機器人日勺智能化技術(shù)

學院：機械工程學院

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一、序言

從感覺到記憶到思維這一過程，稱為“智慧”，智慧n勺成果就產(chǎn)生了行為

和語言，將行為和語言日勺體現(xiàn)過程稱為“能力”，兩者合稱“智能”。智能機

器人之因此叫智能機器人，這是由于它有相稱發(fā)達的“大腦”。在腦中起作用的

是中央計算機，這種計算機跟操作它的人有直接的聯(lián)絡。最重要日勺是，這樣日勺計

算機可以進行按目的安排的動作。

大多數(shù)專家認為智能機器人至少要具有如下三個要素：一是感覺要素，

運用形形色色的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器，如視覺、聽覺、觸覺、

嗅覺，用來認識周圍環(huán)境狀態(tài)；二是運動要素，除具有感受器外，它尚有

效應器，作為作用于周圍環(huán)境的手段，對外界做出反應性動作；三是思索

要素，根據(jù)感覺要素所得到的信息，思索出采用什么樣的動作。感覺要素

包括能感知視覺、靠近、距離等日勺非接觸型傳感器和能感知力、壓覺、觸

覺等日勺接觸型傳感器，這些要素實質(zhì)上就是相稱于人日勺眼、鼻、耳等五官，

它們?nèi)丈坠δ芸梢赃\用諸如攝像機、圖像傳感器、超聲波傳成器、激光器、

導電橡膠、壓電元件、氣動元件、行程開關(guān)等機電元器件來實現(xiàn)。對運動

要素來說，智能機器人需要有一種無軌道型的移動機構(gòu)，以適應諸如平地、

臺階、墻壁、樓梯、坡道等不一樣的地理環(huán)境。它們的功能可以借助輪子、

履帶、支腳、吸盤、氣墊等移動機構(gòu)來完畢。在運動過程中要對移動機構(gòu)

進行實時控制，這種控制不僅要包括有位置控制，并且還要有力度控制、

位置與力度混合控制、伸縮率控制等。智能機器人的思索要素是三個要素

中日勺關(guān)鍵，也是人們要賦予機器人必備的要素。思索要素包括有判斷、邏

輯分析、理解等方面的智力活動。這些智力活動實質(zhì)上是一種信息處理過

程，而計算機則是完畢這個處理過程的重要手段。

智能區(qū)I發(fā)達是第三代機器人口勺一種重要特性。人們根據(jù)機器人口勺智力

水平?jīng)Q定其所屬日勺機器人代別。有的人甚至依此將機器人分為如下幾類：

受控機器人一一“零代”機器人，不具有任何智力性能，是由人來掌握操

縱日勺機械手；可以訓練的機器人一一第一代機器人，擁有存儲器，由人操

作，動作日勺計劃和程序由人指定，它只是記住（接受訓練的I能力）和再現(xiàn)

出來：感覺機器人一一機器人記住人安排的計劃后，再根據(jù)外界這樣或那

樣的數(shù)據(jù)（反饋）算出動作的詳細程序；智能機器人一一人指定目的后，

機器人獨自編制操作計劃，根據(jù)實際狀況確定動作程序，然后把動作變?yōu)?/p>

操作機構(gòu)的運動。因此，它有廣泛的感覺系統(tǒng)、智能、模擬裝置（周圍狀

況及自身一一機器人H勺意識和自我意識）

二、發(fā)展過程

起初，機器人的J本體上沒有智能單元只有執(zhí)行機構(gòu)和感應機構(gòu)，它具有運用傳感

信息（包括視覺、聽覺、觸覺、靠近覺、力覺和紅外、超聲及激光等）進行傳感信息

處理、實現(xiàn)控制與操作的能力。受控于外部計算機，在外部計算機上具有智能處理單

元，處理由受控機器人采集的多種信息以及機器人自身的多種姿態(tài)和軌跡等信息，然

后發(fā)出控制指令指揮機器人的動作。

伴隨科學技術(shù)的進步，機器人通過計算機系統(tǒng)與操作員或程序員進行

人一機對話，實現(xiàn)對機器人H勺控制與操作。雖然具有了部分處理和決策功

能，可以獨立地實現(xiàn)某些諸如軌跡規(guī)劃、簡樸日勺避障等功能，不過還要受

到外部的I控制。

以上屬于初級智能機潛人.它和工業(yè)機器人不一樣樣，具有象人那樣日勺

感受，識別，推理和判斷能力.可以根據(jù)外界條件的變化，在一定范圍內(nèi)自行

修改程序，也就是它能適應外界條件變化對自己怎樣作對應調(diào)整.不過，修

改程序的原則由人預先給以規(guī)定.這種初級智能機器人已擁有一定的智能，

雖然還沒有自動規(guī)劃能力，但這種初級智能機器人也開始走向成熟，到達實

用水平.

高級智能機器人，它和初級智能機器人同樣，具有感覺，識別，推理和判

斷能力，同樣可以根據(jù)外界條件的變化，在一定范圍內(nèi)自行修改程序。所不

一樣日勺是，本體上具有感知、處理、決策、執(zhí)行等模塊，可以就像一種自主

的人同樣獨立地活動和處理問題。修改程序的原則不是由人規(guī)定的，而是機

器人自己通過學習，總結(jié)經(jīng)驗來獲得修改程序的原則，因此它日勺智能高出初

能智能機器人。這種機器人的特點在于它歐I自主性和適應性，已擁有一定

的自動規(guī)劃能力，可以自己安排自己的工作，這種機器人可以不要人的照顧,

完全獨立的工作，故稱為高級自律機器，這種機器人也開始走向?qū)嵱谩Ｓ捎?/p>

全自主移動機器人波及諸如驅(qū)動器控制、傳感器數(shù)據(jù)融合、模式識別、神

經(jīng)網(wǎng)絡等許多方面日勺研究，因此可以綜合反應一種國家在制造業(yè)和人工智

能等方面時水平。因此，許多國家都非常重視全自主移動機器人的研究。

三、在機器人中的運用

焊接機器人的研究經(jīng)歷了三個階段，即示教再現(xiàn)階段、離線編程階段

和自主編程階段。伴隨計算機控制技術(shù)的不停進步，使焊接機器人由單一

的單機示教再現(xiàn)型向多傳感、智能化的柔性加工單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展，

實現(xiàn)由第二代向第三代的過渡將成為焊接機器人追求的目的。規(guī)定弧焊機

器人系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)空間焊縫日勺自動實時跟蹤，并且還能實現(xiàn)焊接參數(shù)日勺

在線調(diào)整和焊縫質(zhì)量的實時控制。研究智能化機器人焊接技術(shù)，改善目前

工業(yè)生產(chǎn)中示教再現(xiàn)型焊接機器人的適應或智能化功能，首先是目前高技

術(shù)產(chǎn)品復雜焊接工藝及其焊接質(zhì)量、效率的迫切規(guī)定；此外，伴隨人類探

索空間的擴展，在極端環(huán)境，如太空、深水以及核環(huán)境下的焊接制造也對

發(fā)展自主智能型焊接機器人提出了強烈的技術(shù)需求。仍有待于在實際焊接

制造過程中完善和發(fā)展。有關(guān)針對特殊焊接構(gòu)件日勺特種焊接機器人，如爬

行式焊接機器人、焊接專用機構(gòu)等也在研究開發(fā)中。

醫(yī)學機器人：在未知環(huán)境中，實時避障是實現(xiàn)智能化機器人自主工作日勺

關(guān)鍵技術(shù)。敏感口勺皮膚可以使智能機器人具有環(huán)境感知和實時決策的能力。

研制口勺敏感皮膚由模塊化和帶有強數(shù)據(jù)處理能力的微型紅外傳感器陣列構(gòu)

成，可以粘貼在機器人表面，依賴于皮膚上的紅外傳感器來感知外部環(huán)境。

系統(tǒng)采用了幾何光學模型法來測量敏感皮膚與障礙物間的距離。試驗成果

表明，在感知區(qū)域內(nèi)，敏感皮膚可以實時精確地給出多關(guān)節(jié)機器人周圍的障

礙物存在和距離信息：為處理機器人避障問題提供新的范例。鼻內(nèi)鏡手術(shù)中

全智能化機器人，全智能化機器人進行鼻內(nèi)鏡手術(shù)治療慢性鼻竇炎、鼻肉。

成果：手術(shù)過程順利，無術(shù)中、術(shù)后并發(fā)癥。結(jié)論：影像導航手術(shù)定位精確、

侵襲性小、并發(fā)癥少，與內(nèi)窺鏡配合，可以糾正軟組織移位引起的偏差，確

認耳鼻喉及與之相連接的高危解剖區(qū)域的標志，提高了手術(shù)H勺安全性、精確

性。

“機器人女士”，他發(fā)現(xiàn)他日勺某些同胞能在毫無愛好日勺狀況下應付對方談

話，并且他們?nèi)丈讓υ捜阅芎芎玫剡M行下去。這個機器人女士繼承了這一能

力，能在問話中找到關(guān)鍵詞語，然后構(gòu)成某些公式化的令人感到恰當H勺答

案。

四、發(fā)展方向

智能機器人，發(fā)展方向大體有兩種，一種是類人型智能機器人，這是

人類夢想的機器人；另一種是外形并不像人，但具有機器智能。人指定目

的后，機器人獨自編制操作計劃，根據(jù)實際狀況確定動作程序，然后把動

作變?yōu)椴僮鳈C構(gòu)的運動。因此，它有廣泛日勺感覺系統(tǒng)、智能、模擬裝置（周

圍狀況及自身一一機器人的I意識和自我意識）。

五、存在的問題

盡管機器人人工智能獲得了明顯的成績，控制論專家們認為它可以具

有的智能水平的極限并未到達。問題不光在于計算機的運算速度不夠和感

覺傳感器種類少，并且在于其他方面，如缺乏編制機器人理智行為程序的

設計思想。這很像用高級語言進行程序設計同樣，只要指出“間隔為一的

從1?20的一組數(shù)字”，機器人自己會將這組指令輸入詳細規(guī)定日勺操作系

統(tǒng)。最明顯的就是，“一接觸到熱日勺物體就把手縮回來”此類最明顯日勺指

令甚至在大腦還沒故意識到的時候就已經(jīng)發(fā)出了。

學習能力是復雜生物系統(tǒng)中組織控制的另一種普遍原則，是對先前并

不懂得、在相稱廣泛范圍內(nèi)發(fā)生變化的生活環(huán)境H勺適應能力。這種適應能

力不僅是整個機體所固有的，并且是機體H勺單個器官、甚至功能所固有的,