機器人學展望

第十章機器人學展望主要內(nèi)容機器人技術的發(fā)展現(xiàn)狀121世紀機器人技術的發(fā)展趨勢2機器人引起的社會問題3機器人學展望機器人學在過去40多年中已取得了迅速發(fā)展和可喜成就。機器人已為20世界的人類文明做出重要貢獻；機器人必將為21世紀的人類文明做出新的更大貢獻。10.1機器人技術發(fā)展現(xiàn)狀世界機器人發(fā)展現(xiàn)狀分析1990年世界工業(yè)機器人的銷售量曾達到81000臺1990-1993/1994年間，世界機器人銷售量的大幅度下降世界工業(yè)機器人主要市場的銷售量有升有降從60年代末工業(yè)機器人開始應用到1998年底，世界各年累計銷售機器人數(shù)約為1020000臺1.世界機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預測10.1機器人技術發(fā)展現(xiàn)狀世界機器人發(fā)展前景預測工業(yè)機器人預計世界工業(yè)機器人的銷售量將年均增長8%。日本的機器人銷售將會繼續(xù)不景氣歐美工業(yè)機器人將會有穩(wěn)定的增長不同的工業(yè)領域，機器人的增長情況也大不相同服務機器人服務機器人尚處于開發(fā)及普及的早期階段，它是由操作型工業(yè)機器人引申而來的另一個重要的增長領域是家用機器人，殘疾人用機器人，特別是醫(yī)療領域用的機器人1999-2002年，預計世界將裝備24000臺服務機器人1.世界機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預測10.1機器人技術發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)機器人我國工業(yè)機器人起步于20世紀70年代初，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致可分為3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期，90年代的實用化期。在第一臺機械手出現(xiàn)后20年，我國于1972年開始研制工業(yè)機器人為了跟蹤國外高技術，80年代在國家高技術計劃中安排了智能機器人的研究開發(fā)在90年代中期，國家已選擇以焊接機器人的工程應用為重點進行開發(fā)研究。90年代后半期是實現(xiàn)國產(chǎn)機器人的商品化，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎的時期2.國內(nèi)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預測10.1機器人技術發(fā)展現(xiàn)狀特種機器人到90年代，在國家高技術發(fā)展（863）計劃支持下，我國在發(fā)展工業(yè)機器人的同時，也對非制造環(huán)境下應用機器人問題進行了研究，并取得一批成果特種機器人的開發(fā)包括管道機器人、爬壁機器人、水下機器人、自動導引車、和排險機器人等2.國內(nèi)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預測智能機器人計劃智能機器人研究開發(fā)工作的實施分為四個層次：型號和應用工程，基礎技術開發(fā)，實用技術開發(fā)，成果推廣這四個層次既有區(qū)別又有聯(lián)系，它們在我國機器人技術的發(fā)展中是不可缺少的，但各自又起著不同的作用10.1機器人技術發(fā)展現(xiàn)狀2.國內(nèi)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預測智能機器人計劃第一個層次要研制一批具有重要應用價值和重大應用前景的機器人原型第二個層次是基礎技術研究第三個層次是實用技術開發(fā)，實現(xiàn)技術與經(jīng)濟的結合第四個層級是已有成果的推廣應用，為生產(chǎn)服務，為國民經(jīng)濟的發(fā)展做出貢獻10.1機器人技術發(fā)展現(xiàn)狀2.國內(nèi)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及預測為了實現(xiàn)上述目標，必須創(chuàng)建一個良好的研究和開發(fā)環(huán)境，培養(yǎng)一支素質(zhì)良好、有獻身精神的隊伍，為此建立了7個各具特色的研究實驗室，即研究和工程中心、機器人視覺實驗室、智能技術應用實驗室、機器人機構實驗室、機器人控制實驗室、機器人傳感實驗室及機器人裝配實驗室各國同行們已經(jīng)開始關注中國機器人技術的發(fā)展，在國際機器人發(fā)展的舞臺上，我們正在取得一席之地10.221世紀機器人技術的發(fā)展趨勢1.傳感型智能機器人發(fā)展較快作為傳感型機器人基礎的機器人傳感技術有了新的發(fā)展，各種新型傳感器不斷出現(xiàn)。多傳感器集成與融合技術在智能機器人上獲得應用。在多傳感集成和融合技術研究方面，人工神經(jīng)網(wǎng)絡的應用特別引人注目，稱為一個研究熱點10.221世紀機器人技術的發(fā)展趨勢2.開發(fā)新型智能技術智能機器人有許多誘人的研究新課題。臨場感技術能夠測量和估計人對預測目標的擬人運動和生物學狀態(tài)，顯示現(xiàn)場信息，用于設計和控制擬人機構的運動虛擬現(xiàn)實（VR）技術是一種對事件的現(xiàn)實性從時間和空間上進行分解后重新組合的技術這一技術包括三維計算機圖形學技術、多功能傳感器的交互接口技術以及高清晰度的顯示技術形狀記憶合金（SMA）被譽為“智能材料”可用來執(zhí)行驅(qū)動動作，完成傳感和驅(qū)動功能?？赡嫘螤钣洃浐辖穑≧SMA）也在微型機器上得到應用10.221世紀機器人技術的發(fā)展趨勢3.采用模塊化設計技術智能機器人和高級工業(yè)機器人的結構要力求簡單緊湊，其高性能部件甚至全部機構的設計已向模塊化方向發(fā)展；其驅(qū)動采用交流伺服電機，向小型和高輸出方向發(fā)展；其控制裝置向小型化和智能化發(fā)展，采用高速CPU和32位芯片、多處理器和多功能操作系統(tǒng)，提高機器人的實時和快速響應能力。機器人軟件的模塊化則簡化了編程，發(fā)展了離線編程技術，提高了機器人控制系統(tǒng)的適應性10.221世紀機器人技術的發(fā)展趨勢4.機器人工程系統(tǒng)呈上升趨勢在生產(chǎn)工程系統(tǒng)中應用機器人，使自動化發(fā)展為綜合柔性自動化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化和機器人化。近年來，機器人生產(chǎn)工程系統(tǒng)獲得不斷發(fā)展。汽車工業(yè)、工程機械、建筑、電子和電機工業(yè)以及家電行業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時，引入高級機器人技術，采用柔性自動化和智能化設備，改造原有生產(chǎn)手段，使機器人及其生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展呈上升趨勢10.221世紀機器人技術的發(fā)展趨勢5.微型機器人的研究有所突破微型機器和微型機器人為21實際的尖端技術質(zhì)疑。已經(jīng)開發(fā)出手指大小的微型移動機器人，可用於進入小型管道進行檢查作業(yè)?？勺屗鼈冞M入人體器官，進行各種疾病的診斷和治療，而不傷害人的健康。微型驅(qū)動器是開發(fā)微型機器人的基礎和關鍵技術之一。小型機器人移動靈活方便，速度快，精度高，適于進入大中型工件進行直接作業(yè)。10.221世紀機器人技術的發(fā)展趨勢6.應用領域向非制造業(yè)和服務業(yè)擴展為了開拓機器人新市場，除了提高機器人的性能和功能，以及研制智能機器人外，向非制造業(yè)擴展也是一個重要方向。開發(fā)適應于非結構環(huán)境下工作的機器人將是機器人發(fā)展的一個長遠方向。這些非制造業(yè)包括航天、海洋、軍事、建筑、醫(yī)療護理、服務、農(nóng)林、采礦、電力、煤氣、供水、下水道工程、建筑物維護、社會福利、家庭自動化、辦公自動化和災害救護等。智能機器人在非織造業(yè)部門具有與制造業(yè)部門一樣廣闊和誘人的應用前景，必將造福于人類10.221世紀機器人技術的發(fā)展趨勢7.行走機器人研究引起重視行走機器人是移動機器人的一種，包括步行機器人（二足、四足、六足和八足）和爬行機器人等。自主式移動機器人是研究最多的一種。自主機器人能夠按照預先給出的任務指令，根據(jù)已知的地圖信息做出全局路徑規(guī)劃，并在行進過程中，不斷感知周圍局部環(huán)境信息，自主做出決策，引導自身繞開障礙物，安全行駛到達指定目標，并執(zhí)行要求的動作也操作10.221世紀機器人技術的發(fā)展趨勢8.開發(fā)敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)工業(yè)機器人必須改變過去那種“部件發(fā)展方式”，而優(yōu)先考慮“系統(tǒng)發(fā)展方式”。隨著工業(yè)機器人應用范圍的不斷擴大，機器人早以發(fā)展成為可編程的高度柔性加工單元。隨著高剛性及微驅(qū)動問題的解決，機器人必將成為高精度、高柔性的敏捷性加工設備從系統(tǒng)觀點出發(fā)，首先要考慮如何能和其他設備方便地實現(xiàn)連接及通訊。從系統(tǒng)觀點來看，設計和開發(fā)機器人必須考慮和其他設備互聯(lián)和協(xié)調(diào)工作的能力10.221世紀機器人技術的發(fā)展趨勢9.軍用機器人將裝備部隊由于微小型機器人體積小，因而生存能力特別強，具有廣泛的應用前景。例如，一種名叫“扁虱”的機器人，它可以附著在敵人裝備的某一部分上，深入敵人的防線，秘密的偵查敵人的目標。它也可以向敵人的通訊系統(tǒng)中注入一個功率脈沖進行干擾，或爬到敵人的機械裝備中去，破壞發(fā)動機等關鍵部件10.3應用機器人引起的社會問題1.機器人引起社會結構變化在過去的多年里，機器人的發(fā)展極為迅速。機器人登上社會舞臺和經(jīng)濟舞臺，使社會結構正在發(fā)生靜悄悄的變化。估計，人-機器的社會結構，終將為人-機器人-機器的社會結構所取代。從醫(yī)院里看病的“醫(yī)生”、護理病人的“護士”、旅館、餐館和商店的“服務員”，到家庭的“勤雜工”，還有秘書、司機等等，均將由機器人來擔任。因此，人們將不得不學會與機器人相處，并適應這種共處。由于與機器人打交道畢竟不同于與人打交道，所以人們必須改變自己的傳統(tǒng)觀念和思維方式10.3應用機器人引起的社會問題2.機器人造成人類心理威脅機器人的智能將要超過人類，從而反賓為主，要人類聽從它的調(diào)遣。這種擔心，隨著科幻小說和電影、電視、網(wǎng)絡的傳播，已經(jīng)十分普遍了。造成這種擔心的有兩方面的原因：一是由于人類對未來機器人還不夠了解，因而產(chǎn)生“不信任感”；二是由于現(xiàn)代社會矛盾在人們心理上的反應，比如，西方社會在使用機器人后，給工人帶來的失業(yè)恐懼所造成的。但是，實際上是不可能出現(xiàn)機器人超過人類這種情況的10.3應用機器人引起的社會問題3.勞務就業(yè)問