智能機器人的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

1、智能機器人的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢摘要：本文扼要地介紹了智能機器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及世界各國智能機器人的發(fā)展水平，然后介紹了智能機器人的分類，從幾個典型的方面介紹了智能機器人在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，討論了智能機器人的發(fā)展趨勢以及對未來技術(shù)的展望，最后提出了自己的建議和設(shè)想，分析我國在智能機器人方面發(fā)展并提出期望。關(guān)鍵詞：智能機器人；發(fā)展現(xiàn)狀；應(yīng)用；趨勢The status and trends of intellectual robotAbstract: This paper briefly discusses the development, status of intellectual robo

2、t, development of intellectual robot in many countries. And then it presents the categories of intellectual robot, talks about the extensive applications in all works of life from several typical aspects and trends of intellectual robot. After that, it puts forward prospects for future technology, s

3、uggestion and a tentative idea of myself, and analyses the development of intellectual robot in China. Finally, it raises expectations of intellectual robot in China. Key words: intellectual robot; development status; application; trend1 引言機器人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(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)

4、。智能機器人則是一個在感知- 思維- 效應(yīng)方面全面模擬人的機器系統(tǒng)，外形不一定像人。它是人工智能技術(shù)的綜合試驗場，可以全面地考察人工智能各個領(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工作、上天下海、戰(zhàn)場作業(yè)等方面大顯身手。一部智能機器人應(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)而對環(huán)境施加影響的能力和把感知與行動聯(lián)系起來的能力。智能機器人與工業(yè)機器人的根本區(qū)別在于，智能機器人具有感知功能與識別、判斷及規(guī)劃功能1。隨著智能機器人的應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，人們期望智能機器人在更多領(lǐng)域為人類服務(wù)，代替人類完成更復(fù)雜的工作。然而,智能機器人所處的環(huán)境往往是未知的、很難預(yù)測。智

5、能機器人所要完成的工作任務(wù)也越來越復(fù)雜;對智能機器人行為進行人工分析、設(shè)計也變得越來越困難。目前，國內(nèi)外對智能機器人的研究不斷深入。本文對智能機器人的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了綜述，分析了國內(nèi)外的智能機器人的發(fā)展，討論了智能機器人在發(fā)展中存在的問題，最后提出了對智能機器人發(fā)展的一些設(shè)想。2 國內(nèi)外在該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀綜述2.1 智能機器人的發(fā)展現(xiàn)狀 智能機器人是第三代機器人2，這種機器人帶有多種傳感器,能夠?qū)⒍喾N傳感器得到的信息進行融合，能夠有效的適應(yīng)變化的環(huán)境，具有很強的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力和自治功能。 目前研制中的智能機器人智能水平并不高，只能說是智能機器人的初級階段。智能機器人研究中當前的核心問

6、題有兩方面：一方面是，提高智能機器人的自主性，這是就智能機器人與人的關(guān)系而言，即希望智能機器人進一步獨立于人，具有更為友善的人機界面。從長遠來說，希望操作人員只要給出要完成的任務(wù)，而機器能自動形成完成該任務(wù)的步驟，并自動完成它。另一方面是，提高智能機器人的適應(yīng)性，提高智能機器人適應(yīng)環(huán)境變化的能力，這是就智能機器人與環(huán)境的關(guān)系而言，希望加強它們之間的交互關(guān)系3。 智能機器人涉及到許多關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)關(guān)系到智能機器人的智能性的高低。這些關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾個方面：多傳感信息耦合技術(shù)，多傳感器信息融合就是指綜合來自多個傳感器的感知數(shù)據(jù),以產(chǎn)生更可靠、更準確或更全面的信息，經(jīng)過融合的多傳感器系統(tǒng)能夠

7、更加完善、精確地反映檢測對象的特性,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)，在自主移動機器人導(dǎo)航中，無論是局部實時避障還是全局規(guī)劃，都需要精確知道機器人或障礙物的當前狀態(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)某個或某些優(yōu)化準則，在機器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標狀態(tài)、可以避開障礙物的最優(yōu)路徑；機器人視覺技術(shù)，機器人視覺系統(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；智能控制技術(shù)，智能控制方法提高了機器人的速度及精度；人機接口技術(shù)，人機接口技術(shù)是研究如何使人方便自然地與計算機交流4。 在各

8、國的智能機器人發(fā)展中，美國的智能機器人技術(shù)在國際上一直處于領(lǐng)先地位，其技術(shù)全面、先進，適應(yīng)性也很強，性能可靠、功能全面、精確度高，其視覺、觸覺等人工智能技術(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，各類機器人包括智能機器人的發(fā)展迅速。歐洲各國在智能機器人的研究和應(yīng)用方面在世界上處于公認的領(lǐng)先地位5。中國起步較晚，而后進入了大力發(fā)展的時期，以期以機器人為媒介物推動整個制造業(yè)的改變，推動整個高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的壯大6。2.2 智能機器人的廣泛應(yīng)用 現(xiàn)代智能機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、作戰(zhàn)、偵察、搜集情報、搶險、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

9、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7。 智能機器人按照工作場所的不同，可以分為管道、水下、空中、地面機器人等。管道機器人可以用來檢測管道使用過程中的破裂、腐蝕和焊縫質(zhì)量情況，在惡劣環(huán)境下承擔管道的清掃、噴涂、焊接、內(nèi)部拋光等維護工作,對地下管道進行修復(fù)；水下機器人可以用于進行海洋科學(xué)研究、海上石油開發(fā)、海底礦藏勘探、海底打撈救生等；空中機器人可以用于通信、氣象、災(zāi)害監(jiān)測、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面；服務(wù)機器人半自主或全自主工作、為人類提供服務(wù)，其中醫(yī)用機器人具有良好的應(yīng)用前景；仿人機器人的形狀與人類似，具有移動功能、操作功能、感知功能、

10、記憶和自治能力，能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互；微型機器人以納米技術(shù)為基礎(chǔ)在生物工程、醫(yī)學(xué)工程、微型機電系統(tǒng)、光學(xué)、超精密加工及測量(如:掃描隧道顯微鏡) 等方面具有廣闊的應(yīng)用前景8。在國防領(lǐng)域中，軍用智能機器人得到前所未有的重視和發(fā)展，近年來,美英等國研制出第二代軍用智能機器人，其特點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)場上具有看、嗅等能力,能夠自動跟蹤地形和選擇道路，具有自動搜索、識別和消滅敵方目標的功能。如美國的Navplab自主導(dǎo)航車,SSV自主地面戰(zhàn)車等。在未來的軍事智能機器人中，還會有智能戰(zhàn)斗機器人、智能偵察機器人、智能警戒機器人、智能工兵機器人、智能運輸機器人等等，成為國

11、防裝備中新的亮點9。 在服務(wù)工作方面，世界各國尤其是西方發(fā)達國家都在致力于研究開發(fā)和廣泛應(yīng)用服務(wù)智能機器人，以清潔機器人為例，隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，人們希望更多地從繁瑣的日常事務(wù)中解脫出來，這就使得清潔機器人進入家庭成為可能。日本公司研制的地面清掃機器人，可沿墻壁從任何一個位置自動啟動，利用不斷旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物掃入自帶容器中；車站地面擦洗機器人工作時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；工廠的自動清掃機器人可用于各種工廠的清掃工作。美國的一款清潔機器人“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

12、款機器人“三葉蟲”，表面光滑，呈圓形，內(nèi)置搜索雷達，可以迅速地探測到并避開桌腿、玻璃器皿、寵物或任何其它障礙物。一旦微處理器識別出這些障礙物，它可重新選擇路線，并對整個房間做出重新判斷與計算，以保證房間的各個角落都被清掃10。 甚至在體育比賽方面，也得到了很大的發(fā)展，近年來在國際上迅速開展起來足球機器人與機器人足球高技術(shù)對抗活動，國際上已成立相關(guān)的聯(lián)合會FIRA，許多地區(qū)也成立了地區(qū)協(xié)會，已達到比較正規(guī)的程度且有相當?shù)囊?guī)模和水平。機器人足球賽目的是將足球(高爾夫球) 撞入對方球門取勝。球場上空(2m ) 高懸掛的攝像機將比賽情況傳入計算機內(nèi)，由預(yù)裝的軟件作出恰當?shù)臎Q策與對策，通過無線通訊方式將

13、指揮命令傳給機器人。機器人協(xié)同作戰(zhàn)， 雙方對抗，形成一場激烈的足球比賽。在比賽過程中, 機器人可以隨時更新它的位置每當它穿過地面線截面11，雙方的教練員與系統(tǒng)開發(fā)人員不得進行干預(yù)。機器人足球融計算機視覺、模式識別、決策對策、無線數(shù)字通訊、自動控制與最優(yōu)控制、智能體設(shè)計與電力傳動等技術(shù)于一體，是一個典型的智能機器人系統(tǒng)12。現(xiàn)代智能機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方面，像在煤炭工業(yè)在礦業(yè)方面，考慮到社會上對煤炭需求量日益增長的趨勢和煤炭開采的惡劣環(huán)境，將智能機器人應(yīng)用于礦業(yè)勢在必行。在建筑方面，有高層建筑抹灰機器人、預(yù)制件安裝機器人、室內(nèi)裝修機器人、擦玻璃機器人、地面拋光機器

14、人等。在核工業(yè)方面，主要研究機構(gòu)靈巧、動作準確可靠、反應(yīng)快、重量輕的機器人等等13。智能機器人的應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴大，人們期望智能機器人能在更多的領(lǐng)域為人類服務(wù)，代替人類完成更多更復(fù)雜的工作。 3 討論與展望3.1智能機器人的發(fā)展趨勢展望 智能機器人具有廣闊的發(fā)展前景，目前機器人的研究正處于第三代智能機器人階段，盡管國內(nèi)外對此的研究已經(jīng)取得了許多成果,但其智能化水平仍然不盡人意。未來的智能機器人應(yīng)當在以下幾方面著力發(fā)展：面向任務(wù)，由于目前人工智能還不能提供實現(xiàn)智能機器的完整理論和方法，已有的人工智能技術(shù)大多數(shù)要依賴領(lǐng)域知識，因此當我們把機器要完成的任務(wù)加以限定，及發(fā)展面向任務(wù)的特種機器人，那么已

15、有的人工智能技術(shù)就能發(fā)揮作用，使開發(fā)這種類型的智能機器人成為可能；傳感技術(shù)和集成技術(shù)，在現(xiàn)有傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展更好、更先進的處理方法和其實現(xiàn)手段，或者尋找新型傳感器，同時提高集成技術(shù)，增加信息的融合；機器人網(wǎng)絡(luò)化，利用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各種機器人連接到計算機網(wǎng)絡(luò)上,并通過網(wǎng)絡(luò)對機器人進行有效的控制；智能控制中的軟計算方法，與傳統(tǒng)的計算方法相比,以模糊邏輯、基于概率論的推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和混沌為代表的軟計算技術(shù)具有更高的魯棒性、易用性及計算的低耗費性等優(yōu)點,應(yīng)用到機器人技術(shù)中，可以提高其問題求解速度,較好地處理多變量、非線性系統(tǒng)的問題；機器學(xué)習(xí)，各種機器學(xué)習(xí)算法的出現(xiàn)推動了人工智能的發(fā)展,強化

16、學(xué)習(xí)、蟻群算法、免疫算法等可以用到機器人系統(tǒng)中，使其具有類似人的學(xué)習(xí)能力,以適應(yīng)日益復(fù)雜的、不確定和非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境；智能人機接口，人機交互的需求越來越向簡單化、多樣化、智能化、人性化方向發(fā)展,因此需要研究并設(shè)計各種智能人機接口如多語種語音、自然語言理解、圖像、手寫字識別等,以更好地適應(yīng)不同的用戶和不同的應(yīng)用任務(wù)，提高人與機器人交互的和諧性; 多機器人協(xié)調(diào)作業(yè)，組織和控制多個機器人來協(xié)作完成單機器人無法完成的復(fù)雜任務(wù)，在復(fù)雜未知環(huán)境下實現(xiàn)實時推理反應(yīng)以及交互的群體決策和操作14。3.2建議及設(shè)想 由于現(xiàn)有的智能機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

17、高智能機器人的智能程度，提高智能機器人的自主性和適應(yīng)性，是智能機器人發(fā)展的關(guān)鍵。同時，智能機器人涉及多個學(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“機器人學(xué)三大法則”一樣，讓智能機器人真正為人類利益服務(wù)，而不能成為反人類的工具。相信在不遠的將來，各行各業(yè)都會充滿形形色色的智能機器人，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。 我國的智能機器人發(fā)展還落后于世界先進水平，而智能機器人又是高科技的集中體現(xiàn)，具有重要的發(fā)展

18、價值，因此我國在智能機器人領(lǐng)域要認清形勢、明確發(fā)展發(fā)現(xiàn)和目標，采取符合我國國情的可行發(fā)展對策，努力縮小與世界領(lǐng)先水平的差距，早日讓智能機器人全面為社會的發(fā)展服務(wù)。相信經(jīng)過政府的重視和投入，科技工作者的不懈奮斗，我國的智能機器人發(fā)展水平能達到新的高度。參考文獻 (References)1. 董硯秋.智能機器人概述J.網(wǎng)絡(luò)與信息.2007.07.68-692. 機器人發(fā)展簡史J.世界科學(xué).2007.03.103. 張鈸.智能機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展J.科學(xué)導(dǎo)報.1992.06.42-464. 孟慶春，齊勇，張淑軍，杜春俠，殷波，高云.智能機器人及其發(fā)展J.中國海洋大學(xué)學(xué)報.2004.09.831-8385. 朱力.目前各國機器人發(fā)展情況J.China youth s&t.2003.11.38-396. 惲為民.中國機器人發(fā)展之我見J.讀者之聲.1995