智能机器人技术研究进展_张乃风

综述

Review 0引言

智能机器人是具有感知、思维和行动的机器人，可获取、处理和识别多种信息，自主完成较为复杂的操作任务。智能机器人技术是一个交叉的学科，在计算机技术和人工智能科学发展的基础上产生，作为新一代生产和服务的技术，在制造和非制造领域都具有广泛、重要的应用。

本文在前人文献的基础上详细研究了智能机器人技术的研究意义，总结了现阶段的发展现状，分析了面临的挑战以及未来的发展趋势。

1智能机器人技术的研究意义及发展现状

1.1研究意义

随着科学技术的不断发展，人类社会开始进入到智能时代，社会的发展对智能技术也不断地提出了新的需求，机器人技术由原来的工业机械手发展到现在的智能机器人技术[1]，技术的发展给人类的生产生活带来新的变革。

智能机器人技术有着重要的理论意义和应用价值。在理论上，机器人技术具有多学科融合和多技术集成的特点，涉及众多学科领域的尖端技术，如平衡控制设计、智能避障设计等，这造成了其复杂性，令智能机器人感知技术、通信技术、机械结构的研究都是一种挑战，促使特征提取算法、识别算法、路径规划算法朝着智能化的方向发展，促进模式识别理论的发展；另外，机器人是否实现智能化与机器人本身的结构也有很大的关系，要使其能完全智能化地完成任务，除了要有智能化算法还要有灵活的机构，因此智能机器人技术的发展将极大地促进机械结构理论的发展，其发展水平能够反映出一个国家或地区信息与自动化技术的综合实力。

智能机器人技术在实际生活中有着具大的应用价值。近年来各个行业的加速发展都对工业机器人提出了新的要求，带动工业机器人不断向智能化发展，机器人的智能化令工业领域效率提升的例子屡见不鲜。例如，传统的高速传送机器人识别物体存在障碍，导致实现自动化的进程比较缓慢。采用了视觉传感器和跟踪系统组合起来的新型智能化传送机器人，具备了视觉跟踪功能，能够进一步提高机器人的传送效率。

智能机器人技术除了在工业领域有广泛的应用外，在医疗和家庭服务行业也有着广泛的应用和新的需求。老龄化社会和残疾人服务对智能服务机器人有极大的市场需求。目前我国60岁以上人口已超过总人口的10%，预计到2015年全国老年人口总数将达到2亿人，人口的老龄化问题将成为中国面临的前所未有的新挑战；此外，我国残疾人占总人口的比重位居全世界较高国家之列。而智能机器人的发展将会提供诸如取物、康复训练等服务，将减少整个社会对护理人员数量和质量的需求。如今，达芬奇医疗机器人已经实现了临床上的应用，给患者带来了福音，也帮助医生提高了手术的效率和质量。智能机器人技术的发展为医疗事业的发展和变革带来了新的希望。

与此同时，特种探险救灾智能机器人也给人类带来了巨大的帮助，以前特殊环境下或及其危险的环境下，人类是无法进行了解或救灾的，现在随着智能机器人技术的发展，去这种特殊环境下作业成为了可能，为人类探索未知领域打开了一扇窗。多机器人系统的智能化研究将有助于实现机器人群真正实现群体间自主协调工作，实现机器人群自主大规模侦察巡逻、抢险救灾和复杂场景的服务等任务。而且机器人可以代替人们在有辐射、粉尘、毒气、高温等极限、危险、特殊环境下进行作业[2]。

我国在校学生人数众多，教育事业对教育机器人的需求将形成一个巨大的市场。在提倡素质教育、通识教育、研究型大学模式的今天，这种寓教于乐的新型教育模式已成为青少年高科技教育的有效手段和工具。同时，我国是世界玩具生产大国，产量已占全球

智能机器人技术研究进展

张乃风 张志先 陶伟谦

（东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳，110004）

摘 要： 智能机器人技术是现代研究领域较为活跃的一个发展方向，其涉及柔性加工系统、计算机集成制造系统、柔性自动化和自动工厂等领域，是21世纪最先进的技术之一。本文在已有相关工作的基础上，分析了智能机器人

技术的发展现状、面临的挑战以及未来的发展趋势。

关键词：机器人，智能化

Rebot Technique and Application 2012.69

综述Review

市场的3/4，但由于技术水平方面的原因，目前我国玩具出口主要以加工贸易为主，自主开发的玩具技术含量低。因此，教育娱乐机器人的发展将为玩具生产厂家开辟一个创新源头，为高档玩具开辟一个新的方向。1.2发展现状

机器人技术的发展经历了三个阶段，从最开始的示教再现机器人到第二代的有感觉的机器人，一直到现在的智能机器人，共经历了40多年的时间。智能机器人带有多种传感器，能将多种传感器得到的信息进行融合，有效地适应环境的变化，具有自主学习的能力。智能机器人涉及很多关键技术，近年来多传感器信息耦合技术、导航和定位技术、路径规划技术、机器人视觉技术及人机接口技术的发展都带动了智能机器人技术的发展。

在各国智能机器人技术的发展中，美国在国际上一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强，性能可靠、功能全面、精确度高，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用。近年来,美英等国研制出第二代军用智能机器人，其特点是采用自主控制方式，能完成侦察、作战和后勤支援等任务，在战场上具有看、嗅等能力,能够自动跟踪地形和选择道路，具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。

日本由于一系列扶植政策，各类机器人发展迅速。政府巨大资助给其带来了硬件优势，促进了智能机器人技术的发展。同时，日本分析了机器人的发展趋势，其机器人技术下一步发展重点确定为家用机器人，走进人们日常生活的仿人机器人将是机器人开发的方向。例如，在日本的工厂里，生产线机器人已经被广泛运用；餐馆里，机器人可以做寿司；农田里，机器人可种植水稻并负责看管稻田；在大公司里，有负责接待客人并帮客人倒茶的机器人，还有负责清洁卫生的机器人；在家庭中，有能够陪老人聊天、给老人喂饭的保姆机器人……机器人甚至有望进入日本人的宗教领域，科学家正在设计可以主持神道教仪式的机器人。

欧洲各国在智能机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位[3]，全球约1/3的工业机器人是由欧盟机器人制造商制造的。同时，欧盟委员会还呼吁欧盟产业界加快机器人重要零部件在欧盟的研发和生产速度，以便能有效应对来自亚洲的激烈竞争和避免对世界其他地区的战略性依赖[4]。根据欧盟委员会2008年6月10日发表的一份新闻公报,到2010年，欧盟对机器人研发的投资在2007年的基础上实现翻番，即斥资4亿欧元来支持机器人的研发活动。

我国机器人技术起步并不晚，而且国家越来越重视智能机器人技术的发展，政府投入力度增大，相关科研机构和企事业单位在机器人的研发领域开展了大

量工作，形成了一批具有较强科研实力的公司和院校，如中科院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化有限公司、清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、东北大学等。各高校

和研究所已经形成区域优

势，如清华大学设计了动态

步行双足机器人THBIP-II。哈尔滨工程大学设计了双足机器人HEUBR_1，中科院沈阳自动化研究所等研制的蛟龙号载人潜水机器人7000米级海试已经成功。这些成绩的取得都推动了智能机器人技术的发展。

2智能机器人技术存在的问题与挑战

目前在生产生活中应用的大部分是第二代机器人，智能机器人技术还没有完全应用到生产生活中去。由于其开发难度大、周期长、资金投入高，大部分研究还处于理论研究阶段。智能机器人技术所涉及的关键技术较多，任何一个技术存在缺陷都会阻碍智能机器人技术的发展，因此智能机器人技术的发展还面临很多挑战。

1）智能机器人技术的研究比较分散，未能形成合力。目前国内外都大力开展智能机器人技术的研究，但是不同机构交流和联合都较少，各家分散研究，这样在同种技术研究方面就造成了财力、物力和时间等的浪费。2）机器人产业链不够细化。由于智能机器人技术是一个多交叉的学科，涉及的关键技术较多，同时种类也较为丰富，这就造成了机器人在产业化的时候也出现很多交叉，分工不明细，重复研究、重复生产的现象较为严重，使得产业链不够完善、不够细化。3）智能机器人技术研究中产学研脱节现象严重。虽然随着时代以及技术的发展，部分高校或研究机构已经和企业逐步实现了联合，但是依然处于起步阶段，没有真正将理论与实践相结合，将理论研究产品化，没有走出一条产学研相结合的道路。因此，很多研究没有用武之地，无法和实际结合，而很多企业又缺乏

图1 地面清扫机器人图2双足机器人THBIP-II