智能機(jī)器人的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

1、智能移動(dòng)機(jī)器人的現(xiàn)狀和發(fā)展姓名學(xué)號(hào)班級(jí):智能移動(dòng)機(jī)器人的現(xiàn)狀及其發(fā)展摘要：本文扼要地介紹了智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及世界各國(guó)智能移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展水平，然后介紹了智能移動(dòng)機(jī)器人的分類(lèi)，從幾個(gè)典型的方面介紹了智能移動(dòng)機(jī)器人在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，討論了智能移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)以及對(duì)未來(lái)技術(shù)的展望，最后提由了自己的建議和設(shè)想，分析我國(guó)在智能移動(dòng)機(jī)器人方面發(fā)展并提由期望。關(guān)鍵詞：智能移動(dòng)機(jī)器人；發(fā)展現(xiàn)狀；應(yīng)用；趨勢(shì)1引言機(jī)器人是一種可編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)，或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專(zhuān)門(mén)系統(tǒng)。智能移動(dòng)機(jī)器人則是一個(gè)在感知-思維-效應(yīng)方面全面模擬人的

2、機(jī)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(yàn)場(chǎng)，可以全面地考察人工智能各個(gè)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(xiǎn)工作、上天下海、戰(zhàn)場(chǎng)作業(yè)等方面大顯身手。一部智能移動(dòng)機(jī)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(duì)環(huán)境施加影響的能力和把感知與行動(dòng)聯(lián)系起來(lái)的能智能移動(dòng)機(jī)器人具有感知功人們期望智能移動(dòng)機(jī)器人在更多領(lǐng),智能移動(dòng)機(jī)器人所處的環(huán)境力。智能移動(dòng)機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人的根本區(qū)別在于,能與識(shí)別、判斷及規(guī)劃功能1O隨著智能移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，域?yàn)槿祟?lèi)服務(wù)，代替人類(lèi)完成更復(fù)雜的工作。然而往往是未知的、很難預(yù)測(cè)。智能移動(dòng)機(jī)器人所要完成的工作任務(wù)也越

3、來(lái)越復(fù)雜對(duì)智能移動(dòng)機(jī)器人行為進(jìn)行人工分析、設(shè)計(jì)也變得越來(lái)越困難。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)智能移動(dòng)機(jī)器人的研究不斷深入。本文對(duì)智能移動(dòng)機(jī)器人的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了綜述，分析了國(guó)內(nèi)外的智能移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展，討論了智能移動(dòng)機(jī)器人在發(fā)展中存在的問(wèn)題，最后提由了對(duì)智能移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展的一些設(shè)想。2國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀綜述2.1 智能移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀智能移動(dòng)機(jī)器人是第三代機(jī)器人2,這種機(jī)器人帶有多種傳感器，能夠?qū)⒍喾N傳感器得到的信息進(jìn)行融合，能夠有效的適應(yīng)變化的環(huán)境，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力和自治功能。目前研制中的智能移動(dòng)機(jī)器人智能水平并不高，只能說(shuō)是智能移動(dòng)機(jī)器人的初級(jí)階段。智能移動(dòng)機(jī)器人研究中當(dāng)前的

4、核心問(wèn)題有兩方面：一方面是，提高智能移動(dòng)機(jī)器人的自主性,這是就智能移動(dòng)機(jī)器人與人的關(guān)系而言，即希望智能移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)一步獨(dú)立于人，具有更為友善的人機(jī)界面。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，希望操作人員只要給由要完成的任務(wù)，而機(jī)器能自動(dòng)形成完成該任務(wù)的步驟，并自動(dòng)完成它。另一方面是，提高智能移動(dòng)機(jī)器人的適應(yīng)性，提高智能移動(dòng)機(jī)器人適應(yīng)環(huán)境變化的能力，這是就智能移動(dòng)機(jī)器人與環(huán)境的關(guān)系而言，希望加強(qiáng)它們之間的交互關(guān)系3。智能移動(dòng)機(jī)器人涉及到許多關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)關(guān)系到智能移動(dòng)機(jī)器人的智能性的高低。這些關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾個(gè)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(lái)自多個(gè)傳感器的感知數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生更可靠、更準(zhǔn)確或更全

5、面的信息，經(jīng)過(guò)融合的多傳感器系統(tǒng)能夠更加完善、精確地反映檢測(cè)對(duì)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(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中，無(wú)論是局部實(shí)時(shí)避障還是全局規(guī)劃，都需要精確知道機(jī)器人或障礙物的當(dāng)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(gè)或某些優(yōu)化準(zhǔn)則，在機(jī)器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)、可以避開(kāi)障礙物的最優(yōu)路徑；機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)，機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的工作包括圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸由和顯示，核心任務(wù)是特征提取、圖像分割和圖像辨識(shí)；智能控制技術(shù)，智能控制方法提高了機(jī)器人的速度及精度；人機(jī)接口技術(shù)，人機(jī)接口技術(shù)是研究如何

6、使人方便自然地與計(jì)算機(jī)交流4O在各國(guó)的智能移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展中，美國(guó)的智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在國(guó)際上一直處于領(lǐng)先地位，其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)，性能可靠、功能全面、精確度高，其視覺(jué)、觸覺(jué)等人工智能技術(shù)已在航天、汽車(chē)工業(yè)中廣泛應(yīng)用。日本由于一系列扶植政策，各類(lèi)機(jī)器人包括智能移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展迅速。歐洲各國(guó)在智能移動(dòng)機(jī)器人的研究和應(yīng)用方面在世界上處于公認(rèn)的領(lǐng)先地位5中國(guó)起步較晚,而后進(jìn)入了大力發(fā)展的時(shí)期，以期以機(jī)器人為媒介物推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的改變，推動(dòng)整個(gè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的壯大6o2.2 智能移動(dòng)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用現(xiàn)代智能移動(dòng)機(jī)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(cè)、作戰(zhàn)、偵察、搜集情報(bào)、搶險(xiǎn)、

7、服務(wù)等工作，模擬完成人類(lèi)不能或不愿完成的任務(wù)，不僅能自主完成工作，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7O智能移動(dòng)機(jī)器人按照工作場(chǎng)所的不同，可以分為管道、水下、空中、地面機(jī)器人等。管道機(jī)器人可以用來(lái)檢測(cè)管道使用過(guò)程中的破裂、腐蝕和焊縫質(zhì)量情況,對(duì)地下管道,能夠自動(dòng)跟蹤地Navplab自主導(dǎo)航在惡劣環(huán)境下承擔(dān)管道的清掃、噴涂、焊接、內(nèi)部拋光等維護(hù)工作進(jìn)行修復(fù)；水下機(jī)器人可以用于進(jìn)行海洋科學(xué)研究、海上石油開(kāi)發(fā)、海底礦藏勘探、海底打撈救生等；空中機(jī)器人可以用于通信、氣象、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面；服務(wù)機(jī)器人半自主或全自主工作、為人類(lèi)提供服務(wù)，其

8、中醫(yī)用機(jī)器人具有良好的應(yīng)用前景；仿人機(jī)器人的形狀與人類(lèi)似，具有移動(dòng)功能、操作功能、感知功能、記憶和自治能力，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互；微型機(jī)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(jī)電系統(tǒng)、光學(xué)、超精密加工及測(cè)量（如：掃描隧道顯微鏡）等方面具有廣闊的應(yīng)用前景網(wǎng)在國(guó)防領(lǐng)域中，軍用智能移動(dòng)機(jī)器人得到前所未有的重視和發(fā)展，近年來(lái)，美英等國(guó)研制由第二代軍用智能移動(dòng)機(jī)器人，其特點(diǎn)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(chǎng)上具有看、嗅等能力形和選擇道路，具有自動(dòng)搜索、識(shí)別和消滅敵方目標(biāo)的功能。如美國(guó)的車(chē),SSV自主地面戰(zhàn)車(chē)等。在未來(lái)的軍事智能移動(dòng)機(jī)器人中，還會(huì)有智能戰(zhàn)斗機(jī)器人、智能偵察機(jī)器

9、人、智能警戒機(jī)器人、智能工兵機(jī)器人、智能運(yùn)輸機(jī)器人等等，成為國(guó)防裝備中新的亮點(diǎn)9在服務(wù)工作方面，世界各國(guó)尤其是西方發(fā)達(dá)國(guó)家都在致力于研究開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用服務(wù)智能移動(dòng)機(jī)器人，以清潔機(jī)器人為例，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人們希望更多地從繁瑣的日常事務(wù)中解脫由來(lái)，這就使得清潔機(jī)器人進(jìn)入家庭成為可能。日本公司研制的地面清掃機(jī)器人，可沿墻壁從任何一個(gè)位置自動(dòng)啟動(dòng)，利用不斷旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物掃入自帶容器中；車(chē)站地面擦洗機(jī)器人工作時(shí)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(dòng)清掃機(jī)器人可用于各種工廠的清掃工作。美國(guó)的一款清潔機(jī)器人"Roomba具有

10、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。瑞典的一款機(jī)器人“三葉蟲(chóng)”，表面光滑，呈圓形，內(nèi)置搜索雷達(dá)，可以迅速地探測(cè)到并避開(kāi)桌腿、玻璃器皿、寵物或任何其它障礙物。一旦微處理器識(shí)別由這些障礙物，它可重新選擇路線，并對(duì)整個(gè)房間做由重新判斷與計(jì)算，以保證房間的各個(gè)角落都被清掃10o甚至在體育比賽方面，也得到了很大的發(fā)展，近年來(lái)在國(guó)際上迅速開(kāi)展起來(lái)足球機(jī)器人與機(jī)器人足球高技術(shù)對(duì)抗活動(dòng)，國(guó)際上已成立相關(guān)的聯(lián)合會(huì)FIRA,許多地區(qū)也成立了地區(qū)協(xié)會(huì)，已達(dá)到比較正規(guī)的程度且有相當(dāng)?shù)囊?guī)模和水平。機(jī)器人足球賽目的是將足球(高爾夫球)撞入對(duì)方球門(mén)取勝。球場(chǎng)上空(2m)高懸桂的攝像機(jī)將比賽情況傳入

11、計(jì)算機(jī)內(nèi)，由預(yù)裝的軟件作由恰當(dāng)?shù)臎Q策與對(duì)策,通過(guò)無(wú)線通訊方式將指揮命令傳給機(jī)器人。機(jī)器人協(xié)同作戰(zhàn)，雙方對(duì)抗，形成一場(chǎng)激烈的足球比賽。在比賽過(guò)程中,機(jī)器人可以隨時(shí)更新它的位置每當(dāng)它穿過(guò)地面線截面11,雙方的教練員與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員不得進(jìn)行干預(yù)。機(jī)器人足球融計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、決策對(duì)策、無(wú)線數(shù)字通訊、自動(dòng)控制與最優(yōu)控制、智能體設(shè)計(jì)與電力傳動(dòng)等技術(shù)于一體，是一個(gè)典型的智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)12o現(xiàn)代智能移動(dòng)機(jī)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(gè)方面，像在煤炭工業(yè)在礦業(yè)方面，考慮到社會(huì)上對(duì)煤炭需求量日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)和煤炭開(kāi)采的惡劣環(huán)境，將智能移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用于礦業(yè)勢(shì)在必行。在建筑方面，有高層建筑抹

12、灰機(jī)器人、預(yù)制件安裝機(jī)器人、室內(nèi)裝修機(jī)器人、擦玻璃機(jī)器人、地面拋光機(jī)器人等。在核工業(yè)方面，主要研究機(jī)構(gòu)靈巧、動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重量輕的機(jī)器人等等13o智能移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，人們期望智能移動(dòng)機(jī)器人能在更多的領(lǐng)域?yàn)槿祟?lèi)服務(wù)，代替人類(lèi)完成更多更復(fù)雜的工作。3討論與展望3.1 智能移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)展望智能移動(dòng)機(jī)器人具有廣闊的發(fā)展前景，目前機(jī)器人的研究正處于第三代智能移動(dòng)機(jī)器人階段，盡管?chē)?guó)內(nèi)外對(duì)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(lái)的智能移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)當(dāng)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(shí)現(xiàn)智能機(jī)器的完整理論和方法，已有的人工智能技術(shù)大多

13、數(shù)要依賴(lài)領(lǐng)域知識(shí)，因此當(dāng)我們把機(jī)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(jī)器人，那么已有的人工智能技術(shù)就能發(fā)揮作用，使開(kāi)發(fā)這種類(lèi)型的智能移動(dòng)機(jī)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(jìn)的處理方法和其實(shí)現(xiàn)手段，或者尋找新型傳感器，同時(shí)提高集成技術(shù)，增加信息的融合；機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)化，利用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各種機(jī)器人連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行有效的控制；智能控制中的軟計(jì)算方法，與傳統(tǒng)的計(jì)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(jì)算技術(shù)具有更高的魯棒性、易用性及計(jì)算的低耗費(fèi)性等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用到機(jī)器人技術(shù)中，可以提高其問(wèn)題求解速度，

14、較好地處理多變量、非線性系統(tǒng)的問(wèn)題；機(jī)器學(xué)習(xí)，各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法的由現(xiàn)推動(dòng)了人工智能的發(fā)展，強(qiáng)化學(xué)習(xí)、蟻群算法、免疫算法等可以用到機(jī)器人系統(tǒng)中，使其具有類(lèi)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(jī)接口，人機(jī)交互的需求越來(lái)越向簡(jiǎn)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(jì)各種智能人機(jī)接口如多語(yǔ)種語(yǔ)音、自然語(yǔ)言理解、圖像、手寫(xiě)字識(shí)別等，以更好地適應(yīng)不同的用戶(hù)和不同的應(yīng)用任務(wù)，提高人與機(jī)器人交互的和諧性；多機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)，組織和控制多個(gè)機(jī)器人來(lái)協(xié)作完成單機(jī)器人無(wú)法完成的復(fù)雜任務(wù)，在復(fù)雜未知環(huán)境下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)推理反應(yīng)以及交互的群體決策和操作14O3.2 建議及設(shè)想由于現(xiàn)有的智能移動(dòng)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，大力提高智能移動(dòng)機(jī)器人的智能程度，提高智能移動(dòng)機(jī)器人的自主性和適應(yīng)性，是智能移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵。同時(shí)，智能移動(dòng)機(jī)器人涉及多個(gè)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(huì)科學(xué)，讓智能移動(dòng)機(jī)器人完成有益于人類(lèi)的工作，使人類(lèi)從繁重、重復(fù)、危險(xiǎn)的工作中解脫由來(lái)，就像科幻作家阿西莫夫的“機(jī)器人學(xué)三大法則”一樣，讓智能移動(dòng)機(jī)器人真正為人類(lèi)利益服務(wù)，而不能成為反人類(lèi)的工具。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，各行各業(yè)都會(huì)充滿(mǎn)形形色色的智能移