智能機(jī)器人的發(fā)展和設(shè)計(jì)

詹朋

(西華大學(xué)，四川 成都 610039)

智能機(jī)器人的發(fā)展和設(shè)計(jì)

詹朋

(西華大學(xué)，四川 成都 610039)

機(jī)器人的發(fā)展可以說標(biāo)志著一個(gè)國家的發(fā)展，機(jī)器人涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)、傳感器、自動(dòng)控制、人機(jī)交互、仿生學(xué)等多個(gè)學(xué)科，但是本文主要是講的在感知-思維-效應(yīng)方面全面模擬人的智能機(jī)器系統(tǒng)。

機(jī)器人；人工智能；發(fā)展；設(shè)計(jì)

1 引言

機(jī)器人在生活中存在著許許多多，但是種類也是五花八門，比如說有服務(wù)機(jī)器人可以為您治病保健、保潔保安；水下機(jī)器人可以幫助打撈沉船、鋪設(shè)電纜；工程機(jī)器人可以上山入地、開洞筑路；農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以耕耘播種、施肥除蟲；軍用機(jī)器人可以沖鋒陷陣、排雷排彈……在現(xiàn)實(shí)生活中有些工作會(huì)對(duì)人體造成傷害，比如噴漆；有些工作要求質(zhì)量很高，人難以長時(shí)間勝任，比如汽車焊接；有些工作人員無法身臨其境，比如火山探險(xiǎn)、深海探密、空間探索等；有些工作不適合人去干，比如一些惡劣的環(huán)境,這些人們干不了或干不好的領(lǐng)域變成了機(jī)器人大顯身手.那么智能機(jī)器人的誕生也是不可避免的。

2 機(jī)器人的發(fā)展

機(jī)器人的發(fā)展應(yīng)該是從六十年代初開始說起，那是人們才剛剛進(jìn)入人們的視野，智能機(jī)器人其實(shí)就是仿照各種各樣的人工智能綜合的成果，它是因?yàn)橛?jì)算機(jī)的發(fā)展來帶動(dòng)它的發(fā)展，人工智能研究者通過智能機(jī)器人試驗(yàn)床把人工智能活現(xiàn)出來，第一次證實(shí)了智能機(jī)器人可以根據(jù)環(huán)境和完成任務(wù)目標(biāo)制定行動(dòng)規(guī)劃和操作。

又過了20多年之后，第一代機(jī)器人的市場趨于飽和，所以工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用開始從汽車領(lǐng)域轉(zhuǎn)向電子、電氣機(jī)械裝配和非制造領(lǐng)域。因?yàn)榈谝淮鷻C(jī)器人沒有視覺和觸覺，所以已經(jīng)適應(yīng)不了新用途的需要，在這時(shí)候，計(jì)算機(jī)和傳感器的發(fā)展有利的推動(dòng)了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，所以人們研究出了第一代有感覺的機(jī)器人，這些機(jī)器人具有一定的識(shí)別和判斷的能力。

到了九十年代之后，由于機(jī)器人的用戶主要是中小企業(yè)，所以體型較小較輕的機(jī)器人開始出現(xiàn)，其中比較典型的例子就是1991年在日本生產(chǎn)的擦窗玻璃的機(jī)器人和蘇聯(lián)生產(chǎn)的很輕能夠自由移動(dòng)的一種機(jī)器人。

到了如今的21世紀(jì)機(jī)器人就變得應(yīng)該是更加的智能化的方向去發(fā)展，比若說更聰明的機(jī)器人、更快的分析、更自然地互動(dòng)、更微妙的互動(dòng)……。

3 機(jī)器人的設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)器人觸覺傳感器。觸覺傳感器是用于機(jī)器人中模仿觸覺功能的傳感器。按功能可分為接觸覺傳感器、力-力矩覺傳感器、壓覺傳感器和滑覺傳感器。因此觸覺傳感器就相當(dāng)于人的手一樣有感知能力，例如:Sussex大學(xué)和Shack-leton系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)公司研制的基于運(yùn)動(dòng)的介電電容傳感的陣列;由威爾士大學(xué)和軟件科學(xué)公司研制的采用壓強(qiáng)技術(shù)的裝在機(jī)器人夾持器上的傳感器。

3.2 機(jī)器人視覺傳感器。機(jī)器人視覺是使機(jī)器人具有視覺感知功能的系統(tǒng)。機(jī)器人視覺可以通過視覺傳感器獲取環(huán)境的一維、二維和三維圖像，并通過視覺處理器進(jìn)行分析和解釋，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為符號(hào)，讓機(jī)器人能夠辨識(shí)物體，并確定其位置及各種狀態(tài)。所以視覺傳感器就相當(dāng)于人的眼睛一樣。倫敦大學(xué)目前正在研究一種雙目視覺機(jī)器人的實(shí)時(shí)圖像處理機(jī)。還有正在研究機(jī)器人視覺系統(tǒng)的教育機(jī)構(gòu)有:考文垂工業(yè)大學(xué)、愛丁堡大學(xué)、格拉斯哥大學(xué)、格溫特大學(xué)。

3.3 機(jī)器人聲音傳感器。聲音傳感器使用的是與人類耳朵相似具有頻率反應(yīng)的電麥克風(fēng)，聲音傳感器目前已在地面?zhèn)鞲衅鱾刹楸O(jiān)視系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，其最大優(yōu)點(diǎn)就是分辨能力強(qiáng)。如果運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是人員，則不僅能聽到聲音，而且還能根據(jù)話音判斷分辨查明其國籍、身份和談話內(nèi)容；如果運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是車輛，則可根據(jù)聲響判斷車輛大小種類，如：美國正在使用的一種可懸掛在樹上的被稱為“音響浮標(biāo)”的裝置探測距離300-400米，接近人的聽覺范圍。

3.4 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能。機(jī)器人通常是要在周圍移動(dòng)物體的,例如:機(jī)器人臂到輪子或腳的運(yùn)載器已有許多結(jié)構(gòu)在使用,此外還有許多其他型號(hào)在研究之中。為在空間任意點(diǎn)以任意方式操作一個(gè)物體,機(jī)器人臂需要有6個(gè)自由度:左/右、前/后、上/下、投、卷和左右擺轉(zhuǎn)。在工業(yè)中使用的坐標(biāo)已有6個(gè):圓柱形、球形、笛卡爾坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)、Scara type和并行坐標(biāo)。在國際機(jī)器人市場上圓柱體坐標(biāo)機(jī)器人現(xiàn)已有售;Unimate機(jī)器人系列為球形坐標(biāo)系統(tǒng),手臂可移進(jìn)移出,繞其坐標(biāo)移動(dòng),還可以做旋轉(zhuǎn)的縱向移動(dòng)。當(dāng)前機(jī)器人臂的研制目標(biāo)是通過現(xiàn)有系統(tǒng)的組合或利用完全不同的設(shè)計(jì)思想開發(fā)更靈活、更有適應(yīng)能力的坐標(biāo)系統(tǒng)。

4 總結(jié)

機(jī)器人的發(fā)展與進(jìn)步的主要體現(xiàn)就是人機(jī)之間的交互是否更加流暢，而想要跟人交流就需要各種各樣的傳感器，這樣才能使得機(jī)器人更加接近于人，所以傳感器的發(fā)展就是機(jī)器人的發(fā)展就是人工智能的發(fā)展，而機(jī)器人傳感器的研究近年來多側(cè)重于對(duì)多傳感器的融合技術(shù)以及其算法的改進(jìn)方面。在同一外界條件下,多個(gè)不同的傳感器可以感知到的信息中大多存在著一定的內(nèi)在的聯(lián)系。而同一個(gè)機(jī)器人身上的傳感器數(shù)量越多，每種傳感器所需的適用范為和感知范圍就會(huì)越復(fù)雜，這非常不利于機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造。多傳感器融合技術(shù)可以對(duì)這種情況進(jìn)行信息的整理與融合處理。另一方面，人腦對(duì)于信息的處理是十分復(fù)雜的，在基礎(chǔ)的看聽嗅味感等感知之外，大腦會(huì)將以上種種信息進(jìn)行融合處理以獲得在時(shí)間和空間上的以及關(guān)于知識(shí)，記憶和學(xué)習(xí)的比較高級(jí)的感知能力，從而使機(jī)器人能對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行判斷。多傳感器融合技術(shù)是機(jī)器人類人化處理信息的重要的一次進(jìn)步和嘗試，可以使“人工智能”這一技術(shù)更進(jìn)一步。

[1] 機(jī)器人發(fā)展簡史[J].機(jī)械工程師,2008,(7),13-14.

[2] 方建軍,何廣平.智能機(jī)器人[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[3] 肖南峰.智能機(jī)器人[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2008.

[4] 金周英.關(guān)于我國智能機(jī)器人發(fā)展的幾點(diǎn)思考[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001,(4):5-7.

[5] 胡聞珊,黃英,王敏.機(jī)器人敏感皮膚的研究進(jìn)展[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,29(12):1624-1626,1638.

詹朋(1995—)，男，漢族，四川內(nèi)江人，本科，西華大學(xué)。

TP242

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1671-1602(2016)24-0043-01