智能機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展

曲全鵬 河南工程學(xué)院工程訓(xùn)練中心

近年來(lái)智能機(jī)器人發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)外都越來(lái)越重視機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)金融危機(jī)認(rèn)識(shí)到了實(shí)體經(jīng)濟(jì)的重要性，特別是制造業(yè)的發(fā)展，所以他們力圖搶占高端制造業(yè)市場(chǎng)，并不斷擴(kuò)大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。而機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)在的新興技術(shù)，是公認(rèn)對(duì)未來(lái)有重要影響的高新技術(shù)，歐盟在第七框架計(jì)劃中規(guī)劃了“認(rèn)知系統(tǒng)與機(jī)器人技術(shù)”研究、美國(guó)啟動(dòng)了“美國(guó)國(guó)家機(jī)器人計(jì)劃”、日本和韓國(guó)在服務(wù)型機(jī)器人方面也制定了相應(yīng)計(jì)劃，我國(guó)在國(guó)家863 計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大項(xiàng)目等規(guī)劃中對(duì)機(jī)器人研究給予極大的重視。

機(jī)器人技術(shù)是集機(jī)械工程技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、仿生學(xué)、人工智能等多學(xué)科的復(fù)雜機(jī)械，機(jī)器人的智能技術(shù)代表了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展水平，機(jī)器人技術(shù)是當(dāng)代科學(xué)研究和運(yùn)用最活躍的領(lǐng)域之一。智能機(jī)器人的發(fā)展程度側(cè)方面反映了國(guó)家的科技水平。

1 智能機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 智能機(jī)器人的現(xiàn)狀

智能機(jī)器人研究的主要內(nèi)容分為兩個(gè)方面，一方面是怎樣才能使智能機(jī)器人有主動(dòng)的自主性，怎樣讓機(jī)器人能獨(dú)立于人，人們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的人機(jī)交流，智能機(jī)器人能根據(jù)人的需要自動(dòng)生成完成任務(wù)的程序，自主分析環(huán)境因素，按一定的步驟完成任務(wù)。另一方面是，提高智能機(jī)器人的各種環(huán)境適應(yīng)性，能在不同的環(huán)境條件下完成任務(wù)，隨著社會(huì)科學(xué)的發(fā)展，智能機(jī)器人在不同的領(lǐng)域都會(huì)發(fā)揮作用，怎樣提高智能機(jī)器人適應(yīng)能力，是未來(lái)機(jī)器人適應(yīng)環(huán)境的基本要求。

目前，在制造業(yè)機(jī)器人代替人的工作已經(jīng)是主要發(fā)展趨勢(shì)，智能機(jī)器人還被廣泛應(yīng)用于教育、金融、醫(yī)療、交通、安防、電力等諸多領(lǐng)域，市場(chǎng)應(yīng)用潛力非常大。因此，世界各國(guó)都在不斷推進(jìn)人工智能關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)、突破以及轉(zhuǎn)化應(yīng)用，促進(jìn)智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)走向發(fā)展壯大。

智能機(jī)器人涉及到許多關(guān)鍵技術(shù)，主要有以下幾個(gè)方面：多傳感信息融合技術(shù)、導(dǎo)航和定位技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)、智能控制技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)等。

1.2 我國(guó)智能機(jī)器人發(fā)展面臨的問(wèn)題

最近幾年，我國(guó)的智能機(jī)器人發(fā)展迅速，由于我國(guó)對(duì)智能機(jī)器人的需求量迅速增大，國(guó)內(nèi)開(kāi)始有很多的企業(yè)重視研發(fā)智能機(jī)器人，智能機(jī)器人的研發(fā)取得了不小的進(jìn)步，在機(jī)器人的視覺(jué)、聲音仿真等方面都趕上了世界先進(jìn)水平。但在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方面存在很多的問(wèn)題。（1）機(jī)器人科學(xué)研究與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步較晚，核心零部件的制造技術(shù)含量低，我國(guó)機(jī)器人對(duì)國(guó)外機(jī)器人核心零件依賴性較強(qiáng)，特別是芯片的制作，由于國(guó)內(nèi)沒(méi)有掌握核心技術(shù)，創(chuàng)新能力缺乏，致使機(jī)器人生產(chǎn)的技術(shù)含量難以得到質(zhì)的提升，我國(guó)的很多機(jī)器人還停留在仿制的階段。（2）我國(guó)的高端機(jī)器人市場(chǎng)基本被國(guó)外品牌壟斷，由于國(guó)內(nèi)的關(guān)鍵部件都是進(jìn)口，國(guó)內(nèi)高性能的高性能伺服電機(jī)、控制器、軸承、高精密減速器等都不能突破質(zhì)量關(guān)，造成國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)國(guó)有機(jī)器人不信任，嚴(yán)重影響了國(guó)內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展。（3）我國(guó)人工智能在大規(guī)模圖像識(shí)別、機(jī)器翻譯、語(yǔ)音識(shí)別等方面取得了突破性進(jìn)展，走在了世界先進(jìn)行列，現(xiàn)在我國(guó)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中測(cè)試的人工智能基本達(dá)到了我們的要求，但是在實(shí)際應(yīng)用中還存在環(huán)境干擾的因素，人工智能還達(dá)不到應(yīng)用的條件。（4）濫用人工智能可能會(huì)給人類帶來(lái)道德和倫理上的風(fēng)險(xiǎn)，人工智能發(fā)展到今天已經(jīng)從簡(jiǎn)單的執(zhí)行人的指令，發(fā)展到可以自己收集數(shù)據(jù)吸取歷史經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)以往的處理結(jié)果能自動(dòng)的生成判斷，這就會(huì)造成輸出的結(jié)果可能符合某種邏輯但不符合人類的價(jià)值觀。（5）人工智能的發(fā)展是基于芯片、操作系統(tǒng)等信息產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ),依靠底層算法的通用框架。這樣就很容易被發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷，能夠控制這些技術(shù)的輸出權(quán)和定價(jià)權(quán)，這樣就會(huì)給發(fā)展中國(guó)家?guī)?lái)使用被監(jiān)控的風(fēng)險(xiǎn)，影響全人類共享人工智能的技術(shù)福利。

2 智能機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)器人按發(fā)展的程度可以分為四個(gè)階段：第一階段是只能完成簡(jiǎn)單的動(dòng)作用于代替人類完成簡(jiǎn)單重復(fù)工作的工業(yè)機(jī)器人；第二階段是帶有一些感知環(huán)境的傳感裝置，能通過(guò)傳感器反饋功能控制機(jī)器人適應(yīng)環(huán)境變化的能力；第三階段是高智能階段，帶有多種感知傳感器，具有多種感知功能和高度的適應(yīng)能力，能根據(jù)具體的情況進(jìn)行復(fù)雜的邏輯推理，自主判斷及決策，在不同的工作環(huán)境中都能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，具有獨(dú)立行走和自制能力；第四階段是具有與人類相似的情感，能自主的與人類交流，會(huì)幫助人類完成各種工作，是機(jī)器人發(fā)展的理想階段。

機(jī)器人的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)不是做簡(jiǎn)單的重復(fù)動(dòng)作，機(jī)器人的智能化和群體協(xié)作解決問(wèn)題的能力成為現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展關(guān)鍵。機(jī)器人在工業(yè)是如何提高速度、精度、承載能力等方面都有很大的提升空間；在工業(yè)應(yīng)用上很多機(jī)器人和人是在重疊的空間協(xié)同工作的，這就要求機(jī)器人有一定的感知、智能控制達(dá)到人機(jī)融合，人機(jī)融合的程度需要研發(fā)人員的繼續(xù)努力；機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，不僅在工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人在醫(yī)療、勘探、服務(wù)、教育和交通等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。這就要求機(jī)器人的適應(yīng)環(huán)境能力、自主控制功能、人機(jī)融合程度等都提出了更高的要求。

第一，適應(yīng)環(huán)境能力。根據(jù)對(duì)機(jī)器人的不同需求，它的工作環(huán)境是不確定的，可以在室內(nèi)、室外、空中、海里等，其溫度、氣壓、地形等都有復(fù)雜的變化，這就要針對(duì)不同的工作環(huán)境設(shè)計(jì)不同機(jī)構(gòu)和控制方法的機(jī)器人，科學(xué)家根據(jù)仿生學(xué)原理，設(shè)計(jì)出各種功能的機(jī)器人，比如具有飛行、游動(dòng)、爬行或跳躍等不同運(yùn)動(dòng)能力的適應(yīng)環(huán)境條件的機(jī)器人。在面對(duì)動(dòng)態(tài)變化、復(fù)雜和未知的外部環(huán)境中，機(jī)器人如何能準(zhǔn)確感知是機(jī)器人進(jìn)行程序決策和控制的基礎(chǔ)。怎樣把感知信息融合在一起，使機(jī)器人有環(huán)境理解和建模的能力，學(xué)會(huì)自主判斷是機(jī)器人適應(yīng)環(huán)境研究的重要內(nèi)容。

第二，自主控制。自主控制機(jī)器人結(jié)合了環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制等功能，在無(wú)人干預(yù)的情況下，能自主控制自己的動(dòng)作，確保機(jī)器人規(guī)避危險(xiǎn)保護(hù)自己、保證能完成預(yù)定的任務(wù)。

第三，人機(jī)融合。人機(jī)融合不是簡(jiǎn)單的機(jī)器人與人工操作的融合，而是機(jī)器人與人的融合。通過(guò)仿生學(xué)、神經(jīng)學(xué)、腦科學(xué)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的結(jié)合，使人與機(jī)器有機(jī)的結(jié)合在一起，人機(jī)融合是機(jī)器人發(fā)展的理想階段，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信不久的將來(lái)一定能實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)論

目前智能機(jī)器人的智能水平還不夠高，機(jī)器人的核心元件還有待研究，努力解決智能機(jī)器人的適應(yīng)環(huán)境能力，提高各方面的質(zhì)量技術(shù)及其綜合應(yīng)用，大力提高智能機(jī)器人的智能程度，提高智能機(jī)器人的自主控制、適應(yīng)環(huán)境能力和人機(jī)融合是智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵。智能機(jī)器人今后的發(fā)展一定要融合感知如視覺(jué)、力覺(jué)、嗅覺(jué)等具有獨(dú)立的自我分析和解決問(wèn)題的能力，人與機(jī)器人達(dá)到人機(jī)融合。