智能机器人的现状及其发展学院：电气信息学院姓名：张琪学号：1143031172摘要：本文主要介绍了智能机器人的发展现状、关键技术及其在各个领域的应用。

然后总结了智能机器人在发展中存在的一些问题。

最后提出了自己的建议和设想。

关键词：智能机器人；发展现状；传感器技术；智能控制；人机接口；应用1.引言机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。

智能机器人则是一个在感知- 思维- 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。

它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。

还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。

一部智能机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。

智能机器人与工业机器人的根本区别在于，智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能。

随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。

然而,智能机器人所处的环境往往是未知的、很难预测。

智能机器人所要完成的工作任务也越来越复杂;对智能机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。

目前，国内外对智能机器人的研究不断深入。

本文对智能机器人的现状和发展趋势进行了综述，分析了国内外的智能机器人的发展，讨论了智能机器人在发展中存在的问题，最后提出了对智能机器人发展的一些设想。

2.国内外在该领域的发展现状综述智能机器人是第三代机器人，这种机器人带有多种传感器,能够将多种传感器得到的信息进行融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的自适应能力、学习能力和自治功能。

目前研制中的智能机器人智能水平并不高，只能说是智能机器人的初级阶段。

智能机器人研究中当前的核心问题有两方面：一方面是，提高智能机器人的自主性，这是就智能机器人与人的关系而言，即希望智能机器人进一步独立于人，具有更为友善的人机界面。

从长远来说，希望操作人员只要给出要完成的任务，而机器能自动形成完成该任务的步骤，并自动完成它。

另一方面是，提高智能机器人的适应性，提高智能机器人适应环境变化的能力，这是就智能机器人与环境的关系而言，希望加强它们之间的交互关系。

2.1智能机器人的关键技术智能机器人的关键技术主要包括传感器技术、智能控制技术、路径规划和导航技术、人机接口技术。

以下分别对每种技术的发展现状进行阐述。

2.1.1传感器技术机器人与一般机械的一个主要区别即是机器人能够感知系统内外环境参数的变化，这就要求有小型、廉价、可靠性高的传感器作为技术支持。

传感器可以分为内部传感器和外部传感器两大类。

内部传感器用来感知机器人的内部状态，如角度传感器、速度传感器、加速度传感器等。

外部传感器则包括视觉传感器、触觉传感器、力传感器、接近觉传感器、平衡传感器等。

其中外部传感器的原理和设计更加复杂、困难。

传感器的发展大致分为两个方向。

一是传感器本身性能的创新、提高。

例如，人们从20世纪70年代起就开始研究机器人敏感皮肤——一种触觉传感器。

最早人们利用压电转换原理检测“皮肤”的形变，但是精度和稳定性较低，很难满足发展要求。

如今，利用光纤和导电橡胶等较高精度的机器人皮肤得到了较广泛应用。

它具有一定的弹性，并且能够敏锐地感觉周围环境变化。

即使是这样的皮肤，和期望中人类的皮肤仍相差甚远，因此还需要进一步研究。

根据目前的现状，机器人皮肤需要从两个方面有所突破：一是覆层材料的选取，需要有新的敏感材料来代替目前主流的导电硅橡胶；二是传感器阵列结构的深入研究。

传感器发展的另一个方向是多传感器信息融合技术。

单个传感器不可避免地存在偶然性，所以偶然的故障就会导致系统失效。

多传感器信息融合技术正可以解决这些问题。

该技术要融合来自多个传感器的数据，以获得更好的对自生和外部环境的感知，这类似于一种并行结构。

开发并行计算能力的软件和硬件，来满足具有大量数据且计算复杂的多传感器信息融合的要求，是多传感器信息融合技术的主要发展趋势之一。

2.1.2智能控制技术智能控制是具有智能信息处理和智能信息反馈以及智能控制决策的控制方式。

体现于多个方面。

如路径跟踪、管道检测、语音识别等。

早期机器人完成的任务比较简单，对动态特性要求不高。

随着机器人技术的发展，高度非线性的控制要求以及环境的未知因素和不确定因素使得原有的控制系统性能下降，不能满足要求。

近几年，智能控制有着飞速发展，模糊控制理论和人工神经网络理论以及两者的融合都大大提高了机器人的速度和精度。

主要应用如多关节机器人跟踪控制、月球机器人控制、除草机器人控制[、烹饪机器人控制等。

但是智能控制方法本身也有着自身的局限性。

例如机器人模糊控制中的库容量如果很庞大，时间就会过长；如果库的内容简单，则精确性要受到限制。

这些都是需要解决的问题。

2.1.3路径规划与导航技术路径规划是指给定智能机器人及其工作环境信息，按照某种优化指标，在起始点和目标点之间规划出一条与环境障碍物无碰撞的路径。

许多学者在该领域进行了大量研究。

有基于模型的路径规划。

如蚁群算法、模糊控制。

也有实现特定目标的避障路径规划，如果实采摘，区域清理等。

这些方法大多数较理想化，停留在理论阶段，离真正的实用还有一段距离，需要不断提高。

路径规划中很重要的一项技术是避障技术，而含有动态的避障技术即是导航技术。

它要求机器人能穿梭于静态和动态的障碍之间。

其涉及图像识别、超声红外定位、路径规划、传感器信息融合等多方面技术。

移动机器人的导航技术是研究的热点，其主要应用于医疗行业和农业生产。

2.1.4人机接口技术人机接口技术也是机器人领域研究的重点。

人机接口技术是人和机器人进行数据、信息交换的关键技术。

一个好的人机接口可以使得机器人的操控更加简单、方便、人性化。

此项概念从计算机的诞生时即产生。

早期的人机接口比较单一。

包括第一代的键盘和字符显示界面、第二代的鼠标和图形显示界面。

这些现已被广泛运用。

对于智能机器人，人机接口技术被称为人机智能接口技术(HCII)。

主要研究方向包括文字识别、语音识别、语音合成、人脸识别、视线跟踪技术等等。

其形式趋于多样化、功能更加人性化。

前沿的研究成果如：研究视觉跟踪技术并应用的眼控鼠标、智能人脸动画合成技术等。

2.2器人在各个领域的应用早期智能机器人主要用于工业和军事领域，大多数是机械手和机器臂。

如今，智能机器人的应用已经深入各行各业，在军事、制造业、医疗、服务等方面有广泛应用。

2.2.1军用机器人近年来，多数欧美国家都在积极研制军用智能机器人。

例如，法国的空陆攻击盾牌(BOA)的未来30年规划旨在重点开发和研究轻型装甲车和作战无人机。

无人飞行器、水下无人潜艇、太空武器等智能机器人得到广泛应用。

军用机器人的特点是能够实现自主控制，完成侦察、作战和后勤支援等任务，能够自动跟踪地形和选择道路，自动搜索、识别和消灭敌方目标。

例如在北约联合部队在波黑的扫雷行动中，豹式扫雷车在2天之内扫除了71颗杀伤地雷。

该机器人在6小时内的扫雷面积相当于30个有经验的工兵同期内扫雷面积的15～20倍。

其优点在于能够保证人员安全、有着很高的精度并具有很高智能，能够适应各种战场环境。

另外，微型军用机器人也成为MEMS技术军事应用的一个重要发展方向。

因其有体积小，易隐蔽的特点，具有很强的战略意义。

2.2.2工业机器人如今绝大多数工业机器人停留在第二代机器人的发展水平。

其主要原因是工业生产具有模式化、单一化特点，不确定因素少，环境变化少。

并不需要强大的对环境变化的决策能力。

第二代机器人已经能够满足大部分工业生产的需要。

其缺点是一种机器人通常智能完成少数几种任务。

如焊接、装配、切割、搬运等。

因此，工业机器人的发展趋势是向功能多样化的方向发展。

这就要求智能机器人能够理解作业任务和行动目标，并且获得环境信息，决策出达到目标的最优行动方案。

但是，目前机器人做到完全自主还是十分困难的，因为有许多相关技术还达不到完全智能。

2.2.3医疗机器人在生活服务方面，医用机器人是目前国内外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一。

其具有能完成复杂任务、精度高、创伤小、工作强度低、可靠性好的特点，因而受到广泛关注。

医疗机器人的主要有微创外科手术机器人、康复医疗机器人和医院服务机器人。

其中微创外科手术机器人涉及的手术机器人机构、医学三维图像建模、虚拟手术仿真等关键技术。

目前仍需通过医生的操控进行手术、成像。

具有智能的能够自发诊断治疗的机器人也在研制当中。

瑞典科学家研制的一种由多层聚合物和黄金制成的微型机器人，只有0.5mm 长，0.25mm宽，外形类似人的手臂，其肘部和腕部很灵活。

这种微型机器人能拿起肉眼看不见的玻璃球，并能移动单个细胞或捕捉细菌。

科学家希望这种微型医用机器人能在血液、尿液和细胞介质中工作，捕捉和移动单个细胞，并成为微型手术器械。

康复医疗机器人和医院服务机器人则可以实现部分智能化。

例如。

意大利的TGR S.R.L公司开发了一种结合轮椅与小车结构的智能轮椅，它不仅能在规则的地上行走，还可以上下楼梯。

美国运输协会研制的“HelpMate”机器人，可以24小时在医院完成运送食物和药品的工作。

目前，对医用机器人安全性的高要求以及一些心理和非技术因素限制了医疗机器人的发展。

即使这样，各种新型的医用机器人机构、图像采集处理技术、远程控制技术等仍是研究的热点。

2.2.4服务型机器人服务型机器人是一种为人类提供特定服务的机器人，一般具有良好的人机交互特性。

最主要的研究方面是公共场合的导引服务机器人以及不针对特殊任务的多功能家用机器人。

清华大学精密仪器与机械学系的“校园导游机器人创新实验计划”所研究的即是一种服务型机器人。

它能够实现在校园内自由移动，并提供实时语音解说。

日本本田公司则着重设计家用机器人。

为了实现更好的人机交互性能，本田公司将自行设计的家用机器人定位为一种仿人机器人。

即是外观和人类似具有移动能力、感知能力、操作能力、学习能力、自治能力、联想记忆、情感交流的智能机器人[24]。

本田公司的机器人ASIMO能够流畅地行走、奔跑、上下楼梯、搬运饮料并和人类进行简单的对话。

它代表了这类机器人的最高水平。

2.2.5其他机器人智能机器人除了在上述领域有很广泛的运用以外，在娱乐领域也有着应用。

如，机器人玩具、机器人宠物、会拉琴和跳舞的机器人等。

早稻田大学的Ichiro和Atsuo Takanishi教授已经研制成功了一种可以弹奏不同乐器的机器人。

每年一度的机器人世界杯足球锦标赛(RoboCup)广受关注。

Robocup的目的在于以一个确定的问题来推进人工智能和智能机器人技术的发展，其中涉及到机器人机构设计、机电一体化、图像处理、传感器信息融合、智能控制等多方面技术。