關于智能機器人的發(fā)展與構成

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，智能機器人的發(fā)展也極為迅猛。在世界各國的高度關注下，智能機器人的發(fā)展已經(jīng)成為衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標志，其發(fā)展很可能會成為“第三次工業(yè)革命”的一個增長點和切入點。本文主要概括了擁有機械手臂的初級機器人、利用傳感器工作的感知機器人和智能機器人這三代機器人的發(fā)展進程，詳細介紹了各類型機器人的組成成分，并對智能機器人的現(xiàn)狀進行總結和未來進行展望。

關鍵詞：智能機器人；機械手臂；傳感器；人機交互

中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0090-02

智能機器人是一類在設計完成后，能在無人干預下自主完成各項擬人任務的機器個體。如今，在全球的高度關注下，世界各國對智能機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重視達到一個全新的高度，各國紛紛將其作為保持和重獲制造業(yè)競爭優(yōu)勢的重要手段，與此同時，各國主要經(jīng)濟體也將發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略。在人們生活水平不斷提高下，智能機器人在很多領域發(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，其應用具有廣闊的市場前景。

1 智能機器人的發(fā)展

1.1 第一代機器人—初級機器人

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)機器人，這類機器人可以通過給其程序、指令進行單一重復的動作。它們利用機械手臂等進行簡單的運動，能代替人們在工廠中進行枯燥單一的工作，但并不具有任何“智慧”。初級機器人的定位更傾向生產(chǎn)一種擬人的機器。

1.2 第二代機器人—感知機器人

第二代機器人具有一定的感知功能和適應性能力，它能將外界信號轉變?yōu)闄C器人可以識別的信號并對其進行判斷，最終做出反應。當外界環(huán)境發(fā)生變化時，它能夠感知其變化并做出具體的反應。例如，半導體材料的制作對環(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，利用感知機器人可以更有力地減少半導體制作時環(huán)境帶來的誤差及影響，很大程度上提高了材料的利用率。雖然可以對外界信息做出回應，但感知機器人距離自主運作還有很大的差距。

1.3 第三代機器人—智能機器人

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

2 智能機器人的基本組成

2.1 機械部分

智能機器人的主要組成包括機械部分、感受部分和控制部分，其中機械部分是機器人的骨架結構，它分為機械和驅動兩大結構。

機械結構是純硬件部分，是智能機器人的主體，包括臂部、腕部、手部等執(zhí)行結構以及完成各種功能所需的結構裝置等。例如機器人的機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需求。根據(jù)人們的各種需要，機械結構的坐標形式可分為直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和擁有多個轉動的臂部關節(jié)坐標式。機器人手部大多為機械爪，它類似人的手指和指關節(jié)，擁有極高的自由度。

驅動結構是借助于動力元件發(fā)出的指令信號驅使機器人運動的結構裝置。機器人使用的驅動裝置主要是電力驅動裝置，如步進電機、伺服電機等，此外，面向某些特定場景的特定需求，也有采用液壓等驅動裝置[1]。這一結構裝置起著無可替代的作用，它驅動機器人的關節(jié)連接點運動，是使機器人啟動的源泉。驅動作為關節(jié)點的運動副按照接觸形式分類： 接觸部分壓強較低的面接觸稱為低副，而點或線接觸稱為高副。不同的運動副適應不同的機械結構，從而驅動機器人完成各項指令。

2.2 感受部分

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

機器人的感受結構是它的“五官”，能借助其身上各式各樣的“感受器”——傳感器對外界的信息進行捕捉的結構。作為“感受器”的傳感器是一種能夠將其他信號轉化為電信號的檢測裝置，例如在高溫高壓情況下，機器人能夠用壓力傳感器等來獲取信息，同時機器人能對傳感器傳達的信息合理支配與使用。機器人將各種傳感器對外界感知到的壓力，溫度等信息依據(jù)某種優(yōu)化準則或算法組合來產(chǎn)生對觀測環(huán)境的一致性解釋和描述。各傳感器檢測的信息最終通過優(yōu)化組合來導出更多的有效信息從而實現(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、互補性、實時性和低成本性[2]。

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

2.3 控制部分

智能機器人的控制部分對機器人的運動起決定性作用，它分為控制結構和人機交互結構。

控制結構分為兩種控制方式，一是由一臺微型計算機作為智能機器人“大腦”的集中式控制，二是多臺微型計算機進行分級調控的分散式控制。集中式控制最大的優(yōu)點是能夠保證整體的一致性，各種信息處理、偏差檢測、糾偏措施等都可以由一個中心統(tǒng)一完成。分散式控制的特點與集中式控制相反，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性。智能機器人通過機體受到各種信息的影響從而自主地直接控制，也可以通過人類對其輸入的指令進行間接控制?？刂平Y構是智能機器人的 “大腦”，是其實現(xiàn)自主性和智能性的最重要結構。

智能機器人雖能夠獨立，卻不能完全的脫離人類，這就需要人機交互結構。人們可以與計算機之間采用語言對話實現(xiàn)人機交互，二者通過一定的交互方式來實現(xiàn)人與計算機之間的信息交換以完成各項確定任務。人機交互接口采用自然語言進行人機直接對話，也可以以文字、圖形圖像的方式介質進行人機交往，甚至通過腦波等生理信號與人交互[3]。人們首先對智能機器人輸入指令，機器人對輸入的信息處理后輸出新信息并對其做出反應，從而實現(xiàn)交互過程。作為“智能”的代表，智能機器人可以自動適應不同用戶類型，自動適應用戶的不同需求，自動適應不同計算機系統(tǒng)的支持來實現(xiàn)智能。同時在人機交互過程中，運用自然語言，人們能夠迅速知道勘測對象的各種信息，例如天氣、溫度、濕度等，從而發(fā)揮實時性特點。智能機器人具備了人機交互結構，使得其應用和發(fā)展方向具有更多的選擇。

3 總結與展望

智能機器人的發(fā)展真可謂是日新月異，進入21世紀，我國開始致力研發(fā)機器人，機器人技術越來越被認為是未來新興產(chǎn)業(yè)技術之一，彰顯國家實力的一項重要因素[4]。我國對機器人的研發(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器人的發(fā)展階段。在我國的推動下，各大研發(fā)單位及多所高校在機器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展上走得更深更遠。同時智能機器人也在各個領域中嶄露頭角，其高效率和特殊的性能幫助人類迅速發(fā)展，今后可能會在服務，教育等方面有更加深入的發(fā)展。

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

參考文獻

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

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

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

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