引言

　　到目前為止，在世界范圍內(nèi)還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的智能機(jī)器人定義。大多數(shù)專(zhuān)家認(rèn)為智能機(jī)器人至少要具備以下三個(gè)要素：一是感覺(jué)要素，用來(lái)認(rèn)識(shí)周?chē)h(huán)境狀態(tài)；二是運(yùn)動(dòng)要素，對(duì)外界做出反應(yīng)性動(dòng)作；三是思考要素，根據(jù)感覺(jué)要素所得到的信息，思考出采用什么樣的動(dòng)作。感覺(jué)要素包括能感知視覺(jué)、接近、距離等的非接觸型傳感器和能感知力、壓覺(jué)、觸覺(jué)等的接觸型傳感器。這些要素實(shí)質(zhì)上就是相當(dāng)于人的眼、鼻、耳等五官。它們的功能可以利用諸如攝像機(jī)、圖像傳感器、超聲波傳成器、激光器、導(dǎo)電橡膠、壓電元件、氣動(dòng)元件、行程開(kāi)關(guān)等機(jī)電元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)運(yùn)動(dòng)要素來(lái)說(shuō)，智能機(jī)器人需要有一個(gè)無(wú)軌道型的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)諸如平地、臺(tái)階、墻壁、樓梯、坡道等不同的地理環(huán)境。它們的功能可以借助輪子、履帶、支腳、吸盤(pán)、氣墊等移動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)完成。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要對(duì)移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，這種控制不僅要包括有位置控制，而且還要有力度控制、位置與力度混合控制、伸縮率控制等。智能機(jī)器人的思考要素是三個(gè)要素中的關(guān)鍵，也是人們要賦予機(jī)器人必備的要素。思考要素包括有判斷、邏輯分析、理解等方面的智力活動(dòng)。這些智力活動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)信息處理過(guò)程，而計(jì)算機(jī)則是完成這個(gè)處理過(guò)程的主要手段。智能機(jī)器人作為運(yùn)用到多方面前沿知識(shí)的高科技領(lǐng)域，將在我們的生活中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

　　1 關(guān)鍵技術(shù)

　　智能機(jī)器人是近年來(lái)比較熱門(mén)的一個(gè)研究，涉及機(jī)械、電子、感應(yīng)器、計(jì)算機(jī)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)，還涉及反應(yīng)式行為的感知和編程技術(shù)，以及多智能體群體之間的協(xié)調(diào)和控制等問(wèn)題。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，使得機(jī)器人智能化程度逐步增強(qiáng)。

　　1.1 人工智能

　　人工智能是智能機(jī)器人的核心技術(shù)。人工智能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)有2種不同的方式。一種是采用傳統(tǒng)的編程技術(shù)：使系統(tǒng)呈現(xiàn)智能的效果，而不考慮所用方法是否與人或動(dòng)物機(jī)體所用的方法相同。這種方法叫工程學(xué)方法（Engineeringapproach），它已在一些領(lǐng)域內(nèi)作出了成果，如文字識(shí)別、電腦下棋等。另一種是模擬法（Modelingapproach）它不僅要看效果，還要求實(shí)現(xiàn)方法也和人類(lèi)或生物機(jī)體所用的方法相同或相類(lèi)似。本書(shū)介紹的遺傳算法GenericAlgorithm，簡(jiǎn)稱GA。和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ArtificialNeuralNetwork，簡(jiǎn)稱ANN均屬后一類(lèi)型。遺傳算法模擬人類(lèi)或生物的遺傳-進(jìn)化機(jī)制，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則是模擬人類(lèi)或動(dòng)物大腦中神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)方式。為了得到相同智能效果，兩種方式通常都可使用。采用前一種方法，需要人工詳細(xì)規(guī)定程序邏輯，如果游戲簡(jiǎn)單，還是方便的。如果游戲復(fù)雜，角色數(shù)量和活動(dòng)空間增加，相應(yīng)的邏輯就會(huì)很復(fù)雜，按指數(shù)式增長(zhǎng)。人工編程就非常繁瑣，容易出錯(cuò)。而一旦出錯(cuò)，就必須修改原程序，重新編譯、調(diào)試，最后為用戶提供一個(gè)新的版本或提供一個(gè)新補(bǔ)丁，非常麻煩。采用后一種方法時(shí)，編程者要為每一角色設(shè)計(jì)一個(gè)智能系統(tǒng)（一個(gè)模塊）來(lái)進(jìn)行控制。這個(gè)智能系統(tǒng)（模塊）開(kāi)始什么也不懂，就像初生嬰兒那樣，但它能夠?qū)W習(xí)，能漸漸地適應(yīng)環(huán)境，應(yīng)付各種復(fù)雜情況。這種系統(tǒng)開(kāi)始也常犯錯(cuò)誤，但它能吸取教訓(xùn)，下一次運(yùn)行時(shí)就可能改正，至少不會(huì)永遠(yuǎn)錯(cuò)下去，用不到發(fā)布新版本或打補(bǔ)丁。利用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)人工智能，要求編程者具有生物學(xué)的思考方法，入門(mén)難度大一點(diǎn)。但一旦入了門(mén)，就可得到廣泛應(yīng)用。由于這種方法編程時(shí)無(wú)須對(duì)角色的活動(dòng)規(guī)律做詳細(xì)規(guī)定，應(yīng)用于復(fù)雜問(wèn)題，通常會(huì)比前一種方法更省力。

　　1.2 傳感器

　　傳感器在智能機(jī)器人中有著極其重要的作用，它用來(lái)作為機(jī)器人與外界溝通的關(guān)鍵技術(shù)。它是指那些被測(cè)對(duì)象的某一確定的信息具有感受與檢出功能，并是指按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的可輸出信號(hào)的元器件或裝置的總稱。傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過(guò)程所要獲取的信息都要通過(guò)它轉(zhuǎn)換為容易傳輸和處理的電信號(hào)。如果把計(jì)算機(jī)比喻為處理和識(shí)別信息的“大腦”，把通信系統(tǒng)比喻為傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”，那么傳感器就是感知和獲取信息的“感覺(jué)器官”。

　　1.3 計(jì)算機(jī)

　　智能機(jī)器人之所以能夠“智能”，是與計(jì)算機(jī)的工作所分不開(kāi)的。是用計(jì)算機(jī)模擬人的智能，特別是模擬思維活動(dòng)。由于人的思維活動(dòng)離不開(kāi)語(yǔ)言，而且人對(duì)于某一類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行思索和探索解法時(shí)，總是需要以關(guān)于這一類(lèi)問(wèn)題的基本知識(shí)(專(zhuān)業(yè)知識(shí)或常識(shí))作為出發(fā)點(diǎn)。于是，知識(shí)表示和機(jī)器對(duì)自然語(yǔ)言的理解就構(gòu)成人工智能的兩個(gè)重要領(lǐng)域。所謂知識(shí)表示，是指將原來(lái)用自然語(yǔ)言表示的知識(shí)轉(zhuǎn)換成用符號(hào)語(yǔ)言表示的，從而可以儲(chǔ)存在機(jī)器內(nèi)供機(jī)器使用的知識(shí)。人工智能的研究角度有探索法的角度和算法的角度。通常所說(shuō)的解題算法是指機(jī)械的和總是有結(jié)果的方法，而這里所說(shuō)的算法卻是廣義的，包括那些機(jī)械的而在使用時(shí)不一定有結(jié)果的算法。這種方法時(shí)常稱作半可判定的方法。人在解決問(wèn)題時(shí)，時(shí)常采用探索法。這種方法具有“試錯(cuò)法”的性質(zhì)，也就是說(shuō)，試驗(yàn)若干條途徑，一條路走不通時(shí)再試另一條，直到問(wèn)題得到解決時(shí)為止。這便是計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的典型辦法。

　　2 分類(lèi)

　　2.1按智能程度分類(lèi)

　　1）傳感型機(jī)器人

　　又稱外部受控機(jī)器人。機(jī)器人的本體上沒(méi)有智能單元只有執(zhí)行機(jī)構(gòu)和感應(yīng)機(jī)構(gòu)。它具有利用傳感信息（包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、接近覺(jué)、力覺(jué)和紅外、超聲及激光等）進(jìn)行傳感信息處理、實(shí)現(xiàn)控制與操作的能力。受控于外部計(jì)算機(jī)，在外部計(jì)算機(jī)上具有智能處理單元，處理由受控機(jī)器人采集的各種信息以及機(jī)器人本身的各種姿態(tài)和軌跡等信息，然后發(fā)出控制指令指揮機(jī)器人的動(dòng)作。目前機(jī)器人世界杯的小型組比賽使用的機(jī)器人就屬于這樣的類(lèi)型。

　　2）交互型機(jī)器人

　　機(jī)器人通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與操作員或程序員進(jìn)行人—機(jī)對(duì)話，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制與操作。雖然具有了部分處理和決策功能，能夠獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)一些諸如軌跡規(guī)劃、簡(jiǎn)單的避障等功能，但是還要受到外部的控制。

　　3）自主型機(jī)器人

　　在設(shè)計(jì)制作之后，機(jī)器人無(wú)需人的干預(yù)，能夠在各種環(huán)境下自動(dòng)完成各項(xiàng)擬人任務(wù)。自主型機(jī)器人的本體上具有感知、處理、決策、執(zhí)行等模塊，可以就像一個(gè)自主的人一樣獨(dú)立地活動(dòng)和處理問(wèn)題。機(jī)器人世界杯的中型組比賽中使用的機(jī)器人就屬于這一類(lèi)型。全自主移動(dòng)機(jī)器人的最重要的特點(diǎn)在于它的自主性和適應(yīng)性，自主性是指它可以在一定的環(huán)境中，不依賴任何外部控制，完全自主地執(zhí)行一定的任務(wù)。適應(yīng)性是指它可以實(shí)時(shí)識(shí)別和測(cè)量周?chē)奈矬w，根據(jù)環(huán)境的變化，調(diào)節(jié)自身的參數(shù)，調(diào)整動(dòng)作策略以及處理緊急情況。交互性也是自主機(jī)器人的一個(gè)重要特點(diǎn)，機(jī)器人可以與人、與外部環(huán)境以及與其他機(jī)器人之間進(jìn)行信息的交流。由于全自主移動(dòng)機(jī)器人涉及諸如驅(qū)動(dòng)器控制、傳感器數(shù)據(jù)融合、圖像處理、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等許多方面的研究，所以能夠綜合反映一個(gè)國(guó)家在制造業(yè)和人工智能等方面的水平。因此，許多國(guó)家都非常重視全自主移動(dòng)機(jī)器人的研究。

　　2.2 按用途分類(lèi)

　　在用途上，智能機(jī)器人與普通機(jī)器人在用途上有許多相似之處，但因其智能性使得它能做更復(fù)雜的工作，完成更高級(jí)的任務(wù)。

　　1）工業(yè)智能機(jī)器人

　　工業(yè)智能機(jī)器依據(jù)具體應(yīng)用的不同，通常又可以分成焊接機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人等多種類(lèi)型。作為具有智能的工業(yè)機(jī)器人，他們?cè)诤芏喾矫娉搅藗鹘y(tǒng)機(jī)器人。焊接機(jī)器人，包括點(diǎn)焊（電阻焊）和電弧焊機(jī)器人，用途是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的焊接作業(yè)。裝配機(jī)器人，比較多地用于電子部件電器的裝配。噴漆機(jī)器人，代替人進(jìn)行噴漆作業(yè)。碼垛、上下料、搬運(yùn)機(jī)器人的功能則是根據(jù)一定的速度和精度要求，將物品從一處運(yùn)到另一處。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)器人，可以方便迅速地改變作業(yè)內(nèi)容或方式，以滿足生產(chǎn)要求的變化。比如，改變焊縫軌跡，改變噴漆位置，變更裝配部件或位置等等。隨著對(duì)工業(yè)生產(chǎn)線柔性的要求越來(lái)越高，對(duì)各種機(jī)器人的需求也就越來(lái)越強(qiáng)烈。

　　2）農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人

　　隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，以定型物、無(wú)機(jī)物為作業(yè)對(duì)象的工業(yè)機(jī)器人正在向更高層次的以動(dòng)、植物之類(lèi)復(fù)雜作業(yè)對(duì)象為目標(biāo)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人或機(jī)器人化的農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用范圍正在逐步擴(kuò)大。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用不僅能夠大大減輕以致代替的人們的生產(chǎn)勞動(dòng)、解決勞動(dòng)力不足的問(wèn)題，而且可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，防止農(nóng)藥、化肥等對(duì)人體的傷害，提高作業(yè)質(zhì)量。但由于農(nóng)業(yè)機(jī)器人所面臨的是非結(jié)構(gòu)、不確定、不宜預(yù)估的復(fù)雜環(huán)境和工作對(duì)象，所以與工業(yè)機(jī)器人相比，其研究開(kāi)發(fā)的難度更大。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)目前主要集中耕種、施肥、噴藥、蔬菜嫁接、苗木株苗移栽、收獲、灌溉、養(yǎng)殖和各種輔助操作等方面。日本是機(jī)器人普及最廣泛的國(guó)家，目前已經(jīng)有數(shù)千臺(tái)機(jī)器人應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

　　3）探索智能機(jī)器人

　　機(jī)器人除了在工農(nóng)業(yè)上廣泛應(yīng)用之外，還越來(lái)越多地用于極限探索，即在惡劣或不適于人類(lèi)工作的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。例如在水下（海洋）、太空以及在放射性(有毒或高溫等環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)。人類(lèi)借助潛水器具潛人到深海之中探秘，已有很長(zhǎng)的歷史。然而，由于危險(xiǎn)很大、費(fèi)用極高，所以水下機(jī)器人就成了代替人在這一危險(xiǎn)的環(huán)境中工作的最佳工具?？臻g機(jī)器人是指在大氣層內(nèi)和大氣層外從事各種作業(yè)的機(jī)器人，包括在內(nèi)層空間飛行并進(jìn)行觀測(cè)、可完成多種作業(yè)的飛行機(jī)器人，到外層空間其他星球上進(jìn)行探測(cè)作業(yè)的星球探測(cè)機(jī)器人和在各種航天器里使用的機(jī)器人。

　　4）服務(wù)智能機(jī)器人

　　機(jī)器人技術(shù)不僅在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)探索中得到了廣泛應(yīng)用，也逐漸滲透到人們的日常生活領(lǐng)域，服務(wù)機(jī)器人就是這類(lèi)機(jī)器人的一個(gè)總稱。盡管服務(wù)機(jī)器人的起步較晚，但應(yīng)用前景十分廣泛，目前主要應(yīng)用在清潔、護(hù)理、執(zhí)勤、救援、娛樂(lè)、和代替人對(duì)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等場(chǎng)合。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)給服務(wù)機(jī)器人的一個(gè)初步定義是，一種以自主或半自主方式運(yùn)行，能為人類(lèi)的生活、康復(fù)提供服務(wù)的機(jī)器人，或者是能對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)的一類(lèi)機(jī)器人。

　　2.3 按形態(tài)分類(lèi)

　　1）擬物智能機(jī)器人

　　仿照各種各樣的生物，日常使用物品，建筑物，交通工具等做出的機(jī)器人，采用非智能或智能的系統(tǒng)來(lái)方便人類(lèi)生活的機(jī)器人。比如：機(jī)器寵物狗“愛(ài)寶”（Aibo），六腳機(jī)器昆蟲(chóng)，輪式、履帶式機(jī)器人。

　　2）仿人智能機(jī)器人

　　模仿人的形態(tài)和行為而設(shè)計(jì)制造的機(jī)器人就是仿人機(jī)器人，一般分別或同時(shí)

　　具有仿人的四肢和頭部。機(jī)器人一般根據(jù)不同應(yīng)用需求被設(shè)計(jì)成不同形狀和功能，如步行機(jī)器人、寫(xiě)字機(jī)器人、奏樂(lè)機(jī)器人、玩具機(jī)器人等。而仿人機(jī)器人研究集機(jī)械，電子，計(jì)算機(jī)，材料，傳感器，控制技術(shù)等多門(mén)科學(xué)于一體，代表著一個(gè)國(guó)家的高科技發(fā)展水平。

　　3 發(fā)展

　　智能機(jī)器人的開(kāi)發(fā)研究取得了舉世矚目的成果。那么，未來(lái)智能機(jī)器人技術(shù)將如何發(fā)展呢？日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)對(duì)下一代機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測(cè)。提出智能機(jī)器人技術(shù)近期將沿著自主性、智能通信和適應(yīng)性三個(gè)方向發(fā)展。下面我們簡(jiǎn)單介紹人工智能技術(shù)、操作器、移動(dòng)技術(shù)、動(dòng)力源和驅(qū)動(dòng)器、仿生機(jī)構(gòu)等。

　　3.1 人工智能技術(shù)在機(jī)器人中的應(yīng)用

　　把傳統(tǒng)的人工智能的符號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用到機(jī)器人中存在哪些困難呢？一般的工業(yè)機(jī)器人的控制器，本質(zhì)是一個(gè)數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)。如若把人工智能系統(tǒng)(如專(zhuān)家系統(tǒng))直接加到機(jī)器人控制器的頂層，能否得到一個(gè)很好的智能控制器？并不那么容易。因?yàn)榉?hào)處理與數(shù)值計(jì)算，在知識(shí)表示的抽象層次以及時(shí)間尺度上的重大差距，把兩個(gè)系統(tǒng)直接結(jié)合起來(lái)，相互之間將存在通信和交互的問(wèn)題，這就是組織智能控制系統(tǒng)的困難所在。這種困難表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是傳感器所獲取的反饋信息通常是數(shù)量很大的數(shù)值信息，符號(hào)層一般很難直接使用這些信息，需要經(jīng)過(guò)壓縮、變換、理解后把它轉(zhuǎn)變?yōu)榉?hào)表示，這往往是一件很困難而又耗費(fèi)時(shí)間的事。而信息來(lái)自分布在不同地點(diǎn)和不同類(lèi)型的多個(gè)傳感器。從不同角度，以不同的測(cè)量方法得到不同的環(huán)境信息。這些信息受到干擾和各種非確定性因素的影響，難免存在畸變、信息不完整等缺陷，因此使上述的處理、變換更加復(fù)雜和困難。二是從符號(hào)層形成的命令和動(dòng)作意圖，要變成控制級(jí)可執(zhí)行的指令(數(shù)據(jù))，也要經(jīng)過(guò)分解、轉(zhuǎn)換等過(guò)程，這也是困難和費(fèi)時(shí)的工作。它們同樣受到控制動(dòng)作和環(huán)境的非確定性因素的影響。

　　由于這些困難，要把人工智能系統(tǒng)與傳統(tǒng)機(jī)器人控制器直接結(jié)合起來(lái)就很難建立實(shí)時(shí)性和適應(yīng)性很好的系統(tǒng)。為了解決機(jī)器人的智能化，組成智能機(jī)器人系統(tǒng)，研究者們將面臨許多困難且需要做長(zhǎng)期努力，進(jìn)行若干課題的研究。例如：高級(jí)思維活動(dòng)應(yīng)以什么方式的機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)模仿，是采取傳統(tǒng)的人工智能符號(hào)推理的方法，還是采用別的方法？需不需要環(huán)境模型，需要怎樣的環(huán)境模型；怎樣建立環(huán)境模型，傳統(tǒng)的人工智能主要依據(jù)先驗(yàn)知識(shí)建立環(huán)境模型。由于環(huán)境和任務(wù)的復(fù)雜性，環(huán)境的不確定性，這種建模方式遇到了挑戰(zhàn)，于是出現(xiàn)了依靠傳感器建模的主張，這就引出一系列新的與傳感技術(shù)有關(guān)的課題。

　　人們?yōu)榱颂接懭斯ぶ悄茉?span id="jtnjzrjxap0g" class="hrefStyle">機(jī)器人中近期的可用技術(shù)，暫時(shí)拋開(kāi)人工智能中的各種帶根本性的爭(zhēng)論，如符號(hào)主義與連接主義、有推理和無(wú)推理智能等等，把著眼點(diǎn)放在人工智能技術(shù)中較成熟的技術(shù)上。對(duì)傳統(tǒng)的人工智能來(lái)說(shuō)，就是知識(shí)的符號(hào)表示和推理這部分技術(shù)，看一看它對(duì)當(dāng)前的機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展會(huì)有什么貢獻(xiàn)。其主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：基于任務(wù)的傳感技術(shù)，建立感知與動(dòng)作的直接聯(lián)系，基于傳感器的規(guī)劃和決策，復(fù)雜動(dòng)作的協(xié)調(diào)等。

　　3.2 操作器

　　工業(yè)機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)制造已趨于成熟，因此在智能機(jī)器人操作器方面的研究，人們的興趣主要集中在各種具有柔性和靈巧性的手爪和手臂上。機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)要適應(yīng)智能機(jī)器人高速、重載、高精度和輕質(zhì)的發(fā)展趨勢(shì)。其中輕質(zhì)化是關(guān)鍵。新型高剛度、抗震結(jié)構(gòu)和材料是目前國(guó)外研究的前沿。機(jī)器人的手、腕以及連接機(jī)構(gòu)是引人注目的研究課題。其中手腕機(jī)構(gòu)的研究注重于快速、準(zhǔn)確、靈活性、柔順性和結(jié)構(gòu)的緊湊性。與人協(xié)調(diào)作業(yè)關(guān)系密切的一類(lèi)智能機(jī)器人如醫(yī)用機(jī)器人、空間機(jī)器人、危險(xiǎn)品處理機(jī)器人、打毛刺機(jī)器人等，它們都面臨著如何快速、準(zhǔn)確地把人的意志和人手的熟練操作傳送到機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的問(wèn)題。目前，要讓機(jī)器人作業(yè)一個(gè)小時(shí)，其軟件編制需要60個(gè)小時(shí)，費(fèi)時(shí)又費(fèi)工。改善這種狀況，需要從軟件和硬件兩方面著手。如多指多關(guān)節(jié)靈巧手是一種模擬人的通用手，它能比較逼真地記錄和再現(xiàn)人手的熟練動(dòng)作，受到研究者的青睞。由于它涉及到操作力學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、基于傳感器的控制、傳感器融和等方面的問(wèn)題，研制的難度很大，因此到目前為止，還沒(méi)有一種成熟的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。

　　3.3 移動(dòng)技術(shù)

　　移動(dòng)功能是智能機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人顯著的區(qū)別之一。附加了移動(dòng)功能之后，機(jī)器人的作業(yè)范圍大幅度增加，從而使移動(dòng)機(jī)器人的概念也從陸地拓展到水下和空中。近幾年來(lái)，在歐美國(guó)家的機(jī)器人研究計(jì)劃中，移動(dòng)技術(shù)占有重要的位置。例如在NASA空間站FREEDOM上搭載的機(jī)器人、NASA和NSF共同開(kāi)發(fā)的南極Erebus活火山探測(cè)機(jī)器人、美國(guó)環(huán)保局主持開(kāi)發(fā)的核廢料處理機(jī)器人HA7BOT中，移動(dòng)技術(shù)都被列為關(guān)鍵技術(shù)。移動(dòng)機(jī)構(gòu)與面向作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)綜合開(kāi)發(fā)是最近出現(xiàn)的新的傾向。因?yàn)闊o(wú)論何種機(jī)器人都需要通過(guò)搭載的機(jī)械手或傳感器來(lái)完成特定的作業(yè)功能。另一個(gè)傾向是移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制與視覺(jué)的結(jié)合日益密切。這種傾向在美國(guó)ALV項(xiàng)目中已初見(jiàn)端倪，最近則越過(guò)了靜態(tài)圖像識(shí)別的框框，進(jìn)入主動(dòng)視覺(jué)和主動(dòng)傳感的階段。顯然，智能機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中自主移動(dòng)，或在遙控條件下移動(dòng)，視覺(jué)-傳感器-驅(qū)動(dòng)器的協(xié)調(diào)控制不可缺少。

　　最近幾年，在步行機(jī)構(gòu)，雙足步行機(jī)，輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的開(kāi)發(fā)和實(shí)用化等方面都取得了一些進(jìn)展。據(jù)日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)：管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人將在2007年可達(dá)到實(shí)用化；與人具有同樣步行速度的多足步行機(jī)和雙足步行機(jī)以及不平整地面行走和爬樓梯與人具有相同速度的移動(dòng)機(jī)器人將在2010年可達(dá)到實(shí)用化。

　　3.4 動(dòng)力源和驅(qū)動(dòng)器

　　智能機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性要求動(dòng)力源輕、小、出力大。而現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人無(wú)一例外地拖著“辮子”。以動(dòng)力源的重量/功率之比為例，目前電池約達(dá)到60g/W(連續(xù)使用小時(shí))，汽油機(jī)約為1.3g/W，都不理想，而且使用有局限性。到目前為止，尚未見(jiàn)到改善動(dòng)力源的有效辦法。電機(jī)仍然是智能機(jī)器人的主要驅(qū)動(dòng)器。要使智能機(jī)器人的作業(yè)能力與人相當(dāng)，它的指、肘、肩、腕各關(guān)節(jié)大致需要3-300Nm的輸出力矩和30-60r/min的輸出轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)伺服電機(jī)的重量/功率之比約為30g/W，而人

　　在百米跑和投擲壘球時(shí)腿、肩、臂的出力大約為1g/W，相差甚大。日本在改進(jìn)電機(jī)的性能方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。例如：核工業(yè)機(jī)器人臂和腿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重量已減輕到原來(lái)的1/10，使機(jī)器人整體自重降低到700kg，但與它只能處理20kg重的工作相比，遠(yuǎn)非令人滿意。人們寄希望于新驅(qū)動(dòng)器，例如：人工肌肉、形狀記憶合金、氫吸附合金、壓電元件、撓性軸、鋼絲繩集束傳動(dòng)等等。雖然各有誘人的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)用性方面還達(dá)不到伺服電機(jī)的水平。日本極限作業(yè)機(jī)器人計(jì)劃中，水下機(jī)器人機(jī)械手的手腕和手爪驅(qū)動(dòng)采用了人工肌肉，肌肉本身的重量才5-8g，以20kg/cm2壓力的高壓水為工作介質(zhì)，收縮力高達(dá)50kg(管徑3mm)。這是新型驅(qū)動(dòng)器一個(gè)成功的例子。總之，智能機(jī)器人性能指標(biāo)的改進(jìn)是無(wú)止境的，對(duì)驅(qū)動(dòng)器的要求也越來(lái)越高。什么是客觀的衡量標(biāo)準(zhǔn)呢？一個(gè)容易接受的辦法就是把它與人的體能加以比較。從這個(gè)角度來(lái)看，智能機(jī)器人驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前差距還相當(dāng)大。

　　3.5 仿生機(jī)構(gòu)

　　智能機(jī)器人的生命在創(chuàng)新，開(kāi)展仿生機(jī)構(gòu)的研究，可以從生體機(jī)構(gòu)、移動(dòng)模式、運(yùn)動(dòng)機(jī)理、能量分配、信息處理與綜合，以及感知和認(rèn)知等方面多層次得到啟發(fā)。目前，以驅(qū)體為構(gòu)件的蛇形移動(dòng)機(jī)構(gòu)、人工肌肉、仿象鼻柔性臂、人造關(guān)節(jié)、假肢、多肢體動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)等等受到人們的關(guān)注。仿生機(jī)構(gòu)的自由度往往比較多，建立數(shù)學(xué)模型以及基于數(shù)學(xué)模型的控制比較復(fù)雜，借助傳感器獲取信息加以簡(jiǎn)化可能是一條出路。

　　近年來(lái)，機(jī)器人出現(xiàn)了一個(gè)傾向是面向特定功能和作業(yè)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用機(jī)器人，以追求高速、高效、單一化和低成本的目的。例如美國(guó)IBM公司設(shè)計(jì)的超高速小型機(jī)器人，以50次/s的速度頻繁往復(fù)于相距數(shù)毫米的兩點(diǎn)間，實(shí)現(xiàn)高密度微型電子器件裝配，定位精度高達(dá)一微米。這種高速運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)平衡十分重要，雖然其工作區(qū)域只有13mm×13mm×1mm，但其加速度卻高達(dá)50g。IBM公司的技術(shù)人

　　員對(duì)機(jī)器人學(xué)提出了新的問(wèn)題：如何進(jìn)行機(jī)構(gòu)-控制-傳感-驅(qū)動(dòng)的一體化設(shè)計(jì)，滿足機(jī)械手高速高精度定位的要求。眾所周知，機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序是先設(shè)計(jì)臂結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置，然后設(shè)計(jì)控制器。實(shí)踐證明，這種設(shè)計(jì)即使能達(dá)到最佳的靜力學(xué)性能，也往往不能滿足動(dòng)力學(xué)性能。到目前為止，改進(jìn)動(dòng)力學(xué)性能的方法并不多見(jiàn)，一般是按常識(shí)、減輕構(gòu)件的重量，匹配減速器的速比等等。

　　大批研發(fā)機(jī)器人和普遍運(yùn)用人工智能機(jī)器人，聊天機(jī)器人，做菜機(jī)器人。迎賓機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人，娛樂(lè)機(jī)器人，拉車(chē)機(jī)器人等等都已經(jīng)出現(xiàn)并應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，機(jī)器人智能化成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

　　4 論述和討論

　　關(guān)于智能機(jī)器人，既然是項(xiàng)高科技的技術(shù)，便會(huì)有許多不同的聲音，早在很早的科幻小說(shuō)中便有了關(guān)于智能機(jī)器人和人類(lèi)安全的討論很著名的是科幻小說(shuō)家阿西莫夫的機(jī)器人三定律“一、機(jī)器人不得傷害人，也不得見(jiàn)人受到傷害而袖手旁觀；二、機(jī)器人應(yīng)服從人的一切命令，但不得違反第一定律；三、機(jī)器人應(yīng)保護(hù)自身的安全，但不得違反第一、第二定律機(jī)器人學(xué)三大法則的提出”。人們關(guān)心智能機(jī)器人既然有了智能，那是否會(huì)對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生敵對(duì)，甚至反抗人類(lèi)，以及一些倫理問(wèn)題，比如智能機(jī)器人的克隆問(wèn)題等等。當(dāng)然，這些問(wèn)題的前提是機(jī)器人具有足夠高的智能和智能機(jī)器人的足夠普及，所以現(xiàn)在考慮還為時(shí)過(guò)早，但任何一項(xiàng)科技都應(yīng)以不損害人類(lèi)安全為第一位，所以智能機(jī)器人的發(fā)展必須要向著安全的方向。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　智能機(jī)器人作為一種包含相當(dāng)多學(xué)科知識(shí)的技術(shù)，幾乎是伴隨著人工智能所產(chǎn)生的，而智能機(jī)器人在當(dāng)今社會(huì)變得越來(lái)越重要，越來(lái)越多的領(lǐng)域和崗位都需要智能機(jī)器人參與，這使得智能機(jī)器人的研究也越來(lái)越頻繁。雖然我們現(xiàn)在仍很難在生活中見(jiàn)到智能機(jī)器人的影子，但在不久的將來(lái)，隨著智能機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，隨著眾多科研人員的不懈努力，智能機(jī)器人必將走進(jìn)千家萬(wàn)戶，更好的服務(wù)人們的生活讓人們的生活更加舒適和健康。

　　參考文獻(xiàn)

　　1 方建軍何廣平.智能機(jī)器人.北京化學(xué)工業(yè)出版社2004

　　2 朱世強(qiáng)王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用.杭州浙江大學(xué)出版社2001

　　3 蔡自興.機(jī)器人學(xué).北京清華大學(xué)出版社2000

　　4 賈伯年余樸宋愛(ài)國(guó).傳感器技術(shù).南京東南大學(xué)出版社2007.269-292，177-194.

　　5 蔡自興.智能機(jī)器人技術(shù)的研究與展望.見(jiàn)蔡自興主編智能機(jī)器人’93，1993：1~6