宋俊辰

摘 要：隨著科技的發(fā)展，智能產(chǎn)品在我們的生活中越來越常見，智能機(jī)器人的發(fā)展也極為迅猛。在世界各國的高度關(guān)注下，智能機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，其發(fā)展很可能會(huì)成為“第三次工業(yè)革命”的一個(gè)增長(zhǎng)點(diǎn)和切入點(diǎn)。本文主要概括了擁有機(jī)械手臂的初級(jí)機(jī)器人、利用傳感器工作的感知機(jī)器人和智能機(jī)器人這三代機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程，詳細(xì)介紹了各類型機(jī)器人的組成成分，并對(duì)智能機(jī)器人的現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)和未來進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人；機(jī)械手臂；傳感器；人機(jī)交互

中圖分類號(hào)：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）21-0090-02

智能機(jī)器人是一類在設(shè)計(jì)完成后，能在無人干預(yù)下自主完成各項(xiàng)擬人任務(wù)的機(jī)器個(gè)體。如今，在全球的高度關(guān)注下，世界各國對(duì)智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重視達(dá)到一個(gè)全新的高度，各國紛紛將其作為保持和重獲制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要手段，與此同時(shí)，各國主要經(jīng)濟(jì)體也將發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略。在人們生活水平不斷提高下，智能機(jī)器人在很多領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，已經(jīng)深刻改變了人類的生產(chǎn)生活方式，其應(yīng)用具有廣闊的市場(chǎng)前景。

1 智能機(jī)器人的發(fā)展

1.1 第一代機(jī)器人—初級(jí)機(jī)器人

1959年美國的恩格爾伯格和英國的德沃爾制造了第一代工業(yè)機(jī)器人，這類機(jī)器人可以通過給其程序、指令進(jìn)行單一重復(fù)的動(dòng)作。它們利用機(jī)械手臂等進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，能代替人們?cè)诠S中進(jìn)行枯燥單一的工作，但并不具有任何“智慧”。初級(jí)機(jī)器人的定位更傾向生產(chǎn)一種擬人的機(jī)器。

1.2 第二代機(jī)器人—感知機(jī)器人

第二代機(jī)器人具有一定的感知功能和適應(yīng)性能力，它能將外界信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人可以識(shí)別的信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行判斷，最終做出反應(yīng)。當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，它能夠感知其變化并做出具體的反應(yīng)。例如，半導(dǎo)體材料的制作對(duì)環(huán)境要求極為苛刻：需在特定濕度溫度以及無金屬離子的環(huán)境下制作，在這種情況下，利用感知機(jī)器人可以更有力地減少半導(dǎo)體制作時(shí)環(huán)境帶來的誤差及影響，很大程度上提高了材料的利用率。雖然可以對(duì)外界信息做出回應(yīng)，但感知機(jī)器人距離自主運(yùn)作還有很大的差距。

1.3 第三代機(jī)器人—智能機(jī)器人

智能機(jī)器人于上世紀(jì)80年代前后出現(xiàn)，相比較第一、二代機(jī)器人，智能機(jī)器人擁有更完備的硬件和軟件技術(shù)，它能夠獨(dú)立地對(duì)身上的多種傳感器所反饋的信息做出總結(jié)，具備智能化和高效的特點(diǎn)。簡(jiǎn)單來說，就是機(jī)器人擁有了能夠獨(dú)立思考的“大腦”，同時(shí)具備了很強(qiáng)的適應(yīng)性能力、學(xué)習(xí)能力和自治功能。這就讓它能在服務(wù)，教育，制造，娛樂等領(lǐng)域迅速發(fā)展，方便人們的生活。隨著AI技術(shù)的發(fā)展與完善，智能機(jī)器人的“智慧”也在不斷的提高，其發(fā)展方向也會(huì)越來越廣。

2 智能機(jī)器人的基本組成

2.1 機(jī)械部分

智能機(jī)器人的主要組成包括機(jī)械部分、感受部分和控制部分，其中機(jī)械部分是機(jī)器人的骨架結(jié)構(gòu)，它分為機(jī)械和驅(qū)動(dòng)兩大結(jié)構(gòu)。

機(jī)械結(jié)構(gòu)是純硬件部分，是智能機(jī)器人的主體，包括臂部、腕部、手部等執(zhí)行結(jié)構(gòu)以及完成各種功能所需的結(jié)構(gòu)裝置等。例如機(jī)器人的機(jī)械手臂通常用鋁合金、碳纖維等密度小硬度高的材料以多種多樣的形式滿足不同的市場(chǎng)需求。根據(jù)人們的各種需要，機(jī)械結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)形式可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和擁有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的臂部關(guān)節(jié)坐標(biāo)式。機(jī)器人手部大多為機(jī)械爪，它類似人的手指和指關(guān)節(jié)，擁有極高的自由度。

驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)是借助于動(dòng)力元件發(fā)出的指令信號(hào)驅(qū)使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)裝置。機(jī)器人使用的驅(qū)動(dòng)裝置主要是電力驅(qū)動(dòng)裝置，如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等，此外，面向某些特定場(chǎng)景的特定需求，也有采用液壓等驅(qū)動(dòng)裝置[1]。這一結(jié)構(gòu)裝置起著無可替代的作用，它驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)連接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，是使機(jī)器人啟動(dòng)的源泉。驅(qū)動(dòng)作為關(guān)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)副按照接觸形式分類： 接觸部分壓強(qiáng)較低的面接觸稱為低副，而點(diǎn)或線接觸稱為高副。不同的運(yùn)動(dòng)副適應(yīng)不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)器人完成各項(xiàng)指令。

2.2 感受部分

智能機(jī)器人的感受部分可以感知外界環(huán)境，分為感受和環(huán)境機(jī)器交互兩大結(jié)構(gòu)。

機(jī)器人的感受結(jié)構(gòu)是它的“五官”，能借助其身上各式各樣的“感受器”——傳感器對(duì)外界的信息進(jìn)行捕捉的結(jié)構(gòu)。作為“感受器”的傳感器是一種能夠?qū)⑵渌盘?hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的檢測(cè)裝置，例如在高溫高壓情況下，機(jī)器人能夠用壓力傳感器等來獲取信息，同時(shí)機(jī)器人能對(duì)傳感器傳達(dá)的信息合理支配與使用。機(jī)器人將各種傳感器對(duì)外界感知到的壓力，溫度等信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則或算法組合來產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)環(huán)境的一致性解釋和描述。各傳感器檢測(cè)的信息最終通過優(yōu)化組合來導(dǎo)出更多的有效信息從而實(shí)現(xiàn)多信息融合。融合后的多傳感器信息具有以下特性：冗余性、互補(bǔ)性、實(shí)時(shí)性和低成本性[2]。

智能機(jī)器人能對(duì)外界的信息進(jìn)行捕捉并與環(huán)境產(chǎn)生共鳴，這就是環(huán)境——機(jī)器交互結(jié)構(gòu)。由于信息流向是雙向的，感知機(jī)器人通過對(duì)外界的判斷、感知來改變環(huán)境從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境機(jī)器交互；所勘測(cè)環(huán)境的物理、化學(xué)、行為信息被機(jī)器人感受結(jié)構(gòu)捕捉后作出分析，得出結(jié)論的同時(shí)，隨后機(jī)器人做出的反應(yīng)也影響著勘測(cè)對(duì)象。例如掃地機(jī)器人利用紅外感受器對(duì)污漬、垃圾進(jìn)行清理達(dá)到清潔目的。機(jī)器環(huán)境交互結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人真正意義上存在直接價(jià)值和間接價(jià)值，真正意義上方便人們的生產(chǎn)生活。

2.3 控制部分

智能機(jī)器人的控制部分對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)起決定性作用，它分為控制結(jié)構(gòu)和人機(jī)交互結(jié)構(gòu)。

控制結(jié)構(gòu)分為兩種控制方式，一是由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)作為智能機(jī)器人“大腦”的集中式控制，二是多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行分級(jí)調(diào)控的分散式控制。集中式控制最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠保證整體的一致性，各種信息處理、偏差檢測(cè)、糾偏措施等都可以由一個(gè)中心統(tǒng)一完成。分散式控制的特點(diǎn)與集中式控制相反，不同的信息流入不同的控制中心，不同的控制指令由不同的控制中心發(fā)出，使信息具備更高的針對(duì)性。智能機(jī)器人通過機(jī)體受到各種信息的影響從而自主地直接控制，也可以通過人類對(duì)其輸入的指令進(jìn)行間接控制。控制結(jié)構(gòu)是智能機(jī)器人的 “大腦”，是其實(shí)現(xiàn)自主性和智能性的最重要結(jié)構(gòu)。

智能機(jī)器人雖能夠獨(dú)立，卻不能完全的脫離人類，這就需要人機(jī)交互結(jié)構(gòu)。人們可以與計(jì)算機(jī)之間采用語言對(duì)話實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，二者通過一定的交互方式來實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間的信息交換以完成各項(xiàng)確定任務(wù)。人機(jī)交互接口采用自然語言進(jìn)行人機(jī)直接對(duì)話，也可以以文字、圖形圖像的方式介質(zhì)進(jìn)行人機(jī)交往，甚至通過腦波等生理信號(hào)與人交互[3]。人們首先對(duì)智能機(jī)器人輸入指令，機(jī)器人對(duì)輸入的信息處理后輸出新信息并對(duì)其做出反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)交互過程。作為“智能”的代表，智能機(jī)器人可以自動(dòng)適應(yīng)不同用戶類型，自動(dòng)適應(yīng)用戶的不同需求，自動(dòng)適應(yīng)不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持來實(shí)現(xiàn)智能。同時(shí)在人機(jī)交互過程中，運(yùn)用自然語言，人們能夠迅速知道勘測(cè)對(duì)象的各種信息，例如天氣、溫度、濕度等，從而發(fā)揮實(shí)時(shí)性特點(diǎn)。智能機(jī)器人具備了人機(jī)交互結(jié)構(gòu)，使得其應(yīng)用和發(fā)展方向具有更多的選擇。

3 總結(jié)與展望

智能機(jī)器人的發(fā)展真可謂是日新月異，進(jìn)入21世紀(jì)，我國開始致力研發(fā)機(jī)器人，機(jī)器人技術(shù)越來越被認(rèn)為是未來新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)之一，彰顯國家實(shí)力的一項(xiàng)重要因素[4]。我國對(duì)機(jī)器人的研發(fā)起步較晚，但發(fā)展極為迅猛，現(xiàn)今正處在第三代智能機(jī)器人的發(fā)展階段。在我國的推動(dòng)下，各大研發(fā)單位及多所高校在機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展上走得更深更遠(yuǎn)。同時(shí)智能機(jī)器人也在各個(gè)領(lǐng)域中嶄露頭角，其高效率和特殊的性能幫助人類迅速發(fā)展，今后可能會(huì)在服務(wù)，教育等方面有更加深入的發(fā)展。

智能機(jī)器人的迅速發(fā)展雖然節(jié)約了大量勞動(dòng)力，但與此同時(shí)也帶來了大量人口失業(yè)問題，這一問題隨著法律及關(guān)于機(jī)器人“就業(yè)”制度的逐步完善，會(huì)在不久的將來逐步解決。但隨著智能機(jī)器人的“智慧”提高，會(huì)不會(huì)在未來反過來控制人類，這也是一個(gè)新的擔(dān)憂。

參考文獻(xiàn)

[1]金耀青，姜永權(quán)，譚炳元.智能機(jī)器人現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].電腦與電信，2017（5）：27-28.

[2]孫華，陳俊風(fēng)，吳林.多傳感器信息融合技術(shù)及其在機(jī)器人中的應(yīng)用[J].傳感器技術(shù)，2003，22（9）：1-4.

[3]任福繼，孫曉.智能機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].科技導(dǎo)報(bào)，2015，33（21）：32-38.

[4]張雪松.淺析新一代人工智能機(jī)器人的發(fā)展[J].探索與觀察，2017，（21）：50.