“智能機(jī)器人的進(jìn)展”講座報(bào)告

1、“智能機(jī)器人的進(jìn)展”的講座報(bào)告2014.2.28下午2： 00-4： 00,傅老師給我們做了一次深刻的前沿報(bào)告-“智能機(jī)器人的 進(jìn)展”，讓我們受益良多。此次講座的主要內(nèi)容：智能機(jī)器人的基本概念智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)智能機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀一、智能機(jī)器人的基本概念從人們一般的理解來(lái)看，機(jī)器人是具有一些類(lèi)似人的功能的機(jī)械電子裝置，或者叫自動(dòng) 化裝置。它有三個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是有類(lèi)人的功能，比如說(shuō)作業(yè)功能，感知功能，行走功能，還 能完成各種動(dòng)作；它還有一個(gè)特點(diǎn)是根據(jù)人的編程能自動(dòng)地工作，這是一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就 是它可以編程，改變它的工作、動(dòng)作、工作的對(duì)象和工作的一些要求；它是人造的機(jī)器或機(jī) 械電子裝置。所以，這

2、個(gè)機(jī)器人仍然是個(gè)機(jī)器。紅邯絞反射傳磁器E節(jié)GP紅邯絞反射傳磁器E節(jié)GP電池制扇人身上顯直流磁L紅外賤反射傳感器（拄7處）現(xiàn)在的機(jī)器人可謂千姿百態(tài)，有的“有手無(wú)頭”，有的“三頭六臂”，與人類(lèi)細(xì)膩的皮膚、 精致的五官相比，簡(jiǎn)直就是其貌不揚(yáng)。人們總是認(rèn)為，或總是希望，機(jī)器人要有與人類(lèi)相似的外貌。現(xiàn)在無(wú)法斷定人類(lèi)的這一 理想能否實(shí)現(xiàn)，但從機(jī)器人的產(chǎn)生和功能來(lái)看，無(wú)論它們的樣子如何，它們都是為了工作需 要誕生的，都是忠實(shí)、勤奮的勞動(dòng)者。當(dāng)然，并不是各種各樣的機(jī)械都是機(jī)器人。真正意義的機(jī)器人應(yīng)該是一個(gè)具有一定智能 的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是人制造的一種高級(jí)工具，是按照人類(lèi)的某種方式進(jìn)行工作的一種機(jī) 器。它的外

3、形可以其貌不揚(yáng)，但關(guān)鍵是它必須適應(yīng)工作。機(jī)器人的定義美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)(RIA)的定義：機(jī)器人是“一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或 專(zhuān)用裝置的，通過(guò)可編程序動(dòng)作來(lái)執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機(jī)械手 (manipulator)”。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)JIRA)的定義：工業(yè)機(jī)器人是“一種裝備有記憶裝置和末端 執(zhí)行器(end effector )的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)自動(dòng)完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類(lèi)勞動(dòng)的通用機(jī)器”美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)的定義：機(jī)器人是“一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí) 行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置”。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義：“機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能

4、力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來(lái)處理各種材料、零 件、工具和專(zhuān)用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)”。 我國(guó)蔣新松院士曾建議把機(jī)器人定義為“一種擬人功能的機(jī)械電子裝置”(a mechantronic device to imitate some human functions)。機(jī)器人的分類(lèi) 關(guān)于機(jī)器人如何分類(lèi)，國(guó)際上沒(méi)有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。按應(yīng)用環(huán)境分類(lèi)制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人；非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人(特種機(jī)器人)按機(jī)器人的智能程度分一般機(jī)器人：只具有一般編程能力和操作功能；智能機(jī)器人：具有不同程度的智能按機(jī)器人的用途分 TOC o 1-5 h z 工業(yè)機(jī)器人(焊接、裝

5、配、搬運(yùn)、噴漆、碼垛)農(nóng)、林、牧業(yè)機(jī)器人(伐木、擠奶) 探索機(jī)器人(空間、水下)服務(wù)機(jī)器人(清潔、加油、救護(hù)、搶險(xiǎn)、救災(zāi)、醫(yī)療、導(dǎo)游、家政、護(hù)理)(5 )軍事機(jī)器人(偵察、排雷)(6 )娛樂(lè)機(jī)器人(舞蹈、足球)機(jī)器人發(fā)展的三個(gè)階段 機(jī)器人有三個(gè)發(fā)展階段，那么也就是說(shuō)，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類(lèi)，一種是第一代機(jī)器人，也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)，來(lái)控制一個(gè)多自由度的一個(gè)機(jī)械， 通過(guò)示教存儲(chǔ)程序和信息，工作時(shí)把信息讀取出來(lái)，然后發(fā)出指令，這樣的話(huà)機(jī)器人可以重 復(fù)地根據(jù)人當(dāng)時(shí)示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動(dòng)作，比方說(shuō)汽車(chē)的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個(gè)點(diǎn) 焊的過(guò)程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它

6、對(duì)于外界的環(huán)境沒(méi)有感知，這個(gè)操作力 的大小，這個(gè)工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道。在20世紀(jì)70年代后期，人們開(kāi)始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺(jué)的機(jī)器人,這種帶感覺(jué) 的機(jī)器人是類(lèi)似人在某種功能的感覺(jué)，比如說(shuō)力覺(jué)、觸覺(jué)、滑覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和人進(jìn)行相類(lèi) 比，有了各種各樣的感覺(jué)，比方說(shuō)在機(jī)器人抓一個(gè)物體的時(shí)候，它實(shí)際上力的大小能感覺(jué)出 來(lái)，它能夠通過(guò)視覺(jué)，去感受和識(shí)別它的形狀、大小、顏色。抓一個(gè)雞蛋，它能通過(guò)一個(gè)觸 覺(jué)，知道它的力的大小和滑動(dòng)的情況。第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個(gè)理想的所追求的最高級(jí)的階段，叫智能機(jī)器人， 那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動(dòng)，感知思維、學(xué)習(xí)

7、和人機(jī)通 訊的這種功能和機(jī)能。這個(gè)目前的發(fā)展還是相對(duì)的只是在局部有這種智能的概念和含義，但 真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒(méi)有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展，智能的概念越來(lái)越豐富，它內(nèi)涵越來(lái)越寬。智能機(jī)器人(IR)智能，是指感覺(jué)和感知，包括記憶、運(yùn)算、比較、鑒別、判斷、決策、學(xué)習(xí)和邏輯推理 等。智能機(jī)器人是能夠感知環(huán)境，能夠?qū)W習(xí)、有情感和對(duì)外界產(chǎn)生一種邏輯判斷思維的機(jī)器 (是具有感知、思維和行動(dòng)功能的機(jī)器)。只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就 能完成運(yùn)動(dòng)。智能機(jī)器人一般至少具有任務(wù)理解、環(huán)境理解和行為規(guī)劃等功能，可根據(jù)自身對(duì)外界環(huán) 境的認(rèn)識(shí)以及自身狀態(tài)來(lái)自主地決定其智

8、能行為，控制其操作機(jī)構(gòu)和移動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)作來(lái)實(shí) 現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)。智能機(jī)器人是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的需求主要用于制造生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)用于工程、社會(huì)服務(wù)、人類(lèi)生活等廣泛領(lǐng)域在結(jié)構(gòu)化環(huán)境下規(guī)則地工作適應(yīng)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的各種靈活需求具有簡(jiǎn)單智能的機(jī)器人具有綜合和集成能力的智能機(jī)器人智能機(jī)器人是創(chuàng)新的源頭機(jī)器人學(xué)的最高境界是使機(jī)器人具有人類(lèi)的智能；對(duì)機(jī)器人的想象空間是無(wú)止境的，甚至超出人類(lèi)自身的能力：飛上天空；游在深海，現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使這些想象越來(lái)越可能實(shí)現(xiàn)，從而推動(dòng)了高層次智能機(jī)器人的創(chuàng)新智能機(jī)器人是高技術(shù)的集成IR 多學(xué)科高技術(shù)的集成：機(jī)械，電氣，電子，控制，材料工程，計(jì)算機(jī)，傳感 器，信息處理，通信、仿生等等IR 與現(xiàn)代

9、信息技術(shù)同步發(fā)展：DSP,通信網(wǎng)絡(luò)，先進(jìn)傳感器，圖象處理，機(jī)器 視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別理解等IR 智力和體質(zhì)都需要發(fā)展智能機(jī)器人是對(duì)未來(lái)自動(dòng)化的挑戰(zhàn)IR 未來(lái)的柔性自動(dòng)機(jī)器，具有廣闊的覆蓋面，最新的技術(shù)各種先進(jìn)的 IT形式多樣的物理實(shí)現(xiàn)形式IR 控制起關(guān)鍵作用和面臨新挑戰(zhàn)的平臺(tái)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的反饋，優(yōu)化，信息綜合與處理面向復(fù)雜任務(wù)規(guī)劃與協(xié)調(diào)的系統(tǒng)控制與優(yōu)化展望21世紀(jì)，機(jī)器人將是一個(gè)與20世紀(jì)計(jì)算機(jī)的普及一樣，會(huì)深入地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。在21世紀(jì)的前20年是機(jī)器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個(gè)重要時(shí)期，也是智能機(jī)器人 發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。二、目前研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)

10、器人共性技術(shù)的研究，并朝著智能化和多 樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下8 個(gè)方面：1工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù) 載/自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。2機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開(kāi)放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)言、 圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制 器已成為研究熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線(xiàn)編程的可操作性之外，離線(xiàn)編程的實(shí)用化將 成為研究重點(diǎn)。3多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問(wèn)題解 決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在

11、非線(xiàn)性及非平穩(wěn)、非正 態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問(wèn)題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。5機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào) 控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙 控等。 6虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī) 器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。多智能體(multi-agent)協(xié)調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主 要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、 群體行為控制等方面進(jìn)行研究。微型和微小機(jī)器人技術(shù)(micro/miniature robotics):這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域 和重點(diǎn)發(fā)展方向。過(guò)去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人 技術(shù)的一場(chǎng)革