智能机器人研究现状及发展动向

摘要

本文论述了智能机器人研究现状及发展动向，介绍了智能机器人研究的主要领域及相关课题，包括感觉识别技术、操作移动技术、控制技术等。对智能机器人基础技术的研究现状进行了比较详尽的论述，包括机器语言、末端操作器、运动学和动力学及控制方面。最后又对智能机器人整体研究动向及预测。

关键词

智能机器人 研究现状 发展动向

（提问检索式：（智能机器人*机器人）+研究现状+发展动向）

引言

智能机器人是具有思维、感知和行动功智能机器人是具有思维、感知和行动功学、人工智能，微电子学，光学， 传感技术、材料科学仿生学等学科的综合成果。智能机器人可获取、处理和识别多种信息，建立并实时修正环境模型， 自主地完成较为复杂的操作任务，因此，比一般的工业机器人具有更大的灵活性、机动性和更广泛的应用领域。2O世纪电子计算机的发明，使人类的脑力劳动自动化成为可能，60年代智能机器人的出现开辟了智能生产自动化的新纪元。机器和生产系统的智能化，用机器人代替人完成各种任务， 这是人类智慧发展和机器进化的飞跃。智能机器人作为新一代的生产工具，在制造领域中应用，能排腺人为的不可控因素， 实现高节奏、高效和高质量生产，并是未来智能生产系统(如CIMS)的重要组成部分。在非制造领域，如核工业、水下、空间、建筑、采掘、教灾、排险和作战等方面，可代替人完成人所不适或力所不及的各种工作，在原予能、水下和外层空间可开辟新的产业。

目前， 我国和许多国家都把智能机器人列为迎接未来挑战的高技术课题，并制订发展规划，拨出巨款给予支持。因此，预计9O年代， 智能机器人技术将会有突破性的进展。

一、主要研究领域及相关课题

典型的智能机器人主要技术内容包括五个方面：

1. 感觉识别技术

1) 视觉研究

如三维视觉系统、图象传感器，颜色识别传感器、特殊环境中用的传感器、视觉通用实时高速处理系统、状况识别技术等；

2) 触觉研究

如接触觉、灵巧传感器、6轴力传感器、滑觉等；

除此之外还有其它如距离觉， 味觉， 嗅觉等。

2. 操作、移动技术

1) 操作技术

如直流驱动电机、 执行机构、多指手爪， 操作器的作业坐标控制，定标，小型轻量化技术、柔性操作器等；

2) 移动技术

   在楼梯移动、恶劣道路上行走、省能，两足步行等；

3. 控制、 信息处理、人工智能

控制

协调控制、多层递阶控制、远距离控制、 高速高精度控制等；

信息处理

如专家系统、知识工程应用及智能处理等；

人工智能

推理与学习、 推理技术、问题求解系统、规划、学习控制等；机器人语、动作级语言、 对象级语言、 作业级语言等；

二、  基础技术研究现状

1.  机器人语言

现已研制的主要语言有表示状态的面向装配作业的语言(AL、VAL，FA—BASIC、MAL等)，以并行处为目的的结构化程序语言有LEO，COL，APP等。另外，机器人话语生成系统，研制具有良好数学语义，

逻辑关系以及能描述复杂的，不规则对象的有形式语言也是人机智能交互的重要课题。

2.  末端操作器（臂、手及行走机构）

机器人的臂随其用途而不同。目前研究的手臂看装配集成电路的微型臂、搬运几百公斤工作的大型臂。机器人的手有回转开、闭型，平行连杆机构型、三指、五指等各种类型。行走机构有腿、轮、履带、船等。实验研究的有两足、六足、八足的行走机构、仿生和蠕动机构及爬墙爬树等移动机构。

3.  运动学和动力学

机器人动力学和运动学是机器人机构的设计，控制和算法的基础。机器人的运动学和动力学问题，对开式链、刚体情况已基本解决，但对闭式链，弹性体情况还未解决。

4.  控制

机器人的控制主要包括操作器控制、行走控制和多机器人系统控制等方面。多关节操作器控制包括运动学与动力学控制，力及柔顺控制、遥控机械手的主从控制等。运动学控制问题实质上是由给出的笛卡尔坐标中的点及路径求出各关节运动的变化，并进行必要的修正。动力学控制问题是针对如何实现高速高精度轨迹控制提出来的。近年来有许多学者从事此项研究，目前，剐体模型的这问题已基本解决。顺应控制是指机械手与环境接触后，在环境约束条件下的控制问题，实际上是力与位置的混合控制。顺应控制又分主动式和被动式两种类型。遥控作业多数是在非结构环境下进行的，因此大多数采用主从控制，现已研制出主从双向位置控制、主从双向位置、力伺服控制、主从力控制、计算机辅助遥控等方法。                 

双手协调控制中也采用了主从控制， 即选一手为主手，主手的运动轨迹可以由示教或离线编程产生，而从手的运动轨迹在主手运动轨迹确定后，根据约束条件确定。采用冗余自由度的操作器可增加灵活性，冗余自由度可用来回避障碍，回避机械手在执行任务过程中难以处理的退化问题，增加可操作性能， 因此冗余自由度操作器控制问题也有不少学者进行研究，目前开始转向动态控制。另外行走机构的控制、多机器人的协同控制等方面也有不少成果。目前机器人正向直接用软件进行控制发展，90年代自动化制造软件市场将以2％的速度增长，到1992年就将成为15亿美元的行业，其中机器人软件占该数值的8～lO%。

三、  智能机器人整体研究动向及预测

自动化的需要推动了机器人进步，而机器人的发展提高了自动化水平。为了解决工业、原子能利用、空间探测，海洋开发、排险，医疗、军事等领域自动化需要而研制有特定应用背景的智能机器人，基本上沿两条道路发展：一是在一般工业机器人基础上，增加各种高性能传感器和知识库，使之具感知能力和动作规划能力；二是在遥控操作器基础上增加移动能力、环境感知能力、自诊断自学习力及自主能力。其中包括知识库和专家系统。由于研究目的性明确，针对性强，实际需要迫切，制造单位与应用单位结合， 资金和人力集中使用，因此成果显著见效快。目前应用研究主要集中在精密装配机器人、水下机器人、移动机器人等方面。另外，利用神经网络等新技术的智能机器人也引起了人们的重视。

 8O年代初期，美国Unimation公司的经理J．Engelberger　对机器人技术的发展作过预测，认为今后机器人技术最需要解决的问题是：触觉、视觉， 移动、声音通信和安全。3O多年前，曾获得第一个机器人专科的G．C．Devol认为，今后几年机器人的研究重点，应是视觉，触觉传感器和用于原子能反应堆、海底和飞船等方面的移动机器人。实践证明，两位机器人创始人的预见是正确的。

近几年来，许多国家都把智能机器人列为高技术发展规划的重要内容。从研究方式来看，已打破单位和国家的界限， 出现了单位联合，跨国共同研究的趋势。如西欧七国高级机器人合作计划、日本的极限作业机器人研究计划、“尤里卡”的欧洲机器人研究计划等。从各国和国际间制订的研究计划来看，虽然项目各异，但在研究特种作业的移动机器人方面都是不约面同， 说明特种作业的移动机器人是近期竞相研究的重点。目前，基于感觉控制的第二代机器人已进入普及应用阶段。下一代机器人是具有自适应性、自主性和自然性的高级机器人，预计不久的将来可在技术上实现，并开始应用。

四、  参考文献

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