(tǒng)捐憔。為了解決機(jī)器人的智能化迫筑，組成智能機(jī)器人系統(tǒng)，研究者們將面臨許多困難且需要做長期努力脯燃，進(jìn)行若干課題的研究。例如：高級思維活動(dòng)應(yīng)以什么方式的機(jī)器人系統(tǒng)來模仿欲主，是采取傳統(tǒng)的人工智能符號推理的方法逝嚎，還是采用別的方法？需不需要環(huán)境模型涤妒，需要怎樣的環(huán)境模型赚哗；怎樣建立環(huán)境模型，傳統(tǒng)的人工智能主要依據(jù)先驗(yàn)知識建立環(huán)境模型泣幼。由于環(huán)境和任務(wù)的復(fù)雜性燃悍，環(huán)境的不確定性箭瘫，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猩吕，這就引出一系列新的與傳感技術(shù)有關(guān)的課題艺崔。

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)脸掘，暫時(shí)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椿访、有推理和無推理智能等等，把著眼點(diǎn)放在人工智能技術(shù)中較成熟的技術(shù)上加酵。對傳統(tǒng)的人工智能來說哭当，就是知識的符號表示和推理這部分技術(shù)猪腕，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(gè)方面：基于任務(wù)的傳感技術(shù)码撰，建立感知與動(dòng)作的直接聯(lián)系，基于傳感器的規(guī)劃和決策朵栖，復(fù)雜動(dòng)作的協(xié)調(diào)等陨溅。

3.2 操作器

工業(yè)機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)制造已趨于成熟，因此在智能機(jī)器人操作器方面的研究诊拦，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织娶。機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)要適應(yīng)智能機(jī)器人高速掐赠、重載、高精度和輕質(zhì)的發(fā)展趨勢些援。其中輕質(zhì)化是關(guān)鍵捧擂。新型高剛度艾遗、抗震結(jié)構(gòu)和材料是目前國外研究的前沿红淡。機(jī)器人的手降铸、腕以及連接機(jī)構(gòu)是引人注目的研究課題推掸。其中手腕機(jī)構(gòu)的研究注重于快速驻仅、準(zhǔn)確噪服、靈活性、柔順性和結(jié)構(gòu)的緊湊性仇味。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)器人区为、空間機(jī)器人费罚、危險(xiǎn)品處理機(jī)器人滋池、打毛刺機(jī)器人等茸暖，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)的問題获殉。目前轩鸭，要讓機(jī)器人作業(yè)一個(gè)小時(shí)墨闲，其軟件編制需要60個(gè)小時(shí)鸳碧，費(fèi)時(shí)又費(fèi)工瞻离。改善這種狀況，需要從軟件和硬件兩方面著手推励。如多指多關(guān)節(jié)靈巧手是一種模擬人的通用手验辞，它能比較逼真地記錄和再現(xiàn)人手的熟練動(dòng)作跌造，受到研究者的青睞湘搀。由于它涉及到操作力學(xué)拳刚、結(jié)構(gòu)學(xué)带悼、基于傳感器的控制鞭畜、傳感器融和等方面的問題楚瘾，研制的難度很大碧农，因此到目前為止屹堰，還沒有一種成熟的產(chǎn)品投放市場扯键。

3.3 移動(dòng)技術(shù)

移動(dòng)功能是智能機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人顯著的區(qū)別之一馅笙。附加了移動(dòng)功能之后董习，機(jī)器人的作業(yè)范圍大幅度增加皿淋，從而使移動(dòng)機(jī)器人的概念也從陸地拓展到水下和空中。近幾年來沥匈，在歐美國家的機(jī)器人研究計(jì)劃中蔗喂，移動(dòng)技術(shù)占有重要的位置掸昨。例如在NASA空間站FREEDOM上搭載的機(jī)器人妨屑、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中绿壮，移動(dòng)技術(shù)都被列為關(guān)鍵技術(shù)浑云。移動(dòng)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?yàn)闊o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)功能湃纸。另一個(gè)傾向是移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制與視覺的結(jié)合日益密切庸垢。這種傾向在美國ALV項(xiàng)目中已初見端倪，最近則越過了靜態(tài)圖像識別的框框犀掸，進(jìn)入主動(dòng)視覺和主動(dòng)傳感的階段呀逃。顯然，智能機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中自主移動(dòng)棒冠，或在遙控條件下移動(dòng)钾植，視覺-傳感器-驅(qū)動(dòng)器的協(xié)調(diào)控制不可缺少。

最近幾年型肥，在步行機(jī)構(gòu)泛鸟，雙足步行機(jī)，輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的開發(fā)和實(shí)用化等方面都取得了一些進(jìn)展踊东。據(jù)日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會預(yù)測：管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人將在2007年可達(dá)到實(shí)用化北滥；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(dòng)機(jī)器人將在2010年可達(dá)到實(shí)用化。

3.4 動(dòng)力源和驅(qū)動(dòng)器

智能機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性要求動(dòng)力源輕闸翅、小再芋、出力大。而現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人無一例外地拖著“辮子”缎脾。以動(dòng)力源的重量/功率之比為例祝闻，目前電池約達(dá)到60g/W(連續(xù)使用小時(shí))，汽油機(jī)約為1.3g/W遗菠，都不理想联喘，而且使用有局限性。到目前為止辙纬，尚未見到改善動(dòng)力源的有效辦法豁遭。電機(jī)仍然是智能機(jī)器人的主要驅(qū)動(dòng)器叭喜。要使智能機(jī)器人的作業(yè)能力與人相當(dāng)，它的指党滓、肘矗赔、肩、腕各關(guān)節(jié)大致需要3-300Nm的輸出力矩和30-60r/min的輸出轉(zhuǎn)速狠楞。傳統(tǒng)伺服電機(jī)的重量/功率之比約為30g/W坦浦，而人

在百米跑和投擲壘球時(shí)腿、肩盲并、臂的出力大約為1g/W怔赤，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)步吻悍。例如：核工業(yè)機(jī)器人臂和腿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重量已減輕到原來的1/10分较，使機(jī)器人整體自重降低到700kg，但與它只能處理20kg重的工作相比囚上，遠(yuǎn)非令人滿意南垦。人們寄希望于新驅(qū)動(dòng)器，例如：人工肌肉痰拢、形狀記憶合金跛鸵、氫吸附合金、壓電元件底挫、撓性軸恒傻、鋼絲繩集束傳動(dòng)等等脸侥。雖然各有誘人的優(yōu)點(diǎn)建邓，但在實(shí)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(jì)劃中睁枕，水下機(jī)器人機(jī)械手的手腕和手爪驅(qū)動(dòng)采用了人工肌肉官边，肌肉本身的重量才5-8g，以20kg/cm2壓力的高壓水為工作介質(zhì)外遇，收縮力高達(dá)50kg(管徑3mm)注簿。這是新型驅(qū)動(dòng)器一個(gè)成功的例子√拢總之诡渴，智能機(jī)器人性能指標(biāo)的改進(jìn)是無止境的，對驅(qū)動(dòng)器的要求也越來越高菲语。什么是客觀的衡量標(biāo)準(zhǔn)呢妄辩？一個(gè)容易接受的辦法就是把它與人的體能加以比較。從這個(gè)角度來看山上，智能機(jī)器人驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前差距還相當(dāng)大伟蕾。

3.5 仿生機(jī)構(gòu)

智能機(jī)器人的生命在創(chuàng)新私舱，開展仿生機(jī)構(gòu)的研究，可以從生體機(jī)構(gòu)配昼、移動(dòng)模式菊舅、運(yùn)動(dòng)機(jī)理、能量分配如癌、信息處理與綜合舆滞，以及感知和認(rèn)知等方面多層次得到啟發(fā)。目前顿墨，以驅(qū)體為構(gòu)件的蛇形移動(dòng)機(jī)構(gòu)钓藏、人工肌肉、仿象鼻柔性臂怨耸、人造關(guān)節(jié)精臭、假肢、多肢體動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)等等受到人們的關(guān)注乘颖。仿生機(jī)構(gòu)的自由度往往比較多摇祖，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萎河。

近年來荔泳，機(jī)器人出現(xiàn)了一個(gè)傾向是面向特定功能和作業(yè)開發(fā)專用機(jī)器人，以追求高速虐杯、高效玛歌、單一化和低成本的目的。例如美國IBM公司設(shè)計(jì)的超高速小型機(jī)器人擎椰，以50次/s的速度頻繁往復(fù)于相距數(shù)毫米的兩點(diǎn)間支子，實(shí)現(xiàn)高密度微型電子器件裝配，定位精度高達(dá)一微米达舒。這種高速運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)平衡十分重要值朋，雖然其工作區(qū)域只有13mm×13mm×1mm，但其加速度卻高達(dá)50g巩搏。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(dòng)的一體化設(shè)計(jì)昨登，滿足機(jī)械手高速高精度定位的要求。眾所周知贯底，機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序是先設(shè)計(jì)臂結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置丰辣，然后設(shè)計(jì)控制器。實(shí)踐證明挽后，這種設(shè)計(jì)即使能達(dá)到最佳的靜力學(xué)性能滥港，也往往不能滿足動(dòng)力學(xué)性能。到目前為止，改進(jìn)動(dòng)力學(xué)性能的方法并不多見博遵，一般是按常識缓缝、減輕構(gòu)件的重量，匹配減速器的速比等等敦驼。

大批研發(fā)機(jī)器人和普遍運(yùn)用人工智能機(jī)器人赂品，聊天機(jī)器人，做菜機(jī)器人述加。迎賓機(jī)器人誓豺，服務(wù)機(jī)器人，娛樂機(jī)器人飘蔓，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)域吏恃，機(jī)器人智能化成為一種發(fā)展趨勢。

4 論述和討論

關(guān)于智能機(jī)器人账何，既然是項(xiàng)高科技的技術(shù)代虾，便會有許多不同的聲音，早在很早的科幻小說中便有了關(guān)于智能機(jī)器人和人類安全的討論很著名的是科幻小說家阿西莫夫的機(jī)器人三定律“一激蹲、機(jī)器人不得傷害人棉磨，也不得見人受到傷害而袖手旁觀；二学辱、機(jī)器人應(yīng)服從人的一切命令乘瓤，但不得違反第一定律；三策泣、機(jī)器人應(yīng)保護(hù)自身的安全衙傀，但不得違反第一、第二定律機(jī)器人學(xué)三大法則的提出”萨咕。人們關(guān)心智能機(jī)器人既然有了智能统抬，那是否會對人類產(chǎn)生敵對，甚至反抗人類任洞，以及一些倫理問題蓄喇，比如智能機(jī)器人的克隆問題等等。當(dāng)然交掏，這些問題的前提是機(jī)器人具有足夠高的智能和智能機(jī)器人的足夠普及，所以現(xiàn)在考慮還為時(shí)過早闲招，但任何一項(xiàng)科技都應(yīng)以不損害人類安全為第一位精幌，所以智能機(jī)器人的發(fā)展必須要向著安全的方向。

5 結(jié)束語

智能機(jī)器人作為一種包含相當(dāng)多學(xué)科知識的技術(shù)蒿疲，幾乎是伴隨著人工智能所產(chǎn)生的犯暮，而智能機(jī)器人在當(dāng)今社會變得越來越重要，越來越多的領(lǐng)域和崗位都需要智能機(jī)器人參與棉玻，這使得智能機(jī)器人的研究也越來越頻繁泣储。雖然我們現(xiàn)在仍很難在生活中見到智能機(jī)器人的影子壕矿，但在不久的將來，隨著智能機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟屋廓，隨著眾多科研人員的不懈努力李荚，智能機(jī)器人必將走進(jìn)千家萬戶，更好的服務(wù)人們的生活讓人們的生活更加舒適和健康属诀。

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