特種機(jī)器人報(bào)告人：劉廣才學(xué)號(hào)：2016554002特種機(jī)器人定義特種機(jī)器人是除工業(yè)機(jī)器人之外的，用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種機(jī)器人的總稱。具有強(qiáng)大的感知能力、靈活能力、反應(yīng)能力、決策能力、行動(dòng)能力。按照服務(wù)范圍和用途的不同，特種機(jī)器人可以分醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人，太空機(jī)器人，軍用機(jī)器人。醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人作為一種新興的醫(yī)護(hù)手段，醫(yī)用機(jī)器人與傳統(tǒng)人工技術(shù)相比有許多技術(shù)優(yōu)勢(shì)。目前，醫(yī)用機(jī)器人已在腦神經(jīng)外科、心臟修復(fù)、膽囊摘除手術(shù)、人工關(guān)節(jié)置換、整形外科、泌尿科手術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。達(dá)芬奇機(jī)器人的產(chǎn)生預(yù)示著第三代外科手術(shù)時(shí)代的來臨。達(dá)芬奇機(jī)器人由直覺外科公司（ISRG）設(shè)計(jì)制造并銷售。該系統(tǒng)以美國(guó)MIT的機(jī)器人外科手術(shù)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過使用微創(chuàng)的方法實(shí)施復(fù)雜的外科手術(shù)，改變傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)的弊端。達(dá)芬奇機(jī)器人是為外科醫(yī)生手術(shù)操作中的直觀控制運(yùn)動(dòng)、精細(xì)組織操作和三維高清晰度視覺能力而設(shè)計(jì)的。服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人家族中的一個(gè)年輕成員，其定位就是服務(wù)。當(dāng)前世界服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)化程度仍處于起步階段，但受簡(jiǎn)單勞動(dòng)力不足、人口老齡化等剛性需求驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)展很快。個(gè)人服務(wù)機(jī)器人以家庭型掃地機(jī)器人應(yīng)用最為廣泛。服務(wù)機(jī)器人美國(guó)WillowGarage機(jī)器人公司研制的“第二代個(gè)人機(jī)器人PR2”被譽(yù)為全球第一個(gè)能夠完成一系列綜合性操作的智能機(jī)器人。PR2已經(jīng)能夠完成自己開門、找到插頭給自己充電、疊毛巾、打開冰箱取啤酒、打臺(tái)球，甚至是做一頓簡(jiǎn)單的午餐等。在無人駕駛汽車方面，谷歌推出了世界上第一輛完全無需人工控制的無人駕駛汽車。智能公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)也是專業(yè)服務(wù)機(jī)器人在交通領(lǐng)域的應(yīng)用。其他一些研究和應(yīng)用都比較成熟的專業(yè)服務(wù)機(jī)器人有無人機(jī)、水下機(jī)器人、隧道機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、電網(wǎng)巡檢機(jī)器人等。其中，國(guó)外在無人機(jī)的研究方面占有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，在上述其他幾個(gè)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的研發(fā)實(shí)力基本相當(dāng)。太空機(jī)器人航天界對(duì)太空機(jī)器人的定義一般是指用于開發(fā)太空資源、空間建設(shè)和維修、協(xié)助空間生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)、星際探索等方面的帶有一定智能的各種機(jī)械手、探測(cè)車等應(yīng)用設(shè)備?？臻g機(jī)器人所從事的工作主要涉及空間站的建設(shè)，航天器的維護(hù)和修理，空間生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)與星球探測(cè)等。

在空間機(jī)器人中，智能程度最高的屬自主型機(jī)器人。美國(guó)國(guó)家宇航局與通用汽車公司、海洋工程離岸油田機(jī)器人公司聯(lián)合研制的人形機(jī)器人助手Robonaut2號(hào)（R2）。R2是全球首位機(jī)器人宇航員，它的外皮材料具有屏蔽功能，能夠減少空間站設(shè)備和宇宙射線對(duì)它的電磁干擾。R2被放置于國(guó)際空間站上，用于協(xié)助宇航員完成清掃和日常維護(hù)等工作。日本在空間機(jī)器人的研究成果打破了國(guó)際空間站的靜寂。2013年8月4日，日本將世界首個(gè)會(huì)說話的機(jī)器人Kirobo送上太空，其不僅可以完成多種肢體動(dòng)作，還可以用日語同宇航員進(jìn)行交流，幫助其工作，記錄對(duì)話內(nèi)容，并能從控制室向宇航員傳遞信息等。太空機(jī)器人我國(guó)空間機(jī)器人的研究成果主要集中在空間站的建立與宇宙飛船等方面。在空間站的研究上，由中國(guó)空間技術(shù)研究院和上海航天技術(shù)研究院研制的“天宮一號(hào)”是我國(guó)首個(gè)目標(biāo)飛行器和空間實(shí)驗(yàn)室。中國(guó)在2016年發(fā)射真正的空間實(shí)驗(yàn)室“天宮二號(hào)”，目標(biāo)是建成我國(guó)正式的空間實(shí)驗(yàn)室大系統(tǒng)。2013年12月2日，我國(guó)從西昌發(fā)射升空的“嫦娥三號(hào)”著陸器和“玉兔號(hào)”月球車是我國(guó)首次開展的月面軟著陸巡視探測(cè)行動(dòng)?！坝裢锰?hào)”是我國(guó)自主研發(fā)的首輛無人駕駛月球車，其主要工作模式分為行走、探測(cè)和通信三類。其采用搖臂懸架構(gòu)型，輪式行走裝置，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)；采用立體視覺完成周圍環(huán)境識(shí)別；根據(jù)環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)安全路徑規(guī)劃；利用機(jī)械臂輔助儀器實(shí)現(xiàn)就位探測(cè)；利用測(cè)月雷達(dá)探測(cè)土壤厚度和分層等信息。人工智能與特種機(jī)器人將人工智能技術(shù)應(yīng)用于特種機(jī)器人是突破機(jī)器人能力局限性的一種較好的方法。人工智能就是采用人工的方法模擬大腦的某些智力功能，進(jìn)行一些諸如判斷、推理、證明、感知、識(shí)別、理解、思考、設(shè)計(jì)、規(guī)則、學(xué)習(xí)等思維活動(dòng)的能力。它是機(jī)器人領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容和方向。人工智能經(jīng)過幾十年的研究和探索，也出現(xiàn)了多分支和多元化，由此也產(chǎn)生了各種新興和前沿學(xué)科，包括專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人規(guī)劃、機(jī)器視覺和智能控制等。人工智能與特種機(jī)器人結(jié)合解決了好多原來特種機(jī)器人無法解決的問題，如機(jī)械臂智能控制、機(jī)械手的力控制、路徑規(guī)劃、視覺導(dǎo)航、故障診斷與容錯(cuò)控制、環(huán)境特征識(shí)別等。機(jī)械手的力控制機(jī)械手力控制的目的是為了有效控制力和位置，由于機(jī)器人接觸環(huán)境復(fù)雜，難以通過狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)精確的線性化控制，因此直接運(yùn)用線性系統(tǒng)控制理論來設(shè)計(jì)控制器效果不理想?？紤]到不確定性的存在使得機(jī)器人采用經(jīng)典控制理論受到限制，力控制方法的研究現(xiàn)已成為機(jī)器人遙操作領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。一些學(xué)者在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行了控制方法的改進(jìn)或提出了新的控制方法。這些方法包括魯棒控制、自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及模糊控制。魯棒控制的基本特征是用一個(gè)結(jié)構(gòu)和參數(shù)都是固定不變的控制器，來保證既使不確定性對(duì)系統(tǒng)的性能品質(zhì)影響最惡劣的時(shí)候也能滿足設(shè)計(jì)要求。視覺導(dǎo)航視覺導(dǎo)航主要完成障礙物和路標(biāo)的探測(cè)及識(shí)別。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多的是在特種機(jī)器人上安裝車載攝像機(jī)的基于局部視覺的導(dǎo)航方式。從視覺圖像中識(shí)別道路是影響機(jī)器人導(dǎo)航性能的一個(gè)最重要因素。利用視覺探測(cè)路標(biāo)來完成機(jī)器人的導(dǎo)航，機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中對(duì)圖像進(jìn)行處理的計(jì)算量很大，實(shí)時(shí)性差是一個(gè)非常棘手的問題。近些年，由于人工智能的發(fā)展，有很多好的算法被應(yīng)用到機(jī)器人的視覺導(dǎo)航中去。比如，根據(jù)導(dǎo)航圖像的特點(diǎn)采用邊緣提取結(jié)合HOUCH變換的方法和帶濾波窗的區(qū)域掃描的方法。故障診斷與容錯(cuò)控制機(jī)器人工作環(huán)境一般都很惡劣，其機(jī)械部件和控制系統(tǒng)極易出現(xiàn)問題，幾乎不可能由人來修復(fù)故障?，F(xiàn)有主要故障檢測(cè)方法可劃分為基于知識(shí)、基于解析模型和基于信號(hào)處理3類方法。診斷決策方法主要有閾值法、模糊邏輯、貝葉斯分類、故障假設(shè)檢驗(yàn)等。目前有學(xué)者將擴(kuò)展Kalman濾波器、基于模型的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人的陀螺儀、視覺傳感器、驅(qū)動(dòng)裝置來提高容錯(cuò)與進(jìn)行故障診斷。環(huán)境特征識(shí)別特種機(jī)器人對(duì)環(huán)境特征的識(shí)別，是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的模式識(shí)別問題。尤其是在未知環(huán)境中，用傳統(tǒng)的基于特征提取的模式識(shí)別方法解決該問題會(huì)面臨極大的困難。深入開展機(jī)器學(xué)習(xí)理論和方法的研究，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法提高移動(dòng)機(jī)器人在未知環(huán)境中的導(dǎo)航性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，是特種機(jī)器人導(dǎo)航控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。特種機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)特種機(jī)器人的發(fā)展勢(shì)必會(huì)加速新一輪科技革命的到來。因此，面向非制造業(yè)的特種機(jī)器人的研究、開發(fā)、應(yīng)用將成為未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。特種機(jī)器人向著現(xiàn)有規(guī)劃方法有效結(jié)合的方向發(fā)展。以整體的觀念研究智能特種機(jī)器人將成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。智能控制從單一的應(yīng)用需求轉(zhuǎn)向多樣化、個(gè)性化的需求，并適應(yīng)多變的非結(jié)構(gòu)環(huán)境作業(yè)。單個(gè)機(jī)器人向多機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)展。核心技術(shù)方面，特種機(jī)器人未來研發(fā)的重大難點(diǎn)之一將是人、自然環(huán)境以及機(jī)器人的共生問題。基于此的機(jī)器人功能也會(huì)得到進(jìn)一步細(xì)化。此外，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為代